Induktionsmotor mit mindestens drei elektrisch selbständigen, aber
mechanisch verbundenen, relativ zum Primärteil achsial verschiebbaren Käfigankern
verschiedenen Widerstandes. Drehstrommotoren mit Käfiganker besitzen den Schleifringankermotoren
gegenüber den großen Nachteil, beim Einschalten einen hohen Anlaufstrom aufzunehmen
und dabei nur ein relativ geringes Drehmoment zu entwickeln. Gibt man dem Käfiganker
einen hoben Ohmschen Widerstand, dann wird zwar der Anlaufstrom verkleinert und
das Anlaufdrehmoment erhöht, aber der Wirkungsgrad des Motors wird außerordentlich
herabgesetzt und entsprechend steigt seine Erwärmung. Es ist bereits vorgeschlagen
worden, dem Motor mehrere auf der gleichen Welle nebeneinander sitzende Käfiganker
zu geben, welche abwechselnd je nach Bedarf durch Verschiebung auf bzw. mit der
Welle in das Statorfeld hineingeschoben werden können. Beim Anlauf wird dann ein
Käfiganker hohen Ohmschen Widerstandes in den Stator geschoben, beim Lauf dagegen
ein Käfiganker niedrigen Ohmschen Widerstandes. Unter Umständen konnten noch den
zwischen Anlauf und Lauf liegenden Geschwindigkeiten Rotoren mit entsprechenden
Zwischenwerten des Widerstandes angepaßt werden. Aber diese Einrichtung hat einen
sehr erheblichen Nachteil, der sich beim Übergang von einem Käfiganker auf den anderen,
also in der Zwischenlage zeigt. Die achsiale Breite der einzelnen Rotoren entsprach
im allgemeinen der achsialen Breite des Statoreisens, und so gibt es bei der Rotorverschiebung
Lagen, in denen zwei benachbarte Rotoren teilweise im Statorfeld stehen, zu einem
erheblichen Teil aber aus diesem herausragen. Dies bedingt aber eine sehr erhebliche
Streuung der beiden Motorteile (Stator und Rotor) gegeneinander und damit ein Abfall
des Drehmomentes auf einen geringen Wert. Da nun aber die Rotorv erschiebung praktisch
nicht sprunghaft erfolgen kann, so muß sich dieser Drehmomentabfall schädlich auswirken,
und damit ging der Vorteil der Einrichtung wieder völlig verloren.Induction motor with at least three electrically independent, but
mechanically connected cage anchors that are axially displaceable relative to the primary part
different resistance. Three-phase motors with squirrel cage armature have slip ring armature motors
compared to the major disadvantage of consuming a high starting current when switching on
and developing only a relatively low torque. You give the cage anchor
a raised ohmic resistance, then the starting current is indeed reduced and
the starting torque increases, but the efficiency of the motor becomes extraordinary
and its warming increases accordingly. It's already suggested
several cage anchors sitting next to each other on the same shaft
to give which alternately as needed by shifting to or with the
Shaft can be pushed into the stator field. When it starts up, a
Cage armature of high ohmic resistance pushed into the stator, while running against it
a cage anchor of low ohmic resistance. Under certain circumstances, the
Rotors with corresponding speeds lying between start-up and run
Intermediate values of the resistance are adapted. But this facility has one
very significant disadvantage that arises when moving from one cage anchor to the other,
so shows in the intermediate layer. The axial width of the individual rotors corresponded
generally the axial width of the stator iron, and so there is the rotor displacement
Positions in which two adjacent rotors are partially in the stator field, to one
but a considerable part of it protrude from this. But this requires a very substantial one
Scatter of the two motor parts (stator and rotor) against each other and thus a drop
the torque to a low value. But now the rotor displacement is practical
cannot take place abruptly, this torque drop must have a detrimental effect,
and with that the advantage of the facility was completely lost again.
Es ist nun Gegenstand der Erfindung ein Induktionsmotor mit einem
aus mehreren elektrisch selbständigen, aber mechanisch verbundenen, in achsialer
Richtung nebeneinander angeordneten, relativ zum Primärteil achsial verschiebbaren
Käfigankern verschiedenen Widerstandes bestehenden Sekundärteil, bei welchem die
achsiale Breite der einzelnen Käfiganker derart gewählt ist, däß sich in jeder ihrer
Haupt- und Zwischenlagen mindestens ein Käfiganker ganz innerhalb des wirksamen
Eisens des Primärteiles befindet. Ein Motor dieser Art entwickelt auch in den Zwischenlagen
des Sekundärteiles noch ein genügend hohes Drehmoment, weil die Streuung bei der
Verschiebung des Sekundärteiles nicht so große Schwankungen aufweist wie bei der
als bekannt erwähnten Ausführung. Je geringer die achsiale Breite der einzelnen
Käfiganker gemacht wird, um so geringer sind die Schwankungen der Motorstreuung;
denn wenn bei der Verschiebung auch der eine Käfiganker aus dem wirksamen Feldbereich
des Primärteiles heraus- und dafür ein anderer hereintritt, so behalten alle zwischen
diesen beiden Ankern liegenden Käfiganker ihre Wirksamkeit ungeschmälert bei. Die
Zustandänderung erfolgt somit nur an einem Bruchteil der gerade wirksamen Sekundäranker.It is now the subject of the invention an induction motor with a
from several electrically independent, but mechanically connected, in axial
Direction arranged side by side, axially displaceable relative to the primary part
Cage anchors of various resistance existing secondary part, in which the
axial width of the individual cage anchors is chosen so that each of their
Main and intermediate layers at least one cage anchor entirely within the effective
Iron of the primary part is located. A motor of this type also develops in the liners
of the secondary part still has a sufficiently high torque, because the scatter in the
Displacement of the secondary part does not have as large fluctuations as in the
as known execution. The smaller the axial width of each
Cage anchor is made, the less the fluctuations in the motor spread;
because if one of the cage anchors is out of the effective field area during the shift
of the primary part comes out and another comes in for it, all keep between
these two anchors lying cage anchors undiminished their effectiveness. the
Changes in state therefore only occur in a fraction of the secondary anchors that are currently in effect.
Die Erfindung sei an Hand des Ausführungsbeispieles der Abb. i näher
erläutert. In Abb. i bedeutet P den als Primärteil des Induktionsmotors I ausgebildeten,
mit der Mehrphasenwicklung Z versehenen Stator, welcher von dem auf der Grundplatte
F sitzenden Gußgehäuse G getragen wird. Der Sekundärteil Q ist achtteilig, und zwar
stellt jeder der acht Teile a1, a2, a3, a4, b1, b2, b3, b., einen elektrisch unabhängigen,
selbständigen Käfiganker dar. Die acht Einzelanker sitzen fest auf der in den Lagern
L, L achsial verschiebbaren Welle W. Die Einzelanker a1, a2, a3, a4 sollen
unter sich gleich sein, aber hoben Ohmschen Widerstand besitzen; die Einzelanker
b1, b2, b#" b4 sollen ebenfalls unter sich gleich sein, aber niedrigen Ohmschen
Widerstand besitzen. In dem gewählten Beispiel ist die Summe der achsialen Breiten
sowohl der vier Sekundärteilen a1, a2, a3, a4 als auch der vier Sekundärteile b1,
b2, b3, b4 gleich der achsialen Breite
des Statoreisens. Die jeweilige
Stellung des Rotors sei durch eine Linie markiert, welche in der Ebene der rechten
äußeren Stirnfläche des Sekundärteiles 0 liegend zu denken ist. Bei einer achsialen
Verschiebung des Rotors von rechts nach links durchwandert die Markierungslinie
dann die Lagen i, 2, 3, 4 und 5. In der gezeichneten Stellung i stehen gerade die
vier Käfiganker hohen Widerstandes unter dem Statoreisen, und der Motor nimmt daher
nur einen geringen Anlaufstrom auf. Bei richtiger Bemessung des Rotorwiderstandes
kann er i-i dieser Lage sein maximales Drehmoment entwickeln. Die Stellung i ist
somit die Anlaufstellung. Wird nun der Rotor vom Stellung i nach 2 verschoben, dann
tritt der Anker a1 aus dem wirksamen Bereich des Statorfeldes heraus, während der
Anker b1 in diesen Bereich eintritt. Unter dem Statoreisen befinden sich jetzt drei
Anker von hohem und ein Anker von niedrigem Widerstand. Resultierend bedeutet das
eine Verkleinerung des Rotorwiderstandes. Demgemäß arbeitet der Motor auf einer
anderen Drehmomentkurve, die ihr Maximum bei einer gewissen Tourenzahl hat. In Stellung
3 sind bereits zwei Anker hohen Widerstandes durch zwei niedrigen Widerstandes ersetzt;
in Stellung d. befindet sich nur noch ein Anker hohen Widerstandes im Felde. und
in Stellung 5, der Laufstellung, sind schließlich alle vier Anker niedrigen Widerstandes
im wirksamen Statorfelde. In dieser Stellung arbeitet der @-Iotor mit gutem Wirkungsgrad
und kleinem Schlupf. Der cos rf: wird durch das Vorhandensein des inaktiven Rotorteiles
nicht wesentlich beeinflußt, da sich auf diesem inaktiven Teil selbständige Wicklungen
befinden. Der Übergang vom Anlauf zum Lauf erfolgt hier also unter stetiger Verkleinerung
des resultierenden Rotorwiderstandes genau wie bei einem Schleifringankermotor,
und es ergibt sich dabei für die verschiedenen Rotorlagen eine Schar von Drehmomentkurven
Dl, D" D', D., gemäß Abb.2, wie man sie beim Anlassen eines Schleif ringanker motors
erhält. An Stelle des Kurzschließens des Anlaßwiderstandes tritt hier eine Achsialverschiebung
des Rotors.The invention will be explained in more detail using the exemplary embodiment in FIG. In FIG. The secondary part Q consists of eight parts, each of the eight parts a1, a2, a3, a4, b1, b2, b3, b., An electrically independent, independent cage anchor. The eight individual anchors sit firmly on the in the bearings L, Axially displaceable shaft W. The individual anchors a1, a2, a3, a4 should be the same among themselves, but have higher ohmic resistance; the individual anchors b1, b2, b # "b4 should also be the same among themselves, but have a low ohmic resistance. In the example chosen, the sum of the axial widths of both the four secondary parts a1, a2, a3, a4 and the four secondary parts b1, b2, b3, b4 equal to the axial width of the stator iron. The respective position of the rotor is marked by a line, which is to be thought of as lying in the plane of the right outer end face of the secondary part 0. With an axial displacement of the rotor from right to left wanders through the marking line then the positions i, 2, 3, 4 and 5. In the drawn position i the four high resistance cage armatures are under the stator iron, and the motor therefore only consumes a low starting current This position develops its maximum torque. The position i is therefore the starting position. If the rotor is now shifted from position i to 2, then the rotor occurs Armature a1 out of the effective area of the stator field, while armature b1 enters this area. Under the stator iron there are now three anchors of high resistance and one anchor of low resistance. As a result, this means a reduction in the rotor resistance. Accordingly, the engine works on a different torque curve, which has its maximum at a certain number of revolutions. In position 3, two high resistance anchors have already been replaced by two low resistance ones; in position d. there is only one anchor of high resistance in the field. and in position 5, the running position, all four low-resistance armatures are finally in the effective stator field. In this position the @ -Iotor works with good efficiency and little slip. The cos rf: is not significantly influenced by the presence of the inactive rotor part, as there are independent windings on this inactive part. The transition from start-up to run takes place here with a steady reduction in the resulting rotor resistance, exactly as with a slip ring armature motor, and a family of torque curves Dl, D "D ', D" results for the various rotor positions, as shown in Fig They are obtained when starting a slip ring armature motor. Instead of short-circuiting the starting resistor, there is an axial displacement of the rotor.
In dein gewählten. Beispiel war angenominen, daß die Elemente jeder,
der beiden Käfigankergruppet? cal, a- a.;, a1 bzw. b1 If_, b, t1,,
unter sich gleichen Widerstand besitzen. Es kann aber unter Umständen vorteilhaft
sein, die Gruppe höheren Widerstandes aus ungleichen Elementen zusammenzusetzen,
wobei die Einzelanker dieser Gruppe in ihrer achsialen Folge eine stufenweise Zu-
und Abnahme des Widerstandes zeigen. Andererseits ist es fabrikatorisch von großem
Vorteil, wenn die Einzelanker möglichst gleiche Abmessungen haben, so z. B. wenn
die Eisenkörper aller dieser Anker aus gleichen Blechschnitten hergestellt sind
und gleiche achsiale Breite aufweisen. Besitzen diese Einzelanker so auch den gleichen
Innendurchmesser und gleiche Keilnutung, dann können sie in einfacher Weise auf
der gemeinsamen Welle, gegebenenfalls unter Zwischenlage von Distanzierungsstücken
aufgereiht und befestigt und gemeinsam ventiliert werden. Ein geringer Abstand zwischen
den Einzelankern ist zum Zweck der gutenWärmeableitung wünschenswert, besonders
bei den Ankern hohen Widerstandes. Für den Fall, daß die achsiale Verschiebung der
Welle aus praktischen -Gründen nicht angängig ist, können die Einzelanker auch auf
einer gemeinsamen Büchse aufgebracht sein, welche ihrerseits auf der Welle verschiebbar
angeordnet ist. Die Verschiebung selbst kann nun in verschiedener Weise erfolgen.
Zunächst bewirkt das Motorfeld selbst eine Rotorverschiebung in dem gewollten Sinne.
Es ist bekannt, daß ein in achsialer Richtung in bezug auf die Mittelebene des Stators
etwas unsvminetrisch sitzender Rotor mit Käfiganker beim Einschalten der Statorwicklung
infolge des Thompsoneffektes aus dem Feld herausgedrückt wird. Im vorliegenden Falle
(Abb. i) wird also beim Anlauf die Wicklung niedrigen Widerstandes nach rechts herausgedrängt,
und es gelangt so die Wicklung hohen Widerstandes von selbst in den Bereich des
wirksamen Feldes. Läuft nun aber der Motor hoch, dann entstehe i im Rotor EMKe durch
Rotation im Felde, welche eine Drehung der Rotorfeldachse bewirkt, so daß an Stelle
der Abstoßung zunächst ein labiler Zustand und schließlich eine Anziehung tritt.
Der Rotor niedrigen Widerstandes wird also beim Lauf des Motors in das Feld hineingezogen.
Dieser Erfolg setzt aber voraus, daß auch die Widerstände der Käfiganker hohen Widerstandes
in dem Sinne abgestuft sind, daß sie der Verschiebungsrichtung entgegen fortschreitend
kleiner werden, damit anziehende Kräfte auftreten können. Will man die Rotorverschiebung
aber nicht von diesen Kräften abhängig machen, dann können Einrichtungen vorgesehen
werden, welche die Verschiebung von Hand oder auch selbsttätig in Abhängigkeit von
beliebigen elektrischen oder mechanischen Größen ermöglichen. Vorteilhaft wäre es,
die Verschiebung in Abhängigkeit vom entwickelten Drehmoment oder von der Drehzahl
des Motors einzustellen. Wird der Motor abgestellt, dann sollte der verschiebbare
Teil zweckmäßig wieder von selbst in die Anfangslage zurückkehren. Hierfür
können
besondere Einrichtungen, z. B. Federn, vorgesehen sein, die den verschiebbaren Teil
bei Stillstand in seine Anlaufstellung zurückführen. Werden die Käfiganker auf der
Welle selbst befestigt und wird ihre achsiale Verschiebung durch eine Verschiebung
der Rotorwelle in den Lagern bewirkt, dann sind einige Schwierigkeiten bei der Übertragung
der Motorleistung auf die Energie verbrauchende Einrichtung zu überwinden. Erhält
der Motor eine Riemenscheibe, so muß diese so weit vom Lager a'2-gesetzt sein, daß
sie die achsiale Verschiebung nicht behindert, und dabei ist ihre Breite so zu Leinessen,
daß der Riemen trotz ihrer Verschiebung nicht abgleitet (s. Abb. T, Riemenscheibe
R). Soll der Motor mit der Energie verbrauchenden Einrichtung direkt gekuppelt werden,
dann muß die Kupplung derart eingerichtet sein, daß sie eine achsiale Verschiebung
der Motorwelle entsprechend der Verschiebung des Sekundärteiles gestattet.In your chosen. Example was assumed that the elements of each of the two cage anchor groups? cal, a - a.;, a1 or b1 If_, b, t1 ,, have the same resistance among themselves. Under certain circumstances, however, it can be advantageous to assemble the group of higher resistance from unequal elements, with the individual anchors of this group showing a gradual increase and decrease in resistance in their axial sequence. On the other hand, it is of great advantage in terms of manufacturing if the individual anchors have the same dimensions as possible, e.g. B. if the iron bodies of all these anchors are made from the same sheet metal sections and have the same axial width. If these individual anchors also have the same inner diameter and the same keyway, then they can be lined up and fastened in a simple manner on the common shaft, if necessary with the interposition of spacer pieces, and ventilated together. A small distance between the individual anchors is desirable for the purpose of good heat dissipation, especially in the case of the anchors with high resistance. In the event that the axial displacement of the shaft is not possible for practical reasons, the individual anchors can also be mounted on a common sleeve, which in turn is arranged displaceably on the shaft. The shift itself can now take place in various ways. First of all, the motor field itself causes the rotor to shift in the intended sense. It is known that a rotor with a squirrel cage armature, which is somewhat asymmetrically seated in the axial direction with respect to the central plane of the stator, is pushed out of the field when the stator winding is switched on as a result of the Thompson effect. In the present case (Fig. I), the winding of low resistance is pushed out to the right during start-up, and the winding of high resistance comes into the area of the effective field by itself. If, however, the motor runs up, then i in the rotor EMFe arises through rotation in the field, which causes a rotation of the rotor field axis, so that instead of repulsion there is initially an unstable state and finally an attraction. The low resistance rotor is drawn into the field when the motor is running. However, this success presupposes that the resistances of the cage anchors of high resistance are graded in the sense that they become progressively smaller against the direction of displacement, so that attractive forces can occur. However, if one does not want to make the rotor displacement dependent on these forces, devices can be provided which enable the displacement by hand or also automatically as a function of any electrical or mechanical variables. It would be advantageous to adjust the shift as a function of the torque developed or the speed of the motor. If the engine is switched off, then the movable part should expediently return to the starting position by itself. For this purpose, special facilities such. B. springs may be provided, which return the displaceable part to its start-up position at a standstill. If the cage armatures are attached to the shaft itself and if their axial displacement is caused by a displacement of the rotor shaft in the bearings, then some difficulties must be overcome in the transmission of the motor power to the energy-consuming device. If the motor is provided with a belt pulley, it must be a'2-set so far from the bearing that it does not hinder the axial displacement, and its width must be such that the belt does not slip off despite its displacement (see Fig. T, pulley R). If the motor is to be coupled directly to the energy-consuming device, then the coupling must be set up in such a way that it allows an axial displacement of the motor shaft in accordance with the displacement of the secondary part.
An Stelle der Rotorverschiebung kann natürlich auch eine Statorverschiebung
treten, wobei es belanglos ist, ob der Stator als Primär- oder als Sekundärteil
ausgebildet ist.Instead of the rotor displacement, a stator displacement can of course also be used
step, whereby it is irrelevant whether the stator is used as a primary or a secondary part
is trained.
Um die wirksame Breite des Motors nicht zu schmälern, sollen die Einzelanker
möglichst dicht aneinanderliegen. Da sie nun aber als selbständige Käfiganker ausgebildet
sind, verhindern unter Umständen die Stirnringe die unmittelbare Aneinanderlagerung
der Eisenkörper benachbarter Anker. Um diese unmittelbare Aneinanderlagerung dennoch
möglich zu machen, sollen die Stirnringe aus dünnen Ringscheiben hergestellt sein,
die sich eng an den Eisenkörper anlegen oder auch eingelassen sein können. Diese
Ringscheiben können, wie die Leiter der Käfiganker, je nach Zweck aus gut leitendem
oder aus Widerstandsmaterial hergestellt sein. Da es sich bei# den Einzelankern
hohen Widerstandes um liclie Materialbeanspruchungen handelt, muß für gute Wärmeabführung
Sorge getragen werden.In order not to reduce the effective width of the motor, the individual armatures should
are as close together as possible. Since they are now designed as independent cage anchors
are, the end rings may prevent the direct contact
the iron body of neighboring anchors. Nonetheless, about this direct juxtaposition
to make it possible, the end rings should be made of thin washers,
which fit closely to the iron body or can be embedded. These
Like the heads of the cage anchors, ring washers can be made of highly conductive material depending on the purpose
or made of resistance material. Since # the individual anchors
high resistance is only about material stresses, must for good heat dissipation
To be taken care of.
Der beschriebene Induktionsmotor eignet sich auch zur Geschwindigkeitsregelung
durch Polumschaltung, da die Käfigrotoren für beliebige Polzahlen in gleicher Weise
verwendet werden können. Beim Umschalten auf die nächsthöhere Polzahl wird man zweckmäßig
gleichzeitig Käfiganker höheren Widerstandes in das Statorfeld schieben, um den
Strom-und Belastungsstoß zu vermeiden bzw. abzuschwächen. Auch für Traktionszw ecke
ist dieser Motor brauchbar. Zum sanften Anfahren ist es dal.ei aber wünschenswert,
daß der Motor bei kleiner Stromaufnahme zunächst ein unter dem Maximalwert liegendes
Drehmoment eatwickelt. Zu diesem Zweck kann dem Käfiganker vom höchsten Ohmschen
Widerstand noch ein unbewickelter Eisenkörper angefügt werden, so daß in der Anlaufstellung
dieser Eisenkörper mit im Felde steht. Dadurch wird die Stromaufnahme und das Drehmoment
wesentlich herabgesetzt. Wird dann bei der Rotorverschiebung der unbewickelte Teil
aus dem Statorfeld herausgeschoben, dann kann der Rotorwiderstand der in dieser
Lage wirksamen Einzelanker dem maximalen Drehmoment entsprechend bemessen werden,
und die weitere Regelung erfolgt in der beschriebenen Weise.The induction motor described is also suitable for speed control
by pole switching, since the squirrel cage rotors for any number of poles in the same way
can be used. When switching to the next higher number of poles, it becomes useful
at the same time push cage armature of higher resistance into the stator field in order to
Avoid or attenuate current and load surges. Also for traction purposes
this engine is useful. For a gentle start, however, it is desirable
that the motor with a low current consumption is initially below the maximum value
Torque is wound. For this purpose, the cage anchor can be of the highest ohmic
Resistance still an unwound iron body can be added, so that in the start-up position
this iron body is also in the field. This increases the power consumption and the torque
substantially reduced. Then becomes the unwound part when the rotor is shifted
pushed out of the stator field, then the rotor resistance in this
Effective individual anchor are dimensioned according to the maximum torque,
and the further regulation takes place in the manner described.