DE1613671A1 - Einphasen-Induktionsmotor - Google Patents

Description

■Anmelder: General Electric Company, Schenectady» Hew Toric, 1*Y. USA

Einphas en-Indiikt i onsmot or

Die Erfindung betrifft einen Einphasen-Induktionsmotor, insbesondere einen Stator für einen derartigen Motor, der einen ■befriedigenden Anlauf- und Dauerbetrieb für viele Zwecke .ohne" Verwendung einer Hilfswicklung:ermöglicht. .

Ein weitverbreiteter Einphasen-lnduktionsiiiotor ist derphasengeteilte Motor mit einem lamellierten Statqrker», der zwei getrennte und unterscliiedliehe Statorwicklungen mit .ver-scliiedener Impedanz trägt, und zwar eine Haupt- und eine Hilfswicklung, die sogenannt verteilt gewickelt sind und deren Phasen gewöhnlich, um 90 ° elektrisch getrennt sowie gewöhnlich parallel an ein ¥echselstromnetz zum Anlaufen angeschlossen sind. Diese Wicklungen sind normalerweise in Spulengruppen mit mindestens zwei Spulen von vorbestimmten Windungen gewickelt, die symmetrisch um eine zentrale Spulengruppenachse angeordnet sind, um Magnetpole auszubilden und ein ungefähr sinusförmiges S"GruDiwindungsmu.ster zu ergeben, damit ein, optimaler Betrieb für einen Motor gegebener G-röße erreient wird. Derartige Motoren sind uhtfir- änd^efpim^^eswegen no stark verbreitet, weil sie eimen

' . BAD ORIGINAL·

einfachen und zuverlässigen aber dennoch ungewöhnlich robusten und wirtschaftlichen Aufbau haben."".Eine v/eitere Vereinfachung und Erhöhung .der Wirtschaftlichkeit könnte erreicht werden, wenn keine Hilfswicklung benötigt wurde, sofern der iiinphasen-Ilotor ein gleiches Anlauf- und Dauerbe tr it bsverhalten zeigen wttrcfe, Es wäre besonders vrUnochenswerυ, wenn eine derartige Vereinfachung und Erhöhung der 'Jirtschaftlichkeit ohne größere Änderungen der zu ihrer Massenfertigung verwendeten Einrichtungen, das heißt der LanellerÄtarizrriascLir.fir. und der •tiauptwicklungsaaschinen, vorgenommen v/erden könnten. Es ist ferner wünschenswert, daß die H-auptwicKlurxf" ungefähr ein sinusförmiges iitromwiridungsnuster beibehält.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, du.- durch Ausbildung verschiedener Qufer- und Längsachsen-^tatora-nellen ■ mit minimaler bzw. naxinaler Permeanz an vorbestimmten elektrischen Winke !lagen bezüglich den zentralen Opulengruppert-' achsen ein bestimmter Phaseiiversciiiebun^swinkOa. z\<^r±schei\ den Plui3koiaponenten bewirkt ^T«vird, um ein AnI in fen des --otoro ohne die Hilfswicklung durchführen zu können. G-lc-ichz .iti₍r ist refunden worden, wie die Quer- und Längsachsensteilen vorbeatinnt oder vorausgesagt und ein entsprechender Anlauf- und Dauerbetrieb mit einem Betriebswirkungsgraä von nei.r als 40 <p erreicht werden können.

G-enäß der Erfindung wird ein "Stator für einen Jirii)har;-?ri-Induktionsmötor angegeben, bei den der ütatorkern, der z.3. aus übereinandergeschichteten, aus einen magnetisierbarer* Werkstoff besteilenden ^sfxiell^n besteht, mehrere ^ahnabschnitte hat,, die an einem Ende an einen Joc;iabschnitt -bofey tigt oind, um mehrere spulenaHTiiehnsnde Ifuten zu ergeben. >iS .auiere

1 0ÖII17/1073 '

I b I J-O / 1

Ende der einzelnen Zahnabschnitte hat Endteile, die zusammen eine Bohrung zur AufaiaLme eines drehbaren Glieds bilden. Mindestens zwei Spuleiigruppen sind in den Hüten angeordnet, wobei die Spulen symmetrisch um eine S^ulengruppenachse liegen, um eine entsprechende Anzahl von Magnetpolen zu bilden· Der ' , statorjochabschnitt hat an jedem Pol eine magnetische Verengungseinrichtung wie einen länglichen. Kanal oder eine Ifut, die sich quer zum Jochabschnitt zusammen mit exner S£;ulenaufnehmenden Hut erstrecken, die um einen vorbestimmten elektrischen Winkel O von jeder Spulengruppenach.se in der Drehrichtung des drehbaren Glieds getrennt ist. Dadurch wird eine Querachse mit minimaler Periaeanz im Abstand von 90 ° elektrisch von der Einrichtung erzeugt, wobei die Längsachse und die ·, ■ Maximale Permeanz in der Langsaciise Und die maximale Permöanz im Bereich der Verengungseinrichtung sind·. Das führt zu,einer ' Reluktanz ir;i magnetischen Pfad des Querachsenflussea und zu einer PhaseuverSchiebung der Plußkomponenteii während des Anlaufs,. F.-.r einen befriedigenden Ausgleich von Anlauf- und ■Dauerbetrieb sollte der Winkel 0 zwischen 20 und 70 ° von der Spuiejigrup^enac-'-se und das Verhältnis der Querachsen-Hagneti— sierungsreaktanz zu der liängsachsen-Magneuisierungsreaktanz 0,25 bis eins cül ie Glich ü, ^O betragen.-'.'lesif.iS einen v^eiteren 1-lerjnaal der Erfindung befinaet sich

ns ein ausgewählter Salinabscliniiti-Endteil in Dreh-Tig er;tge_o-er.u-3-jetzt zu der Dre: .richtung des drehbaren. Glieds in der "-^h.!= der Querachse in einem größeren Abstand von der DrehHC^be uls die3eilige.. EiÄeile, die in der Sähe -der aüsgewälil-te.. s_.ulenaufnel'Mⁱ^'indeii Ivuren liegen. Durch· diesen wird isi veseiitlichen eine ca.:nie Tische Verengung und

009817/1073

BAD ORIGINAL

-4- 1813671

Reluktanz an der Bohrung für den Längsaehsenfluß erzeugt.

Durch die Erfindung wird vorteilhafterweise unter anderem ein befriedigendes Weglassen der Hilfswicklung in dem für einen Einphasen-Induktionsaiotor verwendeten Stator * ohne größere Änderungen der Statorfertigungsausrüstung und -technologie erreicht. Eine weitere. Vereinfachung und Erhöhung· der Wirtschaftlichkeit kann bei der Herstellung derartiger Motoren erreicht werden und eine unterschiedlich ausgebildete Quer- und Längsachse und eine übliche Hauptwioklung mit der . wünschenswerten verteilt gewickelten Wicklung kann weiter verwendet werden.

Die Erfindung soll anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:

- Fig. 1 eine Endansicht des Stators und des Eotors, teilweise auseinandergenommen und teilweise schematisch» um ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung in einem zweipoligen Einphasen-Induktionsmotor zu zeigen;

Fig. 2 eine vergrößerte Teilansicht eines Teils einer im Stator von Fig. 1 zu sehenden Statorlamelle j

Fig. 3 eine Teilaufsicht auf einen Teil des in Fig. 1 abgebildeten Statorkerns;

Fig. 4 eine charakteristische Drehzahl-Drehmoment-Kurve für Elektromotoren, die ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung sind;

• Fig. 5 ein Schaltbild, woraus ersichtlich ist, wie die Querachsen- und die Längsachsen-Magnetisierungsreaktanz für den Elektromotor von Fig. 1 grenessen werden können;

Fig. 6 schenatisch einen vierpoligen Einphasen-Induktionsnotor mit einer Abwandlung des Ausführun/rsbeispiels der Tig. 1 und 2, ... _{008β1ί/1073 BAD}

Jig. 7 eine Endansicht, teilweise schema-t?isch_t eines - anderen AusftUirungsbeispiels gemäß der Erfindung} und

Fig. 8 eine Endansicht, teilweise schematisch» eines weite-ren Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung.

Bei dem in den Pig. 1, 2 und 3 abgebildeten Ausführungsbeispiel handelt es sich zur Erläuterung um einen' zweipoligen Einphasen-Induktionsmotor. Aus Fig. i ist ersiohtlich, daß ein Stator 10 des Motors einen- lameliierten £ern hat, der aus übereinandergesohichteten lamellen aus magnetisierbarer!! Eisen, Elektrostahl oder dergleichen besteht, die geeignet aneinander befestigt gind» z.B. durch übliche Keil-Nut-Verbindungen U. Der Kern h$-fc einen fflagne-tisierbaren Jochabschnitt 12 und mehrere.nach innen vorspringende, winkelig gegeneinander versetzte Zahnabsohnitte 13, die einstückig an einem Ende mit dem Joehabsqhnitt verbunden sind und aufgeweitete Endteile 14 am anderen Ende haben, um eine den Rotor aufnehmende Bohrung- 16 au bilden. Die Abschnitte 12 und 13 bilden zusammen mehrere' äpuleri-* aufnehmende Nuten 17 (24 flind. abgebildet), die,Nuteneingänge 18 haben, die durch benachbarte Endteile zusammen mit der Bohrung 16 erzeugt werden.

Der Kern des in Fig. 1 abgebildeten Ausführungsbeispiels trägt eine verteilt gewickelte Hauptfeldwicklung': mit zwei Spulengruppen 21 und 2,2, die in den Nuten .symmetrisch um eine Spulengruppenachjse 23 bzw. 24 angeordnet! sind, die gegeneinander um 180 elektrisch an entgegengesetzten Zahnabschnitten 13a und 13b versetzt sind. Es ist ersiehtlieh, daß jede Spulengruppe, fünf konzentrisch-angeordnete Spulen 25 - 29 hat, die aus geeigneten prahtwindungen gewickelt sind, um ungefähr das wünschenswerte' sinusförmige

ORIGINAL INSPECTED

_ 6-

1643671

Stromwindungsmusttr zu ergeben. Die Spulen in jeder Gruppe umspannen 3, 5» 7» 9 bzw. 11 Zahnabschnitte, um 2 Magnetpole mit momentan wechselnder Polarität zu ergeben. Anstelle einer Hilfswicklung auf dem Kern mit 2 Magnetpolen, die üblicherweise um 90 ° elektrisch von den Spulengruppenachsen 23. und 24 'getrennt sind und normalerweise mit der Hauptwioklung für den Dauer- und/oder Anlaufbetrieb erregt werden, ist eine Anordnung vorhanden, die einen befriedigenden Anlauf- und Dauerbetrieb ohne die Hilfswicklung gewährleistet. Insbesondere ist (Pig. I) eine magnetische Verengung quer zum'Jochäbsöhriitt für jeden Magnetpol an einem Vorbestimmten elektrischen Winkel β gegen die zugehörige Spulengruppenach.se gesehen in Drehrichtung (vgl. den Pfeil) um die Drehachse A für ein drehbares Glied 30, Diese Verengung gehört zu einer ausgewählten^Kut in jedem Magnetpol, z.B. der Nut 17a, und erzeugt eine besondere Querachse 31 mit minimaler Permeanz oder maximaler ßeluktanz an einer davon um 90 ° elektrisch getrennten Stelle, wobei die Verengung im magnetischen Pfad des Querflusses auftritt, der durch den Jochabschnitt während des Betriebs des Motors verläuft. Die 90 ° elektrisch werden von dem Mittelpunkt des Eingangs 18 in die Nut 17a gemessen. Auf diese Weise verläuft in dem Ausführungsbeispiel die Querachse zumindest theoretisch durch den Mittelpunkt des Eiiygangs in die Nut 17b. Es ist ersichtlich., daß die Längsachse 36, vio die maximale Permeanz oder minimale Reluktanz auftritt, ihrerseits um 90 ° elektrisch von der Querachse (gemessen an der Bohrung) ge'trennt ist, und daß die Aciiae durch die im Jochabsehnitt ausgebildete magnetische Verengung l-.uft.

009017/1073

Die abgebildete Verengung, hat die Form einer länglichen, im allgemeinen radialen und relativ engen Nut oder Kanals 32, der auf der ganzen axialen Länge der übereinandergeschichteten Lamellen verläuft» Das-äußerste Ende 33 der Nut ist in Verbindung mit dem Außenrand des Statorkerns, wie am besten aus Fig. 3 ersichtlich ist, und das innerste Ende 34 endet " in der Nähe des Mittelpunkts der ausgewählten Nut 17a. Diese Nut kann zweckmäßigerweise in den Jochabschnitt während des Lamellenstanzens oder nach der Befestigung der Lamellen aneinander geschnitten werden. Obwohl dieser Aufbau zu einer Reluktanznut im Pfad des Querflusses führte beeinträchtigt-er nicht den FIu»pfad für den Längsachsenfluß, so daß die Gefahr der Entstehung von Raumharraonischen für diesen Fluß verringert wird. Um sehr gute magnetische Verengungen zu erhalten, sollte" die minimale Breite a der Nut_; 52 (Fig. 2) nicht kleiner als 0,025 cn (10 mil) und vorzugsweise 0,075 cm (0,03 Soll); oder größer für Ilötoreu EtIt weniger als 1 PS und mehreren PS Leistung seih, Außerden sollte, wenn tier Stator ■in einen i-iantei nonxiert ist, der einen in der Nahe des lindes 33 der Kut 32 angeordneten: Seil hat, der ^sbntel aus einen "unnairne tischen '.ferkstoff hergestellt sein, so daß er nicht einen die -iut 32 umlaufenden magnetischen Pfad herstellt. --.·..■ - V

In dem Ausfuhrirngsbeispiel der Fig. 1 und" 2 befindet sich eine kleine 3ät*;i_tTbare Brücke 57 zwischen den Nutende 34 und der wicl<lu]igsaufr.ehnen3.ert Nut 32, z.B. mit einer radialen -Tiefs von .ι, 13 cn (0,05 2ο1ΐί, ;siid das IiUt ende 34 is-t -u-geweitet, ara einen längeren uncagnetischen Pfad

BAD ORIGINAL

■„-.J¹ 000817/1073

— ο —

quer dazu zu ergehen, so daß ein leil des Querflüsses durch die magnetische Brücke 57 zur schnellen Sättigung der Brücke gezwungen wird. Obwohl theoretisch die Nut vollständig durch den Jochabsohnitt zwischen dem Außenrand des Kerns und der ausgewählten Nut 17 a verlaufen sollte, erlaubt die relativ enge Brücke 37 die Herstellung der einzelnen Lamellen in einem Stück und des lainellierten Statorkerna als einer einzigen einstückigen Einheit, ohne daß der Längsachsenflußpfad oder die Betriebseigenschaften des Motors stärker beeinflußt werden. Da die länglichen Nuten 32 quer zu einem größeren Teil des Jochabschnitts verlaufen, wodurch die mechanische Festigkeit oder Starrheit des kerns verringert wird, werden die Hüten 32 vorzugsweise mit einem geeigneten unmagnetischen Bindemittel wie einem ausgehärteten oder getrockneten anhaftenden Epoxydharz gefüllt, um dem Kern die gewünschte Festigkeit zu verleihen* Dieses Bindemittel kann in ungehärteter Form leicht in die länglichen Hüten 32 gefüllt werden, nachdem die Lamellen aufeinandergeschichtet ausgerichtet worden sind, aber bevor geeignete Spulennutauskleidungen oder andere Spulenisolierungen und die Hauptwicklungsspulengruppen in den spulenaufnehmenden Hüten des Kerns angeordnet worden sind.

. Es soll nun wieder auf die bevorzugte Lage der länglichen Nuten 32 gegenüber den.Spulengruppenachsen 23 und 24 eingegangen werden. Wie oben erwähnt, wird der elektrische Winkel θ'νοιι der gegebenen Spulengruppenach.se an der Bohrung zu den Mittelpunkt des Eingangs 18 in die

Ϊ08817/1073

sjmlenauinehmende Nut 17a gemessen, die die ausgewählte " Nutdes Magnetpols ist, der zum innersten Ende 34 der ' längl-ichen Nut 32 gehört» Durch Abänderung des Jochabs«3hnitts in dieser Weise wird eine Phasenverschiebung zwigonen den beiden Flußkomponenten erzeugt, wobei das maximale AnIaufdrehmoment auftritt, wenn der Winkel 9 etwa 4f ° elektrisch beträgt. Es wurde festgestellt,' daß «das Anlauf drehmoment abfällt, wenn der Winkel von 45 ° abweicht, und dad ein praktisoh befriedigender Betrieb für die meisten Verwendungszwecke erreicht wird_t .wenn das Anlauf drehmoment im Vergleich zum-Dauerbetrieb Volllastwirkungsgrade von gut über 40 j$ -be-trägi, wenn, der Winkel -Θ etwa 20 - 70 ° für einen gegebenen Pol beträgt. Wenn z.B. der 24-faoh genutete Kern des AusftihrungsWi-» spiels betrachtet wird, sind die Hüten gleichmäßig voneinander getrennt und haben Nuteneingangsmiijtelpunkte, die um jeweils 15 ° elektrisch voneinander getrennt sind, '. wobei sich die Nuten 17a um 57,5 ° elektrisch von den zugehörigen Spulengruppenaohsen 25 und' 24 entfernt befinden« Selbst vrenn sich die Winkellage der Hut 32 in der-Nähe der oberen Grenze dieses Bereichs befindet, zeigen die-gemäß den fig. 1, 2 und 3 gebauten Motoren ungewöhnlich, gute Drehmoment- und Laufeigenschaffeen.

Insbesondere wurden die Siatoren für derartige Motoren mit einem Außendurchmesser quer zu einem Satz von. Nuten von 13,70 cm (5,40 Zoll) und 15,25 cm« (6 Zoll) quer zum anderen Satz gebaut. Der Bohrungs durchmess er betrug 8,9^:45 om (3,480 Zoll), während die Stapellänge etwa 2 cm (0,8 Zoll) betrug» Die Tiefe des Jochabschnitts schwankte von einem

~ 10 -

Minimum bei 1,52 era (0,60 Zoll) big zu einem Maximum bei 2*26 cm (Q>89. Zoll), Die längliche Nut 32 hatte die folgenden. Abmessungen: 2,060 cm (0,812 Zoll) radiale Tiefe, und 0,075 cm (0,03 Zoll) Breite a. Jede Spulengruppe bestand aus 4 Spulen 26 - 29 mit 24, 28, 34 tan*.- 38 Windungen, wobei eih 0,0453-Aluminiumdraht einen Widerstand von 2,2XL hatte. Alle angegebenen Abmessungen und Meßwerte sind Kennwerte, . '.

Das drehbare Glied 30 war ähnlich dem abgebildeten und hatte 54gleichmäßig getrennte Wicklungsnuten 43, die»0,63cm (0,25 Zoll) tief mit eingesetzten unmagnetischen Leitern 44 gefüllt waren,. z.B. aus Aluminium, einer Käfigläufer-Sekundärwicklung. Die Leiter, die um 15 ° schräg verliefen, waren einstückig an jedem Ende eines lameliierten Rotorkerns clu^öft etneti Endring 46 mit relativ hohem Widerstand befestigt. Die-folgenden Angaben sind Durchschnittswerte für die getesteten Motoren: Vollverlust-Wirkungsgrad von 45,8 bei 3 100 U/mln, und 284 W abgegebenes abgebremstes Drehmoment über 0600 ρ · cm (11,1 Unzen · Fuß) bei einer Drehzahl von etwa, 2 800 u/ijiin, wobei die gesamte Drehzahl-Drehmoment-Charakteristik der Kurve 40 in Pig.4 ähnlich war.

Es ist bei der praktischen Erprobung festgestellt wor-

den, daß im allgemeinen, je niedriger das Verhältnis der

Querachsen-Magnetisierungsreaktanz "Xmq" zu der Längsachsen-r Magnetisierungsreaktanz "Xmd" ist, um so größer das Anlaufdröhmoment' ist, aber um so,schlechter der Dauerbetrieb ist (das heißt, der Dauerwiri.üü_t:.;3_c-r;idkleiner ist). Um vorteilhafte Ergebnisse durch die Erfindung durch herstellung eines

00tet7/1073

befriedigenden Ausgleichs zwischen dem Anlauf— und dem Dauerbetrieb für die meisten Zwecke zu erreichen, sollte " das Verhältnis von "XmqV'Xmcl" °»25 bis einschließlich 0,70 betragen.

Fig. 5 zeigt schematisch eine Möglichkeit* wie die Querachsen- und Längsachsen-Magnetisierungsreaktanz für die Verwendung in dem oben erwähnten Verhältnis bestimmt

werden können» Als Beispiel soll der Statorkern von Pig* I genommen werden» Vordem Einbau der Spulengruppen 21 und wird eine verteilte Wicklung 41 symmetrisch entweder um die Querachse oder um die Längsachse angeordnet* was von der festzustellenden Reaktanz abhängt» Die Wicklung 41 wird so ausgewählt, daß sie eine ausgewählte Anzahl von effektiven Windungen pro Pol in einem ungefähr sinusförmigen Muster hat. Eine verteilte Wicklung 42, die von einem gewickelten Läufer getragen wird, wird mit der gleichen Anzahl effektiver Windungen pro Pol wie für die V7ieklung 41 versehen. Der Läufer wird dann in die Bohrung des Stators so eingesetzt, da:5 die Polgruppenmittelpunkte der Wicklungen 41 und 42 sich radial überdecken. Anschließend wird Wechselstrom einer dieser WieKlingen zugeführt, wobei die andere Wicklung unterbrochen ist, und die Größe des zugeführten Stroms I, (Fig. 5) für die eine Wicklung und die Spannung Y„ an der anderen. WiCkIuIi₄: werden gemessen. Die Magnetisierungsreaktanz X«, für die gesessex.e-Xch.se ist gleich Spannung V„ dividiert «nirch Strom I,.

?alls beispielsweise die Länr:sachsen-Kagnetisierungsreakt-ana X^d fUr den Statorkern von Pi^. 1 bestimmt vmrden seil, l:a^2x ei.: Spulen^ruppe mit 6 Iconiztintrisclien Spillen syii^etriscf- uz: jeae--7-.it I?a so apge

009117/ton

BAD OHiGiNAL

^; ordnet werden, daß die Spulen 2» 4.« 6» 8, 10-fcjew« 12 Zähne umspannen. Ea soll weiter angenommen W6r4e»t Μι? die gewählte Anzahl von effektiven Windungen pro BoI 100 toe*- trägt, dann sollten die effektiven Windungen_t die duroh die einzelnen Spulen dee Pols (von der Innen- fcur Außenseite) erzeugt werden, folgende Werte habent 8*627? 16-_t666t 23,570% 28,867> 32,198 und 16,666* Wenn ferner angenommen wird, daß der gewickelte Läufer 30 Nuten hat_t wobei die Läuferwicklung 42 loa effektive Windungen pro 3PoI aufweiöt dann kann jede Lauferspulengruppe aus 6 äjjulen pro l»ol mit folgenden effektiven Windungen, von irniöft »äoh ^uöeit_f t>östeheni ll,Oj 15*86? 2Ö#Ö5V 23,56i 2^60 und 26_t80, wenn ein il5V-60Hz<-Weßhseletrom der Lauferwioklung zugeführt wird, weiden der Läuferstrom I_A und die Statorwiöklungs- " •Bpannung Vg gemesöen* Die Magnetisierungereaktanz für die Längsachse XmS wird dann gleich ^vg/l^.. Die Queraohaen-Magnelisierungpreaktanjs kann in der gleichen Welse beetimmt werden; wobei die Wicklungen 41 und.42 radial iai1; der Achee der Nut 17b in Fig. 1 fluchten. .

Aus der vorangegangenen Beschreibung ist ersichtlichi daß neben anderen Vorteilen ein Motor mit einem Statoraufbau gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung einen angemessenen Anlauf-· uitd Dauerbetrieb *ftit viele Zwecke zeigt, ohne daß eine HilfewickliÄiillÖtWendig-;-:tjelfV dem kann Äie bis ^etzt; zuia Aiisstaiisiisn det· %ihiseiiien verwendete Bittrichtung weiterverwendet werden, und die diese lamellen verwendenden Statorkerne können leicht abgewandelt werden, um gemäß der Erfindung aufgebaut zu sein, ohne daß · eine vollständige Änderung des Lamellen- und" Einrichtungsaufhaus notwendig ist* Bus führt seinerseits zur Binsparung

-00.9*17/1073

' ^13 - ;"■■■"■ ■. ■".. >^;\ -.■;.--■

sowohl be.i der Einrichtung als auch bein Werkstoff und zu einem billigen Einphaseninduktionsmotor. Es ist ferner ersichtlich, daß die Erfindung auch bei Motoren mit sowohl Hilfs- als auch Hauptwicklung benutzt werden kann, um das Anlaufdrehmoment für diese Motoren zu erhöhen, falls es gewünscht ist.

Es ist weiter ersiehtlich, daß die oben erwähnten Merk- ·■" male der Erfindung auch für Statoren zutreffen, die in Elektromotoren mit mehr als 2 -folen verwendet werden. In dieser Hinsicht zeigt Fig. 6 ein Ausführungsbeiäpiel gemäß der Erfindung in Verbindung mit einem vierpoligen. Elektromotor. Der Stator von Mg. 6 ist im wesentlichen gleich dem bereits beschriebenen, abgesehen von einem grundsätzlichen Unterschied in Aufbau und der Anzahl der Spulennuten, der Anzahl der Spulengruppen und. der genauen Lage und Anordnung der magnetischen Verengungen, dea' Jochs. _: ; Der Statorkern ist ein weitverbreiteter Kern mit'36 Hüten 17* und die Nuteingänge 18 sind um 20 ° elektrisch .voneinander getrennt. ITm 4 Magnetpole auszubilden,, hat die verteilte Hauptwicklung 4 übliche Spulengruppen 51 - 54» wobei jede Spulengruppe durch 3 konzentrische Spulen 56 - 58"ge- '■ bildet wird, die symmetrisch um die Spulengruppenache 59;

ι angeordnet sind, die durch die Achse einer zentralen Nutil7c verläuft. Die Spulen sind auseinandergebogen^ um ungefähr ein sinusförmiges Stromwindungsriüster zu ergeben,: z.B. 24, 29 und 36 Windungen von der innersten bis zur äußersten Hpule pro Gruppe. .

In dem Ausführungsbeispiel van Fig. 6 wird die magnetische

Verengung im Jochabschnitt in jedem Polbereich durch eine

00*817/1073 ORIGINAL INSPECTED

längliche Nut 32a hergestellt, die sich vollständig den Jochabsohnitt entlang in direkter Verbindung mit der ausgewählten Spulennut 17a erstreckt* Auf diese Weise ist der

Jochab'schnitt im wesentlichen in 4 ähnliche Segmente unterteilt. Entsprechend sollte zur Herstellung dieses Stators der Kern zuerst aneinander befestigt werden, z.B. durch Keil-Nut-Verbindungen 11, und anschließend geeignet an jedem Polbereich festgehalten werden, wenn längliche Nuten 32a in den Jochabschnitt an den gewünschten Stellen eingeschnitten werden. Während der Kern noch festgehalten wird, wird ein ungehärtetes Bindemittel 38 zugeführt, und nachdem das Bindemittel ausgehärtet ist, kann der Kern ausgespannt werden, um die Herstellung des Stators zu bee riden, das heißt, die Spulennutisolation und die der Spulengruppen vor-. zunehmen.

Ein Vergleich der länglichen Nuten 32a in Fig.» 6 mit denen der" Fig. 1 und 2 zeigt, daß die genauen relativen Lagen der magnetischen Verengungen und der zugehörigen ausgewählten spulenaufnehmeriden Nuten 17a nicht fixiert sind, um die durch die Erfindung erreichbaren Vorteile beizubehalten. Z.B. befinden sich in Fig. 6 die länglichen Nuten 32a parallel zur Spulengruppenachse für die Spulengruppe im gleichen Magnetpol und enden in Verbindung mit der ausgewählten Nut 17a an einer außermittigen Stelle* _s In diesem Ausführungsbeispiel befindet sich die Mitte des "Eingangs der ausgewählten Nut 17a um einen elektrischen Winkel θ von 60 ° von der Spulengruppenachse 59 in Drehrichtung für das drehbare Glied 30 entfernt. In Fig. 6 erzeugen die magnetischen Verengungen die Juerachse 31 in der Mitte des ZäftnnhtclmiZtj3 13p up QO ° elektrisch von dem

ΐ BAD

Huteingang der ausgewählten. Nut 17a getrennt, wobei sich dio Längsachse entlang der gestrichelten Linie 36 be-

findet. Die vorteilhaften Merkmale des Stators sind ahnlieh den "bereits für den Stator; des ersten Ausfuhrungsbeispiels genannten und sollen daher.nicht weiter erläutert' . werden»

Fig. 7 zeigt einen Stator 60 für einen zweipoligen Einphasen-Motor, der im wesentlichen dem in Pig* 1 beschriebenen ähnlich ist» abgesehen davon, daß der Stator 60 einen aufgeweiteten Zahnabschnitt 13d in der Mitte jedes Magnetpols anstelle 3 kleinerer hatj die von der innersten. Spule 25 umgeben sind. Außerdem ist eine magnetische Verengung in der Nähe der Querachse durch Weglassen der vorderen Spitze desι Zälmabachnitts 13d an einer Stelle 61'und durch Weglassen der aufgeweiteten Spitze an einer Stelle 62 für den Sahnabschnitt 13d auf der anderen Seite der Querachse ausgebildet» Die Endteile 61 und 62 befinden sich daher in größerem Abstand von der Dreha,chae A als die übrigen Sndteile _t z.B. um ö»15 cm (0>05 Zoll) versetzt* Durch diesem Aufbau wird ein vergrößerter luftspalt mi* hohem spezifischen Widerstand an dieser Stelle (z.B. über 50-CZ (mil ft)) und eine magnetische Verengung: ajti der bohrung primär im Pfad des Iiängsaehsenflusses erreiaht, um die Hi^öenverseiiisbung zwischen den;%eiden. FlußkQmponeni?en mu jerJiöhen. Darait die Seiten 3er Spulen und die gewörailichön Ifutenffceile in den Grenzen der Hüten in der Sähe dear Sindteile 61 und 62 bleibe«,, können mehrere in dea Paket voneinander getrenrtte iaaellen mti En-dlippeii (in ITollinien; abgebildet) ohne «grδSere Verringerung des ,

magnetischen Verengungs-Effekts verwendet werätn» der durch ''"' Entfernung der Idppenteile von den anderen !»awsllen «n diesen Winkellagen entsteht. .; ■.-".,.- "'« , ■'

Es soll nun Flg# 8 besehrieben werden» wo «in anderes

Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung in Zusaiamenhattg mit einem,Stator für einen zweipoligen Einphasenmotor abge* bildet ist. Der Stator hat einen laraellierten pirn tait θ pulenaufnehmend en Nuten 17» die den gleichen^uJCbau ,wie, die in Fig. 1 abgebildeten, haben, und 2 ähnliche SpUlengruppen 23 und 24* die symmetrisch um die fipulengruppenachsen 21 und 22 angeordnet sind. In dieseia Äueführungsbeispiel variieren die Endteile* der einzelnen ZSahnabschnitte · in ihrem radialen Abstand von der Drehaehee A in einer vorbestimmten.nicht kreieförmigen Weiee-i um magnetische Verengungen und die Quer- bzw. liUngsachse 31 bew, 36 zu erzeugen, so daß eine Phasenverschiebung zwischen den Fluß- , komponenten auftritt. Bs sind 24 Zahnabschnitte 71 — 94 abgebildet» und die Spulengruppenachsen, 23 und 24 befinden sich in der Mitte der Abschnitte 71 bzw. 83ydie um 180 ° elektrisch, getrennt sind.

Zur Erläuterung sind die Querachse 36 und die Längsachse 31 um 45 ° elektrisch von den Spulengruppenachsen und 24 entfernt. Die Achse 31 befindet sich in der Mitte der Zahnabachnitte 74 und 86, während die Achse 36 in der Kitte der Zahnabschnitte 92 und 80 liegt. Die Endteile der · er^teren Zahnabschnitte und vorzugsweise der Zahnabachnitte 72 , 75, 85 und 87 Ilaben alle den gleichen radialen Abstand von der Drehachse A, welcher Abstand minimal ist. Den maximalen Abstand der Sndteile haben die Zahnabschnitte ^j2 Ur₁U 8"J. Bei ./imsch JEönnen verschiedene nicht eingeschnittene* '

000817/1073

.;. Stanzbleohe aus den für de» Stator von Eig. ? genannten örliäden verwendet vrörden* Ih der praktischenErprobung

* - ■ ■

... sind "befriedigende Ergebnisse für einen Stator der abge-' bildeten Horn erhaltenworden, der eine minimale radiale Ausdehnungvon 4_r42 cm (I₁74 Zoll) und eine dazu um 0,13 cm (0,05 Zoll) größere maximale radiale Ausdehnung an den Abschnitten 92 und 80 hatte.

ITm durch die Erfindung mit dem Stator von Fig. 8 einen größtmöglichen Vorteil bezüglich der wünschenswertesten Anlaufdrehmoment-Öharakteristik zu erreichen,^:sollte nicht nur der Winkel θ 45 ° betragen, sondern die radialen Abmessungen zwischen der Achse A und den Endteilen für die Zahnabschnitte' an jeder Seite der Abschnitte 92 und 80 sollten kontinuierlich abfallen. Das kann leicht erreicht werden, indem umschreibende Punkte B und 0 von der Achse A getrennt angeordnet werden (vgl· Fig. 8), z.B. in einem Abstand von 0,20 om (0,08 Zoll), und die Endteile der Zahnabschnitte 88 - 94» 71 und 72 in einem Abstand E vom Punkt B und die Abschnitte 76 - 84 in eiüem Abstand S vom Punkt C hergestellt werden. Die so hergestellte,Bohrung ist im wesentlichen mit der magnetischen Verengung versehen* und der Luftspalt hat einen, relativ hohen spezifischen Widerstand,

Das folgende Beispiel soll erläutern,, wie das in Big« abgebildete Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung praktisch

i I

ausgeführt wurde. Hehrere Statoren wurden wie abgebildet |aus einer 2, §€L-Aluminiumwicklung voll einem Durchmesser von ." 0,1085 Qm (0,0427 Zoll) mit 19, 28, 33, 39 bzw* 44 Draht-Windungen fiir die.Spulen 25 - 29 hergestellt* Sie P.alasblänge betrug 2,0 cm (0,8 Zoll) und die'Endteile warerk mit den bereits in Z^sammerthang.mit^Fig. 8 angegebenen Nennwerten ausgestanzt worden«. Die folge-näen Betriebswerte sind typisch für die

00911 7/107 d ORIGINAL iNSPECTED

getesteten Motorenι .. *

Anzugs-Drehmoment .... ·..,....... 1,57 kp · cm ( 1,8 oz · ft)

- Abgebremstes Drehmoment ..♦«... 8,8 kp ■· om (10,1 oz · ft)

bei 2300 U/min

Maximaler Wirkungsgrad ........ 37$ bei 3000 ü/min

Eingangslqistung

bei 500P U/min ................ 524 W

Aus diesen Betriebswerten und ihrem Vergleich mit einem Stator gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ersichtlich, daß für den gleich großen Stator der Betrieb des ersten Ausführungsbeispiels des Stators besser ist, selbst wenn bei ihm die Lage der Quer- und der Längsachse nicht optimal wie im Stator von Fig. 8 ist. Das heißt, in Fig. 1 ist dei* Winkel & von 45 ° verschieden. Der Dauerbetrieb kann Jedoch verbessert werden (wie auf Leistungen von über 40 ), indem die Pakethöhe erhöht und/oder die Drahtgröße verringert wird.

Aus der vorangegangenen Beschreibung ist also ersichtlich, daß die Erfindung verschiedene Vorteile hat. Die Quer- und die Längsachse, die minimale bzw. maximale Permeanz haben, können an vorgeschriebenen Stellen im Motor angeordnet werden, und eine Phasenverschiebung in den Flußkomponenten kann ohne weiteres für den Anlauf erzielt werden. Daher kann selbst ohne eine Hilfswicklung ein befriedigender Anlauf- und Dauerbetrieb leicht erreicht werden. Diese Vorteile der Erfindung können ohne größere Änderungen der vorhandenen Fertigungseini'iehtungen und -technologie erhalten werden. Der.Stator gemäß der Erfindung hat einen einfachen Aufbau und kann wirtschaftlich gefertigt werden, inden bereits gegenwärtig verwendete Kerne und Hauptwicklungen bei ¥uiisch verwendet werden können.

' . " "".-.''■■■ Patentansprüche

0001177Ϊ073 —

Claims (1)

1. -is- 16Ϊ3571

   21. Februar 1967

   EH/S& Unsere Jurtei 1757

   Patentansprüche

   Stator, insbesondere für einen Einphasen-Indüktionsmotor, mit einem aus einem magnetisierbaren Werkstoff geformten Kern, der einen Jochabschnitt und mehrere mit diesem verbundene, winkelig versetzte Zahnabschnitte hat» die mehrere winkelig versetzte spulenaufnehmende liuten bilden und Endteile zur Ausbildung einer Bohrung für die Aufnahme des drehbaren Glieds haben, und*mit mehreren Spulengruppen, die eine Anzahl von in den Hüten ange- * "-.**" ordneten Spulen eur Ausbildung von laindestens zwei Magnetpolen haben-, wobei die Spulen 3ederGrruppe symmetrisch um eine zugehörige Spulerigruppenachse angeordnet ■ sind, g e k e η η ζ e i ohne t d u r c h eine in dem Jochabachnitt (12) ausgebildete magnetische Verengungseiuriciitung (32--; 32b.) _t die zu einer ausgewählten spulenaufiiehmenden Nut (17a7 gehört, die um einen vorgeschriebenen eleictrischeii Winkel (Θ) von jeder Spulengruppenacäse (23, 24; 59) in der Brehrichtung des dTehbaren Glieds (30) im Bereich eiiier Längsachse (36) mit aascimaler Periaeanz getrennt ist, welclie magnetische Verengungseinrichtung (32j 32a) eine ua 90 ° elektrisch von ihr getrennte Querachse (31) mit "einer siniaalen Perrüeanz erceugt (S¹Ig. 1, 2, 3| 6).

   BAD ORIGINAL

   00-90 Ii/"ίυ

   * 20 -

   1013671

   2. Stator nach Anspruch I₁ g e k e η η e β to h η et

   durch mindestens einen ausgewählten Zahn-Absohnitt- ..">"- Endteil (61, 62), der von jeder Spulengruppenachee (23, Ml· j entgegengesetzt eu der Drehrichtung dee drehbaren Glieds (JO) getrennt let, eich ^eweile in «ine» größe- J ren Abstand von der Drehachse (A) ale die Endteile der j in der Nähe der ausgewählten Nuten (ITa) »agtprdnettn Zahnabschnltte βοwie in der Näh· der zugehörigen Querachse (51-) befindet -(fig. T) ·

   3. Stator nach Anspruch 1 und 2, da d tt r c h ge k « η a--ε e i c h η e t , daß daß Verhältnis der Querächeen-Magnetisierungereaktanjs zu. der Längsacheen-Magnetisierungereaktanz nicht wesentlich unter 0,25 und nicht wesentlich über 0,70 liegt,

   4. Stator nach Anspruch 1 - 3, d a d u r c h ge k e η η *· zeichnet, daß die magnetische Verengungseinrichtung eine sich guer durch einen größeren Teil des iJochabschnitte (12) erstreckende längliche Nut (32|32a) 1st, von der ein Ende (34) in der Nähe einer ausgewählten spulenaufnehmenden Nut (17a) angeordnet ist, die von einer zugehörigen Spulengruppenachse (23, 24| 59) getrennt 1st (Pig. 1, 2, 3j 6)·

   5· Stator nach "Anspruch 4, d a d u r c h g e k e η η. -■ zeichne t _f daß Jede längliche Nut (32j 52a) mit einem unmagnetisciien Sindemittel zur Erhöhung der Pestigkeit des Jochabschnitts (12) gefüllt ist*

   009817/1073

   1613571

   d. Stator nach Anspruch 3, et ad u τ ο la. g e k e η η ζ eich net ,daß der auagewähliie elektrische Winkel (β) im Bereich von 20 - 70 ° liegt.

   ,7, Stator nach Anspruch 1 - 6, d a d u r c h g e k e η η - ζ e i c h η et , daß die Iiängsachse (36) von jeder Spulengruppenachse {23% 24) in der Drehrichtung des drehbaren öliede (30) getrennt ±si, und daß der Querschnitt dea in der Nähe der liängaachse (36) befindlichen Luftspalts ein Minimum ist, so daß die Zahnabschnitta-Endteile eine insgesamt langgestreckte Bohrung bilden (!ig. 7).

   8. Stator nach Anspruch 1 - 6, d a d u r c h gekennzeichnet , daß die Längsachse (36) von Jeder Spulengruppenachae (23, 24) in der 3>rehricJitung des drehbaren Glieds (30) getrennt ist, und daß das Verhältnis der Querachsen-Magnetisierungsreaktanz zu der Längsachsen-Magnetiaierungareaktanz im Bereich von 0,25 bis einachließlich 0,70 liegt. - -

   9. Stator nach Anspruch 1 - 6, dad Ur c h g e k.e η η - ζ eic h η e t , daß der Kern lamelliert ist, unddaßj mindestens eine, aber nicht aXie Kernlamellen alle Zahnabschrfitts-Endteile auf .etwa.dem gleichen Radius von der Drehachse (A) entfernt haben. -

   bOtt17/1073

   . Al-Lee rsei te