DE1488160B2 - Drehzahlumschaltbarer Einphaseninduktionsmotor - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen drehzahlumschalt- Nach der Erfindung wird dies, ausgehend von baren Einphaseninduktionsmotor mit genutetem ma- einem Einphaseninduktionsmotor der eingangs ergnetischem Statorkern, in dessen Nuten die Spulen wähnten Art, dadurch erreicht, daß bei Betrieb des zweier Hauptwicklungen und eine Anlaßwicklung an- Motors mit der zweiten Hauptwicklung mindestens geordnet sind, von denen die Spulen der ersten 5 ein Teil der Spulen eines Hauptpols der ersten Haupt-Hauptwicklung eine vorbestimmte Anzahl von wicklung mit der zweiten Hauptwicklung in Reihe Hauptpolen ausbilden, um den Motor mit einer vor- geschaltet und wahlweise zusätzlich erregbar ist, daß bestimmten ersten Drehzahl zu betreiben, und die die Spulen dieses einen Hauptpols der ersten Haupt-Anlaßwicklung eine der Polzahl dieser ersten Haupt- wicklung in denselben Nuten wie vorbestimmte Spuwicklung entsprechende Anzahl von Anlaßpolen aus- io len der zweiten Hauptwicklung angeordnet sind, so bildet, die gegenüber den Hauptpolen versetzt sind, daß sich eine additive magnetische Beziehung zwi- und die Spulen der zweiten Hauptwicklung eine vor- sehen diesen zur Erzeugung einer zusätzlichen Durchbestimmte Anzahl von Hauptpolen ausbilden, um flutung bei Erregung der zweiten Wicklung ergibt, den Motor mit einer zweiten Drehzahl zu betreiben, und zusammen mit den übrigen Spulen der zweiten bei dem die erste Hauptwicklung zur Anläßwicklung 15 Hauptwicklung bei wahlweiser Erregung eine gerade parallel schaltbar ist, so daß der Motor mit beiden Anzahl von Hauptpolen bilden, die die Anzahl der Drehzahlen anlaßbar ist, und bei dem die Anlaß- Pole der ersten Hauptwicklung überschreitet, um den wicklung abschaltbar ist, wenn der Motor eine vor- Motor mit der zweiten Drehzahl zu betreiben,
bestimmte Drehzahl erreicht hat, und wahlweise eine Diese Beziehung der Wicklungen ermöglicht eine der beiden Hauptwicklungen einschaltbar ist. 20 Vereinfachung des Zusammenbaus der vorgeformten

Mit zwei verschiedenen Drehzahlen arbeitende Spulen auf dem Kern und eine leichte Verbindung, Einphaseninduktionsmotoren sind üblicherweise mit während auch Spulenmaterial eingespart wird. Zuzwei vollständig getrennten Statorhauptwicklungen sätzlich ergibt sich eine elektromagnetische Symmeausgerüstet, deren eine für die hohe Drehzahl des trie und eine ausgeglichene magnetomotorische Kraft Motors und deren andere für die niedrige Drehzahl 25 für den laufenden Pol bei jeder Drehzahl des Motorbestimmt ist. Die eine Hauptwicklung erzeugt bei der betriebes, wobei der Motor einen sehr niedrigen GeErregung die gewünschte Anzahl von Magnetpolen räuschpegel und ein gutes Betriebsverhalten auffür die hohe Drehzahl, während die andere Wicklung weist.

bei ihrer Erregung eine unterschiedliche, größere An- Vorzugsweise sind die Wicklungen derart aufgezahl von Polen für die niedrige Drehzahl ergibt. Je- 30 teilt, daß bei jeder gewählten Drehzahl eine symmeder Magnetpol für die entsprechenden Wicklungen irische Wicklungsanordnung bei jedem Pol vorliegt, ist normalerweise durch eine getrennte, konzentrisch so daß die Hauptpole bei jeder Nenndrehzahl weitgewickelte Spulengruppe ausgebildet, wobei die gehend symmetrisch durchflutet sind.
Gruppen für eine bestimmte Wicklung identisch in Die symmetrische Durchflutung läßt sich nach der der Konstruktion und symmetrisch in ihrer Anord- 35 Erfindung insbesondere dadurch erreichen, daß bei nung um den Stator sind. Derartige Motoren sind jeder vorgewählten Drehzahl die Anzahl der Wickteuer in der Herstellung, was wenigstens zum Teil hingen für jeden Pol nahezu gleich ist.
auf den großen Materialbedarf und die Art der Her- In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Stellung sowie der Wicklungsverbindungen zurückzu- Erfindung dargestellt. Es zeigt
führen ist. 40 F i g. 1 eine schematische Endansicht eines Stator-

Es ist bekannt, einen Induktionsmotor zur Verein- kernes eines Einphasenwechselstromspaltphasenfachung der Bauweise nach der Folgepoltheorie mit motors, bei dem das bevorzugte Ausführungsbeispiel zwei verschiedenen Drehzahlen zu betreiben. Dabei der verbesserten Wicklungsanordnung und die Schalwird nur eine einzige Wicklungsanordnung für beide tung gemäß der Erfindung vorgesehen ist und der Drehzahlen verwendet, wobei Umkehrverbindungen 45 entweder als vierpoliger oder als sechspoliger Motor für jeden zweiten Pol vorhanden sind. Wenn die arbeiten kann,

Pole so geschaltet sind, daß jeder zweite Pol ent- F i g. 2 eine schematische Schaltanordnung für den gegengesetzte Polarität aufweist, läuft der Motor mit Stator nach Fig. 1, aus der die Verbindung der eineiner bestimmten Drehzahl; wenn die Pole dagegen zelnen Spulen für entweder vierpoligen oder sechsso geschaltet sind, daß sie alle gleichnamig sind, 50 poligen Betrieb zu entnehmen ist,
läuft der Motor mit geringerer Drehzahl, und zwar F i g. 3 eine schematische Darstellung des Stators etwa mit der Hälfte der ersten Drehzahl. Wenn ins- nach Fig. 1, wobei nur die Spulen gezeigt sind, die besondere alle Pole der Wicklung gleiche Polarität die sechs Pole bilden, um die Richtung des Stromaufweisen, wird eine gleiche Anzahl von Folgepolen flusses in den Spulen besser erkennbar zu machen dazwischen ausgebildet, so daß der Motor so arbeitet, 55 und die Art und Weise zu zeigen, in der die Spulen als habe er zweimal so viele Pole wie bei der ersten zusammenwirken, damit sechs Pole abwechselnder Verbindungsart. Beim Folgepolbetrieb werden hohe Polarität entstehen, wenn die Spulen für sechspoligen Streureaktanzen und harmonische Flüsse erzeugt, die Betrieb geschaltet sind, und

die Drehmoment- und Leistungseigenschaften des F i g. 4 eine Abwicklung des Wicklungsschemas

Motors nachteilig beeinflussen. Infolgedessen sind 60 nach Fig. 3.

derartige Wicklungsanordnungen nicht weit verbrei- In den Zeichnungen ist eine bevorzugte Ausfülltet, obwohl bestimmte Vereinfachungen in der Her- rungsform der Erfindung in Verbindung mit einem stellung bei der Verwendung nur einer Hauptwick- Wechselstromeinphaseninduktionsmotor mit zwei lung im Motor erreicht werden. Drehzahlstufen als Widerstandsspaltphasenmotor

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, 65 dargestellt. Der Motor weist einen Stator 10 auf, der

den Aufbau eines drehzahlumschaltbaren Einphasen- einen geschichteten Magnetkern besitzt und eine

induktionsmotors der eingangs erwähnten Art zu Spule mit vierunddreißig Windungen enthält, die in

vereinfachen, ohne Folgepole zu verwenden. Nuten 11 bis 44 untergebracht ist. Die Nuten, die

eine entsprechende Anzahl von Zähnen dazwischen auf dem Statorkern so angeordnet, daß der radiale ausbilden, bilden jeweils einen Nutenspalt 45, der Mittelpunkt etwa mit dem radialen Mittelpunkt für mit einer den Rotor aufnehmenden Bohrung 46 in den Pol S₁ der Hauptwicklung 50 zusammenfällt. Die Verbindung steht. Die Bohrung ist durch die Zähne Seiten der Spulen 62, 63 und 64 in der Spulenzentrisch im Inneren des Kernes gebildet. Die Nuten- 5 gruppe .,4 sind entsprechend in den gleichen Nuten spalte sind im Winkel von 10° gegeneinander ver- untergebracht wie die Seiten der Spulen 51, 52 und setzt, mit Ausnahme des Winkelabstandes zwischen 53 im Pol S₁ der Wicklung 50.

den Nuten 14, 15 und den Nuten 31, 32, bei denen In bezug auf die anderen Spulengruppen der Wick-

die Versetzung 20° beträgt. Der dargestellte Stator- lung 60 und die Art und Weise, in der sie auf die

kern enthält somit sechsunddreißig Nuten. In diesen io Kernnuten verteilt sind (vgl. Fig. 1, 3 und 4), sind

Nuten ist eine Wicklung untergebracht, die eine Aus- die einzelnen Spulen 65 der Gruppe B in Nuten 19,

führungsform der Erfindung darstellt, wie sie für 21, die Spulen 66, 67, 68, 69 der Gruppe C in Nuten

vier- und sechspoligen Motorbetrieb verwendet wird. 25 und 27, 24 und 28, 23 und 29 sowie 22 und 30

Diese Anordnung, die am besten aus Fig. 1 zu untergebracht. Die Spulen 70 und 75 in jeder der ersehen ist, weist eine Hauptwicklung 50 auf, die in 15 Gruppen D und F werden entsprechend von Nuten den Nuten angeordnet ist und vier am Umfang ver- 31, 32 und 42, 44 aufgenommen, wobei die vier konsetzte Hauptpole ausbildet, wobei jeder Pol durch zentrischen Spulen 71 bis 75 der Gruppe E in Nuten eine Gruppe von drei konzentrischen Spulen 51, 52 36, 38; 35, 39; 34, 40 und 33, 41 verteilt sind,
und 53 gebildet wird, welche so gewickelt sind, daß Zu Anlaufzwecken weist der Motor nach dem Aussie effektiv vier, sechs und acht Zähne über radialen 20 führungsbeispiel eine Anlaufwicklung 80 mit vier Polmitten umfassen, die mit S₁, N₂, S₃, N_i in den Gruppen von drei konzentrischen Spulen 81, 82, 83 Fig. 1 und 2 für die vier Pole bezeichnet sind. Bei auf, deren jede vier Anlaufwicklungshauptpole ergibt, dem Pol mit einer Mitte bei S₁ werden die Seiten deren Mitten um 90 elektrische Grad gegenüber beder zwischenliegenden Spule 51 in Nuten 13, 16 auf- nachbarten Polmitten der Hauptwicklung 50 verschogenommen, die Seiten der zwischenliegenden Spule 25 ben sind.

52 in Nuten 12, 17 und die äußersten Spulenseiten in Das bevorzugte Ausführungsbeispiel, bei dem die Nuten 11, 18. Aus Gründen der einfacheren Darstel- drei Wicklungen 50, 60 und 80 für einen Betrieb mit lung und besseren Erläuterung wird im folgenden zwei verschiedenen Drehzahlstufen geschaltet sind, auf die radialen Mittenbezeichnungen hingewiesen, ist schematisch in Fig. 2 dargestellt. Die Anlaufwenn auf diese vier Primärpole der Wicklung 50 Be- 30 bedingung für die höhere Betriebsdrehzahl ist durch zug genommen wird. Wie durch die Bezeichnungen die voll ausgezogenen Linien gekennzeichnet. Aus angegeben und in Fig. 1 dargestellt, sind die Pole der Fig. 2 ergibt sich, daß während dieses Zustandes in Serie geschaltet und auf dem Kern so angeordnet, die Hauptwicklung 50 und die Anlaufwicklung 80 daß für benachbarte Pole jeweils entgegengesetzte parallel von einer Wechselstromquelle 90, 91 über Polarität vorhanden ist. Zusätzlich wird vorzugsweise 35 die Leitung 92, in die eine Motorschutzvorrichtung jeder Pol mit einer gleichen vorbestimmten Anzahl eingebaut ist, und die Leitung 94 erregt werden. Insvon Drahtwindungen bewickelt, wodurch eine Über- besondere ist die Anlaufwicklung 80 über den Leiter einstimmung zwischen den einzelnen Polen erzielt 95, die Kontaktseite 97 und den beweglichen Konwird, sowohl was das Windungsverhältnis als auch taktarm 98 eines durch Zentrifugalkraft betätigten die Spulenabwicklung auf dem Kern anbelangt. 40 Schalters 100, über die stationäre Kontaktseite 101, Auf Grund dieser Spulenausbildung wird ein zu- die Leiter 102, 103 zur Kontaktseite 104 (Seite für friedenstellendes effektives Windungsverhältnis oder die hohe Drehzahl) eines einpoligen Zweifachdreheine abgeglichene magnetomotorische Kraft an zahlwählschalters 105, dessen beweglicher Kontakt jedem Pol für den vierpoligen Betrieb des Motors 106 in Reihe mit der Leitung 94 liegt, zwischen die erzeugt. 45 Leitungen geschaltet. Der Erregerstrom für die

Eine zweite Hauptwicklung 60 ist ebenfalls in den Hauptwicklung 50 fließt über die Leitung 92, den

Kernnuten untergebracht und so auf einen Teil der Leiter 103, den Schalter 105 und die Leitung 94.

ersten Hauptwicklung 50 abgestimmt, daß das Ver- Wenn der Motor eine bestimmte Drehzahl erreicht

hältnis nicht nur eine wirtschaftliche Herstellung des hat, betätigen der Rotor 110, der als üblicher Induk-

Motors ermöglicht, sondern auch eine sehr günstige 50 tionskäfigläufer ausgebildet ist, und ein Zentrifugal-

und abgeglichene Motorleistung bei jeder Betriebs- mechanismus 111 den Kontaktarm 98 eines Zentri-

drehzahl ergibt. fugalschalters und bringen ihn in die gestrichelt ge-

Das in der Zeichnung dargestellte Ausführungs- zeigte Stellung, d. h., der Arm 98 liegt dann im Einbeispiel ergibt sowohl in Hinblick auf die Wirtschaft- griff mit der Kontaktseite 112. Dieser Vorgang öffnet lichkeit als auch auf die Leistung die besten Ergeb- 55 die Kontaktseiten 97 und 101 des Schalters 98 und nisse. Die Wicklung 60 weist mehrere Gruppen von schaltet die Anlaufwicklung von dem Stromkreis ab. Drahtwindungen in Form von fünfzehn Spulen 61 Die vier Hauptpole der Hauptwicklung 50 sind noch bis 75 auf, die in sechs Spulengruppen vorliegen, in Reihe zwischen den Leitungen 92, 94 über Spulenweiche in den F i g. 2, 3 und 4 durch die Buch- anzapfungen 107,108, den Leiter 103 und den Schalstaben A, B, C, D, E, F bezeichnet sind. In der dar- 60 ter 105 erregt. Hier sei darauf hingewiesen, daß die gestellten Form weisen die Spulengruppen A, C Spulen der Hauptwicklung 60 in Reihe zur Kontakt- und E jeweils vier konzentrische Spulen auf, wäh- sehe 112 des Zentrifugälschalters 100 und zu den rend die anderen drei Gruppen B, D und F jeweils Spulen des Hauptpols S₁ der Hauptwicklung 50 an eine Spule enthalten. Wie den F i g. 3 und 4 zu ent- der Spulenanzapfung 113 liegen, die zwischen den nehmen ist, wird die Spulengruppe A von den Spu- 65 Polen S, und N₀ der Wicklung 50 angeordnet ist. Da len 61, 62, 63 und 64 von der innersten zur äußer- jedoch der bewegliche Arm 98 im offenen Stromkreis sten Spule in der Gruppe gebildet. Diese Gruppe, die zu der Kontaktseite 114 (Seite niedriger Drehzahl) im einzelnen weiter unten näher erläutert wird, ist des doppelpoligen Schalters 105 liegt, wird die Wick-

lung 60 nicht erregt, und der Motor arbeitet bei einer Laufdrehzahl mit den vier Polen, die durch die Hauptwicklung 50 bestimmt sind. Um diese Betriebsweise des Motors zu unterbrechen, ist es lediglich erforderlich, den Arm 106 des Schalters 105 in die »Aus«-Stellung zwischen den Kontaktseiten 104 und 114 zu verschieben.

Für den Betrieb mit niedriger Drehzahl des Motors ergibt sich aus Fig. 2, daß unter Anlauf bedingungen, wobei der bewegliche Arm 106 des Schalters 105 in der unteren Stellung bzw. der Stellung für niedrige Drehzahl und der Arm 98 in der fest ausgezogenen Stellung liegen, sowohl die 4polige Hauptwicklung 50 als auch die Anlaufwicklung 80 parallel erregt werden und die Hauptwicklung 60 wieder in den offenen Stromkreis auf Grund der offenen Kontaktseite 112 des Zentrifugalschalters 98 gelegt wird. Unter diesen Anlaufbedingungen wird die Anlaufwicklung aus der Leitung 92 über die Seite 97 des Schalters 100 und die Kontaktseite 114 des Schalters 105 zur Leitung 94 erregt. Die Wicklung 50 ist in ähnlicher Weise über die beiden Schalter an die Leitungen 92, 94, aber über den Leiter 103 angeschlossen.

Wenn die Motordrehzahl den Drehzahlwert erreicht hat, bei dem die Zentrifugalvorrichtung den Schalter 100 betätigt, wird der Schaltarm 98 in der Weise verschoben, daß er Kontakt mit der Kontaktseite 112 gibt, wodurch ein geschlossener Serienstromkreis über alle Spulengruppen der Wicklung 60 und die Spulen 51, 52 und 53 des Pols S₁ der Hauptwicklung 50 aufgebaut wird. Die anderen drei Hauptpole N₂, S₃ und iV₄ der Wicklung 50 liegen im offenen Stromkreis in bezug auf die offenen Kontaktseiten 101 und 104 der beiden Schalter 100 und 105.

Dieser letztere Betriebszustand bei niedriger Drehzahl wird besser aus den F i g. 3 und 4 erkennbar, die zeigen, wie die Spulen des Hauptpols S₁ für die Hauptwicklung 50 vorzugsweise mit den Spulen der Hauptwicklung 60 zusammenwirken, damit sechs Pole für den sechspoligen Betrieb bei niedriger Drehzahl erhalten werden. In Fig. 3 zeigen die Linien, die die durch kleine Kreise dargestellten Spulenseiten verbinden, die Spulenendwindungen an.

Nimmt man an, daß die Richtung des Stromflusses durch die verschiedenen erregten Spulen des Pols S₁ der Wicklung 50 und alle Spulen der Wicklung 60 die schematisch durch die Pfeile in den F i g. 3 und 4 angezeigte Richtung ist, dann erzeugen die Spulen sechs Pole abwechselnd sich ändernder Polarität S₁₁, N₁₂, S₁₃, N_u, S₁₅ und N₁₆ am Umfang des Kernes verteilt. Ferner werden die Polmitten für diese Pole an der radialen Mitte der sechs Polgruppen oder der Wicklung 60 angeordnet, wobei die Polenden in der Mitte der Nuten 12, 17, 23, 29, 34 und 40 enden. Theoretisch bildet eine Hälfte der Gesamtzahl der Drahtwindungen der erregten Spulen, die in diesen Nuten angeordnet sind, die äußersten Teile eines jeden benachbarten Pols.

Aus vorstehender Beschreibung ergibt sich, daß bestimmte Spulen der Spulengruppe A der Wicklung 60, z. B. die Spulen 62, 63 und 64, in den gleichen Nuten angeordnet sind wie bestimmte Spulen des Hauptpols S₁, z. B. die Spulen 51, 52 und 53. Das bedeutet, daß die äußersten Spulenseiten in jedem Spulensatz in den gleichen Nuten liegen (eine Spulenseite der Spulen 64 und 53 ist in den Nuten 11 und 18 gemeinsam vorgesehen) und daß die radialen Mitten der beiden konzentrischen Spuiensätze etwa zusammenfallen. Wenn der Stromfluß in diesen in gemeinsamen Nuten liegenden Spulen in der gleichen Richtung erfolgt, ergeben die erregten Spulenseiten in den Nuten 11, 12, 13, 16, 17 und 18 eine magnetische Addition. Infolgedessen ist es durch geeignete Wahl der Anzahl von Drahtwindungen in jeder dieser gemeinsamen Spulen wie auch der übrigen Spulen in

ίο der Wicklung 60 auf einfache Weise möglich, eine elektromagnetische Symmetrie für die sechs Pole im Betrieb bei niedriger Drehzahl vorzusehen. Dies ergibt sich noch deutlicher aus dem nachstehenden Beispiel.

Bei der vorgeschriebenen Anordnung benötigen die Spulen der Spulengruppe A, die in Nuten gemeinsam mit den Spulen des Pols S₁ liegen, weniger Drahtwindungen als entsprechende Spulen 67, 68, 69, 72, 73, 74 in den Spulengruppen C und E, und es wird eine gleichförmige magnetomotorische Kraft für die sechs laufenden Pole S₁₁, N₁₂, S₁₃, N_u, S₁₅ und N₁₆ erzielt, ohne daß das elektromagnetische Gleichgewicht der vier Hauptpole in der Hauptwicklung 50 nachteilig beeinflußt wird. Ferner können die Spulen der Gruppe A wie auch die anderen Spulen einfach in die Nuten des Kernes eingesetzt und dort angeordnet sowie der Aufwand zur Herstellung der Verbindungen der einzelnen Spulen auf ein Minimum beschränkt werden. Hierzu wird in den Fig. 1 und 2 auf die erwünschte Nähe der Verbindung 113 zu den bei den Spulenanzapfungen 117 und 118 der Spulen

51 in den Polen S₁, N₂ der Wicklung 50 und auf die Anzapfung 119 für die Spule 61 der Gruppe A in der anderen Hauptwicklung hingewiesen.

Das folgende Beispiel soll noch klarer zeigen, wie die Anordnung nach der Erfindung in der Praxis ausgeführt worden ist.

Der verwendete Motor war ein einphasiger Widerspandsspaltphasen-Induktionsmotor mit V3 PS, 60 Hz, 115 V, und wies einen Statorkern und eine Wicklung auf, die identisch mit der Anordnung nach den Figuren der Zeichnung war. Der Motor konnte entweder mit 1725 oder 1140 U/min bei voller Belastung arbeiten, wobei der Zentrifugalmechanismus im Bereich von 1040 bis etwa 1100 U/min ansprach. Die Anlaufwicklung bestand aus emailliertem Kupferdraht mit einem Durchmesser von 0,532 mm und folgender Spulenverteilung: Spule 81 mit 13 Windungen, Spule 82 mit 20 Windungen und Spule 83 mit 21 Win-

düngen. .

Die Hauptwicklung 50 war mit Aluminiumdraht umwickelt, der einen Durchmesser von 1,27 mm und eine Windungsverteilung aufwies, bei der Spulen 51,

52 und 53 für jeden von vier Polen 17, 27 und 30 Windungen enthielten.

Die Hauptwicklung 60 bestand aus Kupferdraht mit einem Durchmesser von 0,95 mm. Die Spulen in Gruppe A wiesen von innen nach außen 19, 17, 14 und 4 Windungen auf. Die Spulen 65, 70 und 75 hatten jeweils 19 Windungen und die Spulen in Gruppen C und E mit großer Spulenzahl hatten 19, 34, 41 und 34 Windungen, wenn die Spulen einzeln von der Mitte auf die Außenseite der konzentrischen Gruppen zu fortschreitend betrachtet wurden.

Aus dem angeführten Beispiel ergibt sich, daß die vier Pole der Hauptwicklung 50 alle symmetrisch in bezug auf die Drahtwindungen und die Spulenanordnung ausgebildet sind. Wenn die Wicklung für den

vierpoligen Betrieb erregt wurde, hatten die Spulen eine ausreichend magnetomotorische Kraft für jeden Pol erzeugt, und der Motor hatte eine gute Gesamtleistung ergeben, z. B. Leistungsausgang bei voller Belastung 250 W und Kippmoment über 3,4 kg/cm (40 oz. feet).

Bei sechspoligem Betrieb, bei dem die Spulen 51, 52 und 53 in Reihe mit den Spulen der Wicklung 60 erregt wurden, war jeder der sechs umlaufenden Pole in bezug auf die Windungsverteilung und die magnetomotorische Kraft abgeglichen. Die Spulenseiten der Spulen 51, 52 und 53 und der Spulen 62, 63 und 64 in den gemeinsamen Nuten stehen in einer zusätzlichen, komplementären magnetischen Beziehung, damit verstärkte magnetomotorische Kräfte erzeugt werden. Da theoretisch wenigstens die Gesamtanzahl der Windungen, die in den Nuten 12, 17, 23, 29, 34 und 40 angeordnet sind, gleichmäßig zwischen benachbarten Polen verteilt sein muß, würde die Drahtwindungsverteilung für jeden der sechs Pole bei sechspoligem Betrieb 19, 34 und 20, 5 (von innen nach außen bei jedem Pol) betragen, damit die magnetomotorische Kraft im Gleichgewicht steht. Wie bei vierpoligem Betrieb arbeitet der Motor bei sechspoligem Betrieb mit geringer Drehzahl gut und verhältnismäßig ruhig. Obgleich Draht verschiedener Type und Größe für die Wicklungen 50 und 60 verwendet wurde, trat bei praktischen Versuchen keine Unsymmetrie zwischen den Polen für sechspoligen Betrieb auf, obgleich ein geringer, nicht kritischer Unterschied im Wert des Widerstandes vorhanden gewesen sein kann.

Dieser Unterschied hat jedoch die Arbeitsweise und die Leistung des Motors nicht beeinflußt.

Vorstehend wurde ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel beschrieben, wie es für vier- und sechspoligen Motorbetrieb verwendet wurde, ferner eine besondere Windungs- und Spulenverteilung; die zur Durchführung der Erfindung am vorteilhaftesten war; die oben angegebenen Grundsätze sind jedoch auch auf andere mehrpolige Anordnungen mit zwei oder mehr verschiedenen Drehzahlstufen anwendbar, die für den Betrieb mit hoher Drehzahl mindestens zwei Pole aufweisen.

Nach einem zweiten wesentlichen Merkmal der Erfindung werden die Magnetjoch- und Zahnabschnitte einzeln in ihrem Aufbau auf die entsprechenden, umlaufenden Pole bezogen, die durch die Hauptwicklungen 50 und 60 für den Betrieb mit zwei Drehzahlstufen erzeugt werden.

Da der dargestellte Magnetjochabschnitt, z. B. in Fig. 1, über S₁ bis S₃ symmetrisch ist, sind nur die Magnetjochabschnitte direkt über einer Hälfte der Wicklungsnuten durch die Symbole Y₁ bis Y₁₇ bezeichnet worden. Der Magnetjochabschnitt weist vorzugsweise eine maximale magnetische Tiefe in den Bereichen direkt über den Nuten an der Mitte eines jeden der vier PoIeS₁, N₂, S₃ und N₁ auf und nimmt in der Tiefe auf einen maximalen Wert an den Polenden progressiv zu. Vorzugsweise werden diese Magnetjochbereiche auf die gesamten Flußlinien bezogen, die durch die Hauptwicklung 50 beim Lauf des Motors erzeugt werden, wobei die Feldstärke im Magnetjochabschnitt größer als an den Polenden ist. Zusätzlich ist vorzugsweise jeder Magnetjochbereich an diesen Stellen unter dem Sättigungspunkt gehalten. Der Gesamtfluß, der in dem Magnetjochabschnitt an jedem der vier Pole erzeugt wird, weist in den meisten Fällen eine höhere Intensität im gleichen Magnetjochbereich als der auf, der an den sechs Polen S₁₁, TV₁₂, S₁₃, N_u, S₁₅ und N₁₆ während der Laufbedingungen mit geringer Drehzahl erzeugt wird. Die Tiefe des Magnetjochquerschnittes in einem beliebigen Magnetjochbereich soll größer sein, als zur Anpassung des Gesamtflusses der sechs Pole erforderlich ist. In dem Kern nach F i g. 1 nimmt deshalb der Magnetjochabschnitt allmählich in der Breite direkt über den

ίο Nuten von einem minimalen Wert bei den Bereichen F₁₀ für PoleiV₂ und N₄ und F₁₇ an Polen S₁, S₃ ab

und auf einen maximalen Wert an den Stellen Y₄,

Y₅, Y₁₃ und Y₁₄ an jedem Ende der vier Pole zu.

Die Zähne in der Nähe der Mitte eines jeden der sechs Hauptpole sind mit den größten Querschnittsbreiten bei gegebenem Radius versehen, und in der bevorzugten Ausführungsform nehmen die Zähne fortschreitend in der Breite vom größten Wert in der Nähe der Mitte eines jeden der sechs Pole auf einen minimalen Wert in der Nähe eines jeden Endes der sechs Pole, wie in Fig. 1 durch Pfeile und radiale Linien in der Rotorbohrung dargestellt, ab. Diese Anordnung hat sich in der Praxis als sehr günstig zur Übertragung des Flusses erwiesen, der von den Windungen bei beiden Mötorbetriebsdrehzahlen erzeugt wird. Beispielsweise wiesen in dem vorbeschriebenen Motorstator die. Zähne T₁; T₂, T₃, T₄, T₅ und T₆ jeweils etwa 30 000 Kraftlinien für den sechspoligen Betrieb auf, aber etwas weniger, als wenn die Wicklung 50 für den vierpoligen Betrieb erregt worden wäre. Die vergrößerten Zähne T₇ und T₈ enthielten etwa die doppelte Feldlinienzahl bei vierpoligem Lauf im beispielsweisen Motor.

Die Anordnung gemäß vorliegender Erfindung ergibt nicht nur eine erhöhte Leistung bei beiden Betriebsdrehzahlen, sondern ermöglicht auch eine wirtschaftlichere Herstellung. Beispielsweise ist es möglich, den Kern des Motors gemäß dem angegebenen Ausführungsbeispiel sowohl für den Magnetjoch- als auch die Zahnabschnitte aus Gründen der wirtschaftlicheren Herstellung in einer um 90° verschobenen Symmetrie aufzubauen, während die Leistungsvorteile bei beiden Drehzahlen bestehenbleiben. Alle eine Wicklung aufnehmenden Nuten weisen eine genügend große Fläche auf, um die Spulen der drei Wicklungen aufzunehmen, so daß die Wicklung ohne Schwierigkeiten eingesetzt werden kann. Der Nutenraumfaktor, ein Maß für die Schwierigkeit der Verteilung der Wicklungswindungen in den Nuten, kann unter 60 % gehalten werden.

Die besonders wichtigen Abmessungen und optimalen Beziehungen der einzelnen Magnetjochbereiche und Zahnabschnitte werden durch die Flußsättigungseigenschaften des . verwendeten magnetisehen Materials, von den genauen verwendeten Wicklungen und der Gesamtgröße des Motors bestimmt. Ferner können die optimalen Magnetjoch- und Zahnbeziehungen verändert werden, ohne daß die Vorteile nach der Erfindung verlorengehen.

Während die verbesserte Statorkonstruktion bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel in einen Stator eingebaut gezeigt ist, der für vier- und sechspoligen Betrieb gewickelt ist, kann auch eine andere Polanordnung für mehrere Drehzahlstufen im Rahmen der Erfindung gewählt werden. Die Merkmale der Erfindung können auch auf Statorkerne übertragen werden, deren Ausbildung kreisförmig anstatt rechteckförmig ist.

009 552/127

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Drehzahlumschaltbarer Einphaseninduktionsmotor mit genutetem magnetischem Statorkern, in dessen Nuten die Spulen zweier Hauptwicklungen und eine Anlaßwicklung angeordnet sind, von denen die Spulen der ersten Hauptwicklung eine vorbestimmte Anzahl von Hauptpolen ausbilden, um den Motor mit einer vorbestimmten ersten Drehzahl zu betreiben, und die Anlaßwicklung eine der Polzahl dieser ersten Hauptwicklung entsprechende Anzahl von Anlaßpolen ausbildet, die gegenüber den Hauptpolen versetzt sind, und die Spulen der zweiten Hauptwicklung eine vorbestimmte Anzahl von Hauptpolen ausbilden, um den Motor mit einer zweiten Drehzahl zu betreiben, bei dem die erste Hauptwicklung zur Anlaßwicklung parallel schaltbar ist, so daß der Motor mit beiden Drehzahlen anlaßbar ist, und bei dem die Anlaßwicklung abschaltbar ist, wenn der Motor eine vorbestimmte Drehzahl erreicht hat, und wahlweise eine der beiden Hauptwicklungen einschaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei Betrieb des Motors mit der zweiten Hauptwicklung mindestens ein Teil der Spulen eines Hauptpols der ersten Hauptwicklung (50) mit der zweiten Hauptwicklung (60) in Reihe geschaltet und wahlweise zusätzlich erregbar ist, daß die Spulen dieses einen Hauptpols der ersten Hauptwicklung in denselben Nuten wie vorbestimmte Spulen der zweiten Hauptwicklung angeordnet sind, so daß sich eine additive magnetische Beziehung zwischen diesen zur Erzeugung einer zusätzlichen Durchflutung bei Erregung der zweiten Wicklung ergibt, und zusammen mit den übrigen Spulen der zweiten Hauptwicklung bei wahlweiser Erregung eine gerade Anzahl von Hauptpolen bilden, die die Anzahl der Pole der ersten Hauptwicklung überschreitet, um den Motor mit der zweiten Drehzahl zu betreiben.

2. Drehzahlumschaltbarer Einphaseninduktionsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen derart aufgeteilt sind, daß bei jeder gewählten Drehzahl eine symmetrische Wicklungsanordnung bei jedem Pol vorliegt, so daß die Hauptpole bei jeder Nenndrehzahl weitgehend symmetrisch durchflutet sind.

3. Drehzahlumschaltbarer Einphaseninduktionsmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei jeder vorgewählten Drehzahl die Anzahl der Wicklungen für jeden Pol nahezu gleich ist, wodurch die symmetrische Durchflutung erreicht wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen