DE614654C - Wechselstrommaschine nach dem Gleichpolinduktorprinzip zur Erzeugung mehrerer Wechselstroeme verschiedener Frequenz - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung hat zum Gegenstand eine Wechselstrommaschine, insbesondere zur gleichzeitigen Erzeugung mehrerer vorzugsweise harmonischer Frequenzen, und ist besonders für solche Fälle geeignet, bei denen es sich darum handelt, in möglichst einfacher und billiger Weise mehrere Ströme verschiedener Frequenzen, die vorzugsweise in harmonischem Verhältnis zueinander stehen, zu erzeugen. · Dieser Fall ist beispielsweise vorhanden bei dem weiter unten noch näher zu besprechenden Beispiel von sogenannten Rufmaschinen für Telephonämter zu Signalzwecken. Hier wird bekanntlich zur Übermittlung der verschiedenen Betriebssignale, z. B. zum Anrufen, ein Wechselstrom von leiner Frequenz = 25 Perioden/Sek., die einen tiefen Ton ergibt, zum Übermitteln des Besetztzeichens ein Wechselstrom von einer Frequenz

so von 150 Perioden/Sek., die einen Ton mittlerer Höhe ergibt, und endlich zum Zwecke der Übermittlung des Wartezeichens ein Strom von der Frequenz 450 Perioden/Sek., der ein verhältnismäßig hoher Ton entspricht, verwendet. Das Merkmal der vorliegenden Erfindung ist jedoch keinesfalls auf derartige Spezialrufmaschinen beschränkt, sondern kann in allen Fällen, wo es sich darum handelt, Wechselströme irgendwelcher Frequenz bzw. Frequenzen zu erzeugen, Anwendung linden.

Die Erfindung hat besonders Bezug auf Maschinen zur Wechselstromerzeugung, die nach dem sogenannten Gleichpolinduktorprinzip wirken, und wird daher am besten an Hand der beiliegenden Abb. 1 bis 3 näher erläutert.

Abb. ia erläutert des Verständnisses halber die der Erfindung zugrunde liegende Art der Wechselstromerzeugung bei einer sogenannten Gleichpolwechselstrommaschine. Abb. 2 zeigt die neue erfindungsgemäße Ausführung, während Abb. 3 eine beispielsweise Anwendung des Erfindungsgedankens auf die obenerwähnten Rufsignalmaschinen für Telephonämter veranschaulicht.

Es bedeutet in Abb. 1 S der Stator und R der Rotor einer sogenannten Gleichpolhochfrequenzmaschine in abgewickelter Darstellungsweise. Letzterer besteht einfach aus einem umlaufenden massiven Anker, an dessen Umfang Einschnitte oder Zähne ζ angeordnet sind. Ein magnetischer Gleichkraftfluß verläuft dauernd zwischen Rotor und Stator, sowie dies durch die mit Pfeilen versehenen Linien, die Kraftlinien andeuten sollen, in der Abbildung angedeutet ist. n_v n₂, n_a usw. bedeuten die Nuten des Stators, deren Teilung

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

Dipl.-Ing. Wilhelm Langewiesche in B erlin-Tempelhof.

gleich der Zahnteilung Δ ζ ist. In je zwei aufeinanderfolgenden Nuten MrM₂J «s-w* Hegt eine im gleichen Sinne gewickelte Statorspule. Alle Spulen sind hintereinandergeschaltiet. Betrachtet man nun beispielsweise eine in den Nuten M₁ und M₂ eingebettete Wicklung, so erfährt der diese Wicklung durchsetzende magnetische Kraftfluß beim Vorbeirotieren der Zähne ζ des Rotors mit darauffolgenden

ίο Zahnlücken zeitliche Schwankungen zwischen einem Maximalwert Φ _max und einem Minimalwert Φ min, wie durch den zeitlichen Verlauf nach Abb. ι b dargestellt, deren zeitlicher o-Punkt der Rotorstellung gemäß Abb. la entspricht. Der Verlauf der zeitlichen Änderung des von der Spule umfaßten Kraftflusses ist, wie dies Abb. ib zeigt, theoretisch dreieckförmig; praktisch wird die Kurve mehr oder weniger abgerundet erscheinen, jedoch wird der Einfachheit halber für die Darstellung die idealisierte Form beibehalten, Die Änderungen des die Statorspule durchdringenden Flusses rufen in letzterer Spannungen . αφ

_e.— —^__ hervor, deren Verlauf die Abb. ic

dt

zeigt. Nach der in Abb. ib angenommenen Änderung des Flusses besitzt die induzierte Spannung einen Verlauf nach einer Rechteckkurve. Die Frequenz der somit erhaltenen Wechselströme ist gegeben durch den Ausdruck f = ^4~ , worin ζ die gesamte Zähnezahl des Rotors und η die Umdrehungszahl des Rotors in Minuten bedeutet.

Die vorliegende Erfindung hat nun zum Gegenstand eine derartige Maschine, mit Hilfe deren man Ströme einer Frequenz f = # · f, wo χ eine ganze Zahl bedeutet,, entweder allein oder zu gleicher Zeit mit der Frequenz f erhalten kann. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Nutenteilung der am Statorumfang angeordneten Wicklung gleich einem der Zahl χ entsprechenden Bruchteil der wirksamen Rotorpolbreite ζ gemacht

♦5 wird. So wird also zur Erzeugung der dreifachen Frequenz des durch die obige Formel /=-²^-gegebenen Wertes die Wicklungsteilung am Stator = ¹Z₃ der wirksamen Ro- torpolbreite zu machen sein. Eine derartige Ausführung ist durch die Abb. 2 veranschaulicht. Mit der Abb. 1 übereinstimmende Bezugszeichen beziehen sich auf gleiche Elemente.

Die Änderung des von einer Spule beispielsweise M₁-M₂ umfaßten magnetischen Kraftflusses verläuft hier, wie man leicht einsieht, •nach einer trapezförmigen Kurve, wie durch Abb. 2b gezeigt, indem nämlich während eines Teiles der Zeit, innerhalb der ein Zahn vor einer Wicklung vorbeirotiert, der umfaßte Fluß einen konstanten Wert beibehält. Die Spannung, die in einer derartigen Wicklung erzeugt wird, hat sodann, wie Abb. 2c zeigt, einen unsteten Verlauf, Sind jedoch immer entsprechende am Statorumfang angeordnete Spulen, die in den Nuten M₁-M₂, M₃^m₄, M₅-M₆, wie dies bei der Ausführung nach Abb. 1 der Fall ist, liegen, fortlaufend hintereinandergeschaltet, so ergibt sich als gesamte resultierende Spannung eine fortlaufende Kurve, wie in Abb. 2d dargestellt. Man sieht daraus, daß sich die in den einzelnen Spulen erzeugten Spannungen zu einer kontinuierlichen Kurve zusammensetzen, deren Frequenz ein entsprechendes Vielfaches ist. In der Abb. 2d sind außer der theoretischen Kurvenform die praktisch vorhandenen Abrundungen eingezeichnet, die dem Gesamten mehr oder weniger das Bild einer Sinuskurve verleihen.

Abb. 3 zeigt die praktische Anwendung des Erfindungsgedankens auf eine Rufmaschine für Telephonämter der obenerwähnten Art, die sich durch höchste Einfachheit auszeichnet und daher durch ihre Billigkeit und auch Betriebssicherheit auch für die kleinsten Zentralen, wie Privatzentralen, gegenüber ähnlichen bisher verwandten, dem gleichen Zwecke dienenden Vorrichtungen, wie Summern usw., bedeutend überlegen ist.

Ein normaler Gleichstrommotor mit Polen N und ,S* und Anker A wird durch eine Gleichstromquelle (Batterie) · in Drehungen versetzt. Die Erregerwicklung bei den Polen ist der Einfachheit halber in der Abbildung fortgelassen und der Kollektor mit den Bürsten auf der entgegengesetzten Seite angeordnet zu denken. Der Anker ist ein normaler Gleichstromanker und enthält die Ankerwicklung w_a. Letztere ist außer ihrer ioo Verbindung mit dem Kollektor in bekannter Weise an zwei Schleifringe s geführt, an denen Wechselströme abgenommen werden können. Die Maschine hat insoweit den Charakter eines normalen Einankerumformers. Dieser aus der Ankerwicklung entnommene Wechselstrom kann durch richtige Bemessung der einzelnen Größen beispielsweise die gewünschte Frequenz von 25 Perioden/Sek. zur Speisung der Rufeinrichtungen besitzen. Zur Erzeugung der weiterhin, geforderten Frequenzen sind in den Polschuhen der Pole N und 5" Nuten angeordnet, in denen einerseits eine Wicklung W₁₅₀ zur Erzeugung eines Stromes von der Periodenzahl 150/Sek. und zu gleicher Zeit eine weitere Wicklung W₄₅₀ zur Erzeugung 'eines Wechselstromes mit der Periodenzahl 450/Sek. angeordnet sind. Die Nutteilung für die Wicklung W₁₅₀ ist dabei gleich der wirksamen Rotorpolbreite, d. h. der halben Zahnteilung des Ankers und die Anordnung übereinstimmend mit der gemäß

Abb. ι. Die Nutteilung für die Wicklung W₄₅₀ ist jedoch gleich ¹Z₃ der halben Zahnteilung des Ankers und stimmt im übrigen überein mit der erfindungsgemäßen Anordnung, wie sie im Zusammenhang mit der Abbildung besprochen wurde. Die beiden Wicklungen W₁₅₀ und zi/_4ä0 können zum Teil in ein und derselben Nut eingebettet sein. Eine gegenseitige Störung findet praktisch nicht statt. Um die

ίο Maschine noch einfacher zu gestalten, können die Schleifringe oder nur ein Schleifring entbehrt werden, indem man beispielsweise den Mittelpunkt der Ankerwicklung mit einem Schleifring oder auch unmittelbar mit dem Ankereisen verbindet und den Wechselstrom der niederen Frequenz einer auf diesem Schleifring schleifenden Bürste bzw. einer gegen das Weilenende gedrückten Feder einerseits und einer der beiden Kollektorbürsten der Gleichstromseite andererseits entnimmt. Der dabei erhaltene Strom hat die Form eines Wellenstromes, der nach dem Durchgang durch einen Transformator reine Wechselstromform annimmt.

Ähnlicherweise können statt zweier Frequenzen deren weitere, falls erforderlich, mit ein und derselben Maschine erzeugt werden. Eine weitere konstruktive Vereinfachung erfährt die Ausführung einer Maschine gemäß Abb. 3 noch dadurch, daß man die Wicklungen für die einzelnen Frequenzen auf je einem Pol für sich getrennt unterbringt, also beispielsweise die Wicklung W₁₅₀ auf dem Pol N und die Wicklung W₁₅₀ auf dem Pol .S¹. Eine wirksame Ausnutzung der Maschine kann auch dadurch erzielt werden, daß die einzelnen Spulen (s. Abb. 2) in je zwei Nuten N₁-N₂, N₂-N₃, N₃-Ni usw. aufeinanderfolgend angeordnet werden, wie dies bei Hochfrequenzmaschinen auch angewandt wird, wobei aber dann aufeinanderfolgende Spulen immer abwechselnd entgegengesetzt zu wickeln sind, um eine Addition der erzeugten Spannungen zu erhalten.

Claims (2)

45 Patentansprüche:

1. Wechselstrommaschine nach dem Gleichpolinduktorprinzip zur Erzeugung mehrerer Wechselströme verschiedener Frequenz in einem einzigen Ständer, bei der ' die Ständerwicklungsteilung gleich der wirksamen Rotorpolbreite ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Ständerwicklung vorgesehen ist, deren Teilung gleich einem Bruchteil der Teilung der ersten Wicklung ist.

2. Wechselstrommaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bereitstellung einer weiteren Frequenz die Ankerwicklung angezapft und mit Schleifringen verbunden ist.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen