DE305308C - - Google Patents

Description

KAISERLTCHtS

PATENTAMT.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Elektromotor, der von Ein- oder Mehrphasenstrom angetrieben werden kann. Er beruht auf der Wirkung zweier aufeinander einwirkender Drehfelder, die gemäß der Erfindung in besonderer Weise erzeugt werden. Der Motor besteht aus einem oder mehreren gleichartigen Systemen, von denen jedes aus zwei mechanisch und elektrisch verbundenen Ständern und

ίο Läufern und einem mit dem einen Teilpaar arbeitenden Feldmagneten besteht. Bei gleichzeitiger Verwendung mehrerer, z. B. von zwei Systemen, wie dies für gleichmäßige Arbeit zweckdienlich ist, tritt eine Vereinfachung der Konstruktion in der Weise ein, daß einzelne Teile des Systems beiden Systemen gemeinsam sind. Der Ständer wird derart mit Einphasenoder Mehrphasenstrom erregt, daß in ihm ein Drehfeld entsteht, während der Läufer eine

ao Käfigankerstabwicklung besitzt, die zwischen dem Läuferteil (i. Läufer), der mit dem entsprechenden Ständerteil (i. Ständer) und · dem zwischen beiden Teilen angeordneten Feldmagnetelement oder Anker arbeitet und zwisehen dem Läuferteil (2. Ständer), der in direkter Induktion zu dem anderen Ständerteil (2. Ständer), steht, um 90 elektrische Grade versetzt ist. Das Feldmagnetelement (Anker) besitzt zwei Sätze von Feldmagneten, die abwechselnd in einen magnetisch leitenden Ring eingebaut sind. Diese beiden Feldmagnetsätze werden vorteilhaft von getrennten aber regulierbaren Stromkreisen gespeist. Der eine Satz (Läuferfeld oder Läufermaghete) wirkt auf den 1. Läufer und der andere Satz (Standerfeld oder Ständermagnete) auf den 1. Ständer ein.

Beim Antrieb des Motors wird der Anker mit dem Wechselstromfeld im Ständer synchronisiert. Die hierdurch hervorgerufene Drehung des Läuferfeldes induziert nun in der Wicklung des 1. Läufers einen Strom, wodurch auf den 1. Läufer eine Zugkraft ausgeübt wird. Der Strom in der Wicklung des 1. Läufers fließt durch die Käfigwicklung zum zweiten Läufer, der direkt mit dem zweiten Ständer arbeitet und ruft dort ein Drehfeld hervor, daß, zusammen mit dem Drehfeld des Ständers ein wirksames Zugmoment für den Läufer erzeugt, da beide Drehfelder um 90 ° elektrisch gegeneinander verschoben sind. Diese Verschiebung bleibt bei allen Läufergeschwindigkeiten bestehen.

Geschwindigkeitsveränderungen werden dadurch bewirkt, daß man die Stärke des Lauferfeldes regelt. Soll die Drehrichtung umgekehrt werden, so wird die Richtung des Magnetisierungsstromes für das Läuferfeld umgekehrt. Das Ständerfeld läßt sich zur Regelung des Leistungsfaktors des Motors ändern.

Um den Anker in Synchronismus zu bringen, kann ein Anlaßmotor benutzt werden,' der durch den Nutzstrom gespeist wird und der, nachdem er seine Aufgabe für das An- _v lassen und Synchronisieren erfüllt hat, für die beiden Ankerstromkreise, z. B. als Konverter

den Erregungsstrom für das Läufer- und das Ständerfeld liefern kann. Da der Anker beständig umläuft, kann derselbe vorteilhaft die Luftpumpe für die Luftdruckbremse antreiben, deren Wirkung auf diese Weise unabhängig, von dem Umlauf der Wagenachsen ist.

Die besondere, konstruktive Ausführung und die sonstigen besonderen Arbeitsverhältnisse der Erfindung sind an Hand eines Ausführungsbeispiels, das auf der beiliegenden Zeichnung dargestellt ist und das sich auf zwei gleichartige Systeme bezieht, erläutert.
Auf den Zeichnungen bedeutet: ■
Fig. ι einen senkrechten Längsschnitt durch den Motor,

Fig. 2 einen Querschnitt nach Linie 2-2 der Fig. ι in Richtung der Pfeile gesehen,

Fig. 3 einen Querschnitt nach Linie 3-3 der Fig. ι in Richtung der Pfeile gesehen,

Fig. 4 eine schaubildliche Darstellung von drei Läufern und Ständern und einem Feldmagnetelement oder Anker' in Verbindung mit einem Stromschema, wobei vorausgesetzt ist, daß der Motor als Einphasenwechselstrommotor arbeitet und wobei die Anordnung einer mit Einphasenwechselstrom gespeisten Stromverbrauchsspule und eine kurzgeschlossene Stromerzeugungs- und Verbrauchsspule sichtbar für den Ständer ist, während die anderen Wicklungen der Klarheit wegen fortgelassen sind, und

Fig. 5 veranschaulicht schematisch, ähnlich ' wie in Fig. 4, die gleichen Teile des Motors, soforn dieser als Zweiphasenwechselstrommotor arbeitet, wobei beide Spulen des Ständers um 90° gegeneinander verschoben sind und mit Wechselstrom gespeist werden.

Der dargestellte Motor ist mit der Wagenachse ι eines Straßenbahnwagens o. dgl. gekuppelt. Die Motorachse ruht in einem Gehäuse 2. Das Gehäuse besitzt zwei Seitenwände 3 und 4 mit zentralen Nebenteilen 3', 4' und einem zylindrischen Teil,5, welcher von

' den Seitenwänden getragen wird. Die Ständerelemente werden auf dem Innenkreis des zylindrischen Gehäuseteils 5 getragen und bestehen aus drei aus Lamellen zusammengesetzten Ringen. Das mittlere Ständerelement 6 ist etwas breiter als die beiden äußeren EIemente 7 und 8. Die drei Ständerelemente sind an ihrer Innenfläche mit einer Anzahl von Schlitten 9 (im dargestellten Beispiel 36) versehen. Die Schlitze der drei Elemente liegen in gegenseitiger Verlängerung und dienen zur Aufnahme der Ständerwicklung 10.

Die Ständerwicklung ist zweiphasig ausgeführt. Die Spulen beider Phasen verteilen sich über die Ständer. Die eine Phasenwicklung io^a ist, wie aus Fig. 4 ersichtlich, kurzgeschlossen, während die andere Phasenwicklung io* an die Einphasenwechselstromquelle 11 angeschlossen ist, die durch einen Schalter 12 an- und abgeschaltet werden kann. Die beiden Wicklungen sind um 90 ° in der Phase zueinander versetzt.

Mit dem Ständer arbeiten zwei Läuferelemente, die auf Muffen 16, 20 angeordnet sind, welche in den Naben 3' und 4' der Seitenwände 3 und 4 geführt werden. 'Jeder Läufer besteht aus zwei, aus Lamellen zusammengesetzten getrennten Läufern, nämlich dem ersten Läufer 13 bzw. 17 und dem zweiten Läufer 14 bzw. 18.

Die zweiten Läufer besitzen einen größeren Durchmesser als die inneren ersten Läufer, um einen Ringraum für den Anker zwischen dem inneren oder ersten Ständer 6, der ebenso wie der Anker beiden Motoraggregaten gemeinsam ist, und den beiden ersten Läufern 13, 17 zu schaffen, während die beiden zweiten Läufer 14 und 18 einen genügend großen Durchmesser besitzen, um direkt mit den äußeren oder zweiten Ständern 7 und 8 zu arbeiten.

Der erste Läufer 13 und der zweite Läufer 14 des linksseitigen Läuferelementes sitzen auf dem Kern 15 der Muffe 16, während die Läufer 17 und 18 des rechten Läuferelementes auf dem Kernteil 19 der Muffe 20 ruhen. Zwischen den Muffen 16 und 20 und den dazu gehörigen Naben 3' und 4' sind Zwischenlager vorgesehen.

Die beiden Läufer 13 und 14 sowie 17 und 18 sind durch je eine Käfigankerstabwicklung 21 bzw. 22 miteinander verbunden, wobei die Stäbe der beiden Käfigstabwicklungen in den beiden zweiten Läufern um 30 ° des Umfanges versetzt gegen die der ersten Läufer liegen, so daß die Ständer- und Läuferpole in dem zweiten Aggregat um eine Phasenverschiebung von 90 ° elektrisch zueinander verschoben sind.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich, sind sechs Pole am Anker vorhanden.

Der Anker wird durch Welle 23 getragen, welche im Gehäuse 2 gelagert und von den beiden Muffen 16 und 20 umgeben ist. Diese Welle 23 besitzt genau in der Mitte zwischen den beiden Läufern 13 und 17 eine Speich'enscheibe 24, welche mit dem Ring 25 des Ankers aus einem Stück besteht. Dieser Ring besitzt drei nach außen gerichtete, ebenfalls mit ihm aus einem Stück bestehende Polstücke 2Ö^a, 26* und 26^C (Fig. 2) und drei nach innen gerichtete Polstücke 27", 27* und 27^C. Die äußeren Polstücke bilden die Kerne für die Ständerfeldmagnete der einen Polarität, während die Zwischenteile des Ringes Pole von entgegengesetzter Polarität bilden. Die inneren Polstücke sowie die entsprechenden Zwischenringteile bilden die Pole für das Läuferfeld.'

Die Ankerspulen für das Ständerfeld und für das Läuferfeld sind in gleicher Richtung aber entgegengesetzt gewickelt und hintereinander geschaltet.

Diese Einrichtung gestattet, daß entweder das Läufer- oder, das Ständerfeld verändert oder umgekehrt werden kann, ohne daß eine nennenswerte gegenseitige Beeinflussung bewirkt wird.

ίο' Die beiden Felder werden unabhängig voneinander durch einen Strom erregt, welcher den vier Schleifringen 26^, 26^e, 27^, 27^s an dem einen aus dem Gehäuse 2 herausstehen-, den Ende der Welle .23 zugeführt wird. Die Ringe 26^ und 26^e sind mit der Ständerfeldwicklung und die Ringe 27^ und 27^s mit der Läuferfeldwicklung verbunden. Die Stromquelle für die Erregung der Felder besteht aus einer Batterie 28. Sie steht mit den Schleifringen für das Ständerfeld durch die Leitungen 29 und 30 in Verbindung und in diesen Stromkreis ist auch der Feldwiderstand 31 eingeschlossen. Der eine Pol der Batterie 28 ist mit der Leitung 29 und der andere Pol mit dem Hebel 31' verbunden, während die Leitung 30 im Ständerfeldstromkreis mit dem Widerstand unmittelbar in Verbindung steht. In ähnlicher Weise sind die Läuferfeldschleifringe mit der Batterie 28 durch Leitungen ,32 und 33 verbunden. Die Leitung 32 führt zum einen Pol der Batterie und der andere .Batteriepol ist mit dem Hebel 34' des Widerstandes 34 verbunden, an dessen Wicklung die Leitung 33 angeschlossen ist. In dem Läuferfeldstromkreis befindet sich ein Umschalter 35.

Die Einstellung des Hebels 31' dient dazu, die Stärke des Ständerfeldes zu ändern- und dadurch auch den Leistungsfaktor des Motors zu beeinflussen, während die Einstellung des Hebels 34' den Zweck hat, das Läuferfeld und dadurch die Geschwindigkeit und die Zugkraft des Motors zu regeln.

Statt zwei unabhängiger Felder kann man auch ein einziges Feld verwenden und die Geschwindigkeit durch Widerstände in den induzierten Stromkreisen der Läufer ändern. Der Leistungsfaktor des Motors kann durch einen Autotransformator, welcher im Ständer-Stromkreis liegt, geregelt werden, jedoch ist die Verwendung von zwei getrennten Feldern bequemer in der Ausführung und Handhabung. Der Motor ist mit der Achse 1 durch Zahnräder 36 und 37 verbunden, die fest auf den Muffen 16 und 20 angeordnet sind und mit den Zahnrädern 38 und 39 der Wagenachse 1 in Eingriff stehen.

Um den Anker synchron mit dem Wechselstromfeld in Gang zu setzen, ist ein Motor 40 auf der Welle 23 vorgesehen, welcher mit der Wechselstromquelle ix in Verbindung steht. Ein Schalter 41 ermöglicht, diese Verbindung zu unterbrechen. Dieser Anlaß- und Synchronisierungsmotor kann auch als Konverter arbeiten, nachdem der Anker synchronisiert ist. Der Konverter wandelt in diesem Falle den Wechselstrom in Gleichstrom um, der über Leitung 42 und 43 den Ankerstromkreisen übermittelt wird.

Bei anderer Bauart kann der Motor 40 auch als Generator wirkend den Gleichstrom liefern und würde in diesem Falle nach dem Anlassen und Synchronisieren des Ankers von der Wechselstromquelle abgeschaltet werden. Der Magnetisierungsstrom läßt sich durch Schalter 44 und 45 ausschalten, evtl. kann man auch den Batteriestrom durch Schalter 46 unterbrechen, wenn der transformierte oder.besonders erzeugte Strom für die Ankererregung benutzt wird.

Da der Anker beständig umläuft, kann er auch zum Antrieb der Luftpumpe 47 verwendet werden. Der Druckkolben steht zu diesem Zwecke mit der Welle 23 durch eine Kurbel und Pleuelstange in Verbindung. Die Welle 23 läßt sich sehr leicht ölen und die gesamte Bauart des Motors bietet den Vorteil der leichten Zugänglichkeit und einfachen, widerstandsfähigen Bauart.

Wie bereits erwähnt, nimmt der Motor seinen Strom von einer Einphasenwechselstromquelle. Der Anker wird erst auf die gewünschte Geschwindigkeit gebracht, das Statorfeld erregt und die Wicklung io^a mit der Einphasenwechselstromquelle verbunden, wodurch in allen drei Ständern ein Drehfeld entsteht, das den Anker zu synchronem Umlauf zwingt.

Die Drehung des Ankers erzeugt einen Strom in der kurz geschlossenen Wicklung, welcher gegen den Einphasenwechselstrom um 90 ° verschoben ist, so daß dieser Einphasenwechselstrom mit dem erzeugten Strom zusammen wirkt, um ein Drehfeld in dem zweiten Ständer hervorzubringen. Durch die Drehung des Ankers werden auch Mehrphasenströme in den Käfigankerstabwicklungen des ersten Läufers erzeugt und diese Mehrphasenströme werden durch die Stäbe dem zweiten Läufer zugeführt, wo sie ein weiteres Drehfeld erzeugen, das seinerseits um 90° gegen das umlaufende Feld im Zweiten Ständer verschoben ist und mit diesem gemeinsam eine Zugkraft auf den Läufer ausübt.

Der Motor kann in zweierlei Weise in seiner Richtung umgekehrt werden. Das erste Verfahren besteht darin, daß der Anker angehalten, in umgekehrter Richtung angelassen und. synchronisiert wird, worauf die Läuferelemerite ebenfalls in umgekehrter Richtung wie vorher ihre Drehung ausführen. χ20

Das zweite Verfahren besteht darin, daß der Anker weiter in Richtung des Uhrzeigers umläuft, daß man aber entweder die Ständeroder die Läuferpole der ersten Einheit wechseit; bei der dargestellten Ausführungsform ■ z.B. dadurch, daß man den Stromwender 35 des Läuferfeldstromkreises umlegt.

Wird ein verhältnismäßig schwaches Läuferfeld benutzt, dann werden starke Ströme mit niedrigem Leistungsfaktor erzeugt, die eine verhältnismäßig geringe Zugkraft in Richtung des Uhrzeigers in dem ersten Läufer erzeugen. Diese Ströme üben aber eine verhältnismäßig starke Zugkraft in dem zweiten Läufer aus, weil daselbst die volle Phasenverschiebung mit Bezug auf die Ständerströme zur Geltung kommt. . Die letzteren besitzen den gewünschten Leistungsfaktor durch Regelung des Gleichströmwertes, welcher das rotierende Ständerfeld des Ankers hervorruft. Auf diese Weise übertrifft die hohe Zugkraft in dem zweiten Läufer, und zwar in entgegengesetzter Richtung des Uhrzeigers, bei weitem die geringe in Richtung des Uhrzeigers wirkende Zugkraft des ersten Läufers, demzufolge der Läufer auch in umgekehrter Richtung des Uhrzeigers umläuft.

Liefert die Stromquelle Mehrphasenstrom,

dann wird jede Phase der Ständerwicklung 10 durch eine besondere Leitung von der Stromquelle gespeist, wie dies aus Fig. 5 ersichtlich ist.

Claims (7)

Patent-Ansprüche:

1. Wechselstrommotor mit einem Ständer und einem Läufer, zwischen denen ein umlaufender Anker angebracht ist, der zwei Sätze von Feldmagneten trägt, den einen für den Ständer, den anderen für den Läufer, zum Zweck, das Zugmoment auf den Läufer durch die Induktionswirkung dieses Feldmagnetsystems zu verstärken, dadurch gekennzeichnet, daß Ständer (6, 7) und Läufer (13, 14)' je in zwei mechanisch und elektrisch verbundenen Teilen ausgeführt sind, wobei in dem einen Teilpaar (6, 13) der Anker mit dem Feldmagnetsystem (26, 27) umläuft, während das andere Teilpaar (7, 14) in direkter Wirkung zueinander steht.

2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ständerteile eine, gemeinsame Wicklung (10) besitzen, die bei Speisung mit Einphasenstrom aus einer Verbrauchsspule (10*) und einer kurzgeschlossenen Stromerzeugungs- oder Verbrauchsspule (io^a) besteht, die um 90 elektrische Grade gegeneinander versetzt sind, 55' während bei Speisung mit Mehrphasenstrom für jede Phase entsprechend der Phasenzahl gegeneinander verschobene Spulen Verwendung finden, derart, daß im Ständer ein Drehfeld erzeugt wird.

3. Motor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer mit einer Käfigankerstabwicklung (21) versehen ist, wobei die Stäbe des Läuferteiles, der mit dem Feldmagnetsystem arbeitet, gegenüber den Stäben des Läuferteiles, der direkt mit dem Ständer arbeitet, um 90 elektrische Grade versetzt liegen.

4. Motor nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Feldmagnetelement, das mit je einem Teil des Ständers und des Läufers arbeitet, mit zwei abwechselnd aufeinanderfolgenden Feldmagneten (26 bzw. 27) ausgeführt ist, deren Erregung durch ' vorteilhaft zwei getrennt voneinander zu regelnde Stromkreise einer besonderen Gleichstrombatterie bewirkt wird, wobei die abwechselnden Feldmagnete unter sich durch magnetisch leitende Jochstücke (25) verbunden sind.

5. Motor nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet durch die Verwendung eines von Ein- oder Mehrphasenstrom gespeisten Zusatzmotors (40), der beim Anlassen der Maschine das Feldmagnetelement auf Synchronismus mit dem Drehfeld im Ständer , bringt.

6. Motor nach Anspruch 1 bis 5 in der Verwendung für Straßenbahnen o. dgl., dadurch gekennzeichnet, daß das Feldmagnetelement mit der Pumpe für die Luftdruckbremse gekuppelt ist.

7. Motor nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das System zur Erzielung eines gleichmäßigen Ganges in doppelter Ausführung (7, 14, 13 und 8, 18, 17) verwendet wird, wobei beiden Maschinen das Feldmagnetelement (Anker 25, 26, 27) und der mit diesem wirksame Ständerteil

(6) gemeinsam ist. .

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.