DE2211932A1

DE2211932A1 - Spaltpol Induktionsmotor für Ein phasen Wechselstrom

Info

Publication number: DE2211932A1
Application number: DE19722211932
Authority: DE
Inventors: Alexander Richard William Fong William Westbury on Trym Bristol Rawcliffe Gordon Hindle Bristol Broadway, (Groß britannien)
Original assignee: National Research Development Corp UK
Current assignee: National Research Development Corp UK
Priority date: 1971-03-26
Filing date: 1972-03-11
Publication date: 1972-10-12
Also published as: US3826960A; GB1356024A; DE2211932C2

Description

Patentanwälte
Dipl.-Ing.W.Beyer
Dipl.-Wirtsch.-Ing. B.Jochem

Frankfurt am Main Freiherr-fVom-Stein-rStr.

In Sachen:

National Research Development Corp. , . ;

London / England

Spaltpol-Induktionsmotor für Einphasen-Wechselstrom.

Die Erfindung bezieht sich auf Induktionsmotoren für Einphasen-Wechselstrom mit Polumschaltbarkeit der Ständerwicklung durch Pol-Amplituden-Modulation.

Bei Drehphasen-Induktionsmotoren ist es bekannt, zwei verschiedene Drehzahlen durch eine polumschaltbare Ständerwicklung zu erzielen, durch welche bei einer Drehzahl die Polamplitudenmodulation der Wicklung vorgenommen werden kann.

Es ist ferner ein Einphasen-Induktionsmotor mit Käfigläufer für zwei Drehzahlen bekannt, bei welchen die Polumschaltbarkeit durch Pol-Amplituden-Modulation bei einer Drehzahl bewirkt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Motor der letztgenannten Art als Spaltpol-Induktionsmotor auszubilden. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Anzahl der Ständerwicklungsspulen der niedrigeren Polzahl entspricht und die Ständerwicklungsspulen eine Polteilung besitzen und durch Winkel im Abstand zueinander gehalten sind, die zwischen den Begrenzungswinkeln liegen, welche die Poltei-

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lung und die Polabstandswinkel der niedrigeren Polzahl bzw. der höheren Polzahl darstellen.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist bei einem solchen Spaltpol-Induktionsmotor der Ständer mit ausgeprägten oder durch Nutung gebildeten Polen versehen, deren Anzahl der niedrigeren Polzahl entspricht und die mit Abstand in Gruppen angeordnet sind, wobei der Abstand zwischen den Gruppen nicht größer ist als der für einen zusätzlichen Pol erforderliche Zwischenraum und die Summe dieser Zwischenräume die Differenz zwischen der höheren und der niedrigeren Polzahl darstellt.

Die bekannten Spaltpol-Induktionsmotoren besitzen einen gewöhnlichen Käfigläufer; ihr Ständer ist Jedoch in seinem grundsätzlichen Aufbau ähnlich dem einer Gleichstrommaschine mit ausgeprägten Polen mit der Ausnahme, daß der Spaltpol-Ständer geblecht ist und somit nicht aus massivem Stahl besteht. Die besondere Eigentümlichkeit des Ständers eines Spaltpolmotors besteht darin, daß ein massiver Kupferring einen Teil des Polschuhs eines Jeden Poles umfaßt, wodurch bis zu einem Drittel des Poles auf diese Weise um- schlossen ist. Entsprechende Polschuhenden eines jeden Poles tragen dann derartige Kurzschlußwicklungen.

Die Wirkung der Kurzschlußringe besteht darin, den magnetischen Fluß in einen Jeden Pol, an dem sie angebracht sind, in zwei Komponenten aufzuteilen, die nicht gleichphasig sind. Im Idealfall wurden die beiden Komponenten um 90° gegeneinander phasenverschoben sein. Dieser Idealfall ist in Wirklichkeit Jedoch nicht erreichbar, Jedoch genügt irgendeine Phasendifferenz zwischen den beiden Teilflüssen eines Jeden Poles, um ein Drehfeld, wenn auch nicht von großer Stärke, zu erzeugen.

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Spaltpole werden normalerweise für 2-polige, 4-polige und" 6-polige Maschinen verwendet, obgleich das Spaltpolprinzip allgemein gültig ist. Die 4-polige Maschine ist. wahrscheinlich die wirtschaftlich bedeutendste.

Um die Erfindung in ihrer praktischen Ausgestaltung besser zu erfassen, wird nachstehend ein Ausführungsbeispiel in seinen Einzelheiten mit bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1A in einem Diagramm den Verlauf der magnetomotorischen Kraft bei einer 4-poligen Ständerwicklung,

Fig. 1B eine einzyklische Pol-Amplituden-Modulationswelle,

Fig. 10 die resultierende Wellenform der magnetomotorischen Kraft,

Fig. 2 im Querschnitt den Ständer und den Läufer eines zwischen vier Polen und sechs Polen umschaltbaren Spaltpol-Induktionsmotor und

"Fig. 3 das Schaltbild einer Schaltung für die Ständerwicklung zur Herstellung unterschiedlicher Polzahlen.

Fig. 1A gibt die Wellenform der magnetomotorischen Kraft in einem Diagramm für eine 4-polige Ständerwicklung mit abwechselnd N- und S-Polen wieder, die sich Jeweils über Bogenwinkel des Ständers von der Größe Ίζ - & erstrecken.

Fig. 1B zeigt eine einzyklische Pol-Amplituden-Welle mit einer positiven Halbwelle von Null bis Tt* und einer nega-

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tivsn Halbwelle von 1Γ bis 2"ϊ/ entsprechend der Umkehrung der gesamten zweiten Hälfte der Standerwicklung.

Fig. 1C zeigt die resultierende Polverteilung N-S-S-N ringsum den Ständer. „

Die resultierende Verteilung erscheint als 6-polige Wellenform, die einer 2-poligen Welle überlagert ist, und es ist von der Theorie der Pol-Amplituden-Modulation her bekannt, daß das Ergebnis der Anwendung der Modulationswelle nach Pig. 1B auf die Polverteilung nach Pig. 1A (4± 2) Pole ist, d.h. zwei Pole und sechs Pole.

Obwohl durch diese Umkehrung eine Zweipoligkeit erzielt wird, wird eine solche Maschine mit 6-Poldrehzahl umlaufen, auch wenn C^=O ist, weil die 2-Polkomponente soweit in die subharmonische Region eingeht, daß sie keine Auswirkung besitzt und ignoriert werden kann. Dies läßt sich durch Experimente feststellen, wenngleich das 6-Poldrehmoment dann ziemlich klein ist, und der Schlupf beträchtlich groß ausfällt.

Um den 6-Polbetrieb zu verbessern, ist es notwendig, eine besondere assymetrische Blechschnittform mit Zwischenräumen zwischen den Polen 2 und 3 "und zwischen den Polen 4 und 5 zu verwenden.

Fig. 2 zeigt einen derartigen Blechschnitt 1, für den mit ausgeprägten Polen ausgebildeten Ständer mit einem Rotor darin. Der (jnechanisehe) Winkelabstand ist durch den Winkelet dargestellt. Die vier Pol-Stirnflächen erstrecken sich jeweils über einen Winkel von @?~ Sf ) um die Rotorachse.

Die Polarität eines jeden Poles ist angegeben, wobei der beigefügte Index die Arbeitspolnummer wiedergibt.

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Wenn der Winkelabstand o^Null ist, entspricht der Blechschnitt dem einer normalen 4-Pol-Maschine· Wenn der Winkelabstand oL>hingegenTlV^ beträgt, ist der Blechschnitt gleich dem einer 6-poligen Maschine. Spulen müssen nur, gleichgül^· tig welcher Abstand auch immer gewählt wird, nur auf vier der Pole angeordnet werden·

Wenn für einen 4-poligen Betrieb, optimale Verhältnisse erwünscht sind, und der 6-Pol-Betrieb ignoriert werden kann,. kann der Winkel ⁰^ sehr klein gemacht werden oder sogar gleich Null gesetzt werden· In der Praxis ist es Wert, einen Teil der Leistungsgüte im 4-poligen Betrieb zu opfern, um eine unverhältnismäßig große Verbesserung im 6-poligen Betrieb zu erhalten·

Die bevorzugte Größe für den Winkel <*£ bei den gewünschten 4—Pol/6-Pol-Charakteristiken wird empirisch bestimmt. Beispielsweise ist für den Antrieb von Gebläsen und Ventilatoren ein optimales Betriebsverhalten im 4-Pol-Bereich erforderlich und der bevorzugte Winkel sollte hierzu 25° nicht überschreiten.

Pig· 3 zeigt das Schaltbild einer 4-Pol/6-Pol-Ständerwicklung mit der Verbindung der Spulen für 4-Pol-Betrieb und einer einfachen Umkehr einer Wicklungshälfte für 6-Pol-Betrieb,

Es verdient Beachtung, daß jede beliebige, in Verbindung mit Spaltpol-Motoren für nur eine Drehzahl bekannte Technik ebensogut bei Spalt-Polmaschinen mit Polumschaltung durch Pol-Amplitudenmodulation verwendet werden kann· Die Anordnung der Kurzschlußringe ist die gleiche. Eine Drehrichtungsumkehr bei solchen Motoren erfordert zwei Sätze Kurzschlußringe, die alternativ aufgetrennt oder kurzgeschlossen werden können, um die Drehrichtung zu ändern·

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Die Bauart mit ausgeprägten Polen, die gemeinhin üblich ist und auch beim Ausführungsbeispiel benutzt wurde, ist für diese Art Motor jedoch nicht ausschlaggebend. Es ist ebenso möglich, einen Ständer mit normalen genuteten Blechschnitten zu verwenden und die Spulen in entsprechenden Lagen einzubringen, die den Spulenlagen gemäß Fig. 2 entsprechen.

Es leuchtet ein, daß ein Ständer für einen 8-Pol/12-Pol-Motor dann mit vier Gruppen von Je zwei Polen und einem Abstand dazwischen ausgebildet werden kann, der sich jeweils über eine Hälfte des in Fig. 2 dargestellten Winkels erstreckt.

Ansprüche

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Claims

2211S3:

Schutzansprüche

/1. ) Spaltpol-Induktionsmotor für Einphasen-Wechselstrom mirPolumschaltbarkeit der Btänderwicklung durch Pol-Ampl-i»=· tuden-Modulation, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Ständerwicklungsspulen der niedrigeren Polzahl entspricht und die Ständerwicklungsspulen eine Polteilung besitzen und durch Winkel im Abstand zueinander gehalten sind, die zwischen den Begrenzungswinkeln liegen, welche die Polteilung und die Polabstandswinkel der niedrigeren Polzahl bzw. der höheren Polzahl darstellen·
2. ßpaltpol-Induktionsmotor nach Anspruch 1, da- . durch gekennzeichnet, daß der Ständer (1) mit ausgeprägten oder durch Nutung gebildeten Polen . versehen ist, deren Anzahl der niedrigeren Polzahl entspricht und die mit Abstand in Gruppen angeordnet sind, wobei der Abstand zwischen den Gruppen nicht größer ist als der für einen zusätzlichen Pol erforderliche Zwischenraum und die Summe dieser Zwischenräume die Differenz zwischen der höheren und der niedrigeren Polzahl darstellt.
3. Spaltpol-Induktionsmotor nach Anspruch 1 oder.2, dadurch gekennzeichnet, daß er eine gerade Anzahl von mit Abstand zueinander angeordneten Gruppen aus j'e zwei Polen besitzt.
4. Spaltpol-Induktionsmotor nach Anspruch 3 mit Umschaltbarkeit zwischen vier und sechs Polen, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden aus je zwei Polen bestehenden Gruppen eine Winkelerstrekkung von ( Ίξ« ψ) besitzen und im Abstand des Winkels oL

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voneinander angeordnet sind, wobei oC* größer als Null und kleiner als *if/3 ist.

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