DE3049808C2

DE3049808C2 -

Info

Publication number: DE3049808C2
Application number: DE3049808T
Authority: DE
Inventors: Cravens L. Carson City Nev. Us Wanlass
Original assignee: WANLASS CRAVENS L ALPINE UTAH US
Current assignee: WANLASS, CRAVENS L., ALPINE, UTAH, US
Priority date: 1979-08-14
Filing date: 1980-08-13
Publication date: 1991-05-02
Also published as: SE455747B; AU6331980A; IE52037B1; IN152698B; FR2463532A1; NL192903C; IT1212073B; JPS56501032A; AU547734B2; ATA908580A; NO163588C; ZA804978B; ES8106215A1; HK84986A; IT8024148A0; SE8102272L; HU207911B; AT375791B; MX150292A; NL8020335A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen mehrpoligen elektrischen Mehrphasenmotor mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Merkmalen. Ein solcher Motor ist aus der DE-AS 26 31 547 bekannt. Da die Kenntnis von Aufbau und Wirkungsweise dieses Motors für das Verständnis der vorliegenden Erfindung von Bedeutung ist, wird er später unter Bezugnahme auf eine Zeichnungsfigur näher erläutert.

Eine Weiterentwicklung des bekannten Motors bildet den Gegenstand der US-PS 41 52 630. Dort ist zusätzlich noch eine weitere, als "control winding" bezeichnete Wicklung vorgesehen, die z. B. mit Gleichstrom ansteuerbar ist, um die Induktivität des Stators zu verändern.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Motor der eingangs genannten Gattung hinsichtlich der räumlichen Aufteilung der Wicklungsstränge und ihrer elektrischen Verknüpfung näher zu definieren, wobei eine zusätzliche "control winding" nicht erforderlich ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im Patentanspruch 1 gelöst.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Fig. 2 bis 9 dargestellt, während Fig. 1 den Ausgangspunkt der Erfindung erläutert.

Fig. 1 ist ein Schemadiagramm eines bekannten Einphasen-Motors, wodurch einige Merkmale der Erfindung verdeutlicht werden.

Fig. 2 ist ein Schemadiagramm einer ersten Ausführungsform eines Mehrphasen-Motors nach der Erfindung.

Fig. 3 ist ein Schemadiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Mehrphasen-Motors nach der Erfindung.

Fig. 4 ist das Schemadiagramm einer dritten Ausführungsform eines Mehrphasen-Motors nach der Erfindung.

Fig. 5 ist das Schemadiagramm einer vierten Ausführungsform eines Mehrphasen-Motors nach der Erfindung.

Fig. 6 ist eine räumliche Darstellung eines Mehrphasen-Motors nach der Erfindung.

Fig. 7 ist eine Abwicklung der Spulen der Wicklungen eines erfindungsgemäßen Mehrphasen-Motors.

Fig. 8 ist das Vektordiagramm der Ströme und Spannungen räumlich sich entsprechender Spulen der Hauptwicklung und der räumlich zugehörigen Steuerwicklung.

Fig. 9 ist das Schemadiagramm einer fünften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Mehrphasen-Motors.

Fig. 1 zeigt in schematischer Form einen Einphasen-Motor, in dem einige der Merkmale der bevorzugte Ausführungsform eines Mehrphasen-Motors der Erfindung verwirklicht sind. Dieser Einphasen-Motor wird beschrieben, um das Verständnis für die Erfindung zu erleichtern. Ein Wechselstrominduktionsmotor mit Käfigläufer ist in seiner Gesamtheit mit 10 bezeichnet und weist einen Stator 12 aus magnetisch leitendem Material und einem Käfigläuferrotor 14 auf. Der Stator ist mit vier ausgeprägten Polen 16, 18, 20 und 22 dargestellt, wenngleich die Polzahl nach Bedarf auch anders sein kann. Die Ausbildung der Pole ist hier nur schematisch. Die Hauptständerwicklung 24 befindet sich auf den Polen 16 und 20 und ist über einen Reihenkondensator 28 mit den Eingangsklemmen 26 verbunden. Der Kondensator 28 braucht keine besondere Größe zu haben, wenn seine Kapazität nur so groß ist, daß in der Reihenschaltung aus dem Kondensator und der Wicklung 24 während Normalbetrieb des Motors ein kapazitiver Leistungsfaktor erhalten wird. Eine Hilfswicklung 30 ist auf die Pole 18 und 22 gewickelt und liegt parallel zur Hauptwicklung 24 und dem Kondensator 28. Die Wicklung 30 hat eine höhere Induktivität und Impedanz als die Wicklung 24. Sie kann beispielsweise eine höhere Windungszahl und feinere Drähte haben. Ein Anlaufkondensator 32 liegt dem Kondensator 28 zusammen mit einem Fliehkraftschalter 34 parallel.

Die Arbeitsweise des in Fig. 1 gezeigten Motors ist so, daß wenn eine Wechselspannung an die Klemme 26 gelegt wird, der Kondensator 28 sich aufzuladen beginnt und ein Strom durch die Wicklung 24 fließt. Außerdem fließt ein Strom durch die Wicklung 30, der gegenüber dem zunächst kapazitiven Strom in der Wicklung 24 phasenverschoben ist, was zur Folge hat, daß ein Drehfeld erzeugt wird und der Rotor 14 sich zu drehen beginnt. Dabei wird ein erheblicher Wert an Antriebskraft durch die Wicklung 30 hervorgebracht, zumal die Hauptwicklung 24 und der Kondensator 28 noch nicht in Normalbetriebs-Bedingungen eingetreten sind. Wenn die Rotordrehzahl und die Gegen-EMK ansteigen, wird die wirksame Induktivität der Wicklung 24 derart, daß diese Wicklung 24 zusammen mit dem Kondensator 28 in ihre Betriebsphase kommt. Der Kondensator 28 lädt sich periodisch auf, entlädt sich und lädt sich in der entgegengesetzten Richtung auf, wodurch das magnetische Material, das der Wicklung 24 zugeordnet ist, vom nicht-gesättigten in den gesättigten Zustand umgeschaltet wird, während die durchschnittliche Induktion sehr hoch bleibt.

Wenn sich der Rotor der Nenndrehzahl nähert, dann wird der Strom in der Hilfswicklung 30 immer kleiner. Vorzugsweise ist diese Wicklung so bemessen, daß sie bei Nenndrehzahl und Nennlast sowie Nenneingangsspannung den kleinsten Strom führt. Wenn die Belastung steigt oder die Drehzahl aus einem anderen Grund absinkt, dann zieht die Wicklung 30 mehr Strom und trägt dadurch wieder zur Antriebskraft des Motors bei. Dies ist sehr erwünscht, da auf diese Weise für Überlastungsfälle ein zusätzliches Drehmoment geschaffen wird, während andernfalls, wenn die Wicklung 30 nicht vorhanden wäre, eine derartige Überlastung dazu führen könnte, daß der Kondensator 28 und die Wicklung 24 aus ihrer bestimmten Arbeitsweise herauskommen und der Motor zum Stillstand abgebremst wird.

Der Kondensator 32 wirkt, wenn man auch nicht notwendigerweise, in Richtung einer Erhöhung des Anlauf-Drehmomentes, da er anfangs einen höheren Strom durch die Hauptwicklung 24 zuläßt. Nachdem der Motor eine bestimmte Drehzahl erreicht hat, öffnet der Fliegkraftschalter 34 und nimmt den Kondensator 32 aus der Schaltung heraus.

Bei der Erfindung, die sich auf Dreiphasen- oder andere Mehrphasen-Motoren bezieht, ist für jede Phase ein Kondensator vorgesehen. Die Fig. 2 bis 5 und 9 zeigen in schematischer Form verschiedene Ausführungsbeispiele eines Dreiphasenmotors nach der Erfindung. In den Fig. 2 bis 5 und 9 sind die drei Wicklungsspulen, die die Hauptstatorwicklung bilden, mit 24a, 24b und 24c bezeichnet, während die drei Kondensatoren, die mit diesen Spulen in Reihe geschaltet sind, die Bezeichnung 28a, 28b und 28c haben. Bei solchen Mehrphasen-Motoren ist keine Anlaufwicklung erforderlich, doch bringt aus den oben genannten Gründen eine Hilfswicklung zusätzliche Vorteile. Im Fall der Erfindung wirkt die Hilfswicklung als Steuerwicklung aus den dargelegten Gründen und wird deshalb im vorliegenden Fall als Steuerwicklung bezeichnet. Die Fig. 2 bis 5 und 9 zeigen derartige Steuerwicklungen, und zwar eine je Phase, die dann mit 30a, 30b und 30c bezeichnet sind. In den Figuren sind die Wicklungen mit den zugehörigen Eingangsklemmen A, B und C verbunden, die den Eingangsklemmen 26 in Fig. 1 entsprechen, jedoch selbstverständlich mit einer Dreiphasen-Spannungsquelle anstelle der Einphasen-Spannungsquelle verbunden sind. In den Fig. 2 bis 4 und 9 hat der Sternpunkt der in Stern geschalteten Hauptwicklungen die Bezeichnung D.

Eine eingehende Erläuterung der Ausführungsformen der Fig. 2 bis 5 und 9 ist nicht erforderlich, da für den Fachmann in Anbetracht der vorangehenden Beschreibung der einphasigen Ausführung des erfindungsgemäßen Motors die Besonderheiten, die Konstruktion und die Arbeitswesie ohne weiteres klar sind. Kurz sei jedoch festgehalten, daß Fig. 2 einen Dreiphasen-Motor mit Haupt- und Steuerwicklung zeigt, welche beide in Sternschaltung aufgebaut sind. In Fig. 3 sind die Hauptstatorspulen 24a, 24b und 24c in Dreieck geschaltet, während die Spulen der Steuerwicklung 30a, 30b, 30c Sternschaltung aufweisen; Fig. 4 zeigt die Hauptstatorwicklung in Sternschaltung, die Steuerwicklung dagegen in Dreiecksschaltung; Fig. 5 zeigt beide Wicklungen in Dreieckschaltung, während bei dem Doppelstern der Wicklungen im Ausführungsbeispiel nach Fig. 9 getrennte Sternpunkte D und D′ vorhanden sind, was eine sanftere Regelung oder Steuerung als bei der Ausführung nach Fig. 2 ermöglicht, wenn starke Laständerungen auftreten.

In der Fig. 6 ist die räumliche Anordnung von zweimal zwölf Spulen dargestellt, die drei Phasen eines vierpoligen Motors zugeordnet sind. Die Spulen jedes Poles bilden eine Spulengruppe. Die Spulenanschlüsse der Hauptwicklung sind für eine Drehfeldrichtung im Uhrzeigersinn mit den Ziffern 1, 8A und 3 bezeichnet (die Phasen A, B und C des ersten Magnetpoles darstellend); ferner mit 4, 2 und 6 (die Phasen A, B und C des zweiten Magnetpoles darstellend); 7, 5 und 9 (die Phasen A, B und C des dritten Magnetpoles darstellend) und 7A, 8 und 9A (die Phasen A, B und C des vierten Magnetpoles darstellend). Radial außerhalb der Hauptwicklung befinden sich die Steuerwicklungsspulen, die Magnetpole bilden, welche zu den Polen der Hauptwicklung in Umfangsrichtung versetzt sind. Die Reihenfolge der Pole ist derart, daß die von Hauptwicklung und Steuerwicklung erzeugten Drehfelder in derselben Richtung umlaufen. Die magnetische Voreilung ist durch Pfeil 50 angedeutet. Die Spulenanschlüsse der Steuerwicklung sind im Uhrzeigersinne mit den Ziffern 8A′, 3′ und 4′ (für die Phasen A, B und C des ersten Magnetpols); 2′, 6′ und 7′ (für die Phasen des zweiten Magnetpols); 5′, 9′ und 7A′ (für den dritten Magnetpol) und 8′, 9A′ und 1′ (für den vierten Magnetpol) bezeichnet.

Die Ziffern der Haupt- und Steuerwicklung bezeichnen die Leiter zu den Spulen, die einen Teil einer jeden Wicklung bilden, wobei vier Spulen zu jeder Wicklung jeder Phase gehören.

Dies läßt sich besser mit bezug auf die Fig. 2 und 5 erkennen, in denen die elektrischen Verbindungen der vier Spulen, welche die Wicklungen jeder Phase bilden, gezeigt sind.

In Fig. 6 ist die räumliche Anordnung der Spulen und Pole im Stator dargestellt. Dabei sind nur die Verbindungen der vier Spulen dargestellt, die an der Phase A der Hauptwicklung bzw. der Phase A′ der Steuerwicklung liegen. Der Deutlichkeit halber sind die Verbindungsleiter der Phasen B und C der Hauptwicklung und die Phasen B′ und C′ der Steuerwicklung nicht eingezeichnet, doch ist dies für den Fachmann ohne weiteres klar, wenn er sich an den Verbindungen der Phasen A und A′ orientiert.

Die Spulen der Phase A, die die Hauptwicklung zwischen den Leitern 1 und 7A bilden, beginnen mit der Spule, die durch die Leitung 101 mit der Spule A in der Spulengruppe 102 verbunden ist, die ihrerseits wiederum durch die Leitung 103 mit der Spulengruppe 104 und diese über die Leitung 105 mit der Spulengruppe 106 in Verbindung steht, deren freier Anschlußleiter 7A ist. Man erkennt, daß benachbarte Spulengruppen 100, 102, 104 und 106 zueinander entgegengesetzt gewickelt sind, so daß sie einander entgegengerichtete Pole erzeugen. Die drei Spulen eines jeden Pols sind im selben Sinne gewickelt. Die Pfeile 107, 108, 109 und 110 bezeichnen die Wickelrichtung jeder Spule. Der Leiter 101 verbindet die Spulen A in den Gruppen 100 und 102 an ihren hinteren Enden 111 und 112; der Leiter 103 verbindet die Spulen an ihren vorderen Enden 113 und 114; der Leiter 105 verbindet die Spulen A in den Gruppen 104 und 106 an ihren hinteren Enden 115 und 116. Die Leiter 1 und 7A führen aus den Spulen A in den Gruppen 100 und 106 an deren vorderen Enden 117 und 118 heraus.

Die Steuerwicklung der Spulen der Phase A′ ist zwischen den Leitern 8A′ und 2′ in gleicher Weise geschaltet. Beginnend mit der Spule A′ in der Gruppe 119, führt der Leiter 120 zur Spule A′ in der Gruppe 121; der Leiter 122 verbindet entsprechend die Spulengruppe 121 mit der Spulengruppe 123; der Leiter 124 verbindet Spulengruppe 123 mit Spulengruppe 125. Entgegengesetzte Pole sind einander benachbart, wie durch die Pfeile 126, 127, 128 und 129 angezeigt, und entsprechende Verbindungen der hinteren und vorderen Enden der Spulengruppen, wie sie für die Hauptwicklung der Phase A beschrieben wurden, bestehen auch für die Steuerwicklung. Die Leitung 120 verbindet das hintere Ende 130 der Spule A′ in der Gruppe 119 mit dem hinteren Ende 131 der Spule A′ in der Gruppe 121; Leitung 122 verbindet entsprechend die Vorderenden 132, 133 der Spulen A′ in den Gruppen 121 und 123; Leitung 124 verbindet entsprechend das hintere Ende 134 mit dem hinteren Ende 135. Die Leitungsenden 8A′ und 2′ führen aus den Spulengruppen 119 und 125 von den vorderen Enden 136 und 137 der Spulen A′ heraus.

In gleicher Weise ist die Phase B zwischen den Leitern 2 und 8A der zugehörigen Spulen ausgebildet, wobei Verbindungsleiter die anderen zwei Spulen der Phase B in gleicher Art verbinden. Die Phase B′ der Steuerwicklung befindet sich zwischen den Leitern 9A′ und 3′ der zugehörigen Spulen und weist Verbindungsleiter zu den anderen beiden Spulen der Phase B′ entsprechend auf. Zwischen den Leitern 3 und 9A liegt die Phase C mit entsprechenden Verbindungsleitern zu den anderen zwei Spulen der Phase C. Schließlich ist auch die Phase C′ der Hilfswicklung zwischen den Leitern 4′ und 7′ ihrer Spulen mit entsprechenden Verbindungsleitern zu den anderen beiden Spulen der Phase C′ ausgebildet. Aus der Beschreibung der Verbindungen innerhalb der Spulengruppen der Phasen A und A′ ist der Fachmann in der Lage, die Verbindungen der Spulen der Phasen B, B′, C und C′ herzustellen.

In den Fig. 6 und 7 sind die Magnetpole mit gestrichelten Linien 32a, 32b, 32c und 32d hinsichtlich der Hauptwicklung und 34a, 34b, 34c und 34d hinsichtlich der Steuerwicklung dargestellt. Die Fig. 7 ist eine Abwicklung der Magnetpole in ihrer gegenseitigen Anordnung unter Angabe der sie hervorrufenden Spulen. Pfeil 52 deutet die Folge der Pole an. Die Mitte der einzelnen Pole der Hauptwicklung geht durch die Phase B, die Mitte der Pole der Hilfswicklung durch die Wicklung B′. Zwischen den Phasen C und A bzw. C′ und A′ liegen jeweils die Grenzen der einzelnen Pole.

Der Rotor ist in der Fig. 6 mit 14 bezeichnet. Aus dieser Figur läßt sich erkennen, daß die Hauptwicklung im Stator dem Rotor 14 näher liegt, wodurch erreicht wird, daß der Streuwiderstand der Hauptwicklung und dadurch die damit verbundenen Verluste klein gehalten sind. Legt man die Steuerwicklung an den Rotor heran, so würde sich ein höherer Streuwiderstand und möglicherweise ein schlechterer Wirkungsgrad ergeben, doch wären das Anlauf-Moment und das Kipp-Moment höher.

Die Spulen der Steuerwicklung sind in entgegengesetztem Sinne zu den Spulen der Hauptwicklung gewickelt und entsprechend von Strömen durchflossen, so daß bei Leerlauf oder geringer Belastung die von der Hauptwicklung und der Steuerwicklung erzeugten Flüsse einander entgegengerichtet sind, so daß der Gesamtfluß gering wird. Mit zunehmender Belastung beginnt der ansteigende Strom in der Steuerwicklung dem Strom in der Hauptwicklung immer weiter vorzueilen, und aufgrund des entgegengesetzten Wicklungssinnes stellt sich dadurch eine Erhöhung des Flusses ein, da sich die Vektoren von Haupt- und Steuerwicklung einer addierenden Position nähern.

In dem Motor der Fig. 6 ist deshalb die Ausrichtung der Hauptwicklungsphasen und der entsprechenden Steuerwicklungsphasen räumlich folgende:

Eine Vektordarstellung der Spannung und des Stromes durch die Wicklungen bei einem Radialstrahl ist in Fig. 8 wiedergegeben. Es sind in der Hauptwicklung Spannung und Strom der Phase A und in der Steuerwicklung Spannung und Strom der Phase B′ gezeigt, wobei diese beiden Wicklungen radial hintereinander angeordnet sind. Der Vektor 36 zeigt die Spannung an der Phase A der Hauptwicklung und der Vektor 38 den Strom in der Phase A bei Leerlauf. Mit steigender Belastung geht der Stromvektor 38 in die Position 40, welche eine Überlastposition darstellt. Der Nennlastzustand befindet sich zwischen den Vektoren 38 und 40. Bezüglich der Steuerwicklung ist die an der Phase B′ liegende Spannung mit dem Vektor 42 dargestellt, die gegenüber der Spannung an der Phase A um 120° versetzt ist. Bei Leerlauf befindet sich der Strom im wesentlichen in Phase mit dem Vektor 38, was durch den Vektor 44 angezeigt ist.

"In Phase" heißt im Idealfall keine Phasenverschiebung, und derart würde ein Motor wirksam nahe bei Leerlauf arbeiten. In dem im Falle der vorliegenden Beschreibung verwendeten Sinn bedeutet "in Phase" einen etwas weiteren Raum, der von den Besonderheiten des Motors abhängt. Bei den bevorzugten Formen der Erfindung liegt dieser Winkel zwischen 0° und 60°. Vorzugsweise ist er kleiner als 45°, was für den Fall gilt, daß der Motor zwischen Leerlauf und Nennlast betrieben wird. Ein solcher Motor hätte gute Betriebseigenschaften nahe Leerlauf und gute nahe Nennlast. Wenn der In-Phasen-Winkel größer als 60° ist, werden die Leerlaufeigenschaften schlechter, doch ergeben sich dann im Überlastzustand Vorteile. In der Fig. 8 ist als Beispiel eine In-Phasen-Verschiebung von 67,8° bei Leerlauf dargestellt. Wie sich aus den später aufgeführten Tabellen erkennen läßt, die sich auf den Motor beziehen, dessen Stromverhältnisse in der Fig. 8 gezeigt sind, stellen sich die besten Verhältnisse bei 25% Überlast ein. Wenn der beste Wirkungsgrad z. B. bei 50% Überlast gefordert wird, dann ist der Phasenwinkel im Leerlauf sogar noch größer als 67,8°.

Bei ansteigender Belastung bewegt sich der Stromvektor I_B, in Richtung der Voreilung gegenüber dem Stromvektor I_A zur Position 46 hin, so daß diese Ströme stärker außer Phase geraten. Dieser Winkel nähert sich 180°, ohne diesen Wert vollständig zu erreichen, so daß die Vektorsumme der Ströme I_A und I_B, kleiner wird. Auf diese Weise steigt der Leistungsfaktor des Motors, wenn er bis zur Nennlast belastet wird. Die gleichen Vektordarstellungen und Veränderungen können für die anderen, einander zugeordneten Phasen aufgestellt werden, nämlich die Phasen B und C′ und C und A′.

Diese optimierte Induktion wird durch benachbarte räumliche Anordnung der Wicklungen der Phasen A und B′, B und C′ und C und A′ in der in den Fig. 6 und 7 gezeigten Weise und durch den Einsatz der Ströme in diesen Wicklungen erreicht, wie es in Fig. 8 gezeigt und in Verbindung damit beschrieben ist, um den sich daraus ergebenden resultierenden Fluß radial benachbarter Wicklungen A und B′, B und C′ zu erzeugen.

Die Induktion wird für die speziellen Belastungsbedingungen optimiert, wie die Überlegungen zu den Vektorpositionen der Ströme I_A und I_B, gezeigt haben. Hierdurch wieder wird der Netzstrom bei den besonderen Belastungsfällen klein gehalten. Die Steuerung der Induktion führt zu kleinen Netzstömen, was für besondere Belastungszustände nötig ist.

Bei einem üblichen Motor ist die Induktion von der Belastung ziemlich unabhängig, und damit ist auch der Netzstrom von der Last ziemlich unabhängig, was zwischen Leerlauf und Vollast einen geringeren Unterschied ergibt. Bei der Erfindung sind jedoch die Induktionswerte stärker lastabhängig, und somit ergeben sich bei Teillast verringerte Netzstromwerte, was einen höheren Wirkungsgrad nicht nur in der unmittelbaren Umgebung des Betriebspunktes bei Vollast bedeutet.

Folglich besitzt der erfindungsgemäße Motor einen höheren Wirkungsgrad und einen höheren Leistungsfaktor in einem wesentlich größeren Bereich, als dies bisher möglich war.

Es hat sich außerdem gezeigt, daß der Motor mit höherem Wirkungsgrad als bisher übliche Motoren über dem Nennlastpunkt arbeiten kann. In einem Überlastzustand ist die Vektorverschiebung des Stroms I_B, derart, daß der Vektor aus der Position 46 in die Position 48 übergeht. Die Vektorverschiebung zwischen den Strömen I_A und I_B, ist dann nur noch geringfügig kleiner als 180°. Es überwiegen dann ein höherer Leistungsfaktor und günstige Betriebsbedingungen.

Bei Versuchen mit einem Dreiphasen-Wanlass-Motor A18D2 Modell F-427 der Leistung 1 PS mit 230 V Speisespannung, 60 Hz, der bei Nennlast mit 1755 1/min läuft und ein Kipp-Moment von 1,7 mkp hat, wurden folgende Daten erhalten, wenn mit jedem Strang der Hauptwicklung ein Kondensator von 10 mF in Reihe geschaltet wurde. Bei geringer Belastung an der Welle von 0,057 PS nahm die Hauptwicklung 510 W auf, während die Steuerwicklung 390 W zurückspeiste. Hiermit ergibt sich ein Gesamtwirkungsgrad von 35,4%. Bei 0,341 PS nahm die Hauptwicklung 504 W auf, während von der Hilfswicklung 174 W zurückgespeist wurde, was einen Wirkungsgrad von 76,8% bedeutet. Bei Nennlast war die Leistungsaufnahme der Hauptwicklung 479 W, während die Steuerwicklung nun in ihrer Eigenschaft vom Generator zum Verbraucher gewechselt hatte und 368 W aufnahm, was einen Gesamtwirkungsgrad von 87,3% bedeutet. Bei Betrieb des Motors im Überlastbereich von 1,9 PS nahm die Steuerwicklung zunehmend mehr Leistung auf, und der Wirkungsgrad ging auf 84,6%. Der 1-PS-Motor arbeitete im Bereich zwischen 0,5 PS und etwa 2 PS mit Wirkungsgraden über 82,1%, was eine erhebliche Verbesserung gegenüber üblichen Motoren darstellt. Bei steigender Belastung des Motors veränderte der Strom in der Steuerwicklung seine Vektorlage in der früher beschriebenen Weise. In dem Gesamtbereich lag der Leistungsfaktor des Motors zwischen 0,9 und 0,97.

Bei einigen Formen der Erfindung hat sich als wünschenswert erwiesen, das Anlauf-Drehmoment und das Kipp-Moment des Motors durch Verbesserung der Symmetrie der Magnetfelder zu erhöhen. Die räumliche Verschiebung der Haupt- und der Steuerwicklung gegeneinander, wie sie in den Fig. 6 und 7 gezeigt ist, ergibt keine genaue räumliche und magnetische 90°-Verschiebung in den drei Phasen eines Vierpolmotors. Eine derartige räumliche 90°-Verschiebung erfordert, daß die Mitten der Steuerwicklung zwischen den Polen der Hauptwicklung liegen, und zu diesem Zweck ist es nötig, die Wicklungen zueinander um 30° elektrisch, nämlich 15° räumlich, zu verschieben. Die Nutteilung bei einem üblichen Stator ergibt einen Sprung von 20° elektrisch (10° räumlich) und folglich hat man bei dem untersuchten Motor die Wicklungen um 20° elektrisch und nicht um 30° elektrisch versetzt, was sich räumlich als nicht durchführbar erwiesen hat. Hiermit konnte die Ausrichtung der Polmitten der Steuerwicklung auf einen Punkt nahe der Position zwischen den Polen der Hauptwicklung verbessert werden, wobei nun die Abweichung nur noch 10° elektrisch betrug. Die Symmetrie des Magnetfeldes war damit verbessert worden. Die Wirkung dieser Abstimmung führt zu einer gegenseitigen Ausrichtung der Haupt- und der Steuerwicklungsspule, wie nachfolgend dargestellt:

Die obige Darstellung zeigt die Versetzung der Zwischenräume zwischen den Wicklungen C und A und C′ und A′, doch es ist für das Verständnis wichtig zu sehen, daß die Mitten der Pole B und B′ zwischen die Enden der jeweils anderen Pole zu liegen kommen.

Durch diese Veränderung konnten ohne störende Auswirkung auf den übrigen Lastbereich das Anlauf-Moment und das Kipp-Moment verbessert werden. Bei dem untersuchten Motor wurden folgende Parameter erreicht:

Netzspannung:\|230 V
Kapazität in der Hauptwicklung:	10 mF
Kipp-Moment 1,68 mkp:	bei 1203 1/min
Anlauf-Moment:	1,37 mkp
Gesamtstrom bei Stillstand:	19,3 A
Nennlast:	0,415 mkp bei 1755 1/min=1,003 PS
Eingangsleistung:	857 W
Wirkungsgrad:	87,3%
Leistungsfaktor:	0,94

Werte des Motors bei 25% Überlastbetrieb:

Netzspannung:\|230 V
Kondensator in der Hauptwicklung:	10 mF
Kipp-Moment 1,68 mkp:	bei 1203 1/min
Anlauf-Moment:	1,37 mkp
Gesamtstrom bei Stillstand:	19,3 A
Überlast 25%	0,52 mkp bei 1740 1/min=1,243 PS
Eingangsleistung:	1056 W
Wirkungsgrad:	87,8%
Leistungsfaktor:	0,95.

Der Übergang in der Steuerwicklung von der Generatorphase zur Motorphase erfolgte bei etwa 0,276 mkp. Dies bedeutete eine Gesamterhöhung des Anlauf-Momentes um etwa 23% und des Kipp-Momentes um etwa 19% gegenüber dem nicht-symmetrischen, räumlich unverschobenen Motor, der an früherer Stelle beschrieben wurde.

In anderen Beispielen des Motors oder der Maschine mit einer anderen Zahl von magnetischen Polen, z. B. 2 Polen oder 6 Polen, sind die winkelmäßigen Anordnungen und vektoriellen Erscheinungen unterschiedlich. Außerdem ist die Zahl der Nuten, um die die Wicklungen des Motors verschoben werden, um optimale vektorielle Verschiebungen zu erhalten, unterschiedlich. Auch eine andere Phasenzahl in der Maschine erfordert andere Parameter.

Die Art und Weise, wie die drei Spulenwicklungen der Mehrphasen- Hauptstatorwicklung räumlich im Stator untergebacht werden, z. B. ob eine Wicklung mit Spulen gleicher Weite oder mit konzentrischen Spulen gewählt wird, ist nicht eigens dargestellt, da dies dem Fachmann überlassen werden kann. Auch ist der spezielle Aufbau des Rotors nicht gezeigt, da sowohl ein Kurzschlußläufer als auch ein gewickelter Läufer Verwendung finden können.

Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel könnten Motoren mit Wicklungen für zwei Spannungen mit Doppelwicklungen ausgestattet sein

Die Erfindung läßt sich auch dort anwenden, wo bereits vorhandene Motoren neu gewickelt werden müssen und dann so aufgebaut sind, wie hier beschrieben. Bei einem derartigen Fall bietet der übliche Motor einen Stator, der diejenige Menge an magnetischem Material aufweist, welche für den Betrieb bei der Standardauslegung nötig ist. Wenn der Motor jedoch eine Wicklung nach den Richtlinien der Erfindung erhält und dann bei seiner Nennleistung betrieben werden soll, ist es nicht nötig, das gesamte, zur Verfügung stehende magnetische Material zu verwenden. Bei derartigen Beispielen wird der Motor so gewickelt, daß die Spannung am Kondensator, die der Eingangsspannung hinzugefügt wird, nicht dafür sorgt, daß die Flußkapazität im Magneteisen überschritten wird, so daß der Magnetkern nicht immer periodisch zwischen gesättigtem und ungesättigtem Zustand wechselt. Wenn das magnetische Material in einem derartigen Fall gemäß der Erfindung bis zu seiner Maximalkapazität verwendet würde und die Flußkapazität des Magnetkerns periodisch überschritten würde, dann wäre die Gesamtleistung des Motors höher als ursprünglich, und dies könnte für spezielle Anwendungsfälle unerwünscht sein, wo ein Motor mit einer Nennleistung gefordert wird, der lediglich einen besseren Leistungsfaktor und einen besseren Wirkungsgrad besitzt als der Standardmotor, nicht jedoch eine erhöhte Leistungsabgabe. Ein Vorteil der Erfindung besteht somit auch darin, daß bereits existierende Motoren nach dem Prinzip der Erfindung umgerüstet werden können und dann periodisch zwischen Sättigungs- und ungesättigtem Zustand nach Art der Erfindung arbeiten, so daß der Standardmotor nun eine höhere Leistung abgeben und einen besseren Leistungsfaktor und höheren Wirkungsgrad als vorher haben kann.

Der Begriff "in Phase" wurde oben mit bezug auf die Vektorlage der Ströme in der Hauptwicklung und der angrenzenden Steuerwicklung erklärt. Der Begriff "außer Phase" bedeutet eine Änderung aus dem Normalzustand "in Phase" zwischen den Vektorstellungen dieser Ströme. Somit kann keine Begrenzung oder kein Wert des Winkels angegeben werden, um die Vektorposition "außer Phase" zu definieren.

Claims

1. Mehrpoliger elektrischer Mehrphasenmotor mit einem Stator (12) und einem Rotor (14), einer Statorhauptwicklung (24) mit jeweils einem Hauptwicklungsstrang (24a, 24b, 24c) für jede Phase, der in Reihe mit einem Kondensator (28a, 28b, 28c) an die zugehörigen Phasenklemmen gelegt ist, wobei der Kondensator so bemessen ist, daß die Reihenschaltung einen kapazitiven Leistungsfaktor aufweist, und mit einer Steuerwicklung (30) höherer Induktivität als die Hauptwicklung (24) für die lastabhängige Steuerung der Flußdichte im Stator, wobei jedem Hauptwicklungsstrang (24a, b, c)in Serie mit dem zugeordneten Kondensator (28a, b, c) ein Steuerwicklungsstrang (30a, b, c) parallelgeschaltet ist, wobei die den Haupt- und Steuerwicklungssträngen zugeordneten Pole in Umfangsrichtung zueinander versetzt sind, dadurch gekennzeichnet,
daß die Haupt- und Steuerwicklungsstränge radial zueinander versetzt angeordnet sind,
daß die Spulen der in Umfangsrichtung aufeinanderfolgenden Pole Spulengruppen (100, 102, 104, 106, 119, 121, 123, 125), wobei die Spulen (A, B, C; A′, B′, C′) innerhalb jeder Gruppe gleichsinnig gewickelt sind und bei in Umfangsrichtung aufeinanderfolgenden Gruppen gegensinnig gewickelt sind,
daß die den Haupt- und Steuerwicklungssträngen zugeordneten Pole in Umfangsrichtung derart zueinander versetzt sind, daß sie einander magnetisch übergreifen und
daß radial benachbarte Spulen mit entgegengesetztem Wicklungssinn eine Flußdichte erzeugen, die mit zunehmender Belastung steigt.

2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pole der Statorhauptwicklung (24) die Mitten der Pole (34a, 34b, 34c, 34d) der Statorsteuerwicklung (30) magnetisch übergreifen und die Pole der Statorsteuerwicklung (30) die Mitten der Pole (32a, 32b, 32c, 32d) der Statorhauptwicklung (24) magnetisch übergreifen.

3. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Statorhauptwicklung (24) und die Statorsteuerwicklung (30) verschiedene Magnetpole (32a, 32b, 32c, 32d; 34a, 34b, 34c, 34d) bilden, wobei die Mitten der Pole der Statorsteuerwicklung (30) magnetisch im wesentlichen zwischen den Polen der Statorhauptwicklung (24) liegen.

4. Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Statorsteuerwicklung (30) radial außerhalb der Statorhauptwicklung (24) gewickelt ist.

5. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß drei Phasen vorhanden sind.

6. Motor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Statorhauptwicklung (24) und die Kondensatoren (28a, 28b, 28c) in Stern und die Statorsteuerwicklung (30) in Stern geschaltet sind.

7. Motor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Statorhauptwicklung (24) und die Kondensatoren (28a, 28b, 28c) im Dreieck und die Statorsteuerwicklung (30) im Dreieck geschaltet sind.

8. Motor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Statorhauptwicklung (24) und die Kondensatoren (28a, 28b, 28c) im Stern und die Statorsteuerwicklung (30) im Dreieck geschaltet sind.

9. Motor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Statorhauptwicklung (24) und die Kondensatoren (28a, 28b, 28c) im Dreieck und die Statorsteuerwicklung (30) im Stern geschaltet sind.