Geräuscharmer Elektromotor Die Erfindung bezieht sich auf einen Elektro motor mit genutetem. Statorkörper.
Derartige Motoren werden für viele Zwecke be nützt. Für manche Anwendungszwecke, insbesondere für Tonbandantrieb, ist es wichtig, dass die Motoren mit möglichst wenig Geräusch laufen. Ausserdem ist es für manche Zwecke wichtig, dass der Wir kungsgrad der Motoren gut ist.
Das beim Laufen von kleinen Wechselstrommo- toren entstehende Geräusch wird vor allem von den Nuten hervorgerufen, in welche die das Drehfeld er zeugende Wicklung eingelegt ist. Zur Vermeidung des Nutengeräusches hat man bereits Motoren herge stellt, deren Statornuten geschlossen sind. Diese schmalen, die Nuten überbrückenden Stege stellen jedoch einen unerwünschten magnetischen Neben- schluss für die Kraftlinien des Primärfeldes dar, und man hat deshalb versucht, diese störende Wirkung gering zu machen, indem man z.
B. bei Hysterese- motoren einen sehr kleinen Luftspalt von etwa <B>0,1</B> mm gewählt hat.
Bei der Fabrikation von Motoren mit so kleinem Luftspalt ergeben sich jedoch grosse Schwierigkeiten, und geringe, praktisch unvermeidliche örtliche Schwankungen der Luftspaltlänge verursachen bereits erhebliche akustische Störschwingungen.
Die Erfindung bezweckt, durch spezielle kon struktive Massnahmen eine einfache und billige Her stellung von Motoren für Wechselstrom<B>zu</B> ermögli chen, die bei gutem Wirkungsgrad sich durch beso- ders ruhigen Lauf auszeichnen.
Es wird daher bei einem Elektromotor mit ge nutetem Statorkörper, insbesondere Hysteresemotor für Tonbandantrieb, erfindungsgemäss der Abstand zwischen zwei benachbarten Statorzähnen bzw. zwi schen den aktiven Teilen derselben an der Stator- oberfläche praktisch gleich gross gemacht wie die radiale Länge des Arbeitsluftspaltes, und die Zahn- kopfflanken sind zur Statoroberfläche derart geneigt,
dass die einander zugewendeten Zahnkopfflanken bzw. die aktiven Teile der Zähne einen Winkel von etwa<B>90'</B> oder weniger einschliessen.
Es wurde gefunden, dass bei diesem Nutöffnungs- verhältnis weder die Felddichte über einem Zahn beim Passieren desselben eine merkliche Schwan kung erfährt, noch dass der Streufluss zwischen be nachbarten Zähnen eine nennenswerte Stärke auf weist.
Bei dieser speziellen Dimensionierung des Motors lässt sich auch in Grossserienfabrikation ein besonders ruhig laufender Motor bauen. Dieser ruhige Lauf des Motors ist im wesentlichen dadurch bedingt, dass das magnetische Feld im Luftspalt sehr gleich förmig verläuft und seine Intensität auch beim Durch drehen eines mit Nuten verschenen Rotors nicht schwankt. Bei der erfindungsgemässen Dünensionie- rung wird der gegenseitige störende Einfluss durch Oberfelder zwischen Statornuten und Rotornuten sehr klein.
Die bei bekannten Motoren durch Ober wellen hervorgerufenen singenden Geräusche, konnten durch die erfindungsgemässe Dirnensionierung prak tisch zum Verschwinden gebracht werden und Mo toren mit gutem elektrischem Wirkungsgrad mit weni ger als<B>32</B> Phon Laufgeräusch serienmässig fabri ziert werden.
In manchen Fällen ist es vorteilhaft, beint Stan zen der Statorbleche den Abstand zwischen zwei benachbarten Zahnköpfen grösser zu wählen, so dass zwischen den Zahnköpfen hindurch die Wicklung in die zwischen zwei benachbarten Zähnen befind- liehe Nut eingelegt werden kann.
In diesen Fällen ist es günstig, wenn die Statorzähne aus einem la- mellierten Zahnkörper bestehen, an dem (in Rich tung des Umfanges) beiderseits<B>je</B> eine als Polschuh wirkende Zahnspitze solcher Form angesetzt ist, dass sie an einem Teil der Zahnkopfflanke anliegt und die einander zugewendeten Spitzen zweier benach barter Zähne an der Statoroberfläche einen Abstand haben, welcher etwa gleich der radialen Länge des Luftspaltes ist. Zweckmässigerweise bestehen die an gesetzten Zahnspitzen aus einem Profildraht, der einen die einzelnen Lamellen -überbrückenden Pol schuh bildet.
Es hat sich als günstig erwiesen, die beiden ein ander zugewendeten Spitzen benachbarter Zähne konstruktiv zu einer Einheit zu verbinden; diese Verbindung kann hierbei durch Querstege erfolgen, die in axialer Richtung nur eine geringe, nicht mehr als<B>10 %</B> der axialen Luftspaltbreite betragende Aus dehnung haben.
Die Erfindung wird im nachstehenden in Ver bindung mit den Ausführungsbeispiele darstellenden Figuren näher beschrieben. Hierbei sind alle für das Verständnis der Erfindung nicht erforderlichen Ein zelheiten der besseren übersieht halber fortgelassen worden. Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Es zeigen: Fig. <B>1</B> im Querschnitt die obere Hälfte eines ge mäss der Erfindung ausgeführten Stators, Fig. 2 im Querschnitt die obere Hälfte eines an deren Stators und eines Rotors, die gemäss der Er findung ausgeführt sind, Fig. <B>3</B> als weitere Ausführungsform im Quer schnitt die obere Hälfte eines Stators mit zwei Va rianten des Rotors, Fig. 4 im Querschnitt eine Ausführungsform ähnlich Fig. <B>3,</B> jedoch mit äusserem Sekundärteil (Aussenläufer), Fig. <B>5</B> in vergrössertem Massstab ein Konstruk tionsdetail,
Fig. <B>6</B> die perspektivische Ansicht eines Ausfüh rungsbeispiels der Erfindung, Fig. 6a als Induktionsmotor mit genutetem Ro tor gemäss Fig. <B>3</B> rechts, Fig. <B>6b</B> als Hysteresemotor gemäss Fig. <B>3</B> links, Fig. 6c den Läufer zu Fig. <B><I>6b,</I></B> Fig. <B>7</B> Einzelheiten über die Herstellung der Nu ten, Fig. 7a die Form einer Nut (z.
B. wie im Rotor der Fig. <B>3</B> rechts), Fig. <B>7b</B> eine Illustration des Herstellungsverfah rens, Fig. <B>8</B> verschiedene Varianten der als Polschuhe wirkenden Zahnverbreiterungen, Fig. 8a einen Querschnitt durch die in Fig. <B>5</B> dar gestellte Ausführungsform mit Stegen, Fig. gb einen Querschnitt durch eine Ausfüh rungsform mit eingelötetem Draht, Fig. 8c einen Querschnitt durch eine Ausfüh rungsform mit eingeschweisstem Draht,
Fig. <B>8d</B> die Verbindung der beiden Zahnverbrei terungen durch Einschmelzen von unmagnetischem Metalldraht, Fig. 8e das Einschweissen eines unmagnetischen Metalldrahtes mit Hilfe von Rollenelektroden, Fig. <B>9</B> -schematisch den Motor mit Transformator.
Der in Fig. <B>1</B> im Querschnitt dargestellte Teil des Stators eines sogenannten Hysteresesynchronmotors besteht im wesentlichen aus den mit Nuten verse- henen, zu einem Paket verbundenen Statorblechen <B>1,</B> die von einem äusseren Jochring 2 umgeben sind. Der gestrichelt gezeichnete Kreis<B>3</B> deutet an, dass das Blechpaket ursprünglich grösser war und bis zu dieser gestrichelten Linie reichte, also die Zähne 4 ursprünglich miteinander zusammenhingen. Die in die Nuten eingelegte Wicklung ist mit<B>5</B> bezeichnet; die Nuten sind aussen durch Keilstücke<B>6</B> verschlos sen.
Diese Keilstücke werden bei der Herstellung mit Druck eingepresst, so dass die Bleche beziehungs weise die Zähne 4 in den Jochring 2 fest eingespannt sind und sich wie die Teile eines Gewölbes gegen seitig stützen.
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Wicklung<B>5</B> in die Nuten<B>7</B> des Stators von innen eingelegt werden kann. Damit hierbei der Abstand benachbarter Zähne an der Innenseite des Stators erfindungsgemäss gleich dem Luftspalt zwischen Ro tor und Stator ist, werden an die Köpfe der lamellier- ten Zähne 4 beiderseits Zahnspitzen<B>8</B> angesetzt, die als Polschuhe des Zahnes wirken. Nähere Einzel heiten sind in Fig. <B>5</B> dargestellt und werden später in Verbindung mit dieser Figur beschrieben.
Fig. <B>3</B> zeigt eine etwas abgeänderte Ausführungs form. Die Nuten<B>7</B> haben an dem Ende, welches dem Rotor zugewendet ist, V-förrnige Flanken<B>15.</B> Beim Ausstanzen der Nuten werden die Flanken so ge schnitten, dass zwischen benachbarten Zähnen nur ein ganz schmaler Schlitz geöffnet wird. Die Wicklung<B>5</B> wird bei dieser Ausführungsform in an sich bekann ter Weise eingefädelt, und man ist in der Lage, eine sehr grosse Anzahl von Nuten vorzusehen, was für die überlastbarkeit und die anderen Betriebseigen schaften eines Induktions- oder Hysteresemotors sehr günstig ist.
In der rechten Hälfte der Figur ist der Läufer 12 als Käfigläufer dargestellt, in der linken Hälfte als Hystereseläufer. Der Eisenkern ist mit<B>16,</B> die hysteretische Schicht mit<B>17</B> bezeichnet, ihre Dicke beträgt<B>6</B> mm bei einem Rotordurchmesser von<B>30</B> mm.
Auch bei dieser Ausführungsform ist wie bei denjenigen nach Fig. <B>1</B> und 2 der Abstand zwischen zwei benachbarten Statorzähnen bzw. den aktiven Teilen derselben an der Statoroberfläche praktisch gleich der radialen Länge des Arbeitsluftspaltes, und die einander zugewendeten Zahnkopfflanken bzw. Flanken des aktiven Teiles der Zähne sind zur Sta- toroberfläche derart geneigt, dass sie einen Winkel von<B>901</B> oder weniger einschliessen.
Während in den Fig. <B>1</B> bis<B>3</B> Motoren mit Innen läufer dargestellt sind, zeigt Fig. 4 eine Bauart als Aussenläufer. Es ist hier also gegenüber Fig. <B>3</B> die Lage von Stator und Rotor vertauscht. In der linken Hälfte der Fig. 4 ist der Aussenläufermotor als Hy- steresemotor, in der rechten Hälfte als Käfigläufer- motor dargestellt.
Es rotiert hier also das Gehäuse 16a mit der hysteretischen Schicht<B>17.</B> Die Stator- nuten sind verhältnismässig tief und schmal, ihre Zahl ist gegenüber Fig. <B>1</B> und 2 vergrössert. Es ist besonders für den Hysteresemotor von Vorteil, wenn die Nutenzahl pro Pol recht hoch ist, weil der trep- penförmige Vorlauf der Feldkurve für das Hysterese- material jeweils einen plötzlichen Magnetisierungs- sprung an jeder Treppenstufe bedeutet.
Durch Er höhung der Nutenzahl wird der Sprung gernildert. Eine Verdoppelung der Nutenzahl bringt ungefähr <B><I>50</I></B> % Mehrleistung. Der im Innern des Rotors be findliche Stator ist so ausgeführt, dass der Abstand zwischen zwei benachbarten Statorzähnen bzw. deren akiven Teilen an der Statoroberfläche praktisch gleich ist der radialen Länge des Arbeitsluftspaltes,
und die einander zugewendeten Flanken der Zahn köpfe bzw. der aktiven Teile der Zähne schliessen an der Statoroberfläche einen Winkel von<B>901</B> oder weniger ein.
Fig. <B>5</B> zeigt in vergrössertem Massstab eine Aus führungsform der angesetzten Zahnspitzen<B>8,</B> die be reits bei der Beschreibung der Fig. 2 erwähnt wur den. Diese Zahnspitzen<B>8,</B> die als magnetische Pol schuhe der Zähne 4 wirken, sind aus einem Profil- eisenstab beziehungsweise -draht durch Prägen, Pres sen oder Walzen hergestellt. Die beiden einander zu gewendeten Zahnspitzen benachbarter Zähne sind hierbei durch schmale Stege<B>18</B> miteinander verbun den. Zwischen den Stegen ist eine V-förmige Nut mit einem Schlitz, dessen Breite<B>Y</B> an der schmalsten Stelle gleich der radialen Länge<B>ö</B> des Luftspaltes ist.
Verschiedene Methoden zur Herstellung der un- magnetischen Verbindung der Zahnspitzen<B>8</B> werden später in Verbindung mit Fig. <B>7</B> angegeben.
In Fig. <B>6</B> ist eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemässen Motors dargestellt. Der linke, mit Fig. 6a bezeichnete Teil der Zeichnung zeigt einen Käfigmotor gemäss Fig. 2, während der rechte, mit Fig. <B>6b</B> bezeichnete Teil einen Hysteresemotor ge mäss Fig. <B>3</B> links darstellt.
Das im Schnitt darge stellte Lagerschild<B>19</B> trägt gemeinsam mit dem rückwärtigen Lagerdeckel 20 die Welle. Fig. 6a zeigt links die Wicklung im, Schnitt durch den Stator- wickelkopf 21 sowie durch einen Läuferstirnring 22. Fig. 6c gibt den Läufer des Hysteresemotors gemäss Fig. <B>6b</B> wieder. Die Zahnköpfe des Stators sind so ausgeführt, wie bereits bei den Fig. <B>1</B> und<B>3</B> beschrie' ben.
Der Läufer besteht in der Mitte aus einer vollen Walze von Hysteresewerkstoff <B>17,</B> an die Stummel <B>23</B> aus unmagnetischern Werkstoff aufgeschweisst oder aufgekittet sind, an die sich die Wellenzapfen 24 anschliessen. Die Wellenzapfen können in den un- magnetischen Werkstoff eingeprosst sein.
Fig. 7a stellt vergrössert eine Rotornut <B>25</B> des Aussenläufermotors gemäss Fig. 4 dar. Die Flanken der sehr schmalen Nutöffnung von etwa Luftspalt- weite sind hier mittels eines Nutenstempels herge stellt, der aus einem Stück besteht und aus dem Vollen geschliffen ist.
Zwei Flanken sind entspre chend dem Radius r abgerundet; die Flanken schnei den sich nahe der Rotorinnenfläche, also im Bereiche des Luftspaltes, unter einem Winkel von<B>60'.</B> Fig. <B>7b</B> zeigt in weiter vergrössertem Massstab, wie aus dem Blech<B>30</B> die Nuten herausgestanzt werden, so dass sich nur ein geringer Abstand ö' beziehungsweise ö" zwischen den benachbarten Zahnspitzen ergibt. Die vorderste Kante des schraffiert gezeichneten Nu- tenst--mpels <B>31</B> kommt hierbei in einen Bereich des Bleches<B>30,</B> welcher nachher in einem weiteren Ar beitsgang entfernt wird.
Nach Entfernung des Ma terials für den Luftspalt ergeben sich Schlitze be ziehungsweise Zahnabstände ö' und<B>V,</B> die etwa gleich gross sind wie die axiale Luftspaltlänge <B>b'.</B>
Fig. 8a zeigt einen keilförmigen Nutverschluss ge mäss Figg <B>5,</B> wobei die zwei Profilteüe, welche die Zahnspitzen<B>8</B> bilden, bis auf den Spalt ö' einander genähert sind und stellenweise durch Stege<B>18</B> zu sammenhängend hergestellt sind. Sie schliessen sich den Flanken der Zahnköpfe gut an.
In Fig. <B>8b</B> ist die Fuge ö zwischen den beiden Zahnspitzen durch Einlöten eines Drahtes mit einem unmagnetischen MetaU <B>32</B> erfüllt.
Fig. 8c zeigt einen Keil für eine schmale halbge schlossene Nut in ähnlicher Ausbildung wie Fig. <B>8b,</B> jedoch ist hier ein Runddraht eingelötet oder einge schweisst.
In Fig. <B>8d</B> ist links angedeutet, wie ein Draht<B>33</B> aus unmagnetischem Metall, z. B. Messing, zwischen die beiden miteinander zu verbindenden, schraffiert gezeichneten Zahnspitzen<B>8</B> gelegt wird. Zahnspitzen und Draht werden hierauf in einen Wanderofen ge bracht, und nach dem Verlassen dieses Ofens ist der Messingdraht geschmolzen und füllt, wie in Fig. <B>8d</B> rechts angedeutet, die Fuge zwischen den beiden Zahnspitzen<B>8</B> aus und fixiert gleichzeitig deren<B>Ab-</B> stand.
Fig. 8e erläutert schematisch eine Variante des zuletzt genannten Verfahrens. Die Zahnspitzen und der Draht werden hierbei fest miteinander ver schweisst, indem sie zwischen den Rollenelektroden 34 einer Schweissmaschine hindurchgeführt werden.
Es hat sich als günstig erwiesen, die Zahnspitzen <B>8</B> aus weichmagnetischem Werkstoff (z. B. Nickel eisen) mit verhältnismässig hohem elektrischem Wi derstand, also geringen Wirbelstromverlusten herzu stellen.
Es hat sich gezeigt, dass durch die erfindungs gemässe Ausbildung der Zahnköpfe das übertragbare Drehmoment und damit die übertragbare Leistung gegenüber vergleichbaren Motoren bisheriger Aus führung wesentlich erhöht worden ist. Diese Zu- nahme betrug für laufende Motoren bei Induktions motoren mit nutenlosem Rotor etwa 301'o, bei Hy- steresemotoren mehr als<B>100%.</B> Auch bei stillstehen dem Motor wurde das Anzugsmoment in ähnlicher Weisesehr bedeutend vergrössert. Bemerkenswert ist, dass diese Zunahme der Leistung bei einer Verringe rung der Stromaufnahme erfolgte.
Es wurden ferner bei elektrischen Maschinen mit genutetem Stator und genutetem Rotor die von der jeweiligen Zahnstellung abhängigen Schwankun gen des Anzugsmoments weitgehend verringert, das wirksame minimale Anzugsmoment wird dadurch erhöht.
Die Erfindung kann auch sinngemäss für kleine Gleichstrommotoren und Gleichstromgeneratoren Anwendung finden, falls auf besonders geringe ört liche Schwankungen und Gesamtschwankungen des magnetischen Widerstandes im Luftspalt Wert gelegt wird.
Die Erfindung ist wichtig für Kleinmotoren un ter<B>1500</B> Watt Leistung, insbesondere für Kleinst- motoren von weniger als<B>100</B> Watt Leistung, die einen besonders ruhigen Lauf haben sollen.
In Fig. <B>3</B> und 4 ist die Wicklung aus starken Drähten gebildet, so dass diese Statorwicklung nur mit einer geringen Primärspannung betrieben wer den kann.
Es ist daher, wie in Fig. <B>9</B> schematisch angedeu tet, zum Anschluss an die üblichen Starkstromnetze ein Transformator notwendig, den man vorteilhafter- weise mit einer Primärwicklung aus Isolier-Alu- miniumfolie herstellt. Dann erreicht man eine mehr fache Belastbarkeit dieser Motoren gegenüber der üblichen Ausführung, die mit Netzspannung direkt gespeist wird.
Der durch das lEnzukommen eines Transforma tors (zwei oder drei Phasen) entstehende Mehrauf wand ist durch die höhere Motorleistung mehr als aufgewogen.
<B>Die</B> spezielle Nutenform beziehungsweise Aus bildung der Zahnspitzen begünstigt die Wirkung die ser mit Transformatoren gesepeisten Motoren in be sonderem Masse.