DE1953948C3

DE1953948C3 - Polum schaltbarer Spaltpolmotor

Info

Publication number: DE1953948C3
Application number: DE19691953948
Authority: DE
Inventors: Joseph Dr.-Ing.; Tillner Siegfried; Heilmann Heinz; 2900 Oldenburg Ludemann
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Filing date: 1969-10-27
Publication date: 1976-03-04

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen polumschaltbaren Spaltpolmotor mit konzentrierter Wicklung auf gleichdimensionierten ausgeprägten Polen, abwech- so selnd mit und ohne Spaltpolkurzschlußwindungen, wobei in der höherpoligen Schaltung die Polarität von Pol zu Pol, in der niederpoligen Schaltung jedoch nur von nebeneinanderliegendem Polpaar zu Polpaar mit am Rand liegender Spaltpolwindung wechselt. Hin solcher Spaltpolmotor ist in der US-PS 32 70 264 beschrieben. Spaltpolmotoren werden insbesondere für Kleinantriebe wie Kleinventilatoren und Gebläse oder Lüfter und auch kleinere Tongeräte benutzt. Die quadratisch ansteigende Kennlinie der Gebläse und Lüfter kommt dem geringen Anzugsmoment der Spaltpolmotor entgegen. Es ist deshalb möglich, auch mit polumschaltbaren Spaltpolmotoren Gebläse und Lüfter mit zwei Drehzahlen zu betreiben.

Es ist für diesen Zweck ein Spaltpolmotor mit vier 6$ ausgeprägten Polen mit Spaltpolwindungen bekannt, bei dem aber nur zwei gegenüberliegende Pole eine Erregerwicklung tragen.

Bei gegensinniger Schaltung dieser Wicklungen bildet sich ein 4poliges Feld aus, so daß der Motor als 4poliger Motor läuft Bei gleichsinniger Schaltung bildet sich wohl ein 2poliges Feld aus, jedoch mit einer so starker* dritten Feldharmonischen, daß der Motor beim Antrieb eines Lüfters sich wie ein 6-poliger Motor verhält (ETZ 1958, Heft 4, S. 131 bis 133; deutsche Patentschrift 10 62 338). Neben ähnlichen Verschlagen für polumschaltbare Spaltpolmotoren mit ausgeprägten Polen (USA.-Patentschriften 29 46 941 und 26 36 154) ist auch bekanntgeworden, jeden Pol zu bewickeln, aber nur jeden zweiten Pol mit einer Spaltpolwindung zu versehen. Dieser Motor hat keine magnetischen Brücken von Pol zu Pol. Bei der höherpoligen Schaltung werden die Pole von Pol zu Pol gegensinnig erregt, bei der niederpoligen Schaltung werden je zwei nebeneinanderliegende Pole, mit der Spaltpolwicklung des einen Pols an der Außenseite, gleichsinnig erregt, so daß sie als ein Pol wirken. Es ergibt sich dann ein Drehzahlverhältnis von 1 :2. Bei mehr als 4poligen Maschinen können die einzelnen konzentrierten Wicklungen in Gruppen zusammengefaßt und parallel oder hintereinander geschaltet werden (eingangs zitierte USA.-Patentschrift32 70 264).

Der Wirkungsgrad und die Leistung dieser polumschaltbaren Motoren sind nicht nur durchweg niedriger als die der nichtpolumschaltbaren Motoren, sondern Wirkungsgrad und Leistung differieren bei den verschiedenen Drehzahlen über das Polzahlverhältnis hinaus. Dadurch ist der Anwendungsbereich polumschaltbarer Spaltpolmotoren erheblich beschränkt.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei geringem technischem Aufwand den Wirkungsgrad und die Leistung dieser Motoren zu verbessern und zu erhöhen, insbesondere die Verlustleistung zu erniedrigen, so daß Motoren größerer Leistung gebaut werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einem Motor der eingangs erwähnten Art magnetische Brücken mit durch Einschnitte genau definiertem magnetischem Engpaß vorgesehen sind, der Spaltpolbogen kleiner als ²/s, aber größer als Vs des Polbogens von Endpaß zu Engpaß ist und unter der, dem Spaltpolbogen des einen Pols abseits liegenden Polbogenhälfte des benachbarten anderen Pols der Luftspalt vom äußeren magnetischen Engpaß an in einem Bereich bis zur Polmitte erweitert ist. Magnetische Engpässe sind durch die FR-PS 15 22 831. insbesondere F i g. 1, an sich bekannt.

Durch die Engpässe wird im höherpoligen Betrieb der Streufluß bzw. die Aufteilung in Nutzfluß und Streufluß bestimmt. Zu diesem Zweck können die Engpässe der magnetischen Brücken, die die neutrale Achse bestimmen, auch außermittig zwischen den Polen angeordnet werden, so daß der Winkel zwischen der neutralen Achse und der zugehörigen Polachse unter dem Spaltpolbogen kleiner wird als unter dem Hauptpolbo gen. Die Oberwellen können damit im Rahmen der nach dem Stand der Technik normalen Spaitpolmotoren bleiben. Beim niederpoligen Betrieb werden durch den Streusteg in Verbindung mit der Erweiterung des Luftspaltes, gegenüber dem bisherigen Stand der Technik, bei polumschaltbaren Spaltpolmotoren auftretende Oberwellen bis auf einen Bruchteil unterdrückt. Die tiefe Einsattelung durch die dritte Feldoberwelle in der Hochlaufkurve verschwindet bei kleinen Spaltpolmotoren und gleicht bei größeren Motoren der Einsattelung nichtumschaltbarer Motoren. Die günstige Form und Größe der Luftspalterweiterung leitet sich

von der harmonischen Feldanalyse nach der vereinfachten Gleichung

χ) = Ömg + &!T.g ■ k'UV. 3 X

ab, wobei

δ^χ) der gesuchte geometrische Luftspalt an der Stelle χ der Pi ,{teilung,

(W der mittlere geometrische Luftspalt und

k' ein Faktor, der ein Maß für die Amplitude der dritten Feldharmonischen ist und das Verhältnis von Eisenamperewindungen und Luftspaltamperewindungen berücksichtigt.

Nach dieser Gleichung wird als hinreichend angesehen, wenn nur die dritte Feldoberwelle berücksichtigt wird. Die sich ergebende Luftspalterweitening verläuft bogenförmig und erhält ihren größten Wert bei 30° el, gemessen von der durch die magnetischen Engpässe gegebenen neutralen Achse. Das Maß der Erweiterung ergibt sich aus dem Verhältnis der Scheitelwerte von Feldoberwelle zu Feldgrundwelle und kann, wenn nicht gemessen oder errechnet, durch zwei oder drei Versuche mit hinreichender Genauigkeit experimentiell ermittelt werden.

Ergänzend zu dieser Verbesserung des Luftspaltes kann zum Ausgleich der Aufteilung des Pols der Luftspalt unter dem magnetischen Engpaß zwischen den gleichsinnig erregten Polen verengt werden, obwohl dadurch die günstigste Aufteilung von Nutzfluß und Streufluß bei hochpoligem Betrieb etwas beeinträchtigt werden kann.

Ob der hochpolige Betrieb oder der niederpolige Betrieb hinsichtlich Anzugsmoment, Verlustleistung, Hochlaufkurve in der Auslegung des Motors zu begünstigen ist, hängt von dem jeweiligen Verwendungszweck ab. Wird z. B. der Motor als Gebläseantrieb für Dunstabzugshauben verwendet, ist auf möglichst klein; Verlustleistung zu achten.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 die konstruktive Ausführung eines Ständerblechschnittes,

Fig.2 die Schaltung der Wicklungen bei hochpoligem, gleich 4poligem Betrieb,

F i g. 3 die Schaltung der Wicklungen bei niederpoligem. gleich 2poligem Betrieb.

In den jochring 5 ist das Polblech mit den vier ausgeprägten Polen 1, 2, 3, 4 eingesetzt Die verbindungsstege zwischen den Polen, die magnetischen Brücken, haben magnetische Engpässe durch die Einschnitte 6, 7,8, 9. Nach der Zeichnung liegen diese, die neutrale Achse bestimmenden Einschnitte mittig zu den Polen. Die Pole tragen die zugehörigen konzentrischen Wicklungen Γ, 2\3' und 4'. Jeder zweite Pol, hier die Pole 1 und 3, sind mit einem Spaltpol 10, 11 mit zugehöriger Spaltpolwindung ausgebildet.

Bei der 4poligen Schaltung nach F i g. 2 ergibt sich eine Durchflutung, wie sie durch die bepfeilten Linienzüge 12 eingezeichnet ist; bei der 2poligen Schaltung eine Durchflutung entsprechend den unterbrochenen Linienzügen 13.

Die Pole 1 und 2 sind nach dem durchbrochenen Linienzug gleichsinnig durchflutet und bilden einen Pol, desgleichen entsprechend die Pole 3 und 4, als Gegenpol. In dieser Schaltung ist die dritte Harmonische besonders ausgeprägt. Zu ihrer Unterdrückung ist der Luftspalt ausgehend von der neutralen Achse unter dem Po! 2 bzw. 4 im Bereich von 45° el. bogenförmig erweitert, wie in der F i g. 1 bei 14 und 15 angedeutet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Polumschaltbarer Spaltpolmotor mit konzentrierter Wicklung auf gleichdimensionierten ausge- prägten Polen, abwechselnd mit und ohne Spaltpol mit zugehörigen Kurzschlußwindungen, wobei in der höherpoligen Schaltung die Polarität von Pol zu Pol, in der niederpoligen Schaltung jedoch von nebeneinanderliegendem Polpaar zu Polpaar mit am Rand liegenden Spaltpolwindungen wechselt, dadurch gekennzeichnet, daß von Pol zu Pol mit durch Einschnitte genau definiertem Engpaß (6;

7; 8; 9) vorgesehen sind, der Spaltpolbogen des einen Pols kleiner als ²/s aber größer als Vs des Polbogens von Engpaß zu Engpaß ist und unter der dem Spaltpolbogen des einen Pols abseits liegenden Polbogenhälfte des benachbarten anderen Pols der Luftspalt vom äußeren magnetischen Engpaß an in einem Bereich (14; 15) bis zur Polmitte erweitert ist

2. Polumschaltbarer Spaltpolmotor nach Anspruch t, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftspalterweiterung bogenförmig ist und ihr Maximum 30° el. gemessen vom magnetischen Engpaß an, hat.

3. Polumschaltbarer Spaltpolmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftspalterweiterung (14; 15) der Gleichung für die harmonische Feldanalyse entspricht, beschränkt auf die dritte Feldoberwelle.

4. Polumschaltbarer Spaltpolmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftspalt unter der magnetischen Brücke zwischen den bei niederpoliger Schaltung gleichsinnig erregten Polen verengt ist.

5. Polumschaltbarer Spaltpolmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkel zwischen den neutralen Achsen, gegeben durch die Engpässe (6, 7, 8, 9) in den magnetischen Brücken und der zugehörigen Polachsen unter den Spaltpolen kleiner sind als die unter den Hauptpolteilen.