DE293363C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Die vorliegende Erfindung betrifft einen von Einphasenstrom gespeisten Motor, bei dem ohne Anwendung eines Kommutators und ohne Anwendung von Kunstphasen, gleichgültig, ob die Ankerströme durch Transformation oder durch Stromleitung oder durch beides zugleich zustande kommen, ein normal wirkendes Drehmoment für Anlauf und Betrieb erreicht werden kann, indem der Stromveiiauf in den Stator- oder Ankerwicklungen oder beiden zugleich innerhalb jeder Umdrehung von Pol zu Pol periodisch verändert wird, und zwar durch mit den Anker- oder Statorwindungen verbundene besondere, außerhalb des eigentlichen Motors angebrachte Einrichtungen, die durch mit dem Anker rotierende Teile periodisch beeinflußt werden, wobei:

I. die Selbstinduktion der Windungen (periodische Herstellung und Unterbrechung des magnetischen Schlusses eines Eisenkernes, um den die Windungen geführt sind, Abschnitt I),

II. die gegenseitige Induktion in den Windungen (durch Einbau einer von fremden Strömen durchflossenen Primärspule in den magnetischen Schluß nach 1, Abschnitt II),

III. der Ohmsche Widerstand der Windungen (periodische Einbringung von Wismut in magnetische Felder usw., Abschnitt III) periodisch

- geändert wird. .

Die Ankerwicklung des Motors besteht dabei in an sich bekannter Weise aus in sich geschlossenen Spulen (Kurzschluß- bzw. Phasenanker) oder aus einfachen Leitern, die sich in zwei parallele, je um eine halbe Polteilung gegeneinander verschobene Teilleiter verzweigen, wobei bei der Relativbewegung zwischen Ankerleiter und Magnetfeld der wirksame Strom im wesentlichen immer nur in den unter dem Einfluß des . Feldes befindlichen Spulen oder Leiterteilen fließt, während jeweils die anderen Spulen oder Leiterteile mehr oder weniger stromlos sind. Diese Stromverteilung wird bewirkt durch die in die Spulen oder die parallelen Leiterteile gemäß L, II. oder III. eingeschalteten, synchron mit dem zugeführten Einphasenstrom sich ändernden induktiven oder Ohmschen Widerstände.

Selbstverständlich kommt nicht nur die Beeinflussung der Stärke und Richtung der einzelnen Ströme in ihren Absolutwerten in Frage, sondern auch die Beeinflussung der zeitlichen Phasenverschiebung derselben gegen die zugehörigen magnetischen Wechselstromfelder mittels der obigen Hilfsmittel.

I. Ausführung von periodisch veränderlicher Selbstinduktion.

Die Ausführung des unter I. angegebenen Weges durch Einführung einer stark veränderlichen periodischen Selbstinduktion zeigen:

i.die Fig. 1 bis 9, 48, 62 und 63 mittels periodischer Veränderung des magnetischen Widerstandes von Selbstinduktionsspulen d, die parallel (unterer Teil der Fig. 6) oder hintereinander

zu den eigentlichen Ankerleitern i-i', 2-2' (Fig. 4) oder Ankerspulen S^ (Fig. 7, 48 und 63) geschaltet sind, und

2. der rechte Teil der Fig. 5 und die Fig. 16 bis 19 durch in eine oder beide Seiten einer Leiterschleife eingebaute Hilfsspulen h', die eine Selbstinduktion von hohem Werte bei einer Lage während der Rotation über einem Pole und von einem Minimalwerte bei einer Lage zwischen den Polen besitzen.

Hierbei wird bei den Fig. 6 bis 9 und 54 den Statorwicklungen S₁' und S₂' eines gewöhnlichen Wechselstrommotors vom Netze aus Wechselstrom zugeführt, während die Wechselstromerregung der Magnetpole der Fig. 1 bis 5 durch Anschluß der gemeinsamen Erregerspule E (Fig. 2) an das einphasige Wechselstromnetz erfolgt. Hierdurch werden in den Ankerwicklungen Wechselströme induziert, die sich mit etwa vom Netz aus gleichzeitig zugeführten Strömen, was bei Ausführungen nach den Fig. 6 und 7 durch Schleifringe und bei Ausführungen nach den Fig. ι bis 5 durch Anschluß der festliegenden Wicklungen i-i', 2-2', 3-3', 11-11' an das Netz geschehen kann, zu resultierenden Strömen zusammensetzen.

Die willkürliche Beeinflussung der in den Ankerleitern i-i', 2-2' bzw. in den Ankerwindungen Sp fließenden Ströme durch periodisch veränderliche Selbstinduktion erfolgt hierbei, indem nach Fig. 6 bis 9 oder 48 und 63 der magnetische Kreis der zugehörigen, außerhalb der Ankerwindungen angebrachten Selbstinduktionsspulen d ■— in Fig. 4 oder 63 derjenige der Spulen d₁ und d₂ —

1. bei den Fig. 6 bis 9, 48, 62 und 63 bei rotierenden Ankerspulen Sp durch eine segmentförmige bzw. fächerförmig ausgebildete, in die Schenkel q der Hufeisenmagnete hineinragende

. 40 stillstehende eiserne Scheibe r und

2. bei stillstehenden Ankerwindungen mit den Drosselspulen d_x und d₂ nach Fig. 4 bzw. nach Fig. 10 und 11 mit der Drosselspule 3 durch eine mit den Magnetpolen rotierende zahnradförmige Eisenscheibe r, bzw. nach Fig. 10 und 11 durch eine fächerförmige, mit den Flügeln m versehene, zwischen den Polschuhen /' rotierende Scheibe willkürlich geschlossen und geöffnet wird. Das Schließen geschieht so lange und jeweils nur bei denjenigen Spulen d, bei denen die Segmente r bzw. Zähne r sich zwischen den Hufeisenschenkeln q befinden, wodurch der Zwischenraum zwischen den Hufeisenschenkeln durch Eisen überbrückt wird. Das öffnen findet statt, solange bei der Weiterrotation der Ankerspulen Sp (Fig. 6 bis 9, 48 und 63) bzw. der Magnetpole (Fig. 4) die hufeisenförmigen Schenkel q der zugehörigen Drosselspulen d sich in dem Luftraum in der Umfangsrichtung (zwischen zwei Segmenten r bzw. Zähnen r Fig. 4) bzw.. Flächen m (Fig. 10 und 11) außerhalb der Polschuhe V befinden, wobei der Zwischenraum zwischen den Schenkeln q ■ der Drosselspule d bzw. der Polschuhe V der Induktionsspule 3 mit Luft ausgefüllt bleibt.

Der magnetische Widerstand der Drosselspule d nimmt hierbei im ersteren Falle seinen kleinsten und im letzteren Falle seinen größten Wert an, während umgekehrt die Selbstinduktion im ersteren Falle am größten und im letzteren Falle am kleinsten ist.

Eine ständige Verminderung der auftretenden Maximalwerte der Selbstinduktionskoeffizienten kann man erreichen, wenn man die Entfernung der Segmente r vom Zentrum veränderlieh macht, indem man die Segmente nach dem Zentrum zu in radialer Richtung verschiebbar macht. Auf diese Weise schieben sich die Segmente r bei der Rotation der Ankerspulen Sp immer weniger tief zwischen die Schenkel q der zugehörigen Drosselspulen d, wodurch der Minimalwert des magnetischen Widerstandes erhöht und die Selbstinduktion der Spulen d vermindert wird.

Eine Verminderung oder Vermehrung der Anzahl der gleichzeitig zu beeinflussenden Drosselspulen erhält man dadurch, daß man die Segmente r bzw. die Zähne r durch einen Schnitt senkrecht zur Achse teilt. Ordnet man diese Teile in der Richtung des Umfanges der Segmente r gegeneinander verschiebbar an, so kann man die Länge der Segmente r durch Verschiebung gegeneinander so verändern, daß dieselben einen größeren oder kleineren Teil eines Quadranten einnehmen können, wenn der Kreisbogen der Segmente γ vorher weniger als ein Quadrant war.

Hierdurch kann man willkürlich viele Spulen im veränderten Grade von der Erzeugung eines Drehmomentes ausschließen und dieses daher beliebig klein und groß bis zu einem Maximalwerte machen.

Diejenigen Ankerspulen Sp — in den Fig. 6 und 47 die in den Quadranten (-f- Y, — X) und (— Y, — X) —, bei denen der Eisenkern q der zugehörigen Drosselspulen bei der Rotation derselben jeweils durch das Hineinragen der Eisenscheibe r zu einem fast vollkommen geschlossenen magnetischen Kreis ausgebildet wird, besitzen in diesem Augenblick und solange dies der Fall ist, eine hohe Selbstinduktion, und diejenigen Spulen d — in den Quadranten (+ X, -f Y) und (·— Y, — Z) —, bei denen sich der Eisenkern q der Drosselspulen d augenblicklich in einer Lücke der Eisenscheibe befindet und daher einen offenen magnetischen Kreis besitzt, haben in diesem Augenblick eine verhältnismäßig geringe Selbstinduktion. Infolgedessen fließt wegen der induzierten Gegen-E. M. K., die in den ersteren Spulen bedeutend größer ist als in den letzteren, Strom fast nur durch die letzteren Spulen — in den Quadranten (+ X,

+ Y) und (— X, — Y) —, während die anderen Spulen — in den Quadranten (+ Y, — X) und (— Y, + X) — fast stromlos sind und daher fast gar keine Drehmomente liefern. Das gewünschte Anlaufmoment ergeben daher nur die jeweils vom Strom durchflossenen Ankerspulen — in den Quadranten (+ X, -\- Y) und (—X, —Y) ·—, deren Drosselspulen jeweils einen offenen magnetischen Kreis besitzen, deren Eisenkern sich also momentan in einer Lücke der Eisenscheibe befindet.

Da nun nach Fig. 6 bis 9 die Ankerspulen Sp und d und in Fig. 4 der eiserne Zahnkranz rotiert, so werden in Fig. 6 bis 9 die zugehörigen Ankerströme und in Fig. 4 die Ströme in den Leitern 1-1' und 2-2' stets im richtigen Augenblick ihrer Lage zum magnetischen Felde in ihrem Maximalwerte reduziert.
Stellt man daher in Fig. 4 den eisernen Zahnkranz r so auf der Welle fest, daß ein Zahn den Luftspalt der Spule d_% ausfüllt, wenn der zugehörige Leiter 22' sich über einer Pollücke befindet, so fließt wegen der hierdurch in der. Spule d₂ vorhandenen hohen Selbstinduktion fast der ganze durch den Leiter 33' fließende Strom durch den Teilleiter 11' mit geringer Selbstinduktion, da der Luftzwischenraum in der Spule d_x alsdann nicht magnetisch überbrückt ist. Da nun die unter dem Teilleiter 11' befindliche Pollänge — in der Achsenrichtung gemessen — doppelt so groß ist als die unter dem Leiter 33' befindliche mit dem entgegengesetzt wirkenden Drehmoment, so überwiegt das Drehmoment des Teilleiters 11' und bestimmt das resultierende Drehmoment.

Würde man dagegen relativ gegen diese Lage die zahnradartige Eisenscheibe r auf der Welle so verdrehen, daß jetzt jeweils der magnetische Kreis der Spule A_x geschlossen wird, wenn sich der zugehörige Leiter 11' über einem Pol befindet, so fließt fast der ganze Strom durch den in der Pollücke befindlichen Teilleiter 22', der aber mangels eines magnetischen Feldes keinerlei Drehmoment ausüben kann.

Fertigt man das Polrad der Fig. 1 bis 5 ohne ausgeprägte Pole ■ aus gleichmäßigem Eisen an, ersetzt, die Pole durch Erregerwicklungen und bringt die aus der Theorie der Kommutatormotoren bekannten Kompensationswicklungen an, indem man die Wicklungen S. 334, Fig. 181 und S. 352, Fig. 196 in Arnold, »Die Wechselstromtechnik, fünfter Band, zweiter Teil, 1912« sich auf dem rotierenden Teile angebracht denkt, so kann man die Selbstinduktion der aus den Leitern 11', 22' und 33' gebildeten Schleifen in den Fig. 1 bis 5, 21 bis 26, 34 und 6 bis 9 fast vollständig aufheben, und man erhält alsdann nur dann ein Drehmoment, wenn man den Wicklungen 11', 22', 33', die man sich gleichförmig auf den ganzen Umfang verteilt angebracht zu denken hat, mittels Schleifringen fremden Strom vom Netz usw. zuführt. Ohne letzteren erhält man eine entsprechende Wirkung bei Ankern nach Fig. 6 bis 9 mit einem Stator nach Fig. 54.

Durch Verdrehung der feststehenden Eisenscheibe in den Fig. 6 bis 9 kann man, analog wie in Fig. 4, dem Drehmomente des Motors von dem. einen Wert allmählich durch Null hindurch den entgegengesetzten Betrag erteilen.

Eine der Fig. 4 entsprechende Ausführung stellt der untere Teil der Fig. 10 und 11 dar. Die Drosselspule stellt 3 dar, p den Eisenkern, V die scheibenförmigen Verbreiterungen und m den rotierenden Eisenstern. .

II. Ausführung von periodisch veränderlicher gegenseitiger Induktion,
a) Zur Verminderung bzw. Verstärkung der Stromstärke in den Ankerwindungen.

Während die Selbstinduktion nur als Gegen-E. M. K. in eine Wicklung eingeführt werden kann und dadurch die in dieser vorhandene treibende E. M. K. vermindert, kann man unter Benutzung der jetzt zu besprechenden gegenseitigen Induktion die treibende E. M. K. und damit auch die wirksame Stromstärke sowohl — wie vorher — vermindern als auch erhöhen. Diese Einwirkung.durch gegenseitige Induktion mittels Einführung einer im positiven oder negativen Sinne wirkenden E. M. K. geschieht durch eine Einrichtung nach dem Schema Fig. 8 (Scheibe t) und 9, unterer Teil der Figur, und Fig. 51, 52, 62 in den jeweiligen Zeitpunkten dadurch, daß man

1. den Eisenkern q der mit den entsprechenden Ankerwindungen Sp verbundenen Drosselspulen d als Eisenkern der einen Wicklung eines Transformators ansieht und

2. die Spule p auf dem Eisenkern t' zwischen den segmentförmigen Scheiben t als die andere Wicklung.

Je nachdem man nun die Spule ft

α) mit fremdem Strom speist, der je nach der Natur der zu erreichenden Wirkung entweder dem Netz, oder einem Teile der Ständerwicklung, oder aus besonderen, in dem Ständereisen untergebrachten Wicklungen zu entnehmen ist, ohne oder mit Anwendung eines Hilfstransformators, ß) offen läßt oder

γ) mit Widerständen schließt, wirkt die ganze Anordnung für diejenigen Ankerspulen Sp, deren Induktionsspulen d sich jeweils mit ihren Eisenkernen q den Segmentent der Scheibengegenüber befinden (entweder seitlich gegenüber: unterer Teil der Fig. 9, 51, 52 und 62, oder dem inneren Umfange gegenüber: oberer Teil .der Fig. 51 und 52, Fig. 48 und 62), nach

α) als Transformator, dessen Primärwicklung die Spule p ist, und dessen Sekundärwicklung jeweils die Induktionsspule d bildet,

β) als periodisch veränderliche Selbstinduktion

für die betreffende Spule d bzw. zugehörige Ankerwindung Sp, wie in I, indem hier die

Segmente r durch die segmentartigen Scheiben t mit Eisenkern f ersetzt sind, und nach

γ) als Transformator, dessen Primärwicklung die von den Ankerwindungen Sp gespeisten Spulen d sind, und dessen Sekundärwicklung die Spule p ist, die, je nachdem die zur Schließung derselben verwendeten Widerstände induktionsfrei sind oder Kapazität oder Selbstinduktion besitzen, entweder induktionsfreie Ströme, oder voreilende Ströme, oder nacheilende Ströme liefert.

Ersetzt man in Fig. 4 die zahnradartig ausgebildete Eisenscheibe durch die entsprechenden Teile der Fig. 9 oder 51. und 53 oder 61, so erhält man hier die entsprechende Einwirkung auf die Ankerleiter 11' und 22' durch gegenseitige Induktion von der Spule p aus, wobei die Spulen d_x und d% als Sekundärwicklung nach α oder Primärwicklung nach y wirken.

Auf die durch die Fig. 8 und 9 und 48, 51, 52

und 61 schematisch angegebene Weise ist man in der Lage, nach α beliebigen Windungen Sp eines Ankers jeweils jede gewünschte Spannung durch gegenseitige Induktion zuzuführen.

Ähnliche Ausführungsformen zeigen die Fig. 14 und 15 und die oberen Teile der Fig. 12 und 13 für Anwendung auf verzweigte Leiter bzw. mehrere induzierte E. M. K.

Dadurch, daß man den Ankerwindungen Sp derjenigen Induktionsspulen d, deren Eisenkern q jeweils den Scheiben t gegenüberliegt, ohnejeden Schleifkontakt Spannungen von jeder gewünschten Größe und Richtung zuführen und damit den verschiedenen Ankerströmen jeden gewünschten Wert geben kann, kann

' man das entgegenwirkende Drehmoment beliebig verkleinern und das im nutzbaren Sinne wirkende Drehmoment beliebig erhöhen.

b) Erzeugung eines Drehmomentes mit gegenseitiger Induktion nach II, a, α und γ durch Umkehrung der Stromrichtung.

Aus den Fig. 6 und 55 ist ersichtlich, daß in denjenigen Ankerspulen Sp, welche im Quadranten (+ Y, —X) liegen, eine Spannung von derselben Richtung induziert wird wie in denen des Quadranten (+ X,+ Y), und daß das gleiche in bezug auf die in den beiden Quadranten der unteren Ringhälfte liegenden Spulen Sp der Fall ist. Deshalb liefern die genannten Spulen das Drehmoment Null. Ein immer in gleicher Richtung wirkendes Drehmoment ergeben die Ankerspulen Sp, wie man sich leicht überzeugt, in bezug auf das in der Richtung — X, + X liegende induzierende magnetische Feld nur dann, wenn

i. entweder der Strom jeweils in denjenigen Spulen d und Sp, die in zwei der einander diametral gegenüberliegenden Quadranten (+ Y, — X) und (— Y, + X) (Fig. 6 oder 47) liegen, unterdrückt wird (Fig. 56), was durch periodisch veränderliche Selbstinduktion durch die Segmente r entweder nach I (Fig. 6, 7, 8, 9, 10, 11, 48, 62 und 63) oder II, a, β (Fig. 61) erreicht wird, oder

2. wenn dafür gesorgt wird, daß an Stelle des durch periodisch veränderliche Selbstinduktion in diesen Ankerspulen Sp unterdrückten Stromes ein solcher von entgegengesetzter Richtung fließt. Denn dann hat das Drehmoment der in diesen Quadranten (+ Y, — X) und (— Y,+ X) liegenden Spulen nicht mehr das Drehmoment Null bzw. eines Minimalwertes, sondern von' entgegengesetzter Richtung wie vorher, also von der gleichen Richtung wie das der Spulen in den Quadranten (+ X, + Y) und (— X, — Y). .

Dies unter 2. angegebene Ziel kann erreicht werden, wenn man

1. den betreffenden Ankerwindungen Sp durch gegenseitige Induktion eine Spannung zuführt, die größer ist als die in den Windüngen S^ vom Statorfelde induzierte, und die entgegengesetzte Richtung besitzt, indem man nach II, a, α der Spule p (Fig. 8, 9, 51 und 52) eine fremde Spannung von genügender Giöße in entsprechender Richtung zuführt, da sich alsdann auch die Stromrichtung in den so be-. einflußten Spulen umkehrt, oder

2. die Spule p durch eine genügend große Kapazität schließt. In' diesem Falle wirken die Induktionsspulen d, welche durch die in den Ankerspulen Sp induzierten Spannungen gespeist weiden, als Primärwicklung eines Transformators, dessen Sekundärwicklung die Spule p bildet, welche durch die Kapazität geschlossen ist. ' .

Infolgedessen fließen in den zugehörigen Ankerspulen Sp. in den Quadranten (+Y, — X) und (—Y, -j- X) voreuende Ströme (Fig. 58), während die in den benachbarten Quadranten (+ X, + Y) und (— X, — Y) liegenden Ankerspulen Sp wegen ihrer unvermeidlichen Selbstinduktion von nacheilenden Strömen durchflössen werden. . .

Die Ströme in den benachbarten Quadranten der oberen bzw. unteren Ankerhälfte (Fig. 6) besitzen also die verlangte entgegengesetzte Richtung (Fig. 58). .

c) Gleichzeitige Anwendung von Selbstinduktion nach I. oder II, a, β und gegenseitiger Induktion nach II, a, α oder II, a, γ.

Betrachten wir die bisher angewandten Mittel zur Erreichung eines Drehmomentes, so können wir deren Einwirkung auf die Ankerspulen in den vier Quadranten eines zweipoligen Motors (Fig. 6, 56 und 58) in der folgenden Tabelle zum Ausdruck bringen.

Strom in den

' Quadranten: (+ Y, —-X) und (— Y, + X) α) durch Selbstinduktion nach I oder II,a,β beeinflußt:

Strom schwach, weil durch Selbstinduktion unterdrückt:

ergeben Drehmoment Null (Fig. 56),

ß) durch gegenseitige Induktion mit fremden Strömen nach II, a, α (Spule p

j» mit fremden Strömen gespeist), Strom stark und Richtung umgekehrt wie in a, Drehmoment im richtigen Sinne,

γ) durch gegenseitige Induktion mit eigenen Strömen nach II, a, /.(Spule p mit Kapazität geschlossen), Strom stark und voreilend, Drehmoment im richtigen Sinne (Fig. 58).

Nach dieser Tabelle wurde ein Drehmoment.

bisher nur dadurch erhalten, daß allein die Spulen Sp bzw. d in dem Quadrantenpaar (+ Y, — X) und (— Y, + X) nach der ersten Spalte der Tabelle beeinflußt wurden. Jetzt soll gezeigt werden, daß die entstandenen Drehmomente vergrößert werden können, wenn gleichzeitig eine Einwirkung auf den Verlauf der Ströme in den Spulen des anderen Quadrantenpaares (+ X, + Y) und (— X, — Y) der zweiten Spalte der Tabelle erfolgt.

d) Vergrößerung des Ankerstromes und der

Phasenverschiebung durch Einschaltung einer Drosselspule in die Spule p.

Eine derartige Beeinflussung dieser letzteren Ankerspulen Sp bzw. d in den Quadranten (+ X, + Y) und (—X, — Y) kann natürlich nur in einer Verstärkung der in den zugehörigen Ankerwindungen Sp fließenden Ströme bei Beibehaltung ihrer Richtung bestehen. Hierzu dient die gegenseitige Induktion nach II, a, γ (Fig. 51, 52, 61 und 62 oder unterer Teil der Fig. 8 und 9) durch Schließung der Spule p als Sekundärwicklung mit einem stark induktiven Widerstände (Drosselspule). Dann wird bei Anwendung von gegenseitiger Induktion, solange die segmentförmigen Scheiben t den Eisenkernen q der Spulen d gegenüberstehen, in diesen jeweils

1. durch eine große sekundäre Selbstinduktion auch eine große primäre Phasenverschiebung erzeugt,

2. trotzdem aber der Primärstrom in den zugehörigen Spulen Sp und d nicht vermindert (wie dies der Fall wäre, wenn die Selbstinduktion nach I oder II, a, β direkt in die Ankerwindungen eingeschaltet ist), sondern ver-

Spulen Sp in den

Quadranten: (+ X, + Y) und (—X, — Y)
unbeeinflußt (Fig. 55, 56 und 58), g₅

Strom stark mit Phasen η ach eilung, Weil Ankerwindungen Sp nur durch die Spule d mit großem magnetischen Widerstand (zwischen den Lücken der Segmente r liegend) geschlossen sind: .

ergeben großes Drehmoment,

wie oben,

wie oben.

größert, da hierbei die aus der primären und sekundären Selbstinduktion sich ergebende resultierende Gesamtselbstinduktion bedeutend geringer gemacht werden kann, als die Selbstinduktion der Ankerspulen Sp für sich allein beträgt. (Vgl. Benischke, Die Grundgesetze der Wechselstromtechnik, 2. Aufl., 1912, S. 79, Formel [85].)

Infolgedessen fließt durch die Spule p und durch die in den entsprechenden Quadranten unter Vermittlung der segmentförmigen Scheiben t beeinflußten Spulen d mit ihren zugehörigen Ankerwindungen Sp ein größerer Strom mit stärkerer Phasenverschiebung als vorher, so daß der Strom jetzt mehr in Phase ist mit dem vom Stator herrührenden horizontalen Magnetfelde.

e) Gleichzeitige Beeinflussung der beiden
Quadrantenpaare.

Das maximale Drehmoment wird erhalten, wenn man die Spulen d der Ankerwindungen Sp in dem einen Quadrantenpaare (+ Y, — X) und (— Y, + X) nach den unter c, α bis c, γ der ersten Spalte aufgeführten Verfahren behandelt und gleichzeitig in den in dem anderen Quadrantenpaare (+ X, + Y) und (— X, ■— Y) liegenden Spulen nach dem unter d geschilderten Verfahren einen starken, induktiven Strom erzeugt (Fig. 51, 52 und 62).

Die gleichzeitige Anwendung dieses Verfahrens und des in Spalte 1 unter c, α angegebenen mit Selbstinduktion erfolgt, wenn man die Spule p (Fig. 51 und 52) oder nach Fig. 53 die beiden gleichartigen Spulen p (für jeden Quadranten eine) durch je eine Drosselspule kurzschließt und in die zwischen den Segmenten t verbleibenden Lücken die Segmente r

für die periodische veränderliche Selbstinduktion anordnet (Fig. 62). Man erhält dann eine Ausführung nach den Fig. 8 und 9 mit den Segmenten r (für die Selbstinduktion) und t (für die gegenseitige Induktion) und eine Stromverteilung analog der Fig. 56.

Will man an Stelle der periodisch veränderlichen Selbstinduktion (c,. Spalte ι, α) gleichzeitig mit dem obigen Verfahren für die Erzeugung starker, phasen verschobener . Ströme mittels der Spulen d in den Quadranten (+ X, + Y) und (— X, — Y) nach Fig. 51 und 53 in den Spulen d des anderen Quadrantenpaares (+Υ,— X) und (— Y, + X) Ströme nach der Tabelle in c, Spalte 1 nach β oder γ fließen lassen, so hat man in den leeren Quadranten genau dieselben segmentförmigen Scheiben t wie in Fig. 53 anzuordnen und die dazugehörigen Spulen p für das Verfahren nach der Tabelle unter c in der Spalte ι, β mit fremden Strömen nach II, a, α zu speiseh oder in der Spalte ι, γ durch Kapazität nach II, a, γ bzw. II, b, 2 zu schließen.

₂_ f) Beeinflussung des entstehenden Querfeldes.

Verstärkt man die Ströme in den Ankerwindungen, die in den Quadranten (+ X,+ Y) und —X, —Y) liegen, durch gegenseitige Induktion nach II, d und reduziert gleichzeitig die Ströme in den Ankerwindungen, die in den beiden anderen Quadranten (+ Y, —X) und (— Y, + X) liegen, durch periodisch veränderliche Selbstinduktion nach I oder II, a, β oder kehrt deren Vorzeichen nach II, a, α und II, b um, so erzeugen die in den Ankerwindungen fließenden Ströme ein Ankerfeld, welches man in eine horizontale Komponente (mit dem induzierenden Magnetfelde zusammenfallend) und in eine vertikale Komponente in der Richtung

der Y-Achse My ( ->- gezeichnet) zierlegen

kann.

Die vertikale Komponente My des Ankerfeldes — das Ankerquerfeld — kann man nach Fig. 54 durch in dieser Richtung auf dem Stator angebrachte Kompensationswindungen Kps beeinflussen, und zwar aufheben, ganz oder teilweise, wenn man die Kompensationswicklungen kurz oder mit Widerstand schließt, oder zur Verstärkung der das Querfeld erzeugenden, stark phasenverschobenen Ankerströme benutzen, wenn man nach dem Prinzip der gegenseitigen Induktion diese Kompensationswicklungen als Sekundärwicklung eines Transformators benutzt und durch eine Drosselspule (Fig. 54) oder Kapazität schließt, wobei dann die zu beeinflussenden Ankerwindungen die Primärwicklungen dieser Transformations-■ anordnung bilden.

Die Richtung der entstehenden Drehmomente, welche die Ankerströme mit dem horizontalen Felde ( ^) und dem Querfelde ( -x)

bilden, sind in den Fig. 55 bis 60 durch die entsprechenden Pfeile ( *-' oder ·····>)

angegeben.

g) Verstärkung der Ströme in den nicht der Induktion, unter liegenden Ankerspulen Sp durch die induzierten Spannungen, welche von den der Induktion ausgesetzten Ankerspulen herrühren.

In II, e haben wir gesehen, daß man, um die in den verschiedenen Quadranten liegenden Ankerspulen verschieden beeinflussen zu können, nicht mit einer gemeinsamen Spule p nach Fig. 52 für die gegenseitige Induktion auskommt, sondern analog der Fig. 53 für die Segmente t in jedem Quadranten eine besondere Spule p anordnen mußte.

Man kann nun noch einen Schritt weitergehen und die Segmente t in jedem Quadranten noch unterteilen, wobei für jeden Teil eine besondere Induktionsspule p vorgesehen werden muß, wie dies in Fig. 47 im Quadranten (—· X, — Y) für zwei Teile und im Quadranten .(+ X, + Y) für vier Teile gezeigt ist. (Die anderen benachbarten Quadranten sind in dieser Figur durch die Segmente r nach 1 für periodisch veränderliche Selbstinduktion vorgesehen und daher nicht unterteilt.)

Diese so erhaltenen Spulen p kann man nun nach II entweder jede einzeln durch fremde Ströme speisen, oder jede einzeln durch eine Kapazität oder jede einzeln durch eine Drosselspule kurzschließen.

Man kann diese Unterteilung aber auch benutzen, um die einzelnen Ankerspulen besser auszunutzen. Denn beachtet man, daß

1. in den in der Richtung der Y-Achse liegenden vertikalen Spulen Sp vom horizontal liegenden Statorfelde die größte Spannung induziert wird, in den horizontal liegenden Spulen Sp aber keine, und

2. die letzteren in bezug auf das Statorfeld bei einem vorhandenen Spulenstrome mit diesem das größtmögliche Drehmoment ergeben würden, die vertikalen Spulen aber mangels eines Hebelarmes trotz vorhandenen Stromes keines, so liegt der Gedanke nahe, die in den vertikalen Ankerwindungen Sp induzierten Spannungen durch Vermittlung der Spulen p zur Speisung der stromlosen horizontalen Spulen Sp zu benutzen, wie dies in bezug auf die vier Spulen P₁, pz, p_s, pi in dem vierfach unterteilten Quadranten (-f- X, + Y) die Fig. 47 zeigt.

Es speist hierbei in den Fig. 47 und 49 die vertikale Ankerwindung Sp₁ die horizontal liegende Ankerwindung Sp_t durch Vermittung der Spulen P₁ und p_i und in Fig. 47 und 50 die Ankerwindung Sp^ die benachbarte, mehr horizontal liegende Ankerwindung S^₃ durch gegenseitige Induktion mittels der Spulen p₃ und P₁.

In die Verbindungsleitungen -P₁-P₁₁ der Spulen P₁ und p_i bzw. p^-p^ kann man regelbare Drosselspulen einschalten, um den Strom von geringen Werten bis zu dem für das maximale Anlaßdrehmoment erforderlichen großen Werte mit großer Phasenverschiebung allmählich bis zum Kurzschluß steigern zu können.

Fig. 57 zeigt die gleichzeitig vorhandenen Momentanwerte der Strom- und Kraftlinienverteilung, wenn zugleich die Ströme in den Ankerspulen Sp, welche sich in den Quadranten ' (+ Y, — X) und (— Y, + X) augenblicklich befinden, durch periodisch veränderliche Selbstinduktion (durch die Segmente r in Fig. 47) unterdrückt werden.

Hieraus ersieht man, daß sowohl die Ankerströme in den Spulen Sp₁ und Sp₄₁ (Fig. 47) gleiche Richtung besitzen, wenn die Spule Sp¹ die Windung Sp₄ speist, als auch die in den Verbindungsleitungen der Spulen p₂ und p₃ fließenden Ströme, wenn in den Spulen Sp₂ und Sp_z gleichzeitig vom Statorfelde eine E. M. K. induziert wird.

Im letzteren Falle wirkt die Verbindungsleitung als Kurzschlußverbindung, was notwendig ist, wenn die Ankerwindungen S^₂ ^un(i S^₃ starke Ströme führen sollen, im Gegensatz zu zwei parallel geschalteten Niederspannungsspulen eines gewöhnlichen Transformators, die gegeneinander geschaltet sind und dadurch für die Primärwicklung nur den Magnetisierungsstrom ergeben.

Es sorgt hierbei die vertikal liegende Ankerspule S^₁, welche in bezug auf das horizontale Statorfeld Mx kein Drehmoment besitzt (nur in bezug auf ein etwa vorhandenes, von den Ankerströmen herrührendes Querfeld My), daß die horizontal liegende Ankerspule Sp₄ einen starken Strom erhält, der

i. mit einem Ankerdurchmesser als maximalen Hebelarm im horizontalen Statorfelde Mx ein maximal mögliches Drehmoment liefert, und 2. ein Querfeld My in der Richtung der Y-Achse erzeugt, dessen Stärke durch die Kompensationswicklung Kps (Fig. 54), welche durch eine regelbare Drosselspule D geschlossen ist, beliebig variiert werden kann, und welches mit dem Strom in der vertikalen Ankerspule S^₁ ebenfalls ein Drehmoment ergibt.

h) Vergrößerung der Anzahl der wirksamen

Ankerspulen auf dem Anker.

Da

i. bei Anwendung von periodisch veränderlicher Selbstinduktion nach α in Spalte 1 der Tabelle unter c jeweils der Strom in den Ankerspulen der Quadranten (-f- Y, ■—X) und (— Y, ■— X) (Fig. 47) durch; das Zwischenschieben der Segmente r zwischen die Schenkel q der zugehörigen Drosselspulen d nur den geringen Wert als Magnetisierungsstrom für die in jeder Ankerspule Sp induzierte Spannung annehmen kann, weil bei den hierbei vorhandenen geringen magnetischen Widerständen und großen Selbstinduktionskoeffizienten bereits ein geringer Strom genügt, um in den Drosselspulen d eine. Gegenspannung zu erzeugen, welche der von dem horizontalen Statorfelde Mx in den Ankerwindungen Sp induzierten Spannung das Gleichgewicht hält, 7 ο

2. vom horizontalen Statorfelde Mx in den zu beiden Seiten der X-Achse annähernd horizontal liegenden Ankerspulen Sp nur eine minimale Spannung und ein sehr geringer Strom erzeugt wird,

3. diese Spulen Sp aber mit dem horizontalen Magnetfelde Mx als auch die vertikal liegenden Spulen mit einem etwaigen Querfelde My bei einem etwaigen Strome ein größtmögliches Drehmoment (als maximaler Hebelarm der Durchmesser der Ankerwindungen) mit den an den Ankerleitern angreifenden Kräften liefern, so erhält man eine Vergrößerung des gesamten, von den einzelnen Ankerwindungen Sp geleisteten nutzbaren Drehmomentes, welches zunächst von den in den Quadranten (+ X,+ Y) und (—■ X, — Y) liegenden Ankerspulen herrührt und durch Anwendung von gegenseitiger Induktion nach II, g einen besonders großen Wert annimmt, wenn man die Spule p (Fig. 8 und 9) für die gegenseitige Induktion nach Fig. 51 und 52 analog der Fig. 47 durch Unterteilung der segmentförmigen Scheiben t durch mehrere Spulen p_v p₂, p_s,' p₄... ersetzt und nach Fig. 47, 49, 50 und 57 paarweise so hintereinander schaltet, daß die Ankerströme aus den vertikal liegenden Ankerspulen Sp (mit den großen induzierten Spannungen) die mehr horizontal liegenden Ankerspulen Sp speisen (Fig. 57), indem man

4. nicht bloß das von den in den Quadranten (+ X, — Y) und (— Y, + Z) liegenden Spulen Sp vorhandene, entgegenwirkende Drehmoment nach i. durch Reduzierung der Ankerströme durch periodisch veränderliche Selbstinduktion auf ihren Magnetisierungswert möglichst klein hält, sondern im entgegengesetzten Sinne möglichst vergrößert, indem man,

5. statt nach 8 und γ in Spalte 1 der Tabelle

in II, c.fremde Ströme oder Kapazität zu benutzen, das Verfahren der gegenseitigen Induktion nach II, g dadurch anwendet, daß man α) entweder nur die in den Quadranten (+ Y, — X) und (— Y, + X) der Y-Achse zunächstliegenden Ankerspulen Sp mit den hohen induzierten Spannungen, welche die gleiche Richtung besitzen wie die in den Spulen des benachbarten Quadranten in der gleichen Horizontalen, verwendet, um durch diese die der Z-Achse zunächstliegenden, in. den Quadranten (+ Y, — X) und (— Y, + X) befindlichen, noch nicht stromführenden oder eine Spannung entgegen-

gesetzter Richtung besitzenden Ankerspulen nach Fig. 59 zu speisen, wodurch die Einwirkung der der periodisch veränderlichen Selbstinduktion unterliegenden Spulen auf einen Bruchteil der jeweils in den Quadranten (+ Y, — Z) und (— Y, + Z) vorhandenen Spulen Sp beschränkt wird, oder

ß) sämtliche in den Quadranten (+ Y, — X) und (— Y, + X) liegenden Spulen nicht mehr durch periodisch veränderliche Selbstinduktion beeinflußt, sondern nur noch nach II, g durch gegenseitige Induktion, indem man die so angeordneten Induktionsspulen p{, p₂', ft₃', pl... jetzt nicht mehr paarweise hintereinander schaltet, sondern nach . Fig. 60 gegeneinander schaltet, um die in den vertikal liegenden Ankerspulen Sp induzierten großen Spannungen von der richtigen Richtung zur Aufhebung und Überwindung der in den in dem gleichen Quadranten liegenden horizontalen Spulen induzierten Spannungen entgegengesetzter Richtung zu verwenden, wodurch man den in Fig. 60 angegebenen Stromverlauf statt des ohne Hilfseinrichtungen erzeugten Stromverlaufes der Fig. 55 erhält.

Es führen hierbei die vertikalen Spulen S^ denselben Strom wie die horizontalen Spulen desselben Quadranten; die mittleren Spulen dieses Quadranten (unter etwa 45 °) werden stromlos sein, da der in der oberhalb dieser Richtung liegenden Spule induzierten Spannung durch die in der unteren benachbarten, entgegengeschalteten Spule induzierte gleich große Spannung das Gleichgewicht gehalten wird.

Die Gegeneinanderschaltung dieser Spulen wirkt analog mehreren parallel geschalteten Niederspannungswicklungen eines Transformators, nur mit dem Unterschiede, daß hier ein äußerer Kreis nicht geschlossen bzw. nicht vorhanden ist, sondern als offen betrachtet werden muß. Aus diesem Grunde wird der Stromverlauf in diesen gegeneinander geschalteten, ganz oder annähernd stromlosen Spulen durch ein etwa vorhandenes Querfeld My nicht geändert.

Für die mechanische Ausführung ist es natürlich gleichgültig, ob die hufeisenförmigen Eisenkerne q mit den Spulen d nach Fig. 47, 49 und 50 außerhalb der Segmente r und t am Anker befestigt sind oder innerhalb derselben auf einem auf der Ankerwelle sitzenden zylinderförmigen · Körper radial angeschraubt sind. In diesem Falle können die Segmentstücke / und t innerhalb eines zylindrischen Gehäuses in einer Art Statorgehäuse — ähnlich den Magnetpolen einer Außenpolmaschine an ihrem Gehäuse — mit ihren Induktionsspulen p_v p₂, p_s, p_i... befestigt werden, so daß die hufeisenförmigen Eisenkerne innerhalb derselben rotieren.

Ein mehr maschinenmäßiges Aussehen erhält die Anordnung, wenn man als Träger der Spulen d und magnetischen Kraftlinien für die gegenseitige Induktion direkt den vorher erwähnten zylindrischen Eisenkörper benutzt, auf dem die Eisenkerne q befestigt gedacht waren, und die Windungen der Spulen d in Nuten als schmale Spulen ^₂... d_n (Fig. 71) oder bei Verbreiterung der Spulen d bis auf die Größe der Polteilung als Durchmesserwicklung unterbringt. Man erhält so einen zweiten Anker II 7<> (Fig. 71) als Ersatz der Eisenkörper q der Fig. 48 bis 50 und der Drosselspulen d, welcher das Spiegelbild des Ankers I dieser Figuren bei der oben angegebenen Verbreiterung der Spulen d ist und auf derselben Welle befestigt ist. Die gleichliegenden Ankerspulen beider Anker sind dann wie die Ankerspulen Sp und Induktionsspulen d der Fig. 48 bis 50 hintereinander geschaltet. Die Induktionsspulen p_v p*,, p_s, p₄..., welche nach Obigem in einem Statorgehäuse befestigt gedacht waren, mit ihren segmentförmigen Scheibenteilen I₁, t₂, t_ä, t_t. . . können zur Übermittlung der in den Fig. 47 oder 60 vorgesehenen gegenseitigen Induktion ebenfalls in einem Statorgehäuse II (Fig. 70) als einzelne schmale Spulen p_v p₂, ^₃... p._2O mit den Verbindungen nach Fig. 60 oder bei Verbreiterung der Spulen d als verteilte Wicklungen ausgebildet werden, wie dies Fig. 66 für zwei Statorwicklungen mit Verbindungsleitungen P₁-P₁ als Ersatz der Spulen P₁ und p_i der Fig. 47 und 49 zeigt.

Zu einer Ausführung des Statorgehäuses nach Fig. 67 und 67 a mit normaler Ankerwicklung nach I, b wird man geführt, wenn man beachtet, daß durch die Anwendung der periodisch veränderlichen Selbstinduktion und gegenseitigen Induktion nach den Fig. 55 bis 60 die Stromverteilung, die nach Fig. 55 an und für sich symmetrisch ist, entweder in dem Quadrantenpaare (+ Y, — X) und (— Y, + Z) (Fig. 56) oder in dem Quadrantehpaare (+ Z, + Y) und (— Z, ■—· Y) (Fig. 59) oder in beiden zugleich (Fig. 60) geändert wird. Denn dieselbe Stromverteilung wird erreicht, wenn man bei einem zweipoligen Stator aus gleichmäßigem Eisen mit einer gewöhnlichen Einphasenwicklung zur Erzeugung eines horizontalen Magnetfeldes die von den Ankerströmen erzeugten magnetischen Kraftlinien

a) sich in einer Richtung von etwa 45 ° in den Quadranten (— Y, — Z) und (+ Y, + Z) zur Erreichung einer großen Selbstinduktion und schwachen Ankerströmen in den Windungen senkrecht hierzu durch guten magnetischen Schluß (kontinuierliches Statoreisen) ausbilden läßt und

ß) in einer senkrechten Richtung dazu eine Ausbildung starker, phasenverschobener Ankerströme bewirkt, indem man in einer Richtung von etwa 45 ° in den Quadranten (—· Z, + Y) und (+Z, — Y) entweder durch eine offene

Aussparung (Fig. 67) im Statorgehäuse einen großen magnetischen Widerstand schafft oder· diese Aussparung zur diametralen Weiterleitung der Kraftlinien aus dem Anker durch Anbringung eines eisernen Joches (Fig. 68 und 68 a) ergänzt, auf dem eine Induktionsspule p zur Erzeugung gegenseitiger Induktion aufgesteckt ist, die durch eine Drosselspule oder Kapazität geschlossen ist.

Fig. 69 und 69 a zeigen eine ähnliche An--Ordnung unter Vermeidung des Joches.

III. Ausführung von periodisch veränderlich gemachten Widerständen.

a) Aufzählung einiger bekannter Methoden zur Herstellung veränderlicher Widerstände.

Ähnlich wie bei der periodischen Veränderung der Selbstinduktion' läßt sich auch eine periodische Veränderung der Ströme durch eine periodische Veränderung von Widerständen ohne veränderliche Kontakte bewirken, ohne daß man die Querschnitte bzw. Längen der Leiter durch veränderliche Kontakte veränderlieh macht bzw. durch einen Kommutator Teile zu- oder abschaltet.

Einen periodisch veränderlichen Widerstand kann man sich nun sehr leicht herstellen, indem man den Stromkreis ganz oder nur zum Teil aus Wismut, Selen oder aus einem anderen Körper herstellt, der α) im veränderten magnetischen Felde oder ß) im veränderten Temperaturzustande besser oder schlechter leitet oder γ) bei veränderter Richtung des Stromdurchganges dem letzteren einen gewissen Widerstand entgegensetzt (Aluminiumzellen, Quecksilberdampflampe, Wechselstromgleichrichter). Man hat dabei nach α) den aus Wismut bestehenden Teil periodisch in bzw. aus ein magnetisches Feld zu bringen oder das Selen abwechselnd zu belichten bzw. zu verdunkeln, nach ß) den Leiter abwechselnd zu erwärmen bzw. abzukühlen und nach γ) die Stromrichtung umzukehren.

b) Wirkung der Widerstandsveränderung.

In einem einfach geschlossenen Stromkreise wird alsdann, wenn die gesamte Wicklung bzw. ein Teil aus Wismut besteht und in ein magnetisches Feld gebracht wird, bei den in der Technik üblichen Magnetisierungsstärken der Widerstand dieser Wicklung bzw. des Teiles auf den etwa i,6fachen Betrag steigen.
. Bei einer Stromverzweigung, z. B. nach Fig. 27 und 27 a, liegen die Verhältnisse ähnlich. Ist z. B. die momentan als konstant angenommene Spannung E an die beiden parallelen Wismutwiderstände a-b-c und a-d-h gelegt, so wird, wenn beispielsweise der Widerstandszweig a-d-b in ein magnetisches Feld gebracht wird, sein Widerstand vom Werte w auf den Betrag nw steigen. Die in den beiden Zweigen vorhandenen Stromstärken sind dann:

V = — und i" = -—

w nw

und verhalten sich zueinander wie
■■-77- = η oder i' — η · i".

Es fließt also durch den Zweig a-c-b ein «-mal so großer Strom, wie durch den Zweig a-d-b, und umgekehrt wird in dem Zweige a-d-b ein «-mal so großer Strom als in a-c-b fließen, wenn man den Zweig a-c-b in ein magnetisches Feld bringt.

c) Ausführung von periodischen Widerstandsänderungen.

Macht man in den Fig. 6 bis 9 und Fig. 4 den aus dem eigentlichen Anker bzw. Motor herausragenden Leiterteil aus Wismut und bildet diesen Teil nicht als Spule d_± und d₂ (Fig. 4) um einen Eisenkern, z.B. q (Fig. 9), aus, sondern als bifilare Wicklung und bringt diese in das magnetische Luftfeld zwischen Eisenkern q und Eisenscheibe t (Fig. 64) bzw. Eisenkern q und Zahn r (Fig. 65) oder Polschuh V und Eisenstern m (Fig. 10 und 11), indem man die Spule ^₁ und d₂ (Fig. 65) bzw. Spule p (Fig. 64) bzw. die Spule 3 (Fig. 10) für den Eisenkern p' von einer fremden Stromquelle speist, so befindet sich dieser aus Wismut bestehende Teil der Ankerwicklung so lange in einem magnetischen Felde und besitzt so lange einen erhöhten Widerstandswert, als der magnetische Kreis durch die zeitweise in den Luftraum hineinragende Eisenscheibe geschlossen ist.

Auch wenn man nach Fig. 20 neben den eigentlichen Stator noch ein zweites Polrad anbringt und zwischen dieses und dem zugehörigen Stätoreisen die gezeichnete Wismutwicklung unterbringt, erhöht sich der Wismutwiderstand so lange, als sich ein Pol, gleichgültig, ob Nord- oder Südpol, unter ihm befindet.

Das gleiche ist der Fall, wenn man den aus Wismut hergestellten Teil der Ankerwicklung mit im eigentlichen Motor über oder unter der Ankerwicklung unterbringt oder einen entsprechenden Teil der Ankerwicklung, z. B. den

— -· gezeichneten Teil der Fig. 34 oder

die Leiter ii' und 22' der Fig. 1 bis 5 oder der : Fig. 21 bis 26, direkt aus Wismut herstellt.

Während sich nun bei den durch Veränderung der magnetischen Felder induzierten E. M. Ken. die Richtung der induzierten E. M. K. bei einem Richtungswechsel des magnetischen Feldes umkehrt, bleibt die Wirkung dieser Felder auf Wismut (die Widerstandserhöhung) unabhängig von der Richtung derselben. Infolgedessen ist z. B. bei einer Wechselpolmaschine für eine geschlossene Wismutwindung die Wirkung die

gleiche — abgesehen von einer gleichzeitig induzierten E. M. K. —, wenn die Windung aus dem Felde der einen Polart in das der entgegengesetzten Polärt eintritt.

Soll dann die Erhöhung des Widerstandes des Wismutleiterteiles nicht bei jedem Pol, sondern nur dann geschehen/wenn ein bestimmter Teil der Ankerwindungen sich z. B. unter einem Nordpole befindet, so darf der aus Wismut

ίο hergestellte Teil nur bei jeder doppelten Polteilung in ein magnetisches Feld gelangen.

Dies ist in Fig. 20 dadurch erreicht worden, daß man für den — ·—·· gezeichneten Wismutteil ein zweites Polrad mit entsprechenden Statoreisen neben dem eigentlichen Motor angebracht hat, welches nur halb soviel Wechselpole besitzt wie das Polrad des eigentlichen Motors. Vermeiden kann man dies, wenn man den Anker und Stator etwas länger hält, als für die eigentliche Wirkung nötig ist, auf den verlängerten Ankerteil den aus Wismut gefertigten bifilar gewickelten Teil der Ankerwicklung — die in Fig. 20 ·— gezeichneten Wismutleiter — unterbringt und die Statorwicklungen, bei einer Breite gleich der eigentlichen Ankerwicklung, zur Erregung der Pole einen Pol um den anderen, seitlich in achsialer Richtung gegeneinander um die vorgesehene Verlängerung des Ankers versetzt. Alsdann wird der Wismutteil nur bei jedem zweiten Pole in ein magnetisches Feld gelangen. Z. B. in Fig. 25, welche bei Wegfall der Drosselspulen die gleiche Schaltung wie in Fig. 20 angibt, wenn man entweder alle Südpole oder alle Nordpole seitlich gegen die andere Polart etwas versetzt.

Führt man dieses seitliche Herausziehen der einen Polart in achsialer Richtung über die Umfangslinie der anderen Polart hinaus, so kommt man zur Gleichpoltype, die Fig. 34 für die vorhin erwähnte Schaltung (Stromverzweigung) zeigt.

Sobald man die früher beschriebenen Leiterteile der Anker- bzw. Statorwicklung, in denen die Drosselspulen ztir Erreichung veränderlicher Selbstinduktion oder die Transformatorspulen für die Anwendung der gegenseitigen Induktion angebracht sind, aus Wismut herstellt und nach den vorhin beschriebenen Verfahren periodisch in bzw. aus ein magnetisches Feld bringt, kann man hierdurch mit periodischen Widerstandsveränderungen alle die Wirkungen ebenfalls erreichen, die in I und II angegeben sind, gleichgültig, welche Anker-, Stator- oder Erregerwicklung benutzt wird.

Die Fig. 40 bis 46 zeigen noch schematisch einige weitere Anordnungen von Magnetfeldern und Wismutleitern zur Erzeugung von periodischen Widerstandsänderungen der letzteren, wenn man diese als Hin- und Rückleitung in einen Eisenkörper g führt, der stets dann und nur so lange an der Stelle der Wismutleiter magnetisiert ist, als die von der Spule M magnetisierten Polschuhe g' und h' bei ihrer Rotation sich diesen Stellen gegenüber befinden.

IV. Die Anwendung veränderlicher Erregung zur Beeinflussung der Richtung des erzeugten Drehmomentes.

Nachdem wir in I, II und III gesehen haben, wie wir unter Anwendung periodisch veränderlicher Selbstinduktion oder gegenseitiger Induktion oder veränderlicher Widerstände jede gewünschte Stromänderung erreichen können, soll jetzt noch gezeigt werden, wie man die Herstellung von in ihren Maximalwerten periodisch veränderlicher Ströme zur Herstellung von einer periodisch veränderlichen Erregung des Motors und damit zur Lieferung eines resultierenden Drehmomentes verwenden kann..

Wenn man mehrere Magnetsysteme auf einer gemeinsamen Motorwelle nebeneinander anordnet, z. B. zwei Systeme nach Fig. 25 oder 34, so braucht man als Ankerwicklung nicht gleichzeitig beide Teilströme zur Erreichung einer Differenzwirkung zu verwenden, sondern es genügt, wenn man für das eine System als Ankerwicklung und für die Erregung allein den einen Teilstrom und für die Erregung des anderen Magnetsystems und zur Speisung der zugehörigen Ankerwicklung den anderen Teilstrom verwendet. Es wird dann der schwächere Teilstrom gleichzeitig eine schwächere Erregung des zugehörigen Magnetsystems bewirken als der andere stärkere Teilstrom bei dem anderen Magnetsystem. Infolgedessen dreht der stärkere Strom im stärkeren Felde und der schwächere Strom im schwächeren Felde, wodurch das resultierende Drehmoment gleich der Differenz zweier Größen wird, die sich im quadratischen Verhältnis verändern, wodurch die Wirkung bedeutend vergrößert wird.

Statt die beiden Teilströme zu verwenden, kann man natürlich auch den Gesamtstrom und einen Teilstrom benutzen.

Die Wirkung der entgegengesetzt drehenden Ankerwindungen läßt sich jedoch noch weiter schwächen und sogar in ihr Gegenteil umkehren, also ein Drehmoment der gleichen Richtung wie beim anderen Magnetsystem erreichen, wenn man das erregende Magnetfeld des zweiten Systems nicht nur schwächt, sondern die Richtung desselben umkehrt.

Dies erzielt man durch Umkehrung der resultierenden Amperewindungen, indem man entweder die Richtung des die Erreger spule durchfließenden Stromes unabhängig von seiner Periodenzahl umkehrt oder die Erregerwindungen aus zwei oder mehreren Teilen herstellt, die in entgegengesetzter Richtung von zwei oder mehreren Strömen durchflossen werden und ein resultierendes Magnetfeld der einen oder der anderen Richtung erzeugen, je nachdem die

Stärke des Stromes des einen oder anderen Teiles momentan überwiegt.

Als Ströme hierfür kann man die vorhin bereits erwähnten Teilströme oder den Gesamtstrom und einen Teilstrom der Ankerwicklung verwenden, die man in entgegengesetzter Richtung durch diese beiden Teile von Amperewindungen schickt, nachdem man die Ströme durch periodisch veränderliche Selbstinduktion oder

ίο gegenseitige Induktion oder veränderliche Widerstände im richtigen Augenblicke geschwächt oder verstärkt hat.

Ebenso wie man durch periodische Umkehrung der Erregung bei zwei Magnetsystemen ein Drehmoment von der gleichen Richtung in beiden Systemen erreichen kann, wobei die Ankerwicklungen natürlich nicht mehr gleichmäßig auf dem Umfang verteilt angeordnet werden dürfen, sondern als sog. Polwicklung vorgesehen werden müssen, ist dies auf die gleiche Weise auch mit nur einem System möglich.

Fig. 28 zeigt schematisch die Ausführung mit nur einer einzigen geteilten Erregerspule bei Speisung der beiden Hälften durch mit veränderlicher Selbstinduktion in ihren Maximalwerten periodisch veränderten Teilströmen und Fig. 29 die entsprechende Ausführung bei Einzelpolen mit unterteilten Erregerwicklungen.

Fig. 30 zeigt schematisch die Erzeugung eines seine Richtung umkehrenden magnetischen Feldes durch in die Teilströme untergebrachte Wismutwiderstände c und d, die abwechselnd in ein magnetisches Feld bzw. aus demselben herausgebracht werden. Denn wenn man die beiden Zweigleiter a-c-b und a-d-b aus Wismut mit den Teilströmen i' und i" im entgegengesetzten Sinne in gleicher Windungszahl um einen Eisenkern (Fig. 30) herumführt, so werden sich die magnetischen Wirkungen der beiden Zweigströme so lange aufheben, als sich keiner der beiden Wismutwiderstände in einem magnetischen Felde befindet. Wenn jedoch allmählich der Zweig a-d-b in ein magnetisches Feld gebracht wird, so nimmt allmählich auch der Widerstand dieses Zweiges zu; es fließt weniger Strom i"

durch diesen Zweig a-d-b als durch den anderen Zweig a-c-b mit dem Strome ϊ und die magnetische Wirkung der Spule a-c-b überwiegt.

Wird der Zweig a-d-b wieder aus dem magnetischen Felde herausgebracht, so nimmt der Strom in diesem Zweige wieder so lange zu, bis er seine ursprüngliche Stärke, wie in dem anderen Zweige= — erreicht hat. Gleichzeitig sinkt

die überwiegende magnetisierende Wirkung der Spule a-c-b über a-d-b wieder bis auf den Wert Null. Wir haben so ein resultierendes magnetisches Feld erhalten, welches vom Werte Null bis zu einem Maximalwerte ansteigt und dann wieder auf den Wert Null sinkt, wie dies der Teil a-b-c der Kurve in Fig. 31 zeigt.

Wird jetzt der Zweig a-c-b in ein magnetisches Feld gebracht, so steigt der Widerstand dieses Zweiges, wodurch eine magnetische Wirkung von der entgegengesetzten wie vorher erzeugt wird, deren Verlauf durch den Teil c-d-e der Fig. 31 dargestellt wird.

Bei dieser Erläuterung ist angenommen worden, daß der momentane Wert des Wechselstromes während der Beschreibung des Vorganges als konstant angesehen wird, ebenso wie bei der Beschreibung der Vorgänge beim Schneiden eines Wechselstromfeldes durch die Ankerwindungen beim Kommutatormotor und der modernen Theorie der Wechselstrommotoren überhaupt. . ·

Durch abwechselnde Hindurchführung der Wismut widerstände der beiden Zweige a-c-b und a-d-b durch ein magnetisches Feld erhalten wir bei der Schaltung nach Fig. 30 trotz konstanter Richtung des zugeführten Wechselstromes ein reines Wechselstromfeld, welches seine Richtung unabhängig von der Periodenzahl des zugeführten Wechselstromes in den gewünschten Augenblicken umkehrt.

Benutzen wir als magnetische Felder zur Veränderung der Wismutwiderstände die Felder des Motors selbst, so erhalten wir analog den früheren Figuren die schematischen Darstellungen der Fig. 32 und 33.

Es wäre vielleicht noch zu erwähnen, daß bei bifilarer Wicklung der Wismutleiter keinerlei Drehmoment auf diese von den hindurch geleiteten Strömen ausgeübt werden kann im Gegensatz zu den Verfahren mit veränderlicher Selbstinduktion oder gegenseitiger Induktion, wo dies für die magnetische Kraft nur so lange der Fall ist, als sich die Eisenscheibe bzw. Eisenstern m (Fig. 10 und 11) zwischen den Seitenflügeln der /' V bewegt, da sich während dieser Zeit der magnetische Widerstand der Anordnung nicht ändert. Nur beim Ein- und Austritt des Sternes m (Fig. 11) bzw. der Scheibe (Fig. 7 und 9) entstehen zwei einander entgegenwirkende Drehmomente.

V. Die Anwendung der Nullmethoden usw. der Meßtechnik zur Erzeugung

einer Stromumkehr.

In II, b haben wir gesehen, wie man die Richtung eines Wechselstromes unabhängig von seiner Periodenzahl in jedem gewünschten Augenblicke mittels gegenseitiger Induktion umkehren kann. Diesen in den richtigen Augenblicken umgekehrten Wechselstrom kann man zur Erreichung eines Drehmomentes nach den früher angegebenen Schaltungen entweder der

Ankerwicklung oder der ungeteilten Erregung zuführen.

Es soll jetzt noch gezeigt werden, wie man eine periodische Stromumkehr auch nach den sog. Nullmethoden usw. der Meßtechnik, wie die Wheatstonesche Brücke, die Poggendorfsche Kompensationsmethode, die Schaltung von Thiermann (Heinke, Handbuch der Elektrotechnik, Bd. II, S. 293) erreichen kann. Wegen der Einfachheit der Anwendung dieser Verfahren nach den früheren Darlegungen soll nur kurz auf die Behandlung nach der Wheatstonesehen Brücke und der Poggendorfschen Kompensationsmethode eingegangen werden. Es soll, da das Prinzip des Verfahrens sowohl bei veränderlicher Selbstinduktion, gegenseitiger Induktion, veränderlicher Widerstände usw. in allen Fällen das gleiche ist, nur das Verfahren für veränderliche Widerstände gezeigt werden. Schaltet man die Erregerspule in den Brückendraht 3-4 (Fig. 35) und speist den Brückenzweig i, 2 (Fig. 39 und 35) mit der Spannung E, so ist der im Brückenzweige 3,4 fließende Strom i

ι =

E\a'b — a V]

Rr (α + «' + b + V) + R (a + a') (b+V) + r (a+ b) (a' + V) + aa' W (— + Λ + 4- + i]

\ Ct CL O O J

(vgl. Ma se art und J ο üb er t, Lehrbuch der Elektrizität und des Magnetismus, Bd. II, S. 321, Formel 21).

Setzt man, um einen möglichst einfachen Fall zu erhalten

a=V
25

so erhält man

ι =

6= α',
E (b — a)

2Rr+(a+b){R+r)+2ctb

Will man nach dieser Formel, unabhängig von dem Wert und Vorzeichen von E im Brückenzweige 34 eine Stromumkehr zu beliebigen Zeitpunkten — unabhängig von der Periodenzahl des zugeführten Wechselstromes — erreichen, so braucht man nur nach den früher beschriebenen Methoden der veränderlichen Widerstände usw. während der einen Zeitdauer der verlangten Polumkehr

⁴V. b>a ·

und während der folgenden Zeitdauer
b < a

zu machen, wie dies schematisch Fig. 36 mit veränderlichen Widerständen zeigt.

Nach diesem Schema kehrt sich dann nach der obigen Formel die Richtung des Stromes im Brückenzweige 34, um also in der Erregerspule — oder wenn man mit 34 die Ankerwicklung speist, in dieser — nach jeder Weiterbewegung der Pole um eine Polteilung.

Das gleiche Ergebnis erhält man, wenn man statt der bifilaren Wismutleiter veränderliche Selbstinduktion usw. zur Erzeugung von Gegen-E. M. Ken. einbaut.

Das Verfahren nach der Poggendorfschen Kompensationsmethode zeigen die Fig. 37 und 38; die letztere Figur beispielsweise unter Zwischenschaltung eines Hilfstransformators. Durch letzteren kann man bei entsprechender Unterteilung der Transformatorwindungen die mannigfaltigsten Kombinationen ausführen.
Es ist hierbei die Stromstärke i

und daher für

i > 0, wenn r" > / und
i < 0, - r' > r"

und damit eine Umkehr der Richtung des Stromes i bewirkt, unabhängig vom Werte von e' bzw. e".

Claims (10)

1. Patent-An Sprüche:

   I. Anordnung zum Anlauf und Betrieb von einphasigen Wechselstrommotoren ohne Kunstphase und ohne Kommutator, bei denen das Magnetfeld durch den einphasigen Wechselstrom erregt wird und der Anker, der entweder als Kurzschlußanker ausgebildet ist oder gleichfalls durch den einphasigen Wechselstrom gespeist wird, in jeder Wicklung aus einer Spule oder einem einfachen Leiter besteht, die bzw. der sich in zwei parallele, je um eine halbe Polteilung gegeneinander verschobene Leiter verzweigt, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Relativbewegung zwischen Ankerleiter Und Magnetfeld der wirksame Strom im wesentlichen immer nur in dem unter den Einflüssen des Feldes befindlichen Leiterteil fließt, während jeweils der andere Leiterteil mehr oder weniger stromlos ist, indem diese Stromverteilung durch in die Spulen oder in die parallelen'Leiterteile eingeschaltete, synchron-periodisch mit dem zugeführten Einphasenstrom sich ändernde induktive oder Ohmsche Widerstände bewirkt und

   hierdurch ein immer in gleicher Richtung wirkendes resultierendes Drehmoment erzeugt wird.
2. 2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung einer

   periodisch veränderlichen Selbstinduktion die Windungen der Widerstände um einen Eisenkern herumgeführt werden, dessen .magnetischer Kreis durch unterbrochene ίο Eisenteile periodisch geschlossen und unterbrochen wird.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 zur Erzeugung einer Stromschwächung oder -verstärkung bzw. -umkehr durch periodisch veränderliche gegenseitige Induktion in. den um einen Eisenkern herumgeführten Widerstandswindungen, dadurch gekennzeichnet, ■ daß, während der magnetische Widerstand des magnetischen Kreises dieses Eisenkernes durch an dem Rotor oder Stator angebrachte Eisenteile periodisch vergrößert oder vermindert wird, der magnetische Kraftfluß durch Anbringung einer zweiten Spule, die entweder direkt oder indirekt von besonderen Strömen gespeist wird, oder durch induktionsfreie oder induktive Widerstände oder durch Kapazität geschlossen ist, beeinflußt wird.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle von Selbstinduktion oder gegenseitiger Induktion einzelne Teile der Leiter aus Wismut, Selen usw. ausgeführt und so angeordnet werden, daß bei der Relativbewegung der Leiter diese aus Wismut usw. gefertigten Teile periodisch so immer in bzw. aus ein magnetisches Feld geführt und dadurch in ihrem Widerstände so periodisch veränderlich gemacht werden, daß die zugehörigen Teilströme immer im richtigen Augenblicke geschwächt bzw. verstärkt werden.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man bei Anwendung von mehreren Magnetsystemen mehrere Teilströme und für jeden Teilstrom ein Magnetsystem benutzt und gleichzeitig den Teilstrom mit zur Erregung des betreffenden Magnetsystems verwendet, so daß sich der geschwächte Teilstrom in einem schwachen Felde und der verstärkte Teilstrom in einem starken Felde befindet.
6. 6. Ausführungsform nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Ansprüchen 2 bis 4 angegebenen Anordnungen gleichzeitig benutzt werden.
7. 7. Anordnung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der in seinen Amplituden unveränderte Wechselstrom in die Arbeitswicklung und der veränderlich gemachte Strom so durch die Erregerwicklung der magnetischen Wechselfelder geschickt wird, daß die Umkehrung der Richtung des magnetischen Feldes der Pole — also der Erregung — bei der Relativbewegung im richtigen Augenblick erfolgt.
8. 8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man die Erregerspule unterteilt und diese Teile in entgegengesetzter Richtung von den nach Anspruch 2 bis 4 in ihren Amplituden periodisch veränderlieh gemachten Teilströmen durchfließen läßt.
9. 9. Anordnung nach Anspruch 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man den Wechselstrom bzw. die Teilströme statt in ihren Amplituden veränderlich zu machen, diese unabhängig von der Periodenzahl des zugeführten Wechselstromes proportional der jeweiligen Umdrehungszahl des Motors im richtigen Augenblicke durch Einführung von periodisch veränderlicher gegenseitiger Induktion oder periodisch veränderlichen Widerständen in ihrer Richtung umkehrt.
10. 10. Ausführungsform nach Anspruch 5 bis 8 zur Erzeugung einer Stromumkehr nach dem Prinzipe der Nullmethoden der Meßtechnik, bei denen durch Veränderung von Widerständen der Strom im Galvanometerkreise auf den Wert Null gebracht wird und eine Veränderung der Widerstände nach der einen oder anderen Seite den entgegengesetzten Strom im Galvanometerkreise hervorruft, dadurch gekennzeichnet, daß als Stromquelle für die Leiterverzweigungen der Nullmethoden usw. der zur Verfügung stehende Wechselstrom benutzt wird und der sonst als Galvanometerkreis dienende Stromkreis zur Speisung der Erregerspule oder der Ankerwicklung der Motoren benutzt wird, in dem die periodische Umkehr der Stromrichtung des Wechselstromes, unabhängig von seiner Periodenzahl, erfolgen soll, wobei die periodische Veränderung der Widerstände usw." analog Anspruch 2 bis 4 bei der Bewegung des Ankers zu erfolgen hat.

    Hierzu 5 Blatt Zeichnungen.