DE1613671C3

DE1613671C3 - Single-phase asynchronous motor

Info

Publication number: DE1613671C3
Application number: DE19671613671
Authority: DE
Inventors: Doran David Sycamore IU. Hershberger (V.StA.)
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1966-06-07
Filing date: 1967-03-08
Publication date: 1976-12-23

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Einphasen-Asynchronmotor mit einem um eine Rotationsachse umlaufenden Rotor, einem Statorkern, der einen Jochabschnitt und zahlreiche im Winkel angeordnete Zahnabschnitte aufweist, die mit dem Jochabschnitt verbunden sind und zahlreiche im Winkel angeordnete, Spulen aufnehmende Nuten sowie eine Bohrung zur Aufnahme des Rotors bilden, und mit zahlreichen verteilt gewickelten Spulengruppen, die jeweils wenigstens zwei in den Nuten angeordnete Spulen aufweisen zur Bildung von wenigstens zwei Magnetpolen, wobei jeder Pol mehr als zwei Nuten umfaßt und eine Polachse und eine Längsachse mit minimaler Reluktanz besitzt.The invention relates to a single-phase asynchronous motor with a rotation axis rotating rotor, a stator core, a yoke section and numerous arranged at an angle Has tooth sections which are connected to the yoke section and numerous angled, Forming spool receiving grooves and a bore for receiving the rotor, and with numerous distributed wound coil groups, each having at least two coils arranged in the grooves for forming at least two magnetic poles, each pole comprising more than two grooves and one Has a polar axis and a longitudinal axis with minimal reluctance.

Ein derartiger Einphasen-Asynchronmotor ist in der USA.-Patentschrift 3235 762 beschrieben. Ein Asynchronmotor mit einem solchen Aufbau besitzt jedoch kein Anlaufmoment. Deshalb weist der bekannte Asynchronmotor Hilfswicklungen auf, die gegenüber der Hauptwicklung elektrisch verschoben sind, so daß der Motor schon im Stillstand ein Drehmoment entwickeln kann. Solche Motoren werden in großer Zahl verwendet, weil sie zuverlässig arbeiten. Die Einphasen-Asynchronmotoren könnten jedoch noch weiter vereinfacht und ihre Wirtschaftlichkeit erhöht werden, wenn keine Hilfswicklungen benötigt werden, da diese aus teurem Leitermaterial bestehen, viel Raum in den Statornuten wegnehmen und zusätzliche Arbeitszeit bei der Motorfertigung beanspruchen. Es sind zwar bereits Einphasen-Asynchronmotoren ohne Hilfswicklungen bekannt (AIEE-Transactions, Mai 1944, Bd. 63, Seite 245), bei denen die ausgeprägten Magnetpole asymmetrische Stirnflächen aufweisen, so daß ähnlich wie beim Spaltpolmotor das Magnetfeld an einem Polende gegenüber dem anderen Polende geschwächt ist. Ein derartiger Aufbau läßt sich jedoch nicht in sinnvoller Weise auf Motoren mit verteilten Wicklungen übertragen, weil die Form der gestanzten Magnetbleche viel zu kompliziert werden würde.Such a single-phase asynchronous motor is described in U.S. Pat. No. 3,235,762. A However, asynchronous motors with such a structure have no starting torque. Therefore, the well-known Asynchronous motor auxiliary windings, which are electrically shifted with respect to the main winding are so that the motor can develop a torque even at a standstill. Such engines are used in used in large numbers because they work reliably. However, the single-phase asynchronous motors could can be further simplified and their economy increased if no auxiliary windings are required will, since these are made of expensive conductor material, take up a lot of space in the stator slots and require additional working time in engine production. There are already single-phase asynchronous motors known without auxiliary windings (AIEE-Transactions, May 1944, vol. 63, page 245), in which the pronounced magnetic poles have asymmetrical end faces, so that similar to the Shaded pole motor the magnetic field at one pole end is weakened compared to the other pole end. A Such a structure cannot, however, be transferred in a meaningful way to motors with distributed windings. because the shape of the stamped magnetic sheets would be much too complicated.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Einphasen-Asynchronmotor mit verteilten Wicklungen zu schaffen, der keine Hilfsphase besitzt und trotzdem einfach aufgebaut ist und einen verbesserten Wirkungsgrad hat.The invention is based on the object of a single-phase asynchronous motor with distributed windings to create that has no auxiliary phase and is still simply structured and an improved one Has efficiency.

Diese Aufgabe wird bei einem Einphasen-Asynchronmotor erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Längsachse in einem Winkel zwischen 20° und 70° elektrisch zu jeder Polachse in Drehrichtung angeordnet ist derart, daß die Querachse mit maximaler Reluktanz 90° elektrisch von der Längsachse des Magnetpols verschoben ist, daß ferner wenigstens einer der Zahn- und Jochabschnitte eine magnetische Verengung mit großem Widerstand in der Nähe der Längsachse des Magnetpols aufweist und daß das Verhältnis der Querachsen-Magnetisierungsreaktanz zu der Längsachsen-Magnetisierungsreaktanz in dem Bereich von 0,25 bis 0,70 liegt.This object is achieved in a single-phase asynchronous motor according to the invention in that the Longitudinal axis at an angle between 20 ° and 70 ° electrically arranged to each polar axis in the direction of rotation is such that the transverse axis with maximum reluctance is 90 ° electrical from the longitudinal axis of the magnetic pole is shifted that further at least one of the tooth and yoke sections has a magnetic constriction with great resistance in the vicinity of the longitudinal axis of the magnetic pole and that the Ratio of the lateral axis magnetization reactance to the long axis magnetization reactance in the Range from 0.25 to 0.70.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Motorbleche in einfacher Weise herstellbar sind und der Motor trotz fehlender Hilfswicklung hervorragende Betriebscharakteristiken hat, die sich in einem guten Anlaufmoment, einem kontinuierlichen Drehmoment-Drehzahlverlauf ohne Sattelmoment und einem Wirkungsgrad von mehr als 40% zeigen. Diese Vorteile sind darüber hinaus erreichbar, ohne daß die bereits bestehenden Fertigungseinrichtungen und -techniken wesentlich geändert werden müßten. Auf Wunsch können auch die üblichen Kerne und Hauptwicklungen verwendet werden.Further advantageous refinements of the invention emerge from the subclaims.
The advantages that can be achieved with the invention are, in particular, that the motor sheets can be produced in a simple manner and, despite the lack of an auxiliary winding, the motor has excellent operating characteristics, which result in a good starting torque, a continuous torque-speed curve without saddle torque and an efficiency of more than 40%. show. In addition, these advantages can be achieved without the already existing production facilities and techniques having to be significantly changed. If desired, the usual cores and main windings can also be used.

Die Erfindung soll an Hand der folgenden Beschreibung und Zeichnung verschiedener Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigtThe invention is intended to be based on the following description and drawings of various exemplary embodiments are explained in more detail. It shows

Fig. 1 eine teilweise schematische Endansicht des Stators und des Rotors, um ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung in einem zweipoligen Einphasen-Asynchronmotor zu zeigen,Figure 1 is a partially schematic end view of the stator and rotor to illustrate one embodiment to show according to the invention in a two-pole single-phase asynchronous motor,

F ig. 2 eine vergrößerte Teilansicht eines Teils einer Statorlamelle im Stator gemäß Fig. 1,Fig. 2 shows an enlarged partial view of part of a stator lamella in the stator according to FIG. 1,

Fig. 3 eine Ansicht von einem Teil des in Fig. 1 abgebildeten Statorkerns,FIG. 3 is a view of part of the stator core depicted in FIG. 1;

Fig. 4 eine charakteristische Drehzahl-Drehmoment-Kurve für Einphasen-Asynchronmotoren gemäß der Erfindung,4 shows a characteristic speed-torque curve for single-phase asynchronous motors according to the invention,

F i g. 5 ein Schaltbild, woraus ersichtlich ist, wie die Querachsen- und die Längsachsen-Magnetisierungsreaktanz für den Asynchronmotor gemäß Fig. 1 gemessen werden können,F i g. Figure 5 is a circuit diagram showing how the lateral axis and long axis magnetization reactance can be measured for the asynchronous motor according to Fig. 1,

Fig. 6 schematisch einen vierpoligen Einphasen-Asynchronmotor gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung,6 schematically shows a four-pole single-phase asynchronous motor according to another exemplary embodiment the invention,

Fig. 7 eine teilweise schematische Endansicht von einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.Figure 7 is a partially schematic end view of another embodiment of the invention.

Bei dem in den Fig. 1,2 und 3 abgebildeten Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen zweipoligen Einphasen-Asynchronmotor. Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß ein Stator 10 des Motors einen lameliierten Kern hat, der aus übereinandergeschichteten Lamellen aus magnetisierbarem Eisen, Elektrostahl od. dgl. besteht. Die Lamellen oder Bleche sind miteinander verbunden, was z. B. durch eine übliche Keil-Nut-Verbindung 11 geschehen kann. Der Kern hat einen magnetisierbaren Jochabschnitt 12 und mehrere nach innen vorspringende, winkelig gegeneinander versetzte Zahnabschnitte 13, die an dem einen Ende mit dem Jochabschnitt integral verbunden sind und vergrößerte Endteile 14 am anderen Ende haben, um eine den Rotor aufnehmende Bohrung 16 zu bilden. Die Abschnitte 12 und 13 bilden zusammen mehrere Spulen aufnehmende Nuten 17 (24 sind abgebildet), die Nuteneingänge 18 haben, die in Verbindung mit der Bohrung 16 durch benachbarte Endteile gebildet werden.In the embodiment shown in FIGS. 1, 2 and 3 it is a two-pole single-phase asynchronous motor. From Fig. 1 it can be seen that a stator 10 of the motor has a laminated core, which consists of laminated laminations made of magnetizable iron, electrical steel or the like. The slats or sheets are with each other connected what z. B. can be done by a conventional wedge-groove connection 11. The core has one magnetizable yoke section 12 and several inwardly projecting, angularly offset from one another Tooth portions 13 which are integrally connected at one end to the yoke portion and enlarged Have end portions 14 at the other end to form a bore 16 receiving the rotor. The sections 12 and 13 together form a plurality of spool-receiving grooves 17 (24 are shown), which have groove entrances 18 formed in communication with the bore 16 through adjacent end portions will.

Der Kern des in Fig. 1 abgebildeten Ausführungsbeispiels trägt eine verteilt gewickelte Hauptfeldwicklung mit zwei Spulengruppen 21 und 22, die in den Nuten symmetrisch um eine Spulengruppenachse 23 bzw. 24 angeordnet sind, die egeneinander um 180° elektrisch an entgegengesetzten Zahnabschnitten 13 a und 13 & verschoben sind. Jede Spulengruppe weist fünf konzentrisch angeordnete Spulen 25 bis 29 auf, die aus geeigneten Drahtwindungen gewickelt sind, um möglichst genau den wünschenswerten sinusförmigen Amperewindungsverlauf zu erhalten. Die Spulen in jeder Gruppe umspannen 3, 5, 7, 9 bzw. 11 Zahnabschnitte, um zwei Magnetpole mit zeitlich wechselnder Polarität zu ergeben. An Stelle einer zwei Magnetpole bildenden Hilfswicklung, die üblicherweise um 90° elektrisch von den Spulengruppenachsen 23 und 24 getrennt sind und normalerweise mit der Hauptwicklung für den Dauer- und/oder Anlaufbetrieb erregt werden, ist eine Anordnung vorhanden, die einen befriedigenden Anlauf- und Dauerbetrieb ohne die Hilfswicklung gewährleistet.The core of the embodiment shown in Fig. 1 carries a distributed wound main field winding with two coil groups 21 and 22, which are symmetrical about a coil group axis 23 in the grooves or 24 are arranged, the opposite one another by 180 ° electrically at opposite tooth sections 13 a and 13 & are shifted. Each coil group has five concentrically arranged coils 25 to 29, which are wound from suitable turns of wire to produce the desirable sinusoidal shape as precisely as possible To obtain ampere-turn curve. The coils in each group span 3, 5, 7, 9, and 11, respectively Sections of teeth to produce two magnetic poles with polarity that changes over time. Instead of one, two Auxiliary winding forming magnetic poles, which is usually 90 ° electrical from the coil group axes 23 and 24 are separate and normally with the main winding for continuous and / or start-up operation are energized, an arrangement is available that provides satisfactory start-up and continuous operation guaranteed without the auxiliary winding.

Insbesondere ist (Fig. 1) eine magnetische Verengung quer zum Jochabschnitt für jeden Magnetpol an einem vorbestimmten elektrischen Winkel θ zur zugehörigen Spulengruppenachse in Drehrichtung (vgl. den Pfeil) des Rotors 30 um die Drehachse A. Diese Verengung ist einer ausgewählten Nut in jedem Magnetpol, z. B. der Nut 17a, zugeordnet und erzeugt eine bestimmte Querachse 31 mit maximaler Reluktanz an einer dazu um 90° elektrisch verschobenen Stelle. Die Verengung befindet sich somit im magnetischen Pfad des Querflusses, der während des Betriebs des Motors durch den Jochabschnitt fließt. 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 Eingangs in die Nut 17 b. Es ist ersichtlich, daß die Längsachse 36, wo die minimale Reluktanz auftritt, ihrerseits um 90° elektrisch von der Querachse (gemessen an der Bohrung) beabstandet ist und durch die im Jochabschnitt ausgebildete magnetische Verengung verläuft.In particular (Fig. 1) is a magnetic constriction transverse to the yoke section for each magnetic pole at a predetermined electrical angle θ to the associated coil group axis in the direction of rotation (cf. the arrow) of the rotor 30 about the axis of rotation A. This constriction is a selected groove in each magnetic pole , e.g. B. the groove 17a, assigned and generates a certain transverse axis 31 with maximum reluctance at a point electrically shifted by 90 °. The constriction is thus located in the magnetic path of the transverse flux which flows through the yoke section during operation of the motor. The 90 ° electrical are measured from the midpoint of input 18 into groove 17a. In this way, in the exemplary embodiment, the transverse axis runs at least theoretically through the center point of the entrance into the groove 17b. It can be seen that the longitudinal axis 36, where the minimum reluctance occurs, is in turn separated electrically by 90 ° from the transverse axis (measured at the bore) and runs through the magnetic constriction formed in the yoke section.

Die gezeigte Verengung hat die Form eines länglichen, im allgemeinen radialen und relativ engen Schlitzes 32, der auf der ganzen axialen Länge der übereinandergeschichteten Lamellen verläuft. Das äußerste Ende 33 des Schlitzes steht mit dem Außenrand des Statorkerns in Verbindung, wie am besten aus Fig. 3 ersichtlich ist, und das innerste Schlitzende 34 endet in der Nähe des Mittelpunkts der gewählten Nut 17a. Dieser Schlitz kann zweckmäßigerweise während des Stanzens der Lamellen oder nach der Befestigung der Lamellen aneinander in den Jochabschnitt geschnitten werden. Obwohl dieser Aufbau zu einer Reluktanznut im Pfad des Querflusses führt, beeinträchtigt er nicht den Flußpfad für den Längsachsenfluß, so daß die Gefahr der Entstehung von Raumharmonischen für diesen Fluß verringert wird. Um sehr gute magnetische Verengungen zu erhalten, sollte die minimale Breite α des Schlitzes 32 (Fig. 2) nicht kleiner als 0,025 cm und vorzugsweise 0,075 cm oder größer für Kleinst- und Kleinmotoren sein. Außerdem sollte, wenn der Stator in einem Mantelgehäuse montiert wird, der einen in der Nähe des Endes 33 des Schlitzes 32 angeordneten Teil hat, der Mantel aus einem unmagnetischen Werkstoff hergestellt sein, so daß er nicht einen den Schlitz 32 umgehenden Magnetpfad herstellt.The constriction shown is in the form of an elongated, generally radial and relatively narrow slot 32 which runs the entire axial length of the stacked lamellas. The outermost end 33 of the slot communicates with the outer edge of the stator core, as best seen in Figure 3, and the innermost slot end 34 terminates near the center of the selected slot 17a. This slot can expediently be cut into the yoke section during the punching of the lamellae or after the lamellae are fastened to one another. Although this structure results in a reluctance groove in the path of the transverse flow, it does not affect the flow path for the longitudinal flow, so that the risk of the development of space harmonics for this flow is reduced. In order to obtain very good magnetic constrictions, the minimum width α of the slot 32 (FIG. 2) should not be less than 0.025 cm and preferably 0.075 cm or greater for micro and small motors. In addition, if the stator is mounted in a shell having a portion located near the end 33 of the slot 32, the shell should be made of a non-magnetic material so that it does not create a magnetic path bypassing the slot 32.

In dem Ausführungsbeispiel der F ig. 1 und 2 befindet sich eine kleine sättigbare Brücke 37 zwischen dem Schlitzende 34 und der Spulen aufnehmenden Nut 17a, z. B. mit einer radialen Tiefe von 0,13 cm. Das Schlitzende 34 ist aufgeweitet, um einen längeren unmagnetischen Pfad über den Schlitz zu ergeben, so daß ein Teil des Querflusses durch die magnetische Brücke 37 gezwungen wird, um diese schnell zu sättigen. Obwohl theoretisch der Schlitz 32 vollständig durch den Jochabschnitt zwischen dem Außenrand des Kerns und der ausgewählten Nut 17a verlaufen sollte, erlaubt die relativ enge Brücke 37 die Herstellung der einzelnen Lamellen in einem Stück und des lamellierten Statorkerns als einer einzigen einstückigen Einheit, ohne daß der Längsachsenflußpfad oder die Betriebseigenschaften des Motors stärker beeinflußt werden. Da die länglichen Schlitze 32 quer zu einem größeren Teil des Jochabschnittes verlaufen, wodurch die mechanische Festigkeit oder Starrheit des Kerns verringert wird, werden die Schlitze 32 vorzugsweise mit einem geeigneten unmagnetischen Bindemittel 38 wie einem ausgehärteten anhaftenden Epoxydharz gefüllt, um dem Kern die gewünschte Festigkeit zu verleihen. Dieses Bindemittel kann in ungehärteter Form leicht in die länglichen Schlitze 32 gefüllt werden, nachdem die Lamellen aufeinandergeschichtet ausgerichtet worden sind, aber bevor geeignete Spulennutauskleidungen oder andere Spulenisolierungen und die Hauptwicklungsspulengruppen in den Spulen aufnehmenden Kernnuten angeordnet worden sind.In the embodiment of FIG. 1 and 2 there is a small saturable bridge 37 between the Slot end 34 and the coil receiving groove 17a, e.g. B. with a radial depth of 0.13 cm. The Slot end 34 is flared to give a longer non-magnetic path across the slot, see above that part of the transverse flux is forced through the magnetic bridge 37 in order to quickly saturate it. Although in theory the slot 32 goes entirely through the yoke portion between the outer edge of the core and the selected groove 17a, the relatively narrow bridge 37 allows manufacture the individual laminations in one piece and the laminated stator core as a single one-piece Unity without affecting the longitudinal axis flow path or the operating characteristics of the engine will. Since the elongated slots 32 run transversely to a larger part of the yoke section, thereby reducing the mechanical strength or rigidity of the core, the slots 32 become preferred with a suitable non-magnetic binder 38 such as a cured adhesive Epoxy resin filled to give the core the required strength. This binder can be in uncured Mold can be easily filled into the elongated slots 32 after the slats are stacked one on top of the other have been aligned, but before suitable spool slot liners or other spool insulation and the main winding coil groups are arranged in the coil receiving core slots have been.

Es soll nun wieder auf die bevorzugte Lage derIt should now return to the preferred location of the

länglichen Schlitze 32 gegenüber den Spulengruppenachsen 23 und 24 eingegangen werden. Wie oben erwähnt, wird der elektrische Winkel Θ von der gegebenen Spulengruppenachse an der Bohrung zu dem Mittelpunkt des Eingangs 18 in die Spulen aufnehmende Nut 17a gemessen, die die ausgewählte Nut des Magnetpols ist, die dem innersten Ende 34 des länglichen Schlitzes 32 zugeordnet ist. Durch Abänderung des Jochabschnitts in dieser Weise wird eine Phasenverschiebung zwischen den beiden Flußkomponenten erzeugt, wobei das maximale Anlaufdrehmoment auftritt, wenn der Winkel Θ etwa 45° elektrisch beträgt. Es wurde festgestellt, daß das Anlauf drehmoment abfällt, wenn der Winkel von 45° abweicht, und daß ein praktisch befriedigender Betrieb für die meisten Verwendungszwecke erreicht wird, bei denen das Anlaufdrehmoment im abgewogenen Verhältnis steht zum Dauerbetrieb bei Vollast-Wirkungsgraden von gut über 40%, wenn der Winkel Θ etwa 20 bis 70° für einen gegebenen Pol beträgt. Wenn z. B. der 24fach genutete Kern des Ausführungsbeispiels betrachtet wird, sind die Nuten gleichmäßig voneinander getrennt und haben Nuteneingangsmittelpunkte, die um jeweils 15° elektrisch voneinander getrennt sind, wobei die Nuten 17a um 57,5° elektrisch von den zugehörigen Spulengruppenachsen 23 und 24 entfernt sind. Selbst wenn sich die Winkellage des Schlitzes 32 in der Nähe der oberen Grenze dieses Bereiches befindet, zeigen die gemäß den Fig. 1, 2 und 3 gebauten Motoren ungewöhnlich gute Drehmoment- und Laufeigenschaften.elongated slots 32 opposite the coil group axes 23 and 24 are entered. As noted above, the electrical angle Θ is measured from the given coil group axis at the bore to the center of the entrance 18 into the coil receiving groove 17a, which is the selected groove of the magnetic pole associated with the innermost end 34 of the elongated slot 32. By modifying the yoke section in this way, a phase shift is generated between the two flux components, the maximum starting torque occurring when the angle Θ is approximately 45 ° electrical. It has been found that the starting torque drops when the angle deviates from 45 °, and that practically satisfactory operation is achieved for most purposes in which the starting torque is balanced in relation to continuous operation at full load efficiencies of well over 40%. when the angle Θ is about 20 to 70 ° for a given pole. If z. If, for example, the 24-fold grooved core of the exemplary embodiment is considered, the grooves are evenly separated from one another and have groove entrance centers which are electrically separated from one another by 15 °, the grooves 17a being electrically removed from the associated coil group axes 23 and 24 by 57.5 ° . Even if the angular position of the slot 32 is in the vicinity of the upper limit of this range, the motors built according to FIGS. 1, 2 and 3 exhibit unusually good torque and running properties.

Es sind Statoren für derartige Motoren mit einem Außendurchmesser quer zu einem Nutensatz von 13,70 cm und 15,25 cm quer zum anderen Satz gebaut worden. Der Bohrungsdurchmesser betrug 8,945 cm, während die Stapellänge etwa 2 cm betrug. Die Tiefe des Jochabschnitts schwankte von einem Minimum bei 1,52 cm bis zu einem Maximum bei 2,26 cm. Der längliche Schlitz 32 hatte die folgenden Abmessungen: 2,060 cm radiale Tiefe und 0,075 cm Breite a. Jede Spulengruppe bestand aus vier Spulen 26 bis 29 mit 24, 28, 34 bzw. 38 Windungen, wobei ein 0,0453-Aluminiumdraht einen Widerstand von 2,2 Ω hatte. Alle angegebenen Abmessungen und Meßwerte sind Nennwerte.Stators have been built for such motors with an outside diameter across one set of slots of 13.70 cm and 15.25 cm across the other set. The bore diameter was 8.945 cm while the stack length was approximately 2 cm. The depth of the yoke portion varied from a minimum of 1.52 cm to a maximum of 2.26 cm. The elongated slot 32 had the following dimensions: 2.060 cm radial depth and 0.075 cm width a. Each coil group consisted of four coils 26 to 29 with 24, 28, 34 and 38 turns, respectively, with a 0.0453 aluminum wire having a resistance of 2.2 Ω . All dimensions and measured values given are nominal values.

Der Rotor 30 war ähnlich dem abgebildeten und hatte 34 gleichmäßig getrennte Wicklungsnuten 43, die 0,63 cm tief und mit eingesetzten unmagnetischen Leitern 44 z. B. aus Aluminium, einer Käfigläufer-Sekundärwicklung gefüllt waren. Die Leiter, die um 15° abgeschrägt waren, waren an jedem Ende eines lameliierten Rotorkerns durch einen Endring 46 mit relativ hohem Widerstand verbunden. Die folgenden Angaben sind Durchschnittsleistungen für die getesteten Motoren: Vollast-Wirkungsgrad von 45,8 bei 3100 U/min, und 284 W abgebremstes Ausgangsmoment von mehr als 9,6 cmkp bei einer Drehzahl von etwa 2800 U/min, wobei die gesamte Drehzahl-Drehmoment-Charakteristik der Kurve 40 in Fig. 4 ähnlich war.The rotor 30 was similar to the one shown and had 34 evenly separated winding slots 43, the 0.63 cm deep and with inserted non-magnetic conductors 44 z. B. made of aluminum, a squirrel cage secondary winding were filled. The ladder that goes by 15 ° were beveled were at each end of a laminated rotor core by an end ring 46 with relative high resistance connected. The following figures are average performances for those tested Motors: full load efficiency of 45.8 at 3100 rpm, and 284 W braked output torque of more than 9.6 cmkp at a speed of about 2800 rpm, with the total speed-torque characteristic was similar to curve 40 in FIG.

Bei der praktischen Erprobung wurde die allgemeine Reaktion festgestellt, daß, je niedriger das Verhältnis der Querachsen-Magnetisierungsreaktanz » Xmq « zu der Längsachsen-Magnetisierungsreaktanz »Xmd« ist, das Anlauf drehmoment um so größer, aber der Dauerbetrieb um so schlechter ist, d. h. der Dauerwirkungsgrad ist kleiner. Um vorteilhafte Ergebnisse durch ein abgewogenes Verhältnis zwischen dem Anlauf- und Dauerbetrieb für die meisten Zwecke zu erreichen, sollte das Verhältnis von »Xmq/Xmd« 0,25 bis einschließlich 0,70 betragen. In practical testing, the general response was found that the lower the ratio of the transverse axis magnetization reactance "Xmq" to the longitudinal axis magnetization reactance "Xmd" , the greater the starting torque, but the worse the continuous operation, ie Long-term efficiency is lower. In order to achieve beneficial results for most purposes through a balanced relationship between start-up and continuous operation, the ratio of " Xmq / Xmd" should be 0.25 to 0.70 inclusive.

Fig. 5 zeigt schematisch eine Möglichkeit, wie die Querachsen- und Längsachsen-Magnetisierungsreaktanz für die Verwendung in dem obenerwähnten Verhältnis bestimmt werden können. Als Beispiel soll der Statorkern von Fig. 1 genommen werden. Vor dem Einbau der Spulengruppen 21 und 22 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 Wicklung 41 versehen. Der Läufer wird dann in die Bohrung des Stators so eingesetzt, daß die Polgruppenmittelpunkte der Wicklungen 41 und 42 radial übereinstimmen. Anschließend wird einer dieser Wicklungen Wechselstrom zugeführt, wobei die andere Wicklung einen Leerlauf darstellt und die Größe des zugeführten Stroms T₄ (Fig. 5) für die eine Wicklung und die Spannung V_s an der anderen Wicklung werden gemessen. Die Magnetisierungsreaktanz X₁₄ für die gemessene Achse ist gleich Spannung V_s dividiert durch Strom I_A. Fig. 5 shows schematically one way in which the cross-axis and long-axis magnetization reactance can be determined for use in the above-mentioned relationship. The stator core from FIG. 1 is to be taken as an example. Before the coil groups 21 and 22 are installed, a distributed winding 41 is arranged symmetrically either around the transverse axis or around the longitudinal axis, depending on the reactance to be determined. The winding 41 is selected to have a selected number of effective turns per pole in an approximately sinusoidal pattern. A distributed winding 42 carried by a wound rotor is provided with the same number of effective turns per pole as for the winding 41. The rotor is then inserted into the bore of the stator so that the pole group centers of the windings 41 and 42 coincide radially. Then alternating current is supplied to one of these windings, the other winding representing an open circuit and the magnitude of the supplied current T ₄ (FIG. 5) for one winding and the voltage V _s on the other winding are measured. The magnetization reactance X ₁₄ for the measured axis is equal to voltage V _s divided by current I _A.

Falls beispielsweise die Längsachsen-Magnetisierungsreaktanz Xmd für den Statorkern von Fig. 1 bestimmt werden soll, kann eine Spulengruppe mit sechs konzentrischen Spulen symmetrisch um jede Nut 17a so angeordnet werden, daß die Spulen 2, 4, 6, 8, 10 bzw. 12 Zähne umspannen. Wenn weiter angenommen sei, daß die gewählte Anzahl von effektiven Windungen pro Pol 100 beträgt, dann sollten die effektiven Windungen, die durch die einzelnen Spulen des Pols (von der Innen- zur Außenseite) erzeugt werden, folgende Werte haben: 8,627; 16,666; 23,570; 28,867; 32,198 und 16,666. Wenn ferner angenommen wird, daß der gewickelte Läufer 30 Nuten hat, wobei die Läuferwicklung 42 100 effektive Windungen pro Pol aufweist, dann kann jede Läuferspulengruppe aus sechs Spulen pro Pol mit folgenden effektiven Windungen, von innen nach außen, bestehen: 11,0; 15,86; 20,05; 23,36, 25,60 und 26,80. Wenn der Läuferwicklung ein Wechselstrom mit 115 V und 60 Hz zugeführt wird, werden der Läuferstrom I_A und die Statorwicklungsspannung V_s gemessen. Die Magnetisierungsreaktanz für die Längsachse Xmd wird dann gleich V_S/I_A. Die Querachsen-Magnetisierungsreaktanz kann in der gleichen Weise bestimmt werden, wobei die Wicklungen 41 und 42 radial mit der Achse der Nut 17b in Fig. 1 fluchten.For example, if the long axis magnetization reactance Xmd is to be determined for the stator core of Fig. 1, a coil group of six concentric coils can be symmetrically arranged around each slot 17a so that the coils are 2, 4, 6, 8, 10 and 12 teeth, respectively span. If it is further assumed that the selected number of effective turns per pole is 100, then the effective turns produced by the individual coils of the pole (from the inside to the outside) should have the following values: 8.627; 16,666; 23,570; 28,867; 32,198 and 16,666. If it is further assumed that the wound rotor has 30 slots, with the rotor winding 42 having 100 effective turns per pole, then each armature coil group can consist of six coils per pole with the following effective turns, from inside to outside: 11.0; 15.86; 20.05; 23.36, 25.60 and 26.80. When an alternating current of 115 V and 60 Hz is fed to the rotor winding, the rotor current I _A and the stator winding voltage V _{s are} measured. The magnetization reactance for the longitudinal axis Xmd then becomes equal to V _S / I _A. The transverse axis magnetization reactance can be determined in the same way, with the windings 41 and 42 being radially aligned with the axis of the groove 17b in FIG.

Aus der vorstehenden Beschreibung wird deutlich, daß neben anderen Vorteilen ein Motor mit einem Statoraufbau gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung einen angemessenen Anlauf- und Dauerbetrieb für viele Zwecke zeigt, ohne daß eine Hilfswicklung notwendig ist. Außerdem kann die bis jetzt zum Ausstanzen der einzelnen Lamellen verwendete Einrichtung 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 Einrichtungsaufbaus notwendig ist.From the above description it is clear that, among other advantages, an engine with a Stator structure according to an embodiment of the invention an adequate start-up and continuous operation for many purposes without the need for an auxiliary winding. Besides, it can up to now used for punching out the individual lamellas device, and this Stator cores using laminations can easily be modified to be constructed in accordance with the invention to be without a complete change of the slat and device structure is necessary.

Das führt seinerseits zur Einsparung sowohl bei der Einrichtung als auch beim Werkstoff und zu einem billigen Einphasen-Asynchronmotor. Es ist ferner ersichtlich, daß auch Motoren mit sowohl Hilfs- als auch Hauptwicklung gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispiel aufgebaut sein können, um das Anlaufdrehmoment für diese Motoren zu erhöhen, falls es gewünscht ist.This, in turn, leads to savings both in terms of equipment and material, and to one cheap single-phase asynchronous motor. It can also be seen that motors with both auxiliary and Main winding according to the described embodiment can be designed to increase the starting torque for these motors, if there is is desired.

Es ist weiter ersichtlich, daß die Erfindung auch auf Statoren anwendbar ist, die in Elektromotoren mit mehr als zwei Polen Verwendung finden. In dieser Hinsicht zeigt Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in Verbindung mit einem vierpoligen Elektromotor. Der Stator von Fig. 6 ist im wesentlichen gleich dem bereits beschriebenen, abgesehen von einem grundsätzlichen Unterschied im Aufbau und der Anzahl der Spulennuten, der Anzahl der Spulengruppen und der genauen Lage und Anordnung der magnetischen Verengungen des Jochs. Der Statorkern ist ein üblicher Kern mit 36 Nuten 17, deren Nuteingänge 18 um 20° elektrisch voneinander getrennt sind. Um vier Magnetpole auszubilden, hat die verteilte Hauptwicklung 4 übliche Spulengruppen 51 bis 54, wobei jede Spulengruppe durch 3 konzentrische Spulen 56 bis 58 gebildet wird, die symmetrisch um die Spulengruppenachse 59 angeordnet sind, die durch die Achse einer mittleren Nut 17c verläuft. Die Spulen sind auseinandergezogen, um ungefähr einen sinusförmigen Amperewindungsverlauf zu ergeben, z. B. 24, 29 und 36 Windungen von der innersten bis zur äußersten Spule pro Gruppe.It can also be seen that the invention can also be applied to stators used in electric motors more than two poles are used. In this regard, Fig. 6 shows an embodiment of the invention in connection with a four-pole electric motor. The stator of Fig. 6 is essentially same as the one already described, apart from a fundamental difference in structure and the Number of coil slots, the number of coil groups and the exact location and arrangement of the magnetic Narrowing of the yoke. The stator core is a common core with 36 slots 17, their slot entrances 18 are electrically separated from each other by 20 °. In order to form four magnetic poles, the distributed one has Main winding 4 usual coil groups 51 to 54, each coil group by 3 concentric Coils 56 to 58 is formed, which are arranged symmetrically about the coil group axis 59, the runs through the axis of a central groove 17c. The coils are pulled apart by about one to give sinusoidal ampere turns, z. B. 24, 29 and 36 turns from the innermost to to the outermost coil per group.

In dem Ausführungsbeispiel von Fig. 6 wird die magnetische Verengung im Jochabschnitt in jedem Polbereich durch einen länglichen Schlitz 32a hergestellt, der sich vollständig über den Jochabschnitt erstreckt und mit der Spulennut 17 a in direkter Verbindung steht. Auf diese Weise ist der Jochabschnitt im wesentlichen in vier ähnliche Segmente unterteilt. Entsprechend sollte zur Herstellung dieses Stators der Kern zuerst fest zusammengehalten sein, z. B. durch Keil-Nut-Verbindungen 11, und anschließend geeignet an jedem Polbereich gehaltert werden, wenn längliche Schlitze 32 a 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 den Stator fertigzustellen, d. h. um die Spulennutisolation und die Spulengruppen einzubauen. In the embodiment of FIG. 6, the magnetic constriction in the yoke portion is in each Pole area made by an elongated slot 32a which extends completely over the yoke portion and with the Spulennut 17 a is in direct connection. In this way, the yoke section is in essentially divided into four similar segments. Accordingly, for the manufacture of this stator the Core must first be held together, e.g. B. by wedge-groove connections 11, and then suitable be held at each pole area when elongated slots 32 a in the yoke portion to the desired Places to be incised. While the core is still held in place, it becomes an uncured one Binder 38 is supplied, and after the binder has hardened, the core can be unclamped to complete the stator, d. H. to install the coil slot insulation and the coil groups.

Ein Vergleich der länglichen Schlitze 32a in Fig. 6 mit denen der Fig. 1 und 2 zeigt, daß die genauen relativen Lagen der magnetischen Verengungen und der zugehörigen ausgewählten Spulen aufnehmenden Nuten 17a nicht fixiert sind, um die durch die Erfindung erreichbaren Vorteile beizubehalten. Zum Beispiel befinden sich in Fig. 6 die länglichen Schlitze 32 a parallel zur Spulengruppenachse für die Spulengruppe im gleichen Magnetpol und enden in Verbindung mit der ausgewählten Nut 17 a an einer außermittigen Stelle. In diesem Ausführungsbeispiel befindet sich die Mitte des Eingangs der ausgewählten Nut 17a in einem elektrischen Winkel Θ von 60° von der Spulengruppenachse 59 in Drehrichtung des Rotors 30. In Fig. 6 erzeugen die magnetischen Verengungen die Querachse 31 in der Mitte des Zahnabschnitts 13 c im Winkel von 90° elektrisch zu dem Nuteingang der Nut 17a getrennt, wobei die Längsachse entlang der gestrichelten Linie 36 verläuft.A comparison of the elongated slots 32a in Fig. 6 with those of Figs. 1 and 2 shows that the precise relative locations of the magnetic constrictions and associated selected coil receiving grooves 17a are not fixed in order to maintain the advantages of the invention. For example, in Fig. 6, the elongated slots 32 a are parallel to the coil group axis for the coil group in the same magnetic pole and end in connection with the selected groove 17 a at an eccentric point. In this exemplary embodiment, the center of the entrance of the selected groove 17a is at an electrical angle Θ of 60 ° from the coil group axis 59 in the direction of rotation of the rotor 30. In FIG. 6, the magnetic constrictions produce the transverse axis 31 in the center of the tooth section 13c An angle of 90 ° electrically separated from the groove entrance of the groove 17a, the longitudinal axis running along the dashed line 36.

Fig. 7 zeigt einen Stator 60 für einen zweipoligen Einphasen-Asynchronmotor, der im wesentlichen dem in Fig. 1 beschriebenen ähnlich ist, abgesehen davon, daß der Stator 60 einen verbreiterten Zahnabschnitt 13 d in der Mitte jedes Magnetpols an Stelle drei kleinerer hat, die von der innersten Spule 25 umgeben sind. Außerdem ist eine magnetische Verengung in der Nähe der Querachse durch Weglassen der hinteren Spitze des Zahnabschnitts 13 d an einer Stelle 61 und durch Weglassen der vergrößerten Spitze an einer Stelle 62 für den Zahnabschnitt 13 d auf der anderen Seite der Querachse ausgebildet. Die Endteile 61 und 62 befinden sich daher in größerem Abstand von der Drehachse A als die übrigen Endteile. Der Unterschied kann beispielsweise 0,13 cm betragen. Auf diese Weise entsteht eine langgestreckte Bohrung. Durch diesen Aufbau wird ein vergrößerter Luftspalt mit hohem spezifischen Widerstand an dieser Stelle (z. B. über 50 Ω [mil ft]) und eine magnetische Verengung an der Bohrung primär im Pfad des Längsachsenflusses erreicht, um die Phasenverschiebung zwischen den beiden Flußkomponenten zu erhöhen. Damit die Seiten der Spulen und die gewöhnlichen Nutenkeile in den Grenzen der Nuten in der Nähe der Endteile 61 und 62 bleiben, können mehrere in dem Paket voneinander getrennte Lamellen mit Endlippen (in Vollinien abgebildet) ohne größere Verringerung des magnetischen Verengungs-Effekts verwendet werden, der durch Entfernung der Lippenteile von den anderen Lamellen an diesen Winkellagen entsteht.Fig. 7 shows a stator 60 for a two-pole single-phase asynchronous motor, which is substantially similar to that described in Fig. 1, except that the stator 60 has a widened tooth portion 13d in the center of each magnetic pole instead of three smaller ones, the are surrounded by the innermost coil 25. In addition, a magnetic constriction is formed in the vicinity of the transverse axis by omitting the rear tip of the tooth section 13 d at a point 61 and by omitting the enlarged tip at a point 62 for the tooth section 13 d on the other side of the transverse axis. The end parts 61 and 62 are therefore located at a greater distance from the axis of rotation A than the other end parts. The difference can be 0.13 cm, for example. This creates an elongated hole. This structure creates an enlarged air gap with a high specific resistance at this point (e.g. over 50 Ω [mil ft]) and a magnetic constriction at the bore, primarily in the path of the longitudinal axis flux, in order to increase the phase shift between the two flux components . In order that the sides of the coils and the usual slot wedges remain within the limits of the slots near the end parts 61 and 62, several lamellas with end lips (shown in solid lines) separated from one another in the package can be used without any major reduction in the magnetic constriction effect, which is created by removing the lip parts from the other slats at these angular positions.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen 609 520/175For this purpose 3 sheets of drawings 609 520/175

Claims

Patent claims:

1. Single-phase asynchronous motor with a rotor rotating around an axis of rotation, a Stator core, the one yoke section and numerous tooth sections arranged at an angle which are connected to the yoke portion and numerous angled, coils Form receiving grooves and a bore for receiving the rotor and with numerous distributed wound coil groups, each of which has at least two coils arranged in the grooves have to form at least two magnetic poles, each pole having more than two slots comprises and has a polar axis and a longitudinal axis with minimal reluctance, characterized in that that the longitudinal axis (36) is arranged electrically at an angle between 20 ° and 70 ° to each polar axis (23) in the direction of rotation is such that the transverse axis (31) with maximum reluctance 90 ° electrical from the longitudinal axis of the Magnetic pole is shifted that further at least one of the tooth and yoke sections (12,13) a magnetic constriction (slot 32; 32 a) with great resistance near the longitudinal axis of the Has magnetic pole, and that the ratio of the transverse axis magnetization reactance to that Long axis magnetization reactance is in the range of 0.25 to 0.70.

2. Single-phase asynchronous motor according to claim 1, characterized in that the magnetic A narrowing device extends across a larger part of the yoke section (12) extending elongated contactor (32; 32a), one end (34) of which is near a selected one Coil receiving groove (17a) is arranged.

3. Single-phase asynchronous motor according to claim 2, characterized * in that each Slot (32; 32a) with a non-magnetic binder (38) to increase the strength of the Yoke section (12) is filled.

4. Single-phase asynchronous motor according to one of claims 1 to 3, characterized in that under at least one in the vicinity of the transverse axis (31) located tooth section (13 c, 13 d) which is seen from the pole axis (24) opposite to the direction of rotation End part (61, 62) of the tooth section (13 c, 13 d) is processed in the sense of an enlargement of the air gap.