DE76129C - Mehrpolige elektrische Maschine mit gruppenweiser Ankerwickelung - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21: Elektrische Apparate.

Patentirt im Deutschen Reiche vom 14. Juli 1892 ab.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung construirt man eine mehrpolige Dynamomaschine mit einem Anker, welcher derart bewickelt ist, dafs seine Wirkung auf dem Unterschied zwischen der Zahl von Magnetpolen und der Zahl von Spulensätzen oder der nachstehend sogen. Reihen von Spulensätzen im Anker beruht, wobei dieser Unterschied auf eins herabgebracht ist.

Der¹ benutzte Anker kann von irgend einer geeigneten Gestalt sein, es ist aber vorzuziehen, einen Ring oder Cylinder. mit Schlitzen zur Aufnahme der Drähte zu benutzen. In diesem Falle erzielt man eine sehr bedeutende Feldstärke, ohne zu grofse magnetisirende Kräfte anzuwenden. Gleichzeitig sind die Leiter vor mechanischen Beschädigungen geschützt.

Wenn η die Anzahl der Magnetpole ist, so theilt man die Ankerbewickelung in η +_ ι gleich weit von einander abstehende Spulensätze oder in zwei oder mehr aus solchen Spulensätzen gebildete Gruppen, wie nachstehend beschrieben werden soll.

In Nachfolgendem werden diejenigen fortlaufenden Windungen der Bewickelung, welche in einer Zahnlücke liegen, mit Spule, die durch Hintereinanderschaltung zu einem geschlossenen Stromkreis verbundenen Spulen mit Spulengruppen und die in einer Zahnlücke untergebrachten, nicht eine fortlaufende Windung darbietenden Spulen, wenn sie auch einer Spulengruppe angehören, als Spulensatz bezeichnet.

Die ti +_ 1 Spulensätze bilden eine Gruppe und die einander entsprechenden Spulen der einzelnen Gruppen bilden eine Satzreihe.

Es ist im allgemeinen empfehlenswerth, solche η Gruppen zusammen anzuwenden, so dafs die Gesammtzahl der Sätze η (η ±_ 1) beträgt. Man kann aber ein Vielfaches oder einen aliquoten Theil von η Gruppen benutzen, wie nachstehend beschrieben werden soll. Wenn die Anzahl Gruppen weder ein Vielfaches noch ein aliquoter Theil von η ist, so ist die Bewickelung unsymmetrisch.

Da die Anzahl Sätze in einer Gruppe gleich Kii, und zwar ungerade ist, so wird jeder Satz aus zwei Spulen gebildet, welche den beiden Hälften der Bewickelung angehören und zwischen denen die volle Potentialdifferenz besteht. Jeder, der Sätze in einer Gruppe weist zwei gesonderte Spulen entgegengesetzter Wickelungsrichtung auf. Die Enden der einzelnen Spulen sind.so mit einander verbunden, dafs die gesammten einer Gruppe angehörenden Spulen eine in sich geschlossene, zweimal um den ganzen Anker herumlaufende Leitung bilden.

Die Anwendung einer ungeraden Anzahl von Sätzen gewährt den Vortheil, dafs die elektromotorischen Kräfte der Gesammtzahl von Sätzen in jeder Gruppe sich addiren, so dafs die Anzahl Windungen jedes Satzes auf ein Mindestmafs gebracht wird.

Die verschiedenen Gruppen können in Parallelschaltung mit einander verbunden werden, indem Spulen gleichen Potentials entweder in der Bewickelung oder im Stromwender verbunden werden, oder dadurch, dafs man Bürsten an jeden der η neutralen Punkte, d. h. der Punkte in der Mitte zwischen benachbarten Feldmagnetpolen an den Stromwender

legt und die Bürsten von gleichem Potential, d. h. die abwechselnden Bürsten mit einander verbindet. Der letztere Vorgang ist vorzuziehen, weil es schwierig ist, vollkommene Gleichheit der elektromotorischen Kräfte in einander entsprechenden Spulen zu erzielen, wogegen die Spulen einer Gruppe gleichmäfsig über den ganzen Umfang des Ankers vertheilt sind und die von jeder Gruppe gelieferte elektromotorische Kraft nothwendig dieselbe ist.

Behufs Hintereinanderschaltung der Gruppen müssen alle einander entsprechenden Spulen in einer Gruppe, d. h. die Spulen, welche eine sogen. Reihe bilden, nach einander in Hintereinanderschaltung verbunden werden, wie nachstehend beschrieben werden soll. In diesem Falle ist blos ein Bürstenpaar nothwendig, aber die Funkenbildung wird verringert, wenn man an jedem neutralen Punkt eine Bürste anbringt. Die abwechselnden Bürsten sind mit einander verbunden.

Es sind verschiedene Abänderungen der obigen Bewickelung möglich, wobei die Gruppen in irgend einer Vereinigung von Hintereinander- und Parallelschaltung verbunden werden. Wenn man mehr als η (n± i) Sätze haben will, so können die Abstände zwischen jedem der η [η +_ ι) Sätze geeignet getheilt sein, um weitere Sätze aufzunehmen, die wie nachstehend beschrieben werden soll geschaltet sein können.

Fig. ι zeigt die einfachste Form der Bewickelung, dabei sind vier Feldmagnete A um den Anker herum angeordnet. Die Zahl der Nuthen im Anker beträgt fünf oder um eins mehr als jene der Magnetpole.

Vom Stromwendersteg ι aus verfolgt, der nach der Zeichnung unter der oberen Bürste B liegt, stellt sich die Bewickelung wie folgt dar:

Der Bewickelungsdraht tritt, vom Anschlufs an ι (an der Rückseite des Ringes) ausgehend, von hinten in die Nuth ι, geht bis an ihr vorderes Ende, macht, wenn erforderlich, an dieser Stelle eine oder mehrere Windungen um den Kern und geht vom vorderen Ende dieser Nuth an der Vorderseite des Ankers zur Nuth 2, auf welchem Wege er an den Stromwendersteg 2 angeschlossen ist. Durch die Nuth 2 geht der Draht von vorn nach hinten, macht wieder, wenn erforderlich, eine oder mehrere Windungen um den Kern, wie in der Nuth ι. und geht an der Hinterseite des Ringes oder der Trommel nach Anschlufs an den Stromwendersteg 3 oder besser an den Stromwendersteg 3', der mit ersterem in Verbindung steht, zur Nuth 3, welche er von hinten nach vorn durchsetzt bezw. daselbst eine oder mehrere Windungen um den Kern macht, und so fort, wobei die Verbindungen zwischen den auf einander folgenden Nuthen abwechselnd auf der Vorder- und Rückseite des Ankers liegen.

Nachdem auf diese Weise der Bewickelungsdraht die Nuth 5 auf der Vorderseite des Ankers verlassen hat, geht er in derselben Richtung zur Nuth 1, durchsetzt sie aber von vorn nach hinten, nachdem vorher ein Anschlufs an den Stromwendersteg i^a hergestellt worden ist, derart, dafs diese zweite Spule in der Nuth 1 entgegengesetzt zur ersten gewickelt ist. Dasselbe findet bei der Fortsetzung der zweiten Bewickelungslage in allen übrigen Nuthen statt.

Das Ende der zweiten Spule der Nuth 5 ist mit dem Anfang der ersten Spule der Nuth 1 verbunden.

Die in den übrigen Figuren dargestellten Anordnungen sind, wie ersichtlich, Erweiterungen der einfachen vorstehend beschriebenen Wickelung und Schaltung.

Der Stromwender besteht in diesem Falle aus η (« jt 1), also hier 4 X 5 = 20 Stegen, von denen 10 mit den Spulen am Anker und mit den übrigen 10 der Quere nach verbunden sind.

Die Stromwenderstege im allgemeinen können

in — Gruppen von je zwei (ίΐ±ι) Stäben ge-

theilt sein, d. h. es sind — neutrale Punkte von 2

gleichem Potential vorhanden.

Bei der Bewickelung Fig. 1 sind die Spulen 1 und 2 mit den Stegen 1 und 2 des Stromwenders verbunden, während die Spulen 3 und 4 der Bequemlichkeit wegen mit den Stegen 3' und 4' verbunden sind, statt mit den Stegen 3 und 4. Dies ändert aber an der Wirkung nichts, weil die Stege 3, 4 mit den Stegen 3', 4' verbunden sind. Ebenso sind die Spulen 5 und i^a mit den Stegen 5 und i^a verbunden. Die Spule i^a ist von der Spule ι durch die Isolation i getrennt und ähnlich die übrigen Spulen jedes Satzes.

Man sieht, dafs, während jede Abtheilung um

des Kreises vor der unmittelbar vor n jt ι

hergehenden steht, die entsprechenden Stromwenderstege in Abständen von —)

η ±_ ι

■ eines Kreises folgen.

B sind Bürsten, welche auf den Stromwenderstegen schleifen und denselben Strom zuführen oder entnehmen.

Diese einfache Bewickelung hat den Nachtheil, dafs der Strom im Anker das Feld unsymmetrisch beeinflufst, so dafs der von dem Magneten auf den Ankerkern ausgeübte Zug auf der einen Seite der Bürsten gröfser ist als

auf der anderen, was eine bedeutende Beanspruchung der Welle auf Biegung zur Folge hat.

Dies kann dadurch abgeändert werden, dafs man zwei Anker auf dieselbe Welle setzt, deren Bewickelungen um i8o° versetzt sind, wie in Fig. 2, oder dafs man die beiden Bewickelungen auf einem Anker vereinigt.

Diese beiden Spulengruppen können alsdann mit einander in Parallelschaltung oder in Hintereinanderschaltung verbunden ,werden.

Fig. 3 zeigt die Parallelschaltung zweier solcher Gruppen. In dem gezeichneten Beispiel sind die Querverbindungen der Stromwenderstege nicht angewendet, statt dessen sind die Bürsten gleichen Potentials verbunden, die Bewickelung ist einfach eine Verdoppelung der in Fig. 1 gezeigten.

In Fig. 4 sind die beiden Spulengrappen in Hintereinanderschaltung verbunden, es geschieht dies dadurch, dafs man die einander entsprechenden Spulen jeder Gruppe nach einander verbindet. Von Stromwendersteg 1 ausgehend, läuft die Bewickelung zu der Spule a', dann zu b' und berührt unterwegs den Steg 1', dann zu Spule a¹ unter Berührung des Steges 2, dann zum Steg 2' und zur Spule b'² u. s_t- f. Die vollständige Bewickelung ist in dieser Figur nicht gezeichnet, um deren Anordnung leichter erkennen zu lassen. In diesem Falle braucht blos ein Bürstenpaar benutzt zu werden, aber die Funkenbildung wird durch Anwendung der vollen Anzahl von Bürstenpaaren verringert.

Man bemerkt, dafs bei diesen beiden Bewickelungen, wenn — eine gerade Zahl ist, die

Stromwendung in den verschiedenen Feldern . abwechselnd und nicht gleichzeitig erfolgt. Dies würde bei Spulen, welche, wie gezeigt, durch den Ring gezogen sind, eine wechselnde Induction um den Ring herum hervorrufen und so die Funkenbildung bedeutend erhöhen. Um dies zu vermeiden, mufs die Bürste entweder, zwei Abtheilungen decken, oder die Verbindungen der Stromwenderstege müssen zu den mittleren Windungen jeder Spule statt zur ersten oder zur letzten gehen.

Die vollständige Bewickelung von η in ±_ 1) Abtheilungen vermeidet alle diese Schwierigkeiten. Fig. 5 zeigt alle Gruppen in Parallelschaltung verbunden. Dieser Fall ist eine Verdoppelung von Fig. 3, indem zwischen die benachbarten Spulen, welche die früheren Gruppen bilden, Zwischenspulen eingeschoben und mit dem Stromwender in genau derselben Weise verbunden sind ,■ so dafs, wenn jede zweite Abtheilung aus der Fig. 5 entfernt würde, die in Fig. 3 gezeichnete Bewickelung zurückbliebe. Statt dafs man die beiden gleichen Theile der Fig. 5 mit demselben Stromwendersteg verbindet, kann auch jeder der letzteren in zwei Hälften getheilt werden, welche mit den entsprechenden Spulen der beiden gleichen Theile verbunden sind, wie in Fig. 5 durch die punktirten Linien angedeutet.

Auf diese Weise wird jede bleibende Verbindung zwischen verschiedenen Gruppen vermieden und die Gruppen stehen blos durch die Bürsten in Verbindung unter einander. Hierdurch wird jede Gefahr eines Kurzschlusses infolge verschiedener elektromotorischer Kräfte in den Spulen unter verschiedenen Magnetpolen vermieden.

Man bemerkt, dafs bei dieser Verbindung mit dem Stromwender der Kurzschlufs der Spulen dadurch erfolgt, dafs die beiden Stromwenderstege, die mit derselben Spule verbunden sind, zeitweilig unter derselben Bürste liegen, und in anderen Fällen durch zwei Bürsten gleichen Potentials und ihre Verbindungsstege. Natürlich giebt es noch andere Verbindungsweisen, wodurch dies abgeändert werden kann.

Fig. 6 zeigt die vollständige Bewickelung in Hintereinanderschaltung. Der Lauf des Drahtes ist folgender: Die Spulen sind abwechselnd in entgegengesetzten Richtungen gewickelt, wie durch die ausgezogenen und punktirten Linien angedeutet.

Vom Stromwendersteg 1 ausgehend, geht der Draht zu den Abtheilungen a' und b\ Steg ι', Abtheilungen c' und d', Steg 2, Abtheilungen a¹ und έ², Steg 2', Abtheilungen c² und d², Steg 3, Abtheilungen a³ und Z>³, Steg 3 ', Abtheilungen c³ und d³ u. s. f., bis alle Abtheilungen halb ausgefüllt sind, dann wird d⁵ mit a' (in diesem Falle der oberen Hälfte von a') und dem Steg i^a verbunden und dann

der Steg i^a mit Abtheilung a' und b',
der Steg i'^a mit Abtheilungen c' und d',
der Steg 2^a mit Abtheilungen a'i und b'2, der Steg 2^la mit Abtheilungen c'i und d'2, der Steg 3^a mit Abtheilungen a'-x, und £'3, der Steg 3'^a mit Abtheilungen c'3 und d'$ u. s. f., bis d'5 mit dem Anfang von a' verbunden wird, was die Bewickelung beendigt. Man sieht, dafs auf diese Weise der Kurzschlufs einer Reihe von Spulen, d. i. der einander entsprechenden Spulen der verschiedenen Gruppen, gleichzeitig erfolgt. Der Kurzschlufs einer Reihe, etwa abcd, kann durch eine einzige Bürste erfolgen, welche die Stäbe 1 und 2 verbindet, aber die Funkenbildung wird verringert, wenn man 1' und 2' ebenfalls durch eine Bürste von gleichem Potential verbindet, so dafs beim Stromwechsel 1, 2, 1' und 2' sämmtlich mit einander verbunden sind.

Will man mehr als η (η +. ι) Abtheilungen haben, so kann man ein beliebiges Vielfaches dieser Zahl bei gleichzeitiger Vergröfserung der Zahl der Stromwenderstege benutzen. Fig. 7 zeigt ein Beispiel von 2 η (»±i) Abtheilungen, doch könnte man irgend ein anderes Vielfaches benutzen. Der Weg des Drahtes ist der folgende:

Steg 1, Abtheilung a' und b\ Steg 1', Abtheilung c' und d',

Steg ι bis 3, Abtheilung a' bis d² und b' bis a², Steg Γ bis 2', Abtheilung c' bis b'² und d' bis c²,

Steg 2, Abtheilung α² und b², Steg 2', Abtheilung c² und d² u. s. f.

Wenn die Anzahl Schlitze oder Nuthen im Anker bereits grofs ist, kann es räthlich erscheinen, blos die Zahl der Stromwenderstege zu erhöhen.

Wenn z. B. die Anzahl der Stege zweimal so grofs ist als die Anzahl der Schlitze, kann die Einrichtung so getroffen werden, dais jede Spule blos ein Viertel des Schlitzes ausfüllt, das andere Viertel wird nach Fertigstellung der Reihe von Spulen hinzugefügt und mit dem nächsten Satz von Stromwenderstegen verbunden. Die Stege entsprechen in diesem Fall nicht genau der Lage der Schlitze, da sie ein wenig verschoben sind, aber wenn die Zahl der Schlitze grofs ist, ist die Wirkung hiervon zu vernachlässigen.

Fig. 8 zeigt schematisch eine Maschine mit 8 Magnetpolen und 72 Abtheilungen im Anker.

Die durch vorliegende Wickelung erreichten Vortheile sind folgende: Es ist keine bleibende Parallelschaltung der Gruppen vorhanden, wie sie bei mehrpoligen Maschinen gewöhnlich ist und welche ungleiche Verkeilungen und selbst Stromumkehrungen in den verschiedenen Leitern im Gefolge haben kann.

Auch die Funkenbildung wird dadurch verringert, dafs die Stromwendung gleichzeitig an allen neutralen Stellen stattfindet und hierdurch die Induction des einen Satzes auf die andere aufgehoben wird. Denn die magnetisirenden Wirkungen der Wickelungen an benachbarten neutralen Punkten sind einander gleich und entgegengesetzt.

Diese Wirkung wird nicht erzielt, wenn die Stromwendung an den verschiedenen neutralen Punkten um den Anker herum zu verschiedenen Zeiten stattfindet.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Eine mehrpolige elektrische Maschine, bei welcher der Anker mit einer solchen Anzahl von Spulensätzen bewickelt ist, dafs die Spulensätze in Gruppen a' a² a³ a* a⁵, b' b'² b³ £⁴ b⁵ eingetheilt werden können, von denen jede aus gleich weit von einander abstehenden Sätzen besteht, deren Anzahl um eins gröfser oder kleiner ist als die Anzahl der Magnetpole, und wobei jeder Satz zwei gesonderte, in entgegengesetzten Richtungen gewickelte Spulen enthält, die Anzahl der gleichmäfsig vertheilten Gruppen von Sätzen gleich ist der Anzahl der Feldmagnetpole oder einem Vielfachen oder einem aliquoten Theil dieser Anzahl, und die Spulen so angeordnet und mit einem Stromwender verbunden sind, dafs, während der Stromwechsel in den Sätzen einer Gruppe in den auf einander folgenden neutralen Feldern nach einander erfolgt, er in den einander entsprechenden, gleich weit von einander entfernten und gegen die verschiedenen Feldmagnetpole gleichgelegenen Sätzen (a' b' c' d', a¹ b² c² d²) gleichzeitig stattfindet.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.