DE2519404A1

DE2519404A1 - Elektrische dynamomaschine

Info

Publication number: DE2519404A1
Application number: DE19752519404
Authority: DE
Inventors: Donald Lionel Hore
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-05-07
Filing date: 1975-04-30
Publication date: 1975-11-20
Also published as: JPS50152211A; DE2519404C3; GB1485154A; JPS6040264B2; FR2280230B1; IT1032820B; DE2519404B2; FR2280230A1

Description

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D-8023 Münohen-Pullach, Wiener Str. 2; Tel. (089) 7 93 30 71; TeIe;: 5?12117 tro d; Cables: «Pa'entibus» München

Diplom Ingenieure

Ihr Zeichen: M1//85451 Tag: 25 . April 1975

^Y0Urref" Date: _vI..p_z

Donald Lionel HORE , 1o, Charnhill VaIe, Mangotsfield, Bristol DS17 3 JT/England

Elektrische Dynamomaschine

Die Erfindung betrifft elektrische Dynamomaschinen und insbesondere elektrische Dynamomaschinen mit Wicklungen sowohl am Stator als auch am Rotor. Die Maschine nach der Erfindung entspricht im wesentlichen der Form bzw. Konstruktion, wie sie in der US-Patentanmeldung Nr. 17 412/73 beschrieben ist mit der Ausnahme, daß anstelle einer Steuerung der Spannung und&s Stromes des Rotors, der Rotor die Möglichkeit erhält, sich in Abhängigkeit von der elektrischen Energie zu bewegen, die der Wicklung oder den Wicklungen des Stators zugeführt wird.

Die nach der Erfindung aufgebauten Maschinen besitzen einen geschichteten Stator mit Nuten, in denen Wicklungen entsprechend den herkömmlichen Elektromotoren angeordnet sind und wobei ein geschichteter Rotor kurzgeschlossene Wicklungen

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trägt» die keine von außen speisbare Anschlüsse besitzen. Die Konstruktion ist allgemein ähnlich derjenigen eines Kurzschlußläufermotors ausgeführt; der Unterschied lierrt in der Lsp-.e des Rotor-Kurzschlußkreises.

Erfindungsgemäß wird'eine Einzelphasen- oder - Vielphasendvnanomaschine geschaffen, die einen Stator rut vienigster.s einer VJi cklung aufweist, die so angeordnet ist, daß sie erregt werden kann und einen Wechselfluß oder sich ändernden Fluß erzeugt und die ein weiteres bewegliches Teil aufweist, welches sich relativ zum Stator bewegt und welches wenigstens eine kurzpeschlosser.e V/icklung aufweist und die bei jeder Stellung des beweglichen Teiles alternäive Pfade von niedriger und hoher Peak tan ζ hinsichtlich des Durchtritts des magnetischen Viechseiflusses vorsieht, so daß bewirkt wird, daß das bewegliche Teil eine Stellung einnimmt, in v/elcher eine Verkettung, der wenigstens einen kurzgeschlossenen Wicklung des beweglichen Teiles mit der erregten Statorwicklung oder Wicklungen minimal gestaltet wird.

Bei der zweipoligen Ausführung kann die Maschine einphasirr ausgeführt sein, itfobei die Rotor-Kurzschlußschleifen so angeordnet sind, daß sie parallele ^plußpfade formen, oder sie kann dreiphasig ausgebildet sein, wobei die zulässigen Ebenen für den Durchtritt des Wechselflusses ein gleichzeitiges Dreieck formen. Pur Maschinen, die mehr als zwei Pole aufweisen, bilden die zulässigen Ebenen (permissive planes) geometrische Figuren mit einer geeigneten Anzahl von Seiten, z. B. einem Rechteck für eine Einphasen-Vierpolmaschine und ein Sechseck für eine Dreiphasen -Vierpolmas chine usv/.

Bei der einfachsten Einphasenversion der Maschine trägt der Stator eine einzige Wicklung, um ein Zweipol-Feld zu erzeugen und die einzige Statorwicklung wird mit Wechselstrom erregt. Der erzeugte Fluß bewirkt, daß der Rotor eine Stellung einnimmt, in welcher kein Fluß die kurzgeschlossenen Rotorwicklungen verkettet, Wenn der Rotor aus dieser "Null"-Stellung verschoben wird, so

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fließt in den Rotorwiekiungen Strom und es wird eine Kraft erzeugt, die bestrebt ist, den Rotor in die "Null^?t-S teilung zurückzuführen. Die maximale Verschiebung bzw. Verdrehung aus der "Null"-Lage beträgt 90° relaüv zu einer Stellung, in welcher die kurzgeschlossenen Rotorwicklungen eng mit der primären Statorwieklung verkettet sind. Aus dieser maximalen oder "obere Druckpunktstellung" kann der Rotor in eine von zwei Richtungen gedreht werden und in dieser "obere Druckpunktstellung" beträgt das Drehmoment theoretisch "Null", steigt jedoch schnell an, sobald irgendeine Bewegung des Rotors in einer von zwei Richtungen auftritt. In ähnlicher Weise wird auch ii der "NuIl"-Stellung kein Drehmoment erzeugt, bis der Rotor verdreht wird. Die Maschine arbeitet daher als Dreh-Solenoid für eine Winkelverdrehung bis zu 90°» was von der relativen erforderlichen Kraft abhängig ist, wenn eine Belastung oder eine Feder so angeordnet ist, um den Rotor aus der "Null"-Stellung zu verdrehen, wenn die Statorwicklung entrerrt ist.

In ähnlicher Weise neigt bei der äquivalenten Dreiphasen-Zweipol-Konstruktion der Rotor, wenn die Phasenwicklungen erregt werden, dazu, eine "Null"-Stellung einzunehmen, während die Wiederrückführkraft auf einen maximalen Wert ansteigt, wenn der Rotor in die "obere Druckpunktstellung" verdreht wird. Die Dreiphasenkonstruktion läßt sich daher bis zu einer Winkelverdrehung von 60° einsetzen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung sind zwei Statorwicklungen im rechten Winkel zueinander angeordnet und die "Null"-Stellung für den Rotor, wobei eine Statorwicklung erregt ist, entspricht der Stellung, in welcher die Rotorachse einen Winkel von 90 mit der Achse der Wicklung der erregten Statorwicklung einschließt. Wird auch die andere Statorwicklung erregt, so versucht sich der Rotor über 90° zu drehen, so daß dann die Maschine einen doppelt wirkenden Dreh-Solenoid darstellt, durch den die Last in eine von zwei Richtungen über

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einen Winkel von ca. 90° bewegt werden kann, indem man die eine oder die andere Statorvxicklung erregt. Bei der äquivalenten Dreiphasenkonstruktion wird die "Hull"-Lage dann erreicht, wenn drei Statorwicklungen erregt werden, während die Erregunf von den anderen drei Wicklungen dazu führt, daß bei einer Dreiphasen-Zweipol-Konstruktion der Rotor sich um einen Winkel von 60° verdreht .

Wenn beide Statorwifklungen einer doppelt wirkenden Maschine erregt werden, so neigt der Rotor dazu, eine Stellung einzunehmen, die zwischen der "Null"-Stellung und der "obere Druckpunktstellung" liegt.

Bei einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung sind die Statorwicklungen der doppelt wirkenden Maschine, die nicht erregt werden, kurzgeschlossen, um eine wesentliche Erhöhung des Selbstausricht-Drehmomentes zu erzielen.

Bei einer noch weiteren Ausführungsform nach der Erfindung ist die Maschine mit drei oder mit mehr Statorwicklungen ausgestattet, um dadurch Winkelverdrehungen über 90° (Einzelphase) und über 60° (Dreiphasen) zu erreichen, wobei die Wicklungen aufeinanderfolgend eingeschaltet werden, um eine Schrittbewegung des Rotors herbeizuführen. Um das Selbstausricht-Drehmoment zu erhöhen, sind die nicht erregten Wicklungen in Gegenphase ζ us ammenge schaltet.

Bei einer noch weiteren Ausführungsform nach der Erfindung kann die Maschine als Einphasen- oder Dreiphasenschrittmotor arbeiten, indem aufeinanderfolgend die richtigen Wicklungen erregt vie.rden, um eine WinkelVerdrehung des Rotors in einer von zwei Richtungen, wie dies erforderlich ist, zu bewirken.

Obwohl der Gegenstand der Erfindung speziell in Verbindung mit sich drehenden Maschinen erläutert ist, so ist es für den Faeh-

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mann offensichtlich, daß das grundl-egende Arbeitsprinzip des Einphasen-Solenoids und des Schrittmotors auch in gleicher Weise für Linearmotoren bzw. Äquivalente verwendet werden kann.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische perspektivische Darstellung der Rotorwicklungen und des Rotors einer Einphasen-Zweipoldynamomäschine nach der Erfindung;

Pig. 2 eine sehematische Darstellung der Rotorwieklungs-Abwicklunp: des Dreiphasen-Zweipoläquivalents von Figur 1;

Fig. 3a ein Wicklungsdiagramm für eine Einphasen-Zweipolmas-chine nach der Erfindung mit einer einzelnen Statorwicklung, wobei der Rotor in der "Null"-Stellung gezeigt ist;

Fig. 3b ein Wicklungsschema ähnlich demjenigen von Figur 3a, wobei,jedoch der Rotor In die "obere Druckpunktstel lung" verdreht ist;

Fig. 3c und 3d das äquivalente Dreiphasenwicklungsschema von jeweils den Figuren 3a und 3b;

Fig. 4a ein Wicklungsschema für eine Einphasenmaschine mit zwei Statorwicklungen, die im rechten Winkel angeordnet sind, wobei der Rotor in der "Mull"-Stellung bei einer erregten Wicklung gezeigt ist;

Fig. 4b das äquivalente Drelphasenwleklunfsschema von Figur 4a;

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Pig. 5a einen Stromlaufplan einer typischen Verbindung für einen doppelt wirkenden Solenoid,, wobei die nicht erregte Statorwicklung kurzgeschlossen ist, um das SeIbstausrieht-Drehmoment zu erhöhen;

Fig. 5 b ein Wick lungs sehe ma der Pias chine mit einer kur ζ geschlossenen Statorwicklunp, wobei der Rotor .aus einer "Null"-Stellung in eine Zwischenstellünp: verdreht ist;

Fig. 5a^f eine schematische Darstellung einer Einphasen-Zweipolmaschine, wobei ein Statorwicklunpcspaar entsprechend einer 90° Phasenverschiebung Eteschaltet ist;

Fig. 6a ein Wicklungsschema für eine Einphasenmaschine mit drei Zweipol-Statorwicklungen, x^obei die nicht erregten Wicklungen in (legenphase geschaltet sind, um das Selbstausricht-Drehmoment zu erhöhen;

Fig. 6b ein Schaltplan, der die typischen Verbindungen für die Statorwicklungen von Figur 6a zeigt;

Fig. 6b¹ eine schematische Darstellung einer Einphasen- Zweipolmaschine mit drei Statorwicklungen; und

Fig. 7· ein Wicklungssehema eines linearen Äquivalentes der Drehmaschine, die in ^igur 4a veranschaulicht ist.

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung des Rotors 1 einer Einphasen-Zweipolmaschine, der für eine Drehung auf einer Welle angeordnet ist und der Wicklungen aufweist, die in Form von drei Kurzschlußschleifen A, B und C angeordnet sind. Wenn die Kurzschlußschleifen A, B und C so angeordnet sind, daß parallelverlaufende Flußpfade gebildet werden, so kann ein Wechselfluß

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durch das Eisen des Rotors in Ebenen hindurchgelangen_s die parallel, zxi der Ebene der Schleifen verlaufen, ohne daß eine Verkettung der Kurzsehlußwicklungen auftritt, wobei jedoch jegliche Flußkomponente in einer Ebene senkrecht zur Ebene der Schleifen eine Verkettung mit einer oder mit mehreren der .Kurzschlußwicklungen bedingt. Die auf diese Weise in diesen Wicklungen induzierten Ströme wirken dem Durchtritt von Wechselfluß entgegen, der dadurch aufgehoben wird. Die induktive Reaktanz irgendeiner Statorwicklung ändert sich daher mit der Stellung des Rotors in Abhängigkeit vom Ausmaß der Verkettung der Rotorwicklungen mit irgendeiner Statorwicklung. Da weiterhin der Wechselfluß nur in bestimmten Ebenen durch den Rotor hindurchgelangen kann, läßt sich die Flußverteilung in einer Maschine mit einer derartigen Rotorkonstruktion mit der Rotorstellung verändern, so daß die induktive Verkettung zwischen unterschiedlichen Statorwicklungen verändert wird. Schließlich erzeugt der in den Rotorwicklungen induzierte Strom eine Kraft, die bestrebt ist, den Rotor 1 in eine Lage zu bewegen, in welcher die ^lußverkettung mit den Rotorwicklungen reduziert oder aufgehoben wird.

Figur 2 zeigt die äquivalente Rotorwicklung-Abwicklung für eine Dreiphasen-Zvreipolmas chine, bei xrelcher jede Leitung H einen Satz von Leitungen darstellt, die in eine Nut in der Rotorschichtung eingelegt ist und die zusammengefaßt sind, um eine Reihe von länglichen parallelen Schleifen pro Phase zu bilden. An einem Ende des Rotors können die Leiter zu einem gemeinsamen Endring J zusammengefaßt sein, die Leiter sind jedoch, wie allgemein bei K angezeigt ist, verbunden. Bei dieser Konstruktion erhält man drei Polflächen X, Y und Z und die resultierenden "Freigabeebenen" für den Durchtritt von Wechselfluß bilden ein gleichschenkliges Dreieck über diesen Polflächen.

Die Figuren 3a und 3b zeigen VJicklungsdiagramme der einfachsten Einphasen-Zweipolvernion der Maschine nach der Erfindung. Der Stator 3 trägt eine einzige Wicklung D-Dl, die in der in Figur

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3a gezeigten Stellung einen Fluß in horizontaler Richtung durch den Rotor 1 lenkt. Befindet sich der Rotor 1 in der gezeigten Stellung, so liegen die Kurzschlußschleifen E, El in der horizontalen Ebene, wobei deren Spulenachse χ vertikal verläuft. Der durch die einzige Statorwicklung D-Dl erzeugte Fluß kann daher durch den Rotor 1 in Ebenen hindurchgelangen, die parallel ' zu den Ebenen der Kurzschlußrotorwicklungen E, El verlaufen, ohne daß eine Verkettung mit einer der Wicklungen E, El auftritt. Der Pluß erzeugt daher die maximale gegen E, M, K in der Statorwicklung D, Dl und deren Reaktanz beträgt daher ein Maxi- ;

i mum. I

Wenn daher die einzige Statorwicklung D, Dl von einer Wechsel- ! Stromquelle aus erregt vrird, so bexvirkt der erzeugte Pluß, daß \ der Rotor 1 die in Figur 3a gezeigte Stellung einnimmt, in wel- ■ eher kein Fluß die Rotor-Kurzschlußwicklungen E, El verkettet. Wenn der Rotor nun aus der "Null"-Stellung, die in Figur 3a ge- ^! zeigt ist, winkelmäßig verschoben wird, so fließt in den Rotorwicklungen E, El Strom, der seinerseits eine Kraft erzeugt, die ; geneigt ist, den Rotor 1 in die ^MNull"-Lage zurückzuführen. !

Die maximale Winkelverdrehung des Rotors 1 beträgt 90° zu der in ' Figur 3b gezeigten Stellung, in welcher die Rotor- und Stator- _; wicklungsachsen koinzidieren und in welcher die Rotor-Kurz- j

schlußwicklungen E, El eng mit den Statorwicklungen D, Dl ver- j kettet sind. Aus dieser Stellung kann der Rotor in eine von zwei Richtungen verdreht werden, so daß die in Figur 3b gezeigte Lage eine "obere Druckpunktstellung" zeigt, in welcher das Drehmoment theoretisch "Null" beträgt, jedoch schnell ansteigt, sobald irgendeine Bewegung auftritt. Bei der in Figur 3a gezeigten Stellung tritt ebenfalls ein Drehmoment auf, bis der Rotor 1 winkelmäßig verschoben wird.

Die Konstruktion gemäß den Figuren 3a und 3b arbeitet daher als Dreh-Solenoid für eine Winkelverdrehung bis zu 90°, was vor der erforderlichen relativen Kraft abhängig ist, wenn die Last

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oder eine Feder so angeordnet ist, daß sie den Rotor aus der "Null"-Stellung verdreht, wenn die Statorwicklung entregt ist.

Die äquivalente Dreiphasenkonstruktion des Dreh-Solenoids ist in den Figuren 3c und 3d gezeigt. Der Stator 3 ist mit Drei-Phasenwicklungen Fl, F2, F3 ausgestattet, von denen jede einen Bogen von ca. 120° einnimmt. In Figur 3c kann der durch die Wicklungen Fl, F2 und F3 erzeugte Fluß durch den Rotor 1 hindurchgelangen und zwar ohne Verkettung mit irgendeiner der Rotor-Kurzschlußwick-lungen Gl, G2, G3, wobei jedoch eine Verdrehung des Rotors 1 über einen Winkel von 60° in die in Figur 3d gezeigte Stellung eine maximale gegenseitige Flußverkettung und eine minimale Reaktanz bewirkt. Wenn daher die Phasenwicklungen Fl, F2 und F3 erregt werden, so versucht der Rotor 1 die in Stellung 3c gezeigte Stellung· einzunehmen, d. h. die "Null"-Lage, während die Rückführkraft auf ein Maximum stigt, wenn der Rotor 1 über einen Winkel in die "obere Druckpunktstellung", wie sie in Figur 3d gezeigt ist, gedreht wird. Demnach kann die Dreiphasenkonstruktion für eine WinkelVerdrehung bis zu 60° verwendet werden.

Es sei hervorgehoben, daß alle V/icklungsschemata für Zweipolmaschinen gezeigt sind und daß äquivalenten Vielpolmaschinen,· d. h. Maschinen mit einer Polzahl über zwei konstruiert werden können, wenn dies gefordert wird und zwar für kleinere Winkelverdrehungen.

Eine nach den Prinzipien der Erfindung aufgebaute Maschine kann als ein doppelt wirkender Solenoid verwendet werden, indem man zwei Statorwicklungen L, Ll; M, Ml in 90° Phasenverschiebung vorsieht, wie dies in Figur 4a gezeigt ist. Werden die Statorwicklungen L, Ll erregt, so befindet sich der Rotor 1 in der "Null"-Stellung, wobei die Rotorwicklungsachse χ senkrecht zur Wicklungsachse der Wicklungen L, Ll verläuft. Bei einer Erregung der Statorwicklung M, Ml versucht der Rotor 1 sich entspre-

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chend 90° zu drehen, um die Rotorwicklungsachse senkrecht zu derjenigen von M und Ml einzustellen. Die beschriebene Konstruktion stellt somit einen doppelt wirkenden Dreh-Solenoid dar, durch den eine Last in eine von zwei Richtungen entsprechend einem 'Winkel von ca. 90° dadurch bewegt v/erden kann, indem die eine oder die andere der Statorwicklungen erregt wird. Die Maschine funktioniert als ein doppelt wirkender Dreh-Solenoid bzw. Betätigungsvorrichtung für Winkel kleiner als 90°, beispielsweise für die Fernbetätigung von Drehschaltern.

Die äquivalente DreiphasenanOrdnung ist in Figur 4b gezeigt. Dabei befindet sich der Rotor in der "ITull"-Stellun,e- für eine anfängliche Erregung der Phasenwicklungen N2, 02 und P2. Eine Erregung der anderen drei Phasenwicklungen Nl, 01, Pi bewirkt eine WinkelVerdrehung des Rotors 1 entsprechend 60° für eine Zweipol-Konstruktion,

Wenn beide Wicklungssätze Ml, 01, Pl; N2, 02, P2 erregt werden, so versucht der Rotor 1 eine Lage einzunehmen, die zwischen den zwei "Null"-Stellungen gelegen ist.

Um das Selbstausricht-Drehmoment zu erhöhen, sind die Statorwicklungen des doppelt v/irkenden Solenoids gemäß Figur 4a kurzgeschlossen, wie dies in Figur 5a gezeigt ist. Solange der Potor aus der "Null"-Stellung verschoben ist, beispielsweise in eine in Figur 5b gezeigte Stellung, wird In der kurzgeschlossenen Statorwicklung ein Strom induziert. Steuerdrucktasten oder Schalter Sl, S2 sind in die Schaltung eingeschaltet und zwar für die Erregerquelle und die Wicklungen L, Ll; M, Ml. Ein Niederdrücken bzw. Betätigung des Schalters S2 verbindet die Wicklung M, Ml mit der Stromquelle, wobei die Wicklung L, Ll kurzgeschlossen ist und umgekehrt. Es wird daher in der kurzgeschlossenen Wicklung L, Ll ein Strom induziert. In Figur 5b befindet sich der Rotor in der Zwischenstellung, wobei der Fluß der Statorwicklung L, Ll mit der Statorwicklung M, Ml verkettet ist, so daß ein

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Strom in den kurzgeschlossenen Wicklungen E, El des Rotors 1 zirkuliert. Solange der Rotor aus der "Null^M-Stellung verseho- i ben bzw, verdreht ist, wird in der kurzgeschlossenen Stator- J wicklung ein Strom induziert und ebenso in den Rotor-Kurzschluß- ! schleifen, da die Maschine als ein veränderbarer Transformator wirkt, wie dies in der US-Patentanmeldung Nr. 17 412/73 beschrieben ist. Dieser Effekt verläuft in einer solchen Richtung und Phasenbeziehung, daß der Rotor bestrebt ist, in die "Null"-Lage bis zu 45 elektrischen Graden aus der "Null^fl-Stellung zurückzukehren.

Obwohl diese Verbindung durch geeignete externe Schaltereinrichtungen hergestellt werden kann, ergibt sich ein maximaler Wirkungsgrad durch ein automatisches Schalten aus der Rotorstellung heraus. Dies ist im Prinzip in Figur 5a^f gezeigt, die eine Einphasen-Zweipol doppelt wirkende Maschine zeigt, wobei die Statorwicklungen a und b um 90° versetzt zueinander angeordnet sind. Der Stator ist der Übersichtlichkeit halber weggelassen, es sind ; jedoch die Flußachsen dieser Wicklungen jeweils bei χ und y ange-! zeigt. Der Rotor 1 befindet sich in der ^l!Null"-Stellung, was einer Erregung der Statorwicklung a entspricht. Die Rotorwelle 2 haltert eine geeignete Schaltervorrichtung, wie beispielsweise eine Nooke 4, die bewirkt, daß der Kontakt 5 sich schließt, wenn der Rotor 1 sich innerhalb von 45° der "Null"-Stellung befindet. Hierdurch wird die Wicklung b kurzgeschlossen, wenn nicht und bis die Wicklung b durch Niederdrücken oder Betätigen der Drucktaste 6 erregt wird. In diesem Fall läuft der Rotor 1 in Ausrichtung zu der Flußachse b (wobei angenommen ist, daß eine mechanische Behinderung vorgesehen ist, um eine Drehung nur innav halb des gezeigten Quadranten zu ermöglichen). Wenn die geforderte Stellung nahezu eingenommen ist, bricht der Kontakt 5 und der Kontakt 7 schließt und es wird die Statorwicklung a kurzge-

j lung' a und dem Kontakt 7 geschaltet.

schlossen. Eine weitere Drucktaste 8 ist in Reihe mit der Wick-

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Eine äquivalente Dreiphasenversion kann aus der Dreiphasenkonstruktion von Figur *Jb dadurch entwickelt werden, indem man Maßnahmen trifft, daß die Phasen Nl, 01, Pl einzeln kurzgeschlossen werden, währehd die Phasen H2, 02, P2 erregt werden und umgekehrt .

Dort, wo eine Winkelverschiebung über 90° (Einzelphase) oder 60° (Dreiphasen) erforderlich ist, ist die Erfindung nach der Erfindung mit drei oder mit mehreren Statorwicklungen ausgestattet. Ciemäß Figur 6a sind für die Einzelphasen-Zweipolkonstruktion 3 Zweipol-Statorxtficklungen O_t R und S um 60° voneinander im Abstand angeordnet, wobei die Wicklungen aufeinanderfolgend entweder durch ein äußeres Programm oder automatisch durch einen Schalter (nioht gezeigt), der durch die Bewegung des Rotors 1 betätigt wird, geschaltet werden. Figur 6a zeigt den Rotor 1 in der "Null"«Stellung für eine Erregung der Statorwicklung °. Wenn die Wicklung R erregt wird, so bewegt sich der Rotor über 60° und er überträgt die Stromversorgung auf die Wicklung S, so daß der Rotor um weitere 60 weiterdreht. Eine progressive Bewegung durch ZwisehenStellungen kann z. B. durch progressive Erregung der Statorwicklungen R und Q, R, R und S und S durch eine geeignete Schaltfolge erreicht werden.

Auch hier kann das Selbstausricht-Drehmoment dadurch erhöht werden, indem man die zwei Wicklungen, die gemäß Figur 6b nicht erregt sind, für die drei Statorwicklungen Q, R und S von Figur 6a in Gegenphase zusammenschaltet. Durch geeignete Betätigung der Drucktastenschalter Sl, S2, S3 kann eine Wicklung erregt werden und die verbleibenden zwei können in Gegenphase geschal- : tet werden. Wird durch Betätigung des Schalters Sl die Wicklung _: Q erregt, so werden gleiche Spannungen in den Wicklungen Q und R induziert und wenn sich der Rotor 1 in der "Null"-Stellung befindet, zirkuliert in der Wicklung Q kein Strom. Wenn Jedoch der Rotor 1 verdreht wird, fällt die in einer Wicklung induzierte Spannung ab und steigt in der anderen Wicklung an und es fließt

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dann ein Zirkulierstrom. Dies hat die Wirkung einer Erhöhung der Kraft, mit der der Rotor in die "Null"-Stellung zurückgeführt wird. Eine mehr detailliertere Schaltungsanordnung ist in Figur 6b' gezeigt, die eine typische Anordnung für eine Einzel- | phase-Zweipolmaschine zeigt, die drei Statorwicklungen besitzt, welche um 60° zueinander versetzt angeordnet sind. Der Stator ist der Übersichtlichkeit halber weggelassen, es sind jedoch die Flußachsen für die Statorwicklungen a, b und c jeweils bei x, y und ζ gezeigt. Die Rotorstellung ist "Null", wenn die Statorwicklung a erregt ist. Eine Nooke 4, die an dem Rotor 1 über die Welle 2 befestigt ist, schließt den Kontakt 5, um die Statorwicklungen b und c in Gegenphase zusammenzuschalten, solange der \ Rotor sich innerhalb einer spezifischen Verdrehung aus der "Nullstellung befindet und keine der Drucktasten 9 oder 10 ist gedrückt. Ein weiterer durch einen Nocken gesteuerter Kontakt 6 , ist in Reihe mit der Drucktaste 8 geschaltet und ein noch weiterer nocken gesteuerter Kontakt 7 ist in den Stromlauf der Druck-· taste 9 eingeschaltet. Aus Figur 6a ergibt sich, daß die in den Wicklungen b und c durch a induzierten Spannungen, wobei sich der Rotor 1 in der "Mull"-Stellung befindet, gleich sind, so daß kein Strom zirkuliert. Ein Verdrehen des Rotors 1 nach links oder nach rechts um ca. 30 elektrische Grade hat eine Erhöhung der Spannung in einer Wicklung und eine Verminderung der Spannung in der anderen Wicklung zur Folge und es zirkuliert ein Strom, um die Kraft zu erhöhen, mit der der Rotor 1 in die "Null"-Lage zurückgeführt wird. Die gleichen Prinzipien treffen auch für die äquivalente Dreiphasenversion zu, wenn jede Phase wie bei der Einphasenkonstruktion von Figur 6b geschaltet wird. _;

ι Obwohl die beschriebenen Maschinen eine teilweise Winkelverdre- j hung erforderlich machen, sei hervorgehoben, daß die gleichen Prinzipien auch dafür verwendet werden können, einen reversiblen Schrittmotor mit einer einzigen Phase oder einer"Dreiphasenkonstruktion mit wenigstens drei Wicklungen pro Phase angewandt werden können. Eine aufeinanderfolgende Erregung der richtigen

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Wicklungen mit Hilfe von externen Schaltern führt zu einer progressiven Bewegung des Rotors in einer von zwei Richtungen, wie dies gefordert wird.

Weiterhin können die Einphasen-Solenoid- und Schrittmotor-Prinzipien auch auf eine Linearmaschine bzw. Linearmotor als auch einen Drehmotor oder Drehmaschine angewandt werden, ^pirur 7 zeigt eine Wicklungs-Abwicklung für eine Linear-Version des Gegenstandes von Figur 4a bzw. der doppelt wirkenden Solenoid-Ausführungsform,, wobei A den Stator und B den "Rotor" oder das bewegliche Teil sind. Die Kurzschlußwicklungen C am Rotor B sind so angeordnet, daß eine wechselseitige Verkettung zvrischen diesen und einer oder mehreren Statorwicklungen 1, l^f; 2, 2' auftritt, wenn nicht der "Rotor" B sich in einer bestimmten Stellung relativ zum Stator A befindet.

Die Anordnung gemäß Figur 7 zeigt den Rotor B in einer Lage, bei welcher eine kleine Bewegung nach links zu einer vollständigen Aufhebung der Verkettung zwischen den Statorwicklungen 2, 2' und den Rotor-Kurzschlußwicklungen C führt. Die strichlierten Linien zeigen, auf welche Weise cfer erzeugte Fluß vom Stator A abgehen und zu diesem zurückkehren kann, ohne daß dabei Ströme in den Rotorwicklungen C induziert werden. Wenn weiter die Statorwicklungen 1, l^f anstelle der Wicklungen 2, 2' erregt werden, so führt die Flußverkettung mit den Rotorwicklungen C nahezu zu einem Maximum. Dies bewirkt, daß der Rotor B nach rechts bewegt wird| wenn man wie in Figur 7 blickt; bis die Fluß verkettung ein Minimum erreicht hat. Sind nur die Wicklungen 1, I¹ vorhanden, so funktioniert die Maschine als ein einfach wirkender Linearsolenoid, während die Maschine bei zwei Statorwicklungen 1, 1'; 2, 2' als doppelt wirkender Solenoid funktioniert. Das Vorsehen von drei oder mehr Statorwicklungen ermöglicht dann eine Schrittbewegungsfunktion .

Dort, wo ein primärer Faktor bei der Auslegung in der Erzielung

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einer minimalen Trägheit der bewegten Teile besteht, können die Rotor-Kurzschlußwicklungen von sowohl Drehmaschinen als auch
lineare Maschinen, wie sie beschrieben wurde, im Luftspalt zwischen dem Stator und einer weiteren fixierten Masse aus magnetischem Material untergebracht werden, welches auch eine Statorerregerwicklung oder Wicklungen aufnehmen kann.

Sämtliche in der Beschreibung erkennbaren und in den Zeichnungen dargestellten technischen Einzelheiten sind für die Erfindung
von Bedeutung.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

[ 1.J Elektrische Dynamomaschine mit einer einzigen Phase oder mit mehreren Phasen, gekennzeichnet durch einen Stator mit wenigstens einer auf den Stator gewickelten Wicklung_s die so angeordnet ist_s daß sie erregt werden kann und dabei einen Wechselfluß oder sich ändernden Fluß erseugt, und duroh ein weiteres relativ gum Stator bewegliches Teil mit wenigstens einer kurzgeschlossenen Wicklung, die bei jeder Lage oder Stellung des beweglichen Teiles sieh abwechselnde Pfade von niedriger und hoher Reaktanz für den Durchtritt des magnetischen Wechselflusses schafft, so daß das bewegliche Teil veranlaßt wird_s eine I*ge einzunehmen, Ik welcher die Verkettung der genannten wenigstens einen kurzgesohlossenen Wicklung des beweglichen Teiles mit der oder· den erregten Statorwickltmg (en) minimal gestaltet wird«

2β Elektrische Dynamomaschine nach Anspruch l,<&durch geksnn·= zeichnet, daß das bewegliche Teil aus einem Rotor besteht₈ der für eine Drehung auf einer Welle angeordnet ist und der mit einer Vielzahl von Kurzschlußschleifen oder Ringen ausgestattet ist₉ die derart angeordnet sind, daß parallelverlaufende Plußpfade geschaffen werden und ein Wechselfluß durch den Rotor in Ebenen hindurehgslangen kann, die parallel zu den Ebenen der Schleifen oder Ringen verlaufen, ohne daß dabei die kurzgeschlossenen Wicklungen verkettet werden, wenn sich der Rotor in einer "NuIl"-Lage relativ zum Stator befindet und wobei die induktive Reak» tanz von wenigstens einer Statorwicklung sich mit der Verschiebung oder Verdrehung des Rotors relativ sum Stator in Abhängigkeit vom Grad der Verkettung der kurzgeschlossenen Rotorschleifen oder Ringe mit der genannten wenigstens einen Statorwicklung verändert, so daß eine Kraft erzeugt wird, die bestrebt ist, den Rotor in die ^MNull"-Lage zurückzuführen, in welcher die Verkettung ein Minimum beträgt.

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3. Elektrische Dynamomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Teil aus einem Rotor besteht, der auf einer Welle für eine Drehung montiert ist und drei Phasenwicklungen aufweist, wobei die zulässigen oder Grenzebenen für den Durchtritt des Wechselflusses der Rotorwicklungen um 120 elektrische Grade voneinander entfernt sind.

4. Elektrische Dynamomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschine so ausgeführt ist, daß sie als doppelt wirkender Dreh-Solenoid arbeitet, wobei das bewegliche : Teil aus einem Rotor besteht und der Stator mit zwei Wechselstromwicklungen, die um 90° zueinander versetzt sind, ausgestattet ist und eine Erregung einer Statorwicklung, wobei die Achse der Rotorwicklung senkrecht zur Achse der Wicklung der erregten Wicklung verläuft eine "Null^-Lage für den Rotor relativ zu dieser Wicklung darstellt und die Erregung der zweiten Statorwicklung bewirkt, daß der Rotor um einen Winkel von 90° in die "Null"-Lage für die zweite Wicklung verdreht wird.

5. Elektrische Dynamomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Teil aus einem Rotor besteht und daß der Stator mit zwei Sätzen von drei Phasenwicklungen ausgestattet ist, wobei die Erregung eines Satzes den Rotor in eine "Null"-Lage für'diesen Satz einstellt und eine Erregung des ; zweiten Wicklungssatzes eine WinkeIverschiebung des Rotors in eine "Null"-Lage für den zweiten Satz entsprechend 60 elekirL-schen Graden bewirkt.

6. Elektrische Dynamomaschine nach Anspruch 4 oder 5, dadurch ; gekennzeichnet, daßeine Erregung beider Wicklungen oder Wick- | lungssätze bewirkt, daß der Rotor eine Lage einnimmt, die zwi- j sehen der "Null"-Lage für die ersten und zweiten Wicklungen oder Wicklungssätze gelegen ist.

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7. Elektrische Dynamomaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Schaltermittel vorgesehen sind, um ein Kurzschliessen der nichterregten Statorwicklung zu bewirken, wobei ein Verdrehen des Rotors in der kurzgeschlossenen Wicklung als auch in den kurzgeschlossenen RotprwickLungen einen Strom induziert, der eine Kraft zur Folge hat, die bestrebt ist, den Rotor in die "Null"-Lage zurückzuführen.

8. Elektrische Dynamomaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Schaltermittel vorgesehen sind, um ein Kurzschliessen des nichterregten Satzes der drei Phasenwicklungen zu bewirken, wobei ein Verdrehen des Rotors in den kurzgeschlossenen Wicklungen als auch in den kurzgeschlossenen Rotorwicklungen einen Strom induziert, der eine Kraft zur Folge hat, die bestrebt ist, den Rotor in die ^MNull^w-Stellung zurückzuführen.

9. Elektrische Dynamomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator mit wenigstens drei Windungen pro Phase ausgestattet ist und daß Mittel vorgesehen sind, um die Statorwindungen oder -wicklungen aufeinanderfolgend zu erregen, um eine Schrittbewegung bzw. Drehbewegung des Rotors herbeizuführen.

10. Elektrische Dynamomaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltermittel vorgesehen sind, um die Wicklungen des Stators, die nicht erregt sind, in Gegenphase zu schalten, um dadurch das Selbstausricht-Drehmoment des Rotors zu erhöhen.

Hi Elektrische Dynamomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Teil derart angeordnet und ausgebildet ist, daß es sich am Stator in gerader Richtung vorbeibewegen kann und daß die Anordnung so ausgelegt ist, daß eine wechselseitige Verkettung zwischen den Statorwicklungen und den Wicklungen des beweglichen Teiles bewirkt wird, wenn nicht das bewegliche Teil eine vorbestimmte Lage relativ zum Rotor

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einnimmt, wobei eine Verkettung der Flußpfade zwischen den Wicklungen an dem beweglichen Teil und den Wicklungen des Statorteiles eine lineare Verschiebung des beweglichen Teiles relativ zum Statorteil bewirkt.

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