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Ständer für Drehstrom-Kleinmotoren
Die Erfindung betrifft die Ausbildung der Ständer für Drehstrom-Kleinmotoren mit ausgeprägten Po- len für Polpaarzahlen p a : l.
Schon sehr früh hatte man nach der deutschen Patentschrift Nr. 880614 vergeblich versucht, Drehfeldmaschinen mit ausgeprägten Polen und konzentrierter Wicklung im Ständer und kurzgeschlossener Zweiphasenwicklung im Läufer zu bauen. Man kam schliesslich zu einem Motor mit mindestens 6 ausgeprägten Polen, der jedoch wirkungsgemäss ein 6-nutiger Drehstrommotor war und als zweipoliger Motor mit einer theoretischen Leerlaufdrehzahl von 3000 Umdr/min bei 50 Hz lief. Ein solcher Motor ist als Kleinmotor nach unten räumlich beschränkt und aufwendig. Durch die hohe Anzahl ausgeprägter Pole ist die Ausführung von Kleinstmotoren dieser Art unterbunden.
Später ist aus der franz. Patentschrift Nr. 983,078 ein Motor mit ausgeprägten Polen bekanntgeworden, der neben Wechselstrom gleichzeitig mit Gleichstrom oder durch einen Dauermagneten erregt ist.
Dieser Motor arbeitet im gewissen Sinne als Schrittmotor pseudo-synchron und sein Läufer rollt an der inneren Zylinderwand des Läuferraumes ab. Dieser Motor hat wohl im Verhältnis zur Anzahl der ausgeprägten Pole eine niedrige Drehzahl ; er ist aber ausserordentlich aufwendig, für Dauerbetrieb aus mechanischen Gründen ungeeignet und wegen seiner schwingenden Achse nur in wenigen Sonderfällen zu verwenden.
Es ist bekannt, dass man kleine zweiphasige Induktionsmotoren, sowie die daraus abgeleiteten Ein- phasen- Induktionsmotoren mit abschaltbarer Hilfsphase und Betriebskondensatorenmotoren mit dauernd eingeschalteter Hilfsphase in der Weise aufbaut, dass man je Phase entsprechend der Polpaarzahl p ausgeprägte Polpaare vorsieht, die durch Streustege verbunden sind. Solche Maschinen erhalten also insgesamt doppelt so viele ausgeprägte Pole, wie ihre Polzahl beträgt ; bei Spaltpolmotoren ist der Spaltpol als ausgeprägter Pol zu werten. Eine zweipolige Maschine benötigt also in dieser Ausführung vier, eine vierpolige Maschine acht ausgeprägte Pole. Der konstruktive Aufbau kann, wie bekannt, auf verschiedene Weise erfolgen, z.
B. dadurch, dass ein lamellierter Polstern mit aufgeschobenen Erregerspulen in ein Ständerjoch eingepresst wird.
Die Anwendung des beschriebenen Zweiphasen-Prinzips mit je einem Polpaar je Phase ist bei Kleinstmotoren, besonders dann, wenn es sich um Polpaarzahlen p > 1 handelt, aus fertigungstechnischen und elektrischen Gründen begrenzt. Unter anderem ergibt sich in diesem Fall eine so ungünstige Wickelraumausnutzung, dass die Maschine sehr schlecht wird.
Zur Vermeidung der genannten Nachteile wird erfindungsgemäss das Prinzip der ausgeprägten Pole mit Streustegen zwischen den Polen auf den Dreiphasenmotor und seine Abwandlungen als Einphasenmotor, z. B. in Steinmetzschaltung, übertragen. Es handelt sich dabei also um die Übertragung auf ein verkettetes System.
Der Vorteil dieses verketteten Systems ist, dass man bei einer p-polpaarzahligen Maschine statt viermal 2p : 2 nur dreimal 2p : 2 Pole benötigt. Die Einsparung an ausgeprägten Polen, sowie Erregerspulen, beträgt damit 25%. Abgesehen von wickel-und fertigungstechnischen Vorteilen ermöglicht dieses Prinzip den Bau noch kleinerer Motoren als das Zweiphasen - Prinzip.
Der Dreiphasenmotor sowie der daraus abgeleitete, in Steinmetzschaltung betriebene Einphasenmotor
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besitzen somit gegenüber dem üblichen zweiphasigen Induktionsmotor für die Drehzahl von 3000 Umdr/min
3 Pole, für 1500 Umdr/min 6 Pole und für 1000 Umdr/min 9 Pole.
Elektrisch gesehen bietet die Anwendung des Dreiphasen-Systems auf den Kleinmotor mit ausgepräg- ten Polen und Streustegen von Pol zu Pol den nicht zu unterschätzenden Vorteil, dass die effektive Pol- breite 66% der Polteilung beträgt, gegenüber 50duo bei den Zweiphasen-Systemen. Diese Tatsache ist gleichbedeutend mit einem verbesserten Wickelfaktor. Ausserdem fällt bei Anwendung der Steinmetz- schaltung im Gegensatz zur Schaltung beim Zweiphasen-System mit Haupt- und Hilfsphase automatisch die Nullkomponente des Spannungssystems heraus, so dass hiedurch bedingte Oberwellen dreifacher Pol- zahl ebenfalls nicht auftreten können. Die Polumschaltung ist mit einfacher Dahlander-Schaltung mög- lich.
Ausgiebige Versuche haben den klaren Beweis erbracht, dass das Dreiphasen-System sowohl ferti- gungstechnisch als auch elektrisch dem Zweiphasen-System in der geschilderten Ausführung, besonders wenn es sich um Motoren kleinerer Abmessungen handelt, überlegen ist.
In der konstruktiven Ausführung ergeben sich die gleichen oder ähnliche Möglichkeiten der Abwand- lung wie bei üblichen Einphasen- und Zweiphaseninduktionsmotoren mit ausgeprägten Polen. Die Pole können am Jochring angebracht sein, oder auch einen Polstern bilden, der in den Jochring eingesetzt wird. Im ersten Falle tritt jedoch die Ausführung mit zwischen die Polkanten eingeschobenen massiven Streublechen aus elektrischen Gründen zurUck gegenüber der Ausführung mit in die Polbohrung also zentral zwischen die Pole eingesetztem lamelliertem Polring.
Dem Streusteg kommt hier eine etwas andere Bedeutung zu als beim Einphasen- und Zweiphaseninduktionsmotor und Spaltpolmotor. Während hier der Fluss von Pol zu Pol über den Streusteg dominiert, ist dort der Fluss vom Pol über den Streusteg auf den Läufer wesentlicher. Daraus folgt, dass bei einer weiteren möglichenAusführung, nämlich der der sogenannten angestanzten Streustege, ähnlich der streu- blechlosen Ausführung beiSpaltpolmotoren, wobei das Ständerblech einstückig ist und die Streustegedurch einen Schlitz zum Einträufeln der Wicklung unterbrochen sind, dieser Schlitz ferromagnetisch zu schlie- ssen ist.
Das geschieht durch Einschieben einer Art eines magnetisch leitenden Nutenkeiles, dessen Querschnitt bei entsprechendem Träufelschlitz ein Kreis, eine Ellipse, ein Sechskant od. dgl. sein kann.
Der abgewandelten Aufgabe des Streusteges entspricht eine besondere Formgebung der Streustege.
Ihre Stärke von Polkem zu Polkern wird vorteilhaft stetig oder treppenförmig verändert, so dass der unter Polkern und Streusteg auf den Läufer übertretende Nutzfluss möglichst sinusförmig über den Luftspalt verteilt ist. Ferner werden vorteilhaft die Polflächen, und die Streustege so ausgebildet, dass der Luftspalt zwischen diesen und dem Läufer verschieden grosswird, so dass der Gehalt an höheren Feldharmonischen möglichst klein bleibt.
Durch die Formgebung von Streustegen und Luftspalt kann auch eine gewisse Anpassung der Motoren an bestimmte Betriebsbedingungen erreicht werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Ständer für Kleinmotoren mit einer Läuferdrehzahl gleich den Ständerfeldumläufen abzüglich der Schlupfdrehzahl mit Drehstromwicklung zum Anschluss an Dreiphasen- und Einphasenwechselstromnetze, gekennzeichnet durch nur drei ausgeprägte Pole je Polpaarzahl und Streustege zwischen den Polen.
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Stand for small three-phase motors
The invention relates to the design of the stator for small three-phase motors with pronounced poles for numbers of pole pairs p a: 1.
Very early on, according to German patent specification No. 880614, attempts had been made in vain to build induction machines with pronounced poles and concentrated winding in the stator and short-circuited two-phase winding in the rotor. The result was a motor with at least 6 pronounced poles, which, however, functioned as a 6-slot three-phase motor and ran as a two-pole motor with a theoretical idle speed of 3000 rpm at 50 Hz. As a small motor, such a motor is spatially restricted and complex. Due to the large number of pronounced poles, the execution of miniature motors of this type is prevented.
Later from the French. Patent specification No. 983,078 a motor with pronounced poles has become known, which is excited in addition to alternating current at the same time with direct current or by a permanent magnet.
In a certain sense, this motor works as a stepper motor pseudo-synchronously and its rotor rolls on the inner cylinder wall of the rotor space. This motor probably has a low speed in relation to the number of salient poles; However, it is extremely complex, unsuitable for continuous operation for mechanical reasons and, because of its oscillating axis, can only be used in a few special cases.
It is known that small two-phase induction motors, as well as the one-phase induction motors derived therefrom, with an auxiliary phase that can be switched off and operating capacitor motors with an auxiliary phase that is permanently switched on, are constructed in such a way that for each phase, distinct pole pairs are provided corresponding to the number of pole pairs p, which are connected by stray bars . In total, such machines have twice as many pronounced poles as their number of poles; With shaded pole motors, the shaded pole is to be evaluated as a salient pole. In this version, a two-pole machine requires four salient poles, and a four-pole machine eight salient poles. As is known, the structural design can take place in various ways, e.g.
B. in that a lamellar pad with pushed-on excitation coils is pressed into a stator yoke.
The use of the described two-phase principle with one pole pair per phase is limited in the case of miniature motors, especially when the number of pole pairs p> 1 is concerned, for manufacturing and electrical reasons. Among other things, this results in such an unfavorable utilization of the changing space that the machine becomes very bad.
To avoid the disadvantages mentioned, the principle of the salient poles with stray bars between the poles is applied to the three-phase motor and its modifications as a single-phase motor, e.g. B. in Steinmetz circuit transferred. It is therefore a question of the transfer to a linked system.
The advantage of this interlinked system is that with a machine with p-pole pairs, you only need three 2p: 2 poles instead of four times 2p: 2. The saving of pronounced poles and excitation coils is 25%. Apart from advantages in terms of winding and manufacturing technology, this principle enables even smaller motors to be built than the two-phase principle.
The three-phase motor and the single-phase motor derived from it, operated in a Steinmetz circuit
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have compared to the usual two-phase induction motor for a speed of 3000 rev / min
3 poles, for 1500 rev / min 6 poles and for 1000 rev / min 9 poles.
From an electrical point of view, the application of the three-phase system to the small motor with pronounced poles and stray bars from pole to pole offers the advantage, which should not be underestimated, that the effective pole width is 66% of the pole pitch compared to 50duo in the two-phase systems. This fact is synonymous with an improved winding factor. In addition, when using the Steinmetz circuit, in contrast to the circuit in the two-phase system with main and auxiliary phases, the zero component of the voltage system is automatically eliminated, so that the resulting harmonic waves with three times the number of poles cannot occur. Pole changing is possible with a simple Dahlander circuit.
Extensive tests have provided clear evidence that the three-phase system is superior to the two-phase system as described, especially when it comes to motors with smaller dimensions, both in terms of production engineering and electrical engineering.
In terms of the design, the same or similar options for modification result as with conventional single-phase and two-phase induction motors with pronounced poles. The poles can be attached to the yoke ring or also form a cushion that is inserted into the yoke ring. In the first case, however, the version with massive diffuser sheets inserted between the pole edges is inferior to the version with a laminated pole ring inserted centrally between the poles in the pole bore for electrical reasons.
The spreading web has a slightly different meaning here than with single-phase and two-phase induction motors and shaded-pole motors. While the flow from pole to pole over the spreading bridge dominates here, the flow from the pole over the spreading bridge to the runner is more important there. From this it follows that in a further possible design, namely that of the so-called stamped spreading bars, similar to the sheet-less version in shaded-pole motors, the stator sheet being in one piece and the spreading bars being interrupted by a slot for instilling the winding, this slot is to be closed ferromagnetically.
This is done by inserting a type of magnetically conductive groove wedge, the cross section of which can be a circle, an ellipse, a hexagon or the like with a corresponding trickle slot.
The modified task of the spreading bar corresponds to a special shape of the spreading bars.
Its strength from pole core to pole core is advantageously changed continuously or in steps, so that the useful flux passing over to the rotor under the pole core and scattering web is distributed as sinusoidally as possible over the air gap. Furthermore, the pole faces and the scattering webs are advantageously designed in such a way that the air gap between them and the rotor becomes different in size, so that the content of higher field harmonics remains as small as possible.
The shaping of the spreading bars and the air gap also allows the motors to be adapted to certain operating conditions to a certain extent.
PATENT CLAIMS:
1. Stator for small motors with a rotor speed equal to the stator field revolutions minus the slip speed with three-phase winding for connection to three-phase and single-phase AC networks, characterized by only three distinct poles per number of pole pairs and stray bars between the poles.