DE204118C

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Publication number: DE204118C
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KAISERLICHESIMPERIAL

PATENTAMT.PATENT OFFICE.

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

- JVI 204118 ~ KLASSE 21 d. GRUPPE- JVI 204118 ~ CLASS 21 d. GROUP

in FRANKFURT a. M.in FRANKFURT a. M.

zum Betrieb der Maschine als Motor.to operate the machine as a motor.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 8. Oktober 1907 ab.Patented in the German Empire on October 8, 1907.

Der Gegenstand vorliegender Erfindung ist eine Einphaseiimaschine, welche für Polumschaltung geeignet ist und einen mit Kollektor versehenen Anker besitzt, welcher zum Betrieb mit zwei Polzahlen geeignet ist, wobei im allgemeinen, wenn die Maschine als Motor arbeitet, der Anlauf als Kollektormotor erfolgt und für den eigentlichen Betrieb der Motor in einen gewöhnlichen InduktionsmotorThe subject of the present invention is a Einphaseiimaschine which for pole changing is suitable and has an armature provided with a collector, which is used for operation with two numbers of poles is suitable, in general when the machine is used as a motor works, the start-up takes place as a collector motor and for the actual operation of the Motor into an ordinary induction motor

ίο von anderer Polzahl mit Kurzschlußanker verwandelt wird.ίο transformed from a different number of poles with short-circuit armature will.

Wesentlich für den Erfindungsgegenstand ist, daß die Wechselstrommaschine, deren Feldwicklung von einer Polzahl η auf eine Polzahl, m umgeschaltet werden kann, mit einem Gleichstromkommutatoranker versehen wird, welcher Parallel- oder Reihenparallel-wicklung besitzt und bei welchem Punkte gleichen Potentials auf beiden Seiten des Ankers miteinander verbunden sind. Die Äquipotentialverbindungen sind beim Betrieb als Kollektormotor (symmetrischen Bau vorausgesetzt) stromlos und werden nur in der Schaltung, bei welcher der Motor als Induktionsmotor laufen soll, von Strom durchflossen. Letztere Betriebsweise macht es jedoch erforderlich, daß die Äquipotentialverbindungen zweckmäßig mit möglichst kleinem Widerstand ausgeführt werden.It is essential for the subject of the invention that the alternating current machine, the field winding of which can be switched from a number of poles η to a number of poles, m , is provided with a direct current commutator armature which has parallel or series parallel winding and at which points the same potential on both sides of the armature are connected to each other. The equipotential connections are de-energized when operating as a collector motor (symmetrical construction is required) and are only traversed by current in the circuit in which the motor is to run as an induction motor. However, the latter mode of operation makes it necessary that the equipotential connections are expediently designed with the lowest possible resistance.

Die Ausführungsart des Ankers sei an zwei Beispielen erläutert.The design of the anchor is explained using two examples.

In Fig. ι ist eine achtpolig gewickelte Gleichstromankerwicklung dargestellt, bei welcher auf beiden Seiten des Ankers Äquipotentialverbindungen angebracht sind. Schaltet man das Magnetsystem auf vier Pole um, dann bilden die Äquipotentialverbindungen mit den durch sie verbundenen Leitern Kurzschlußwindungen, und der Motor nimmt in diesem Falle die Eigenschaften eines gewöhnlichen Induktionsmotors an, d. h. er läuft nahezu mit synchroner Umdrehungszahl.In Fig. Ι an eight-pole wound DC armature winding is shown, at which equipotential connections are attached on both sides of the armature. Switches if the magnet system is changed to four poles, then the equipotential connections are formed with the conductors connected by them short-circuit turns, and the motor takes in in this case the characteristics of an ordinary induction motor, i. H. he runs almost synchronous speed.

In der Fig. 1 sind durch die kleinen Buchstaben η und s die Pole des achtpoligen Feldsystems, mit N und S¹ dagegen die Pole des vierpoligen Feldsystems bezeichnet. ^₁ und y_z sind die normalen Schritte des . achtpolig gewickelten Parallelankers. Es sind 32 Nuten mit je zwei Leitern pro Nut angenommen. Die Äquipotentialverbindungen sind mit C₁ und a₂ bezeichnet. Die Kurzschlußwindungen von vier gleichliegenden Leitern sind durch dickere Linien hervorgehoben. Durch die Äquipotentialverbindungen sind nicht nur äquipotentielle Stäbe, sondern auch äquipotentielle Lamellen miteinander leitend verbunden, und man kann daher die Zahl der Bürstensätze auf zwei reduzieren, wie es in Fig. 1 dargestellt ist.In FIG. 1, the small letters η and s denote the poles of the eight-pole field system, while N and S ¹ denote the poles of the four-pole field system. ^ ₁ and y _z are the normal steps of the. eight-pole wound parallel anchor. 32 grooves with two conductors per groove are assumed. The equipotential connections are denoted by C ₁ and a _2. The short-circuit turns of four identical conductors are highlighted by thick lines. Through the equipotential connections, not only equipotential rods but also equipotential lamellae are conductively connected to one another, and the number of brush sets can therefore be reduced to two, as shown in FIG.

Die Wicklung der Fig. 1 läßt sich nun aber vereinfachen, wenn man die Äquipotentialverbindungen nicht in der Mitte des Wickelkopfes einer Ankerspule, sondern an die Ankerleiter selbst anbringt und dafür die Wicklungsschritte ^₁ und y₂ so anordnet, daß dadurch je zwei ÄquipotentialverbindungenThe winding of Fig. 1 can now be simplified if the equipotential connections are not placed in the middle of the winding head of an armature coil, but rather on the armature conductor itself and the winding steps ^ ₁ and y ₂ are arranged in such a way that this results in two equipotential connections

verbunden werden. In Fig. 2 ist diese Wicklungsart durch ein Beispiel erläutert. Vorausgesetzt sind wieder dieselben Polzahlen, Nutenzahlen und Leiterzahlen.get connected. In Fig. 2, this type of winding is explained by an example. Provided are again the same number of poles, number of slots and number of conductors.

In bezug auf die Polzahl 8 sind gleichliegende Leiter durch die Äquipotentialverbindungen O₁ und a.₂ direkt miteinander verbunden und bilden Kurzschlußwindungen mit ihnen in bezug auf die Polzahl 4. In der Fig. 2 sind wieder die Kurzschlußwindungen von vier gleichliegenden Stäben durch dickere Linien hervorgehoben. Um nun für das achtpolige Feldsystem eine geschlossene Ankerwicklung zu erhalten, sind die Kurzschlußwindungen durch die Wicklungsschritte y_± und y₂ miteinander verbunden. Jede Kurzschlußwindung kann nämlich in bezug auf die Polzahl 8 als ein Stab aufgefaßt werden, und man verbindet demnach die Kurzschlußwindüngen auf beiden Seiten des Ankers durch die normalen Wicklungsschritte der Polzahl 8 so miteinander, wie wenn man es mit einfachen Stäben zu tun hätte. Man kann nun in diesem Falle die Zahl der Wicklungsschritte auf die Zahl der Stäbe pro Polpaar beschränken, da durch die Äquipotentialverbindungen der gleiche Schritt auf die entsprechenden gleichliegenden Stäbe der anderen Pole übertragen wird. Ferner lassen sich hierbei die wenigen unbedingt nötigen Schritte auf den Ankerumfang ziemlich gleichmäßig verteilen. Auch hier sind wie in Fig. 1 äquipotentielle Lamellen bereits leitend miteinander verbunden, so daß man auch hier die Zahl der Bürstensätze auf zwei reduzieren kann.With respect to the number of poles 8 are identical conductors through the equipotential connections O ₁ and a. ₂ are connected directly to one another and form short-circuit turns with them with respect to the number of poles 4. In FIG. 2, the short-circuit turns of four identical rods are again highlighted by thick lines. In order to obtain a closed armature winding for the eight-pole field system, the short-circuit windings are connected to one another by winding steps y _± and y _2. Each short-circuit winding can be regarded as a rod with respect to the number of poles 8, and the short-circuit windings on both sides of the armature are therefore connected to one another by the normal winding steps of the number of poles, as if one were dealing with simple rods. In this case, the number of winding steps can now be limited to the number of bars per pole pair, since the equipotential connections transfer the same step to the corresponding bars of the other poles. Furthermore, the few absolutely necessary steps can be distributed fairly evenly over the anchor circumference. Here, too, as in FIG. 1, equipotential lamellae are already conductively connected to one another, so that here too the number of brush sets can be reduced to two.

Schaltet man also das Feld achtpolig, wie es in Fig. ι und 2 durch η und s bezeichnet ist, so ist der Motor ein achtpoliger Kollektormotor und entwickelt beim Anlauf ein erhebliches Drehmoment. Wird das Feld vierpolig umgeschaltet (nach N und S), dann arbeitet der Motor als gewöhnlicher vierpoliger Induktionsmotor mit Kurzschlußanker und läuft mit nahezu synchroner Umdrehungszahl.If you switch the field eight-pole, as indicated in Fig. Ι and 2 by η and s , the motor is an eight-pole commutator motor and develops a considerable torque when starting. If the field is switched to four poles (to N and S), the motor works as a normal four-pole induction motor with a short-circuit armature and runs at an almost synchronous number of revolutions.

Es sind zwar Anordnungen bekannt, die denselben Zweck wie die den Erfindungsgegenstand bildende verfolgen und die auch Äquipotentialverbindungen besitzen, doch unterscheidet sich die neue Wicklungsweise von jenen bekannten sehr wesentlich und vorteilhaft dadurch, daß bei diesen letzteren durch Äquipotentialverbindungen nur die auf der Kollektorseite liegenden und an die Kollektorsegmente angeschlossenen gleichliegenden Spulenköpfe miteinander verbunden werden, während bei der vorliegenden Anordnung die Äquipotentialverbindungen sowohl auf der Kollektorseite wie auch auf der anderen Seite des Ankers angeordnet sind. Die Verschiedenheit der Ausführungen bedingt auch verschiedene Wirkungsweise der beiden Anordnungen, wie sich aus den Fig. 3, 4 und 5 überzeugend ergibt.It is true that arrangements are known which pursue the same purpose as that which forms the subject matter of the invention and which also Have equipotential connections, but the new winding method differs from those known very substantially and advantageous in that the latter by Equipotential connections only those on the collector side and to the collector segments connected coiled coil heads are connected to one another, while in the present arrangement the Equipotential connections both on the collector side and on the other side of the anchor are arranged. The diversity of the designs also causes different ones Operation of the two arrangements, as can be seen from FIGS. 3, 4 and 5 convincingly results.

Fig. 3 zeigt schematisch die Schaltanordnung mit Äquipotentialverbindungen nur auf der Kollektorseite des Ankers und die Fig. 4 und 5 die neue Wicklungsweise. Die Spulenseitenpaare, welche bei der Schaltung auf doppelte Polzahl, d. h. bei dem Lauf der Maschine als Kollektormotor je eine Schleife der Schleifenwicklung bilden, sind durch Zeichen i,2 bzw. 1', 2.' und die Äquipotentialverbindungen durch Buchstaben σ mit entsprechenden Bezugszeichen dargestellt. Somit haben die Stäbe 1 und i' bzw. 2 und 2' bei dieser Schaltung die gleiche Lage im magnetischen Felde.3 shows schematically the switching arrangement with equipotential connections only on the collector side of the armature and FIGS. 4 and 5 the new winding method. The coil side pairs, which each form a loop of the loop winding when the machine is switched to double the number of poles, ie when the machine is running as a commutator motor, are indicated by signs i, 2 or 1 ', 2.' and the equipotential connections represented by letters σ with corresponding reference numerals. Thus, the bars 1 and i 'or 2 and 2' have the same position in the magnetic field in this circuit.

Wird nun der Ständer auf halbe Polzahl der vorigen Schaltung umgeschaltet (wenn die Maschine als Induktionsmotor und der Läufer 80 als Kurzschlußanker arbeiten soll), so tritt der Unterschied und auch der Vorteil der neuen Wicklungsweise gegenüber derjenigen der Fig. 3 besonders klar zum Vorschein.If the stator is now switched to half the number of poles of the previous circuit (if the Machine is to work as an induction motor and the rotor 80 as a short-circuit armature), the Difference and also the advantage of the new winding method compared to that of the Fig. 3 is particularly clear.

Bei der vorliegenden Anordnung nämlich wird dann jede Spule 1-1' bzw. 2-2' in sich kurzgeschlossen (z. B. Spulen 1, a₁₂, 1', O₁ und 2, a₁₂, 2', σ₂ in Fig. 4 und Spulen 1; O₁, 1', O₁ sowie 2, «j, 2, 2', a₂ in Fig. 5), so daß jede aus bloß zwei Seiten bestehende Spule von dem ganzen magnetischen Fluß durchdrungen wird, während gemäß Anordnung der Fig. 3 jedes kurzgeschlossene Wicklungselement 1, 2, a₂, 2', 1', Q₁ aus vier hintereinander geschalteten Spulenseiten besteht, und jedes Seitenpaar I, 2 bzw. i', 2' nur die Hälfte des totalen magnetischen Flusses umschließt. Der letzte Umstand bedingt aber eine schlechte Ausnutzung der Kurzschlußwicklung bzw. des magnetischen Flusses.In the present arrangement, each coil 1-1 'or 2-2' is then short-circuited in itself (e.g. coils 1, a ₁₂ , 1 ' , O ₁ and 2, a ₁₂ , 2', σ ₂ in Fig. 4 and coils 1; O ₁ , 1 ', O ₁ and 2, «j, 2, 2', a ₂ in Fig. 5), so that each coil consisting of only two sides is penetrated by the entire magnetic flux , while according to the arrangement of FIG. 3, each short-circuited winding element 1, 2, a ₂ , 2 ', 1', Q ₁ consists of four coil sides connected in series, and each pair of sides I, 2 or i ', 2' only half of the total magnetic flux encloses. The last circumstance, however, causes poor utilization of the short-circuit winding or the magnetic flux.

Damit der Übergang von einer Schaltung zu der anderen möglichst stoßfrei erfolgt, ist es zweckmäßig, bei dem Übergang von der M-poligen Schaltung in die m-polige Schaltung denjenigen Teil der Wicklung, in welchem die Stromrichtung umgekehrt wird, nicht in Reihe mit dem anderen Teil zu schalten, sondern parallel zu demselben; man kann dann nämlich bei beiden Schaltungen nahezu dieselbe Luftsättigung erreichen.So that the transition from one circuit to the other occurs as smoothly as possible, is it is useful at the transition from the M-pole circuit to the M-pole circuit not in series that part of the winding in which the direction of the current is reversed to switch with the other part, but in parallel with the same; you can then achieve almost the same air saturation in both circuits.

Zu demselben Zwecke wird es sich empfehlen, das vorhandene Feld erst zum Verschwinden zu bringen, nachdem das zweite Feld ganz oder teilweise bereits erzeugt ist. Es würde dieses ein stufenweises Ab- und Zuschalten von Wicklungsteilen bzw. ein stufenweises Umschalten derselben bedeuten. Wenn der Motor bei w-poligemBetrieb als Kollektormotor eine Kompensationswicklung besitzt, so wäre es vorteilhaft, zunächst diese auf 7M-PoIe umzuschalten, bevor man die Feldwicklung selbst umschaltet. Der Motor kann selbstver-For the same purpose, it will be advisable to first make the existing field disappear after the second field has already been generated in whole or in part. This would be a gradual switching off and on mean of winding parts or a step-by-step switchover of the same. If the motor is used as a collector motor in w-pole operation has a compensation winding, it would be advantageous to first place it on 7M-PoIe switch before switching the field winding itself. The engine can

ständlich auch mit Wendepolen versehen sein, z. B. wenn ein Dauerbetrieb als Kollektormotor dieselben notwendig erscheinen läßt. Die Polumschaltung kann. von Hand oder automatisch, z. B. durch Zentrifugalschalter, erfolgen.of course also be provided with reversing poles, z. B. if continuous operation as a collector motor makes them appear necessary. The pole changing can. by hand or automatically, e.g. B. by centrifugal switch.

Claims

Patent-to sayings:

i. Alternating current machine which can be switched to two different numbers of poles ίο with an m-pole wound and provided with equipotential connections temporarily serving as short-circuit connections, direct current commutator armature, characterized in that the same potential in the armature on both sides of the same points with respect to the number of poles η are conductively connected to one another Purpose of running the machine with one number of poles (n) as a collector machine, with the other number of poles fm) as an induction machine, whereby the equipotential connections are expediently of low resistance.

2. The method for operating the machine according to claim 1 as a motor, characterized in that that when operating with the larger number of poles, all stator windings are connected in series, but when operating with the smaller number of poles are connected in parallel in two or more groups, for the purpose of obtaining the same air saturation in both cases.

3. The method according to claim 2, characterized in that the switching takes place gradually, for the purpose of obtaining a smooth transition from one number of poles to the other.

1 sheet of drawings.