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Langsam laufender Elektromotor Die Erfindung bezieht sich auf langsam
laufende Elektromotoren, die einen in zwei mehrpolige, axial nebeneinander angeordnete
Hälften unterteilten Ständer und einen in zwei mehrpolige, ebenfalls axial nebeneinander
angeordnete Elemente unterteilten Läufer besitzt, dessen Elemente um eine halbe
Polteilung gegeneinander versetzt sind. Die Erfindung besteht in erster Linie darin,
daß die Pole des Ständers und die des Läufers in mehrere Polschäfte unterteilt sind.
Dabei erstrecken sich zweckmäßig bestimmte Polschäfte der Läuferpole weniger weit
in radialer Richtung als die anderen Polschäfte. Vorzugsweise erstrecken sich bestimmte
Polschäfte der Läuferpole über die ganze axiale Breite der beiden Ständerhälften,
während sich andere Polschäfte derselben Pole nur über die axiale Breite einer einzigen
Ständerhälfte erstrecken.
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Hierdurch wird in einfacher Weise ein langsam laufender Elektromotor
geschaffen, der unverzüglich in Gang gesetzt und mit Blockierung im Stillstand stillgesetzt
werden kann und' dessen Drehrichtung augenblicklich umgekehrt werden kann.
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Der Läufer und der Ständer dieses Motors tragen eine gerade Zahl von
Spulen mit je einem radial angeordneten Pol, so daß Polräder gebildet werden. Die
Spulen des Ständers werden unmittelbar vom Netz erregt, während die Erregung der
Spulen des Läufers über einen mit dem Läufer umlaufenden Kollektor erfolgt.
Andere
Besonderheiten des Motors gemäß der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung,
die von seinen Ausführungsformen eine behandelt, die jedoch nur als Beispiel angegeben
ist.
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Die Beschreibung bezieht sich auf die Zeichnung, von der Abb. I eine
vereinfachte Vorderansicht ist, Abb. 2 eine der vorhergehenden entsprechende Ansicht
für eine andere Stellung des Läufers gegenüber dem Ständer ist, Abb. 3 eine Abwicklung
des Läufers zeigt, Abb. 4 eine entsprechende Ansicht des Ständer ist, Abb. 5, 6
und 7 schematisch verschiedene Schaltweisen der Spulen des Motors gemäß der Erfindung
angeben und Abb. 8 und 9 zwei Anwendungsarten des Motors gemäß der Erfindung auf
die Regelung von Lichtbögen zeigen.
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Bei dem gewählten Beispiel wird der Läufer durch zwei übereinstimmende,
'in axialer Richtung nebeneinander liegende Elemente gebildet. Jedes dieser Elemente
weist vier sich in radialer Richtung kreuzweise erstreckende Arme Ia, Ib auf, welche
die Magnetpole ebenso vieler Spulen 3a, 3b bilden. Die beiden Elemente des Läufers
sind um eine halbe Teilung gegeneinander versetzt, d. h.. im vorliegenden Fall um
45° (Abb. I und 2).
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Der Ständer 4 weist Magnetpole in gleichem Abstand voneinander auf,
von denen jeder in zwei wiederum in axialer Richtung nebeneinanderliegende Hälften
unterteilt ist, die dem einen bzw. dem andern Läuferelement gegenüberliegen. Jeder
dieser Magnetpole ist umgeben von einer Wicklung 5a bzw. 5b (Abb. 4).
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Die einzelnen Pole des Ständers sind durch eine mittlere Ausnehmung
8 in zwei parallele Schäfte 9a, 9c; 9b, 9d unterteilt. Die in der Umfangsrichtung
gemessene Breite dieser Schäfte ist gleich der der Ausnehmung 8 sowie gleich einem
Neuntel der in der Umfangsrichtung gemessenen Entfernung zwischen den Achsen aufeinanderfolgender
Ständerpole. Die Polschäfte 9a, 9c; 9b, 9d weisen je ein Horn Ioa, Ioc; Iob, Iod
auf beiden Seiten des Magnetpols auf, sowie ein anderes kleineres Ioe, Iof an jedem
der Ränder der Ausnehmung 8. Die Spulen des Ständers sind den beiden Teilen je eines
seiner Magnetpole gemeinsam zugeordnet (Abb. 4). Wie aus Abb. 4 ersichtlich, sind
die einander gegenüberliegenden Spulen in Reihenschaltung miteinander verbunden.
Die Anschlußklemmen sind bei II und I2 für die eine Spulenserie und bei I3 und I4
für die andere Spulenserie.
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Die Läuferpole haben eine in der Umfangsrichtung gemessene Breite,
die gleich ist einem Drittel der in der Umfangsrichtung gemessenen Entfernung zwischen
den Achsen zweier aufeinanderfolgender Ständerpole. Die Polschuhe der Pole Ia, Ib
der beiden axial nebeneinanderliegenden Elemente des Läufers sind in vier Teile
geteilt durch kreisförmige Ausnehmungen 2, deren Mittelpunkte voneinander einen
in der Umfangsrichtung gemessenen Abstand haben, der gleich ist einem Sechstel der
in der Umfangsrichtung gemessenen Entfernung zwischen den Achsen zweier aufeinanderfolgender
Pole des Ständers. Die Teile 7a, 7c; 7b, 7d der Polschuhe des Läufers sind kürzer
als die zwischen je zweien von ihnen liegenden Teile 6a, 6c bzw. 6b, 6d. Sie sind
nur auf einem der Elemente des Läufers vorhanden, während die Teile 6a, 6c; 6b,
6d auf beiden Elementen des Läufers zu finden sind.
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Jedem der Elemente des Läufers entspricht ein Kollektor I5a bzw. I5b
mit ebenso vielen Lamellen wie das entsprechende Element des Läufers Spulen trägt.
In der Praxis werden diese Kollektoren in der Achsrichtung unmittelbar nebeneinander
angeordnet, aber zur Verdeutlichung ist in Abb. 3 angenommen, daß sie zu beiden
Seiten des Läufers untergebracht sind. In dem gewählten Beispiel besitzt jeder dieser
Kollektoren vier gegeneinander isolierte Lamellen, und auf jedem von ihnen liegen
zwei Bürsten I6a, I7a; I6b, I7b auf, die um die Länge einer Kollektorlamelle auseinanderliegen.
Die Lamellen der Kollektoren sind zu je zwei miteinander verbunden. Die Bürsten
sind in einem Abstand voneinander befestigt, welcher der in der Umfangsrichtung
gemessenen Entfernung zwischen den Achsen zweier in der Umfangsrichtung aufeinanderfolgender
Ständerpole entspricht.
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Auf jedem Läuferelement sind die Spulen 3a, 3b in Reihenschaltung
miteinander verbunden. Ein Ende dieser Spulen ist mit der entsprechenden Lamelle
des zugehörigen Kollektors verbunden. Die Bürsten I6a und I6b sind an die Anschlußklemmen
I8a bzw. I8b angeschlossen. Die Bürsten I7a und I7b sind unmittelbar miteinander
verbunden.
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Der Motor arbeitet in der folgenden Weise: Wenn in den Spulen des
Läufers kein Strom fließt und nur die eine oder die andere der Gruppen 5a und 5b
der Spulen des Ständers oder beide gespeist werden, wird der Motor im Stillstand
blockiert, wobei gemäß Abb. I die Polschuhe der Läuferpole gegenüber den Polschuhen
der Ständerpole ausgerichtet sind.
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Wenn man nach Abb. 3 der Läuferwicklung einen Strom über die Klemme
18b zuführt, so wird dieser mittels der Bürste 16b zu den Spulen 3b und von dort
dann zu der Bürste i7 b geleitet. Die Bürste i7 b ist mit der Bürste 17a verbunden,
die ihrerseits mit der Bürste 1611 und der Klemme i811 in Verbindung steht. Der
Strom bewirkt eine Anziehung zwischen dem Teil 7b des Polschuhes des Läufers und
-dem einen Pol bildenden Horn roa des Ständers. Durch diese Anziehung wird der Läufer
in die Stellung nach Abb.2 übergeführt. In diesem Augenblick überträgt sich . die
Anziehung auf den folgenden Teil 6b des Polschuhes des entsprechenden Läuferpols,
bis der Teil 6b dem Teil 911 des Ständers gegenüberliegt und von diesem nur durch
den Luftspalt getrennt ist. Alsdann unterliegt der Teil 6d der Anziehung durch das
einen Pol bildende Horn roa des Ständers, wobei der Teil 6b seinerseits von` dem
zweiten Schaft 9c des- Ständerpols angezogen wird. Infolgedessen tritt eine neue
Läuferspule in die Fluchtlinie derjenigen des entsprechenden Ständerpols, und die
Bürsten 16b und i7 b schließen
die Lamellen ihres Kollektors kurz,
während-nur die Bürsten I6a und 17a Strom in die Spulen 3a des anderen Läuferelementes
senden, das an Stelle des ersteren in der gleichen Weise in Funktion tritt. Es leuchtet
ein, daß, wenn die Richtung des Stromes mit Hilfe eines Umpolschalters umgekehrt
worden wäre, eine Anziehung im anderen Sinne erzeugt und folglich der Läufer im
entgegengesetzten Sinn gedreht worden wäre.
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Verschiedene Arten zur Speisung der Spulen des Motors sind - jedoch
nicht im Sinne einer Einschränkung - in den Abb. 5 bis 9 angegeben.
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Gemäß Abb. 5 kann der Strom mittels eines Umschalters 21 wahlweise
in die Spulen 5a des Ständers oder in seine Spulen 5b geschickt werden, um je eine
verschiedene Laufrichtung zu bewirken, wobei die Spulen 5a und 5b so geschaltet
sind, daß sie in beiden Fällen gleichnamige Pole ergeben. In den Läuferspulen ändert
der Strom seine Richtung nicht, welche Stellung auch der Umschalter 2I einnehmen
möge.
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Nach Abb. 6 fließt bei einer bestimmten Stellung des Schalters 21
ein Teil des Stromes in die Spulen 5a des Ständers und von da in die Rückleitung.
Ein anderer Teil wird abgezweigt in die Spulen des Läufers und das zweite Element
5b des Ständers. Der Strom hat also in den beiden Teilen des Ständers immer dieselbe
Richtung und wechselt seine Richtung in dem Läufer gemäß der Stellung des Schalters.
Die Drehrichtung wird infolgedessen je nach der Stellung des Schalters umgekehrt.
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Gemäß Abb. 7 sind alle Spulen, sowohl die des Ständers als auch die
des Läufers, in Reihe hintereinandergeschaltet. Diese Schaltung erlaubt, dem Motor
eine größere Geschwindigkeit zu verleihen unter Verwendung eines Stromes höherer
Spannung.
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Die Abb. 8 und 9 zeigen eine Anwendung des Motors gemäß der Erfindung
zur Regelung von Lichtbögen.
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Nach Abb. 8 handelt es sich darum, die Elektroden eines mit einphasigem
Wechselstrom betriebenen Lichtbogens 22 zu regeln, indem man die Elektroden dieses
Lichtbogens einander mehr oder weniger nähert mit Hilfe eines Motors gemäß der Erfindung,
der schematisch mit einer Brückenschaltung dargestellt ist. Zu diesem Zweck ist
die Spannung an den Klemmen des Lichtbogens an einen Transformator 23 gelegt, während
ein anderer Transformator 24 im Nebenschluß zu einem Widerstand 25 gespeist wird,
der mit dem Lichtbogen in Reihe geschaltet ist. Die Sekundärwicklungen der Transformatoren
23 und 24 speisen die Gleichrichter 26 bzw. 27, die in die gegenüberliegenden Zweige
einer Wheatstoneschen Brücke geschaltet sind. Die beiden anderen Zweige dieser Brücke
werden durch die Spulen 5a bzw. 5b des Ständers gebildet. Die Diagonale der Brücke
besteht aus den beiden Läuferwicklungen 3" und 3b.
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Wenn die Elektroden so weit voneinander entfernt sind, daß der Lichtbogen
nicht überspringt, wird nur der Transformator 23 gespeist. Der Strom fließt in den
Teil 5a des Ständers, dann in den Gleichrichter 27 und endlich in den anderen Teil
5b des Ständers. Ein anderer Teil des Stromes ist in den Läufer in der Richtung
3a-3b abgezweigt, was dem Lauf des Motors im Sinne der Annäherung der Elektroden
aneinander entspricht. Wenn die Elektroden sich berühren, entsteht ein Strom, der
mittels des Nebenschlußwiderstandes 25 den Transformator 24 beeinflußt, wodurch
über den Gleichrichter 27 eine Spannung erzeugt wird, die gleichsinnig ist zu der
des vorhergehenden Falles. Hieraus ergibt sich, daß der durch den Läufer fließende
Strom zu Null wird, wenn diese Spannung gleich der ist, die von dem Gleichrichter
26 erzeugt wird, oder daß dieser Strom und mit ihm der Drehsinn des Motors sich
umkehrt. Bei normalem Betrieb des Lichtbogens fließt kein Ström in dem die Diagonale
der Brücke bildenden Läufer.
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Nach Abb. 9 ist der Motor nach der Erfindung an eine Gruppe angeschlossen,
die zwei Gleichstromerzeuger 28, 29 mit Antrieb durch einen gemeinsamen Motor
30 umfaßt. Die Erregerwicklung 31 des einen dieser Stromerzeuger ist abhängig
von der Spannung an den Klemmen des Lichtbogens; die Erregerwicklung 32 des anderen
Stromerzeugers wird gespeist in Abhängigkeit von der Stärke des durch den Lichtbogen
fließenden Stromes unter Vermittlung des Transformators 24 und des Gleichrichters
27. Die beiden positiven Pole der Generatoren 28, 29 sind an je eine Klemme der
in Reihe geschalteten Wicklungen 5a, 5b des Ständers eines Motors nach der Erfindung
angeschlossen. Die beiden Elemente 3a, 3b des Läufers, die ebenfalls in Reihe angeordnet
sind, sind in eine Zweigleitung geschaltet, die den gemeinsamen Rückfluß nach dem
negativen Pol der Stromerzeuger vermittelt.
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Wenn der Lichtbogen nicht gezündet hat und nur Spannung vorhanden
ist, wird der Stromerzeuger 28 allein erregt, und es ergibt sich, daß er allein
Strom liefert, der in der Richtung 5a, 3b, 3a und 5a, 5b fließt. Wenn hingegen die
Spannung sehr schwach und die Stromstärke stark ist, wird der Strom durch den Stromerzeuger
29 in der Richtung 5b, 3b, 3a und 5b, 5a geliefert. Da der Strom im Läufer immer
dieselbe Richtung hat und sich im Ständer umkehrt, gleicht die Drehrichtung des
Motors selbsttätig die Schwankungen der Spannungen und der Stromstärke aus, die
sich während des Lichtbogenbetriebes ergeben.
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Der Motor gemäß der Erfindung könnte auch herangezogen werden zur
Regelung von Lichtbögen für mehrphasigen Strom, indem man z. B. Schaltungen vorsieht
entsprechend denen, die in dem französischen Patent 794 795 angegeben sind.
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Im übrigen ist die Erfindung nicht auf das Beschriebene und Dargestellte
beschränkt, sondern kann auch Abwandlungen umfassen. So sind, sowohl was den Läufer
als auch was den Ständer betrifft, die Formen der Ausnehmungen und der Polhörner
nicht die allein in Frage kommenden, sondern sie sind nur zur Verdeutlichung und
Erklärung angegeben. Andererseits sind natürlich die Anwendungsmöglichkeiten der
Erfindung in keiner Weise auf die oben angegebenen beschränkt.