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Stator für einen Einphaseninduktionsmotor der Spaltpolbauart Die Erfindung
bezieht sich auf einen Stator für einen Einphaseninduktionsmotor der Spaltpolbauart
mit zwei Polhälften, die je mit einer Anzahl Pole mit Kurzschlußwindungen ausgestattet
sind, wobei mindestens ein Teil der Windungen unmittelbar verbunden ist und die
ersten beiden einander diametral gegenüberliegenden Pole einer jeden Polhälfte keine
Kurzschlußwindung besitzen. Die Pole weisen verschiedene Umfangslänge auf. Solche
Statoren sind beispielsweise aus der deutschen Patentschrift 753 285 und der USA.-Patentschrift
2 467 755 bekannt. Ein Nachteil dieser Statoren besteht aber darin, daß sich sehr
schwierig ein Drehfeld erhalten läßt, das, in bezug auf die zeitliche Phasenverschiebung
zwischen den verschiedenen Magnetpolfeldern, hinreichend symmetrisch ist, um Geschwindigkeitsänderungen
und Erschütterungen des Rotors auf ein zulässiges Minimum herabzusetzen, was bei
gewissen Anwendungen, z. B. als Antriebsmotor für Plattenspieler und magnetische
Aufzeichnungs- und Wiedergabeapparate, erforderlich ist. Bei einem Kondensatormotor
ist dies leichter zu erreichen, da dann zwei sowohl räumlich als auch nach der Zeit
um 90° in der Phase verschobene Felder zur Verfügung stehen. Der Kondensatormotor
hat aber den Nachteil des zusätzlichen Kondensators, was zu Störungen Veranlassung
geben kann und verhältnismäßig kostspielig ist; auch werden Volumen und Gewicht
des Motors hierdurch vergrößert. Weiter muß beim Umschalten auf eine andere Spannung,
z. B. von 220 auf 110V, auch die Kapazität des Kondensators geändert werden.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß ein angemessenes
symmetrisches Drehfeld bei einem Einphaseninduktionsmotor ohne Kondensator für die
vorerwähnten Anwendungen trotzdem entsteht, wenn bestimmten, im folgenden erwähnten
Bedingungen entsprochen wird.
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Gemäß der Erfindung weist bei einem Stator von der vorerwähnten Art
jede Polhälfte in bekannter Weise mindestens fünf Polteile auf, die am Umfang in
regelmäßigen Abständen voneinander in im wesentlichen gleicher Umfangslänge angeordnet
sind, und der letzte Polteil einer jeden Polhälfte ist mit einer gesonderten Kurzschlußwindung
versehen, wobei in jeder Polhälfte ein magnetischer Nebenschluß zwischen dem ersten,
nicht mit einer Kurzschlußwindung versehenen Polteil und sowohl dem angrenzenden
letzten als auch dem zweitletzten Polteil der anderen Polhälfte vorgesehen ist,
in letztgenanntem Fall über die andere Seite der gesonderten Kurzschlußwindung,
und sämtliche übrigen Kurzschlußwindungen sind direkt miteinander verbunden.
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In dieser Weise ist die Anforderung erfüllt, daß ein hinsichtlich
der Phasenverschiebung sowohl nach dem Ort als auch nach der Zeit im wesentlichen
symmetrisches Drehfeld entsteht. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind
zur Erzielung von etwa gleichen Induktionswerten ringsum im Luftspalt zwischen Stator
und Rotor einige Statorpole in radialer Richtung örtlich kürzer als andere Pole.
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Die Erfindung wird an Hand einer schematischen Zeichnung beispielsweise
näher erläutert.
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Fig. 1 und 2 sind ein Auf- bzw. Seitenriß eines Stators mit zehn Polteilen;
Fig. 3 ist ein Aufriß eines Stators mit zwölf Polteilen gemäß der Erfindung.
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In Fig. 1, wo der Stator mit 11 und die Spule mit 12 bezeichnet ist,
sind die Statorpolteile 1 bis 5 der einen Polhälfte I, die Statorpolteile 6 bis
10 der anderen Polhälfte II zugeordnet. Die ersten zwei einander diametral gegenüberliegenden
Polteile 1 und 6 einer jeden Polhälfte I und II sind nicht abgeschirmt, und die
Polteile 2, 3, 4 bzw. 7, 8, 9 sind mit direkt miteinander verbundenen Kurzschlußwindungen
versehen.
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Die Bedingung, daß die räumliche Phasenverschiebung symmetrisch sein
soll, ist durch die dargestellte Ausbildung erfüllt, indem die zehn Polteile am
Umfang im wesentlichen die gleiche Länge haben und in gleichen Abständen voneinander
angeordnet sind. Jeder Polteil beansprucht am Umfang etwa 36°, so daß die zehn Polteile
zusammen einen Gesamtumfang von 360° bestreichen.
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Zur Erzielung eines - was die zeitliche Phasenverschiebung zwischen
den verschiedenen Feldern der
Polteile 6 bis 10 der Polhälfte II
betrifft - symmetrischen Drehfeldes (ähnliches gilt für die Felder der Polteile
1 bis 5 der Polhälfte I) sollen also die folgenden Phasenverschiebungen nach der
Zeit auftreten (da auch hier die zehn Polteile 360° bestreichen, muß das Feld eines
jeden Polteiles deshalb um 36° mehr als das Feld eines vorangehenden Polteiles phasenverschoben
sein)
| a1 zwischen Polteil 6 und Polteil 7 = 36° |
| a., zwischen Polteil 6 und Polteil 8 = 72° |
| a3 zwischen Polteil 6 und Polteil 9 = 108° |
| a4 zwischen Polteil 6 und Polteil 10 = 144° |
| a5 zwischen Polteil 6 und Polteil 1 = 180° |
wobei a5 zwischen den beiden nicht abgeschirmten Polteilen 6 und 1 sinngemäß von
selbst entsteht, da diese beiden Polteile magnetisch unmittelbar mit den beiden
Enden der Spule 12 verbunden sind.
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Es hat sich in der Praxis als nicht schwierig erwiesen, durch eine
an sich bekannte richtige Bemessung der direkt miteinander verbundenen Kurzschlußwindungen
13 und 14 Phasenverschiebungen von 36° zwischen den nicht abgeschirmten Polteilen
6 und 7 bzw. von 72° zwischen den Polteilen 6 und 8 zu erhalten. Trotz der Tatsache,
daß auch der Polteil 9 mit einer Kurzschlußwicklung 15 versehen ist, erwies es sich
als unmöglich, eine Phasenverschiebung von l08° zwischen Polteil 6 und Polteil 9
zu erhalten. Indem auch diese Kurzschlußwindungen direkt miteinander verbunden werden,
wodurch die Phasenverschiebung möglichst gesteigert wird, konnten noch 85° erreicht
werden. Eine weitere Vergrößerung dieses Phasenwinkels entsteht künstlich, indem
der Polteil 9 unter Zuhilfenahme des geeignet bemessenen magnetischen Nebenschlusses
16 unmittelbar mit dem Feld des Polteiles 1 gekoppelt wird. Letzteres ist ja um
180° in bezug auf das Feld des Polteiles 6 phasenverschoben. Dies bedeutet, daß
die Phasenverschiebung zwischen den Feldern des Poles 1 und des Polteiles 9 180
- 85'=95' beträgt, wodurch die Phasenverschiebung von 85° des Polteiles 9 durch
eine richtige Bemessung des Nebenschlusses 16 bis zu 108° gesteigert werden kann.
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Infolge des erforderlichen Nebenschlusses 16 soll der Polteil 10 von
einer gesonderten Kurzschlußwindung 17 umgeben sein, die derart bemessen ist, daß
die Phasenverschiebung möglichst hoch getrieben werden kann. Obwohl die Phasenverschiebung
des Feldes des Polteiles 10 auch durch das Feld des Polteiles 1 über den Nebenschluß
16 begünstigt wird, hat sich dies immer noch als unzulänglich erwiesen. Diese Phasenverschiebung
konnte aber praktisch durch Anwendung eines zweiten Nebenschlusses 18 unmittelbar
zwischen dem Polteil 10 und dem Polteil 1 bis zum erforderlichen Betrage
von 144° gesteigert werden; in gleicher Weise wurde dies bereits für den Polteil
9 mittels der unmittelbaren magnetischen Kopplung zwischen dem Polteil 9 und dem
Polteil 1 mittels des Nebenschlusses 16 erzielt.
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Die Polhälfte I ist entsprechend der Polhälfte II ausgebildet.
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In der geschilderten Weise ist also ein räumlich und zeitlich im wesentlichen
genau symmetrisches Drehfeld erzielbar.
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Eine dritte Bedingung besteht aber darin, daß für möglichst große
Schwingungsfreiheit des Rotors auch die Maximalfeldstärke im Luftspalt bei jedem
Pol möglichst gleich groß sein soll. Da es in der Rotorlagerung fast immer etwas
Spielraum gibt, wirken auf den Rotor bei verschiedenen Feldstärken in den Luftspalten
urigleiche Anziehungskräfte ein, die ihn in Schwingungen versetzen können. Bei sehr
genau passenden Lagern wird das Schwingen vielfach auf ein zulässiges Minimum herabgesetzt.
Dies kann aber im Zusammenhang mit Fabrikationstoleranzen in der Praxis bei Massenherstellung
bedenklich sein. In solchen Fällen kann dies dadurch vermieden werden, daß die Feldstärke
im Luftspalt eines jeden Polteiles möglichst gleich groß gemacht wird, was dadurch
erreichbar ist, daß die Feldstärke an den erforderlichen Stellen durch Verwendung
eines größeren Luftspaltes zwischen Polteil und Rotor, d. h. durch eine Verkürzung
des Polteiles in radialer Richtung, örtlich geschwächt wird. Bei einem Luftspalt
z. B. von 0,25 mm der Polteile 8 bis 10 kann bei den Polteilen 6 und 7 z. B. ein
Luftspalt von 0,50 mm verwendet werden.
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Fig. 3 zeigt ein weiteres Beispiel eines Stators nach der Erfindung
mit sechs Polteilen je Polhälfte, also mit insgesamt zwölf Polteilen. Die Phasenverschiebungen
zwischen zwei aufeinanderfolgenden Polteilen sollen hier also 30° betragen.
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Die Anordnung nach der Erfindung eignet sich ins-]-.--sondere zur
Verwendung bei Motoren von der Mantelbauart, bei denen zwei je an einer Statorseite
befindliche Spulen vorhanden sind, wodurch die Streuung sehr stark herabgesetzt
wird und die Abmessungen des Motors kleiner sind.