DE28925C - Neuerungen an Elektromotoren. • - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21: Elektrische Apparate.

Neuerungen an Elektromotoren.

Patentirt im Deutschen Reiche vom 9. Januar 1884 ab.

Der Zweck der vorliegenden Erfindung ist der, einen Elektromotor herzustellen, bei welchem der Maximaleffect bei einer gegebenen elektromotorischen Kraft erzielt werden kann, und.· bei welchem die Rotation der Armaturwelle durch continuirliche Einwirkung der feststehenden Magneten auf die Armatur hervorgebracht wird und nicht durch eine Aufeinanderfolge unvermittelter Anziehungen und Abstofsungen.

Ein weiterer Zweck der vorliegenden Erfindung ist der, einen Umschalter oder eine Vorrichtung herzustellen, um den Motor in beliebiger Richtung laufen zu lassen und ihn aufzuhalten, indem man die Armatur stromlos macht, so dafs die feststehenden Magneten als Bremse wirken, um die Bewegung der Armatur zu hemmen.

In den beiliegenden Zeichnungen ist:

Fig. ι ein Querschnitt nach der Linie 1-1, Kg- 2,

Fig. 2 ein Längsschnitt nach der Linie 2-2, Fig. i,

. Fig. 3 ein Aufrifs des vorderen Endes des Motors, welcher den Controlumschalter darstellt (die Theile sind theilweise abgebrochen),

Fig. 4 ein Querschnitt durch einen Theil des Motors nach der Linie 4-4 der Fig. 3, welcher die Anordnung des Controlumschalters und Commutators specieller darstellt,

Fig. 5 eine schematische Ansicht, welche die Leitungen und die Umwickelung der feststehenden Magneten und der Armaturspulen darstellt,

Fig. 6 eine Detailansicht, welche eine Form der Bürste darstellt, die mit beträchtlichem Vortheil benutzt werden kann, wo zwei Contactpunkte auf jeder Seite des Ringes erwünscht sind.

Fig. 7, 8 und 9 sind Detailansichten, welche die Form der Armatur darstellen.

Der feststehende Magnet A A wird von den Endstücken b des Gehäuses oder Mantels B getragen. Er ist nach der Zeichnung kreisförmig im Querschnitt und seine Pole α ragen nach einwärts. Der Magnet wird von den verlängerten Enden a¹ getragen, welche gegen die Endstücke b des Gehäuses stofsen und von passenden Bolzen oder Schrauben getragen werden, und ferner wird er von Stangen a¹ aus nicht magnetischem Material getragen, welche an dem feststehenden Magneten, seinen Polen gegenüber, angeschraubt und von den Endstücken des Gehäuses getragen werden. Die Polschuhe a des feststehenden Magneten reichen am besten beiderseits über die Spulen C und ragen etwas nach innen; sie sind ebenso etwas breiter und bilden im Querschnitt einen Kreisbogen. Die Spule C ist in der gewöhnlichen Weise um die Kerne des feststehenden Magneten gewickelt und ein Ende derselben ist mit einer Klemmschraube D am rückwärtigen Endstück des Motorgehäuses befestigt, zu welcher der Draht.vom positiven Pol der Batterie oder Kraftquelle führt, und das andere Ende der Spule ist mit einer Klemmschraube E verbunden, welche sich am anderen Ende des Gehäuses befindet. Der Draht vom negativen Pol der Batterie führt zu einer Klemmschraube F, die sich gleichfalls am vorderen Endstück des Maschinengehäuses befindet; diese Klemmschrauben sind. natürlich vom Gehäuse des Motors isolirt. Das vordere Endstück b trägt eine vorspringende Nabe b\ welche ein

Lager für die Motorwelle 5 bildet und auch als Lager für die drehbare Umschalterplatte G dient, die auf ihren entgegengesetzten Enden Contactknöpfe H an den Enden isolirter Bolzen oder Schrauben / trägt, welche durch gekrümmte Schlitze im Endstück b hindurchragen und die Commutatorbürsten tragen.

Die isolirten Klemmschrauben E und F tragen halbkreisförmige Contactplatten KL, die in Fig. 3 dargestellt sind, in welcher Figur die vollen Umrisse der Platten durch punktirte Linien angedeutet sind.

Die Enden der Gontactplatten K L liegen so nahe bei einander, dafs, wenn die Umschaltplatte G so gedreht wird, dafs die Contactknöpfe H zwischen die Enden der Contactplatten gelangen, diese Platten an beiden Enden gegen die Knöpfe drücken. Bei dieser Stellung ist der Verlauf des Stromes durch die Spulen der festen Magneten der folgende:

Von der positiven Klemmschraube D ausgehend, fiiefst der Strom durch die Spulen der festen Magneten zur Klemmschraube E, die Contactplatte K, den Contactknopf H zu der anderen Contactplatte L zur Klemmschraube F und zum negativen Pol der Batterie.

Bei dieser Stellung wird natürlich der Strom von den Commutatorbürsten abgelenkt; es wird kein Strom durch die Armaturspulen fiiefsen und der Motor wird stillstehen.

Es soll nun die Construction und die Verbindung der Armaturmagneten und Spulen beschrieben werden. Es soll hier jedoch noch bemerkt werden, dafs die specielle Construction und Anordnung der festen Magneten und der bereits beschriebenen Vorrichtungen, soweit die übrigen noch zu beschreibenden Theile der vorliegenden Erfindung betroffen sind, abgeändert werden können, sowie man auch das Wesen der dargestellten Construction auf verschiedene Formen von Maschinen anwenden kann, ob der Magnet nun im Kreise oder im Rechteck angeordnet ist, ohne dafs man in irgend welcher Weise vom Wesen der Erfindung abweicht. Die Armaturwelle S, welche sich innerhalb des von den radialen Polschuhen des festen Magneten gebildeten Kreises dreht, hat ihre Lager und trägt nahe an einem Ende, gerade innerhalb des Endstückes b, einen Kragen M aus Vulcanit oder einem anderen isolirenden Stoffe, auf welchem die Commutatorsegmente m m und η η angeordnet sind.

Von diesem Kragen M wird überdies an seinem den Armaturspulen zugewendeten Ende ein Kragen oder Plantsch N aus isolirender Substanz getragen. Die Commutatorbürsten oder Federn 0 0 pp, welche von den isolirten Bolzen / getragen werden, welche wieder durch die Endstücke b hindurchragen und die Contactknöpfe H tragen, schleifen auf dem Commutatorring. Zwei Armaturmagneten Q R, deren Kerne senkrecht auf der Armaturwelle und auf einander stehen und deren gröfste Breite parallel zur Welle und zur Längenrichtung der Kerne der festen Magneten ist, werden von der Welle 6¹ getragen. Die Pole dieser Armaturmagneten sind verbreitert, so dafs sie im Querschnitt einen Kreisbogen bilden und sich hart an den ebenso gebogenen Polschuhen der festen Magneten vorbeidrehen.

Der Armaturmagnet Q ist in der gewöhnlichen Weise bewickelt und die Enden des Bewickelungsdrahtes sind mit den einander gegenüberliegenden Commutatorsegmenten η η verbunden, während die Enden der Spule des Magneten R mit den gleichfalls einander gegenüberliegenden Commutatorsegmenten m m verbunden sind. Diese Verbindungen können in der Zeichnung leicht verfolgt werden.

Dreht man die Umschaltplatte G, welche die Bolzen / trägt, so kann die Lage der Commutatorbürsten op gegen die Commutatorsegmente verändert werden, so dafs die in den Zeichnungen dargestellten Contacte verwechselt werden, und gleichzeitig wird der Contact der Knöpfe H und der Platten KL verwechselt. Durch Drehung der Umschälterplatte G kann deshalb die Polarität der Armaturmagneten Q R nach Belieben umgekehrt werden und hierdurch auch die Bewegungsrichtung des Motors; dreht man jedoch die Platte in eine Mittelstellung, so dafs die Knöpfe H mit beiden Platten KL in Berührung stehen, so wird der Strom von den Armaturspulen abgeleitet (diese erfahren einen kurzen Schlüfs), er wird aber noch durch die Spulen der festen Magneten fiiefsen, welche, auf die magnetische Armatur einwirkend, dieselbe sofort zum Stillstehen bringen.

Mit besonderer Bezugnahme auf die Fig. 1 bemerkt man, dafs die Commutatorbürsten oder Federn ο gerade sind, während die Federn p nahe an ihren Enden gebogen sind, so dafs sie an den geraden Enden der Federn 0 vorbeigehen und zwei Berührungspunkte bei jedem Bürstenpaar entstehen. Der Zweck dieser Anordnung ist der folgende:

Wenn die Pole eines der Armaturmagneten, etwa Q, den Polen eines der festen Magneten gegenüberstehen, wie dies in Fig. 1 und 2 dargestellt ist, so ist die Spule des Armaturmagneten Q vollständig ausgeschaltet, da kein Contact zwischen den Bürsten op und den Contactsegmenten η η besteht. Dieser Magnet bietet deshalb der Einwirkung des festen Magneten auf den Armaturmagneten R einen minimalen Widerstand dar.

Wenn sich indessen die Welle um etwa 25⁰ gedreht hat, so dafs die Pole beider Armaturmagneten in eine für die Einwirkung der festen Magneten auf dieselben günstige Lage kommen, so kommen die gebogenen Enden der Federn/ in Contact mit den Commutatorsegmenten n,

während die Bürsten ο noch mit den Segmenten m in Contact stehen. Es wird deshalb der Strom getheilt und geht durch die Spulen beider Armaturmagneten, so dafs die Pole der festen Magneten auf beide einwirken und ein Maximum der Wirkung erzielt wird.

Wenn die Pole des Magneten JR den Polen der festen Magneten gegenüberstehen, so gehen die Bürsten ο von den Segmenten m auf die Segmente η über, so dafs die Spule" der Magneten R ausgeschaltet und der ganze Strom durch die Spulen der Magneten Q gesendet wird. Dieses Spiel wiederholt sich, so lange sich die Armaturwelle dreht und man bemerkt, .dafs die festen Magneten continuirlich auf die Armaturmagneten wirken, Und zwar entweder nur auf einen, durch dessen Spulen der volle Strom fliefst, wenn die Pole des anderen Magneten den Polen des festen Magneten gerade gegenüberliegen, oder auf beide Armaturmagneten, wenn sie sich von den Polen des festen Magneten entfernt haben.

Die Details der zuletzt beschriebenen Construction können natürlich abgeändert werden, ohne das Wesen der hier erläuterten Wirkungsweise zu ändern. Man könnte beispielsweise blos eine Commutatorbürste mit gekrümmtem Ende statt jedes Paares op von Bürsten anwenden, aber eine derartige Anordnung wäre nicht so gut, da es schwierig wäre, den Contact an den gewünschten Stellen aufrecht zu erhalten, wogegen bei Anwendung eines Paares gekreuzter Bürsten vollkommene Contacte an den gewünschten Punkten erhalten werden.

Die Umwickelung der Armatur ist, wie man sieht, derart, dafs die Längsseiten der Spulen mit den Polen der festen Magneten und der Welle parallel sind. Die Länge der Polflächen des festen Magneten ist gleich der Länge der Polflächen der Armaturmagneten zusammengenommen. Durch Anordnung der Spulen der Armaturmagneten in der beschriebenen Weise wird ein Maximaleffect erzielt und diese Construction in Verbindung mit der Betriebsweise, nämlich damit, dafs man den Strom zuerst durch beide und dann blos durch eine der Spulen sendet, je nach den Stellungen, welche sie gegenüber den Polen des festen Magneten einnehmen, giebt sehr befriedigende und vortheilhafte Resultate.

Natürlich kann man statt eines festen Magneten von solcher Breite, dafs die Polflächen desselben ebenso lang sind wie die Polflächen der Armaturmagneten zusammen, zwei neben einander gestellte feste Magneten anwenden, doch sollten sie so angeordnet sein, dafs das magnetische Feld auf jeder Seite der Welle gleichförmige Polarität aufweise, soweit ein Theil der vorliegenden Erfindung betroffen ist. Andere Theile der vorliegenden Erfindung hängen nicht von einer derartigen Anordnung ab.

Man construirt den Commutator, indem man in die Fläche des Kragens von Vulcanit oder isolirendem Material Furchen einschneidet und die Gommutatorsegmente in die Furchen einläfst. Die Segmente werden durch den Ring TV" an ihrem Ort festgehalten, durch diesen gehen die Enden der Armaturspulen und werden durch Schrauben, welche durch den Ring hindurchgehen, gegen die Segmente gedrückt, so dafs sie in inniger Berührung mit denselben stehen.

Es wurde gefunden, dafs diese Construction derjenigen überlegen ist, bei welcher der Commutatorring in der Weise hergestellt wird, dafs man die Strahlstücke an der Fläche eines Ringes aus isolirendem Material befestigt und dann die Zwischenräume zwischen den Strahlstücken ausfüllt, da bei dieser letzteren Construction die Theile sich leicht lockern und das OeI leicht zwischen die Strahlstücke und die Nabe gelangt.

Eine Scheibe s, entweder für eine Schnur oder einen Riemen, kann am Ende der Welle angebracht sein, um die Kraft des Motors zu übertragen, wie man es eben wünscht.

In den Zeichnungen ist ein Motor dargestellt, um Nähmaschinen oder ähnliche Maschinen zu treiben. Dieselbe Constructionsweise kann man natürlich auch in gröfserem Mafse anwenden, um schwerere Arbeit zu verrichten.

Der Motor kann an irgend einem Gestell befestigt werden, und zwar durch einen Bolzen aus nicht magnetischem Material und eine Flügelr mutter, wie dies in den Zeichnungen dargestellt ist. Die Einwirkung des festen Magneten auf die Armaturmagneten ist eine continuirliche, wie dies beschrieben wurde, so dafs die Bewegung gleichförmiger ist und mehr Kraft entwickelt wird, als dies bisher bei den Motoren der dargestellten Klasse der Fall war.

Man bemerkt, dafs die vorspringenden Stücke«', welche die Magneten unterstützen, sich an den neutralen Punkten des feststehenden Magneten befinden. Es ist dies eine vorteilhaftere Construction als jene, bei welcher der Magnet von Ansatzstücken getragen wird, die von den Polen ausgehen, da im letzteren Falle der Magnetismus mehr zerstreut wird und am wirksamen Punkt des Motors weniger kräftig ist. Die Stücke α¹ können vollkommen ausreichen, um den festen Magneten zu tragen, aber der höheren Festigkeit wegen ist es vorzuziehen, auch die nicht magnetischen Stangen #² zu benutzen, welche von den Polen ausgehen. Desselben Zweckes wegen ist es auch vorzuziehen, die Schraube, durch welche der dargestellte Motor an seinem Gestell befestigt werden kann, auch aus nicht magnetischem Material zu machen.

In Fig. 6 bestehen die Bürsten T aus Armen oder Kolben, welche für gewöhnlich durch entsprechende Federn gegen den Commutatorring gedruckt werden. Die Bürsten sind an den

Claims (3)

Enden gegabelt, so dafs sie zwei vorspringende Contactspitzen 11 bilden, welche gegen den Umfang des Commutatorringes drücken. Die Bürstenträger werden in entsprechenden isolirten Blöcken U getragen, welche durch die isolirten Klemmschrauben festgehalten werden können. Die Bürsten können entweder durch Spiralfedern T1 gegen den Commutatorring geprefst werden, wie dies bei einer der Bürsten dargestellt ist, oder durch eine oder mehrere elliptische Federn T2, wie dies bei der anderen Bürste dargestellt ist. Um mit gröfserer Sicherheit zwei angemessene Contactpunkte bei jeder Bürste zu erzielen, können die Bürsten T in der Mitte der Länge nach gespalten sein, wie dies auf der rechten Seite der Fig. 6 dargestellt ist. Während diese Theile der Bürste in Contact stehen, können sie unabhängig von einander der Länge nach bewegt werden und jede derselben kann mit einer unabhängigen Feder versehen sein. Bei einer Bürste dieser Art sind die Doppelcontacte auf jeder Seite des Ringes vollkommen gesichert, gleichzeitig sind die Bürsten ebenso elastisch wie die gewöhnlich verwendeten federnden Bürsten und bieten auch der Drehung des Ringes keinen gröfseren Widerstand dar. Armaturen, welche wie in Fig. 7, 8 und 9 dargestellt geformt sind, können verwendet werden, um die Rotationsgeschwindigkeit der Armatur des Motors in jedem Punkt der Umdrehung gleichförmig zu machen. Dies kann dadurch geschehen, dafs man die Pole des festen Magneten oder die des Armaturmagneten oder beide so gestaltet, wie dies in Fig. 7 dargestellt ist, in welcher die gröfste Breite des Polstückes sich in seiner mittleren Querlinie befindet. Das Resultat einer solchen Construction ist das, dafs, wenn der Armaturpol sich bei seiner Drehung dem Rand des Poles des festen Magneten nähert oder ihn erreicht, die Wirkung des festen Magneten auf den Armaturpol zunimmt, da gröfsere Flächen des festen Magneten und Armaturmagneten einander gegenüber zu liegen kommen. Es wird daher die Armatur mit gröfserer Gleichmäfsigkeit der Bewegung über die todten Punkte getrieben, als sie bisher erreicht werden konnte. Mit anderen Worten: wenn der Pol der Armatur sich den Polen der festen Magneten nähert, wirkt zuerst die Spitze an der Seite des festen Magneten auf einen entsprechenden Punkt an der Seite der Armaturpole , aber wenn sich der Armaturpol dem Pol des festen Magneten nähert und sich entlang seiner Fläche zu bewegen beginnt, gelangen die verhältnifsmäfsig gröfseren Flächen der Armaturpole und der Pole der festen Magneten in die richtige magnetische Beziehung. In Fig. 9 ist eine etwas modificirte Gestalt der Polflächen dargestellt. Die Armatur ist an einem Ende am breitesten und verjüngt sich gegen das andere Ende zu einer weit geringeren Breite, oder die Polfläche könnte an beiden Enden breit gemacht werden und in der Mitte schmäler, wie dies in Fig. 8 dargestellt ist. Wie vorhin bemerkt, können blos die Armaturpole so gestaltet sein, wie dies beschrieben wurde, oder blos die Pole der festen Magneten, oder es können beide so gestaltet sein. Das Charakteristische besteht darin, dafs man die Polflächen so gestaltet, dafs, wenn sich der Armaturpol dem Pol des festen Magneten nähert oder sich zum Theil an ihm vorbeibewegt, eine gröfsere Fläche des festen Magneten und der Armatur mit einander in die richtige Beziehung treten, so dafs die Drehung der Armatur mit erhöhter Kraft in Scene gesetzt wird, bis der todte Punkt erreicht wird. Patenτ-AnSprüche:

1. Bei einem Elektromotor eine Armatur, bestehend aus zwei Elektromagneten Q R, welche in verschiedenen Ebenen senkrecht gegen' einander auf der rotirenden Welle des Elektromotors sitzen, so dafs die Achsen dieser Elektromagneten Durchmesser der Armatur bilden, welche zwischen den ungleichnamigen Polen a des festen Magneten A A rotirt.

2. Das Verfahren der veränderlichen Stromvertheilung in der Armatur, welchem zufolge während zweier Theile jeder Umdrehung der Armatur beide Armaturmagneten Q und R in die Schliefsung eingeschaltet sind, während durch jeden der beiden anderen Theile jeder Umdrehung blos abwechselnd einer der Magneten in die Schliefsung eingeschaltet und der andere ausgeschaltet ist.

3. Der Umschalter oder Commutator, bestehend aus einem Hebel G, welcher bei seiner Bewegung die Stellung der Commutatorbürsten ändert und auch ihre Verbindungen in der Leitung umkehrt, und welcher ferner, wenn er in eine Mittelstellung gebracht wird, den Strom von den Armaturmagneten ablenkt.

Hierzu I Blatt Zeichnungen.