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Wechselstrommotor mit einem Läufer und einem Ständer, deren Wicklungen
durch einen Kommutator verbunden sind. Vorliegende Erfindung betrifft einen WechstIstrommotor,
der im wesentlichen; ausgebildet ist wie eine dynamoelektrische Maschine nach Patent
347985, die sich vorzugsweise für Kupplungszwecke zwischen einer getriebenen und
einer treibenden Welle eignet, wobei gleichzeitig an der Maschine eine Vorrichtung
vorgesehen ist, um fremde Energie zum Detiiebe derart zuzuführen, daß der Motor
sotvohl hinsichtlich der' Geschwindigkeit als ai.ich des Leistungsfaktors regelbar
ist. Gleichzeitig vermag die Maschine auch Selbsterregung zu liefern:.
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Die Maschine besitzt zunächst d'ie bekannte Ausführung reit Ständer,
Läufer und dazwischen umlaufendem Anker, wobei der Läufer mit einem Kommutator versehen
ist.
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Gegenüber derartig als Gleichstrommaschine arbeitenden Typen unterscheidet
sich die Maschine gemäß Patent 347985 .dadurch, .daß sie auch als Wechselstromkommutatormaschine
arbeitet, indem zwischen dem Läufer und dem Ständer mehrphasiger Wechselstrom durch'
den mit demLäufer verbundenenKommutator und feststehenden Bürsten übertragen wird
tind die Mehrphasigkeit dieser Ständerwicklung aus Zahl und Anordnung der Bürsten
sich ergibt. Der Anker trägt dabei zwei Sätze unabhängig voneinander erregter Feldmagnete,
von denen der eine in Induktionswirkung zum Ständer und der andere in Induktionswirkung
zum Läufer steht. Die Vorteile, .die diese Anlage besitzt, bestehen in: der besseren
Wirkungsweise, der leichteren Bauart, einer leichteren Handhabung und einer besseren
Ausnutzung der elektrischen Verhältnisse.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun der Läufer mit Wechselstrom,
und zwar entweder Einphasen- oder Dreiphasenstrom gespeist. Die Wirkungsweise der
Maschine gestaltet sich, dann in der Weise, daß der Läufer infolge des zugeführten
Wechselstromes die gewünschte Geschwindigkeit annimmt und mit dem Läuferfeld in
irgendeiner geeigneten Weise synchronisiert. Hierauf . dreht sich der Läufer unter
stetem Synchronismus mit dem Läuferfeld, worauf an der Ankerwelle Kraft abgenommen
werden kann. Zwischen der Speiseleitung und dem Läufer oder auch zwischen der Läuferwicklung
und der Ständerwicklung ist ein selbsttätiger Transformator eingeschaltet, der die
Aufgabe erfüllt, die Geschwindigkeit und den Leistungsfaktor des Ankers zu regeln.
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An Stelle der Fremderregung des Ankers kann man auch auf :den Kommutator
des Läufers Bürsten derart anordnen, daß dem Läufer Gleichstrom entnommen wird,
so daß,die Maschine reit Selbsterregung läuft.
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Auf der Zeichnung bedeutet: Fig. i einen Längsschnitt durch einen
geniäß
vorliegender Erfindung ausgebildeten Wechselstrommotor nebst
einem Stromschema, Fig. 2 einen Querschnitt durch den Motor, während Fig. 3 ein
Leitungsschema, das den Stromverlauf durch den Motor zeiao-t, @ veranschaulicht.
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Der aus Lamellen zusammengesetzte Ständer i wird von .dem Gestell
2 getragen. Längsschlitze 3 dienen zur Aufnahme der Mehrphasenwicklung q.. Der Läufer
5 ist ebenfalls aus Lamellen zusammengesetzt und sitzt auf einer Nabe 6 der Wele
7. Die Läuferwicklung 8 ist in Längsschlitzen g eingebettet. Die Welle 7 trägt auch
deal Kommutator io, der (in der gezeichneten Weise) mit der Läuferwicklung in Verbindung
steht. Drei Schleifringe i i der Welle 7 sind an den Kommutator in der aus Fig.
i und 3 ersichtlichen Weise angeschlossen und stehen durch einen Schalter 12 mit
einer Mehrphasenwechselstromleitung 13 in Verbindung.
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Statt Mehrphasenstrom kann man auch eine Einphasenstromquelle verwenden,
in welchem Falle nur zwei Schleifringe nötig sind.
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Das Maschinengestell trägt die Mehrphasenbürsten 14., 15, 16,
welche gegen den Kommutator io in der aus Fig. 3 ersichtlichen Weise anliegen und
durch Leitungen iq.', 15', 16' zu den entsprechenden Phasen der Ständerwicklung
q. hinführen.
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Das Feldmagnetelernent oder der Anker besteht aus zwei Sätzen von
Feldmagneten, die durch den magnetisch leitenden Ring 17 getragen werden, welcher
in dem Ringraum zwischen dem Ständer und dem Läufer vorgesehen ist und durch ein
Stahlspeichenrad 18 getragen wird. Das letztere ist auf der Muffe ic, befestigt,
die die Welle 7 drehbar umgibt und mit der anzutreibenden Welle gekuppelt ist.
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Der Ring 17 besitzt sechs radial sich erstreckende Polschuhe, welche
abwechselnd nach außen und innen gerichtet sind. Die Zwischenteile des Ringes bilden
magnetisch leitende Joche, welche die Polflächen der einen Seite mit den benachbarten
Polflächen: der anderen Seite verbinden. Die Jochteile des Ringes 17 verbinden die
inneren Enden der äußeren Pole 20a, tob und 2o° mit den äußeren Enden der inneren
Pole 2111, gib, 2ic. Diese zwei Sätze vonPolen bilden dieKerne für zwei Sätze von
Felidmagneten, welche in induktiver Beziehung zum Ständer und Läufer stehen. Die
Feldmagnetspulen 20a', 20b1, 20e' des Ständers (Ständerfelder) sind in gleicher
Richtung gewickelt und hintereinander geschaltet. Die Feldinagnetspulen 2ia', 2,b',
21e' des Läufers (Läuferfeld) sind ebenfalls in gleicher Richtung, aber entgegengesetzt
zu den Ständerfeldspulen gewickelt und ebenfalls v_rter sich hintereinander geschaltet.
Die auf der Muffe ig sitzenden zwei Paar Schleif-' ringe 20d, 20e und 21d, 2ie sind
mit den Feldj magnetsätzen verbunden.
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Als Quelle für den Magnetisierungsstrom ist eine Batterie auf der
Zeichnung angegeben, mit der die Schleifringe durch Bürsten zot, 20d bzw. 2it, gib
und Leitungen 23, 2q., 25, 26 (Fig. i) verbunden sind. Die beiden Felder werden
auf diese Weise unabhängig voneinander erregt. Um die relative Feldstärke veränderlich
zu gestalten, sind Widerstände 27 und 28 vorgesehen, welche mit den Feldmagnetstromkreisen
in Verbindung stehen, während die Richtungsumkehr der Magnetisierungsström@e durch
einen Stromwender 29 erfolgt, der z. B. in dem Ständerfeldstromkreis eingeschlossen
ist.
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Werden .die Ständer- und Läuferfelder in gleicher Stärke und entgegengesetzt
erregt, dann durchqueren die Kraftlinieniströme jedes benachbarten Feldpolpaares
beide Polstücke vnd die verbindenden Läufer- und- Ständerteile, ohne die den Polen
benachbarten Jochstücke des Ringes zu durchfließen.
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Wird der Strom in den Läuferfeldspulen geschwächt, dann erfährt .auch
.der den. Läufer durchfließende Strom eine Schwächung, während der Stromflußdurch
den Ständer nicht verändert wird. Die Differenz zwischen den Ständer- und Läuferströmen
fließt quer durch den Ring. Der Magnetstrom durch den Ständer wird in keiner Weise
beeinflußt, salbst wenn das Läuferfeld vollständig ausgeschaltet wird. In diesem
Falle fließt der ganze Ständerstrom durch die Jochteile des Ringes. Wenn die Stromrichtung
in den Läuferfeldgpulen umgekehrt wird, bleibt das Ständerfeld auch .dasselbe, aber
die Jochstücke des Ringes nehmen dann sowohl die Ständer- als auch die Läuferfeldiströme
auf. Aus diesem Grunde kann entweder das Läufer- oder Ständerfeld ohne eine gegenseitige
Störung verändert oder umgekehrt werden.
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Die Läuferwicklung 8 ist eine Serienwicklün:g und für 6 Pole vorgesehen..
Der dem Läufer zugeführte Strom wird durch den Kommutator io kommutiert und der
Ständerwicklung 4: durch die feststehenden Mehrphasenbürsten 1q., 15 und 16 und
die dazugehörigen Leitungen übermittelt. Die Bürsten sind so angeordnet, daß Mehrphasenströmevon
ihnen entnommen und der Ständerwicklung zugeführt werden:. Die letztere ist zweckmäßig
für so viele-Pole angeordnet als die Läuferwicklung und für so viele Phasen, als
Ströme von den Kommutatorbürsten aufgenummen werden.
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Bei der dargestellten Ausführungsform ist die: Ständerwicklung eine
Dreiphasenwicklun:
g. Die durch volle Linien dargestellten Spulen
4d (Fig. 3) gehören zu einer Phase, die Spulen 4b (-.-.-.-) gehören zur zweiten
und die Spulen 4c zur dritten Phase.
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Die Mehrphasensträme, welche von .den Bürsten- abgenommen werden,
fließen durch die Ständerwicklung und schaffen ein Drehfeld von gleicher Winkelgeschwindigkeit
wie die des Ankers 17. Die Bürsten sind mit der Ständerwicklung so verbunden, daß
der Ständ erstrom auf das Ständerfeld eine Zugkraft ausübt. Das Feld des Ständerstromes
ist um 9o° elektrische Grade zum Ständerfeld des Ankers beim Stillstand des letzteren
versetzt. Dieses Verhältnis bleibt bei allen Geschwindigkeiten des Ankers bestehen
und sorgt für eine Zugkraft so lange, als die elektromotorische Kraft des Läufers
über die gegenelektromotorische Ständerkraft vorherrscht. Die Drehrichtung des Ankers
hängt von der Richtung des Magnetisierungsstromes des Ständerfeldes ab. Wenn die
Zugkraft des Ständerfeldes derjenigen des Läuferfeldes entgegengesetzt ist, :dann
wird der Anker in der entgegengesetzten Richtung umlaufen, als wenn die beiden Zugkräfte
in derselben Richtung wirken. Durch Umkehr des Stromivenders 29 wird das Ständerfeld
in seiner Richtung geändert und dadurch auch die Umkehrung des Ankers herbeigeführt.
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Soll der Motor angelassen werden, dann wird .der Wechselstrom in die
Läuferwicklung durch Schließung des Schalters 12 eingeführt, worauf der Läufer auf
diie gewünschte Geschwindigkeit gebracht und mit .dem Läuferfeld in irgendeiner
geeigneten Weise synchronisiert wird. Hierauf dreht .sich der Läufer unter stetem
Synchronismus mit dem Läuferfeld, worauf der Motor durch, die Welle des Ankers Kraft
abgeben kann,.
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Beim Anlassen und bei geringen Geschwindigkeiten .des Ankers ist das
Läuferfeld vorzvgsweise schwach, während das Ständerfeld voll erregt werden kann,
um,die größte Zugkraft zu .geben. Um dies zu ereichen, wird der Wifderstandshebel
28' (Fig. 3) aus der gezeichneten Lage in seine äußerste Rechtsstellung übergeführt,
wodurch ,das Stän:derfeld vollständig erregt wird, während .der I-Jebel 27' des
Läuferfeldwiderstandes 27 um einen Schritt nach .rechts bewegt wird, .demzufolge
das Läuferfeld über sämtliche Widerstände geschlossen ist.
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Der Stromkreis für das Läuferfeld ist dabei folgender: Von: .der Batterie
22 über Leitung 25, Widerstand. 27, Leitung 25', Bürste 21t Schleifriaig Zia Läuferfeldspulen
21a', 21b1, 2z°1, Schleifring 2zc, Bürste Zig ünd über Leitung 26 zurück zur Batterie.
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Der Stän.derfeldstrom nimmt folgenden Verlauf: Von der Batterie 22
über Leitung , -a31, Kontakt des Stromwenders 29, Leitung 23, Bürste 2of, Schleifring
2od, Ständerfeldspulen 2od', 2o , 20c', Schleifring 2oe, Bürste 2o01, Leitung
24, Kontakt des Stromwenders 29, Leitung 24', Widerstand 28 und über Leitung 24"
zurück zur Batterie.
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Die Drehgeschwindigkeit .des Ankers läßt sich durch die Wahl- der
Ständerfelldstärke regeln, und durch die Stärke des Läuferfeldes läßt sich der Leistungsfaktor
der Vorrichtung regeln. Man kann hierdurch bewirken, daß man mit .einem Einheitsleistungsfaktor
arbeitet. Man kann aber auch dem Hauptsystem immer den gleichen Strom zuführen und
auf Wunsch den Leistungsfaktor des Speisesystemns regeln-.
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- Wie schon erwähnt, läßt sich die Geschwindigkeit regeln, indem man
das Verhältnis zwischen dem Potential der Läuferwicklung und dem Gegenpotential
der Ständerwicklung verändert. Zu diesem Zwecke ist der selbsttätige Transformator
30 zwischen die Kommutatorbürsten 14, 15, 16 und die Ständerwicklung 4 eingeschaltet.
In diesem Falle bleibt das Läuferpotential annähernd dasselbe für alle Feldgeschwindigkeiten,
vorausgesetzt, daß der zugeführte Strom ein konstantes Potential aufweist, während
der selbsttätige Transformator 3o das Potential des Ständers und das Verhältnis.
zwischen dem veränderlichen Gegenpotentiall des Ständers und dem konstanten Potential
regelt.
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Ein anderes Mittel zurÄnderung undRegelung der Geschwindigkeit besteht
darin, das Läuferpotential zu regeln, indem man einen selbsttätigen Transformator
31 zwischen die Wechselstromquelle 13 und die L äuferschleifringe i i einschaltet.
In diesem Falle kann der Transformator 30 zwischen den Kommutatorbürsten
und der Ständerwicklung in Fortfall kommen und durch feststehende Leitungsverbindungen
ersetzt werden.
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Wird der selbsttätige Transformator 31 verwendet, dann ist die Wirkung
folgende: Ist der Läufer mit dem Läuferfeld synchronisiert, dann wird die Läuferspannung
durch den Transformator 31 verändert und das Läuferfeld so geregelt, daß der gewünschte
Leistungsfaktor erzielt wird. Das Potential an den Kommutatorbürsten würde in diesem
Falle proportional sein mit dem Läuferpotential. Das Ständerfeldbleibt in diesem.
Falle konstant und voll erregt, so daß der Transformator 31 auch dazu dient, das
Verhältnis zwischen .dem Potential an den Kommutatorbürsten und den- Gegenpotential
der Ständerwicklung zu regeln und demzufolge auch die Geschwindigkeit in gewünschter
Weise zu überwachen.
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Es ist darauf hinzuweisen:, d'aß die Geschwindigkeit, wenn sie einmal
geregelt ist,
bei allen Belastungen konstant bleibt und nicht den
Wert übersteigen kann, bei welchem die gegenelektromotorische Kraft des Ständers
der elektromotorischen Kraft des Läufers gleichkommt.
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Falls gewünscht, kann der Läufer zur Erregung des Ankers verwendet
werden, zu welchem Zweck der Anker zwei Bürsten 32, 33 trägt, die mit den Feldmagneten
durch die Leitung 3:4 und 35 verbunden sind. Diese Bürsten schleifen auf dem Kommutator
und sind so angeordnet, daßf sie Gleichstrom übertragen.
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Durch- Schalter 36 und 37 können die Bürsten 32 und 33 von den Feldmagnetspulen
abgeschaltet werden, wenn eine besondere Erregung vorgenommen werden soll.
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Die Stromquelle 13 ist als Mehrphasenwechselstromgenerator dargestellt.
Es ist aber darauf hinzuweisen, daß auch Einphasenwechselstrom verwendet werden
kann.
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Die dargestellte Bauart der Maschine bietet den Vorteil, mit verhältnismäßig
schwachen Feldmagnetströmen auszukommen und besitzt eine einfache und kräftige drehbare
Anlaßanordnung.
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Dank der besonderen Anordnung der Pole und der Verbindungsjoche kann
das ganze Ankergerippe aus einem Stück gegossen werden, und die Tragscheibe 18 kann
auch aus Stahl bestehen, da nur die die gleiche Polarität aufweisenden Pole mit
derselben verbunden sind.