Nikola Tesla German Patent 58774 - Field Magnet Arrangement for Alternating Current Engines

Patentschrift Nr. 58 774

Klasse 21: Elektrische Apparate.

Nikola Tesla in New York (V. ST. A.).

Feldmagnetanordnung fuer Wechselstromkraftmaschinen.

Patentiert im Deutschen Reich vom 3. Dezember 1889 ab. Ausgegeben den 15. September 1891.

Die vorliegende Erfindung bildet eine Neuerung an jener Gattung von elektrischen Kraftmaschinen, bei welchen eines der Elemente, der Anker oder die Feldmagnete, mit Spulen versehen ist, durch welche von irgend einer geeigneten Stromquelle aus Wechselströme von verschiedener Phase hindurchgesendet werden, um in der Maschine ein Fortschreiten oder eine Drehung der Punkte stärkster magnetischer Anziehung hervorzubringen.

Kraftmaschinen dieser Art werden in verschiedener Weise hergestellt; die hauptsächlichsten Formen sind die folgenden: 1. diejenigen, bei welchen die unabhängigen Erregungsstromkreise mit unabhängigen Stromquellen für Wechselströme verbunden sind, welche einen bestimmten Phasenunterschied besitzen; 2. jene, bei welchen die unabhängigen Erregungsstromkreise von verschiedener Beschaffenheit sind oder verschiedene Selbstinduktion besitzen und von derselben Stromquelle aus gespeist werden und parallel geschaltet sind, und 3. diejenigen, welche unabhängige Erregungsstromkreise besitzen, die wechselseitig aufeinander induzierend einwirken, wodurch Wechselströme, die durch eine Leitung hindurchgehen, ähnliche Ströme in der anderen hervorrufen.

Vorliegende Erfindung bezieht sich hauptsächlich auf die zwei letzterwähnten Arten von Maschinen, d.h. auf jene, welche durch eine einzige Quelle von Wechselströmen betrieben werden oder bei welchen die Ströme in den beiden Erregungsstromkreisen unmittelbar oder mittelbar einer Hauptleitung entnommen werden.

Die Verzögerung in der Phase eines Wechselstromes ist der Selbstinduktion direkt und dem Widerstand der Leitung, durch welche der Strom fließt, umgekehrt proportional. Um daher den erforderlichen Phasenunterschied in den beiden Erregungsstromkreisen hervorzurufen, ist es wünschenswert, in dem einen die Selbstinduktion größer und den Widerstand kleiner zu machen als in dem anderen. Gleichzeitig sollten die magnetischen Momente der beiden Magnete oder Sätze von Magneten, welche die beiden Ströme hervorrufen, angenähert gleich sein. Diese an Kraftmaschinen der vorliegenden Art gestellten Anforderungen haben zur Erfindung einer Maschine geführt, welche die folgenden wesentlichen Merkmale besitzt. Die Spulen, welche in jenem Erregungsstromkreis enthalten sind, der die höhere Selbstinduktion besitzen soll, sind aus starkem Draht oder aus einem Leiter von verhältnismäßig geringem Widerstand hergestellt und es wird die größtmögliche Länge oder Anzahl Windungen benutzt.

Im anderen Satz Spulen befinden sich verhältnismäßig wenig Windungen eines feineren Drahtes oder eines Drahtes von höherem Widerstand. Weiter werden, um die Magnetismen der durch diese Spulen erregten Magnete einander annähernd gleich zu machen, die Kerne im Selbstinduktionszweig länger gemacht als jene im anderen oder Widerstandszweig. Eine derartig hergestellte Kraftmaschine ist in Fig. 1 und 2 dargestellt.

Fig. 1 ist ein Schnitt durch die Maschine senkrecht zur Welle, Fig. 2 eine schematische Darstellung der Schaltung der Spulen der Feldmagnete. In Fig. 2 seien A die Spulen in einem Zweige und B jene im anderen; der Zweig A habe die größere Selbstinduktion; zur Herstellung der Spulen dieses Zweiges wird daher eine große Länge oder eine große Zahl Windungen von starkem Draht benutzt.

Für den Zweig B wird ein kürzerer Leiter oder ein Leiter von höherem Widerstand als Kupfer, etwa Neusilber oder Eisen, benutzt und die Spulen haben eine geringere Anzahl von Windungen.

Bei Anwendung dieser Spulen in einer Kraftmaschine wird ein Feld aus den Platten C aus Eisen oder Stahl aufgebaut, welche miteinander in der gewöhnlichen Weise durch Bolzen D verbunden sind. Jede Platte besitzt vier oder eine andere Anzahl langer Kerne E, um welche ein Raum zur Aufnahme der Spule freigelassen ist, und eine gleiche Zahl kurzer Ansätze F zur Aufnahme der Spulen des Widerstandszweiges. Die Platten sind im allgemeinen von ringförmiger Gestalt und bilden in der Mitte einen offenen Raum zur Aufnahme des Ankers G.

Ein auf die beiden Zweige verteilter Wechselstrom erleidet im Zweig A eine viel größere Verzögerung als im Zweig B. Vermöge der Größenverhältnisse und der Anordnung der Kerne und der Spulen stimmen die magnetischen Wirkungen der Magnete E und F auf den Anker nahezu überein.

Diejenigen Spulen, welche die höhere Selbstinduktion haben sollen, sind beinahe vollständig von Eisen umgeben, wodurch eine Verzögerung beträchtlich vergrößert wird.

Bisher war es bei derartigen Wechselstromkraftmaschinen vielfach üblich, den Anker mit in sich geschlossenen Spulen zu bewickeln, mit Ausnahme von einigen Fällen, wo die Erregungsstromkreise mit unabhängigen Quellen von Wechselströmen verbunden sind und die Ankerspulen mit denselben Stromquellen verbunden werden. Für manche Zwecke ist es jedoch vorteilhafter, sowohl die Ankerspulen als auch die Spulen der Feldmagnete in die Schließung einer einzigen Stromquelle einzuschalten.

Patentanspruch:

Ein Feldmagnet für Wechselstromkraftmaschinen, dessen Erregerstromkreise von Wechselströmen verschiedener Phase durchflossen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die strahlenförmig nach innen vorspringenden Polstücke verschiedener Länge mit Spulen versehen werden, von denen die auf die kürzeren Polstücke in geringer Windungszahl gewickelten Spulen hohen Widerstand und die auf die längeren Polstücke behufs Erzeugung einer großen Selbstinduktion in großer Windungszahl gewickelten Spulen geringen Widerstand besitzen, wobei die langen Polstücke noch derart angeordnet sind, daß ihre Spulen zur Verstärkung der selbstinduzierenden Wirkung vom Eisen der Feldmagnete umschlossen werden.