DE237544C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT

KLASSE 2\d. GRUPPE

JAN KARCZEWSKI in MOSKAU.

Einphasen -Wechselstrom - Induktionsmotor.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 12. November 1910 ab.

Den Gegenstand vorliegender Erfindung bildet ein Einphasen-Wechselstrom-Induktionsmotor, dessen eigenartige Ausbildung den Zweck verfolgt, ein Drehmoment von konstanter Richtung sowohl beim Anlauf, wie auch beim normalen Gang des Motors zu erzeugen. Erreicht wird dieser Zweck dadurch, daß auf einer gemeinsamen Welle mit dem Hauptanker zwei oder mehrere Hilfsanker angeordnet sind, wobei die Wicklung jedes Hilfsankers in eigenartiger Weise mit nur einem Teil der auf dem Hauptanker angebrachten Wickluugen verbunden ist.

Um das Prinzip des neuen Wechselstrom-Induktionsmotors klarzulegen, soll an Hand der schematischen Fig. 1 bis 19 dessen Einrichtung in verschiedenen Modifikationen betrachtet und im Anschluß hieran gezeigt werden, daß der Zweck des Erfindungsgegen-Standes durch die bisherigen Mittel nicht erreicht werden konnte.

Auf der Fig. 1 ist der gewöhnliche Einphasen-Wechselstrommotor der größeren Einfachheit halber mit zweipoliger Wicklung dargestellt. A bedeutet den Stator mit einer in die Nuten 1 und 2 verlegten Primärwicklung, B den Anker mit zwei Wicklungen 3-4 und 5-6.

Man bezeichne nun in bekannter Weise die

E. M.-Kräfte sowie den Strom mit Kreuzen für den Fall, daß die E. M.-Kräfte bzw. der Strom von dem Beobachter aus nach unten gerichtet sind, dagegen mit Punkten, wenn die Stromrichtung entgegengesetzt ist. Wenn dann in einem beliebig gewählten Momente der Primärstrom die auf der Zeichnung ge-40

zeigte Richtung besitzt, so entstehen nach dem Induktionsgesetze in den Sekundärwicklungen 3-4 und 5-6 die mit Kreuzen und Punkten bezeichneten E. M.-Kräfte.

Des ferneren soll eine Hilfsanordnung gemäß Fig. 2 benutzt werden, welche aus einem Rotor sowie einem Stator besteht, wobei der Rotor .S₁ mit dem Rotor B auf gemeinsamer Welle befestigt und mit den verlängerten Wicklungen 3-4 und 5-6, jedoch in der Weise bewickelt ist, daß eine von den Wicklungen um i8o° versetzt, d. h. gekreuzt ist. In dem vorliegenden Falle soll es die Wicklung 5-6 sein. Der Stator der Hilfsanordnung ist, 'wie gezeichnet, mit hervorragenden Polen versehen, welche gegenüber den Polen des Hauptstators verschoben sind, und zwar um einen Winkel, der beim zweipoligen Motor von ο und von 90° verschieden ist und zweckmäßig 45⁰ beträgt, weil bei diesem Winkel das Drehmoment den größten Betrag aufweist. Die Pole des Hilfsstators besitzen keine Wicklung.

Unter den vorstehenden Bedingungen erzeugen die Ströme 3-4 und 5-6 im Anker B₁ entsprechende magnetische Kraftflüsse, welche senkrecht gegeneinander gerichtet sind; der Kraftfluß 3-4 verläuft aber hauptsächlich in der Luft, demzufolge die durch ihn in der Wicklung 3-4 induzierte E. M.-Kraft der Selbstinduktion klein und der Strom groß ist. Der Kraftfluß 5-6 verläuft dagegen durch das Eisen und ist deshalb die Selbstinduktion der Wicklung 5-6 groß und der Strom klein. Wenn man von der magnetischen Streuung sowie dem Ohmschen Spannungsabfall in der

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Wicklung 5-6 absieht, so beträgt die Stärke des Kraftflusses von 5-6 etwa ⁷/₁₀ des Hauptfeldes 1-2 im Anker B. Durch die Wirkung der beiden Felder auf den Rotorstrom 3-4 entstehen zwei Drehmomente von gleicher, und zwar der auf beiden Figuren mit Pfeilen bezeichneten Richtung, wie man sich an Hand einer der bekannten Regeln überzeugen kann. Zu beachten ist hierbei, daß durch die Wirkung des Feldes 1-2 auf den Strom 5-6 ein ' entgegengesetzt gerichtetes Drehmoment entsteht, das jedoch verhältnismäßig klein ist.

Dreht sich jetzt der Rotor um go°, so

nehmen die E. M.-Kräfte und die Ströme die aus den Fig. 3 und 4 ersichtliche Richtung ein und es wird der Strom 3-4 im Vergleich zu dem Strom 5-6 sehr klein; die erzeugten Drehmomente aber sind wieder bestrebt, den Anker in derselben Richtung wie zuvor zu drehen.

Nimmt der Anker die in der Fig. 5 und 6 gezeigte Stellung ein, so ist die in der Wicklung 5-6 durch die primäre Wicklung 1-2 induzierte E. M.-Kraft gleich Null; im Anker B₁ jedoch induziert der in der Wicklung 5-6 durch den Strom 3-4 erzeugte Kraftfluß einen Strom von der in den Fig. 5 und 6 gezeigten Richtung. Dabei entstehen in den Ankern B und B₁ die durch Pfeile angedeuteten, also entgegengesetzt wie zuvor gerichteten Drehmomente. Sie sind jedoch beide klein, da beide Ströme, d. h. sowohl die induzierenden 3-4, wie die induzierten 5-6 wegen großer Selbstinduktion der Wicklung 5-6 sehr klein sind (der Kraftfluß 5-6 verläuft im Anker B durch das Eisen, ohne irgendwelche Wicklung zu schneiden).

Man ersieht nun aus vorstehendem, daß die Anordnung mit nur einem Hilfsrotor und dem entsprechenden Stator nicht ausreichend ist, um bei beliebiger Stellung des Rotors die Drehung in der gewünschten Richtung zu sichern.

Um diesen Mangel zu beseitigen, wird gemaß vorliegender Erfindung der Hauptanker noch mit zwei Wicklungen 7-8 und 9-10 versehen und mit diesen selben Wicklungen ein zweiter Hilfsanker B₂ in oben beschriebener Weise (Fig. 7, 8, 9 und 10) bewickelt.

Von allen in den Rotorwicklungen zirkulierenden Strömen besitzt nur der Strom 7-8 eine bedeutende Größe und dient zur Erzeugung des gewünschten Drehmoments. Um ein durchaus konstantes Drehmoment zu erzeugen, kann man auch anstatt zwei vier oder noch mehr Hilfsrotoren anwenden.

Es wurde, wie oben gesagt, der Einfachheit halber ein zweipoliger Motor mit einer Nut für den Pol im Stator sowie auch mit zwei Nuten für jede der vier nötigen Wicklungen im Rotor behandelt. Selbstverständlich aber kann man die Pol- und Nutenzahl beliebig wählen, ohne aus dem Bereich des Erfindungsgegenstandes zu treten. Auch kann die Nuten- und Windungszahl im Hauptrotor und den Hilfsrotoren verschieden sein.

Außer den betrachteten Fällen kommen noch verschiedene Abänderungsmöglichkeiten des oben beschriebenen Grundgedankens in Frage, von denen nur die folgenden erwähnt werden sollen:

1. Der Stator kann für jedes Polpaar anstatt einer zwei Primärwicklungen erhalten, welche, wenn 2 p die Anzahl der Pole ist, um

—— verschoben sein müssen (s. Fig. 11, 12

und 13). Die beiden Wicklungen 1-2 und 11-12 können parallel oder hintereinander geschaltet sein, wobei die Anwendung von zwei Wicklungen den Vorteil bietet, daß man die Drehrichtung des Motors durch das Umschalten einer Wicklung ändern kann. Beide Wicklungen können beständig eingeschaltet bleiben oder es kann eine von ihnen nur zum Anlauf benutzt und deshalb schwächer dimensioniert werden.

2. Die Hilfsstatoren A₁ und A₂ können Kurzschlußwicklungen 13-14 und 15-16 (Fig. 14, 15 und 16), d. h. Wicklungen von einem kleinen Ohmschen Widerstand, anstatt der hervorragenden Pole besitzen. Beide Wicklungen können getrennt angeordnet oder hintereinander geschaltet werden, sie können auch in mehreren Nuten für jeden Pol angebracht, in mehrere ausschaltbare Teile zerlegt und mit einem regulierbaren Reostat oder mit einer Drosselspule verbunden werden; sie können außerdem nur zum Anlauf benutzt und später ausgeschaltet oder während der normalen Arbeit als gewöhnliche primäre Wicklungen parallel oder in Serie mit der Hauptwicklung 1-2 oder 11-12 benutzt werden.

Die Kurzschlußwicklung 17-18, in den Fig. 7 und 9 punktiert gezeichnet, kann auch bei hervorragenden Polen benutzt werden, um die Streuung der Ankerfelder zu vermindern.

3. Es können die Hilfswicklungen auf den Ankern B₁ und B₂ nur zum Anlauf benutzt und später durch Kurzschließen sämtlicher Wicklungen auf dem Hauptanker B außer Wirkung gesetzt werden. Dann läuft der Motor als ein gewöhnlicher Induktionsmotor, was besonders bei der Ausführung der Hilfsstatoren mit hervorragenden Polen vorteilhaft sein kann. Wenn man ferner bei der Anordnung von Wicklungen auf den Hilfsstatoren (Fig. 14 und 16) dieselben in der unter 2 beschriebenen Weise mit Primärstrom speist, können auch die Wicklungen der Hilfsanker ständig benutzt werden, indem man dafür Sorge trägt, die gekreuzten Wicklungen 5-6 und 9-10 umzuschalten oder kurzzuschließen,

damit die Stromrichtung in diesen Wicklungen dieselbe wie in den Hauptwicklungen 5-6 und 9-10 sei.

4. Die Rotorwicklungen 3-4, 5-6, 7-8 und 9-10 können mit Schleifringen, Reostaten, Kurzschlußvorrichtungen versehen oder aber kurzgeschlossen werden.

5. Auf den Hilfsrotoren können ferner die Wicklungen 19-20, 21-22, 23-24, 25-26, in den Fig. 7, 8 und 9 punktiert gezeichnet, angebracht werden.

Dieselben bleiben während der Anlaufsperiode ausgeschaltet und werden nur dann, wenn die normale Tourenzahl erreicht ist, kurzgeschlossen; wenn dabei die Hilfsstatoren nach den Fig. 14 und 16 ausgebildet und die

' unter 2 und 3 beschriebenen Anordnungen getroffen sind, d. h. wenn die Wicklungen 13-14 und 15-16 mit Primärstrom gespeist und auf den Ankern die gekreuzten Wicklungen 5-6 und 9-10 umgeschaltet oder kurzgeschlossen sind, so arbeitet das ganze Aggregat nach Art dreier gewöhnlicher, auf gemeinsamer Welle montierter Induktionsmotoren', d. h.

streng genommen nach dem unter 3 beschriebenen Prinzip, jedoch mit dem Vorteil, daß die Oberfläche der Hilf sanker vollständig zur Anbringung der Wicklungen ausgenutzt ist. Hierbei ist jedoch zu bemerken, daß derselbe Zweck, sogar in einfacherer Weise, erreicht werden kann, wenn die Wicklungen, welche auf dem Hauptanker in eine Nut verlegt sind, auf jedem der Hilfsanker auf zwei oder sogar mehr Nuten verteilt sind, so

z. B. kann die Wicklung 5-6 des Ankers B in die Nuten 5-6 und 21-22 des Ankers B_z verlegt werden, die Wicklung 3-4 des Ankers B in 3-4 und 19-20 des Ankers S₂; die Wicklung 7-8 des Ankers B in 7-8 und 25-26 und die Wicklung 9-10 in 9-10 und 23-24 des Ankers B₁ verlegt werden; im allgemeinen kann, wie schon oben gesagt, die Nuten- und Windungszahl der Hilfsanker von derjenigen des Hauptankers verschieden sein.

6. Selbstverständlich können die Primärwicklungen auf den Rotoren und die Sekundärwicklungen auf den Statoren angebracht werden; alsdann bekommen die Hilfsrotoren Kurzschlußwicklungen oder hervorragende Pole.

7. Das Prinzip von Hilfsankern kann noch in der in den Fig. 17, 18 und 19 dargestellten Weise Verwirklichung finden. Diese Anordnung scheint jedoch weniger vorteilhaft zu sein und benötigt, um große Schwankungen in dem Anlaufmomente zu vermeiden, mindestens vier Hilfsanker. In diesen letzten drei Figuren sind 1-2 und 3-4 Primärwicklungen, 5-6 und 7-8 Sekundärwicklungen, 9-10 und 11-12 Kurzschlußwicklungen.

Aus obigen Betrachtungen kann man folgenden Schluß ziehen: Während bei den gewöhnlichen Induktionsmotoren die senkrecht zum resultierenden Felde gerichtete Rotorwindung durch einen maximalen, induzierten Strom durchflossen wird und in den in gleicher Entfernung zu beiden Seiten dieser Rotorwindung liegenden Wicklungen gleichgroße Ströme entstehen, wodurch beim Anlauf kein bestimmtes Drehmoment entstehen kann, ändern sich bei den Motoren gemäß den Fig. 7, 8 und 9 sowie 14, 15 und 16 und 17, 18 und 19 die Verhältnisse insofern, als die durch den Maximalstrom durchflossene Windung zur Richtung des resultierenden Feldes schräg steht, weshalb ein Drehmoment von bestimmter, gleichbleibender Richtung entstehen kann.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch :

   Einphasen-Wechselstrom-Induktionsmotor, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr Hilfsanker, deren jeder einen besonderen Stator besitzt, auf einer gemeinsamen Welle mit dem Hauptanker angeordnet sind, wobei die Wicklung jedes Hilfsankers derart nur mit einem Teil der auf dem Hauptanker angebrachten Wicklungen verbunden ist, daß ein Drehmoment von bestimmter, stets gleicher Richtung sowohl beim Anlauf, wie auch beim normalen Gang des Motors entsteht.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.