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Beschreibung:
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Induktionsmotor, insbesondere
auf einen Induktionsmotor, dessen Drehzahl durch Änderung der Polzahl veränderlich
ist.
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Es ist allgemein bekannt, zur Änderung der Drehzahl eines derartigen
Motors einfach die Anzahl der Pole des Stators zu ändern.
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Wenn beispielsweise ein zweipoliger Motor aus einem Wechselstromnetz
mit der üblichen Frequenz von 50 Hz gespeist wird, so beträgt seine Drehzahl 3.000
U/min; durch Umschalten der Polzahl auf 4 Pole ändert sich die Drehzahl auf 1.500
U/min.
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Unter den Wickelverfahren zur Ausführung der Umschaltung der Polzahl
ist ein Wickelverfahren bekannt, bei dem unabhängige Wicklungen entsprechend den
jeweiligen Polen vorgesehen werden, sowie ein Verfahren zur Änderung der Verbindungen
der Wicklungen zur Änderung der Polzahl.
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Bei dem bekannten Verfahren ist es jedoch notwendig, daß mehrere unabhängige
Wicklungen entsprechend den jeweiligen Polen gewickelt werden müssen. Dies hat den
Nachteil, daß die Ausnutzung des Statorkerns und der Wicklungen verringert und die
Gesamtzahl der Windungen erhöht wird. Dies wiederum hat eine Vergrößerung des Motors
zur Folge Auf der anderen Seite kann nach dem letzteren Verfahren die Drehzahl durch
Änderung der Verbindungen der Wicklungsgruppen geändert werden, so daß die Gesamtmenge
der Wicklungen bzw.
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Windungen unverändert bleibt. Dies hat jedoch den Nachteil, daß die
Anzahl der möglichen Änderungen der Polzahl begrenzt ist und die Flußerzeugung bei
Änderung der Polzahl vermindert wird, was zu einer Verschlechterung des Wirkungsgrades
und des Leistungsfaktors des Motors führt.
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Wenn, um ein extremes Beispiel anzuführen, eine große und eine kleine,
hierzu konzentrische Spule auf einen Statorkern mit 24 Schlitzen (eine Spule je
Schlitz) gewickelt werden und die Polzahl zwischen 4 und 8 geändert wird, beträgt
der Wirkungsgrad bei vierpoligem Betrieb 40 % und verringert sich auf 20 96, wenn
der Motor mit 8 Polen betrieben wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Induktionsmotor zu
schaffen, dessen Polzahl durch Änderung der Verbindung einer Wicklungsgruppe wirksam
bei gutem Wirkungsgrad geändert werden kann.
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Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin daß Wicklungen
ringförmig in Schlitze eines Statorkerns einander gegenüberliegend gewickelt werden,
daß der Rotor gegenüberliegend zum inneren und äußeren Umfang des Statorkerns angeordnet
ist, und daß die Verbindung der Wicklungen durch einen Schalter geändert wird, so
daß die gewünschte Polzahl erreicht und die Drehzahl des Rotors wirksam über einen
weiten Bereich geändert werden kann.
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Anhand der in der Zeichnung dargestellten Aus£ührungsbeispiele wird
die Erfindung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 den Längsschnitt eines erfindungsgemäßen
Induktionsmotors, Fig. 2 die Vorderansicht des Stators des Induktionsmotors der
Fig. 1, Fig. 3 den Schnitt III-III der Fig. 2, Fig. 4 die Vorderansicht des Statorkerns
der Fig. 2, Fig. 5 in einer Draufsicht die Spulenenden der Wicklungen, Fig. 6 das
Schaltbild eines Statorkerns bei zweipoliger Schaltung, Fig. 7 u. 8 ähnliche Schaltbilder
für vier- bzw. achtpolige Motoren, Fig. 9bis11 in Diagrammen die magnetischen Flußverteilungen
bei den Schaltungen der Fig. 6 bis 8 und Fig. 12 Aufbau und Anordnung eines Ausführungsbeispiels
einer Verbindungs-Schalteinrichtung.
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Fig. 1 zeigt den Längsschnitt einer bevorzugten AusfUhrungsform des
erfindungsgemäßen Induktionsmotors. Dieser enthält einen Stator 1 mit ringförmigem
Statorkern 2, der, wie in Fig. 2 bis 4 gezeigt, aus dünnen Stahlplatten geblecht
ist, und Wicklungen 3. Der Statorkern 2 ist mit Nuten 4a und 4b versehen, die an
seinem inneren bzw. äußeren Umfang Rücken an Rücken ausgebildet sind. Zwischen den
Zähnen 5a und 5b befindet sich eine Kernmitte 6, durch die Bolzen 7 geführt sind,
durch die die laminierten dünnen Stahlplatten zu einem einheitlichen Körper fixiert
werden. In der Kernmitte 6 sind weiter Bohrungen 9 vorgesehen, durch die zur Befestigung
des Statorkerns 2 am Lagerschild 16 Bolzen 8 geführt sind.
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Die Wicklungen 3 sind ringförmig auf die Kernmitte 6 durch die Nuten
4a und 4b des Statorkerns 2 gewickelt. Die Bolzen 8 zur Befestigung des Stators
1 werden nach der Anbringung der Wicklungen 3 in die Bohrungen 9 in der Kernmitte
6 eingefuhrt< Der Rotor umfaßt einen Außenrotor 1Oa, der dem äußeren Umfang des
Statorkerns 2 über einen Spalt g1 gegenübersteht, und einen Innenrotor 1Ob, der
dem inneren Umfang des Statorkerns 2 über einen Spalt g2 gegenübersteht Die beiden
Rotor4ile sind elektromagnetisch wirksam. Der Außenrotor 1Oa ist mittels eines Halters
11 und der Innenrotor 1Ob mittels einer Buchse 13 an der Welle 12 befestigt. Die
den äußeren und inneren Rotor 1Oa und 1Ob bildenden Kerne sind ebenfalls wie der
Statorkern 2 aus dünnen Stahlplatten geblecht. In nicht gezeigten Nuten der Rotoren
10a uni 1Ob sind Leiter 10a bzw.
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10b befestigt. Sie werden entweder in Formguß hergestellt oder unter
Druck eingesetzt und bestehen im allgemeinen aus gut leitendem Aluminium oder Kupfer.
An den axial einander gegenüberliegenden Enden des Rotors sind an die Leiter 14a
und 14b Lüfterflügel 15 angeformt. Die Welle 12 ist mittels Lagern 17 in den Lagerschilden
16 gelagert.
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Wird der ringförmig auf den Statorkern 2 des Stators 1 gewickelten
Wicklung 3 Strom zugeführt, so werden magnetische Flüsse erzeugt, so daß an den
Rotoren 1Oa und 1Ob, die über die Spalte g1 und g2 gegenüberliegend dem äußeren
bzw. inneren Umfang des Statorkerns 2 angeordnet sind, elektromagnetische Kräfte
angreifen. Infolgedessen wirkt ein Drehmoment auf den Rotor 1Oa, lOb und derselbe
wird in Drehung versetzt.
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Bei dem Motor der vorstehend beschriebenen Konstruktion sind die Nuten
Rücken an Rücken am inneren und äußeren Umfang des Statorkerns ausgebildet, die
Wicklungen ringförmig durch die Nuten auf den Statorkern gewickelt und der Rotor
ist so ausgebildet, daß er gegenüberliegend dem äußeren bzw. inneren Umfang des
Statorkerns angeordnet ist Infolgedessen wird bei gentiger Baugröße ein leistungsstarker
Motor erzielt, bei dem die beiden Rotoren durch einen Stator getrieben werden.
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Im folgenden wird die Änderung der Polzahl bei dem oben beschriebenen
Motor erläutert.
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Fig. 5 zeigt die Seitenansicht eines axialen Endes des Statorkerns
2. Die Wicklungen 3 sind ringförmig angeordnet. jede in die zugehörige Nut eingelegte
Wicklung 3 weist an ihrem Anfang und Ende eine Verbindungsleitung 18 auf In Fig.
5 sind die an den Anfang und das Ende der i-ten Wicklung angeschlossenen Leitungen
mit ai bzw bi bezeichnet.
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Fig. 6 zeigt die Abwicklung des Statorkerns 2, auf den die Wicklungen
3 gerichtet sind. Die Anzahl N der Nuten 4a oder 4b ist gleich 24, die Polzahl 2p
gleich 2 und die Phasenzahl m gleich 3. Mit U, V und W sind die Phasenleiter des
dreiphasigen Netzes bezeichnet; sie sind an eine nicht gezeigte dreiphasige Drehstromquelle
angeschlossen.
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Die jeweiligen Wicklungen sind an einen Sternpunkt 0 angeschlossen.
Ein Schaltstück 19 dient zum Umschalten der Verbindungen der Phasenleiter U, V und
W und der Wicklungen 3
in den Nuten, so daß die jeweils gewünschte
Polzaht erreicht wird.
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In Fig. 7 und 8 sind die Verbindungen gezeigt, bei denen die Polzahl
durch Schaltstücke 20 bzw. 21 auf vier bzw. acht geändert wurde.
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Fig. 9 bis 11 zeigen die Flußverteilungen des Statorkerns, wenn den
gemäß Fig. 6 bis 8 geschalteten Wicklungen Strom zugeführt wird. Diese Figuren zeigen
die Augenblickswerte zu einem bestimmten Zeitpunkt des dreiphasigen Drehstroms,
wobei der Strom in die Phase U hinein und aus den Phasen V und W herausfließt. Die
durch durch die Phasen U, V und W fließenden Ströme erzeugten Magnetflüsse sind
mit fus fv bzw. bzw bezeichnet, der Gesamtfluß mit Wie gezeigt, wird der Magnetfluß
fT gleichmäßig und wirtschaftlich bei jeder Polzahl erzeugt. Die Anzahl a der erzielbaren
unterschiedlichen Polzahlen ist durch die Nutzahl N begrenzt. Um überzählige Spulen
zu vermeiden, muß die Nutzahl N ein ganzzahliges Mehrfaches des Produkts der Phasenzahl
m und der Polzahl 2p betragen. Mit anderen Worten die Anzahl der unterschiedlichen
Polzahlen, iie durch Umschaltung der Verbindungen erzielbar ist, erfüllt folgende
Gleichung: N 2p.m Darin sind p die Anzahl der Polpaare (p = 1, 2, ...n) und £ eine
ganze Zahl ungleich Null. Ein spezielles Beispiel ist in der folgenden Tabelle gezeigt:
Tabelle
| Phasenzahl m |
| 2 3 |
| Nutzabl N - ~ ~ |
| 2p 6, 2 4, 2 |
| 12 |
| 2 2 |
| 0' 4 3 |
Wie vorstehend beschrieben, kann also erfindungsgemäß durch Anderung der Verbindung
der einzelnen Gruppe von Windungen die Polzahl über einen weiten Bereich geändert
werden und es ergeben sich keine freien Spulen, weil je Nut eine Spule vorgesehen
ist. Weiter wird der magnetische Fluß in jedem der unterschiedlichen Pole mit hohem
Wirkungsgrad erzeugt. Dementsprechend wkd bei dem erfindungsgemäßen Motor bei einer
Umschaltung der Polzahl der Wirkungsgrad und der Leistungsfaktor nicht merklich
vermindert.
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Fig. 12 zeigt eine besondere Ausbildung der Schaltverbindung entsprechend
der zweipoligen Verbindung der Fig. 6.
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In Fig. 12 sind die Anfänge A und die Enden B der Leitungen 18 der
Wicklungen 3 ringförmig in einander gegenüberliegende Nuten gewickelt und an Anschlüsse
23 einer Anschlußplatte 22 angeschlossen. Der Schaltverbinder 19 weist Klemmen 24
entsprechend den Klemmen 23 am Schaltbrett 22 auf. Die Klemmen 24 sind so verdrahtet,
daß die Wicklung 3 eine zweipolige Wicklung bildet. Das Klemmenbrett 22 enthält
ferner Drehstromklemmen U, V und W, der Schaltverbinder 19 ist mit gegenüberliegenden
Anschlüssen
u, v und w versehen.
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Wenn der Schaltverbinder 19 eingesteckt ist, so daß die Anschlüsse
23 und 24 mit dem am Stator 1 befestigten Klemmenbrett 22 in Verbindung stehen,
sind die Anschlüsse u, v und w mit den DrehstromKSmmen U, V und W versehen, so daß
die Verbindung auf die gewünschte Polzahl (zweipolige Schaltung in Fig. 12) geändert
werden kann. Auf diese Weise kann die Polzahl leicht geändert werden, indem lediglich
die Schaltverbinder 19, 20 und 21 ausgewechselt werden, die entsprechend der gewünschten
Polzahl ausgebildet sind.
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Die Kontakte des Schaltbretts und der Schaltverbinder können durch
elektronische Schalter ersetzt werden.
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Zwar sind bei dem oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel
die Rotoren gegenüberliegend dem äußeren und inneren Umfang des Stators angeordnet;
ein ähnlicher Effekt wird erzielt, wenn im Statorkern einander gegenüberliegend
radial verlaufende Nuten vorgesehen, die Ankerwicklungen in die Nuten gewickelt
und die Rotoren axial einander gegenüberliegend an beiden Seiten des Statorkerns
angeordnet sind Bei einem derartigen Aufbau ist der Statorkern scheibenförmig und
es ergibt sich ein in Axialrichtung flacher Motors