DE1251854B - - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND Int. Cl.

DEUTSCHES

PATENTAMT

PATENTSCHRIFT

H 02 k

Deutsche Kl.: 21 d2 -18/01

Nummer

Aktenzeichen: Anmeldetag:

P 12 51854.6-32 (G 37734)

13. Mai 1963
12. Oktober 1967

14. Mal 1970

Auslegetag: Ausgabetag:

Patentschrift weicht von der Auslegeschrift ab

Diese Erfindung bezieht sich auf Induktionsmotoren mit Hauptfeld- und Anlaufwicklung.

Für sehr viele Verwendungen und. den Einbau in anderen Ausrüstungen bei hoher Produktionsauflage, wie z. B. Ofenventilatoren, Gebläse für Klimaanlagen, Waschmaschinen, wo Hunderttausende von Elektromotoren jährlich verlangt werden, sind vorwiegend wegen der Ihrer Fertigung eigenen Wirtschaftlichkeit Einphasen-Induktionsmotoren mit Anlaufwider-Standshilfsphase benutzt worden. Alle diese Motoren enthalten eine Hilfs- oder Anlaufwicklung, die so gewickelt ist, daß sie einen höheren Widerstand als die Hauptfeldwicklung hat, und die. räumlich gegenüber der Hauptieldwicklung verschoben ist. Außerdem ist üblicherweise in Reihe mit dem Anlaufwicklungskreis ein Widerstand geschaltet. Der Widerstandsunterschied in den entsprechenden Wicklungskreisen verursacht eine elektrische Phasenverschiebung oder -winkeldifferenz zwischen den Kreisen, die für einen gewissen Anstieg des Anlaufdrehmoments beim Anlassen des Motors sorgt. Auch ist für gewöhnlich eine Vorrichtung in Reihe zur Anlaßwicklung vorhanden, um deren Kreis zu öffnen, wenn der Motor erst einmal die vorbestimmte Drehzahl erreicht hat; sodann arbeitet der Motor lediglich mit der Erregung der Hauptfeldwicklung.

Obwohl Motoren mit Widerstandsanlauf im Dauer' zustand befriedigend arbeiten, sind sie doch verhältnismäßig schwach beim Anlauf und verlangen einen großen Leistungseingäng (z. B. höheren Strom) für einen gegebenen Anstieg der Ausgangsleistung oder des Drehmoments im Vergleich mit den teureren Einphasen-Induktionsmotoren mit Kondensatorhilfsphasen. In der Vergangenheit hat der verhältnismäßig billige Einphasenmotor mit Widerstandsanlauf trotz dieser Einbuße an Anlaufdrehmoment weite Verbreitung gefunden. Die jüngeren Entwicklungen jedoch in der Anwendung und den verwandten Gebieten verlangen Motoren, die mehr Anlaufdrehmoment haben, als allgemein bei Benutzung von Induktionsmotoren mit Widerstandsantauf zu erreichen war.

Dementsprechend sind verschiedene Pläne angeregt worden, um das Anlaufdrehmoment des beliebten Induktionsmotors mit Widerstandsanlauf zu vergrößern, und bis zu einem gewissen Grade erfolgreich gewesen. Beispielsweise sah ein Plan einen höheren Widerstand in dem Anlaufwicklungskreis vor (z. B. mehr Drahtwindungen und/oder einen größeren in Reihe mit der Anlaufwicklung geschalteten Widerstand), um den Fhasenunterscbied zwischen dem Anlaufstrom und dem Hauptstrom zu

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35

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50 Induktionsmotor mit Hauptfeldwicklung
und Anlaufwicklung

Patentiert für.

General Electric Company,
Schenectady, Ν. Υ. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr. Horst Schüler, Patentanwalt,
6000 Frankfurt, Niddastraße 52

Als Erfinder benannt: Allen Albert Brammerlo, Sycamore, JH.

(V.St.A.)

Beanspruchte Priorität: V. St. v. Amerika vom 15. Mai 1962 (196 846)

steigern; dies im Verein mit einem höheren Stromeingang brachte wiederum einige Verbesserung in der Leistungsfähigkeit beim Anlauf. Jedoch sind dieser Zielsetzung in der Praxis Grenzen gezogen. Beispielsweise haben die Organisationen, die die Betriebsnormen ausarbeiten, strenge Regeln auferlegt, die den Strom in Sicherheitsgrenzen einengen, und der Induktionsmotor mit Widerstandsanlauf ist nun einmal ein Motor mit hohem Strom. Im Hinblick auf das Vorstehende und speziell im Uchte der heutigen Anforderungen an den Motoranlauf haben sich infolgedessen viele Hersteller von Geräten und anderen Ausrüstungen dem Gebrauch des teureren Kondcnsator-Induktionsmotors zugewendet, obwohl dieser Motor je Einheit mehr als ein Widerstandsmotor derselben Gesamtgröße kostet.

Bei Einphasenmaschinen des Spaltpoltyps ist es bereits bekannt, das Anlaulmoment durch Ausnutzung der Momente der Harmonischen zu erhöhen. Die

OW «20/21»

Oberwellenmomente wirken dabei im Sinn des Grundwellenmoments und werden daher für die Erhöhung des Gnindwellenanlaufmoments ausgenutzt.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Induktionsmotor mit Hauptfeldwicklung und Anlaufwicklung der eingangs genannten Art derart auszugestalten, daß die Oberwellenmomente für die Erhöhung des Grundwellenmoments ausgenutzt werden und dadurch das Anlaufdrehmoment ohne Erhöhung des Anlaufstromes und Verringerung der Dauerleistung in einfacher Weise vergrößert wird.

Diese Aufgabe wird nun bei einem Induktionsmotor mit einem magnetisierbaren Ständereisenteil, der eine Anzahl von Nuten mit einer in ihnen zur Bildung einer bestimmten primären Hauptfeldpolzahl angeordneten Hauptfeldwicklung und einer in ihnen zur Bildung einer bestimmten primären Anlaufpolzahl angeordneten, räumlich gegen die primären Hauptfeldpole verschobenen Anlaufwicklung aufweist und dessen primäre Pole jeweils von mehreren Spulen bestimmter Drahtwindungszahl erregt sind, erfindungsgeroäß dadurch gelöst, daß die Drahtwindungszahlen der Spulen jedes Primärpols derart abgestuft sind, daß die ungeraden Harmonischen der räumlichen Magnetfeldkurve unter jedem der primären Hauptfeldpole sich zu den entsprechenden Harmonischen der räumlichen Magnetfeldkurve unter jedem der primären Anlaufpole im Sinn einer Erhöhung des Anlaufdrehmomentes der Grundwelle der Magnetfeldkurve addieren.

Zum besseren Verständnis wird auf die folgende Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen verwiesen.

Fig. 1 zeigt schematisch einen erfindungsgemäßen Einphasen-Induktionsmotor mit Widerstandshilfsphase und mit der verbesserten Wicklungsanordnung einschließlich Haupt- und Anlaufwicklungsstromkreis;

F i g. 2 zeigt als Schaubild den räumlichen Fluß in der Grundwelle, in einigen harmonischen Wellen und in der resultierenden Welle für die Dauerlaufund Anlaufwicklungen des in Fig. 1 gezeigten Motors unter Anlaufbedingungen;

F i g. 3 zeigt als Schaubild die Drehmoment-Drehzahl-Charakteristik des erfmdungsgemlßen Motors der Fig. 1;

Fig. 4 zeigt schematisch wieder das in Fig. 1 gezeigte Ständereisen, jedoch in anderer Ausführangsforra;

F i g. 5 zeigt als Diagramm die elektrische Winkelverschiebung der einzelnen Spulen bei einem Primärpol der Hauptentwicklung der F ig. 4 mit Bezug auf die Polmitte;

F i g. 6 ist eine der F i g. 5 ähnliche Veranschaulichung für die Hilfswicklung der Fig. 4.

In F i g. 1 der Zeichnungen ist nun die vorliegende Erfindung in ihrer Anwendung bei einem vierpoligen Einphasen-Induktionsmotor mit Widerstandshilfsphase dargestellt; der Motor hat ein Ständereisen 10, das in herkömmlicher Weise aus einem Blechpaket von vielen aus verhältnismäßig dünnem Magnetmaterial gestanzten Blechen aufgebaut ist. Das Ständereisen 10 enthält einen Jochteil 11 und eine Anzahl von gleich weit voneinander entfernten Zähnen 12, die sich vom IochteIl 11 nach innen erstrecken, um zwischen sich eine Anzahl von Wicklungsnuten 13 zu umgrenzen und in der üblichen Weise eine Bohrung 14 zur Aufnahme des Läufers

frei zu lassen. Das veranschaulichte Ständereisen ist speziell mit sechsunddreißig gleich weit voneinander abstehenden Wicklungsnuten gebaut. Die _r Haltekonstruktion für das Ständereisen 10 ist nicht darges stellt, aber es versteht sich, daß die Magnetbleche in geeigneter Weise innerhalb eines Rahmens angeordnet und befestigt sein können, der StirnlagerschiIdc hat, um innerhalb der Bohrung 14 einen mit Spielraum zum Ständereisen auf einer Welle 16 befestigten ίο Läufer 15 zu tragen. Wie man in F i g. 1 sieht, gehört der Läufer 15 zum Kurzschlußkäfigtyp und enthält eine normale Kurzschlußkäfigsekundärwicklung, die aus Leitern 17 aufgebaut ist; diese sind an jedem Läuferende durch Kurzschlußstirnringe (nicht gcis zeigt) verbunden.

Eine Hauptfeldwicklung 18 ist in den Ständerwicklungsnuten 13 angeordnet, um mehrere primäre Hauptwickliingspole (in der Darstellung vier) zu bilden; jeder Pol ist aus drei konzentrischen Spulen so 20, 21 bzw. 22 aufgebaut, die mit einer Windungszahl aus Feldspulendraht gewickelt sind. Eine Hilfsoder Anlaufwicklung 23 ist in den Ständerwicklungsnuten 13 eingepaßt und um 90 elektrische Grade gegenüber der Hauptwicklung 18 verschoben, um mehrere primäre Anlaufwicklungspole zu bilden, deren Zahl gleich der der Hauptwicklungspole ist. Jeder der dargestellten Anlaufwicklungspole ist aus drei konzentrisch gelegenen Spulen 24, 25 und 26 aufgebaut, die eine Windungszahl aus geeignetem Draht haben. Die Hauptwicklung 18 kann mit einer geeigneten einphasigen Stromquelle 27 durch Leiter 28 und 29 verbunden sein, und die Anlaufwicklung 23 ist mit der Hauptwicklung 18 über eine herkömmliche, mit der Sammelnunimer 30 bezeichneten Schaltanordnung und fiber LeiterSl und 32 verbunden. Eine selbsttätige Vorrichtung, die auf den Drehzahlzustand des Motors anspricht, z. B, eine schematisch bei 33 dargestellte Fliehkraftmechanik, kann Verwendung finden, um den Anlaufwicklungskreis aufzutrennen, wenn der Motor auf Touren kommt. Phaseaverschiebende Mittel im Anlaufwicklungskreis außerhalb des Motors, z.B. ein Widerstand34, können benutztwerden, um die gewünschte Phasendiffev*:.ίζ in den • Strömen der Haupt- und Antaufwicklungen 18 bzw. 23 zu erhalten.

Nach der vorliegenden Erfindung wird die Zahl der Spulen und Drahtwindungen jedes Pols der primären Haupt- und Anlaufwicklungen so zueinander in Beziehung gesetzt, daß die höherharmonischen raiimfesten Komponenten des Flusses, z. B. die 3. Harmonische der entsprechenden Wicklungen, die gleiche Beziehung zueinander haben wie die der raumfesten Grundkomponenten des Flusses derselben Wicklungen unter Anlaufbedingungen. Bei Drebzahten SS unter dem Synchronismus für die entsprechenden harmonischen Einzelflusse vermehren die harmonischen Flüsse der einen Wicklung die harmonischen Flüsse der anderen Wicklung, um ein resultierendes Anlaufmoment in derselben Drehrichtung hervorzubringen wie der des Grundmoments. Demgemäß addieren sich die zum Drehmoment beitragenden Kräfte, um ein größeres resultierendes Anlaufmoment zu liefern, als es bisher für Motoren der gleichen Größe ohne die erfindungsmäBigen Bestandes teile erreichbar war.

Speziell in der bevorzugten Ausführung ist die Hauptfeldwicklung 18 so gewickelt, daß die innerste Spule 20 jedes Hauptwicklungspols weniger Win-

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düngen von Feldspulbndraht hat als die äußerste Spule 22 desselben Pols, und vorzugsweise steigt die Windungszahl allmählich voA der innersten zur äußersten Spule an. Jeder der Hauptfeldwicklungspole ist identisch bewickelt. Die sich für die Flußver- s teilung der Hauptfeldwicklung ergebende Wellenform ist in Fig. 2 dargestellt. Zur besseren Übersicht und Erläuterung sind nur die 3. Harmonische, die Grundwelle und die resultierende Gesamtwelle des Hauptwicklungsflusses dargestellt, da die höherharmo- ίο nischen Flußwellen die Gesamtform der aus der Wicklung resultierenden Fiußwelle nicht merklich beeinflussen. Man sieht, daß die Grundwelle und die dritte harmonische Fiußwelle 36 bzw. 37 sinusförmige Eigenschaft haben und zusammen mit den höherharmonischen Wellen eine resultierende Flußwelle 38 mit einem etwas verformten oder eingedrückten Kamm 39 hervorbringen.

Hinsichtlich der Anlaufwicklung 23 ist jeder Pol vorzugsweise so bewickelt, daß er eine innere Spule »0 24 mit einer größeren Windungszahl als der der äußeren Spule 26 hat und daß die Windungszahl allmählich für jede Spule von der innersten zur äußersten Spule abnimmt Bei dieser Anordnung enthält, wie Fig. 2 es zeigt, die Anlaufwicklung sinusförmige harmonische Flußwellen, von denen nur die mit der Nummer 40 bezifferte 3. Harmonische veranschaulicht wird. Faßt man die harmonischen Flußwellen mit der Grundwelle 41 zusammen, so bringen sie alle eine resultierende Gesamtflußweile 42 (gebrochene Linien) mit einem übersteigerten Kamm 43 hervor.

In F i g. 3 sind typische Drehzahl-Drehmoment-Kurven veranschaulicht, die seitens der Grund- und harmonischen Flußwellen der einphasigen Anlauf- und Hauptwicklungen nach obiger Erläuterung entwickelt werden. Da die Größen des harmonischen, von den höherharmonischen Flußwellen erzeugten Drehmoments, d. h. über der 7. Harmonischen, im Wert stetig abnehmen und auf das resultierende Motonnoment einen vernachlässigbaren Gesamteinfluß haben, brauchen nur die tieferharmonischen (dritte; für. - und siebente) betrachtet zu werden. In der Figur stellen die gebrochenen Linien 45, 46 und 47 die resultierenden dritten, fünften und siebenten harmonischen Drehmomente dar, die durch die entsprechenden harmonischen Flußwellen der kombi., nierten Haupt- und Anlaufwicklungen hervorgebracht werden, wenn beide während der Anlaufbedingungen gespeist werden. Diese Momente ändern sich zwisehen positiven und negativen Werten bei verschie- - denen Drehzahlen, wobei die rechts von der Ordinatenachse dargestellten Werte positiv sind. Das ■ kombinierte Grunddrehmoment der Wicklungen 18 und 23 ist durch die gestrichelte Linie 48 veranschaulicht, die nach Zusammenfassung mit den resultierenden harmonischen Drehmomenten zu einem resultierenden Gesamtdrehmoment des Motors führt, wie es durch die ausgezogene Kurve 49 angedeutet ist.

Werden beide Wicklungen in der in F i g. 1 (bei geschlossenem Fliehkraftschalter 30) und auch in Fig. 3 gezeigten Weise erregt, bedeuten vom Stillstand bis zu einer etwa halben Betriebsdrehzahl des Motors die harmonischen Drehmomente 45, 46 und 47 zusammen mit dem Grunddrehmoment 48 einen . Zuwachs im resultierenden Anlaufmoment. Dieser Gewinn wird bei kleineren Drehzahlen erreicht, wo ein großes Anlaufmornent zur Überwindung der

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Trägheit und der Ruhereibung der vom Motor getriebenen Last erforderlich ist. Obwohl die Harmonischen bei etwa halber Drehzahl eine Einsenkung im Moment hervorbringen, ist diese nicht genügend ausgeprägt, um einen. ernstlichen Verlustpunkt für das Drehmoment zu Hefern. Nachdem die Anlaufwicklung durch den Betrieb des Schalters 30 beim Hochlaufen des Motors ausgeschaltet ist (bei 49 b), beeinflussen die von der Hauptfeldwicklung herrührenden Harmonischen bei der durch 49a in der Kurve 49 angedeuteten Dauerdrehzahl nicht merklich oder schädigend die gesamte Leistungsfähigkeit des Motors. -

Das durch die Anlauf- und Hauptfeldwicklungen 18 und 23 hervorgebrachte resultierende Anlauf- und BeschIeunigungsmoment ist also durch Anwendung der Erfindung trotz der Tatsache verbessert, daß eine normale Ständereisenkonstruktion mit gleich weit abstehenden Wicklungsnuten benutzt worden ist und daß der gesamte zur Spulenaufnahme zur Verfügung stehende Bereich jeder Nut nicht bis zum Äußersten ausgenutzt ist. Man bemerkt beispielsweise in Fi g. 1, daß die Nut 13 a in der Mitte jedes Hauptwicklungspols überhaupt keine Spulen und daß die Nuten Hb lediglich die äußersten Spulen 26 der Anlaufwicklung enthalten.

Das folgende Beispiel wird gegeben, um deutlicher zu veranschaulichen, wie die oben beschriebene Erfindung in die tatsächliche Praxis bei einem Einphaseninduktionsmotor mit Widerstandshilfsphase gemäß F i g. 1 umgesetzt wird. Es wurde ein herkömmliches Ständereisen mit sechsunddreißig im wesentlichen identischen, gleich weit voneinander abstehenden Wicklungsnuten und mit den folgenden Abmessungen benutzt:

Bohrungsdurchmesser 88,5 mm -

Außenumfangsdurchmcsser 159,7 mm.

Blechpaketlänge 30,5 mm

Die Hauptwicklungsspulen für jeden Häuptfeldpol und die Anlaufwicklungsspulen für jeden Anlaufpol waren gemäß der oben skizzierten Wicklungsverteilung gewickelt. Insbesoridere wurde für jede Wicklung ein nach Kleinstmotorennorm kalibrierter Draht benutzt, und zwar emaillierter Aluminiumdraht mit 1,22 mm Durchmesser für die Hauptwicklung und emaillierter Kupferdraht mit 0,565 mm Durchmesser für die Anlaufwicklung bei folgender Verteilung:

	Win		Win
Hauptwicklung	dungs	Anlaiifwicktung	dungs
zahl		zahl
Spule 20 (innen)	23	Spule 24 (innen)	21
Spule 21	31	Spule 25 .	20
Spule 22 (außenj	35	Spule 26 (außen)	l'J

Auf dem Prüfstand erzeugte dieser Motor festgebremst ein Drehmometat von 0,337 kg · m bei einem Strom von 45,6 Ampere. Dies ist besonders beachtenswert, da die Hauptwicklung aus Aluminiumdraht gewickelt war, der etwa 60% der Leitfähigkeit von Kupferdraht hat.

Die Anlaufeigenschaften des geprüften erfindungsmäßigen Motors lassen sich besser durch einen Vergleich seiner Leistungsfähigkeit mit der eines her-

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kömmlich gewickelten vierpoligen einphasigen Induktionsmotors mit Widerstandshilfsphase würdigen, der das gleiche normierte Ständereisen benutzt, wie es oben für den Probemotor beschrieben wurde. Der herkömmliche Motor enthielt eine Haupt- und An- !aufwicklung gleichen Drahtquerschnitts, wie er dem zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung benutzten Motor zugewiesen wurde. Der herkömmliche Motor führte menr Kupferwicklungsmaterial in den Ständernuten als der oben beschriebene Probemotor. Beispielsweise enthielt mindestens der eine der Anlasfwicklungspole vier konzentrische Spulen mit elf, vierzehn, neunzehn und zwanzig Wicklungen, gerechnet von der innersten zur äußersten Spule. Der Motor war jedoch nur fähig, festgebremst 0,294 kg · m Drehmoment bei einem Strom von 46 Ampere hervorzubringen. Der übliche Motor gleicher Gestellabmessungen erforderte also mehr Kupferwicklungsmaterial und brauchte mehr Strom, um beträchtlich weniger Anlaufdrehmomcnt als ein erfindungsmäßiger Motor entsprechender Größe zu liefern.

Es ist also zu erkennen, daß infolge dieser Erfindung beispielsweise ein Induktionsmotor mit Widerstandshilfsphase unter verbesserten Anlaufcigenschaftcn geliefert werden kann, ohne einen Neuentwurf der zur Zeit erhältlichen Standerblechschnitte zu erfordern; die Verbesserung geht einher mit einer tatsächlichen Senkung des Anlaufstroms, die besonders ' bedeutungsvoll bei Motortypen mit an sich hohem Stromverbrauch ist. Weiterhin kann billigeres Material, z. B. Aluminium, benutzt werden, um die bessere Leistungsfähigkeit beim Anlauf zu gewährleisten, und bereits in Gebrauch befindliche Motoren können nach Wunsch bequem gemäß dieser verbesserten Anordnung umgewickelt werden, um die Anlaufvorteile der Erfindung zu gewinnen.

In den F i g. 4, 5 und 6 wird nun zum Zweck der Erklärung ein anderes Ausfiihningsbeispiel im Zusammenhang mit dem magnetischen Ständereisen 11, das oben für das Beispiel der F t g. 1 beschrieben wurde, offeriert, wobei zur Identifizierung ähnliche Bestandteile durch gleiche Bezugsnummem bezeichnet sind. In dem Erläuterungsbeispiei der Fig.4 enthält das Ständereisen 11 sechsunddreißig gleich weit voneinander entfernte Zähne 12 und Wicklungsnuten 13; das bedeutet, daß der räumliche Winkelabstand zwischen benachbarten Zähnen oder Nuten jeweils tO beträgt. Wie bei dem Beispiel der Fig. 1 wird die Haiiptwickhing Ifl in den Nuten so getragen, daß vier primäre IlauptwicklungspoIe je 180 elektrische Grade voneinander entfernt entstehen, deren jeder durch drei konzentrische, relativ zur Nut 13a symmetrisch angeordnete Spulen 20, 21 und 22 gebildet wird; die Spulen überbrücken insgesamt vier, sechs bzw. acht Ziiline. In Fig.4 ist nur der eine der Hauptpole im einzelnen erläutert, wobei der Miuctradius des Pols durch den Buchstaben M und die symmetrisch um M gruppierten Nuten durch kleine Buchstaben a, b, i: il und e bezeichnet sind. Vorzugsweise steigt die Wiiiiliingszahl allmählich so. daß die innere Spule 20 die geringste und die äußere Spule 22 die größte Windungszahl hat. Die resultierende Wellenform für die Flußverteilung der Dauerlaufwicktuiig ist durch Fig. 2 so dargestellt, wie sie oben mit Bezug auf das erste Beispiel beschrieben wurde.

Nunmehr soll die Hilfs- oder AnlaufwicklungSO betrachtet werden, die in F i g. 4 veranschaulicht ist; die Wicklung ist um ⁰O elektrische Grade von der

Hauptwicklung 18 verschoben und enthält vier Pole. Anders als bei der Wicklung 23 der Fig. 1 sind zwei der diametral gegenüberliegenden Pole 51 durch vier konzentrische Spulen 53, 54, 55 und 56 (von innen nach außen) definiert, die um den Polmittelradius S₁ gewickelt sind und entsprechend drei, fünf, sieben und neun Zähne umfassen. Die anderen beiden Pole 52 enthalten je drei Spulen 57,58 und 59, die konzentrisch um den Polmittelradius S_a gelegen sind. An ίο dieser Stelle ist darauf zu achten, daß, weil die äußerste Spule 56 der vier Anlaufpolspulen 51 in der Nut 13a liegt und weil diese gleich weit von den benachbarten Anlaufpolen S₁, S₁ mit verschiedenen Polaritäten liegt, die eine Hälfte der Windungen sich is in ihrer Auswirkung in jedem der Anlaufpole um S_i und S₁ befindet. Infolgedessen veranschaulicht die F i g. 4 in Wirklichkeit eine Konstruktion mit dreieinhalb konzentrischen Spulen je Anlaufwickliingspol.. bei der je eine Hälfte der Windungen der Spule 56 m als zugehörig zu jedem der Anlaufpole betrachtet wird. Diese Spulenunterbringung wird gegenüber einer räumlichen Aufteilung der Windungszahl in Spule 56 zwischen den Polen 51 und 52, die zu einer sehr kleinen äußeren Spule für jeden Pol führen »5 würde, vorgezogen wegen der leichten und einfachen Wicklungsanordnung der F i g. 4.

Eine bemerkenswerte Verbesserung in der Leistungsfähigkeit beim Anlauf wurde für das Muster der Fig. 4 beobachtet, wenn ein identisches Ständereisen 11 wie das für die geprüften, oben skizzierten Probemotoren verwendete mit Draht desselben Typs und Abmessung gewickelt war und die folgende Wicklungsverteilung aufwies: die Hauptwicklung 18 hatte dreiundzwanzig, einunddreißig und fünfunddreißig Drahtwindungen für die konzentrischen' Spulen 20, 21 und 22, während die Anlaufwtcktung 50 enthielt:

Pol St Spulen	Tatsächliche Draht windungen (JV)	PoIS1 Sputen	Tatsächliche Draht windungen <iV)
53	15	57	15
54	17	58	17
55	17	59	17
56	14(7)		■-(7)

Bei dieser Anordnung wurde am abgebremsten so Läufer ein Drehmoment von 0,32 kg ■ m bei etwas _: mehr als 46 Ampere erzeugt.

Beim Studium dieses Ergebnisses hat sich heraus- 'gestellt, daß bei der vorstehenden Windungsverteilung für die Wicklungen 18 und 50 die harmonischen Raumflußkomponenten tieferer Ordnung (großer Amplitude) der einen Wicklung die richtige Phasenbczichung zu den entsprechenden harmonischen Raumflußkomponenten in der anderen Wicklung hüben, so daß sie ein Drehmoment in derselben Richen tung wie das Grunddrehmoment bei Drehzahlen unterhalb der synchronen Drehzahlen der einzelnen harmonischen Drehmomente hervorbringen. Dementsprechend addieren sich wie beim Muster der F i g. 1 die das Drehmoment hervorbringenden Kräfte, um eine große resultierende Anlaufkraft zu erzeugen. Unter besonderer Bezugnahme auf die Gnindwellen und harmonischen Wellen des Flusses und die Größen der magnetomotorischen Kräfte (MMK) für

die konzentrisch verteilten Wicklungen der Fig.4 weisen die betrachteten Wicklungen sowohl Halbwellen- als auch Vicrtelwellcnsymmetric auf, so daß nur die ungeraden Harmonischen existieren. Infolge-

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dessen kann der numerische Wert der Amplitude oder Gipfelhöhe für jede gegebene, am Mittelradius eines Pols betrachtete Welle allgemein durch den Ansatz ausgedrückt werden:

Pn =

ir

{Na +Naⁱ ■·· N_z) f cos /ι Θάθ ■{- (N_B + N_c ■+ · · · JV₂)/ cos« »dl9 -f f- N_zJ cosn βάθ

Hierin ist P der Gipfelwcrt für jeweils die Grundwcllc oder die ungeraden Harmonischen; η bezeichnet die Ordnung der Welle, GrundwclIe (m=1) oder Harmoniscbe(n=3, S usw.); θ ohne Index beschreibt die elektrische Winkelabweichung für eine gegebene Spule und θ mit einem großen Buchstaben als Index den elektrischen Winkel der gegebenen Spule, gemessen von der Polmitte O bis zur Mitte der Nut, in der die Spule sitzt; N mit dem großen Buchstaben als Index steht für die tatsächliche Drahtwindungszahl in

ίο

»5 der gegebenen Nut beim elektrischen Winkel Θ, und der große BuchstabeZ bedeutet grundsätzlich die äußerste Spule für den bestimmten Wicklungspol.

Für den Fall der Wicklungen 18 und 50 und unter Hinweis auf die Fig. 5 und 6 wird, weil beim elektrischen Winkel Θ_Λ (Nut b für Wicklung 18 und Nut e für Wicklung 50) keine Spulen vorhanden sind, aus dem oben allgemein gemachten Ansatz nach dem Integrieren der Ausdruck:

P₁₁ = HN_b + JV_c + JV₀-I- JV_c) (sin η 9_B) + (JV_c + N„ + JV,_;) (sin η B_c ~ sin η H„)

+ (JV_w + JV,;) (sin nB„ - sin η β,) + JV_c (sin η β_Ε — ein η θ_α)\ = r(effektive Windungen).

Da die Polteilung für jeden der Wicklungspole 180 elektrische Grade beträgt, erkennt man aus den Fi g. 4,5 und 6, daß bei der Hauptwicklung β_/ί=40^ο, θ( =60°, θ_ο=80° ist. Mit denselben Zeichen ist bei 3a der Anlaufwicklunge_if=SO^ri, G_c=SO⁰, β„=70" und W_i. = 90". Durch Einsetzen dieser Winkel und der Drahtwindungswcite JV, die in der Liste für das zu Fig.4 gegebene Beispiel zusammengestellt sind (wobei die Zahl 7 für JV_Ä m der Anlaufwicklung benutzt wird), in den obigen integrierten Ausdruck lassen sich die Grundwelle und die Harmonischen niederer Ordnung für die Wicklungen mit der unten aufgestellten Tabelle beschreiben:

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	Haupl- wicklung 18	Anlauf- uicklung 50
P1 (GrundweHe)	4 4 76.01 .-7	a- 4 43,49 Zl
Ps (3. Harmonische)...	- L,ü-38	-* ,4 8.00 3.τ
Pi (5. Harmonische)....		4 4.40 5 .τ

Das in dieser Tabelle vor den Harmonischen stehende Vorzeichen deutet deren Beziehung zur Grundwelle an und zeigt, ob P„ in der Polmitte positiv oder negativ ist.

Damit die Wicklungen eine große resultierende Kraft hervorbringen, die die Leistungsfähigkeit beim (0 Anlauf verbessert, ist es für das durch die harmonischen Flüsse erzeugte Drehmoment notwendig, in derselben Drehrichtung zu liegen wie das durch den QnindweIIenfluB erzeugte; die Vorzeichen für die Harmonischen in den Haupt- und Anlaufwicklungen Sj müssen entgegengesetzt für die 3. Harmonische und gleich für die 5. Harmonische sein. Bei dieser Beziehung haben die harmonischen Raumflußkomponentcn niederer Ordnung (z. B. 3. und 5.) der einen Wicklung die richtige Phasenbeziehung zu den anderen entsprechenden harmonischen Raumflußkomponenten in der anderen Wicklung; d. h., die dritten und fünften harmonischen Komponenten jeweils das Hauptfeld- und des Anlaufwicklungsflusses haben zueinander dieselbe Beziehung, wie sie die Grundkomponenten des Flusses für dieselben Wicklungen zueinander haben. Deshalb liegen die das Drehmoment hervorrufenden Kräfte der Flußkomponenten in derselben Richtung und addieren sich, um eine größere resultierende Kraft hervorzubringen.

Mathematisch läßt sich dies ausdrücken durch die Gleichung

G_n- (sinn β) T_ftZT_ltt,

worin das Vorzeichen von G_n für den Fall der Gleichlicit mit dem der Grundwelle den Beweis für ein positiveres harmonisches Drehmoment liefert, das das Grunddrehmoment vermehrt; θ ist die Winkelverschicliung in elektrischen Graden zwischen der Mitte benachbarter Anlauf- und HauptpoIc S und M So in Fig. 4. Für die in der obigen Tabelle aufgeführte Grundwclle ist G₁ positiv. Mit Bezug auf die 3. Harmonische wird

G₃ = (sm3-90°)<+8,OO)/(

10,38) = +K.

Die gleiche Analyse kann für die 5. Harmonische der Wicklungsanordnung der Fig.4 vorgenommen werden und ergibt ebenfalls additive Beziehung zur Grundwelle. Infolgedessen vennehren die dritten und fünften harmonischen Drehmomente der beiden Wicklungen die Grunddrehmomente und liefern somit eine größere resultierende Kraft.

Aus dem Vorstehenden erkennt man, daß die hier veranschaulichte konzentrische Wicklungsanordnung bei anderen Einphasenmotoren als solchen mit einer Widerstandshilfsphase benutzt werden kann, um die Vorteile der vorliegenden Erfindung zu erreichen. Beispielsweise können die AnIaufeigcnscha ft en von

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Claims (5)

Kondensatormotoren mit Hilfsphase dadurch verbessert werden, daß man bei ihnen die vorliegende Erfindung verwirklicht Patentansprüche:

1. Induktionsmotormit einem magnetisierbarer! Ständereisenteil, der eine Anzahl von Nuten mit einer in ihnen zur Bildung einer bestimmten pri- to mären HauptfeldpolzahI angeordneten Hauptfeldwicklung und einer in ihnen zur Bildung einer bestimmten primären Anlaufpolzahl angeordneten, räumlich gegen die primären Hauptfeldpole verschobenen Anlaufwicklung aufweist und dessen primäre Pole jeweils von mehreren Spulen bestimmter Draht windungszahl erregt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtwindungszahlen (N) der Spulen (20 bis 22, 24 bis 26, 53 bis 59) jedes Primärpols derart abgestuft sind, daß die ungeraden Harmonischen (37) der rüumlichen Magnetfeldkurve (MMK38) unter jedem der primären Hauptfeldpole sich zu den entsprechenden Harmonischen (40) der räumliehen Magnetfeldkurve (MMK 38) unter jedem »5 der primären Anlaufpole im Sinn einer Erhöhung des Anlaiifmoments der Grundwelle der Magnetfeldkurve addieren.

2. Induktionsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtwindungszahlen je Spule innerhalb jedes von konzentrischen Spulen ungleicher Weite erregten primären Pols der einen Wicklung allmählich von der innersten zur äußersten Spule anwächst und daß die innerste Spule eines jeden der PrimMrpole der anderen Wicklungen mindestens so viele Drahtwindungen wie seine äußerste Spule hat.

3. Induktionsmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtwindungszahl je Hauptfeldspule in jedem Pol (Af) allmählich von der innersten Spule (20) zur äußersten Spule (22) anwächst und daß die innerste Spule (24, 53,57) jedes primären Anlaufpols (51,52,5) eine größere Drahtwindungszahl als die äußerste Spule (26, 56 halb) desselben Pols hat.

4. ■ Induktionsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtwindungszahl je Spule in jedem primären Hauptfeldpol allmählich von seiner innersten Spule (20) zu seiner äußersten Spule (22) anwächst und daß die Drahtwindungszahl je Spule in jedem primären Anlaufpol allmählich von seiner innersten Spule (24) zu seiner äußersten Spule (26) abnimmt.

5. Induktionsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Mitte eines primären Anlaufpols in bezug auf die Mitte des benachbarten primären Hauptfeldpols um » elektrische Grade versetzt ist und die Windungszahl T_m jedes Hauptfeldpols und die Windungszahl T_s jedes Anlaufpols einen bestimmten Wert und ein bestimmtes Vorzeichen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungszahlen und der Wert θ so gewählt sind, daß das Vorzeichen des Ausdrucks (sinne) T_sZT_m für n=l und mindestens n-3 und S gleich ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 735 285, 894131, 739;

deutsche Auslegeschrift Nr. 1 153 829;
USA.-Patentschriften Nr. 1 822 679, 2 812 459,
975 311;

AIEE Transactions, 1949, Vol. 68, S. 276.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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