Wechselstrommotor Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wechsel strommotor, insbesondere die Wicklung desselben.
Wechselstrommotoren weisen im allgemeinen be wickelte Eisenkerne auf, wobei die Kosten des Be- wickelns sowie die Charakteristiken des Motors we sentlich von der Art der Wicklung abhängen.
Die Statorwicklungen von Wechselstrommotoren werden im allgemeinen als Schleifenwicklungen, Wel lenwicklungen oder konzentrische Wicklungen und ausserdem als einschichtige oder doppelschichtige Wicklungen ausgeführt,
je nachdem pro Statornut eine oder zwei Spulenseiten eingebracht werden. Doppelschichtige Schleifenwicklungen ergeben gute Charakteristiken und haben daher allgemeine Ver- breitung gefunden. Das Einbringen dieser Wicklun gen stellt jedoch verschiedene unangenehme Pro bleme, wenn es direkt mittels einer automatischen Wickelmaschine erfolgen soll, in welchem Falle näm lich unter anderem das Einlegen der Isolation zwi schen den Wicklungsschichten Schwierigkeiten be reitet.
Automatische Wickelmaschinen können in ein facher Weise zur Herstellung einschichtiger konzen trischer Wicklungen verwendet werden, doch sind die Betriebseigenschaften derart bewickelter Motoren nicht günstig. Solche Motoren ,sind ausserdem ver hältnismässig teuer.
Es ist das Ziel vorliegender Erfindung einen Wechselstrommotor mit günstigen Betrebsei'gen- schaften zu schaffen, dessen Wicklung direkt mittels einer automatischen Wickelmaschine in den Stator ,eingebracht werden kann.
Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, einen Wechselstrommotor mit bisher unerreicht ge ringem Materialaufwand zu schaffen.
Im folgenden ist die Erfindung anhand der Zeich nung beispielsweise erläutert. Fig. 1 zeigt eine Wicklung gemäss der Erfindung für einen vierpoligen Dreiphasen-Wechselstrommotor mit 36 Nuten, in Abwicklung.
Fig.2 zeigt schematisch die Schaltung der in Fig. 1 dargestellten Spulen.
Fig.3 zeigt schematisch die Wicklung einer Phase.
Fig. 4 zeigt eine Statornut im Querschnitt.
Fig.5 und 6 zeigen Ausführungsvarianten des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1.
Fig. 7 zeigt die Wicklung eines vierpoligen Drei phasenmotors mit 24. Nuten, in Abwicklung.
Fig.8, 9 und 10 zeigen weitere Ausführungs formen für vierpolige Dreiphasenmotoren mit 48 Nuten.
Fig. 11 zeigt die Wicklung eines Ausführungs beispiels eines erfindungsgemässen Einphasenmotors in Abwicklung, und Fig. 12 zeigt schematisch die Schaltung der Spu len des Einphasenmotors nach Fig. 11.
Die vorliegende Erfindung- beruht auf der Fest stellung, dass, wenn die Summe der magnetomoto- rischen Kräfte der Paare von Nord- und Südpolen konstant ist, keine Verschlechterung der Motoreigen schaften trotz Unterschieden der effektiven magneto- motorischen Kräfte der Nord- bzw. Südpole eintritt.
Der in Fig. 1-4 dargestellte Motor weist einen lamellierten Stator C mit den Nuten 1-36 auf. Die übrigen Teile des Motors mit Ausnahme der Wick lung sind nicht näher dargestellt, da ihre Aus führung durchaus dem üblichen entspricht.
Es ist eine erste Spule Una in den Nuten 2 und 11 sowie eine weitere Spule Unb in den Nuten 3 und 10 angeordnet. Diese beiden Spulen sind in Serie geschaltet, so dass ihre magnetomotorischen Kräfte in derselben Richtung wirken. In den gegen über den vorerwähnten Nuten um je einen elektri- schen Winkel von 360 versetzten Nuten 20 und 29 liegt eine Spule Unc,
und eine weitere Spule<I>Und</I> liegt in den Nuten 21 und 28. Auch die Spulen Unc und<I>Und</I> sind in Serie geschaltet, wie die entsprechen den Spulen Una und Unb.
Zwischen den oben erwähnten beiden Spulengrup- pen liegt in den Nuten 12 und 19 eine weitere Spule Usa, deren Mitte um einen elektrischen Winkel von l80 gegenüber den Spulen Una bzw. Unc versetzt ist. Eine entsprechende Spule Usb liegt in den Nuten 30 und 1.
Diese Zwischenspulen Usa und Usb erzeugen magnetomotorische Kräfte, welche den jenigen der Spulengruppen Una, Unb und Unc, <I>Und</I> entgegengesetzt sind. Die Grösse der durch die erst genannten Spulengruppen erzeugten magnetomoto- rischen Kräfte ist natürlich verschieden von der Grösse der durch die zweitgenannten Spulen erzeug ten magnetomotorischen Kräfte.
Die bisher genannten Spulen gehören der Phase U an und es ist ohne weiteres klar, dass den Phasen <I>V</I> und<I>W</I> entsprechend angeordnete Spulengruppen um je einen elektrischen Winkel von 120 versetzt zugeordnet sind. In der Zeichnung sind die der Phase V zugeordneten Spulen in gestrichelten Linien und die der Phase W zugeordneten Spulen mit strich punktierten Linien angedeutet.
Jede Spule bzw. Spulengruppe ist mit herausge führten Anschlussdrähten, beispielsweise U1, U2 ver sehen, wobei beispielsweise die Anschlussdrähte U2 und U3, U4 und U5, U6 und U7 miteinander ver bunden sind.
Entsprechende Verbindungen bestehen selbstverständlich für die Spulen der Phasen V und W (Fig.2). Die Anschlüsse U8, V8 und W8 sind 'm Sternpunkt zusammengeschaltet, während die An schlüsse U1, V1 und W1 mit den Anschlussklemmen U, V und W des Motors verbunden sind.
Die An ordnung und Schaltung der Spulen der Phase U ist beispielsweise in Fig. 3 dargestellt. Es ist aus dieser Darstellung ersichtlich, dass die beiden Spulen Una und Unb einen Nordpol und die Spulen Unc und <I>Und</I> einen gegenüberliegenden Nordpol bilden, wäh rend die dazwischenliegenden Spulen Usa und Usb Südpole bilden.
Fig. 4 zeigt wie eine Spulenseite in eine Statornut eingelegt ist, wobei i eine Papierisolation genügender mechanischer und elektrischer Festigkeit,
Cu die Spulenleiter und W den Abschlusskeil innerhalb der Nutenöffnung darstellt. Alle in einer Nut angeord neten Leiter gehören einer einzigen Spulensei'te an, was für die vorliegende Bauart von besonderer Be deutung ist. Die weiteren Vorteile gehen aus der fol genden Gegenüberstellung derselben mit bekannten Wicklungen hervor.
Würden die Zwischenspulen Usa und Usb entfernt und je eine weitere Spule ausserhalb der Spulen Una und Unc angeordnet, so würde sich eine dinlagige konzentrische Wicklung ergeben, von welcher die in den Nuten 2 und 11 liegende Spule den vollen Wicklungsschritt aufweist. Die äussere in den Nuten 1 und 12 und die innere in den Nuten 3 und 10 liegende Spule haben den gleichen Einfluss auf die Grundwelle des Wechselstromes.
Die äussere, in den Nuten 1 und 12 liegende Spule hat verschie- dene Nachteile, wie erhöhten Kupferaufwand, erhöhte Streureaktanz usw.
Es ist experimentell und theore tisch erwiesen, d'ass bei der Anordnung gemäss vor liegender Beschreibung, bei welcher die äussere Spule wegfällt, die Streuimpedanz ungefähr 10 % und der Spulenwid'erstand ungefähr 15 % niedriger liegt als bei herkömmlichen Wicklungen mit der erwähnten äusse ren Spule,
während die magnetomotorischen Kräfte gleich bleiben.
Bei der Ausführung nach Fig. 5 sind die Spulen Una, Unb, Unc und<I>Und</I> gleich angeordnet, wie in Fig. 1, aber die Zwischenspulen Usa, Usb weisen einen anderen Schritt auf.
Die Spule Usa liegt in den Nuten 13 und 18 und die Spule Usb in den Nuten 31 und 36. Die Spulen der Phasen<I>U,</I> V und'<I>W</I> sind gemäss Fig.2 geschaltet. Im Vergleich zur Aus führung gemäss Fig. 1 ist der Schritt der Spulen Usa und Usb verkürzt, so dass die sich kreuzenden Spulenabschnitte verringert werden, was sich vorteil haft auswirkt.
Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsvariante, bei welcher die inneren Spulen Unb und<I>Und</I> des Nord pols in den Nuten 4 und 9 bzw. 22 und 27 liegen, zwischen welchen Nuten und den die äusseren Spulen Una und Unc aufnehmenden Nuten eine weitere von einer anderen Phase bewickelte Nut liegt. Bei dieser Ausführung sind die sich kreuzenden Spulen abschnitte gegenüber der Ausführung nach Fig.5 noch weiter herabgesetzt.
Wie aus den Ausführungs-Varianten nach Fig. 5 und 6 ohne weiteres ersichtlich ist, können ohne Änderung der grösseren magnetomotorischen Kraft der Hauptspulen, die dazwischen angeordneten Spu len innerhalb gewisser Grenzen verschiedene Wick lungsschritte aufweisen. Eine solche freie Wahl des Wicklungsschrittes ist bei herkömmlichen einschich tigen konzentrischen Wicklungen unmöglich.
Beü der Ausführung gemäss Fig. 7 ist der Stator mit 24 Nuten versehen. Für die Phase U liegt die Spule Una in den Nuten 2 und 7 und die Spule Unb in den Nuten 14 und 19, das heisst gegenüber der ersten um einen elektrischen Winkel von 360 versetzt. Zwischen diesen Nordpolspulen liegen um einen elektrischen Winkel von 180 versetzt die:
Süd polspulen Usa und Usb in dien Nuten 9 und 12 bzw. 21 und 24. Die Spulen Una und Unb und Usa und Usb weisen verschiedene Schritte auf, so dass selbst unter der Annahme, dass die Spulen gleiche Windungszahlen aufweisen, ihre magnetomotorischen Kräfte voneinander verschieden sind.
Dasselbe gilt natürlich für die Phasen<I>V</I> und<I>W.</I> Alle Spulen sind gemäss Fig. 2 zusammengeschaltet.
Die Ausführung nach Fig. 8 weist einen Stator C mit 48 Nuten und einer vierpoligen Dreiphasen wicklung auf. Die Spulen Una und Unb liegen in den Nuten 3 und 14 bzw. 4 und 13, also in unmittelbar nebeneinanderliegenden Nuten.
Diese Spulengruppe bildet den einen Pol, beispielsweise den Nordpol, wie in den oben beschriebenen Ausführungen. Um einen elektrischen Winkel von 360 versetzt sind entspre- chende Spulen Unc und<I>Und</I> mit demselben Wick lungssinn in den Nuten 27 und 38 bzw. 28 und 37 angeordnet. Zwischen diesen Spulen sind die Spul.
Usa, Usb und' Usc und Usd von entgegengesetztem Wicklungssinn angeordnet, wobdi die Spule Usa in den Nuten 17 und 24, die Spule Usb in dien Nuten 18 und 23, also in direkt benachbarten Nuten und die Spulen Usc und Usd um einen elektrischen Winkel von 360 versetzt in den Nuten 41 und 48 bzw.
42 und 47, also in direkt benachbarten Nuten angeordnet sind. Infolge des unterschiedlichen Wicklungsschrittes der oben erwähnten beiden Wicklungssätze erzeugen dieselben verschiedene magrnetomatorische Kräfte, selbst wenn die Windungszahlen aller Spulen ditsel- ben sind.
In der Ausführung gemäss Fig. 9 ist die Zahl der Spulen an den Nordpolen verschieden von der Spulen zahl der Südpole. Es sind drei konzentrische Wick lungen Una, Unb und Unc in den Nuten 2 und 15, 3 und 14 bzw. 4 und 13 angeordnet, während um einen elektrischen Winkel von 360 versetzt Spulen<I>Und,</I> Une und Unf in den Nuten 26 und 39, 27 und 38 bzw. 28 und 37 angeordnet sind.
Zwischen diesen, beispielsweise den Nordpol bildenden Spulensätzen sind Südpolspulen Usa und Usb in den Nuten 16 und 25 bzw. 40 und 1 angeordnet. Dasselbe gilt für die Phasen<I>V</I> und<I>W.</I>
Bei der in Fig. 10 dargestellten Ausführungsform weist jeder Pol zwei konzentrische Spulen auf. Für die Phase<I>U</I> sind die Nordpolspulen Una und Unb in den Nuten 3 und 14 bzw. 5 und 12 angeordnet. Um einen Winkel von 360 dagegen versetzt sind! die entsprechenden Spulen Unc und<I>Und</I> In, dien Nuten 27 und 38 und 29 und 36 angeordnet.
Zwischen die sen beiden Spule@ngruppen sind zwei Gruppen von konzentrischen Südpolspulen Usa, Usb und Usc, Usd angeordnet, wobei die Spule Usa in den Nuten 16 und 25, die Spule Usb in den Nuten 18 und 23, die Spule Usc in den Nuten 40 und 1 und die Spule Usd in den Nuten 42 und 47 ange- ordnet ist.
Dieselbe Anordnung von Spulensätzen wiederholt sich für die Phasen<I>V</I> und<I>W</I> mit einer Versetzung um einen elektrischen Winkel von je 120 .
Fig. 11 zeigt einen erfindungsgemässen vierpoli- gen Einphasen-Induktionsmotor. Der Stator weilst die Nuten 1-24 auf. Einphasen-Induktionsmotoren weisen im allgemeinen eine Betriebswicklung und eine Anlaufwicklung auf, die auch als Haupt- und) Hilfswicklung bezeichnet werden.
Von der Haupt wicklung liegen die den Nordpol bildenden Spulen Mna in den Nuten 1 und 7, die Spule Mnb liegt in den Nuten 2 und 6, die unmittelbar an die Nuten 1 und 7 anliegen, und die Spule Mnc liegt in den Nuten 3 und 5, die unmittelbar innerhalb der Nuten 2 und 6 liegen.
Um einen Winkel von 360 gegen- über der oben erwähnten Spulengruppe versetzt s'md entsprechende dem Nordpol zugeordnete Spulen Mnd, Mne ued Mnf angeordnet, welche in den Nuten 13 und 19, 14 und 18 bzw. 15 und 17 liegen.
Zwischen den oben erwähnten beiden Spulengruppen liegen die dem Südpol zugeordneten Spulen Msa, Msb und Msc, Msd, welche in den Nuten 8 und 12, 9 und 11, 20 und 24 bzw.
21 und 23 angeordnete sind. Gegenüber den oben erwähntem. Hauptwicklun gen um einen elektrischen Winkel von 90 versetzt, ist ein der Hauptwicklung entsprechendes Wick lungssystem angeordnet, wobei alle Spulen gemäss Fig.12 zusammengeschaltet sind. Die Spulen der Hauptwicklung sind mit Anschlüssen ml,<I>m2, m3,</I> <I>m4, m5, m6, m7</I> und m8 versehen, die alle in Serie geschaltet sind,
wobei gegenüberlilegende Endan- schlüsse ml und m8 an idie Klemmen U und V eines Wechselstromnetzes angeschaltet sind.
Die Spu len der Hilfswicklung besitzen Anschlüsse S1 bis S8, die in Serie geschaltet sind, wobei entgegengesetzte Endanschlüsse S1 und S8 über einen Kondensator Cc und einen Schalter Sw mit dem Wechselstromnetz verbunden sind.
Bei Einphasen-Wechselstrommotoren weisen die verschiedenen Spulen zwecks Verbesserung der Feld form verschiedene Windungszahlen auf. Im allge- meinen weisen die den grössten Schritt aufweisenden Spulen doppelte Wind'ungszahlen der übrigen Spulen auf.
Bei der Ausführung nach Fig. 11 beträgt das Verhältnis der Windungszahl der Spulen Mna, Mnb, Mnd, Mne und Msa, Msc zur Wihdungszahl der inneren Spulen Mnc, Mnf, Msb, Msd <I>2 :
1.</I> Dasselbe gilt für idie Spulender Hilfswicklung.
Bei der Ausführung nach Eig. 11 liegt in den Nuten 1, 7, 13 und 19 je eine einzige Spulenseite der Hauptwicklung, während in den Nuten 4, 10, 16 und 22 je eine einzige Spulenseite der Hilfswicklung liegt. Die Nuten 2, 6, 8, 12, 18, 20 und 24 sind von zwei Spulenseiten der Hauptwicklung und einer Spulenseite der Hilfswicklung besetzt.
Die Nuten 3, 5, 9, 11, 15, 17, 21 und 23 sind von je, zwei Spulenseiten der Hilfs wicklung und einer Spulenseite der Hauptwicklung besetzt. Alle Nuten sind somit mit praktisch gleichen Kupferquerschnitten besetzt, so dass der Füllfaktor der Nuten überall praktisch gleich ist.