DE696192C - Einphaseninduktionsmotor mit ausgepraegten Polen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Einphasenmotor mit konzentriert angeordneten Wicklungen, wie sie beispielsweise bei Einphasenschirmpolmotoren verwendet werden können. Die Wicklung besteht aus einer Haupt- und Anlaufwicklung, wobei letztere, sobald 'der Motor hochgelaufen ist, abgeschaltet wird. Dieser Motor bietet nun gegenüber den Motoren mit verteilten Wicklungen dein Vorteil, daß seine Herstellungskosten beträchtlich geringer sind 'und daß man. bei geeigneter Wahl der Breite des Haupt- und Hilfsfeldes die Verluste der Oberwellen sowie der Streureaktanz auf einen Mindestwert herabsetzen kann.

Nach der Erfindung umfaßt der Polbogen der Hauptpole etwa 135°, während der Polbogen der Hilfspole etwa i8o° breit ist.

Dabei ist die Hauptphasenwicklung auf ausgeprägten, trapezförmigen Hauptpolen mit zwischen diesen liegenden Hilfspolein angeordnet und 'die Hilfsphasenwicklung in Nuten zweier benachbarter Hauptpole so untergebracht, daß sie jeweils die beiden 'einander zugekehrten Hälften der benachbarten Hauptpole und den dazwischenliegenden Hilfspol umfaßt.* Bei einer derartigen Abstimmung von Haupt- und Hilfsfeld erhält der Motor neben sehr :guten Anlaufeigenschaften 'einen außerordentlich ruhigen Lauf durch Unterdrückung der Oberwellen. Außerdem erreicht man durch die besondere trapezförmige Gestaltung der Hauptpole eine kleine Windumgslänge für die Hauptphasie, so daß der Widerstand im Häuptphasenkreis klein und dementsprechend die Kupferverluste gering sind.

Die Erfindung ist beispielsweise in der Zeichnung dargestellt.

In Abb. ι stellt ίο das Ständerblechpaket eines vierpoligen Hilfsphaseninduktionsmbtors dar. Der besseren Übersicht wegen ist d$S Ständergehäuse in der Abbildung weggelassen^- An den Enden dieses Ständergehäuses befiü* den sich Lagerschilde, die die Welle 11 des Läufers 12 tragen. Die Bohrungen 13 der Ständerbleche dienen zur Aufnahme der Haltenieten oder Bolzen. Durch Anordnung der Nut 14 erreicht man ein besseres Zusammenhalten und außerdem eine Sicherung des Ständerblechpaketes, um eine Verschiebung der Bleche untereinander zu verhindern. 15 ist 'eine Käfigankerwicklung. Der Ständer ist mit vier gleichförmig angeordneten, ausgeprägten Hauptpolen 16 versehen. Diese Pole sind an den Stellen, an denen sie mit dem Joch verbunden sind, eng und erweitern sich nach den Polschuhen zu, so daß die Polbogenlänge etwa doppelt so groß ist wie die kleinste Polbreite. In der Mitte des breiteren Teiles der Pole 16 befindet sich eine dreieckförmige Nut ij, wobei die Spitze des Dreiecks sich nach dem Joch hin erstreckt. Diese Nut ist so ausgebildet, daß der Schenkelquerschnitt der Pole vom Joch bis zum Luftspalt annähernd gleichbleibt. Auf den Hauptpolen 16, und zwar auf den dem Joch zugekehrten Teilen derselben, ist die Hauptphasenwicklungi8, 19, 20 und 21 angeordnet. Die Nuten 17 enthalten die Seiten von je zwei verschiedenen Spulen der Hilfsphase 22, 23, 24 und 25. Die gerade numerierten Spulen können hierbei als positive Spulen und die ungerade numerierten Spulen als negative Spulen , angesehen werden. Das gleiche gilt auch für die Hauptphasenwicklung, die mit einer einphasigen Stromquelle 26 verbunden ist. Parallel zur Hauptphasenwicklung liegt die Hilfsphase, in deren Stromkreis ein selbsttätig wirkender Schalter 27 vorgesehen ist, der den Anlaufstromkreis, sobald der Motor

+5 eine bestimmte Drehzahl erreicht hat, öffnet. Als Schalter kann, wie beispielsweise in der Zeichnung dargestellt, ein Fliehkraftschalter Verwendung finden, jedoch kann auch ein anderer, selbsttätig wirkender Schalter benutzt werden. Die gewünschte Phasenverschiebung ■in den Strömen der Betriebs- und Anlaufwicklung wird durch unterschiedliche Kennlinien der Wicklungen erzielt. Mit Rücksicht auf den kleinen Wickelraum, der für die Anlaßwicklung in den Nuten 17 zur Verfügung steht, und da die Anlaßwicklung nur kurzzeitig eingeschaltet bleibt, wobei eine gewisse Erwärmung zulässig ist, erscheint die erfrndungsgemäße Anordnung besonders geeignet zur Verwendung einer Anlaßwicklung mit hohem Widerstand. Die Anlaßwicklung kann daher in an sich bekannter Weise aus dünnerem Draht, als für die Hauptphasenwicklung verwendet, hergestellt werden und ..einen ausreichend hohen Widerstand im Ver- ^;i'.gl|ich zur Hauptphasenwicklung erhalten, um :i<3i&> -nötige Phasenverschiebung zu erzielen. ΐί?ίε Windungslänge der Spulen der Haupt- * pnasenwicklung ist beträchtlich kleiner als die der Spulen der Hilfsphase. Auch dadurch wird erreicht, daß das Verhältnis der Widerstände der beiden Wicklungen groß und der Kupferbedarf klein ist und außerdem die Verluste in der Hauptwicklung während des normalen Betriebes gering sind.

In folgendem sei der Wickel Vorgang der Spulen beschrieben.

Bei der Herstellung der Wieklung werden die Spulen 18, 19. 20 und 21 der Betriebswicklung zuerst gewickelt, und zwar mit einer normalen "Wickelmaschine, die die vier Spulen gleichzeitig wickelt. Dieser maschinelle Wicklungsvorgang wird durch die trapezförmige Gestalt der Hauptpole begünstigt, da, wenn der Draht geführt wird, je eine Spule vom breiteren zum schmaleren Halsteil und die nächste Spule vom schmaleren zum breiteren Teil der Hauptpole gewickelt ist.

Aus Abb. 2 ist ersichtlich, daß die Hauptspulen 18 gegen das Joch zu, und zwar vornehmlich über den engen Teil des Polschenkels, gewickelt sind. Durch die trapezförmige Gestalt. der Hauptpole wird die Wicklung festgehalten und außerdem erreicht, daß in der Nähe der Polspitzen genügend Raum 95' für die Anordnung der Anlaß wicklung 22, 23, 24 und 25 vorhanden ist.

In Abb. 3 ist der Wicldungsvorgang dargestellt. Die Wickelmaschine besitzt eine .Zentralhohlwelle 26, die hin- und her gleiten kann und um eine Welle 27 drehbar ist. Radial dazu sind vier Führarme angebracht, die an ihren äußeren Enden mit Augen 29 versehen sind, durch die der Wiekeldraht 30 geführt wird. Jeder Führarm nimmt nun das Wickeln einer Hauptspule vor. Während des Wicklungsvorganges werden z. B. Backen aus Holz 31 in die Nuten 17 eingesetzt, die etwas länger als der Ständer, jedoch so bemessen sind, daß die Arme 28 der Wickelmaschine gerade über sie hinweggleiten können, wenn sie sich von der einen Seite zur anderen Seite der Hauptpole bewegen. Die Backen 31, haben die Aufgabe, zu verhindern, daß die Nuten 17 bedeckt werden, da diese Nuten für die Anlaufwicklung frei gehalten werden müssen. Der Abstand der Polspitzen der Haupt- und Hilfspoleio und 32 voneinander muß so groß bemessen sein, daß die Führarme beim Wickeln der Spulen dazwischen durchlaufen können. Nach Beendigung des Wickelvorganges werden die Holzbacken 31 wieder -ent-

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femt und 'die Anlaufwicklung in den Nuten 17 von Hand aufgewickelt. Nach dem Einbau der Anlaufwicklung könnein gegebenenfalls die Enden der Hauptspulen über die - Anlaufwicklung leicht gepreßt werden, wie dies beispielsweise in Abb. 2 gezeigt ist, um die Gesamtlänge der Hauptspulen in axialer Richtung etwas zu vermindern. Die Spulen können natürlich auch in anderer Weise ge-

jo wickelt werden.

In Abb. ι bezeichnet P die wirksame Breite des Hauptfeldes am Luftspalt, welches sich bei der erfindungsgemäßen Anordnung ergibt. In einem gegebenen Augenblick fließen die durch den Läufer in den Hauptwicklungen erzeugten Flüsse durch die mit den Spulen 19 und 21 versehenen Hauptpole und über das Ständerjoch zu den Hauptpolen mit den Spulen 18 und 20 wieder zurück. Die Hälfte

ao des Umfang.es des hier gezeigten vierpoligen Motors entspricht 360 elektrischen Graden. In folgendem sei der Vorteil dieser kleinen Hauptpolbreite erklärt.

In der Mitte zwischen .zwei Hauptpolen sind schmale Hilfspole 32 vorgesehen. In bezug auf den unmittelbar durch die Haupt-" wicklungen erzeugten Fluß sind diese Pole neutral, obgleich sie das Fließen und Umlaufen der Kraftflüsse unbeschränkt zulassen und dadurch zur Verbesserung des Wirkungsgrades beitragen. Ein Hilfspol 32 bildet zusammen mit den benachbarten Hälften der Hauptpole einen magnetisch wirksamen Anlauf wicklungsp öl, der eine wirksame FeIdbreite von etwa 180 elektrischen Graden umfaßt. Der durch die Anlaufwicklung 22 erzeugte Fluß wirkt so, als ob er über die drei etwa i8o° umfassenden Polteile in den Rotor hinein und über die drei Polteile, die der Spule 25 zugeordnet sind, aus dem Läufer heraus- und dann in den Ständer eintritt, welcher den Kreis des Flusses schließt. Die von den Hauptpolen getrennt angeordneten Hilfspole 32 ermöglichen eine günstige Verteilung des von der Anlaufwicklung erzeugten Flusses, ohne dabei den Hauptwicklungsfluß des Läufers zu beeinflussen. Der Läuferluftspalt ist wesentlich kleiner als der zwischen den Polspitzen der Hilfspole 32 und den PoI-spitzen der angrenzenden Hauptpole befindliche Luftspalt.

Bei der Verwendung von konzentrierten Wickungen, wie im vorliegenden Fall, ist der Verlauf der erzeugten Flüsse nicht sinusförmig, sondern zeigt die Form eines Rechtecks. Hierbei können sehr leicht schädliche Oberwellen auftreten, die eine Abnahme, der Drehzahldrehmomentkurve und des Wirkungsgrades bei laufendem Motor bedingen. Bemißt man jedoch das Hauptfeld kleiner als 180 elektrische Grade, so tragen die rechteckigen Flußwellen wenig zur Entwicklung der schädlichen Oberwellen bei. Die geeignete Bemessung ist aus den Kurven der Abb. 4 zu ersehen. Der prozentuale Höchstwert der dritten Harmonischen, die von eilner rechteckigen Flußwelle für verschiedene Feldbreiten hervorgerufen wird, ist in der Kurve H 2, zu sehen. Der gestrichelte Teil dieser Kurve ist mit — 77 3 bezeichnet und bedeutet, daß das Vorzeichen der Gleichung für die dritte Harmonische für in dem gestrichelten Bereich liegende Feldbreiten umgekehrt ist. Da hier nur der absolute Betrag der dritten Harmonischen interessiert, ist, die gezeichnete Kurve vorteilhaft. Die — H 5- und -j- H 5-Kurven zeigen die Abhängigkeit des von der fünften Harmonischen erzeugten Drehmomentes von den verschiedenen Feldbreiten. Kurven für die höheren Harmonisehen, wie z. B. die siebente, neunte usw., sind nicht gezeichnet. Sie würden zur Rechten der gezeigten Kurven liegen und mit zunehmendem Grad der Oberwellen kleiner werden. LinieM für eine Feldbreite von 135 elekfrischen Graden- stellt den Punkt des kleinsten resultierenden negativen Drehmomentes dar, das von allen betrachteten Harmonischein 'entwickelt wird. Dies bedeutet, daß sich bei •einer JBauptfeldbreite von etwa 135⁰ ein Mindestwert der Störungen und Verluste durch Oberwellen ergibt.

In Abb. 5 wird 'die Anlaufwicklung aus zwei Spulenteilen -gebildet. Ein Spulenteil 40 ist genau so verteilt und angeordnet wie die Anlaufwicklung nach Abb. 1. Der andere Spu-^ Ienteil4i ist nur um die Hilfspole 32 gewickelt. Diese Wicklungsanordnung gibt der Anlaufwicklung leine größere Wärmekapazität als die bei der Anordnung nach Abb. 1 und ist in Hinsicht darauf, daß bei schwierigen AHlaufbedingungen die Gefahr des Ausbrennens der Ahlaufwickluing geringer ist, zweckmäßig. Die Reaktanz der Wicklung ist ebenfalls geringer als. in der Anordnung nach Abb. i, so daß auch hierdurch eine Verbesserung des Anlaufdrehmomentes erreicht wird.

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   i. Einphaseninduktionsmotor mit ausge-. prägten Polen, dadurch gekennzeichnet, daß der Polbogen der Hauptpole etwa 135° umfaßt, während der Polbogen der Hilfspole etwa i8o° breit ist, und daß die Hauptphasenwicklung auf ausgeprägten, trapezförmigen Hauptpolen mit zwischen diesen liegenden , Hilfsp ölen angeordnet ist und die Hilfsphasenwicklung in Nuten zweier benachbarter Hauptpole so untergebracht ist, daß sie jeweils die .beiden einander zugekehrten Hälften der

   benachbarten Hauptpole und den dazwischenliegenden Hilfspol umfaßt.
2. 2. Einphaseninduktionsmotor nach Anspruch. I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Polbogenlänge der Hauptpole etwa doppelt so groß ist wie die kleinste Polbreite.
3. 3. Einphaseninduktionsmotor nach Anspruch ι oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut eines Hauptpoles derart ausgebildet ist, daß der Schenkelquerschnitt vom Joch bis zum Luftspalt annähernd gleichbleibt.
4. 4, Einphaseninduktionsmotor nach Anspruch ι bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilpole zu beiden Seiten der Nut (17) gleichen Querschnitt besitzen und ihre Breite annähernd gleich der halben kleinsten Polbreite ist.
5. 5. Einphaseninduktionsmotor nach Anspruch ι oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfspole selbst entweder unbewickelt oder ihre Wicklungen in Reihe oder parallel zur Anlaßwicklung geschaltet sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen