Mit Kompensationsspulen und mit ausgeprägten Polen versehene Kommutatormaschine. Die Erfindung betrifft eine mit Kompen sationsspulen und mit ausgeprägten Polen versehene Kommutatormaschine, zwecks Er zielung möglichst geringer radialer Abmes sungen.
Es ist nämlich insbesondere bei Bahn- und Kranmotoren, zwecks Unterbringung einer möglichst grossen Leistung innerhalb eines begrenzten Raumes, wichtig, die radialen Abmessungen der Motoren möglichst weit gehend zu vermindern. Bei Maschinen mit ausgeprägten Polen ist es demnach wün schenswert, die Polschenkel bezw. die Feld- mnagnetspulen so weit als möglich zu verkür zen was durch weitestgehende Verminderung des Luftspaltes ermöglicht wird, da damit der zu überwindende magnetische Widerstand wesentlich herabgesetzt wird.
Aus mechani schen Gründen würde sich die Verminderung des Luftspaltes durch Benützung von Ku gel- oder Rollenlagern weitgehend verwirk lichen lassen, doch steckt einer solchen Ver minderung die durch die Ankerrückwirkung erzeugte Feldverzerrung eine Grenze.
Um diese Feldverzerrung aufzuheben, muss man eine Kompensationswicklung an bringen. Durch die bisher angewendeten Wicklungen dieser Art werden die Anschaf fungskosten der Motoren wesentlich erhöht, anderseits entstehen namentlich bei Bahn motoren, die verhältnismässig häufigen Aus besserungen unterworfen sind, Schwierigkei ten, weil die Kompensationswicklung auf den Polflächen mehr oder weniger gleichmässig verteilt angeordnet wurde und deshalb in die Nuten eingewickelt werden musste.
Die Erfindung beruht auf der Erkennt nis, dass es zweckmässiger ist, die Kompen sationswicklung derart zu konzentrieren, dass die Zwischenräume je zweier benachbarter Pole durch je eine einzige Kompensations spule überbrückt und die zur Aufnahme der Kompensationsspulen dienenden Nuten der Polschuhe derart angeordnet sind, dass sie die Polfläche in wesentlich gleiche Teile unter teilen.
Bei einer derart konzentrierten Anord nung der Kompensationswicklung können auf Schablonen fertiggewickelte Spulen benutzt werden, wobei es zweckmässig ist, die Anord- nung so zu treffen, dass sie das leichte Ein setzen und Entfernen, sowohl der Kompen sationsspulen, als der Feldmagnetspulen, ge stattet, so dass etwaige Ausbesserungen leicht durchgeführt werden können.
Die durch die Erfindung geschaffenen Verhältnisse sind in Fig. 1 für denjenigen Fall dargestellt, dass die zwei Pole eines Paa res nur unter sich und in Fig. 2 für denjeni gen Fall, dass alle Pole je mit den beiden be nachbarten Polen verbunden sind; Fig. 3 zeigt eine teilweise geschnittene Vorderansicht einer vierpoligen Maschine mit einer der Fig. 1 entsprechenden Anord nung der Kompensationsspulen, während Fig. d die Ausführung der Feldmagnetpole für die in Fig. 2 veranschaulichte Anord nung der Kompensationsspulen darstellt.
Wie aus Fig. 1 und 3 hervorgeht, besitzt ein jedes Polpaar N-S je eine gemeinsame Kompensationsspule A, deren je eine Seite a in der Mittelebene je eines Polschuhes liegt, so dass die betreffende Seite a der Kompen sationsspule die Polfläche in zwei gleiche Teile teilt.
Wie aus Fig. l hervorgeht, sind die hier durch geschaffenen magnetischen Verhält nisse die folgenden: Die volle Linie I veranschaulicht den Verlauf des Ankerfeldes im Bereiche der ein zelnen Polflächen. Das Ankerfeld besitzt seine grössten Werte an den beiden Rändern der Polflächen, während es in der Mitte der Polfläche Null ist. Dementsprechend sind die Richtungen des Ankerfeldes an den bei den Rändern der Polfläche einander ent gegengesetzt.
Die volle Linie II veranschaulicht die Stärke des durch die Kompensationsspule A erzeugten Feldes im Bereiche der Polfläche. Dieses Feld besitzt an der ganzen Polfläche eine gleichmässige Stärke, doch ändert sich die Richtung desselben in der Mitte einer jeden Polfläche. Der Verlauf des aus demn Ankerfeld und Kompensationsfeld resultie renden Feldes längs der Polflächen ist durch die starken strichpunktierten Linien III be zeichnet. In Fig. 1 ist angenommen, dass die, auf eine Polfläche entfallende Ampèreleiterzahl des Kompensationsfeldes die Hälfte der auf die Polfläche entfallenden Ampèreleiterzahl des Ankerfeldes beträgt.
Unter diesen Ver hältnissen erreicht der Höchstwert des resul tierenden Feldes an dem einen Rand der Pol fläche bloss die Hälfte des Höchstwertes des Ankerfeldes, und dieser Wert nimmt bis zum ersten Viertel des Feldbogens allmählich auf Null ab, um in entgegengesetztem Sinne bis zur Mitte des Polbogens auf die Hälfte des Höchstwertes des Ankerfeldes anzuwachsen. Bei Überschreitung der Mitte des Polbogens ändert sich die Richtung des resultierenden Feldes und beträgt die Stärke desselben gleichfalls bloss die Hälfte des Höchstwertes des Ankerfeldes. Diese Feldstärke nimmt bis zum dritten Viertel des Polbogens wieder all mählich bis auf Null ab, um bis zum andern Polende mit geändertem Sinne bis auf ihren Höchstwert anzuwachsen, der jedoch wieder bloss die Hälfte des Höchstwertes des Ankerfeldes erreicht.
Es ist also ersichtlich, dass die, durch das Ankerfeld erzeugte Feldstufe bei der be schriebenen Anordnung in zwei Stufen von der halben Grösse unterteilt wird.
Dieses günstigste Ergebnis tritt dann ein, wenn die auf die Polfläche entfallende Am- pèrewindungszahl des Kompensationsfeldes die Hälfte der auf die Polfläche entfallenden Ampèrewindungszahl des Ankers beträgt. Bei Abweichung von diesem Verhältnisse ge staltet sieh das Ergebnis ungünstiger, und zwar wvächst bei Verringerung der Ampère- windungszahl des Kompensationsfeldes die Feldstärke an den Rändern der Polfläche, gegenüber dem durch die starke strichpunk tierte Linie angedeuteten Wert an, was mit Rücksicht auf die Kommutierungsverhält nisse verwerflich ist.
Wird aber die Ampère- windungszahl des Kompensationsfeldes ge genüber dem angegebenen Wert erhöht, so steigt zwar die Feldstärke in der Mitte des Feldbogens über den durch die strichpunk tierte Linie<B>111</B> angedeuteten 'Wert, was die Kommutation nicht beeinträchtigt, dagegen kann die Stärke des resultierenden Feldes durch Steigerung der Ampèrewindungszahl des Kompensationsfeldes bis auf die Am- pèrewindungszahl des Ankers (auf die Pol fläche bezogen) an den Polrändern auf Null herabgedrückt werden, wie dies die schwache strichpunktierte Linie III' andeutet. Dieser Vorteil wird jedoch durch Vergrösserung der Kompensationswicklung erkauft.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Anord nung ist ein jeder Pol durch je eine Kom pensationsspule A bezw. B mit den beiden benachbarten Polen verbunden, so dass in jede Polfläche zwei Spulenseiten a bezw. b zu lie gen kommen. Die beiden Spulenseiten a und b sind derart angeordnet, dass sie den Pol bogen in drei gleiche Teile unterteilen.
Bei den durch die Schaulinien der Fig. 2 gewählten Verhältnissen ist die Ampère- leiterzahl in den beiden Nuten der Polfläche gleich angenommen, so dass in dem mittleren Abschnitt des Polbogenstückes sich kein Kompensationsfeld ausbildet, sondern sich dieses auf die beiden äussern Polbogenstücke beschränkt. An den Rändern des mittleren Bogenstückes beträgt daher der Höchstwert des Ankerfeldes nur einen Drittel von jenem an den beiden äussersten Endpunkten des Polbogens.
Für die beiden äussern Polbogen stücke wird bei einer bestimmten Kompen- sations-Ampèreleiterzahl pro Pol für den Höchstwert des resultierenden Feldes ein Minimum erzielt, und zwar im Falle, wenn das Kompensationsfeld zwei Drittel des Höchstwertes des Ankerfeldes beträgt, wie dies in Fig. 2 durch die Linie II angedeutet ist. Das unter diesen Umständen resultie rende Feld ist durch die strichpunktierten Linien III angedeutet. Von diesem günstig sten Verhältnis kann man mehr oder weniger abweichen, doch soll die Ampèreleiterzahl des Kompensationsfeldes nicht weniger als ein Viertel der unter dem Polschuhbogen lie genden Ankerampèreleiterzahl betragen und diese nicht überschreiten.
Dadurch, dass die Kompensationsspulen pro Polfläche in einer oder höchstens in zwei Nuten konzentriert sind, kann man die Schenkel der Magnetpole derart ausführen, dass die fertigen Kompensationsspulen in bei nahe gänzlich geschlossene Nuten eingelegt werden können. Zu dem Ende werden die Magnetpole in der Längsrichtung der Schen kel, welche die zur Aufnahme der Kompen sationswicklung bestimmte Nut einschliessen, unterteilt.
Gemäss Fig. 3 sind zum Beispiel die Pole in der Mittelebene an der Stossfläche d unter teilt. Die hierbei entstehenden Schenkel c werden miteinander durch querlaufende Schrauben verbunden.
Der Zusammenbau der Maschine erfolgt in der Weise, dass die Hälften c, c zweier benachbarter Magnetpole um die beiden Sei ten a der Kompensationsspule A gelegt und zusammengeschraubt werden. Hierauf wer den die Feldspulen e auf die Magnetschenkel aufgeschoben und das durch die Kompensa tionsspule A miteinander vereinigte, mit den aufgeschobenen Feldspulen e ausgerüstete Magnetschenkelpaar durch die Schrauben f an das Gestell g angeschraubt.
Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausfüh rung ist der Magnetpol nach schräg zu seiner Achse verlaufenden Ebenen d unterteilt, zu denen die Aussenflächen h der Magnetschen kel parallel laufen. Infolgedessen lässt sich der Zusammenbau in folgender Weise aus führen: Es wird zunächst der mittlere Teil c1 des Magnetpols mittelst der Schraube f1 an das Gestell g festgeschraubt und die Feldspule e in ihrer Stellung am Gestell festgelegt. Hier auf werden die Kompensationsspulen A und B in die halben Nuten des mittleren Stückes c1 der Pole eingesetzt. Es können nun die beiden Seitenteile c, c der Magnetpole in die zwischen dem Mittelteil c1 und der schiefen Innenfläche der Feldspulen e freigebliebenen schiefen Kanäle eingeschoben und durch Schrauben f befestigt werden.
. Durch die oben angegebene Anordnung wird die Maschine nicht nur mit Rücksicht auf die geringeren radialen Abmessungen in der Raumausnutzung sparsamer, sondern es vermindern sich auch infolge Verringerung des Feldkupfers die Herstellungskosten. Der Wirkungsgrad wird infolge der geringeren Erregungsverluste günstiger.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich bei Ver wendung von Wendepolen und Wendewick lungen daraus, dass die Abmessungen dersel ben geringer ausfallen, da ein Teil der mag- netomotorisehen Kraft des Ankers bereits kompensiert ist.
Die angegebene Anordnung lässt sich so wohl bei Gleichstrom-, als bei Wechselstrom- Kommutatormaschinen anwenden.