DE56219C - Elektrische Kraftmaschine - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21: Elektrische Apparate.

Elektrische Kraftmaschine.

Patentirt im Deutschen Reiche vom 25. Februar 1890 ab.

Im wesentlichen betrifft die vorliegende Erfindung eine bestimmte Anordnung und Schaltungsart der Magnete bei elektrischen Kraftmaschinen, welche ein inneres magnetisches Feld und einen ä'ufseren Ring bilden und von denen der eine oder beide sich drehen. Zur Erzielung einer hohen Nutzleistung treten bestimmte Gruppen der Spulen des Ringes nach .einander mit bestimmten Gruppen der Feldmagnete in Einwirkung, und zwar immer in einem Augenblick, wo die Entfernung der Pole der entsprechenden Magnete so grofs ist, dafs die magnetische Anziehung am stärksten wirksam sein kann. Dabei gelangt jede Gruppe ■der Magnete des sich drehenden Kranzes zwei oder mehrmals während einer Umdrehung in Einwirkung mit ähnlichen Gruppen der Feldmagnete, und abgesehen von dem Augenblick, wo die Stromsammlerbürste von einer Schiene zur nächsten überschleift, befinden sich während der Zeit, wo eine Gruppe der Magnete des zur Drehung gebrachten Kranzes von einer solchen der Feldmagnete angezogen wird, alle anderen Magnete aufser Thätigkeit. Durch eine solche Anordnung vermag man die volle Kraft des Stromes zur gröfsten Nutzleistung zu bringen, da die Gruppen der Magnete des bewegten und des festen Spulenkranzes stets nur dann auf einander einwirken, wenn die Pole die günstigste Entfernung von einander haben. Die Magnete jeder Gruppe sind in gleicher Entfernung in den Kränzen vertheilt, um einem ungleichmäßigen Betriebe vorzubeugen. Die Spulen des magnetischen Feldes und des Ringankers sind in zwei concentrischen Kränzen angeordnet, von denen der eine oder beide sich drehen. Der letztere Fall würde beispielsweise eintreten, wenn man eine solche Kraftmaschine unmittelbar als Rad für Strafsenbahnwagen benutzen wollte.

Auf der Zeichnung stellt Fig. 1 eine Riemscheiben-Kraftmaschine der bezeichneten Art dar. Fig. 2 ist ein senkrechter Schnitt durch diese Maschine. Fig. 3 zeigt schematisch die Stromschaltung.

Die Einrichtung der in Fig. 1 und 2 dargestellten elektrischen Kraftmaschine ist folgende: A bezeichnet den Hängelagerstuhl, der die Welle A¹ trägt. Die Nabe B dreht sich zugleich . mit der Welle A^l und trägt den Riemscheibenkranz J3¹; die Magnete M, welche die Ankermagnete bilden, mögen, sind Doppeloder Hufeisenmagnete, und zwar stehen die Polpaare quer zur Breite des Riemscheibenkranzes. Sie sind mit isolirten und kreisförmig gebogenen Eisenplatten auf der Innenseite der Riemscheibe befestigt. Auf · ähnlichen gebogenen Eisenplatten sind die unbeweglichen oder Feldmagnete M¹ auf der Stirnfläche der festen Scheibe B² angeordnet. Die sich drehende Nabe B ist zugleich als Stromabgeber C ausgebildet, auf welchem die unbewegliche Bürste c, welche an der Scheibe B² befestigt ist, schleift. ;An dem Hängelager ist noch der unbewegliche Stromvertheiler C¹ auf der entgegengesetzten Seite angebracht, und eine Bürste c¹, welche von der Welle A¹ mitgenommen wird, schleift auf demselben. Der Bürste wird der Strom durch die Feder c² zugeführt, indem unter der letzteren der isolirte Ring c schleift, der die Bürste trägt. · ;

Die Kraft läfst sich bei abgeänderter Anordnung gleich gut von dem inneren Kranz entnehmen. Aufserdem lassen sich die beiden Spulenkränze anstatt unter einander neben einander anordnen, wie in Fig. 3, wobei die Polflächen der Magnete einander in gewöhnlicher Weise gegenüberstehen.

Die Wirkungsweise einer solchen Kraftmaschine erhellt aus der schematischen Darstellung in Fig. 3. Bei dem sich drehenden Magnetkranz M sind die Spulen, wie die Bezeichnung mit i, 2, 3, 4 angiebt, in vier Gruppen getheilt und im Ganzen sind 16 Magnete gezeichnet. Die metallischen Stromvertheilerschienen sind mit 48 angenommen und haben ähnliche Numerirung durch Zahlen erhalten. Alle Spulen und alle Vertheilerschienen gleicher Bezeichnung stehen mit einander in Verbindung. Der Stromvertheiler C dreht sich mit dem umlaufenden Ankerkranz, wie durch Pfeile angedeutet, und die Bürste c ist unbeweglich.

Das unbewegliche magnetische Feld besteht aus vier Gruppen von Spulen M¹, welche mit 1, 2, 3, 4 bezeichnet sind. Der zugehörige Stromvertheiler C¹ hat 48 Schienen mit entsprechender Numerirung; alle Spulen und Schienen der gleichen Bezeichnung oder Gruppen sind mit einander in leitender Verbindung. Die auf dem Stromvertheiler schleifende Bürste ist mit c^l bezeichnet.

Nach dem Schema Fig. 3 sind die Spulen in Parallelschaltung mit einander verbunden; der Strom tritt bei X ein und theilt sich in zwei Zweigströme. Der erste, x, wird durch die Bürste c und den Stromvertheiler C den in Vielfachschaltung mit einander verbundenen Spulengruppen zugeführt, um durch die gemeinsame Ableitung x¹ zur Stromleitung X¹ zurückzukehren. Der zweite Zweigstrom y gelangt in gleicher Weise durch die Bürste c^l und den Stromvertheiler C^α in die verschiedenen Spulen des magnetischen Feldes, um durch die gemeinsame Leitung y^x in die Hauptstromleitung X¹ zurückzukehren.

Die Anzahl der Magnete des sich umdrehenden Kranzes überwiegt diejenige der Feldmagnete. Wenn die beiden Vertheilungsbürsten sich auf den Schienen 1 befinden, so befinden sich die mit 1, 1 bezeichneten Spulen in der günstigsten Entfernung von einander, und durch die magnetische Anziehung der Pole wird alsdann der Anker in der Pfeilrichtung in Umlauf gesetzt. Sobald die Elektromagnete 1,1. einander nähern, übertragen die Stromvertheiler die Ströme den Gruppen 2,2, noch bevor die Achsen der Magnete 1, 1 zusammenfallen; unterdessen haben die Magnete der Gruppen 2, 2 die Stellung eingenommen, welche auf der Zeichnung die Gruppen 1, 1 zu einander haben, d. h. die Gruppen 2, 2 befinden sich nun in der günstigsten Stellung zu einarider und sie werden nunmehr' magnetisch. In gleicher Weise - werden die Gruppen 3, 3 wirken; dann Gruppe 4 des Ankers und Gruppe 1 des magnetischen Feldes; dann Gruppe 1 des umlaufenden Ankers und Gruppe 2 des magnetischen Feldes u. s. w. Die Magnete jeder Gruppe sind wirksam, wenn sie sich in einer solchen Lage in Bezug auf die Magnete der anderen Gruppe befinden, dafs die eingeleitete Elektricität ihre gröfste Kraftwirkung ausüben kann, und diese gröfsten Kraftübersetzungen folgen einander in sehr kleinen Bruchtheilen einer Umdrehung des Ankers.

Die Bürste kann man vortheilhaft an ihrem Ende so breit machen, dafs beim Uebergang von einer Schiene zu der nächsten eine Strombrücke entsteht. Wahrend der Zeit, wo dann die Bürste von einer Schiene zur nächsten überschleift, befinden sich zwei Gruppen von Magneten in Thätigkeit. Sobald infolge dessen die Achsen der sich anziehenden Spulen einander so nahe sind, dafs sie beinahe zusammenfallen, nimmt die Anziehungskraft zwischen ihnen ab, und in diesem Augenblick berührt die Bürste auf dem Stromvertheiler bereits die nächste Schiene, so dafs die nächsten beiden Gruppen von Spulen bereits Strom erhalten. Die Anziehung der Magnete der letzteren Gruppen beginnt nunmehr; aber erst wenn die Magnete der neuen Gruppen sich in der geeignetsten Entfernung von einander befinden, sind die Spulen der vorhergehenden Gruppe ganz ausgeschaltet. Auf solche Weise wird der Ringanker gleichmäfsig oder nahezu gleichmä'fsig angezogen, und die gröfste Strömwirkung wird unausgesetzt benutzt, um die Maschine in Umdrehung zu setzen.

Doch können die Bürsten auch ohne diese Uebergangswirkung arbeiten. Während jeder Umdrehung kommen die verschiedenen Gruppen von Magneten wiederholt in Thätigkeit. Die eingeleitete Kraft kommt ferner gleichzeitig an mehreren Punkten zur Wirkung, welche sich gleichmäfsig um die Achse der Maschine vertheilen. Die Kraftmaschine äufsert daher bei jeder Geschwindigkeit ihre gröfste Nutzleistung und die erzeugte mechanische Kraft läfst sich unmittelbar ohne Räderübersetzung oder dergleichen verwenden.

Sowohl für die umlaufenden Magnetgruppen, als auch für die Feldmagnete können permanente Magnete oder Eisenstäbe an die Stelle der Elektromagnete treten, in welchen Fällen nur ein Stromvertheiler mit Bürste zur Anwendung kommt.

Anstatt die Spulen der einzelnen Gruppen in Nebeneinanderschaltung zwischen dem Stromvertheiler und der Leitung einzuschalten, kann man dieselben auch hinter einander schalten. Ebenso lassen sich die umlaufenden Spulen

und die Spulen der Feldmagnete statt parallel hinter einander schalten, d. h. also, die Spulen des Ankers, welche unter sich neben oder hinter einander geschaltet sind, können mit den Spulen der Feldmagnete, welche gleichfalls neben oder hinter einander geschaltet sind, auch hinter einander geschaltet sein. Bei der Ausführungsform Fig. ι und 2 tritt der eine Zweig des Stromes bei der Bürste c², der andere durch die unbewegliche Bürste c in die Maschine, und beide Zweige χ und y des Stromes, Fig. 3, vereinigen sich, von den Spulen zurückkommend, wieder in dem Gestell der Scheibe, um von dort durch das Hängelager abgeleitet zu werden.

Die bisher beschriebene Anordnung Mst sich dahin abändern, dafs nicht nur die Anziehung der sich nähernden Polpaare, sondern auch die abstofsende Wirkung der sich von einander entfernenden Pole ausgenutzt wird. Eine solche Kraftmaschine ist in Fig. 4 in Seitenansicht, in Fig. 5 im Längsschnitt dargestellt und Fig. 6 bildet das zugehörige Schema, welches die Schaltung der verschiedenen Leitungen veranschaulicht.

Die Magnete M des Ankers sind auf der Innenseite einer Riemscheibe B' angeordnet, welche mit der Nabe B auf der umlaufenden Welle A¹ befestigt ist. Letztere läuft in dem Lagergestell A. Die Hufeisenmagnete, 18 an der Zahl, stehen im rechten Winkel zum Riemscheibenkranz. In ähnlicher entsprechender Anordnung sind an dem Gestell der Maschine bezw. der Scheibe £² die Feldmagnete Μ^Λ befestigt. Die umlaufende Riemscheibe B B¹ trägt ferner in starrer Verbindung die beiden Stromvertheiler H und /, deren jeder neben einander zwei Reihen von isolirten Schienen besitzt. Bei diesem Beispiel sind 36 Schienen für jede Reihe gewählt. Die Bürste i, welche an dem Gestell A befestigt ist, schleift auf dem Stromvertheiler J und hat genügende Breite, um mit beiden neben einander liegenden Reihen von Schienen den Stromschlufs herzustellen ; die Bürste h ist an der unbeweglichen Scheibe B² angebracht und schleift auf dem Stromvertheiler H\ sie ist gleichfalls breit genug, um mit beiden Schienenreihen die Berührung herzustellen. Der dritte Stromvertheiler K ist unbeweglich an dem Gestell A befestigt und weist nur eine Reihe von 36 isolirten Schienen auf. Auf ihm schleift die mit der Welle A¹ umlaufende Bürste k. Die Feldmagnete sind in zwei Gruppen getheilt, welche abwechselnd bethätigt werden; die Spulen sind in den Zeichnungen mit 1 und 2 bezeichnet.

Die Schaltung erklärt sich aus der schematischen Darstellung in Fig. 6, wo der Uebersichtlichkeit wegen, die einzelnen Gruppen für sich dargestellt sind, während man die richtige Anordnung aus Fig. 4 erkennt. Alle Spulen 1 des magnetischen Feldes sind nach einander mit den Schienen 1 und alle Spulen 2 ebenso mit den Schienen 2 des Stromvertheilers K verbunden. Der Strom tritt von der Leitung X zur umlaufenden Bürste k und einer Schleiffeder k¹, Fig. 4 und 5, und gelangt, je nachdem sich die Bürste k über einem Streifen ι oder 2 befindet, in die eine oder die andere Gruppe der Feldmagnete. Von den Spulen führt die Leitung χ den Strom nach der Rückleitung X¹. Von der Leitung X zweigt sich noch die Leitung x¹ ab, um der Bürste h des Stromvertheilers H Strom zuzuführen. Die Elektromagnete des Ankers bestehen aus drei Gruppen 1, 2, 3 von je 6 Magnetpaaren. Alle mit 1 bezeichneten Magnete bilden eine Gruppe, ebenso die mit 2 und die mit 3 bezeichneten. Die Spulen jeder Gruppe stehen mit den entsprechenden Schienen h¹ des Stromvertheilers H in leitender Verbindung. Bei der gewählten Art der Schaltung der Spulen, der Gruppen und der Schienen des Stromvertheilers geht der durch die Bürste h eingeführte Strom in solcher Richtung durch die Spulen, dafs letztere die entgegengesetzten Pole wie die Feldmagnete erhalten. Die Spulengruppen 1, 2, 3 des ringförmigen Ankers sind an der entgegengesetzten Seite einzeln mit den entsprechenden Schienen der Reihe z'¹ des Stromvertheilers J verbunden, von dem der Strom durch die Bürste i und die Leitung y wieder zur Hauptleitung X¹ zurückgeführt wird. Bei der beschriebenen Stromschaltung ruhen die Bürsten der Stromvertheiler auf den mit ι bezeichneten Streifen, und die Gruppen 1 der Feldmagnete und des Ankers wirken anziehend auf einander ein, so dafs der letztere in der Pfeilrichtung umläuft. Sobald die Bürsten auf die Streifen 2 gelangen, werden die Gruppen 2 bethätigt und die Magnete 2 ziehen einander an. Die weitere Umdrehung bringt die Bürste k wieder auf einen Streifen 1, die Bürsten h und i gelangen auf Streifen 3 und infolge dessen wirken die Gruppe 1 der Feldmagnete und die Gruppe 3 der Ankermagnete auf einander ein. In gleicher Weise wird alsdann Gruppe 2 der Feldmagnete und Gruppe 1 der Ankermagnete erregt u. s. w. Da die Schaltung der Leitungen bei der beschriebenen Anordnung so gewählt ist, dafs die Pole der sich anziehenden Magnetpaare entgegengesetzt sind, so ziehen dieselben sich also an. Die Gruppen 1, 2, 3 des umlaufenden Ankers sind jedoch noch mit den zweiten Reihen h² und i² der Stromsammler H und / verbunden, und zwar in solcher Weise, dafs in gewissen Zeiten eine umgekehrte Magnetisirung stattfindet, oder mit anderen Worten, die Spulen werden alsdann in solcher Richtung durchströmt, dafs sie von den Feldmagneten 1, 2

abgestofsen werden. Die Schienen der Reihen ft² und i² sind mit ι \ 2¹, 3^α entsprechend den Ankerspulen 1, 2, 3 bezeichnet; bei dem Stromvertheiler H entspricht der Schiene 1 eine Schiene 2¹ der Reihe ft², der Schiene 2 entspricht ebenso eine solche 3¹ und der Schiene 3 eine solche 1^r. Die gleiche Anordnung ist für den Stromvertheiler J gewählt. Alle Spulen der Gruppe 1 des Ankers sind an einer Seite mit den Schienen ι ^λ des Stromvertheilers H verbunden und an der anderen Seite mit den Schienen 1^x des Stromvertheilers J. Aehnlich sind die Spulen 2 und 3 des Ankers verbunden, und die Richtung des Stromes von der Bürste h nach der Bürste i ist eine solche, dafs die Gruppen 1, 2, 3 im entgegengesetzten Sinne magnetisch werden, als wenn der Strom, wie oben beschrieben, durch die Schienen 1, 2, 3 fliefst. Das mit dieser Anordnung erreichte Ergebnifs erhellt aus der schematischen Dar-• stellung. Sobald die Spulen 1, 1 des magnetischen Feldes und des Ankers einander anziehen, so wird die Gruppe der Magnete 2 des Ankers von der Gruppe 1 der Feldmagnete abgestofsen, so dafs aufser der anziehenden Kraft noch eine abstofsende den Betrieb der Maschine unterstützt.

Sobald die Gruppen der Magnete 2, 2 auf einander einwirken, werden in gleicher Weise die Magnete 3 von der Gruppe 2 abgestofsen, und sobald weiter die Gruppe 1 der Feldmagnete die Gruppe 3 der Ankermagnete anzieht, stöfst sie gleichzeitig die Magnete, 1 des Ankers ab u. s. w. .

Der Strom gelangt von der Zuleitung X durch die Bürste k und den Stromsammlerschienen ι in die Spulen 1 der Feldmagnete und durch die Leitung χ zur Rückleitung X¹. Gleichzeitig gelangt der Strom auch durch die Leitung x¹ zur Bürste h, durch die Schiene r des Stromvertheilers H in die Spulen 1,1, und zwar in solcher Richtung, dafs Anziehung stattfindet. Von den Spulen vereinigt sich der Strom wieder in dem Vertheiler J, um durch die Bürste i und Leitung y nach der RUckleitung X^} zu gelangen. Gleichzeitig tritt ein Strom von der Bürste h durch die Schiene 2^α nach der Spulengruppe 2 des Ankers, und zwar in solcher Richtung, dafs dieselben von den Feldrnagneten 1 abgestofsen werden. Danach vereinigen sich die Spulenleitungen wieder in der Schiene 2'V des Vertheilers /, um durch die Bürste i und Leitung y gleichfalls zur Rückleitung X¹ zu. gelangen. Die wirkliche Anordnung der Spulen ergiebt sich aus der Zeichnung Fig. 4. Eine ähnliche Wirkungsweise findet statt, wenn die Bürsten weiter auf. die folgenden Schienen der Vertheiler,..K H J gelangen.

Es sei erwähnt, dafs die Gestalt und. Zahl der Magnete auch anders, als gezeichnet, angeordnet sein kann, wie auch die Schaltung eine veränderte Anordnung erhalten darf, um die beschriebene Wirkungsweise zu erreichen.

Claims (2)

Patent-Ansprüche:

1. Bei einer elektrischen Kraftmaschine mit zwei Magaetkränzen M M¹, Fig. 1 bis 3, von denen einer oder beide, umlaufen, die Anordnung der Magnete in , verschiedener Anzahl Gruppen für jeden Kranz, wobei aber die Gruppen in jedem Kranz die gleiche Zahl von Magneten umfassen und dergestalt von den Stromvertheilern C und C¹ mit Strom gespeist werden, dafs immer diejenigen Gruppen der beiden Kränze magnetisch werden, deren Pole sich in dem günstigsten Abstand von einander befinden. .

2. Bei einer elektrischen , Kraftmaschine der unter 1. gekennzeichneten Art an Stelle der beiden Stromvertheiler C und C¹ die drei Stromvertheiler H JK, Fig. 4. bis 6, von denen die beiden ersteren doppelt angeordnet sind und die Stromvertheilung in dem zugehörigen Spulenkranz in der Weise bewirken, dafs auf die durch den Stromvertheiler K magnetisch gemachten Gruppen von Magneten des zweiten Spulenkranzes stets zwei Gruppen von Magneten des ersteren wirken, von -denen die eine anzieht, die andere abstufst.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen.