AT14573U1

AT14573U1 - Stator-Anordnung für einen Einphasen-Induktionsmotor

Info

Publication number: AT14573U1
Application number: ATGM50100/2014U
Authority: AT
Original assignee: Secop Austria Gmbh
Priority date: 2014-06-26
Filing date: 2014-06-26
Publication date: 2016-01-15
Also published as: WO2015196229A1

Abstract

Gezeigt wird eine Stator-Anordnung für einen Einphasen-Induktionsmotor, insbesondere zur Anwendung in einem Kältemittelverdichter, umfassend einen mit einer Vielzahl von Nuten (1 - 24) versehenen Statorkern (25), der zumindest eine Hauptwicklung (26) und zumindest eine Hilfswicklung (27) trägt, die jeweils in mehreren Nuten des Statorkerns angeordnet sind. Um die Auswirkung der Oberwellen auf eine laufend im Betrieb befindliche Hilfswicklung zu reduzieren, ist vorgesehen, dass die Hilfswicklung (27) in gleich vielen Nuten (1 - 14) angeordnet ist wie die Hauptwicklung (26) und zumindest die Windungszahlen der Hilfswicklung (27) in den in Umfangsrichtung aufeinander folgenden Nuten einer Sinusfunktion folgen.

Description

Beschreibung

STATOR-ANORDNUNG FÜR EINEN EINPHASEN-INDUKTIONSMOTORGEBIET DER ERFINDUNG

[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Stator-Anordnung für einen Einphasen¬induktionsmotor, insbesondere zur Anwendung in einem Kältemittelverdichter, umfassend einenmit einer Vielzahl von Nuten versehenen Statorkern, der zumindest eine Hauptwicklung undzumindest eine Hilfswicklung trägt, die jeweils in mehreren Nuten des Statorkerns angeordnetsind, sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Stator-Anordnung.

STAND DER TECHNIK

[0002] Kältemittelkompressoren verfügen in der Regel über ein Verdichtergehäuse, in welchemein Zylindergehäuse und ein Elektromotor aneinander befestigt sind, wobei der Elektromotoreinen mit einer Statorbohrung versehenen Stator umfasst, dessen Spulenkern, der auch alsStatorkern bezeichnet wird, mit einer Vielzahl an Aufnahmenuten (kurz Nuten) zur Aufnahmeeiner eine beliebige Windungs-, Spulengruppen- und Polanzahl aufweisenden Statorwicklungversehen ist, wobei der Statorkern vorzugsweise aus einer Vielzahl an miteinander verbunde¬nen Statorlamellen aufgebaut ist.

[0003] Ein gattungsgemäßer Elektromotor weist einen Stator mit genutetem Spulenkern auf, inwelchem eine beliebige Anzahl an Wicklungssträngen einer Statorwicklung untergebracht ist,um in einem innerhalb des Stators drehbaren Rotor eine Spannung zu induzieren. Am Stator istein Zylindergehäuse befestigt, in welchem eine vom Rotor angetriebene Kurbelwelle gelagertist. Über die Kurbelwelle wird in bekannter Weise ein an einem Zylinderkolben angelenktesPleuel betätigt, welches eine oszillierende Bewegung des Zylinderkolbens und damit eine Ver¬dichtung eines in das Zylindergehäuse gesaugten Kältemittels bewirkt.

[0004] Zum Anlaufen des vorzugsweise als Einphasen-Asynchronmotors ausgebildeten Elekt¬romotors ist neben einer Hauptfeldwicklung (kurz Hauptwicklung) üblicherweise noch einezweite, räumlich versetzte Hilfsfeldwicklung (kurz Hilfswicklung) am Stator vorgesehen, welcheein gegenüber der Hauptfeldwicklung zeitlich phasenverschobenes Magnetfeld erzeugt. Um imStator ein Drehfeld zu erzeugen und im Rotor eine für seine Drehbewegung verantwortlicheSpannung zu induzieren, müssen die in Hauptwicklung und Hilfswicklung entstehenden Wech¬selfelder räumlich und zeitlich zueinander versetzt sein. Die Drehfelddrehzahl ergibt sich hierbeiaus Netzfrequenz und Polzahl. Nach Erreichen einer bestimmten Betriebsdrehzahl des Rotorskann die Hilfswicklung durch geeignete Schalter oder stromabhängige Relais oder andereBauteile mit geeigneter Funktion abgeschaltet werden.

[0005] Üblicherweise ist der Statorkern aus zahlreichen aufeinandergestapelten und durchBefestigungsmittel bzw. Schraubelemente miteinander verbundenen Blechlamellen aufgebaut.Diese Statorlamellen weisen eine beliebige Anzahl - in vielen Fällen beispielsweise vierund¬zwanzig - Aufnahmenuten auf, welche durch eine korrespondierende Anzahl an Lamellenzäh¬nen definiert werden. Im Zentrum des Statorkerns bzw. der Statorlamellen ist eine den Rotoraufnehmende Statorbohrung bzw. eine rotationssymmetrische Ausnehmung vorgesehen, wel¬che durch die Endbereiche der speichenförmig zur Statorbohrungsachse weisenden Lamellen¬zähne definiert wird.

[0006] In den unterschiedlich großen Aufnahmenuten des Statorkerns bzw. der Statorlamellensind die Windungen bzw. Wicklungspakete der Statorwicklung gehalten. Haupt- und Hilfswick¬lung sind hierbei üblicherweise in Form von jeweils zwei eine vorbestimmte Windungsanzahlaufweisenden Spulengruppen, den Polen, am Statorkern angeordnet. Die Pole können dabeium 90° gegeneinander versetzt sein.

[0007] Pro Pol steht der Haupt- und der Hilfswicklung jeweils maximal die Hälfte der Nuten zurVerfügung. Bei 24 Nuten stehen also jedem Pol maximal 12 Nuten zur Verfügung. Davon wer¬ den bisher zum Beispiel jeweils 10 Nuten pro Pol der Hauptwicklung verwendet und jeweils 8Nuten pro Pol für die Hilfswicklung. Dabei wird die Hilfswicklung nun nicht mehr nur zum Startendes Elektromotors verwendet, sondern die Hilfswicklung wird immer mitbetrieben, um den Wir¬kungsgrad des Elektromotors zu steigern, was im Ausmaß von etwa 5% möglich ist.

[0008] Um ein Drehfeld zu erzeugen, muss eine zeitliche Verschiebung des Stromes durch dieHilfswicklung gegenüber der Hauptwicklung erreicht werden, was durch zumindest einen Kon¬densator oder zumindest eine Induktivität erreicht werden kann. In der Praxis wird im Falleeines Kondensators dieser in einen Betriebs- und einen Anlaufkondensator aufgeteilt. DerAnlaufkondensator wird ab einer bestimmten Drehzahl weggeschaltet, um eine Überhitzung zuvermeiden. Der Betriebskondensator wird weiter betrieben.

[0009] Nachteilig beim laufenden Betrieb der Hilfswicklung ist die Tatsache, dass dadurchOberwellen-Drehmomente in der Hilfswicklung erzeugt werden.

AUFGABE DER ERFINDUNG

[0010] Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Stator-Anordnung zu entwickeln, mitwelcher die Auswirkung der Oberwellen auf eine laufend im Betrieb befindliche Hilfswicklungreduziert werden kann.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

[0011] Diese Aufgabe wird für eine Stator-Anordnung für einen Einphasen-Induktionsmotor,insbesondere zur Anwendung in einem Kältemittelverdichter, umfassend einen mit einer Viel¬zahl von Nuten versehenen Statorkern, der zumindest eine Hauptwicklung und zumindest eineHilfswicklung trägt, die jeweils in mehreren Nuten des Statorkerns in sinusförmigen Windungenangeordnet sind, dadurch gelöst, dass die Hilfswicklung in gleich vielen Nuten angeordnet istwie die Hauptwicklung.

[0012] Dadurch nimmt die Hilfswicklung gegenüber herkömmlichen Wicklungen in Umfangsrich¬tung der Statorbohrung einen größeren Raumbereich des Statorkerns ein, was die Auswirkungvon Oberwellen vermindert. Es kann eine Erhöhung des Wirkungsgrads des zugehörigen Elekt¬romotors von 0,3 bis 0,4% erreicht werden.

[0013] Bei herkömmlichen Statorkernen sind oft vierundzwanzig Nuten vorgesehen, sodasseine Ausführungsform der Erfindung darin bestehen kann, dass sowohl die Hilfswicklung alsauch die Hauptwicklung in jeweils zwanzig von vierundzwanzig Nuten angeordnet ist.

[0014] Oberwellen können noch mehr reduziert werden, wenn bei Statorkernen mit vierund¬zwanzig Nuten sowohl die Hilfswicklung als auch die Hauptwicklung in jeweils allen vierund¬zwanzig Nuten angeordnet ist.

[0015] Es dient zusätzlich der Unterdrückung von Oberwellen, wenn die Hauptwicklungund/oder die Hilfswicklung in sinusförmigen Windungen angeordnet sind, die Windungszahlenin den einzelnen, in Umfangsrichtung aufeinanderfolgenden Nuten einer Sinusfunktion folgen.

[0016] Die erfindungsgemäße Stator-Anordnung kann vorzugsweise in Kältemittelverdichterneingesetzt werden, sodass vorgesehen sein kann, dass die Stator-Anordnung Teil eines Elekt¬romotors eines Kältemittelverdichters ist.

[0017] Das Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Stator-Anordnung sieht vor,dass die Hilfswicklung während des gesamten Betriebs der Hauptwicklung mit einem Be¬triebskondensator betrieben wird und nicht nach dem Anlaufen des Elektromotors ganz abge¬schaltet wird. Zum Einschalten wird von der Hilfswicklung über eine Anlassvorrichtung (z.B.einen PTC, also einen Kaltleiter-Widerstand) ein höherer Strom gezogen. Eine PTC-Anlassvor-richtung enthält einen temperaturabhängigen Leiter (z.B. auch ein Halbleiter), der den Stromüber die Hilfswicklung wie folgt regelt: Wenn der PTC kalt ist, fließt der volle Strom über dieHilfswicklung und der PTC erwärmt sich. Wenn der PCT warm wird, steigt der elektrische Wi¬derstand und es gelangt weniger Strom in die Hilfswicklung.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

[0018] Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeich¬nungen sind beispielhaft und sollen den Erfindungsgedanken zwar darlegen, ihn aber keines¬falls einengen oder gar abschließend wiedergeben.

[0019] Dabei zeigt: [0020] Fig. 1 eine Ansicht einer Stator-Anordnung mit Wicklungen [0021] Fig. 2 einen Schnitt durch eine Stator-Anordnung parallel zur xy-Ebene in Fig. 1 mit

Wicklungen gemäß dem Stand der Technik [0022] Fig. 3 ein Wicklungsschema für Wicklungen gemäß dem Stand der Technik entspre¬ chend Fig. 2 [0023] Fig. 4 einen Schnitt durch eine Stator-Anordnung parallel zur xy-Ebene in Fig. 1 mit erfindungsgemäßen Wicklungen

[0024] Fig. 5 ein Wicklungsschema für erfindungsgemäße Wicklungen entsprechend Fig. 4WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

[0025] Die Fig. 1 zeigt eine Stator-Anordnung mit einem Statorkern 25, der aus einzelnen de¬ckungsgleichen Statorlamellen aufgebaut ist, die hier parallel zur xy-Ebene übereinander ange¬ordnet sind. Die in Nuten des Statorkerns 25 angeordneten Wicklungen, eine Hauptwicklung 26und eine Hilfswicklung 27, ragen längs der Statorbohrung, also in z-Richtung, über den Stator¬kern 25 hinaus und bilden jeweils einen Wicklungskopf 28, der hier mit einer Abdeckung verse¬hen ist. Hauptwicklung 26 und Hilfswicklung 27 werden durch die Erweiterungen der Lamellen¬zähne 29 in den Nuten gehalten. Hauptwicklung 26 und Hilfswicklung 27 werden durch eineSpannungsversorgung 30 mit elektrischer Spannung beaufschlagt.

[0026] In Fig. 2, die einen Schnitt durch eine Stator-Anordnung gemäß dem Stand der Technikparallel zur xy-Ebene in Fig. 1 zeigt, sind vierundzwanzig längs eines Kreises angeordneteNuten 1-24 zu erkennen, die unterschiedlich ausgeführt sind. Ein erster Nut-Typ 31, der für dieNuten 6, 7, 18, 19 zum Einsatz kommt, enthält nur die Hauptwicklung 26, hier kariert dargestellt.

[0027] Ein zweiter Nut-Typ 32, der für die Nuten 3-5, 8-10, 15-17 und 20-22 zum Einsatzkommt, enthält für die dem ersten Nut-Typ benachbarten Nuten 5, 8, 17, 20 nur die Hauptwick¬lung 26, in den anderen Nuten 3, 4, 9, 10, 15, 16 und 21, 22 sind innen, also näher bei derStatorbohrungsachse bzw. z-Achse, jeweils die Hauptwicklung 26 und außerhalb der Hauptwi¬cklung 26 jeweils die Hilfswicklung 27 angeordnet. Der dritte Nut-Typ 33, der für die Nuten 2,11, 14 und 23 zum Einsatz kommt, ist - in radialer Richtung zur z-Achse weniger tief als dererste Nut-Typ 31 ausgebildet und nimmt ebenfalls innen jeweils die Hauptwicklung 26 undaußerhalb der Hauptwicklung 26 jeweils die Hilfswicklung 27 auf. Der vierte Nut-Typ 34, der fürdie Nuten 1, 12, 13 und 24 zum Einsatz kommt, ist - in radialer Richtung zur z-Achse - wenigertief als der dritte Nut-Typ 33 ausgebildet und nimmt jeweils nur die Hilfswicklung 27 auf.

[0028] Es sind zwanzig der vierundzwanzig Nuten 1-24 von der Hauptwicklung 26 besetzt undnur sechzehn der vierundzwanzig Nuten 1-24 von der Hilfswicklung 27.

[0029] Die Hauptwicklung 26 ist um die beiden Pole 35, 36 konzentriert, die Hilfswicklung 27 istum die beiden Pole 37, 38 konzentriert. Die Nuten 1-24 und Wicklungen 26, 27 sind sowohlsymmetrisch zu den Verbindungslinien der beiden Pole 35, 36 als auch symmetrisch zu denVerbindungslinien der beiden Pole 37, 38 angeordnet.

[0030] Fig. 3 zeigt ein Wicklungsschema nach dem Stand der Technik entsprechend Fig. 2.Dabei sind die Nuten 1-24 und die Wicklungen 26, 27 in eine Ebene gelegt. Die Hauptwicklung26 ist mit durchgezogenen Strichen dargestellt, die Hilfswicklung 27 strichliert. Die Hauptwick¬lung 26 ist auf zwei Spulen 39 aufgeteilt, wobei jede Spule über fünf verschiedene Nutenpaareverläuft, es also fünf unterschiedlich große Teilspulen gibt, wobei die Teilspulen mit dem größ¬ten Durchmesser (also z.B. die Teilspule verlaufend durch die Nuten 6 und 19) die meisten

Windungen tragen, während die Teilspulen mit dem kleinsten Durchmesser (also z.B. die Teil¬spule verlaufend durch die Nuten 2 und 23) die wenigsten Windungen tragen.

[0031] Die Hilfswicklung 27 ist auf zwei Spulen 40 aufgeteilt, wobei jede Spule über vier ver¬schiedene Nutenpaare verläuft, es also vier unterschiedlich große Teilspulen gibt, wobei dieTeilspulen mit dem größten Durchmesser (also z.B. die Teilspule verlaufend durch die Nuten 1und 12) die meisten Windungen tragen, während die Teilspulen mit dem kleinsten Durchmesser(also z.B. die Teilspule verlaufend durch die Nuten 4 und 9) weniger Windungen tragen als dieTeilspule mit dem größten Durchmesser.

[0032] In folgender Tabelle 1 ist für jede Nut aus Fig. 2 bzw. 3 angegeben, wie viele Windungender Hauptwicklung 26 und/oder der Hilfswicklung 27 darin enthalten sind. Dabei gibt der Füll¬grad zusätzlich an, zu wieviel Prozent der Querschnitt der Nut 1-24, so wie er in Fig. 2 darge¬stellt ist, mit Windungen gefüllt ist (quadratische Rechnung).

Tabelle 1 [0033] In den Figuren 4 und 5 ist eine erfindungsgemäße Stator- Anordnung dargestellt. DerStatorkern 25, die Nuten 1-24, die Nuten-Typen 31-34 und die Stellen der Pole 35-38 sindgleich wie jene in den Figuren 2 und 3.

[0034] Gemäß Fig. 4 enthält der erste Nut-Typ 31, der für die Nuten 6, 7, 13, 19 zum Einsatzkommt, wieder nur die Hauptwicklung 26. Der zweite Nut-Typ 32, der für die Nuten 3-5, 8-10,15-17 und 20-22 zum Einsatz kommt, enthält - im Unterschied zu Fig. 2 auch jeweils für diedem ersten Nut-Typ benachbarten Nuten 5, 8, 17, 20 sowohl innen die Hauptwicklung 26 alsauch außerhalb der Hauptwicklung die Hilfswicklung 27, genauso wie in den anderen Nuten 3,4, 9, 10, 15, 16 und 21, 22. Der dritte Nut-Typ 33, der für die Nuten 2, 11, 14 und 23 zum Ein¬satz kommt, ist in radialer Richtung zur z-Achse - weniger tief als der erste Nut-Typ 31 ausge¬bildet und nimmt ebenfalls innen jeweils die Hauptwicklung 26 und außerhalb der Hauptwi¬cklung 26 jeweils die Hilfswicklung 27 auf. Der vierte Nut-Typ 34, der für die Nuten 1, 12, 13und 24 zum Einsatz kommt, ist - in radialer Richtung zur z-Achse - weniger tief als der dritteNut-Typ 33 ausgebildet und nimmt wieder jeweils nur die Hilfswicklung 27 auf.

[0035] Es sind zwanzig der vierundzwanzig Nuten 1-24 von der Hauptwicklung 26 besetzt undauch zwanzig der vierundzwanzig Nuten 1-24 von der Hilfswicklung 27.

[0036] Fig. 5 zeigt ein erfindungsgemäßes Wicklungsschema entsprechend Fig. 4. Dabei sinddie Nuten 1-24 und die Wicklungen 26, 27 wieder in eine Ebene gelegt. Die Hauptwicklung 26ist mit durchgezogenen Strichen dargestellt, die Hilfswicklung 27 strichliert. Die Hauptwicklung26 ist auf zwei Spulen 39 aufgeteilt, wobei jede Spule über fünf verschiedene Nutenpaare ver¬läuft, es also wieder fünf unterschiedlich große Teilspulen gibt, wobei gemäß der sinusförmigenWindungsanordnung die Teilspulen mit dem größten Durchmesser (also z.B. die Teilspuleverlaufend durch die Nuten 6 und 19) die meisten Windungen tragen, während die Teilspulenmit dem kleinsten Durchmesser (also z.B. die Teilspule verlaufend durch die Nuten 2 und 23)die wenigsten Windungen tragen, und die Windungsanzahl von der größten Teilspule zurkleinsten Teilspule stetig abnimmt, entsprechend eines sinusförmigen Verlaufs der Windungs¬zahl in Umfangsrichtung der Statorbohrung. Zusätzlich wäre es noch wünschenswert, die 6. Nut zu füllen, um komplette Sinusförmigkeit zu erreichen, was aber aufgrund technischer Schwierig¬keiten und nur noch geringem Effekt nicht gemacht wird.

[0037] Die Hilfswicklung 27 ist auch wieder auf zwei Spulen 40 aufgeteilt, wobei jede Spuleaber nun über fünf verschiedene Nutenpaare verläuft, es also fünf unterschiedlich große Teil¬spulen gibt, wobei gemäß der sinusförmigen Windungsanordnung die Teilspulen mit dem größ¬ten Durchmesser (also z.B. die Teilspule verlaufend durch die Nuten 1 und 12) die meistenWindungen tragen, während die Teilspulen mit dem kleinsten Durchmesser (also z.B. die Teil¬spule verlaufend durch die Nuten 5 und 8) die wenigsten Windungen tragen und die Windungs¬anzahl von der größten Teilspule zur kleinsten Teilspule stetig abnimmt, entsprechend einessinusförmigen Verlaufs der Windungszahl in Umfangsrichtung der Statorbohrung.

[0038] In folgender Tabelle 2 ist für jede Nut aus Fig. 4 bzw. 5 angegeben, wie viele Windungender Hauptwicklung 26 und/oder der Hilfswicklung 27 darin enthalten sind:

Tabelle 2 [0039] Zur weiteren Reduzierung von Oberwellen kann vorgesehen sein, dass auch die Nuten6, 7, 18 und 19 Teile der Hilfswicklung 27, also zwei weitere Teilspulen (sechste Teilspulen),enthalten und/oder dass auch die Nuten 1, 12, 13 und 24 Teile der Hauptwicklung 26, also zweiweitere Teilspulen (sechste Teilspulen), enthalten. BEZUGSZEICHENLISTE1-24 Nuten 25 Statorkern 26 Hauptwicklung 27 Hilfswicklung 28 Wicklungskopf 29 Lamellenzahn 30 Spannungsversorgung 31 erster Nut-Typ 32 zweiter Nut-Typ 33 dritter Nut-Typ 34 vierter Nut-Typ 35,36 Pole der Hauptwicklung 37,38 Pole der Hilfswicklung 39 Spule der Hauptwicklung 26 40 Spule der Hilfswicklung 27 x,y,z Achsen des rechtwinkeligen Koordinatensystems

Claims

Ansprüche 1. Stator-Anordnung für einen Einphasen-Induktionsmotor, insbesondere zur Anwendung ineinem Kältemittelverdichter, umfassend einen mit einer Vielzahl von Nuten (1-24) versehe¬nen Statorkern (25), der zumindest eine Hauptwicklung (26) und zumindest eine Hilfswick¬lung (27) trägt, die jeweils in mehreren Nuten des Statorkerns angeordnet sind, wobei dieHilfswicklung (27) in gleich vielen Nuten (1-14) angeordnet ist wie die Hauptwicklung (26),dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfswicklung (27) in sinusförmigen Windungen ange¬ordnet ist.
2. Stator-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Hilfswick¬lung (27) als auch die Hauptwicklung (26) in jeweils zwanzig von vierundzwanzig Nuten (1-24) angeordnet ist.
3. Stator-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Hilfswick¬lung (27) als auch die Hauptwicklung (26) in jeweils allen von vierundzwanzig Nuten (1-24)angeordnet ist.
4. Stator-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dieHauptwicklung (26) in sinusförmigen Windungen angeordnet ist.
5. Stator-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dassdiese Teil eines Elektromotors eines Kältemittelverdichters ist.
6. Verfahren zum Betreiben einer Stator-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfswicklung (27) während des gesamten Betriebsder Hauptwicklung (26) mit einem Betriebskondensator betrieben wird. Hierzu 5 Blatt Zeichnungen