DE197351C - - Google Patents

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DE197351C
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K23/00DC commutator motors or generators having mechanical commutator; Universal AC/DC commutator motors
    • H02K23/40DC commutator motors or generators having mechanical commutator; Universal AC/DC commutator motors characterised by the arrangement of the magnet circuits
    • H02K23/48DC commutator motors or generators having mechanical commutator; Universal AC/DC commutator motors characterised by the arrangement of the magnet circuits having adjustable armatures

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc Machiner (AREA)
  • Reciprocating, Oscillating Or Vibrating Motors (AREA)

Description

KAISERLICHES
PATENTAMT.
PATENTSCHRIFT
- te 197351 „ KLASSE 21 d. GRUPPE
Patentiert im Deutschen Reiche vom 12. Januar 1907 ab.
Vorliegende Erfindung bezweckt, die Geschwindigkeit von Elektromotoren in sehr weiten Grenzen zu ändern,, ohne daß schädliche Funken an den Bürsten, insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten, auftreten. Ferner soll der Anker des Motors in jeder Richtung laufen und das magnetische Feld zur Verhinderung des Funkens der Bürsten (Wendefeld) genau geregelt werden können.
, Die Abbildungen verdeutlichen die Anwendung der Erfindung auf einen Elektromotor mit gebräuchlichem Magnetgestell, in dem der Anker achsial verschoben werden kann.
Die hierzu erforderlichen Mittel bestehen aus einer Schraube mit einem Schwinghebel, der auf das eine Ende der Ankerwelle wirkt und diese aus der normalen Stellung verschiebt.
Das wesentliche Kennzeichen der Erfindung besteht darin, daß seitlich neben dem Magnetgestell des Motors Elektromagnete vorgesehen sind, in deren Nähe der Anker verschoben wird, wenn der Motor mit hoher Geschwindigkeit laufen soll. Diese Elektromagnete sind in Reihe mit dem Anker geschaltet und besitzen drei Kerne, auf deren Innerem die Haupterregerspule sitzt, während die äußeren die entgegengesetzt bewickelten Nebenspulen tragen, die dazu dienen, den gewöhnlichen Geschwindigkeitsabfall bei schwerer Belastung zu verhindern.
In den Zeichnungen ist
Fig. ι eine Vorderansicht und Fig. 2 eine Seitenansicht des Elektromotors mit teilweise abgebrochenem Gehäuse. Fig. 3 zeigt in Draufsicht die Form des Magnetgestelles und Fig. 4 dasselbe im mittleren Schnitt. . Fig. 5 stellt eine geänderte Ausführungsform des Elektromagneten zur Schaffung des Wendefeldes dar. Fig. 6 zeigt die Vorrichtung zur achsialen Verschiebung des Ankers und Fig. 7 das Schaltungsschema des Motors.
In dem mit vier Polen b versehenen Eisengehäuse α des Nebenschlußmotors liegen die gewöhnlichen Erregerspulen c. Der Anker d sowie der durch die verschiedenen Polstücke des Magnetgestelles. gebildete Zwischenraum besitzt vorteilhaft die Form eines abgestumpften Kegels. Die bekannten anderen Formen von Anker und Magnetgestell können jedoch auch zur Ausführung der Erfindung angewendet werden. Die Ankerwelle e kann in ihren Lagern f und g gleiten. Das Lager g wird von einem Gestelle h, das in Bahnen i gleitet, getragen und besitzt eine vergrößerte Kappe j, mit welcher Rollen k, die an einem Schwinghebel / befestigt sind, zusammenarbeiten. Das andere Ende des Hebels ist gelenkig in einer kurzen Entfernung vom Drehpunkt des Hebels mit einem Bolzen m verbunden, der unter der Wirkung einer Feder η steht, welche dem gewöhnlich
auftretenden Zug des Ankers nach innen entgegenwirkt. Mit dem Bolzen m steht eine mit Schraubengewinde versehene Stange ö in Verbindung, die durch zwei der Feldmagnete hindurchgeht und in einem Handrade ρ endigt. Durch einfaches Drehen des Handrades wird das obere Ende des Schwinghebels / nach innen gezogen und der Anker achsial aus seiner normalen, der niedrigen Drehzahl entsprechenden Stellung verschoben.
Es hat sich herausgestellt, daß bei der Vermehrung der Geschwindigkeit besonders unter hoher Belastung ein sehr starkes Funken an den Bürsten des Motors auftritt, so daß Mittel vorgesehen werden müssen, die diese Funken verhindern und zu gleicher Zeit dem Bestreben des Ankers, seine Geschwindigkeit unter voller Belastung zu vermindern, entgegenwirken. ■ ' ..
Dies wird dadurch erreicht, daß ein besonderes, seitlich angeordnetes Magnetsystem oder Systeme an dem Motor angeordnet werden, wie in Fig. 1 und 3 bei q gezeigt ist. Die Magnete q sind an jeder Seite des Motors zwischen zwei Feldpölen angeordnet. Ihre Spulen r sind über einen Umschalter in Reihe mit den Ankerwindungen geschaltet, wie aus Fig. 7 hervorgeht. Vermöge dieser Anordnung kann der Motor in beliebiger Drehrichtung laufen, da die Umkehrung des Stromes durch den Anker die Umkehrung der Polarität der Magnete q nach sich zieht. Die Wendepole liegen den Spulen des Ankers gegenüber, die gerade kommutiert werden.
Diese Spulen werden daher für kurze Zeit magnetisch beeinflußt, und zwar tritt ein dem vorher durch die Spulen geflossenen Strome entgegengesetzt gerichteter Strom auf, wodurch ein Funken während der Umdrehung des Ankers bei sehr hoher Geschwindigkeit vermieden wird.
Eine andere Form des Wendemagneten ist in Fig. 5 dargestellt. Die Spulen r sind hier auf einem Eisenkern s angeordnet, der seitliehe Verlängerungen t besitzt und sich wie ein Kreisbogen hinzieht. · Die Windungen des Ankers werden, wenn sie achsial unter die Verlängerungen t gezogen werden, dem Felde der letzteren im Augenblick der Kommutation unterworfen, so daß ein Funken vermieden wird. Von diesen Magneten werden vorteilhaft zwei an jedem Motor angewendet. Bei Anwendung nur eines Magneten muß dessen Feld natürlich doppelt so stark sein, während der in Reihe geschaltete Anker dann vorteilhaft mit nur zwei Bürsten ausgestattet ist.
Der Magnet q gemäß Fig. 3 besteht aus
E-förmigen Lamellen, die passend zusammen-
.. genietet sind, und die Seitenplatten des Magneten besitzen vorteilhaft Vorsprünge, um die magnetischen Kraftlinien über einen größeren Raum zu verteilen, als dem Querschnitt der Platten entspricht. Auf den drei Polen ist die Spule r, die unterteilt ist, angeordnet, um den gewöhnlichen Geschwindigkeitsabfall zu verhindern. Der mittlere Kern des Magneten trägt die Hauptspule w, welche das Wendefeld für den Motor hervorruft, während die Spulen χ und y, die auf den beiden äußeren Kernen derart aufgewickeltsind, daß sie gleiche und einander entgegengesetzt gerichtete magnetische. Kraftlinien erzeugen, dem Geschwindigkeitsabfall des Ankers entgegenwirken. Da diese Funktionen vollständig voneinander unabhängig sind, so könnte auch jede Spule für sich angewendet werden, um ihre beson'dere Wirkung hervorzubringen.
In Fig. 3 ist die Polarität der verschiedenen Teile des Haupt- und Nebenmagnetsystems durch die Buchstaben N und £ angedeutet. Es werde angenommen, daß sich der Anker im entgegengesetzten Sinne des Uhrzeigers dreht.
Um die Geschwindigkeit des Ankers zu vermehren, wenn das Feld unter dem Einfluß eines gegebenen konstanten Stromes steht, ist es nur nötig, den Anker achsial aus dem Magnetgestell zu schieben, wodurch der magnetische Widerstand des Luftspaltes zwi- go sehen dem Anker und dem Magnetgestelle vermehrt und die Anzahl der nun durch die Ankerwicklung gehenden Kraftlinien der Hauptwicklung vermindert wird.
Da die gegenelektromotorische Kraft eines Ankers proportional dem Produkte aus Geschwindigkeit und Kraftlinienfluß ist, und da ein solches Produkt praktisch für eine gegebene erste elektromotorische Kraft konstant ist, so muß das Abnehmen des Kraftlinienflusses eine Vermehrung der Geschwindigkeit erzeugen. Das Verschieben des Ankers aus dem magnetischen Felde vergrößert den Zwischenraum zwischen Anker und Feld und vermehrt damit den magnetischen Widerstand. Dies ist der Fall, ob der innere Ankerraum des Magnetgestelles und der Anker von gewöhnlicher zylindrischer Form ist oder nicht. Bei Anwendung der kegelförmigen Bauart für Anker und Magnetgestell vergrößert sich nicht nur die Größe des Zwischenraumes zwischen Anker und Feld, auch die Länge desselben wächst gleichzeitig mit dem Verschieben des Ankers, so daß der magnetische Widerstand schnell wächst.
Wenn der Anker verstellt ist, schneidet er nur noch bestimmte Kraftlinien, welche durch das sekundäre Magnetsystem erzeugt werden, so daß die Ankerspulen im Augenblick der Kommutation eine gegenelektromotorische Kraft in den Spulen des Magnetsystems erzeugen, welche dem Strom entgegenwirkt, der
vorher durch sie hindurchgeflossen ist. Hierdurch wird das Funken vermieden.
In Fig. 3 ist mit N1 eines der Hauptfelder bezeichnet, das als Nordpol angenommen werde; S1 ist der Südpol des anliegenden Feldes.
Der Wendepol \ des Elektromagneten q wird durch die Spule w erregt. Der Kraftlinienfluß der Hauptpole JV1 und S1 ist der
ίο gleiche wie bei jedem gewöhnlichen vierpoligen Motor. Der Kraftlinienfluß des Wendepols \ teilt sich in der gewöhnlichen Weise. Die beiden Linien ι zeigen die normale Teilung und Richtung des Kraftlinienflusses von dem Wendepole aus. Die eine Hälfte der Kraftlinien wird zu dem einen Kerne der Rückleitung nach rechts und die andere Hälfte nach dem anderen Kern links fließen.
Es ist klar, daß dem Kraftlinienstrom 1 aus dem Wendepole ■{ zum Teil die magnetische Kraft des Ankers entgegenwirkt. Die Größe dieser Gegenwirkung wird proportional der Anzahl der Ankerleiter sein, die von dem Fluß der von dem Hauptpole ^ ausgehenden Kraftlinien eingeschlossen werden, also gemäß Diagramm Fig. 3 proportional der Anzahl der Ankerleitungen, welche innerhalb der Linien 1 -1 und dem Umfange des Ankers d liegen.
Es ist klar, daß die Stärke des Hauptpoles \ proportional dem durch die Spule n> fließenden Strome sein, und die Kommutationswirkung desselben proportional der Stromstärke des Kommutationsstromes sein wird, da jene Spule in Reihe mit den Ankerwindungen geschaltet ist.
Die Wirkungen der Spulen χ und y sind vollständig unabhängig, von der Wirkung der Spule n>. Die Spulen χ und y sind nur zu dem Zwecke vorgesehen, um die Geschwindigkeit des Motors zu regeln oder um den gewöhnlich bei Motoren auftretenden Geschwindigkeitsabfall zu verhindern, wenn sie auf die volle Belastung gebracht werden.
Es ist klar, daß die Geschwindigkeit umgekehrt proportional dem Kraftlinienflusse zwischen den Hauptpolen N1 und S1 ist. Wird mithin dieser Kraftlinienfluß vermindert, so erhöht sich die Drehgeschwindigkeit. Umgekehrt, durch Vergrößerung des Kraftlinienflusses wird die Geschwindigkeit vermindert. Die beiden durch die Spulen χ und y erregten Pole liefern einen Nebenkraftlinienfluß, der durch die Linien 2 in dem Diagramm dargestellt ist und dem Hauptfluß zwischen den Polen N1 und S1 entgegenwirkt.
Die Kraftlinienmenge ist proportional dem Strome, der durch die Spulen χ und y hindurchgeht. Wenn man nun eine geeignete Anzahl von Windungen an den Spulen anbringt, kann die Geschwindigkeit des Motors innerhalb weiter Grenzen geregelt werden. Wenn erforderlich, kann die Geschwindigkeit bei voller Belastung höher gemacht werden als ohne Belastung. Der Hauptkraftlinienfluß aus dem Pole z, der sich nach zwei Richtungen gleichmäßig teilt, oder auch, wie in dem Diagramm Fig. 3 angedeutet ist, aus zwei besonderen und getrennten Kraftlinienströmen besteht, kommt ungleich dicht' zurück. Es werden nämlich durch den rechtsliegenden Pol mehr Kraftlinien zurückkehren als durch den anderen Pol. Es ist klar, daß die Wirkung, soweit der Geschwindigkeitsabfall in Betracht kommt, dieselbe sein wird, welche Methode der Kraftlinienteilung auch gebraucht wird.
Aus dem vorhergehenden geht hervor, daß das sekundäre Magnetsystem oder die Systeme bei Motoren vorliegender Bauart einen oder mehrere der beschriebenen Elektromagnete umfassen, und daß die Spule r entweder zur Erzeugung des Wendefeldes oder als Korrektor für den Geschwindigkeitsabfall dient. Auch können beide Wirkungen zugleich von dem Magneten q ausgeführt werden, da die Spulen auf den äußeren oder inneren Kernen des Magneten nach Bedarf fortgelassen werden können.
Vorteilhaft werden zwei solcher Magnete, 9b die sich diametral gegenüberliegen, in einem vierpoligen Motor angewendet, obgleich auch ein Magnet allein oder Zusatzmagnete mit der richtigen Windungszahl gebraucht werden könnten.
Der wirkende Teil der Spule r, die Spule w also (Fig. 3), soll mit genügend viel Windungen versehen sein, so daß bei jeder Belastung des Motors der Kraftlinienfluß aus dem Pole nach dem Anker genügend groß ist, um eine funkenlose Kommutation zu erzeugen. Diese Wirkung wird noch besonders durch die Verbindung der Spulen in Reihe mit den Ankerwindungen vermehrt. Die Bewicklung der Spulen kann mathematisch ausgerechnet werden. Es sei noch bemerkt, daß die Spulen w gewöhnlich zehnmalso viel Windungen besitzen müssen als die Spulen χ und y.
Die besondere Bauart des Elektromagneten mit drei Kernen zur Bildung richtig geschlossener Felder für die Kraftlinien, welche durch den Wendepol \ erzeugt werden, macht ihn für den oben angedeuteten Zweck besser geeignet als alle anders geformten.

Claims (3)

  1. Patent-Ansprüche:
    I. Elektrische Maschine mit verschiedenen Geschwindigkeiten und mit einem in der Längsrichtung der Welle verschiebbaren Anker, dadurch gekennzeichnet, daß
    seitlich am Magnetgestell ein oder mehrere vom Hauptstrom erregte Elektromagnete mit zwei oder drei Polen angeordnet sind, die als Wendepole wirken, wenn der Anker zur Erhöhung seiner Drehzahl . in bekannter Weise verschoben wird.
  2. 2. Elektrische Maschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Wendemagnet einen E-förmige.n Kern besitzt, auf dessen drei Vorsprüngen die Spulen aufgewickelt sind, wobei von den Feldern der beiden äußeren Spulen die eine das Feld der mittleren Hauptspule verstärkt, die. andere ihm entgegenwirkt.
  3. 3. Elektrische Maschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Wendemagnet einen kreisbogenförmig gebogenen Kern mit an den Seiten erweiterten Vorsprüngen besitzt, damit die Spulen zwecks Verstärkung ihrer Wirkung auf dem Kern verschoben werden können.
    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.
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