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Einrichtung zum Vermindern oder Aufheben der Rückwirkung der Schleifringströme
bei Unipolarmaschinen. Unipolarmaschinen, deren symmetrisch auf einem zylindrischen
Eisenkern angeordnete Ankerleiter über Schleifringe, Bürsten und ruhende Rückleiter
elektrisch miteinander verbunden sind, zeigen den Nachteil, daß die in den Ringen
kreisenden Ströme auf den durch die Maschine gehenden Stromfluß eine nachteilige
Wirkung ausüben und wesentliche Verluste verursachen. Die Erfindung bezweckt, durch
eine besondere Ausbildung der Ankerleiter, der Verbindungen dieser Leiter mit den
einzelnen Schleifringen sowie durch eine bestimmte Anordnung der Bürsten die genannten
Nachteile zu beseitigen. Diese An-
Ordnung ist für jede Unipolarmaschine
geeignet, zwecks Vereinfachung der Beschreibulig ist jedoch die Anwendung für Gleichstroh
beispielsweise veranschaulicht.
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Abb. i zeigt einen Schnitt durch eine Maschine gemiiß der Erfindung,
während Abb.2 und 3 schematisch die Verteilung der Bürsten und der Leiter um den
Anker darstellen.
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Mit a ist der Ankerkern aus magnetisierbarem 'Metall bezeichnet, dessen
Masse völlig gleichmäßig uln die Achse x, x' verteilt ist. h ist ein Gehäuse
aus inagnetisierbarem Metall, «-elches in der Mitte von dein Anker a durch einen
geringen Luftspalt e getrennt ist. Das Gehäuse endigt in Polstücken 1a, welche die
Erregerspulen g tragen und von dem Anker durch Luftspalte f getrennt sind. Der vollständig
symmetrisch in bezug auf die Achse verlaufende Kraftfluß folgt den in Abb. i dargestellten
Pfeilen. Der Anker n trägt an seinen Enden Halsringe j, auf welchen Sammelringe
c befestigt sind, die von ortsfesten Bürsten d bestrichen werden. jeder Leiter ist
an jedem Ende an einen Ring angeschlossen; die an der einen und der anderen Seite
der Maschine angeordneten Bürsten sind durch ortsfeste Leiter verbunden, durch welche
die Ankerleiter in Reihe, parallel oder gemischt geschaltet werden können.
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Die Arbeitsweise der Maschine ist die folgende: Bei der Drehung des
Ankers in dein konstanten Feld entwickelt sich in jedem Leiter oder in jeder Leitergruppe
eine elektromotorische Kraft, welche der Feldstärke, der linearen Geschwindigkeit
an dem Umfang des Ankers und der wirksamen Länge der Leiter proportional ist. Da
die Schleifringe c in der Bewegungsrichtung verlaufen, so wird in ihnen keine elektromotorische
Kraft . induziert. Ferner entsteht keine elektromotorische Kraft in den ortsfesten
Leitern. Bei zweckentsprechenden Verbindungen addieren sich die in den unterschiedlichen
Leitern gebildeten elektromotorischen Kräfte, und für eine bestimmte Drehgeschwindigkeit
ist die totale elektromotorische Kraft konstant, da das Feld ebenfalls konstant
ist.
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Die elektromotorische Kraft ist nicht wellenförmig wie bei den Gleichstrommaschinen
finit Stromwender, da das Feld überall symmetrisch ist, und es entstehen weder Wirbelströme
noch Hysteresis. Die Spannung sowie die Stromstärke sind lediglich durch die Bentesstingen
der Arbeitsteile begrenzt. Die Maschine ist umkehrbar und kann auch als Motor verwendet
werden.
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Wie bereits erwähnt, «erden die Ringe von Strömen durchflossen, welche,
wenn nicht besondere Vorsichtsmaßregeln getroffen wer- ; den, einen wesentlichen
Einfluß auf das Erregerfeld haben können. In der Tat sind dic Ankerleiter an die
Ringe nur an weniger Stellen angeschlossen, und von diesen Verbindungsstellen nehmen
Ströme ihren Anfang, welche sich in den Ringen nach den entgegengesetzten Richtungen
ausbreiten und deren relative Stärken veränderlich sind. Es folgt daraus, daß das
gesamte Feld periodischen Wechseln unterworfen ist, welche Hvsteresisverluste und
Wirbelströme bewirken. Der 1-influß dieser Ströme auf das Feld läßt sich dadurch
vermindern, daß man die Ringe von dein magnetischen Stromkreis im Abstand hält,
wie in Abb. i gezeigt ist, und indem man dieselben auf Halsringen j anordnet, die
an den beiden Stirnseiten des Ankers sitzen und so verlaufen, claß sie an keiner
Stelle von dein Hauptkraftfluß durchdrungen werden. Die Ränder der Halsringe sind
zugespitzt und zwischen dem Gehäuse b und den Polstücken h derart angebracht, claß
jeder durch die Ringströme erzeugte Kraftfluß einen Luftrauen von wesentlicher Dicke
durchlaufen muß.
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Ferner sind die Bürsten, wie in Abb. 2 gezeigt ist, in einer Anzahl
vorgesehen, welche ein wenig verschieden von der Anzahl der Leiter ist, die parallel
an jeden Ring angeschlossen sind.
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Wenn mit il die Zahl der parallel an einen Ring angeschlossenen Leiter
bezeichnet wird, so ist die Anzahl der Bürsten n -[- p, wobei fi nur wenige Einheiten
bezeichnet und die beste Ausgleichung mit p = i erreicht wird, d. h. wenn die Zahlen
#ler Verbindungsstellen und der Bürsten, welche zu ein und demselben Ring gehören,
um eine Einheit voneinander abweichen. Die Leiter und die Bürsten sind in einer
vollkommen symmetrischen Weise verteilt.
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Es ist beispielsweise (Abb. 2j angenommen «-orden, daß an jeden Ring
sechs fadenförinige Leiter angeschlossen sind, und daß auf diesem Ring sieben Bürsten
reiben. In der dargestellten Lage befindet sich der Leiter Nr.5 gerade gegenüber
der Bürste Nr.6, so daß der Strom auf kürzestem Wege zwischen beiden überfließt.
Der Leiter Nr.6 ist in bezug auf die .Bürste Nr. 7 etwas versetzt, so daß aus dem
Leiter Nr. 6 zwei einander entgegengesetzt gerichtete Ströme austreten, welche durch
die Pfeile dargestellt sind. Von diesen ist der erste gegen die Bürste Nr. 7 gerichtet
und wesentlich stärker als der zweite gegen die Bürste Nr. i gerichtete, da der
zu durchlaufende Abstand zu der Bürste Nr. i wesentlich größer ist. Ferner ist der
Leiter Nr. d etwas in bezug auf die Bürste Nr. 5 versetzt. und zwar um den gleichen
Betrag, wie der Leiter Nr. 6 in bezug auf die Bürste Nr. 7. Es ist somit ersichtlich,
daß der
Strom von dem Leiter Nr. q. zu der Bürste _L r. 5 gleich
groß und entgegengesetzt ist zu ,lein Strom, der von dem Leiter Nr. 6 zu .der 13iii-ste
Nr. 7 fließt. In gleicher Weise ist der Strom, der von dem Leiter Nr. 6 zu der Bürste
?@?r. i fließt, gleich groß und entgegengesetzt wie der Strom, der von dem Leiter
N r. 4 zu der Bürste Nr. d. fließt. In gleicher Weise sind die Stromstärken
in bezug auf die übrigen Leiter und Bürsten verteilt. Aus flem Leiter Nr. 2 schließlich
treten zwei gleiche und einander entgegengesetzte Ströme, «-elche zu den Bürsten
Nr. 2 und Nr. 3 fließen. Die Ströme vernichten sich jedochpaarweise und wirken deshalb
nicht auf das induzierende Feld zurück, obgleich geringe örtliche Schwankungen vorkommen
können. Wenn sich der Ring im Sinne des eingezeichneten Pfeiles bewegt, so wird
nach einer sehr kurzen Zeitspanne der Leiter Nr.6 .gerade gegenüber der Bürste Nr.
7 zu stehen kommen, so daß an dieser Stelle wieder eine vollkommene Ausgleichung
erfolgt. In dem Zeitraum zwischen zwei aufeinanderfolgenden Übereinstimmungen ist
die Ausgleichung wenn auch nicht eine vollkommene, so doch vollkommen hinreichende.
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Der Gesamtbetrag der in der einen Richtung fließenden Ströme unterscheidet
sich äußerst wenig von dem Gesamtbetrag der in der anderen Richtung fließenden -Ströme.
jedenfalls ist der Unterschied wesentlich geringer, als wenn die gleiche Anzahl
der Leiter und der Bürsten für jeden Ring vorhanden wäre.
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Die Ausgleichung erfolgt somit selbst mit einem .einzelnen Ring in
vollkommener Weise, wenn sämtliche Leiter parallel geschaltet sind. Sind mehrere
Ringe vorhanden, so ist die Ausgleichung noch besser, weil die unterschiedlichen
Stellungen, für welche eine vollkommene Symmetrie zwischen den Bürsten und den Verbindungsstellen
der Ankerleiter mit dien Ringen vorhanden ist, bedeutend zahlreicher sind. Abb.
3 zeigt beispielsweise die Anordnung der Bürsten und der Ankerleiter in dem Falle,
wo zu jedem Ring sieben Bürsten und sechs parallel geschaltete Leiter gehören und
vier Ringe auf jeder Seite des Ankers angeordnet sind. In Abb. 3 sind nur -die Projektionen
der Leiter auf eine zur Achse senkrechte Ebene dargestellt, wobei sämtliche mit
i bezeichneten Leiter parallel mit dem ersten Ring verbunden sind, während die mit
2 bezeichneten Leiter mit dem zweiten Ring usw. verbunden sind. Die Bürsten sind
in sieben Reihen verteilt, von denen die Abb. 3 nur die Projektion zeigt. Somit
sind die Leiter symmetrisch an der Oberfläche des Ankers verteilt.