-
Wechselstromelektromagnet mit einer Primärwicklung und einer einen
Teil des magnetischen Kraftfeldes umschließenden Sekundärwicklung. Die Erfindung
betrifft einen Wechselstromelektromagneten, welcher aus einem Kern und einer primären
und sekundären Wicklung besteht, die so hergestellt und angeordnet sind, daß magnetische
Fluida von verschiedenen Phasen darin hervorgerufen werden, so daß die Zugkraft
niemals bis auf Null herabsinkt und demgemäß ein konstanter Zug ausgeübt wird, weicher
alle Erschütterungen der entsprechenden beweglichen Teile des Magneten verhindert.
-
Die Erfindung besteht sowohl in -der Bemessung der sekundären Wicklung
als. auch in der Bauart und Anordnung des Kerns und der Wicklungen zueinander.
-
Ein weiterer Zweck der Erfindung ist die billige Herstellung eines
Wechselstromelektromagneten, der höchste Kraftleistung und geringsten Stromverbrauch
in sich vereinigt.
-
Fernere Vorteile der Erfindung sind in der nachstehenden Beschreibung
an Hand der Abbildungen ausgeführt.
-
In diesen Abbildungen sind Abb. i eine Ausführungsform der Erfindung
in Verbindung mit einer Bremsvorrichtung, Abb. 2 eine Seitenansicht der Abb. i,
in der einer der Magnetkerne fortgelassen ist, Abb.3 eine schematische Darstellung
des in Abb. i gezeichneten Magneten, Abb. q. bis 1q. schematische Darstellungen
verschiedener Ausführungsformen der Erfindung, Abb. 15 ein Magnet mit der bisher
gebräuchlichen Anordnung der Sekundärspule, Abb. 17 ein ähnlicher Magnet mit einer
gemäß der Erfindung angeordneten Sekundärspule, Abb. 16 und 18 Kräftediagramme der
in Abb, 15 bzw. 17 dargestellten Magneten.
-
Die Abb. i. und 2 zeigen die Anordnung der Erfindung an einer Magnetbremse,
wie sie in Verbindung mit Aufzügen benutzt wird, und in der die Bremse in ihrer
offenen Stellung mit angezogenem Magneten dargestellt ist. Die Bremse besteht aus
einer Bremsscheibe i und einem Paar gegenüberliegender Bremsschuhe 2, welche von
Bremshebeln 3, die bei q. mit dem- Ä-förmigen Rahmen 5 gelenkig verbunden sind,
getragen werden. Eine Stange 6 ist lose durch die unteren Enden der Hebel 3 hindurchgesteckt
und an ihren Enden mit Druckfedern 7 ausgerüstet, welche gegen die Enden der Bremshebel
pressen und das Betreben haben, die Bremsschuhe gegen den Umfang der Bremsscheibe
i zu drücken. Düs obere Ende jedes der Bremshebel 3 ist durch ein verstellbares
Glied 8 mit einem unter Federdruck stehenden Arme g, der mit seinem
oberen
Ende um einen feststehenden Zapfen 23 gelagert ist, verbunden. Am unteren Ende jedes
Armes g sind eine Anzahl Lamellen io angeschraubt oder in anderer zweckmäßiger Weise
befestigt, welche die Polstücke oder Kerne eines Elektromagneten bilden. Diese Polstücke
können beliebig geformt sein; in dem hier angeführten Beispiele sind sie E-förmig
gehalten, wie aus Abb. 3 ersichtlich ist. Eine die Primärwicklung bildende Magnetspule
ii umschließt den inneren Arm jedes der Polstücke io und ist zweckmäßig fest auf
dieser angeordnet. Die äußeren Arme der Polstücke sind an den mit 17 bezeichneten
Stellen geschlitzt zur Aufnahme des die Sekundärwicklung bildenden Leiters i2, welcher
einen Bruchteil eines jeden der äußeren Arme und den mittleren Arm umschließt.
-
Der Leiter 12 ist mit einem rechteckigen Streifen Kupfer, Messing
oder anderem leitenden Material versehen (Abb. i und 2). Das eine Ende dieses Streifens
ist durch Schrauben 13, das andere Ende durch Schrauben 14 mit dem Magnetrahmen
verbunden. Das Zwischenstück des Leiters ist mit etwa einer Windung um eines der
durch den Schlitz 17 gebildeten Polartuenden gewunden, und zwar so, daß die beiden
dadurch gebildeten Schleifen 15 und 16 dieselbe Richtung haben. Außerdem ist der
Leiter i2 noch mit einer halben Windung um den Mittelarm des Polstückes Befährt.
Da der Stromkreis in dem Leiter durch den Metallrahmen des Magneten vervollständigt
ist, bildet der Leiter in Wirklichkeit eine volle Windung um den Mittelarm des Magneten.
Wie aus den Abbildungen ersichtlich ist, verläuft diese volle Windung in entgegengesetzter
Richtung zu den zwei die äußeren Arme umfassenden Schleifen. Obwohl in dem dargestellten
Falle nur eine einzige Windung jedes der benachbarten Polenden des Magneten umschließt,
können auch mehr Windungen benutzt werden. Dies hängt hauptsächlich von der gegebenen
Größe und der Bauart des Magneten ab sowie von dem Zweck, für welchen der Magnet
benutzt werden soll.
-
Der Leiter ist an jedem seiner Enden gestützt, um fest in seiner Lage
bleiben zu können. Wenn daher der zu der Magnetwicklung il führende Stromkreis geöffnet
wird und der Kern sich unte: der Wirkung der Bremsfedern entfernt, umgreift der
Leiter 12, welcher die Sekundärwicklung bildet, nicht mehr die Polenden des Magnetkernes,
sondern bleibt unbeweglich in dem Luftzwischenraume der betreffenden Polstücke.
Bei Erregung der Primärwicklung ist, bevor die Polstücke sich in ihre angezogene
Lage bewegt haben, die magnetische Streuung am größten und die Stärke des magnetischen
Kraftflusses in den Sekundärwindungen daher in diesem Augenblick nur ein Bruchteil
von der Stärke, welche sich ergibt, sobald die Kerne miteinander in Berührung gekommen
sind. Es folgt daraus, daß der induzierte sekundäre Strom beim Beginn der Erregung
der primären Wicklung verhältnismäßig schwach ist. Der ursprüngliche, von der Hauptleitung
kommende Erregerstrom ist daher um ein bedeutendes schwächer, als er sein würde,
wenn etwa der gesamte Kraftfluß von der sekundären Wicklung eingeschlossen wäre,
wie dies bei den bisher bekannten Bauarten von Mehrphasenmagneten der Fall ist.
Dieses Merkmal ist insofern von praktischer Wichtigkeit, als es eine bedeutende
Stromersparnis bedingt und ferner die sonst häufigen Störungen, die beim Beginn
des Magnetstromschlusses entstehen, verringert.
-
Abb. 3 zeigt einen in den Stromkreis des sekundären Leiters i2 eingeschalteten
veränderlichen Widerstand 18, durch welchen der Phasenwinkel des Sekundärstromes
verschoben und der Strom selbst geregelt werden kann.
-
In Abb. q. ist im allgemeinen dieselbe Art der Magnetpolstücke wie
in Abb. 1, 2 und 3 dargestellt, aber mit einer anderen Anordnung der sekundären
Wicklung. Die Sekundärwicklung besteht in diesem Falle aus zwei getrennten Teilen
12 und I2', von denen jeder aus einer Windung innerhalb des Schlitzes 17, die einen
Bruchteil des Kraftflusses umschließt, und aus einer Windung um den Magnetarm, welche
den gesamten durch den betreffenden Arm verlaufenden Kraftfluß umschließt, be= steht.
In besonderen Fällen können die Widerstände 18 und 18' in den Stromkreis jedes der
getrennten Teile der Sekundärwicklung r2 und 12' eingeschaltet werden.
-
Die Anordnungen der Abb. 5 und 6 sind ähnlich den in Abb. 3 und q.
dargestellten. Die wesentlichen Unterschiede liegen nur in der besonderen Form der
Magnetkerne und in der Anbringung der sekundären Wicklung. Bei den Anordnungen nach
diesen Abbildungen bestehen, die Magnetkerne aus zwei unsymmetrischen Teilen, während
die Sekundärwicklungen um den oberen Teil des Magnetkernes nahe an den sich berührenden-Polen
gelegt sind.
-
Die Abb. 7, 8, g und io stellen einige weitere Ausführungen der Erfindung
dar und zeigen einen rechteckigen Magneten, in welchem der durch die Primärwicklung
induzierte magnetische Kraftfluß ein einzelner Kraftfluß ist, zum Unterschied von
den in den vorhergehenden Abbildungen dargestellten Magneten, in welchen der von
der Primärwicklung induzierte Kraftfluß sich in zwei Teile teilt.
-
Die Anordnungen der Abb. 7 und g sind ähnlich denen der Abb. ¢ bzw.
6 in bezug auf die Anbringung der Primär- und Sekundärwicklungen. Abb. 8 und io
sind ihrerseits
den Anordnungen der Abb. 3 bzw. 5 ähnlich, und zwar
insofern, als die sekundäre Wicklung in zwei Windungen um einen Bruchteil des Hauptkraftflusses
und außerdem in einer Windung um den gesamten Kraftfluß verläuft.
-
Abb. ii und 12 zeigen eine Ausführungsform der Erfindung in Verbindung
mit einem der bekannten Solenoidmagneten mit einem festen Kern rg und einem beweglichen
Kern 2o, der in Verbindung mit irgendeinem zu bewegenden Mechanismus sein kann,
wie z. B. dem sich über die Kontakte 22 bewegenden Hebel 21. Der sekundäre Leiter
z2 der Abb. ii liegt in zwei vollständigen Windungen um einen Teil der Polenden
des feststehenden Kernes rg und in einer Windung um das ganze Polende. Der sekundäre
Leiter 12 der Abb. r2 liegt in mehreren Windungen, welche einen Bruchteil des Kraftflusses
in dem festen Kern rg umschließen, und außerdem in einer Windung um jeden Arm des
Magnetrahmens, wodurch eine doppelte Rückleitung für den magnetischen Kraftfluß
hergestellt ist.
-
In Abb. =3 sind die Polstücke ähnlich denen der Abb. 3 und q., während
die Sekundärwicklung zwei getrennte Wicklungen besitzt, von denen jede aus einer
oder mehreren Windungen innerhalb des Schlitzes 17 besteht und getrennte Kernflächen
von gleichem Querschnitt umspannt, wobei alle Wicklungen die gleiche Richtung besitzen.
-
Die Ausführungsform der Abb. 1q. ist im ganzen ähnlich der in Abb.
=3 dargestellten, mit dem Unterschiede, daß die Polflächen zu beiden Seiten des
Schlitzes 17 ungleichen Querschnitt besitzen.
-
Die durch die Erfindung erzielten Vorteile werden am besten an Hand
eines Kräftediagrammes eines Mehrphasenmagneten mit bekannter Sekundärspule erläutert:
Ein solcher Magnet ist in Abb. i5 dargestellt. Seine Sekundärspule 12, welche eine
oder mehrere Windungen haben kann, ist um einen durch das Fräsen eines Schlitzes
in dem rechten Polschuh gebildeten Zapfen A gewunden. Der Widerstand der Primärspule
ii kann vernachlässigt werden, so daß der in dieser Spule verlaufende magnetische
Kraftfluß # unter allen Bedingungen. als konstant betrachtet werden kann. Der Kraftfluß
# teilt sich in einen Nraftfiuß @i, welcher durch A geht, und einen durch den Zapfen
B gehenden Kraftfluß f2. Die geometrische Summe von @i und #2 muß jedoch stets gleich
# sein. Es sei angenommen, daß die Flächen A und B gleich sind, so
daß bei geöffnetem Sekundärstrom @i und @2 gleich der Hälfte von # und mit diesem
in Phase sind. Bei geschlosscnem Sekundärstromkreis jedoch verursacht der durch
die Sekundärspule fließende Strom in A eine dem Kraftfluß A1 entgegengesetzte Kraft
und wirkt gleichzeitig als Schirm gegen den Durchgang der Kraftlinien durch A. Infolgedessen
ist der Kraftfluß @ nicht mehr gleichmäßig über die Flächen A und B verteilt, sondern
der durch B gehende Kraftfluß @2 ist größer als der durch A hindurch gehende. Außerdem
sind jetzt diese Kraftflüsse nicht mehr in Phase mit dem Kraftfluß #. Diese Phasenverschiebungen
sind jedoch so gering, daß man für alle praktischen Zwecke annehmen kann, sie seien
in Phase mit #i. In diesem Sinne stellt auch die Strecke 0-H (Abb. 16) die
mit der Primärspule ii in Verbindung stehende Phase dar. Die Strecke 0-B
-bedeutet den Kraftfluß @2 und 0-A den Kraftfluß #1.
-
Der durch die sekundäre Spule verlaufende Kraftfluß @1 induziert in
dieser die elektromotorische Kraft es, welche durch die Strecke 0-E dargestellt
ist. Ebenfalls durch die Sekundärspule verläuft der Streufluß @3, dargestellt durch
die Strecke 0-F, welcher in der Sekundärspule eine elektromotorische Kraft E-D durch
Selbstinduktion erzeugt, die rechtwinkelig zu 0-F verläuft. Wenn ferner
0-L den sekundären Strom und 0-D die Widerstandsabnahme in Ohm im
Sekundärstrom bedeutet, so ersieht man aus dem Dreieck 0-D-E, daß
die sekundäre
induzierte elektromotorische Kraft 0-E von der selbstinduzierten elektromotorischen
Kraft E-D und der Widerstandsabnahme verbraucht worden ist.
-
Zu den Zeitpunkten, in denen der Hauptkraftfluß gleich Null ist, sind
@i und #2 ebenfalls Null, so daß zu solchen Zeitpunkten der einzige Kraftfluß, welcher
den beweglichen Teil des Magneten an dem feststehenden Teil desselben festhält,
der sekundäre Streufluß @3 ist, dessen augenblicklicher Wert durch die Strecke 0-F1
(der Projektion von 0-F auf die Achse 0-Y) dargestellt ist. Um daher einen geräuschlosen
Zug von größtmöglicher Stärke zu erhalten, muß man für einen gegebenen Winkel F-O-L
versuchen, den Kraftfluß @3 so groß wie möglich zu gestalten.
-
Es ist ersichtlich, daß durch eine Vergrößerung der Anzahl der Sekundärwindungen
nichts gewonnen werden kann, da, obwohl die sekundäre induzierte elektromotorische
Kraft zur Anzahl der Windungen proportional ist, der Kraftfluß hierzu umgekehrt
proportional ist.
-
Für einen gegebenen Magneten und eine gegebene primäre Erregung ist
es daher ersichtlich, daß der größtmöglichste geräuschlose Zug unbedingt festgelegt
ist. wie bekannt, ist dieser Zug verhältnismäßig klein, und in Fällen, in denen
ein großer, geräuschloser Zug erforderlich ist, war man genötigt, ungewöhnlich große
und kostspielige Magnetrahmen zu bauen.
-
Der größte durch die Erfindung erzielte Vorteil liegt jedoch nicht
nur in der Erlangung
eines größeren geräuschlosen Zuges, als dies
bisher bei einem gegebenen Magnetrahmen und einer gegebenen primäre.i Erregung möglich
war, sondern auch darin, diese Zugkraft nach Willkür zu ändern. Um die--en Zweck
zu erreichen, wird die Sekundärspule vorteilhaft, wie beispielswe"se in Abb. 17
gezeigt, angeordnet. In dieser liegt, wie in dem vorhergehenden Beispiel, eine Windung
um den Zapfen A und gleichzeitig in Reihenschaltung mit einer um die primäre Spule
gewickelten Windung. Beide Windungen sind derartig miteinander verbunden, daß die
in ihnen induzierten elektromotorischen Kräf'. e sich summieren.
-
Angenommen, die primäre Erregung sei dieselbe wie in dem gewöhnlichen
Mehrphasenmagneten der Abb. 15. 0-H (Abb. 18) ist dann wieder die Strecke,
welche den mit der Primärspule in Verbindung stehenden Gesamtkraftfluß darstellt,
welcher sich in den durch A gehenden Kraftfluß 0-A = (1 und den durch
B gehenden Kraftfluß 0-B - (@z teilt. Wie im vorhergehenden Falle induziert
der Kraftfluß @1 darin die elektromotorische Kraft -0-E, welche sich um go° gegen
0-H verschoben hat. Durch die sekundäre Windung um die Primärspule verläuft
der Gesamtkraftfluß 0-H und induziert in dieser die elektromotorische Kraft 0-G
= E, in Phase mit e,. Die gesamte elektromotorische Kraft in der Sekundärwicklung
ist daher es und E, und ist dargestellt durch die Strecke 0-K. Der Grundunterschied
dieser Anordnung mit den bisher bekannten Anordnungen der Sekundärwicklung liegt
nunmehr klar` zutage. In letzterem Falle entsprach der sekundäre Streufluß #3 der
elektromotorischen Kraft e, und einer einzelnen sekundären M indung. Im Falle der
Erfindung handelt es sich zwar auch um eine einzelne Windung, durch welche der Streufluß
@3 verläuft; die elektromotorische Kraft ist jetzt aber e,+ E,. Da die anderen Bedingungen
dieselben sind, ist der Kraftfluß @3 jetzt im Verhältnis e,+ E, größer und, da die
Zugkräfte dem Quadrat des Kraftflusses proportional sind, ist die Zugkraft bei der
den Erfindungsgegenstand bildenden Anordnung größer im Verhältnis
bei demselben Magnetrahmen und der gleichen primären Erregung.
-
In Abb. 18 ist eine einzige sekundäre Windung um die Primärspule,
in welcher die elektromotorische Kraft E, induziert ist, angenommen. Wären ya solcher
Windungen vorgesehen und in Reihe mit einer einzelnen Sekundärwindung um den Zapfen
A geschaltet, so würde die gesamte induzierte sekundäre elektromotorische Kraft
e, + yaE, sein. Bei dem Vergleich mit der gewöhnlichen Anordnung von Sekundärspulen
gleichen Bedingungen würde also der sekundäre Streufluß im Verhältnis
größer sein, so daß sich die Zugkraft im Verhältnis
vergrößern würde.
-
Es ist daher ersichtlich, daß mit Hilfe der Lrfindung nicht nur ein
größerer geräuschloser Zug erreicht werden kann, als dies bisher möglich war, sondern
daß durch Vermehrung der sekundären Windungen um den gesamten Primärkraftfluß diese
Zugkraft den Anforderungen jedes einzelnen Falles entsprechend geändert werden kann.
-
Durch die dargestellte neuartige Anordnung des sekundären Leiters
ist die Möglichkeit gegeben, einen Magneten herzustellen, der bedeutend wirtschaftlicher
arbeitet und bei einem gegebenen Erregerstrom eine weit größere Zugkraft ausübt
als irgendeine der bisher bekannten Anordnungen. Außerdem kann ein der Erfindung
gemäß gebauter Magnet für ein Bruchteil der Kosten eines gewöhnlichen Magneten hergestellt
werden, da der Zug so groß und die Phasenteilung so gut ist, daß die Polstücke nicht
so sorgfältig eingesetzt zu werden brauchen, wodurch eine bedeutende Arbeitsersparnis
erzic lt wird.