DE249548C

DE249548C -

Info

Publication number: DE249548C
Application number: DENDAT249548D
Authority: DE

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- JVl 249548 KLASSE 21d. GRUPPE

·■ . in PARIS.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 13. September 1911 ab.

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine wechselnder Drehzahl, die durch selbsttätige Änderung des magnetischen Widerstandes geregelt wird. Die Maschine kann sowohl als Generator wie auch als Motor mit konstanter Kraft bei veränderlicher Geschwindigkeit laufen.

Es sind bereits elektrische Maschinen bekannt, bei welchen sich magnetische Massen

ίο in dem Magnetgestell verschieben können, so daß dessen Widerstand und damit die Leistung der Maschine geändert wird. Man hat auch schon vorgeschlagen, diese Verschiebung selbsttätig in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit

*5 der Maschine eintreten zu lassen, indem man die magnetischen Massen durch einen Fliehkraftregler beeinflußte, der auf die Maschinenwelle aufgesetzt oder von ihr angetrieben wurde.

Diese magnetischen Massen sind nun erheblichen Kräften ausgesetzt, welche sie stets in eine solche Stellung zu bringen suchen, daß der magnetische Widerstand ein Minimum wird. Infolge dieser Kräfte geraten die Stellmechanismen leicht in Unordnung oder arbeiten mit Spiel. Da nun eine Verstellung um einige Zehntel Millimeter schon ausreicht, um eine bedeutende Änderung des magnetischen Widerstandes herbeizuführen, so bildet sich bei derartigen Maschinen leicht ein unsymmetrischer Kraftlinienfluß, welcher sowohl für die mechanische wie auch elektrische Wirkung nachteilig ist.

Gemäß der Erfindung werden diese Mißstände dadurch vermieden, daß die beweglichen magnetischen Massen in dem umlaufenden Feldmagneten so angeordnet sind, daß sie ohne Zuhilfenahme eines Fliehkraftreglers unmittelbar durch die Fliehkraft verstellt werden.

Bei zunehmender Geschwindigkeit sucht die Fliehkraft z. B. radial bewegliche Pole von dem Anker zu entfernen und dadurch den Kraftlinienfluß zu schwächen. Der Fliehkraft wirkt als Gegenkraft zweckmäßig die Spannung von Federn entgegen, so daß eine solche Ver-Schiebung der Pole erhalten wird, wie sie erforderlich ist, um die E. M. K. der Maschine bei allen Drehgeschwindigkeiten konstant zu erhalten.

Bei Verwendung der vorliegenden Maschine als Motor ergibt sie eine konstante Kraft. Da das Widerstandsmoment zunimmt, sucht sich nämlich die Geschwindigkeit zu verringern; die Fliehkraft nimmt ab, und die Polstücke nähern sich dem Anker wieder, so daß die Gegen-E. M. K. des Motors unveränderlich bleibt.

Die Ausgestaltung und Anbringung der beweglichen Kerne oder Polstücke kann verschieden sein, und ebenso können die Vorrichtungen, welche die die Fliehkraftwirkungen regelnde Gegenkraft liefern, beliebig ausgeführt werden.

"Auf den Zeichnungen sind mehrere Ausführungsformen dargestellt.

Fig. ι zeigt schematisch eine Maschine mit radial verschiebbaren Polen, während Fig. 2

und 3 in Seiten- und Vorderansicht mit teilweisem Schnitt eine vierpolige Maschine mit drehbaren Polkernen darstellen. Fig. 4 ist ein Längsschnitt durch eine Gleichpolmaschine. Fig. 5 ist ein Schnitt nach Linie A-A von Fig. 4, und die Fig. 6 und 7 veranschaulichen eine Einzelheit in zwei verschiedenen Stellungen. Die Maschine nach Fig. 1 besitzt zwei Pole und einen feststehenden Anker a. Das Polgehäuse b läuft um. Die Feldspulen c sind auf die Polmäntel d aufgesetzt, in deren Innerm sich die die Polschuhe f tragenden Polkerne e radial verschieben können. Eine Schraubenfeder g oder eine Reihe von elastischen Scheiben ist in die Bohrung jedes Polkernes e eingesetzt und legt sich gegen einen mittels einer Schraube i verstellbaren Block h. Durch Anschläge wird der Kern e gehindert, sich unter dem Druck der Feder g gegen die Oberfläche des Ankers α anzulegen. Die Anschläge sorgen vielmehr für einen gewissen kleinsten Luftspalt. Bei der gezeichneten Ausführung bestehen die Anschläge aus Schraubenbolzen, die in den Kern e eingesetzt sind und frei durch ein Querstück / durchgehen, so daß sich ihre Köpfe gegen letzteres legen, wenn die Maschine stillsteht.

Die Wirkungsweise ist folgende. Läuft das Polgehäuse mit zunehmender Geschwindigkeit um, so ist in einem gewissen Zeitpunkt die in den Polkernen e erzeugte Fliehkraft groß genug, um die Anziehung der Kerne e durch den Anker α sowie die Kraft der Federn g zu Überwinden. Die Kerne e verschieben sich daher radial nach außen, gleiten in den Mänteln d und drücken die Federn g so weit zusammen, bis sich das Gleichgewicht wieder herstellt. Man kann also die Federn g so berechnen, daß die Kerne e unter der Wirkung der Fliehkraft . 40 für jede Geschwindigkeit eine bestimmte Stellung einnehmen, und daß somit durch Regelung des Kraftlinienflusses die E. M. K. der Dynamomaschine in weiten Grenzen der Geschwindigkeit konstant bleibt.

Durch die Schrauben * läßt sich die Anfangsspannung der Federn g und damit auch die E. M. K. oder die Leistung der Dynamomaschine vor dem Anlassen oder jedesmal dann regeln, wenn durch Schwächung der Federn die Regelung der Maschine gestört war.

Die Federn g· brauchen nicht unmittelbar

auf die Kerne e einzuwirken, sondern es können Hebel, Daumenscheiben oder ähnliche Organe zwischengeschaltet werden, die so einzurichten sind, daß die Verschiebung der Kerne den Einfluß der Geschwindigkeitsänderungen auf die E. M. K. der Dynamomaschine genau ausgleicht. Um die Verschiebung der Kerne e. in den Mänteln d zu erleichtern, kann man zwischen ihnen Rollkugeln anordnen. Die Mäntel d lassen sich, wie gezeichnet, aus einem Stück mit dem Polgehäuse b gießen. Man kann sie aber auch aus nichtmagnetischem Metall herstellen, um die Reibung zu unterdrücken, die infolge der gegenseitigen Anziehung der Kerne e und Mantel d sonst entsteht.

Die Ausführung nach Fig. 2 und 3 hat den Vorteil, daß sie eine ganz allmählich fortschreitende und leichtere Regelung ergibt. Bei der Ausführung nach Fig. 1 erzeugt eine radiale Verschiebung der Kerne nur um einen Millimeter schon eine starke Änderung des magnetischen Widerstandes. Die Federn g sind also schwer genau so zu regeln, daß sich die Kerne e, genau um die bestimmte Strecke verschieben und daß die Verschiebung sämtlicher Kerne der Maschine genügend gleichmäßig erfolgt, um die sonst auftretende Asymmetrie des Kraftflusses zu verhindern.

Bei der Ausführung nach Fig. 2 und 3 erhält man die Änderung des magnetischen Widerstandes durch eine Änderung der Winkellage von magnetischen Massen, welche eine unsymmetrische Form haben und im Innern der Polstücke angeordnet sind. Man benutzt also zum Regeln des Kraftflusses nicht eine geradlinige Verschiebung um einige Millimeter, sondern eine Drehung, die verhältnismäßig groß sein kann. Eine kleine Abweichung in der Stellung der Massen hat also hier nur unbedeutenden Einfluß. Ferner kann man die Drehachsen sämtlicher Massen gleich mechanisch so miteinander kuppeln, daß sie sich alle gleichmäßig verstellen, wodurch jede Asymmetrie des Kraftflusses ausgeschlossen ist.

Wie Fig. 2 zeigt, enthält die Maschine einen Anker a, der auf eine nicht drehbare Welle a¹ aufgekeilt ist. Sie ist in dem Gestell a² gelagert und trägt das Polgehäuse b mittels zweier Armsterne b¹, b² so, daß sich dieses drehen kann. Die Feldspulen c sitzen zwischen den Polstücken f¹. Jedes Polstück enthält eine zylindrische Bohrung, deren Achse der Welle a¹ parallel ist. In der Bohrung steht eine drehbare Trommel aus Eisen, und der Luftspalt zwischen dieser und der Wandung der Bohrung ist sehr schmal. Die Trommel hat einen Ausschnitt e², so daß der magnetische Widerstand in der Richtung. des Kraftflusses je nach der Winkelstellung des Ausschnittes größer oder kleiner ist. Er ist am größten, wenn der Ausschnitt e² dem Anker a am nächsten steht, und am kleinsten, wenn er um 90° gegen jene Stellung verdreht ist.

Beim Arbeiten der Maschine sucht die magnetische Anziehung die Trommel e¹ so zu drehen, daß sie den niedrigsten magnetischen Widerstand ergibt. Da aber der Schwerpunkt der Trommel e¹ nicht mit ihrer Achse e³ zusammenfällt, sucht anderseits die Fliehkraft die Trommel so zu drehen, daß sie den höchsten magnetischen Widerstand ergibt. Bei zuneh-

mender Geschwindigkeit und infolgedessen auch bei zunehmender Fliehkraft nähert sich also der Ausschnitt ß² der Welle a¹ immer mehr und bewirkt so eine Zunahme des magnetischen Widerstandes, die groß genug ist, um die E. M. K. der Maschine konstant zu halten.

Sollte die Fliehkraft eine zu schnelle Drehung der Trommel e¹ herbeiführen, so kann man auf letztere z. B. eine Gegenfeder einwirken lassen,

ίο welche den Ausschnitt e¹ in die Stellung zu drehen sucht, wo er den niedrigsten magnetischen Widerstand ergibt. Man könnte ferner auf die Achse e^s der Trommel e¹ einen Hebel mit einem Gegengewicht aufsetzen, um den Schwerpunkt der Trommel β¹ näher an die Achse e^s zu rücken. Endlich lassen sich eine Feder und ein Hebel mit Gegengewicht so kombinieren, daß man eine verschieden große Verstellung des Ausschnittes in Abhängigkeit von der Umlaufgeschwindigkeit erhält.

Bei der Ausführung nach Fig. 2 ist angenommen, daß der Schwerpunkt der Trommel e¹ zu nahe ihrer Achse e^s liegt, um in der Trommel β¹ eine Fliehkraft zu erzeugen, die zur Drehung um den erforderlichen Winkel ausreichen würde. Es ist ferner ein in verschiedenen Stellungen auf einem Hebel m verstellbares Gegengewicht I angenommen. Der Hebel m ist auf die Achse e³ gegenüber dem Ausschnitt <?² aufgesetzt. Durch Verschieben des Gegengewichtes I auf dem Hebel m läßt sich die Wirkung der Fliehkraft für einen bestimmten Kraftbereich der Dynamomaschine regeln. Man kann auch den Winkel zwischen dem Hebel m und dem Ausschnitt e² verstellen, um die Abhängigkeit der Verstellung dieses Ausschnittes von der Umlaufgeschwindigkeit des Polgehäuses b zu verändern.

Die Fig. 2 und 3 veranschaulichen endlich eine Einrichtung, welche eine genau gleiche Verstellung sämtlicher Trommeln e¹ ergibt. Sie besteht aus einem gezahnten Kranz n, der mit der Welle a¹ gleichachsig ist und um sie gedreht werden kann. In ihn greifen gezahnte Sektoren 0 ein, welche auf die Achsen e³ aufgesetzt sind. Bedient man sich dieser Einrichtung, so sind Gegengewichte, Federn oder andere Organe nicht nötig, welche einzeln auf die verschiedenen Achsen e³ einwirken. Man kann sie vielmehr durch Organe ersetzen, welche auf den Kranz η wirken und mittels dessen sowie der Sektoren 0 gleichwertige Wirkungen auf die Achsen e^z ausüben.

Bei der Ausführung nach Fig. 4 und 5 steht nicht nur der Anker, sondern auch die Feldwicklung fest, und es dreht sich nur das Magnetgehäuse. Der Anker 1 sitzt auf einem dicken Kern 2 aus weichem Eisen, dessen beide Enden die in den Lagern 5, 6 ruhenden Zapfen 3, 4 bilden. Der Anker 1 nimmt nur einen Teil der Gesamtlänge des Kernes 2 ein. Auf den übrigen Teil ist eine kreisförmige Feldwicklung 7 fest aufgesetzt, die in dem Raum zwischen dem Anker 1 und einer Stirnscheibe 8 steht. Letztere trägt einen Kranz 9 mit zwei Polen 10. Die Scheibe 8 und der Kranz 9 werden von zwei Hohlwellen 11,12 getragen, welche die Zapfen 3, 4 umgeben und in den Lagern 13, 14 laufen. Der von der Feldwicklung 7 in dem Kern 2 erzeugte Kraftfluß verläuft über die Scheibe 8, den Kranz 9, die Pole 10 und den Anker 1. Bei der Drehung der Pole 10 um den festen Anker 1 verändert sich der jeden Ankerleiter schneidende Kraftfluß zwischen Null und einem Maximum, ohne jedoch einen negativen Wert anzunehmen. Der im Anker 1 durch die Änderungen des Kraftflusses erzeugte Strom wird von einem scheibenförmigen Stromsammler 15 durch Bürsten 16 abgenommen, die sich mit dem Magnetgehäuse drehen, und fließt zu Schleifringen 17, 18, von denen er durch die Bürsten in die Leitungen 19, 20 gelangt. Die Feldwicklung 7 liegt zweckmäßig im Nebenschluß.

Wie gemäß den Fig. 2 und 3 liegt auch hier im Innern jedes Polstückes 10 eine Trommel 21 mit einem Ausschnitt 22, die um eine zur Ankerwelle parallele Achse 23 gedreht werden kann. Die Wirkungsweise ist wieder die gleiche wie die der Ausführungsform nach Fig. 2 und 3. Bei zunehmender Geschwindigkeit des Magnetgehäuses dreht die Fliehkraft die Trommeln 21 so, daß der magnetische Widerstand mit der Geschwindigkeit wächst und daß infolgedessen die E. M. K. zwischen weiten Grenzen gleich bleibt.

Sinkt die Geschwindigkeit unter die Grenze, bei welcher die Trommeln 21 die Stellung des niedrigsten magnetischen Widerstandes annehmen, so fällt die E. M. K. natürlich, was unter Umständen von Nachteil sein kann, z. B. wenn die Dynamomaschine zum Laden von Stromsammlern dient.

Um diesen Mißstand zu beheben, wird der Strom durch eine besondere Vorrichtung selbsttätig unterbrochen, wenn die E. M. K. der Maschine unter eine bestimmte Grenze fällt, und wieder geschlossen, wenn die Drehgeschwindigkeit hinreichend steigt, um von neuem die normale E. M. K. zu ergeben. Diese Vorrichtung besteht aus einem Behälter 24, der auf das Ende des Zapfens 3 aufgesetzt ist und etwas Quecksilber 25 enthält. Die eine Netzleitung 19 ist über das Quecksilber 25 geführt und durch biegsame Drähte 26, 27 an den Boden des Behälters 24, und zwar an zwei naheliegenden Punkten angeschlossen. Steht der Behälter 24 in der Stellung nach Fig, 6, so befinden sich die Drähte 26, 27 außerhalb des Quecksilbers, und der Strom ist unterbrochen, während in der Stellung nach Fig. 7 das Quecksilber 25 die beiden Drähte 26, 27 leitend ver-

bindet. Der Behälter 24 wird infolge der Mitnahme des Ankers durch das Magnetgehäuse j selbsttätig verschwenkt. Die Zapfen 3, 4 sind in den Lagern 5, 6 so angeordnet, daß man den Kern 2 und damit natürlich auch den Anker 1 um 90 ° drehen kann. Zu diesem Zweck ist auf das Ende des Zapfens 4 ein Zahnrad 29 aufgesetzt, das in Eingriff mit einer Zahnstange steht. Auf letztere wirkt eine Feder 30 derart, daß in der Ruhelage der Zapfen 4 die Lage einnimmt, welche der Stellung des Behälters 24 gemäß Fig. 6 entspricht. Nimmt die Drehgeschwindigkeit des Magnetgehäuses zu, so wächst die E. M. K. der Maschine, bis der Kraftfluß seinen höchsten Wert erreicht. Der magnetische Widerstand ändert sich mithin durch die Verstellung der Trommeln 21 in Abhängigkeit von der Fliehkraft. Von diesem Augenblick an ist das Magnetfeld des Gehäuses stark genug, um den Anker 1 mitzunehmen. Die Zapfen 3 und 4 drehen sich also um 90 °, und der Behälter 24 nimmt die Stellung nach Fig. 7 ein, wodurch der Strom geschlossen wird. Sinkt die Geschwindigkeit unter den Wert, welcher die Mitnahme des Ankers entgegen der Wirkung der Feder 30 nicht mehr aufrecht zu erhalten vermag, so drehen sich die Zapfen 3, 4 zurück, und der Strom wird in dem Behälter 24 unterbrochen.

3" Dieser selbsttätige Schalter könnte auch bei den ersten beiden Ausführungen zur Anwendung kommen. Ebenso lassen sich die in der Längsrichtung verschiebbaren Polstücke gemäß Fig. 1 statt der drehbaren Trommeln 21 verwenden.

Die beschriebenen und dargestellten Ausführungen sind nur als Beispiele zu betrachten. Man kann je nach dem Anwendungszweck die Form der magnetischen, unter dem Einfluß der Fliehkraft beweglichen Massen die Richtung und das Maß ihrer Verstellung, ferner die Art der Einwirkung von Ausgleich- oder Regelungsorganen und endlich auch die Vorrichtungen ändern, welche eine genau gleiche Verstellung sämtlicher magnetischer Massen herbeiführen.

Claims

Patent-Ansprüche:

i. Elektrische Maschine wechselnder Drehzahl, die durch Änderung ihres magnetischen Widerstandes mit Hilfe beweglicher magnetischer Massen des Feldmagneten selbsttätig geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die beweglichen Massen in dem umlaufenden Feldmagneten so angeordnet sind, daß sie unmittelbar durch die Fliehkraft verstellt werden.
2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polstücke des umlaufenden Feldmagneten radial beweglich sind und unter der unmittelbaren oder mittelbaren Wirkung von Federn stehen, welche sie dem Anker zu nähern suchen und der Fliehkraft entgegenwirken.
3. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den umlaufenden Feldmagneten unsymmetrische, magnetische Massen, welche sich um senkrecht zu dem Kraftlinienfluß stehende Achsen drehen können, eingesetzt sind, so daß die auf die Massen wirkende Fliehkraft sie in die Stellung des größten magnetischen Widerstandes, hingegen die magnetische Einwirkung sie in die Stellung des kleinsten magnetischen Widerstandes zu drehen sucht.
4. Maschine nach Anspruch 1 und 3, gekennzeichnet durch auf die magnetischen Massen mittelbar oder unmittelbar einwirkende Gegengewichte, welche die Wirkung der Fliehkraft regeln oder ihren Angriffspunkt verschieben.
5. Maschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Federn, welche auf die magnetischen Massen in demselben oder umgekehrten Sinne wie die Fliehkraft mittelbar oder unmittelbar wirken.
6. Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Drehachsen der magnetischen Massen sitzende Sektoren mit einem gemeinsamen Zahnkranz in Eingriff stehen, so daß die Verschiebungen sämtlicher magnetischer Massen stets gleich groß sind.
7. Maschine nach Anspruch 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Zahnkranz ein Organ einwirkt, welches gleichzeitig für alle beweglichen Massen ungenaue oder falsche Verschiebungen ausgleicht.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.