DE591460C - Synchronmotor mit einem rotierenden Kraftfeld, das mit Hilfe einer rotierenden Kontakt-einrichtung des (fernen) Taktgebers gesteuert wird, insbesondere fuer Telegraphenanlagen - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
22. JANUAR 1934

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

JVe 591 KLASSE 21a¹ GRUPPE 35 ob

Blum & Co. G. m. b. H. in Berlin*)

Patentiert im Deutschen Reiche vom 28. September 1926 ab

Es ist ein bekanntes Problem der Technik, mehrere insbesondere räumlich, voneinander getrennte Maschinen, die nicht zwangsläufig miteinander gekuppelt sein können oder dürfen, derart zu betreiben, daß ihre Drehzahlen untereinander absolut gleich sind oder in einem bestimmten und bei allen Geschwindigkeiten konstant bleibenden Verhältnis zueinander stehen. Wo Wechselstrom zur Verfügung steht, hat man diese Aufgabe durch Synchronmotoren zu lösen versucht, deren Drehzahl bekanntlich in einem bestimmten Verhältnis zur Periodenzahl des Netzes steht. Derartige Anlagen mit Synchronmotoren haben jedoch verschiedene Nachteile. Einmal ist eine Regelung der Drehzahl praktisch nicht möglich, da eine Änderung der Periodenzahl des Netzes kaum durchzuführen ist. Zum anderen müssen solche Motoren zunächst auf die der vorhandenen Netzperiodenzahl entsprechende synchrone Drehzahl gebracht werden, bevor sie selbständig weiterlaufen können. Schließlich ist der erzielte Synchronismus kein absoluter, da sich bekanntlich bei diesen Motoren ein gewisser Schlupf bei wechselnder Belastung nicht vermeiden läßt.

Man hat daher zum Antrieb von Maschinen, die in bezug auf eine andere Maschine zu synchronisieren sind, magnetelektrische Maschinen mit einem Ständerpolkranz in- Vorschlag gebracht, dessen Gleichstromerregung von einer mit dler Welle der anderen Kraftmaschine gekuppelten Kontakteinrichtung derart gesteuert wird, daß ein rotierendes Kraftfeld entsteht, dem der Anker folgen kann. Wenn auch dieser Weg zu besseren Ergebnissen führt als die zuvor erwähnten Versuche, so hat sich doch gezeigt, daß derartige magnetelektrische Maschinen den Synchronismus nicht unbedingt zuverlässig einzuhalten vermögen. Praktische Erfahrungen haben gezeigt, daß der Anker dem Ständerdrehfeld nicht unbedingt sicher zu folgen vermag und mitunter klebenbleibt oder in bezug auf das Ständerdrehfeld um einen geringen Betrag schlüpft. Man hat weiterhin vorgeschlagen, zwei Polkränze in Achsrichtung nebeneinander anzuordnen. Bei diesem Motor waren sechs Pole vorhanden, die derart geschaltet waren, daß je drei benachbarte Pole die gleiche Polarität hatten. Dieser Motor vermag daher die schon angegebenen Schwierigkeiten ebenfalls¹ nicht zu¹ überwinden.

Die Erfindung beseitigt diesen Übelstand der bekannten magnetelektrischen Maschinen, der sich in zahlreichen Zweigen der Technik, beispielsweise auf dem Gebiete der Schnelloder Mehrfachtelegraphie, besonders nachteilig auswirkt.

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Carl Robert Blum in Berlin-Marienfelde.

Gemäß der Erfindung besteht der Erregerteil der Maschine aus zwei in Richtung der Maschinenachse nebeneinanderliegenden Polkränzen, deren jeder über seinen ganzen Umfang abwechselnd positiv und negativ erregte Pole aufweist und welche derart in der Drehrichtung zueinander versetzt sind, daß auch in Richtung der Maschinenachse sich ungleichnamige Pole gegenüberstehen. Hierbei werden die in Richtung der Maschinenachse hiixtereinandierliegenden Pole stets gleichzeitig erregt, wodurch die Ecken des ihnen gegenüberliegenden Ankerpolschuhes in verschieden magnetischem Sinne beeinflußt werden.

' Die die Erregung der zweiten Maschine steuernde Primärmaschine braucht hierbei kein Elektromotor zu sein; sie kann z. B. auch aus einer von Hand betriebenen Kurbelwelle bestehen, deren Drehzahl in beliebigen Grenzen veränderlich ist und auf eine oder mehrere entfernt gelegene Wellen zu übertragen ist. Die von der Primärmaschine gesteuerte Sekundärmaschine kann ihrerseits ebenfalls mit einer Kontakteinrichtung gekuppelt sein, welche zur Steuerung einer oder mehrerer weiterer Maschinen dient.

Der Synchronmotor gemäß der Erfindung sei an Hand der Zeichnung näher erläutert.

Abb. I zeigt ein Schaltbild, das die Verbindung des Synchronmotors mit einer mit der Welle der Primärmaschine gekuppelten Kontakteinrichtung erkennen läßt.

Abb. 2 ist ein durch die Achse des Synchronmotors gelegter Schnitt, während
Abb. 3 eine Polabwicklung darstellt.
Zur Erzeugung des in synchroner Beziehung mit der Drehzahl der Primärmaschine stehenden Drehfeldes des Synchronmotors dienen mehrere, in dem Ausführungsbeispiel der Abb. 1 drei Elektromagnetgruppen a, b, c, deren jede aus je vier hinter einandergeschalteten Magneten besteht. Der ungewickelte Anker 134 weist ebensoviel Polschuhe auf, als der PoI-zahl entspricht. Die drei Magnetgruppen a, b und c sind durch eine gemeinsame Zuleitung 101 mit dem Pol 100 des Netzes verbunden, während die drei anderen Wicklungsenden über die Leitungen iO2^ß, IO2⁶, io2^c z;u der mit der Primärmaschine gekuppelten Kontakteinrichtung führen. Diese besteht in dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Abb. ι aus zwei konzentrischen Metallringen 69 und 70, deren 'einer, 69, in sich geschlossen ist, während der andere, jo, in ebensoviel voneinander isolierte Segmente a, b und c unterteilt ist, als der Synchronmotor Pole ausweist. Die mit gleichen Bezugszeichen versehenen Segmente sind in nicht dargestellter Weise miteinander leitend verbunden. 1 Die drei Wicklungsenden der Magnetgruppen a, b und c sind in entsprechender Reihenfolge mit drei aufeinanderfolgenden Segmenten'dieses Ringes 70 verbunden, während der andere Ring 69 über die Leitung 103 zum Pol 104 des Netzes führt.

Auf den beiden Ringen 69 und γο schleifen Kontakte 80 und 81, welche durch eine Brücke 82 in leitender Verbindung stehen und mit der Welle der Primärmaschine in nicht dargestellter Weise derart gekuppelt sind, daß sie in konstanter Entfernung voneinander auf den Ringen 69, 70 schleifen können. Auf diese Weise werden die Kontaktgruppen a, & und ί des Ringes 70 der Reihe nach mit dem zur Netzleitung 104 führenden Ring 69 überbrückt, so daß der Stromkreis nacheinander durch die Magnetgruppen a, b und c des Elektromotors geschlossen wird, wodurch in dessen Ständer ein Drehfeld erzeugt wird, dem der Anker 134 in einer im folgenden noch erläuterten Weise zu folgen bestrebt ist. Der Drehsinn des Drehfeldes kann durch Umkehr der Drehung der Kontakte 80, 81 oder durch Umklemmen der Leitungen 102«, IO2⁶ und 102* beliebig geändert werden.

Wie aus den Abb. 2 und 3 ersichtlich, ist jeder der Elektromagnete 133 derart unterteilt, daß er in Richtung der Maschinenachse 54 zwei ungleichnamige Polenden aufweist. Auf diese Weise sind die benachbarten Pplenden sowohl in der durch den Pfeil angedeuteten Drehrichtung des Ankers 134 als auch in Richtung der Maschinenachse 54 ungleichnamig, dagegen in der Diagonale gleichnanaig. Die Breite des Ankerpolschuhes 134 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel etwas größer als die halbe Polteilung, so daß der Ankerpolschuh beständig dem Kraftlinienfxuß von vier Polenden unterliegt, wodurch die diagonal gegenüberliegenden Ecken des Polschuhes stets gleichnamig, und zwar in dem den über ihnen befindlichen Polenden entgegengesetzten Sinne, erregt sind. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß ein stärkerer Kraftfluß zwischen jedem Polschuh des Ankers und dem ihm gerade gegenüberliegenden Magnetpaar und somit eine höhere Leistungsfähigkeit erreicht wird. Es ist leicht einzusehen, daß durch diese Anordnung eine starkere magnetische Kraft hervorgerufen wird als bei denjenigen Anordnungen, bei welchen nur mit einem Einzelmagnet gearbeitet wird. Wenn die Kontakte 80 nur die Segmente a berühren, würde sich der Anker 134 symmetrisch unter dem Pol 133« einstellen. Infolge seiner lebendigen Kraft gelangt er jedoch in die in Abb. 3 mit I bezeichnete unsymmetrische Lage. Um ein Zurückpendeln des Ankers in die Symmetrielage zu vermeiden, ist seine Welle 54 mit einem Sperrad 58 gekuppelt, das mit einer Sperrklinke 59 zu-

sammenwirkt. Beim Übergang des Kontaktes 80 von dem Segment α des Ringes 70 zum Segment b werden vorübergehend beide Segmente mit dem Ring 69 überbrückt sein, da die Kontakte 80 eine größere Abmessung aufweisen, als es dem Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Segmenten des Ringes 70 entspricht. Infolgedessen werden auch vorübergehend die benachbarten Magnete 133° und Ι33^δ erregt sein, wodurch der Anker 134 bestrebt ist, sich in die magnetische Symmetrieachse der beiden Pole einzustellen, jedoch infolge seiner Schwungkraft wieder über diese Achse hinaus in die mit II bezeichnete Stellung gelangt. Bei weiterer Drehung des Kontaktes 80 werden die Magnete α abgeschaltet, so daß nur noch die Magnete & erregt sind, wodurch sich die magnetische Achse um ein weiteres Stück in Richtung des in Abb. 3 gezeichneten Pfeiles verschiebt. Der Anker 134 gelangt daher in die mit III bezeichnete Stellung, wobei alle vier Ecken infolge der umgekehrten Polarität der Erregermagnete b umpolarisiert werden. Beim Übergang der Kontakte 80 vom Segment b des Ringes 70 zum Segment c werden wieder die benachbarten Magnete i33^& und 133^ gleichzeitig erregt, wodurch der Anker in die mit IV bezeichnete Stellung gelangt usw.

Durch entsprechende Bemessung des Kontaktes 80 bzw. der Zwischenräume zwischen benachbarten Segmenten des Ringes 70 hat man es in der Hand, die Zeitdauer zu bestimmen, während derer je zwei benachbarte Magnetgruppen gleichzeitig erregt sind. Um diese Zeitdauer beliebig verändern zu können, ist in Abb. 1 eine zweite Kontaktbrücke 80', 82', 81' vorgesehen, deren Winkellage mittels einer nicht dargestellten Vorrichtung derart in bezug auf die andere Kontaktbrücke 80, 82, 81 geändert werden kann, daß sie dieser beim Übergang von einem Segment zum anderen ein wenig vor- oder nacheilt. Auf diese Weise kann die Überbrückungsdauer benachbarter Segmente in gewissen Grenzen beliebig 'eingestellt werden.

Aus dem Gesagten ergibt sich, daß der Anker während einer Umdrehung 24 Phasen durchläuft. Bei Anlagen, die einen besonders hohen Gleichförmigkeitsgrad der Drehung erfordern, kann die Zahl der Erregerpole natürlich entsprechend vermehrt werden. Da jedoch der Anker beim Einstellen in eine beliebige Phase derart polarisiert wird, daß sein Übergang in die nächste Phase begünstigt wird, ist bei dem Synchronmotor gemäß der Erfindung die bei anderen magnetelektrischen Maschinen bekannte Erscheinung des Hängenbleibens ohnehin schon vermieden, so daß sich selbst bei geringerer Polzahl eine größere Gleichförmigkeit ergibt. * Die Schenkel der Polschuhe 134 sowie die übrigen Teile des Ankers werden zweckmäßigerweise aus nichtmagnetischem Material gewählt. Die Höhe der Polschuhe 134 wird -65 zweckmäßigerweise so bemessen, daß sie von den Erregermagneten annähernd gesättigt werden können. Um die dauernde Umpolarisation zu begünstigen, werden sie aus.möglichst weichem Eisen hergestellt. Auch die Erregermagneten bestehen zweckmäßigerweise aus weichem Eisen, damit sie nach Unterbrechung der Erregung keine Reaktionswirkung auf den'Anker ausüben können und dieser ungehindert infolge seiner lebendigen Kraft über die jeweilige magnetische Achse hinausschießen kann.

W:enn es sich um Anlagen handelt, deren Maschinen nicht mit gleicher Drehzahl arbeiten sollen, sondern deren Drehzahlen bei ver- 80' schiedenen Geschwindigkeiten in einem be- , stimmten Verhältnis zueinander stehen sollen, , so kann man die den Synchronmotor steuernde Kontakteinrichtung mit der Welle der Primärmaschine beispielsweise mittels eines Über- bzw. Untersetzungsgetriebes kuppeln, dessen Über- bzw. Untersetzungsverhältnis dem gewünschten Verhältnis der Drehzahlen entspricht.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Synchronmotor mit einem rotierenden Kraftfeld, das mit Hilfe einer rotierenden Kontakteinrichtung des (fernen) Taktgebers gesteuert wird, insbesondere für Telegraphenanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß der Erregerteil der Maschine aus zwei in Richtung der Maschinenachse nebeneinanderliegenden Polkränzen besteht, deren jeder über seinen ganzen Umfang abwechselnd positiv und negativ erregte Pole aufweist und welche derart in der Drehrichtung zueinander versetzt sind, daß auch in Richtung der Maschinenachse sich ungleichnamige Pole gegenüberstehen.

2. Synchronmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Polkranz in eine der Ankerpolzahl entsprechende Anzahl von gleichzeitig erregten Polgruppen unterteilt ist und daß der Übergang von der Erregung der einen Magnetgruppe zur folgenden Gruppe in der Weise erfolgt, daß nach Einschalten der folgenden Gruppe die vorhergehende Gruppe zunächst noch vom Strom durchflossen und erst nach einem einstellbaren Zeitablauf von der Stromquelle getrennt wird.

3. Synchronmotor nach Anspruch 1, bei welchem die die Erregung steuernde Kontakt einrichtung aus zwei konzentrischen

Metallringen (69, 70) besteht, von denen der eine (69) in sich geschlossen, der andere Ring (70) aber in eine Anzahl voneinander isolierter Segmente (a, b, c) unterteilt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der in sich geschlossene Ring (69) mit einem Pol (104) der Stromquelle verbunden ist, während die Anzahl der Segmente des unterteilten Ringes (70) ein Vielfaches der Anzahl der Magnetgruppen beträgt und die den einzelnen Gruppen zugeordneten Segmente unter sich und mit dem einen Ende der Wicklungen der ihrer Gruppe zugehörigen Segmente verbunden sind, während das andere Ende sämtlicher Wicklungen an den anderen Pol (100) . der Stromquelle angeschlossen ist.

4. Synchronmotor nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der auf dem unterteilten Ring (70) schleifende Kontakt (80) derart bemessen ist, daß er den zwischen zwei benachbarten Ringsegmenten liegenden Zwischenraum überbrücken und auf diese Weise beim Übergang von einem Segment zum folgenden beide Segmente zeitweilig leitend verbinden kann.

5. Synchronmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung der beiden Ringe (69, 70) durch zwei Kontaktbrücken (80, 82, 81 und 80', 82', 81') erfolgt, deren Winkellage zueinander derart einstellbar ist, daß jeweils zwei zu der gleichen Elektronaagnetgruppe gehörige Ringsegmente mit dem geschlossenen Ring (69) verbunden sind und daß der Übergang des einen Kontaktes (80) zum nächsten Segment früher oder später als der Übergang des anderen Kontaktes (80') zum nächsten Segment erfolgt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen