DE1937377B2

DE1937377B2 - Stator für einen Einphaseninduktionsmotor und Verfahren zur Herstellung des Stators

Info

Publication number: DE1937377B2
Application number: DE1937377A
Authority: DE
Inventors: Jack Allen Holland Mich. Houtman (V.St.A.)
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1968-07-26
Filing date: 1969-07-23
Publication date: 1979-07-26
Also published as: FR2014741A1; GB1270289A; US3515919A; DE1937377A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf den Stator für einen Einphasen-Induktionsmotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie auf ein Verfahren zur Herstellung des Stators. Ein solcher Stator ist aus der DE-AS 12 51 854 bekannt.

Einphasen-Induktionsmotoren mit verteilter Wicklung weisen üblicherweise eine Hauptwicklung und eine Anlauf- oder Hilfswicklung auf. Diese zwei Wicklungen sind mit einer Winkelverschiebung auf dem Blechpaket oder Statorkern angeordnet und auf entsprechende Weise durch phasenverschobene Ströme gespeist, um ein Anlaufmoment zu erzeugen. Die Phasenverschiebung der Ströme für die Haupt- und Hilfswicklungen wird normalerweise durch Einschaltung einer unterschiedlichen Impedanz in die entsprechenden Wicklungsstränge erzeugt Bei einer Art eines Einphasen-Mo to rs, dem sogenannten Widerstandshilfsphasenmotor, weist die Hilfswicklung einen größeren Widerstand auf als die Hauptwicklung. Mit der Hilfswicklung kann ein zusätzlicher Widerstand in Reihe geschaltet werden, so daß die Widerstandsdifferenz der entsprechenden Haupt- und Hilfswicklungsstränge die erforderliche Phasenverschiebung liefert. Bei einer anderen üblichen Form eines Einphasen-Induktionsmotors wird die Phasenverschiebung mittels eines Kondensators hervorgerufen, der mit der Hilfswicklung in Reihe geschaltet ist (z.B. US-PS 26 40 956). Bei einigen Einphasen-Motoren wird die Anlaufwicklung abgeschaltet, wenn der Motor eine bestimmte Drehzahl erreicht. Diese Abschaltung kann durch einen drehzahlabhängigen Schalter oder ein stromabhängiges Relais erfolgen. Bei anderen Motoren, insbesondere bei Motoren mit einer Kondensatorhilfsphase, bleiben die Hilfswicklung und ihr zugehöriger Kondensator eingeschaltet. Diese werden als Motoren mit Betriebskondensator bezeichnet.

Es ist nun wünschenswert, ein möglichst großes Anlaufdrehmoment zu erzeugen. Üblicherweise wird eine Erhöhung des Anlaufdrehmomentes durch Erhöhung der Phasenverschiebung zwischen den Strömen der Haupt- und Hilfswicklung erzielt. Bei Motoren mit Betriebskondensator muß dafür ein größerer und somit teurerer Kondensator verwendet werden, und somit steigen die Gessrntkosten des Motors wesentlich. Es ist

also wünschenswert, das Anlaufdrehinoment zu erhöhen, ohne daß damit eine wesentliche Erhöhung der Gesamtkosten des Motors verbunden ist

Zwar ist es aus der eingangs genannten DE-AS 12 51 854 bekannt, die Windungszahlen der Spulen der Hauptwicklung derart abzustufen, daß die ungeraden Harmonischen der räumlichen Magnetfeldkurve unter jedem Hauptfeldpol sich zu den entsprechenden Harmonischen der räumlichen Magnetfeldkurve unter jedem Hilfspoi im Sinne einer Erhöhung des Anlaufmomentes der Grundwelle der Magnetfeldkurve addieren. Diese Abstufungen sind jedoch begrenzt durch die Anzahl der in die Nuten einbringbaren Windungen, was insbesondere für diejenigen Nuten gilt, die sowohl Spulen der Hauptwicklung als auch Spulen der Hilfswicklung aufnehmen müssen.

Dieses Problem wird noch vergrößert, wenn Aluminium als Leitermaterial verwendet werden soll, das zwar billiger ist, aber aufgrund der kleineren spezifischen Leitfähigkeit größere Leiterquerschnitte erfordert

Deshalb besteht die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe darin, bei einem Stator für einen Einphasen-Induktionsmotor der eingangs genannten Art die Windungszahlen der Spulen der Haupt- und Hilfspole zu vergrößern und derart zu bemessen und anzuordnen, daß mit einfachen Mitteln ein optimiertes Anlaufmoment erhalten wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst

Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung des Stators für einen Einphasen-Induktionsmotor gemäß der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß ein erhöhtes Anlaufmoment erreicht wird, was bereits rechnerisch aus der entsprechenden Harmonischen im wesentlichen positive Summanden enthält Das Zusammenpressen der Wicklung auf einen Füllfaktor von mindestens 80% kann auch in denjenigen Nuten durchgeführt werden, die nur eine Seite von äußeren Spulen der konzentrischen Hauptwicklung enthalten, wenn diese Spulen eine ungewöhnlich große Windungszahl besitzen sollen. Das Zusammenpressen der Leiterdrähte ist besonders vorteilhaft bei Verwendung des billigeren Aluminiums als Leitermaterial, wobei dann trotz des erforderlichen größeren Leiterquerschnitts die großen Windungszahlen in den Nuten untergebracht werden können, die für Wicklungsanordnung gemäß der Erfindung notwendig sind. Es ist ferner möglich, auch die Hilfswicklung am Nutgrund anzuordnen und auf einen Nutfüllfaktor von mindestens 80% zusammenzupressen und die Hauptwicklung an der Nutoberseite einzubringen.

Die Erfindung wird nun anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert

F i g. 1 ist ein teilweise schematisch dargestellter Querschnitt von einem Statorkern für einen Einphaseninduktionsmotor mit einer Wicklung gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung;

F i g. 2 ist eine vergrößerte Teilansicht von einer der Nuten des Statorkerns gemäß F i g. 1 und zeigt eine zusammengepreßte Spulenseite der Hauptwicklung, bevor eine Spulenseite der Hilfswicklung in die Nut eingesetzt wird;

F i g. 3 ist eine graphische Darstellung und zeigt die Kurven des Anlaufdrehmomentes für den in F i g. 1 Stater und für einen vergleichbaren bekann ten Stator gemäß der DE-AS12 51 854.

In F i g. 1 ist ein Stator 10 für einen 2poligen Einphasen-Induktionsmotor mit tCondensator-Hilfsphase dargestellt Der Stator weist ein Blechpaket 11 auf, das auf übliche Weise aus zahlreichen relativ dünnen Blechen aus magnetischem Material aufgebaut ist Das Blechpaket 11 enthält ein Joch 12 mit zahlreichen in gleichem Abstand angeordneten Zähnen 13, die sich von dem joch 12 radial nach innen erstrecken und

ίο dazwischen Wicklungsnuten 14 bilden. Die Innenenden 15 der Zähne 13 bilden zusammen eine Bohrung 16 zur Aufnahme eines üblichen Käfigläufers, der in der Zeichnung nicht dargestellt ist Das dargestellte Blechpaket 11 ist mit 24 im gleichen Abstand angeordneten Wicklungsnuten 14 versehen.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Wicklung für das Hauptdrehfeld in bestimmten Nuten 14 angeordnet, um auf diese Weise zwei diametral gegenüberliegende Hauptpole zu bilden, die auf der durch die strichpunktierte Linie 17 gezeigten Achse liegen. Die Hauptwicklung ist in zwei Abschnitte 18a und 186 unterteilt die jeweils einen der Hauptpole bilden. Jeder Hauptpol umfaßt fünf konzentrische Spulen mit einem progressiv ansteigenden Wickel schritt. Diese fünf Spulen der Hauptwicklungen 18a und 186 sind mit Mi, M₂, Mi, M₄ und M₅ bezeichnet In dem Hauptwicklungsabschnitt 18a ist die Spule M₁ mit dem kleinsten Wickelschritt in den Nuten 14a und 146 angeordnet die mit gleichem Abstand auf entgegenge-

ju setzten Seiten der Achse 17 liegen, und dazwischen befinden sich die Nuten 14c und 14d Die zweite Spule Mz der Hauptwicklung ist in den Nuten 14e und 14i die dritte Spule Λ/₃ ist in den Nuten \4g und 14Λ, die vierte Spule Mi ist in den Nuten 14/ und 14y und die fünfte Spule M₅ ist in den Nuten 14A: und 14/angeordnet. Die Spulen M\ bis Ms des anderen Hauptwicklungsabschnittes 146 sind auf ähnliche Weise in den entsprechenden Nuten 14 angeordnet wie es in F i g. 1 gezeigt ist jede Nut 14 ist mit einem üblichen Nutisolator 19 dargestellt Die Seiten jeder in den entsprechenden Nutpaaren 14 angeordneten Spule der Hauptwicklung sind durch Wickelköpfe miteinander verbunden, die aus den entgegengesetzten Stirnseiten des Blechpaketes 11 herausragen, wie es schematisch bei 20a und 206 gezeigt

4^r> ist Weiterhin sind die Spulen Mi bis Ms jedes Hauptwicklungsabschnittes 18a und 186 auf übliche Weise miteinander in Reihe geschaltet, wie es auf schematische Weise bei 22 dargestellt ist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die zwei Haupt wicklungsabschnitte 18a und 186 parallel geschaltet Somit steht das eine Ende der Spule Mi des Abschnittes 18a mit einem ersten Außenleiter 22a in Verbindung, und ein Ende der Spule Ms ist mit dem anderen Außenleiter 23 verbunden. Auf gleiche Weise ist ein Ende der Spule M\ des Abschnittes 186 mit dem Außenleiter 23 und ein. Ende der Spule Ms mit dem Leiter 22 verbunden.

Eine Hilfs- oder Anlaufwicklung ist auf ähnliche Weise in vorbestimmten Nuten 14 angeordnet und

bo bildet zwei Hilfspole, die gegenüber den Hauptpolen um einen vorbestimmten Winkel verschoben sind. In dem gezeigten Beispiel sind die zwei Wicklungen verteilt, um keine Querwicklungsanordnung zu schaffen. Das bedeutet, daß die radialen Mittellinien für die Hilfspole auf dem Blechpaket gegenüber den Mittellinien der benachbarten Hauptpole nicht um 90 elektrische Grade verschoben sind. Genauer gesagt, ist die Hilfswicklung in zwei Abschnitte 24s und 246 unterteilt, die die

diametral gegenüberliegenden Hilfspole bilden, die auf der durch die gestrichelte Linie 25 dargestellten Achse liegen. Jeder Hilfswicklungsabschnitt 24a und 24b umfaßt vier konzentrische Spulen mit progressiv ansteigendem Wickelschritt, die mit Si, S₂, S3 und S₄ bezeichnet sind. Wie auch aus F i g. 1 deutlich hervorgeht, besetzt die eine Seite der mit größerem Wickelschritt versehenen Spulen S₃ und S₄ der Hilfswicklung die Nuten 14c und 14c/ allein, während sich die anderen Seiten der Spulen S3 bzw. S₄ die Nuten 14/und 146 mit einer Seite der Spulen Af₂ und M\ der Hauptwicklung teilen. Weiterhin teilt sich die eine Seite der mit kleinerem Wickelschritt versehenen Spulen Si bzw. S2 die Nuten 14e und 14a mit den anderen Seiten der Spulen A/₂ und M\ der Hauptwicklung. Die anderen Seiten der Spulen Si bzw. S2 der Hilfswicklung teilen sich die Nuten 14yund 14Λ mit einer Seite der Spulen Af₄ und Ai₃ der Hauptwicklung. Die anderen Spulenseiten der Spulen Af₃ und Af₄ der Hauptwicklung befinden sich in den Nuten 14^ und 14/allein, und auch die Spulen Ai₅ liegen allein in den Nuten 14Ar und 14/.

Die Seiten der Spulen Si bis S₄ jedes Hilfswicklungsabschnittes 24a und 24b sind durch Wickelköpfe miteinander verbunden, die von jeder Stirnfläche des Blechpaketes 11 nach außen ragen, wie es schematisch bei 26a und 27a gezeigt ist. Die konzentrischen Spulen Si bis S₄ jedes Hilfswicklungsabschnittes 24a und 24Z> sind auf übliche Weise in Serie geschaltet, wie es schematisch bei 27 gezeigt ist, und die zwei Hilfswicklungsabschnitte 24a und 24b wiederum sind in Reihe geschaltet, wie es bei 28 schematisch dargestellt ist. Ein Ende der Spule Si des Hilfswicklungsabschnittes 246 ist mit dem Außenleiter 23 verbunden, während ein Ende der Spule Si des Hilfswicklungsabschnittes 24a mit dem Außenleiter 29 in Verbindung steht, der an den außenliegenden Anlaufkondensator 30 angeschlossen ist. Bei einem Motor mit Betriebskondensator ist der Kondensator 30 permanent mit dem Außenleiter 22a verbunden, wie es durch die gestrichelte Linie 31 dargestellt ist. Selbstverständlich kann ein drehzahlabhängiger Schalter oder ein stromabhängiges Relais verwendet werden, um die Verbindung 31 zu unterbrechen, wenn der Motor eine vorbestimmte Drehzahl erreicht hat.

Die magnetmotorische Kraft im Luftspalt (MMK), die aufgrund der konzentrischen Spulen der Haupt- und Hilfswicklung auftritt, kann mathematisch als Fourier-Reihe der Harmonischen beschrieben werden. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel, in dem beide durch jede Wicklung gebildeten Pole gleich und zu ihren entsprechenden Achsen 17 und 25 symmetrisch sind und bei dem jede Spule der entsprechenden Wicklung den gleichen Strom führt besteht die Fourier-Reihe aus einer die Grundfrequenz enthaltenden Größe und einer unendlichen Reihe ungeradzahliger Raumharmonischen; die Wicklungen weisen beide eine halbwellige und viertelwellige Symmetrie auf und deshalb existieren nur die ungeradzahligen Harmonischen. Für die Hauptwicklung 18 des dargestellten Ausführungsbeispiels würde die Fourier-Reihe wie folgt aussehen:

(1) MMK_U , = —— f_Blcosi»f [N₁₀COs₁H + N₃₉ cos 3 (V + ... + N_Becosniy] .

riaupi -^

Darin bedeutet:

/_m = Hauptwicklungsstrom (Effektivwert)

in Ampere

ω = Winkelfrequenz des Netzes
f = Zeit in Sekunden
θ = Luftspaltwinkel gemessen von der

radialen Mittellinie der Hauptpole in

elektrischen Graden
π = Ordnung der Harmonischen

(2) /Vie = Für die Grundwelle wirksamen Windungen der Hauptwicklung =
Afi sin «ι + Af₂ sin «2 + - - - 4- M_p sin a_p

(5) MMK_nms

4l/2~
= -1— I_s

cos (rot +

(3) N& = Für die dritte Harmonische wirksamen

Windungen der Hauptwicklung =
Λί| sin 3«i + Aft sin 3<%2
+ ... + Mp sin3«p

(4) N„e = Für die n-te Harmonische wirksamen

Windungen der Hauptwickjung==

Aii sin /Wi + Mi sin na*
+ · · - + Mp sin nxp

0i_p = l^Spulenschrittwinkelderp-ten

Spule in elektrischen Graden
Mp = Windungszahl in der p-ten Spule.

Ein ähnlicher Ausdruck kann für die Hilfswicklung angegeben werden:

_s cos ß + Ν_3θΒ cos 3ß + ... + N„_es cos nfi]

Darin bedeutet:

/, = Effektivwertdes

Hilfswicklungsstromes in Ampfere
γ = Winkel der Zeitverschiebung zwischen

dem Haupt- und Hilfswicklungsstrom
ß = Luftspaltwinkel gemessen von der

Mittellinie der Hilfspole gemessen

in elektrischen Graden

(6) Nie* = Für die Grundwelle wirksamen
Windungen der Hilfswicklung=

60

65 Si sin όι +S₂SUi O₂ +.. - + S,sin δ_ς
usw.

(7) N„es = Für die a-te Harmonische wirksamen
Windungen der Hilfswickhingen=
Si sin J)Oi + S₂Sm ηό₂ + --- + S_gsin d_q
S₉ = Windungen der t/-ten Spule der

Hilfswicklung

ög = 1/2 Spulenschrittwinkel der q-ten
Spule in elektrischen Graden

7 8

Es kann gezeigt werden, daß der Unterschied im Anlaufdrehmoment (Abgegeben ist durch:

(8) \AM = -K₃N₃₉N₁₉^K₅N₅₉N₅₉, - ... + Κ.Ν_κβΝ,,₉,.

Darin bedeutet »K« eine positive Konstante für 5 dargestellten Ausführungsbeispiels mit 5 Spulen auf den eine gegebene Konstruktion. Hauptpolen und 4 Spulen auf den Hilfspolen lauten die

Für den 2poligen Stator mit 24 Nuten des Gleichungen (2) und (6):

(9) N, _β = 0,38 M₁ + 0,61 M₂ + 0,79 M₃ + 0,92 M₄ + 0,99 M₅

(10) N_{1 βΛ} = 0,61 S₁ + 0,79 S₂ + 0,92 S₃ + 0,99 S₄ .

Die Ausdrücke der Tür die dritte und fünfte Harmonische wirksamen Windungen aus den Gleichungen (4) und (7) lauten:

(I I) N,β = 0,92 M₁ + 0,92 M₂ + 0,38 M₃ - 0,38 M₄ - 0,92 M₅

(12) N₃ es = 0,92 S₁ + 0,38 S₂ - 0,38 S₃ - 0,92 S₄

(13) N₅ e = 0,92 M₁ - 0,13 M₂ - 0,99 M₃ - 0,38 M₄ + 0,79 M₅

(14) N₅₉. =

- 0,13 S, - 0,99 S₂ - 0,38 S₃ + 0,79 S₄.

Gleichungen (9) und (10) zeigen, daß es viele Kombinationen der Windungszahlen für die Spulen M\ bis M₅ der Hauptwicklung und für die Spulen S₁ bis S₄ der Hilfswicklung gibt, die die gleichen Werte der für die Grundwelle wirksamen Windungen Afo der Hauptwicklung und der für die Grundwelle wirksamen Windungen Μθΐ der Hilfswicklung liefern. Aus Gleichung (8) ist leicht ersichtlich, daß es für einen maximalen Wert des Anlaufdrehmomentes vorteilhaft sein würde, die Windungen der Haupt- und Hilfswicklungen so anzuordnen, daß das Produkt N^N^so negativ wie möglich und das Produkt NseNses so positiv wie möglich gemacht wird. Entsprechendes gilt dann für die übrigen Produkte.

Bisher ist es nicht möglich gewesen, die durch Gleichung (8) aufgezeigten Vorteile der Wicklungsverteilung zu erhalten. Dies lag an räumlichen Begrenzungen in den Nuten des Statorblechpaketes und insbesondere in denjenigen Nuten, die sich mindestens eine Seite sowohl von den Spulen der Hauptwicklung als auch den Spulen der Hilfswicklung teilten. Beispielsweise hat ein 2poliger Stator mit einem Bohrungsdurchmesser von etwa 6,75 cm und 24 Nuten, der die in F i g. 1 gezeigte Schaltung der Wicklungen und deren Anordnung aufweist, die folgende Windungsverteilung:

M₁	M₂	M₃	M₄	M₅	N₁₀ =	59,84
14	21	26	35	49
S₁	S₂	S₃	S₄		N₁ es =	142,8.
21	38	48	58

Drähte gebildet ist, wie es in Fig.2 durch die gestrichelte Linie 32 gezeigt ist.

Die Harmonischen der Wicklung des oben beschriebenen Stators, ausgedrückt als Prozentsatz der für die Grundwelle wirksamen Windungen der Hauptwicklung, wurden wie folgt gefunden:

35

40

50

55

60

Die Spulen der Hauptwicklung waren aus Kupferdraht gebildet und nicht zusammengepreßt, wobei sie einen Fallfaktor von etwa 75% aufwiesen. Der Füllfaktor wird als das hundertfache Verhältnis der Fläche der isolieren Drähte zu der Fläche gerechnet, die von der Innenseite der Nutauskleidung und einer geradlinigen-Tangente über die Statorbohrungsseite der

% N_{3 θ}	% N₃ es	(% N₃ e	X /
-4,56	-8,44	+ 38,49
%Ν_5Θ	%N_5es	(%Ν_5Θ	X °/
1,65	-2,01	-3,32 .
Ό Nies)

'· Nses)

Als dieser Stator mit einem üblichen Käfigläufer geprüft wurde, ergab sich ein Anlaufdrehmoment von 0,076 kpm.

In der vorliegenden Erfindung steigt die Windungszahl der Spulen M₁ bis M₅ der Hauptwicklung vorzugsweise progressiv von der Spule M₁ mit dem kleinsten Wicklungsschritt mindestens bis zu der der Spule mit dem größten Wicklungsschritt nächstliegenden M₄ an, und die Windungszahl der Spulen der Hilfswicklung steigen von der Spule S₁ mit dem kleinsten Wicklungsschritt progressiv bis zu der Spule S₄ mit dem größten Wicklungsschritt an.

Darüber hinaus werden die vorbestimmten Seiten der Spulen der Hauptwicklung, die sich eine Nut 14 mit der Seite einer Spule der Hilfswicklung teilen, zusammengepreßt, nachdem sie in die Nuten eingebracht worden sind, aber bevor die entsprechende Spulenseite der Hilfswicklung in die gleichen Nuten eingebracht werden. Dadurch wird der Füllfaktor auf mindestens 80% erhöht

Es wird nun Fig.2 näher erläutert Nachdem die Seite 33 einer Spule der Hauptwicklung in einer Nut 14 angeordnet worden ist, was mit Hilfe eines üblichen Haspelers oder eines üblichen Spuleninjektors geschehen kann, wird sie mittels eines entsprechenden Werkzeuges 34 zusammengepreßt, das in Richtung des

S₂
33

S₃
46

S₄
63

Nie, = 142,

Hier waren die Spulen JVi, bis M₄ der Hauptwicklung außer in den Nuten 14a und 14e zusammengepreßt, wie es oben beschrieben worden ist, um vor dem Einlegen der Spulen S, bis S» der Hilfswicklung einen Füllfaktor von etwa 80% zu erzeugen. Es wurden folgende Harmonische dieser Wicklungen festgestellt, wiederum ausgedrückt als Prozentsatz der für die Grundwelle wirksamen Windungen:

%JV_3e
-0,853

%Ν_3Θ,
-10,9

+9,29

%JV_5e %N_5es . {% N_se χ % N_se.)

-0,667 -0,378 +0,252 .

Bei einem Vergleich der entsprechenden Harmonischen für den Stator mit der nicht zusammengepreßten Wicklung, die bereits angegeben worden sind, wird ersichtlich, daß mit der Verkleinerung des Produktes NmNxs von +38,49 auf 9,29 dieses Produkt negativer geworden ist, d.h. weniger positiv. In gleicher Weise bedeutet die Vergrößerung des Produktes NsbN&s von - 332 auf + 0,252, daß dieses Produkt positiver gemacht worden ist Bei einer Prüfung mit dem gleichen üblichen Käfigläufer ergab sich für diesen Stator ein Anlaufdrehmoment von 0,0873 kpm, was gegenüber dem Motor mit der nicht zusammengepreßten Wicklung eine Vergrößerung von etwa 15% bedeutet Selbstverständlich weist das Vorzeichen bei den Produkten MeJVjoi und MeMe* auf seine Relation zu dem Grundwellenprodukt hin.

ίο

Pfeiles 35 radial nach außen eine Kraft auf die Spulenseite 33 ausübt. Wie aus F i g. 2 ersichtlich ist, wandelt die auf die Spulenseite, die von zahlreichen isolierten Drähten gebildet wird, ausgeübte druckkraft den ursprünglich praktisch kreisförmigen Querschnitt der einzelnen Drähte in einen nichtkreisförmigen polygonalen Querschnitt um, ohne daß die Drahtisolierung beschädigt wird. Dadurch werden die Lücken zwischen den einzelnen Leitern wesentlich verkleinert und der Füllfaktor wird wesentlich vergrößert. Verständlicherweise wird die erforderliche Druckkraft bei Verwendung von isolierten Aluminiumdrähten kleiner sein als bei einem Kupferdraht. Bei Verwendung eines Blechpaketes mit einem Bohrungsdurchmesser von etwa 6,75 cm und mit 24 Nuten, der die in F i g. 1 gezeigte Nutkonfiguration aufwies, wurde festgestellt, daß ein isolierter 4-mm-Aluminiumdraht für die Spulen der Hauptwicklung in den Nuten zusammengedrückt werden kann, um bei einer Druckkraft von etwa 455 kp/cm² einen Füllfaktor von 80% zu erzielen. Bei Anwendung einer Druckkraft von etwa 770 kp/cm² wurde sogar ein Füllfaktor von 90% erzeugt.

Bei einem Ausführungsbeispiel besaß der vorstehend beschriebene Stator die in F i g. 1 gezeigte Wicklungsanordnung und die folgende Windungsverteilung der Spulen der Haupt- und Hilfswicklung:

M, M₂ M₃ M₄ M₅

15 24 31 39 39 JV, _β = 59,82

Bei einem weiteren Stator mit dem bereits beschriebenen Statorblechpaket und der gleichen Wicklungsanordnung wurde die folgende Verteilung der Spulen der Haupt- und Hilfswicklung verwendet:

M₁ M₂ M₃ M₄ M₅

18 27 31 40 35 JV, _β = 59,79

S₁ S₂ S₃ S₄
20 36 45 60

/V_{1 β}, = 141,8.

Wenn mindestens eine Seite der Spulen M\ bis Ms der Hauptwicklung auf einen Fülifaktor von etwa 90% zusammengedrückt war, bevor die Spulen S, bis Sa der Hilfswicklung eingesetzt wurden, ergaben sich die folgenden Harmonischen:

2i) % /V_{3 β} % /V₃ β_s (% N_{3 β} χ % N₃β,)

1,61 -9,5 -15,3

% N₅₈ % /V_{5 βϊ} (% N₅ β χ % JV₅₈₁)

-0,862

-1,11

+ 0,957 .

Es wird deutlich, daß das Produkt JV^/Vses noch negativer und das Produkt NseN&s noch positiver gemacht worden ist. Das dabei entstehende Anlaufdrehmoment betrug 0,097 kpm.

F i g. 3 zeigt den Vergleich des Anlaufdrehmomentes für den oben beschriebenen Stator (Kurve .4), der ein durchschnittliches Anlaufdrehmoment von 0,0873 kpm liefert, mit dem gleichen Stator, der eine nicht zusammengepreßte Hauptwicklung besitzt und ein Anlaufdrehmoment von 0,076 kpm (Kurve B) erzeugt

Somit wird deutlich, daß die Windungszahl in jeder Spule der Haupt- und Hilfswicklung so gewählt ist, daß das algebraische Produkt der für die dritte Harmonische wirksamen Windungen der Haupt- und Hilfswicklung im Vergleich zu der entsprechenden, nicht zusammengepreßten Hauptwickiung in dem Bereich zwischen einer relativ kleinen positiven Zahl und einer relativ großen negativen Zahl liegt. Desgleichen soll vcrteilhafterweise das algebraische Produkt der für die fünfte Harmonische wirksamen Windungen der Haupt- und Hilfswicklung in dem Bereich zwischen einer relativ kleinen negativen Zahl und einer relativ großen positiven Zahl liegen, wiederum im Vergleich zu der entsprechenden, nicht zusammengepreßten Hauptwicklung. Es ist ersichtlich, daß die Nuten 14, die sich Spulenseiten der Haupt- und Hilfswicklung teilen, im wesentlichen mit Draht ausgefüllt sind. Dabei erlaubt das Zusammenpressen von wenigstens einer Spulenseite der Hauptwickiung in den gemeinsamen Nuten die Verwendung von mehr Windungen in den einen kleineren Wickelschritt aufweisenden Spulen der Hauptwicklung, während dennoch die erforderliche Windungszahl der Spulen der Hilfswicklung aufgenommen wird. Diese verbesserte Verteilung der Hauptwicklung, die durch das Zusammenpressen der Spulenseiten der Hauptwicklung ermöglicht wird, bewirkt eine positivere magnetomotorische Kraft der dritten Har monischen der Hauptwicklung, die zusammen mit der negativen magnetomotorischen Kraft der dritten Harmonischen der Hilfswicklung ein positiveres 6poliges Drehmoment erzeugt Eine ähnliche Wirkung wird

ebenso bei dem Feld der fünften Harmonischen hervorgerufen. Die Wirkung dieser verbesserten Verteilung der Hauptwicklung und die Leistungsfähigkeit des Motors ist bei höheren Drehzahlen sehr klein, und insbesondere besteht eine kleine Wirkung auf die Einsattelung der dritten Harmonischen.

Wie auch aus F i g. 1 hervorgeht, teilen sich also die Seiten der Spulen M\ und Aft der Hauptwicklung Nuten mit Spulenseiten der Hilfswicklung. Die Spulen der Hajptwicklung in den Nuten 14a und 14e brauchen normalerweise nicht zusammengepreßt zu werden, da sowohl die entsprechende Spule der Hauptwicklung als auch diejenige der Hilfswicklung eine relativ kleine

Windungszahl besitzt. Die Spulen St bzw. S3 der Hilfswicklung in den Nuten 146 und 14/ sind zusammengepreßt, und die Seiten der Spulen Λ/3 und A/4 der Hauptwicklung, die sich die Nuten 14Λ und 14y mit den Seiten der Spulen .S₂ bzw. Si der Hilfswicklung teilen, sind ebenfalls zusammengepreßt Selbstverständlich können Statoren mit Wicklungsverteilungen mit 90°-Verschiebung, d.h. etwa 90 elektrische Grade zwischen radialen Mittellinien für benachbarte Pole verschiedener Phasen, ebenso auf einfache Weise gemäß der Erfindung angeordnet sein und die gleichen Vorteile erzielen.

Hierzu 1 Blalt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Stator fur einen Einphaseninduktionsmotor mit einem genuteten Blechpaket, in dem eine mehrere Hauptpole bildende Hauptwicklung und eine räumlich gegenüber der Hauptwicklung versetzte, mit einem phasenverschobenen Strom gespeiste und mehrere Hilfspole bildende Hilfswicklung untergebracht sind, welche Haupt- und Hilfswicklungen je ι ο Pol eine Anzahl konzentrischer Spulen mit unterschiedlichen Windungszahlen und mit progressiv ansteigender Weite bilden und alle Spulen der Haupt- und Hilfswicklungen jeweils ein unterschiedliches Nutpaar einnehmen und mindestens eine Spulenseite bestimmter, einen Hauptpol bildender Spulen jeweils zusammen mit einer Spulenseite bestimmter, einen Hilfspol bildender Spulen in einer Nut liegen und die Windungszahlen der die Hauptpole bildenden Spulen derart unterschiedlich gewählt sind, daß die ungeradzahligen Harmonischen der erzeugten räumlichen Magnetfeldkurve im Sinne einer Erhöhung des Anlaufdrehmomentes ausgenutzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungszahlen in jeder der Spulen der Haupt- und der Hilfswicklungen derart gewählt sind, daß das Produkt der wirksamen Windungen des jeweils einen Hauptpol (18a, 186) und jeweils einen Hilfspol (24a, 240) bildenden Teils der Haupt- und Hilfswicklung für die dritte Harmonische in dem jo Bereich von einer relativ kleinen positiven Zahl und einer relativ großen negativen Zahl liegt und für die fünfte Harmonische in dem Bereich von einer relativ kleinen negativen Zahl und einer relativ großen positiven Zahl liegt und daß die am Nutgrund angeordneten Spulenseiten der die einen Pole (18a, 186; 24a, 246) bildenden Spulen, die zusammen mit Spulenseiten der die anderen Pole (24a, 246; 18a, 186) bildenden Spulen in einer Nut angeordnet sind, bis zu einem Füllfaktor von mindestens 80% zusammengepreßt sind.

2. Stator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (Mi) mit der kleinsten Weite eines jeden Hauptpoles (18a, 186) weniger Windungen aufweist als die Spule (M_s) mit der größten Weite.

3. Stator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (S\ bis Sa) jedes Hilfspoles (24a, 246) von der Spule (S\) mit der kleinsten Weite bis zu der Spule (S*) mit der größten Weite eine progressiv ansteigende Windungszahl aufweisen.

4. Stator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (M\ bis M₅, S\ bis S₄) jedes Poles (18a, 186; 24a, 246) von mindestens einer Wicklung von der Spule der kleinsten Weite bis mindestens zu der Spule mit der zweitgrößten Weite eine progressiv ansteigende Windungszahl aufweisen.

5. Stator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Seite von mindestens den Spulen (M₂, M\) mit der zweitkleinsten bzw. kleinsten Weite eines Hauptpoles (18a) sich Nuten mit einer Seite ω der Spulen (S\, Si) mit der kleinsten bzw. zweitkleinsten Weite eines Hilfspoles (24a) teilt, und eine Seite der von der größten zu der kleinsten Weite progressiv abfallenden Spulen eines anderen Hilfspoles (246) sich Nuten mit den anderen Seiten S5 der Spulen (M₂, M\) eines Hauptpoles (18a) teilen, deren Weite von der kleinsten Weite progressiv ansteigt

6. Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulenseiten der Spulen (M_x bis M₅) der Haupipole (18a, 186) am Nutgrund angeordnet sind.

7. Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (M\ bis Ms) der Hauptpole aus Aluminium hergestellt sind.

8. Verfahren zur Herstellung eines Stators nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die Spulen der Hauptpole in den entsprechenden Nuten des Statorblechpaketes angeordnet werden, dann mindestens eine Seite der Spulen der Hauptpole, die sich die entsprechenden Nuten mit den Seiten der Spulen der Hilfspole teilen, zur Erzeugung eines Nutfüllfaktors von mindestens 80% durch Anwendung einer radial nach außen gerichteten Kraft in den geteilten Nuten zusammengedrückt werden und daraufhin die Spulen der Hilfspole in den entsprechenden Nuten angeordnet werden.