DE635462C - Einphaseninduktionsmotor - Google Patents

Description

Es besteht in der Technik oft das Bedürfnis nach einem Antrieb, der mehrere stabile Drehzahlbereiche besitzt. Dies ist z. B. auch der Fall bei neuzeitlichen Sprechmaschinen, die imstande sein müssen, mit unterschiedlicher Geschwindigkeit umlaufende Schallplatten verschiedener Größe wiedergeben zu können, wie sie sich zur Zeit für 78 und 33¹^ Umdrehungen pro Minute im Handel befinden.

Es ist bekannt, das hierzu erforderliche Drehzahlverhältnis durch ein umschaltbares Übersetzungsgetriebe zu schaffen. Ein solches Getriebe bedingt jedoch immer gewisse Verluste, die die vorhandene Antriebsleistung vermindern; auch erhöht es das Gewicht des Antriebes, was vor allem für transportable Geräte nachteilig ist.

Den Gegenstand der Erfindung bildet dem-

ao gegenüber ein Einphaseninduktionsmotor, der ohne umschaltbares Übersetzungsgetriebe zwei wesentlich, und zwar vorzugsweise um mehr als 50 Prozent voneinander abweichende stabile Drehzahlbereiche aufweist.

Bei dem neuen Motor, dessen Ständer bewickelte Hauptpole nach dem Spaltpolprinzip und unbewickelte Hilfspole trägt, sind erfindungsgemäß zwischen dem bzw. bei mehrpoligen Maschinen zwischen den Hauptpolpaaren, deren Wicklungen jeweils im gleichen magnetischen Sinne erregt sein müssen, Pol um Pol abwechselnd Hilfspole ohne Wicklungen mit gleicher oder größerer Polbedekkung, als sie durch die Hauptpole geschaffen ist, vorgesehen. Es hat sich gezeigt, daß eine derartige Maschine bei einem bestimmten Polbedeckungsverhältnis von Haupt- und Hilfspolen in zwei beträchtlich auseinander liegenden Drehzahlbereichen stabil läuft.

Durch besondere geometrische Gestaltung der Polschuhe des Motors, z. B. durch deren Nutung, Unterteilung, einseitige Abflachung u. dgl., welche an sich bekannte Maßnahmen darstellen, hat man es ferner in der Hand, das Polbedeckungsverhältnis und damit das Verhältnis des oberen Drehzahlbereiches (Oberdrehzahl) zum unteren Drehzahlbereich (Unterdrehzahl) in gewissen Grenzen zu ändern. Bei einer bevorzugten Ausführungsform, bei der die durch die Hilfspole be- wirkte Polbedeckung größer ist als die der Hauptpole, entspricht das Verhältnis von Ober- und Unterdrehzahl dem Werte 1 : 2,35, welcher gerade mit dem obengenannten Drehzahlverhältnis von 33¹J₃ und 78 Umdr./min übereinstimmt. Bei Verwendung des erfin-

. dungsgemäßen Motors als Antrieb von Sprechmaschinen können mit dem Gerät demnach mit der angegebenen unterschiedlichen Umlaufsgeschwindigkeit " abzuspielende Platte^; wahlweise wiedergegeben werden, ohne daß; ein umschaltbares Reduziergetriebe erfordeij-i Hch ist.

Soll eine gleichmäßige Änderung des Polbedeckungsverhältnisses von Haupt- und Nebenpol vorgenommen werden, womit innerhalb gewisser Grenzen die Lage der Ober,- und Unterdrehzahl regulierbar ist, so kann zu diesem Zwecke eine im Luftspalt in entsprechenden Aussparungen der Polschuhe verlaufende Feldblende angeordnet sein, die den Rotor z. B. teilzylindermantelförmig umfassend um dessen Achse drehbar ist und aus dem Bereich der Hilfspole in den der Hauptpole oder umgekehrt verstellt werden kann. so An sich ist es schon bekannt, zur Drehzahlregelung eine verstellbare Feldblende zu verwenden. Von diesem Gedanken wird beim Erfindungsgegenstand zu dessen Vervollkommnung mittels einer neuen Ausführungsform einer solchen Blende zum Zwecke der Regulierung eines Drehzahlverhältnisses' Gebrauch gemacht.

Die weiteren Einzelheiten· der Erfindung gehen aus den nachfolgend an Hand der Zeichnungen erläuterten Ausführungsbeispielen hervor. Es zeigt

Abb. ι den Aufbau eines Motors mit in bekannter Weise auf Gegenerregung geschalteten Wicklungen,

Abb. 2 einen Motor gemäß der Erfindung, Abb. 3 die Drehzahlcharakteristik des neuen Motors,

Abb. 4 die Abhängigkeit der Unterdrehzahl vom Polbedeckungsverhältnis, Abb. 5 verschiedene Polschuhausbildungsformen,

Abb. 6 eine Feldblendenanordnung, Abb. 7 die entsprechende Drehzahlcharakteristik bei Regelung mit der Feldblende. Abb. ι veranschaulicht einen . Induktionsmotor, dessen Drehzahl mittels Polumschaltung.abstufbar ist. Schaltet man diesen Motor z: B. der Darstellung entsprechend so, daß die auf den Polkernen 1 und,2 befindlichen Wick-. lungen 5 und 6 in entgegengesetztem magnetischen Sinne erregt werden, dann läuft die Maschine, obwohl sie nur zwei Erregerwicklungen trägt, trotzdem als vierpolige Maschine, weil die unbewickelten . Hilfspole 3 und 4,bezüglich des Läufers, wie gestrichelt eingezeichnet, e.ine vierpolige Feldausbildung bewirken. Solche auf Gegenerregung geschalteten Maschinen sind bekannt. Sie laufen mit der halben synchronen Drehzahl, wie es einer normalen vierpolig bewickelten Maschine entspricht.

Demgegenüber sind bei dem erfindungsgemäßen Motor (Abb. 2) die Wicklungen S und 6 im magnetisch gleichen Sinne erregt, !%£> daß die von Abb. 1 abweichende, gleich-

fjjs gestrichelt eingezeichnete und durch die |?|feile markierte Feldverteilung entsteht. Die SjSiIfspole 3 und 4, deren Breite mindestens so groß und vorzugsweise größer gewählt ist als die der Hauptpole, wirken als die Streuung beeinflussender magnetischer Nebenschluß.

Die Eigenschaften des Motors gemäß Abb. 2 weichen nun ganz erheblich ab von denen des Motors nach Abb. 1. Der neue Motor besitzt, ohne daß eine Umschaltung der Erregerspulen erforderlich ist, zwei Gebiete, in denen er sich vollkommen stabil verhält, und zwar bei einer Unterdrehzahl n_a und einer Oberdrehzahl W₀. In Abb. 3 ist die entsprechende Drehzahlcharakteristik wiedergegeben. Die Kurve 7 gibt die Abhängigkeit des Drehmomentes über der Drehzahl der Maschine an. Es sind deutlich die beiden stabilen Arbeitsbereiche an den mit n_u und n₀ bezeichneten Kurventeilen erkenntlich, die beinahe senkrecht nach unten verlaufen. Die Oberdrehzahl entspricht dabei angenähert dem normalen zweipoligen Lauf der Maschine, während die Unterdrehzahl hingegen wesentlieh tiefer liegt, als es dem normalen vierpoligen Lauf entsprechen würde.

Es ist anzunehmen, daß diese Erscheinung damit zusammenhängt, daß sich auch bei gleichsinniger Erregung der Wicklungen 5 und 6 infolge der Anordnung der breiten Hilfspole neben dem zweipoligen Erregerfeld außerdem noch ein vierpoliges Feld ausbilden kann,, das vor allem bei niederer Drehzahl wirksam ist, bei der die durch die Hilfspole bedingte Streuung besonders groß ist. Wenn die auftretende Unterdrehzahl dabei ferner unterhalb des bei einer vierpoligen Anordnung normalerweise vorhandenen halben synchronen Drehzahlwertes liegt, so ist dies wohl darauf zurückzuführen, daß der durch die Hilfspole verlaufende Kraftfluß gegenüber der normalen vierpoligen Erregung geschwächt ist. Diese Schwächung rührt offenbar daher, daß sich die von den Wicklungen 5 und 6 hervorgerufenen und durch die Hilfspole 3 und 4 verlaufenden Kraftflüsse im Bereiche der Hilfspole teilweise kompensierend intgegenwirken, wie dies in Abb. 2 angedeutet ist. Diese Feldschwächung bedingt aber ge- ^enüber der normalen vierpoligen Schaltung ine Vergrößerung des Schlupfes, was einer Verringerung der Drehzahl des Läufers entspricht. Es hat sich gezeigt, daß durch Veränderung der Breite der Hilfspole oder auch durch besondere Ausbildung deren Polschuhe n gewissem Umfange ein Regeln der Unter-

drehzahl und sogar auch der Oberdrehzahl möglich ist.

Wird die neue Maschine ferner auch, wie an sich bekannt, auf Gegenerregung der Wicklungen 5 und 6 umschaltbar vorgesehen, so ist dadurch infolge der dabei zustande kommenden Polverdoppelung noch ein dritter stabiler Drehzahlbereich erreicht, der genau der halben Oberdrehzahl entspricht. Hiervon kann z. B. mit besonderem Vorteil dann Gebrauch gemacht werden, wenn ein Motor, der im Bereiche zwischen der Unterdrehzahl n_a und der halben Oberdrehzahl —, die

dem normalen vierpoligen Lauf entspricht, ein negatives Drehmoment besitzt, auf die Oberdrehzahl n₀ gebracht werden soll. In Abb. 3 veranschaulicht der gestrichelte Teil der Kurve 7 die Charakteristik einer solchen Maschine. Die Kurve 8 stellt den Drehzahlverlauf für die bekannte vierpolige Arbeitsweise der Maschine dar.

In Abb. 4 ist die Abhängigkeit der Änderung der Unterdrehzahl vom Polbedeckungsverhältnis des Hilfspoles zu dem des Hauptpoles dargestellt. Es bedeutet dabei b_N die Polbreite des Hilfspoles und b_H die des Hauptpoles. Bei symmetrischer Bauart der Maschine läßt sich, wie Untersuchungen ergaben, im allgemeinen bei gleicher Breite von Haupt- und Hilfspolen nur unter besonderen Läuferverhältnissen eine stabile Unterdrehzahl erzielen. Wird dagegen die Breite des Hilfspoles größer gewählt als die des Hauptpoles, so erhält man leicht eine stabile Unterdrehzahl etwa bei dem 1 : 2,5fachen Wert der Oberdrehzahl. Für den oben angegebenen Hauptverwendungszweck der neuen Maschine als Antrieb für Sprechmaschinen wird das er-

4-0 forderliche Drehzahlverhältnis von 33¹^ zu 78 Umdr./min, das dem Werte für % zu n₀ gleich ι : 2,35 entspricht, ebenfalls durch passende Wahl des Polbedeckungsverhältnisses leicht erreicht.

Eine der Änderung der Polbreite gleichwirkende bzw. sie unterstützende Maßnahme besteht darin, den Polschuhen eine geeignete besondere Form zu geben, indem sie z. B. in an sich bekannter Weise eine Unterteilung, eine Abflachung oder eine Nutung erhalten. In Abb. Sa ist z. B. ein Polschuh eines Hilfspoles mit einer einseitigen Abflachung dargestellt, durch die der- Winkel, den die beiden magnetischen Achsen des Motors miteinander bilden, um einen gewissen Betrag gedreht wird. Gemäß Abb. 5b ist der Polschuh in der Mitte genutet, so daß das Feld gewissermaßen aus der Polmitte gedrängt wird. Diese die Drehzahlcharakteristik beeinflussenden Maßnahmen können vorteilhaft insbesondere zu Korrekturen bzw. zur Erreichung einer bestimmten erwünschten Drehmomentenkurve in Anwendung gebracht werden. Ihr Anwenden an den Polschuhen der Hauptpole hat im allgemeinen den entgegengesetzten Drehzahleffekt zur Folge.

Die in Abb. 6 dargestellte Anordnung gestattet, das Polbedeckungsverhältnis und damit das Drehzahlverhältnis von der stabilen Ober- und Unterdrehzahl gleichmäßig zu ändern. Die eine Hälfte der Polenden trägt jeweils eine Aussparung 9, in der eine in der Läuferachse drehbare Feldblende 10 aus Eisenblech, die den Läufer teilzylindermantelförmig umfaßt, in der Pfeilrichtung aus dem Bereich der Hilfspole 3 und 4 in den der bewickelten Hauptpole 5 und 6 verstellt werden kann.

In Abb. 7 ist die Änderung der Ober- bzw. Unterdrehzahl in Abhängigkeit von der Winkelstellung α der Feldblende 10 veranschaulicht. Der Ausgangspunkt α des unteren Kurventeils für die Unterdrehzahl n_u entspricht einer Blendenstellung, bei der die Maschine bei der maximalen Breite der Hilfspole mit sehr verminderter Drehzahl läuft. Wird die Blende in den Bereich der Hilfspole zurückgedreht, wie es ihrer gezeichneten Stellung entspricht, dann steigt die Unterdrehzahl an. Bei Erreichen eines bestimmten Polbedeckungsverhältnisses findet ein Überspringen in die Oberdrehzahl selbsttätig statt, wie dies in der Abbildung dargestellt ist. Das Herausdrehen der Blende aus dem Bereich der minimalen Breite der Hilfspole bewirkt, daß die Oberdrehzahl nach der Kurve M₀ wieder abnimmt und sich um so mehr verringert, je weiter die Blende herausgedreht ist, um schließlich selbsttätig in die Unterdrehzahl umzuspringen. Außer den beiden Grenzfällen läuft die Maschine jedoch im oberen und unteren Bereich stabil. Durch besondere Formgebung der Blende 10 läßt sich diese Drehzahlkurve gemäß Abb. 7 fast beliebig gestalten.

Besonders vorteilhaft ist es ferner, dem neuen Motor einen an sich bekannten, bei zwei verschiedenen Drehzahlen arbeitenden Fliehkraftregler beizugeben und durch dessen Einstellung je nach Wunsch den oberen oder unteren Drehzahlbereich festzulegen.

Die im Ausführungsbeispiel an Hand eines nur mit einem einzigen bewickelten und im magnetisch gleichen Sinne erregten Hauptpolpaar versehenen Motors erläuterte Erfindung kann entsprechend auch bei jeder mehrpoligen Maschine zur Anwendung kommen. Es ist ferner darauf hinzuweisen, daß der neue Motor nicht etwa mit der absoluten Geschwindigkeit von 33^x/₈ bzw. 78 Umdr./min umläuft. Dieser iao Drehzahlwert ist vielmehr durch eine einfache Übersetzung herzustellen. Im vorstehenden

ist jeweils von dem entsprechenden Drehzahlverhältnis der auftretenden stabilen Bereiche die Rede.

Claims (5)

1. -5 Patentansprüche:

   i. Einphaseninduktionsmotor mit bewickelten Hauptpolen nach dem Spaltpolprinzip und unbewickelten Hilfspolen im

   to ' Ständer, inbesondere für kleinere Leistung und zum Antrieb von Sprechmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem oder den jeweils im magnetisch gleichen Sinne erregten Hauptpolpaaren

   Pol um ^vBol abwechselnd Hilfspole mit einer solchen z. B. gleichen oder größeren Bolbedeckung, als sie durch die Hauptpole geschaffen ist, vorgesehen sind, daß die Maschine zwei Vorzugs weise ium mehr als 50 Prozent voneinander abweichende stabile Drehzahlbereiche aufweist.
2. 2. Einphaseninduktionsmotor nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Polbedeckungsverhältnis der Haupt- und Hilfspole und damit das Verhältnis von Ober- und Unterdrelizahl durch besondere, an sich bekannte geometrische Gestaltung der Polschuhe veränderbar ist.
3. 3. Einphaseninduktionsmotor nach An-Spruch ι und 2, dadurch gekennzeichnet, das eine im Luftspalt in entsprechenden Aussparungen der Polschuhe verlaufende, vorzugsweise um die Läuferachse drehbare, den Läufer z.B. teilzylindermantelförmig umfassende Feldblende angeordnet ist, die durch Verstellen aus dem Bereich der Hilfspole in den der Hauptpole oder umgekehrt das Breitenverhältnis von Haupt- und Hilfspol gleichmäßig zu andern gestattet (Abb. 6).
4. 4. Einphaseninduktionsmotor nach Anspruch ι und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der mit einer stabilen Unter- und Oberdrehzahl laufende Motor mit einem bei den zwei verschiedenen Regelbereichen arbeitenden Fliehkraftregler versehen ist.
5. 5. Einphaseninduktionsmotor nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden normal im gleichen magnetischen Sinne erregten Wicklungen jedes Hauptpolpaares auch in an sich bekannter Weise auf Gegenerregung umschaltbar sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen