Selbsterregendes, elektromagnetisches Induktionsgetriebe für wechselnde Belastuug. Die Erfindung betrifft ein für Antriebe aller Art, zum Beispiel für Kraftwagen, Bahn- und Förderantriebe, Arbeitsmaschinen, geeignetes, ohne jede Hilfsstromquelle wirk sames, elektromagnetisches Induktionsgetriebe zur dynamischen Verbindung des motorischen Antriebes (zum Beispiel Verbrennungskraft maschine, Nebenschlussmotor, Transmission) mit dem Energieverbraucher (zum Beispiel Fahrzeuglaufwerk, Arbeitsmaschine), das aus zwei, Magnetsystem und Kurzschlussanker bildenden, gegeneinander verdrehbaren Tei len, von denen einer mit der treibenden, der andere mit der angetriebenen Welle der Kraftübertragung verbunden ist,
besteht und erfindungsgemäss auf dem die Kurzschluss wicklung tragenden Getriebeteil eine Hilfs wicklung aufweist, die über einen Kollektor mit der Erregerwicklung der Magnetpole auf dem andern Getriebeteile verbunden ist und in welcher bei der Relativbewegung,der Ge triebeteile der für die Magnetpole erforder liche Strom induziert wird.
Diese Anwendung von Selbsterregung bei dem Getriebe nach der Erfindung ermöglicht dessen besonders einfache, leichte und betriebssichere Aus führung und gewährleistet derart seine Ver wendbarkeit für einen mobilen Betrieb, da das Getriebe die durch das entsprechende Übersetzungsverhältnis sich ergebende Ge schwindigkeit des Energieverbrauchers seiner jeweiligen Belastung selbsttätig, ohne wesent liche Beeinflussung der Drehzahl des An triebes, elastisch und stossfrei anpasst.
Die Magnetpole auf dem einen der beiden Teile dieses Getriebes erzeugen bei dessen Relativbewegung gegen den andern Teil ein Drehfeld, das die auf dem andern Teile vor gesehene Kurzschlusswicklung beeinflusst. Durch dieses auf mechanischem Wege hervor gerufene Drehfeld wird der die Wicklung tragende Getriebeteil, wie der Anker eines Induktionsmotors, mit einer von der Belastung abhängigen, mehr oder weniger grossen Schlüpfung mitgenommen.
Die Stäbe der Hilfswicklung können hier bei in Längsbohrungen der Wicklungsstäbe der Hauptwicklung eingesetzt sein. Auch ist es möglich, dort, wo das selbst> erregende Getriebe etwa zu andern Zwecken herangezogen werden soll (zum Beispiel zur Ladung von Akkumulatoren im Kraftwagen betrieb) neben der mit der Hilfswicklung in Reihe geschalteten Feldwicklung noch eine Nebenschluss-(Compound)-Wicklung vorzu sehen.
Die Zeichnung veranschaulicht eine für Kraftwagen geeignete beispielsweise Ausfüh rungsform des Getriebes nach der Erfindung, und zwar zeigt: Fig. 1 die Schaltung des Getriebes und Fig. 2 das Getriebe nach Fig. 1 im Schnitt.
Das zum Ersatz eines Zahnräder-Wechsel getriebes bei Kraftwagen dienende elektro magnetische Getriebe besteht nach Fig. 1 und 2 der Darstellung aus zwei Teilen 2, 3, von denen der Teil 2 mit dem Laufwerk des Kraftwagens, .der Teil 3 mit dem Antriebs motor fest verbunden ist. Der mit der an getriebenen Welle B vereinigte Getriebeteil \? ist ähnlich dem Läufer eines Elektromotors, im vorliegenden Falle eines Wechselstrom- Induktionsmotors, ausgebildet und mit einer in sich geschlossenen Käfigwicklung 1 ver sehen.
Der mit der Treibwelle A verbundene trommelförmige Getriebeteil 3 trägt zwei oder mehrere Magnetpole N, ,S', auf denen Feld spulen 4, 5 sitzen. Zwischen den beiden Tei len 2, 3. des Getriebes ist ein angemessener Luftspalt vorhanden.
Für die Erregung des magnetischen Fel des ist auf dem Getriebeteil 2 eine Hilfs- wicklung 6 vorgesehen, deren einzelne Win dungen oder Windungsgruppen an die Seg mente eines Kollektors 7 angeschlossen sind. An dem die Magnetpole tragenden Getriebe teil 3 sind ein Bürstenpaar 8; 16 und ein Schleifringpaar 9, 13 vorgesehen.
Ferner ist, ausserhalb des Getriebes ein Regulierwider stand 11 vorhanden (Fig. 1), dessen Klem men mit Bürsten 10, 12 verbunden sind, die mit den Schleifringen 9, 13 zusammenwirken. Der durch die Relativbewegung der Getriebe teile 2, 3i in der Hilfswicklung 6 induzierte Erregerstrom fliesst daher, wie aus Fig.
1 ersichtlich, vom Kollektor 7 durch die Bür ste 8 zum Schleifring 9, wird von diesem durch die Bürste 10 abgenommen und durch den, je nach dem Verwendungszweck des Ge- triebs, von Hand aus, mittelst eines Pedals oder in anderer Weise verstellbaren Regulier widerstand 11 über die Bürste 12 dem Schleif ring 13 zugeführt, der an die eine Klemme 14 der Feldspulen 4, 5 angeschlossen ist. Der Strom durchfliesst nun die Feldspulen 4, 5 (in Fig. 1 ist der Einfachheit halber nur ein Magnetpolpaar wiedergegeben) und gelangt nun über die Klemme 15 und die Bürste 16 zum Kollektor 7 und zur Hilfswicklung 6 zu rück.
Die an ihren Enden untereinander und mit den Kollektorfahnen verbundenen Stäbe der Hilfswicklung können in Längsbohrungen der Stäbe 1 der kurzgeschlossenen Käfigwick- lung eingesetzt sein (Fig. 2), damit die Stäbe der Hilfswicklung das Kraftfeld mit der glei chen Geschwindigkeit schneiden wie die Stäbe der Hauptwicklung, der Eisenquerschnitt nicht geschwächt wird, sowie um Platz zu sparen. Eine eventuelle Schirmwirkung der Käfigwicklung auf die Stäbe der Hilfswick lung wird durch die kräftige Ausbildung der Magnetpole ausgeglichen.
In Fig. 1 ist aber, um die Darstellung möglichst zu vereinfachen, .die Hilfswicklung 6 als eine von den Stä ben 1 des Käfigankers unabhängige Wick lung dargestellt.
Der Kollektor 7 kann, wie Fig. 2 zeigt, als Scheibenkollektor ausgebildet sein, dessen Kontaktflächen senkrecht zu seiner Dreh achse stehen, während die Bürsten 8,16 durch Federdruck in zur Drehachse paralleler Rich tung gegen den Kollektor gepresst werden. Dadurch wird verhindert, dass sich die mit dem Magnetsystem umlaufenden Bürsten bei den hohen, in Betracht kommenden Drehzah len vom Kollektor 7 abheben.
(Der schema tischen Fig. 1 ist diese Ausbildung des Kol lektors nicht zu entnehmen.) Wenn nun der Antriebsmotor in Gang ist, wobei auch,der mit ihm fest verbundene Ge triebeteil 3 mit den Magnetpolen umläuft und der Regulierwiderstand 11 kurzgeschlossen wird, dann reduziert der remanente Magne tismus der um den noch stillstehenden Ge triebeteil 2 umlaufenden Magnetpole in der Hilfswicklung 6 eine Spannung, die einen Strom durch die Feldspulen 4, 5 erzeugt, der die Erregung des Magnetsystems bis zu einer gewissen Sättigung verstärkt (Selbst erregung).
Durch die induktive Wirkung des mechanisch erzeugten, starken, magnetischen Drehfeldes auf die Käfigwicklung 1 wird auch der die Wicklung tragende Getriebe teil 2 mitgenommen und so auf ihn die Be wegung des Getriebeteils 3 übertragen. Die Umlaufgeschwindigkeit des Teils 2 bleibt nun, wie bei einem Induktionsmotor, hinter der des Getriebeteils 3 zurück. Die "Schlüp- fung" ist durch die auftretenden mechani schen, elektrischen und magnetischen Ver luste des Getriebes bedingt, das den dafür notwendigen, geringen Energiebedarf aus der ihm mechanisch zugeführten Energie deckt.
Die Schlüpfung wird aber auch um so grösser, je stärker der mit dem Getriebeteil 2 ver bundene Energieverbraucher (Fahrzeuglauf werk, Arbeitsmaschine) belastet ist. Je mehr aber die Geschwindigkeit des einen Teils ge gen die des andern Teils zurückbleibt, desto stärker ist die Erregung des Magnetsystems, das nun ein entsprechend vergrössertes Dreh moment auf den mitgenommenen Getriebeteil überträgt. Demnach regelt sich die Geschwin digkeit des Energieverbrauchers bei stets gleichbleibender Energieaufnahme selbsttätig derart, dass dadurch,die Drehzahl der Ener giequelle (zum Beispiel des Antriebsmotors oder der Transmission) nicht oder nur wenig beeinträchtigt wird.
Bei Kraftwagenantrieben kann die Motor welle A, ohne Zwichenschaltung einer beson deren, ausrückbaren Kupplung, unmittelbar mit dem primären Getriebeteil 3 verbun den werden. Das Getriebe nach er Erfindung ersetzt dann nicht nur das Wechselgetriebe, sondern auch die Kupplung, wodurch der Bau von Kraftwagen beträchtlich vereinfacht wird.
Die selbsttätige Regelung des Überset zungsverhältnisses kann überdies durch Än- derung des Regulierwiderstandes 11 beein flusst werden. Wird dessen Arm auf den unendlich grossem Widerstand entsprechenden Leerknopf gestellt, dann findet keine Er regung der Magnetpole und somit auch keine Mitnahme des sekundären Getriebeteils statt, da der remanente Magnetismus der Pole hierzu nicht ausreicht (Leerlauf des An triebes).
Wird bei Kraftwagenantrieben überdies eine Einrichtung getroffen, die es ermöglicht, den Motor des Kraftfahrzeuges stillzusetzen, dann kann das Getriebe nach der Erfindung, zum Beispiel bei Talfahrt, auch zur elektri schen Bremsung des Fahrzeuges verwendet werden.
Sind nämlich der Motor und der mit ihm verbundene Getriebeteil in Ruhe, dann wird infolge der nun bezüglich des still stehenden Getriebeteils sehr beträchtlichen Re lativgeschwindigkeit des durch den Schwung des Fahrzeuges noch umlaufenden andern Getriebeteils in der Hilfswicklung 6 ein starker Erregerstrom induziert, der durch den verstellbaren Widerstand 11 den Brems verhältnissen angepasst werden kann, .so dass in der umlaufenden Käfigwicklung 1 ein starkes Bremsmoment auftritt.
Derart kann .das Induktionsgetriebe nach der Erfindung bei der Fahrt im Gefälle auch zur elektri schen Bremsung von Kraftfahrzeugen ver wendet werden, was sowohl betriebstechnisch als auch wirtschaftlich von Vorteil ist.
Die Magnetpole können ausser mit der in Reihe zur Hilfswicklung geschalteten Feld wicklung auch mit einer Nebenschlusswick- lung (Compoundwicklung) versehen sein, von welcher Möglichkeit insbesondere dann An wendung gemacht werden kann, wenn das Getriebe zeitweise etwa zur Erzeugung von elektrischer Energie, zum Beispiel zur Akku mulatorenladung, verwendet werden soll.
Da für die Wirkung des Getriebes nach der Erfindung in jeder Ausführungsform nur die Relativgeschwindigkeit der Teile massgebend ist, kann auch, umgekehrt, die treibende Welle mit -dem -die Wicklung 1. bezw. 6 tragenden Getriebeteil 2 und die angetriebene Welle mit dem Teil des Getrie- bes verbunden sein, auf dem das Magnet system angeordnet ist.
Self-exciting, electromagnetic induction gear for changing loads. The invention relates to an electromagnetic induction gearbox for dynamic connection of the motor drive (for example internal combustion engine, shunt motor, transmission) with the energy consumer, suitable for drives of all kinds, for example for motor vehicles, rail and conveyor drives, work machines, without any auxiliary power source (e.g. vehicle running gear, machine), which consists of two mutually rotatable parts forming a magnet system and short-circuit armature, one of which is connected to the driving shaft and the other to the driven shaft of the power transmission,
consists and according to the invention on the transmission part carrying the short-circuit winding has an auxiliary winding which is connected to the excitation winding of the magnetic poles on the other transmission parts via a collector and in which the relative movement of the transmission parts of the current required for the magnetic poles is induced.
This application of self-excitation in the transmission according to the invention enables its particularly simple, easy and reliable execution and thus ensures its usability for mobile operation, since the transmission automatically adjusts the speed of the energy consumer of its respective load resulting from the corresponding transmission ratio, adapts flexibly and smoothly without significantly influencing the speed of the drive.
The magnetic poles on one of the two parts of this transmission generate a rotating field when it moves relative to the other part, which influences the short-circuit winding seen on the other part. This mechanically generated rotating field entrains the gear part carrying the winding, such as the armature of an induction motor, with a more or less large slip depending on the load.
The bars of the auxiliary winding can be used here in longitudinal bores of the winding bars of the main winding. It is also possible, where the self-exciting gear is to be used for other purposes (for example to charge batteries in a motor vehicle), in addition to the field winding connected in series with the auxiliary winding, a shunt winding (compound) winding see.
The drawing illustrates an example embodiment of the transmission according to the invention which is suitable for motor vehicles, namely: FIG. 1 shows the circuit of the transmission and FIG. 2 shows the transmission according to FIG. 1 in section.
The replacement of a gear change gear in motor vehicles serving electro-magnetic gear consists of Fig. 1 and 2 of the illustration of two parts 2, 3, of which part 2 with the drive of the motor vehicle. The part 3 with the drive motor fixed connected is. The gear part combined with the driven shaft B \? is similar to the rotor of an electric motor, in the present case an AC induction motor, designed and see with a self-contained cage winding 1 ver.
The drum-shaped gear part 3 connected to the drive shaft A carries two or more magnetic poles N,, S ', on which field coils 4, 5 sit. There is an adequate air gap between the two parts 2, 3 of the transmission.
For the excitation of the magnetic field, an auxiliary winding 6 is provided on the gear part 2, the individual windings or groups of windings being connected to the segments of a collector 7. On the transmission part 3 carrying the magnetic poles are a pair of brushes 8; 16 and a slip ring pair 9, 13 are provided.
Furthermore, outside of the transmission, a regulating resistance was 11 available (Fig. 1), the Klem men with brushes 10, 12 are connected, which cooperate with the slip rings 9, 13. The excitation current induced by the relative movement of the gear parts 2, 3i in the auxiliary winding 6 therefore flows, as shown in FIG.
1 can be seen, from the collector 7 through the Bür ste 8 to the slip ring 9, is removed from this by the brush 10 and, depending on the intended use of the gear, by hand, by means of a pedal or otherwise adjustable regulating resistance 11 fed via the brush 12 to the slip ring 13, which is connected to one terminal 14 of the field coils 4, 5. The current now flows through the field coils 4, 5 (for the sake of simplicity, only one pair of magnetic poles is shown in FIG. 1) and then returns via the terminal 15 and the brush 16 to the collector 7 and the auxiliary winding 6.
The rods of the auxiliary winding connected to one another at their ends and to the collector lugs can be inserted into longitudinal bores in the bars 1 of the short-circuited cage winding (Fig. 2) so that the bars of the auxiliary winding intersect the force field with the same speed as the bars of the main winding , the iron cross-section is not weakened, as well as to save space. Any shielding effect of the cage winding on the bars of the auxiliary winding is compensated for by the strong formation of the magnetic poles.
In Fig. 1, however, in order to simplify the representation as much as possible, the auxiliary winding 6 is shown as a winding independent of the bars 1 of the cage armature.
The collector 7 can, as FIG. 2 shows, be designed as a disc collector, the contact surfaces of which are perpendicular to its axis of rotation, while the brushes 8, 16 are pressed against the collector by spring pressure in the direction parallel to the axis of rotation. This prevents the brushes rotating with the magnet system from lifting off from the collector 7 at the high speeds in question.
(The schematic table Fig. 1, this training of the Kol lector can not be seen.) When the drive motor is in motion, and also, the gear part 3 firmly connected to it rotates with the magnetic poles and the regulating resistor 11 is short-circuited, then reduced the remanent magnetism of the still stationary Ge gear part 2 rotating magnetic poles in the auxiliary winding 6 a voltage that generates a current through the field coils 4, 5, which amplifies the excitation of the magnet system up to a certain saturation (self-excitation).
Due to the inductive effect of the mechanically generated, strong, rotating magnetic field on the cage winding 1, the transmission carrying the winding part 2 is carried along and the movement of the transmission part 3 is transferred to it. As in the case of an induction motor, the speed of rotation of part 2 now remains behind that of gear part 3. The "slippage" is caused by the mechanical, electrical and magnetic losses of the transmission, which covers the necessary, low energy requirement from the energy supplied to it mechanically.
The slippage is also greater, the more the energy consumer connected to the transmission part 2 (vehicle running gear, work machine) is loaded. But the more the speed of one part lags behind that of the other part, the stronger the excitation of the magnet system, which now transmits a correspondingly increased torque to the driven gear part. Accordingly, the speed of the energy consumer regulates itself automatically with constant energy consumption in such a way that the speed of the energy source (for example the drive motor or the transmission) is not or only slightly affected.
In motor vehicle drives, the motor shaft A can be verbun directly to the primary transmission part 3 without the interconnection of a special, disengageable clutch. The transmission according to the invention then not only replaces the change gear, but also the clutch, whereby the construction of motor vehicles is considerably simplified.
The automatic regulation of the transmission ratio can also be influenced by changing the regulating resistor 11. If its arm is placed on the empty button corresponding to the infinitely large resistance, then there is no excitation of the magnetic poles and thus no entrainment of the secondary gear part, since the remanent magnetism of the poles is not sufficient for this (idling of the drive).
If, in addition, a device is made in motor vehicle drives that makes it possible to shut down the motor of the motor vehicle, then the transmission according to the invention can also be used for electrical braking of the vehicle, for example when driving downhill.
If the motor and the gear part connected to it are at rest, then a strong excitation current is induced in the auxiliary winding 6 due to the now with respect to the stationary gear part, which is very considerable relative speed of the other gear part still rotating through the momentum of the vehicle, in the auxiliary winding 6, which is induced by the adjustable Resistance 11 can be adapted to the braking conditions, so that a strong braking torque occurs in the rotating cage winding 1.
In this way, the induction transmission according to the invention can also be used for electric braking of motor vehicles when driving downhill, which is advantageous both operationally and economically.
In addition to the field winding connected in series to the auxiliary winding, the magnetic poles can also be provided with a shunt winding (compound winding), which can be used in particular when the transmission is temporarily used to generate electrical energy, for example for Battery charger should be used.
Since only the relative speed of the parts is decisive for the effect of the transmission according to the invention in each embodiment, the driving shaft with -dem -the winding 1. respectively. 6 supporting transmission part 2 and the driven shaft be connected to the part of the transmission on which the magnet system is arranged.