DE69825552T2

DE69825552T2 - Induktionsmotor

Info

Publication number: DE69825552T2
Application number: DE69825552T
Authority: DE
Inventors: Kosei Susono-shi Shizuoka NAKAMURA; Michi Masuya; Hisashi Maeda; Shinpei Uemura
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1997-06-30
Filing date: 1998-06-30
Publication date: 2005-09-15
Anticipated expiration: 2018-07-01
Also published as: JPH1127987A; WO1999000890A1; DE69825552D1; EP0923192A4; EP0923192A1; US6333578B1; EP0923192B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Induktionsmotor, der durch einen 3-Phasen-Wechselstrom-Netzanschluss getrieben wird, insbesondere auf einen Induktionsmotor, der als Spindelmotor zum Antreiben einer Spindel einer Werkzeugmaschine geeignet ist.
Ein Verfahren zum Ändern der Kennlinien eines Motors durch Ändern der Anordnung der Wicklungen des Motors ist aus dem Stand der Technik bekannt. 6a u. 6b zeigen ein Verfahren zum Ändern der Kennlinien eines Motors durch Verbinden der Wicklungen des Motor zu einer Sternschaltung oder einer Dreieckschaltung. Je größer die Anzahl von Windungen der Wicklung für jede Phase ist, ein desto größeres Drehmoment kann mit einer niedrig Drehgeschwindigkeit erzeugt werden. Daher wird, wenn ein großes Drehmoment bei niedriger Drehgeschwindigkeit benötigt wird, wie in 6a gezeigt die Sternschaltung (in der die Anschlüsse X, Y, Z miteinander verbunden verbunden sind, während die Kraftstromleitugen von drei Phasen mit den Anschlüssen U, V bzw. b verbunden sind) ausgewählt. (Diese Anordnung wird als "Niedrigeschwindigkeits-Wicklungsanordnung" bezeichnet.) Wenn eine Hochgeschwindigkeitsdrehung benötigt wird, wird die Dreieckschaltung (in der Anschlüsse U u. Z, V u. X bzw. W u. Y verbunden sind und die Kraftstromleitungen mit den jeweiligen Verbindungspunkten verbunden sind) wie in 6b gezeigt ausgewählt. (Diese Anordnung wird als "Hochgeschwindigkeits-Wicklungsanordnung" bezeichnet.)
Gemäß einem anderen bekannten Verfahren, wie es in 7a und 7b gezeigt ist, wird eine Sternschaltung aus drei Wicklungen für drei Phasen eines Motors mit Anschlüssen U2, V2, W2 gebildet, die in zwischenliegenden Teilen der drei Wicklungen vorgesehen sind. Für eine Niedriggeschwindigkeitsdrehung werden, wie in 7a gezeigt, die Kraft stromleitungen der drei Phasen mit Anschlüssen U1, V1, W1 verbunden um dadurch die gesamten Wicklungen für die drei Phasen auszunutzen. (Diese Anordnung wird als "Niedriggeschwindigkeits-Wicklungsanordnung " bezeichnet.) (Es sei angemerkt, dass die benutzten Teile der Wicklungen mit hervortetenden Lininen dargestellt sind.) Für eine Hochgeschwindigkeitsdrehung werden die Kraftstromleitungen der drei Phasen mit den zwischenliegenden Anschlüssen U2, V2, W2 verbunden. (Diese Anordnung wird als "Hochgeschwindigkeits-Wicklungsanordnung" bezeichnet.)
Gemäß einem anderen bekannten Verfahren, wie es in 8a u. 8b gezeigt ist, sind zwischenliegende Anschlüsse X2, Y2, Z2 bei zwischenliegenden Teilen der drei Wicklungen für die drei Phasen vorgesehen. Für eine Niedriggeschwindigkeitsdrehung sind, wie in 8a gezeigt, Anschlüsse X, Y, Z, die an einem Ende der drei Wicklungen für die drei Phasen vorgesehen sind, miteinander verbunden, während Anschlüsse U, V, W an den anderen Enden der Wicklungen mit den Kraftstromleitungen der drei Phasen verbunden sind, um dadurch eine Sternschaltung zu bilden, in der die drei gesamten Wicklungen für die drei Phasen ausgenutzt werden. (Diese Anordnung wird als "Niedriggeschwindigkeits-Wicklungsanordnung" bezeichnet.) (Es sei angemerkt, dass auch in 8 die benutzten Teile der Wicklungen mit hervortetenden Lininen dargestellt sind.) Für eine Hochgeschwindigkeitsdrehung werden, wie in 8b gezeigt, der Anschluss U und der zwischenliegende Anschluss Z2, der Anschluss V und der zwischenliegende Anschluss X2 bzw. der Anschluss W und der zwischenliegende Anschluss Y2 verbunden, während die Kraftstromleitungen der drei Phasen mit den Anschlüssen U, V bzw. W verbunden werden, um dadurch eine Dreieckschaltung zu bilden, in der nur ein Teil jeder Wicklung für jede Phase benutzt wird. (Diese Anordnung wird als "Hochgeschwindigkeits-Wicklungsanordnung" bezeichnet.) Wie zuvor beschrieben werden die Kennlinien eines Motors durch Änderung der Anzahl von Windungen für jede Phase geändert. Wie aus der Beziehung zwischen dem Windungsverhältnis und den Leistungskurven, wie es in 9 gezeigt ist, ersichtlich ist, gilt bei einem solchen Umschalten zwischen den Niedrig- und Hochgeschwindigkeits-Wicklungsanordnungen, dass je größer das Windungsverhältnis ist, ein desto größeres Drehmoment bei Niedriggeschwindigkeitsdrehung erzeugt werden kann und die höhere Leistung bei Hochgeschwindigkeitsdrehung gewonnen werden kann.
Es sei angemerkt, dass in 9 M die Beziehung bezeichnet, bei der das Windungsverhältnis 1 : M ist.
Bei dem Umschaltverfahren, wie es in 6 gezeigt ist, ist das Windungsverhältnis der Dreieckschaltung zu der Sternschaltung 1 zu √3 (M = √3 und kann nicht geändert werden.
Bei den Umschaltverfahren, wie sie in 7a, 7b und 8a, 8b gezeigt sind, kann das Windungsverhältnis willkürlich durch Auswahl der Anzahl von Windungen bestimmt werden, die bei der Hochgeschwindigkeits-Wicklungsanordnung benutzt werden. (Diese Anzahl von Windungen hängt von den Positionen ab, in denen die zwischenliegenden Anschlüsse vorgesehen sind.) Wenn jedoch Spannung an die Teile der Wicklungen gelegt wird, die in den Hochgeschwindigkeits-Wicklungsanordnungen (mit hervortretenden Linien dargestellt) zu benutzen sind, wird Spannung in den Teilen der Wicklungen induziert, die nicht zu benutzen sind. Zu dieser Zeit wird, wenn die Summe der Eingangsspannung und der induzierten Spannung die Isolierungs-Grenzwertspannung überschreitet, ein Isolierungsfehler zwischen den Wicklungen verursacht. Daher besteht das maximale Windungsverhältnis und die maximale Eingangsspannung, die sicherstellen, dass die Isolierungs- Grenzwertspannung nicht überschritten wird. Demzufolge wird das maximale Windungsverhältnis aus sich selbst bestimmt.
Ferner gibt es selbst dann, wenn das Windungsverhältnis groß sein kann, zur Zeit des Umschaltens von der Niedriggeschwindigkeits-Wicklungsanordnung zu der Hochgeschwindigkeits-Wicklungsanordnung, wie dies in 9 gezeigt ist, einen Abfall der Leistungskennlinie, was das Gewinnen einer hohen Leistungskennlinie in einem weiten Bereich behindert.
In einer Werkzeugmaschine, wie eine Bearbeitungsanlage, ist es erwünscht, dass ein Niedriggeschwindigkeits-Hochleistungsschneiden möglich ist und die Drehgeschwindigkeit einer Spindel erhöht werden kann, um die Leistungsfähigkeit des Schneidvorgangs zu verbessern. Demzufolge ist es für einen Spindelmotor zum Antreiben einer Spindel erforderlich, ein größeres Ausgangsdrehmoment bei einer niedrigen Geschwindigkeit, eine höhere Geschwindigkeit und eine höhere Leistung zu haben. Um diesen Erfordernissen durch Umschalten der Wicklungsanordnung gerecht zu werden, ist es notwendig, ein großes Windungsverhältnis sicherzustellen und einen Einfluss induzierter Spannung zu entfernen. Zusätzlich zum Sicherstellen eines großen Windungsverhältnisses verursacht ein zügiges Umschalten von der Niedriggeschwindigkeits-Wicklungsanordnung zu der Hochgeschwindigkeits-Wicklungsanordnung nur einen kleinen Abfall der Leistungskennlinie und führt nicht zu einem Defizit des Ausgangsdrehmoment, was ebenfalls erwünscht ist.
Ein besonderes Beispiel zum Ändern der Kennlinien eine Motors durch Ändern der Anordnung der Wicklungen des Motors ist aus der Druckschrift US-A-4,363,985 bekannt, deren Merkmale sich in Übereinstimmung mit dem Oberbegriff des vorliegenden Anspruchs 1 befinden, wobei eine Umschalteinrichtung betriebsfähig ist, eine Dreieckschaltung, in der in jeder der drei Phasen die Wicklungskomponenten der Phase miteinander in Reihe geschaltet sind, und eine Sternschaltung zu schaffen, in der in jeder der drei Phasen die Wick lungskomponenten der Phase miteinander parallelgeschaltet sind. Außerdem sind darin weitere Dreieck- und Sternschaltungen offenbart, wobei in jeder davon die Wicklungskomponenten jeder Phase in einer Kombination von Reihen- und Parallelschaltungen verbunden sind.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Induktionsmotor zu schaffen, der in der Lage ist, eine hohe Leistungskennlinie in einem weiten Bereich ohne Erzeugen einer induzierten Spannung zu gewinnen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung haben die Wicklungskomponenten die gleiche Anzahl von Windungen, und ferner ist die Umschalteinrichtung zum Verbindungsumschalten der Wicklungskomponenten auf eine von zwei Schaltungen betriebsfähig, nämlich eine Sternschaltung, in der in jeder der drei Phasen die Wicklungskomponenten der Phase miteinander in Reihe geschaltet sind, und eine Dreieckschaltung, in der in jeder der drei Phasen die Wicklungskomponenten der Phase miteinander parallelgeschaltet sind, wobei jede der vier Verbindungen der Wicklungskomponenten in jeder Phase in der gleichen Richtung in Bezug aufeinander wie in jeder anderen der vier Verbindungen verbunden sind.
Auf diese Weise kann ein Induktionsmotor eine hohe Leistungskennlinie in einem weiten Bereich aufweisen, um ein großes Drehmoment bei einer niedrigen Geschwindigkeit und eine hohe Leistung bei einer hohen Geschwindigkeit zu erzeugen.
1 zeigt eine Darstellung zur Erklärung von Wicklungsanordnungen in einem Induktionsmotor gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine Darstellung zur Erklärung von Wicklungsanordnungen in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt ein Schaltbild einer Schaltung zum Umschalten der Wicklungsanordnung in dem selben Ausführungsbeispiel.
4 zeigt ein Schaltbild einer Schaltung zum Umschalten der Wicklungsanordnung eines anderen Ausführungsbeispiels.
5 zeigt ein Diagramm, das Leistungskennlinien darstellt, die durch Umsschalten der Wicklungsanordnungen gemäß der vorliegenden Erfindung gewonnen werden.
6 zeigt eine Darstellung zur Erklärung eines Beispiels für ein herkömmliches Wicklungsanordnungs-Umschalten.
7 zeigt eine Darstellung zur Erklärung eines anderen Beispiels für ein herkömmliches Wicklungsanordnungs-Umsschalten.
8 zeigt eine Darstellung zur Erklärung eines weiteren Beispiels für ein herkömmliches Wicklungsanordnungs-Umschalten.
9 zeigt ein Diagramm, das Leistungskennlinien zeigt, die durch ein herkömmliches Wicklungsanordnungs-Umschalten gewonnen werden.
1 zeigt ein Darstellung zur Erklärung von Wicklungsanordnungen in einem Induktionsmotor gemäß der vorliegenden Erfindung. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist jede von drei Wicklungen für drei Phasen eines Wechselstroms aus n Teilen (n ist 2 oder größer) von Wicklungskomponenten zusammengesetzt, welche die gleiche Anzahl von Windungen haben. Wenn eine hohe Leistung bei einer Hochgeschwindig keitsdrehung benötigt wird, wird eine Sternschaltung gebildet, in der die Wicklungskomponenten für jede Phase alle in Reihe geschaltet sind, wie dies in 1a gezeigt ist. (Diese Anordnung wird als "Niedriggeschwindigkeits-Wicklungsanordnung" bezeichnet.) Wenn ein großes Drehmoment bei einer Niedriggeschwindigkeitsdrehung benötigt wird, wird eine Dreieckschaltung gebildet, in der die Wicklungskomponenten für jede Phase alle parallelgeschaltet sind, wie dies in 1b gezeigt ist. (Diese Anordnung wird als "Hochgeschwindigkeits-Wicklungsanordnung" bezeichnet.)
Es sei angemerkt, dass in 1 Anschlüsse, die an den einen Enden von ersten Wicklungskomponenten von drei Wicklungen für drei Phasen U, V, W vorgesehen sind, mit U, V, W bezeichnet sind, Anschlüsse, die an den anderen Enden der ersten Wicklungskomponenten vorgesehen sind, mit X1, Y1, Z1 bezeichnet sind, Anschlüsse, die an den einen Enden von zweiten Wicklungskomponenten vorgesehen sind, mit U2, V2, W2 bezeichnet sind, Anschlüsse, die an den anderen Enden der zweiten Wicklungskomponenten vorgesehen sind, mit X2, Y2, Z2 bezeichnet sind, Anschlüsse, die an den einen Enden von (n – 1)-ten Wicklungskomponenten vorgesehen sind, mit U_n–1, V_n–1, W_n–1 bezeichnet sind, Anschlüsse, die an den anderen Enden der (n – 1)-ten Wicklungskomponenten vorgesehen sind, mit X_n–1, Y_n–1, Z_n–1 bezeichnet sind, Anschlüsse, die an den einen Enden von (n)-ten Wicklungskomponenten vorgesehen sind, mit U_n, V_n, W_n bezeichnet sind und Anschlüsse, die an den anderen Enden der (n)-ten Wicklungskomponenten vorgesehen sind, mit X_n, Y_n, Z_n bezeichnet sind.
Gemäß der vorliegenden Erfindung sind zwischenliegende Wicklungsanordnungen zwischen der Niedriggeschwindigkeits-Wicklungsanordnung und der Hochgeschwindigkeit-Wicklungsanordnung vorgesehen. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine Niedriggeschwindigkeits-Wicklungsanordnung eine Sternschaltung, in der Wicklungskomponenten für jede Phase in Reihe geschaltet sind, wie dies in 1a gezeigt ist.
Eine mittlere Niedriggeschwindigkeits-Wicklungsanordnung ist eine Dreieckschaltung, in der Wicklungskomponenten für jede Phase in Reihe geschaltet sind. Eine mittlere Hochgeschwindigkeits-Wicklungsanordnungen ist eine Sternschaltung, in der Wicklungskomponenten für jede Phase parallelgeschaltet sind. Eine Hochgeschwindigkeits-Wicklungsanordnung ist eine Dreieckschaltung, in der Wicklungskomponenten für jede Phase parallelgeschaltet sind.
Dies wird anhand von 2a bis 2d unter Benutzung eines Beispiels erklärt, in dem eine Wicklung für jede Phase aus zwei Wicklungskomponenten zusammengesetzt ist.
2a zeigt ein Beispiel, bei dem zwei Wicklungskomponenten für jede Phase in Reihe geschaltet sind, Anschlüsse X, Y, Z, die an den einen Enden der auf diese Weise gebildeten drei Reihenschaltungen von Wicklungen vorgesehen sind, mit einem Sternpunkt verbunden sind und Anschlüsse U, V, W, die an den anderen Enden vorgesehen sind, jeweils mit Kraftstromleitungen verbunden sind, um dadurch eine Niedriggeschwindigkeits-Wicklungsanordnung zu bilden, die eine Sternschaltung ist.
2b zeigt ein Beispiel für eine mittlere Niedriggeschwindigkeits-Wicklungsanordnung, in der zwei Wicklungskomponenten für jede Phase in Reihe geschaltet sind und Anschlüsse der auf diese Weise gebildeten drei Reihenschaltungen von Wicklungen für drei Phasen miteinander verbunden sind, um dadurch eine Dreieckschaltung zu bilden. In dem Beispiel gemäß 2b sind Anschlüsse U u. Z, Anschlüsse X u. V bzw. Anschlüsse Y u. W verbunden, und deren Verbindungspunkte sind jeweils mit einer Kraftstromleitung verbunden, um dadurch eine Dreieckschaltung zu bilden.
2c zeigt ein Beispiel für eine mittlere Hochgeschwindigkeits-Wicklungsanordnung, in der Wicklungskomponenten für jede Phase parallelgeschaltet sind, Anschlüsse, die an den einen Enden der Wicklungskomponenten vorgesehen sind, die auf diese Weise parallelgeschaltet sind, alle mit einem Sternpunkt verbunden sind, um dadurch eine Sternschaltung zu bilden, in der die Wicklungskomponenten für jede Phase parallelgeschaltet sind, und Anschlüsse, die an den anderen Enden der Wicklungskomponenten vorgesehen sind, die parallelgeschaltet sind, jeweils mit einer Kraftstromleitung verbunden sind (Anschlüsse U u. U2, Anschlüsse V u. V2 bzw. Anschlüsse W u. W2 sind verbunden, während die anderen Anschlüsse X, X1, Y, Y1, Z, Z1 alle mit einem Sternpunkt verbunden sind.)
2d zeigt ein Beispiel für eine Hochgeschwindigkeits-Wicklungsanordnung, in der Wicklungskomponenten für jede Phase parallelgeschaltet sind, Anschlüsse, die an den einen Enden der Wicklungskomponenten vorgesehen sind, die für eine Phase parallelgeschaltet sind, mit Anschlüssen verbunden sind, die an den einen Enden von Wicklungskomponenten vorgesehen sind, die für eine andere Phase parallelgeschaltet sind, um dadurch eine Dreieckschaltung zu bilden, in der Wicklungskomponenten für jede Phase parallelgeschaltet sind und die auf diese Weise gebildeten drei Verbindungspunkte von Anschlüssen für drei Phasen jeweils mit einer Kraftstromleitung verbunden sind (in dem Beispiel gemäß 2d sind Anschlüsse U, U2, Z, Z1, Anschlüsse V, V2, X, X1 bzw. Anschlüsse W, W2, Y, Y1 verbunden).
In den zuvor beschriebenen Wicklungsanordnungen haben die Wicklungskomponenten für jede Phase die gleiche Anzahl von Windungen. Wenn die Anzahl von Windungen in der Hochgeschwindigkeits-Wicklungsanordnung, die in 2d gezeigt ist, als 1 betrachtet wird, zeigen die vier Wicklungsanordnungen das folgende Windungsverhältnis:
Hochgeschwindigkeits-Wicklungsanordnung : mittlere Hochgeschwindigkeits-Wicklungsanordnung : mittlere Niedrigge schwindigkeits-Wicklungsanordnung : Niedriggeschwindigkeits-Wicklungsanordnung = 1 : √3 : 2 : 2√3.
Wenn jeder Phase n Stück Wicklungskomponenten zugeteilt sind, zeigen die vier Wicklungsanordnungen das folgende Windungsverhältnis:
Hochgeschwindigkeits-Wicklungsanordnung : mittlere Hochgeschwindigkeits-Wicklungsanordnung : mittlere Niedriggeschwindigkeits-Wicklungsanordnung : Niedriggeschwindigkeits-Wicklungsanordnung = 1 : √3 : n : n√3
5 zeigt ein Diagramm, das Leistungskennlinien darstellt, die durch Umschalten zwischen den zuvor beschriebenen Wicklungsanordnungen gewonnen sind. Das Diagramm zeigt, dass Leistungsabfälle durch ein Stufe-für-Stufe-Umschalten von der Niedriggeschwindigkeits-Wicklungsanordnung zu der Hochgeschwindigkeits-Wicklungsanordnung zurückgehalten werden und dass in einem weiten Bereich eine hohe Leistungskennlinie gewonnen werden kann.
3 zeigt eine Schaltungsanordnung zum Umschalten der Wicklungsanordnung für den Fall, in dem jeder Phase zwei Wicklungskomponenten zugeteilt sind, wie in 2a bis 2d gezeigt ist. Drei Kraftstromleitungen für Kraftströme für die drei Phasen, die von einem Verstärker AMP 1 zum Treiben eines Motors gewonnen werden, sind über eine Drosselspule 2 mit Anschlüssen U, V bzw. W eines Motors 3 verbunden, ein elektromagnetisches Schaltschütz MCC1 ist zwischen die Anschlüsse U, V, W und Anschlüsse U2, V2, W2 geschaltet, so dass die entsprechenden Anschlüsse jeweils verbunden werden können, ein elektromagnetisches Schaltschütz MCC2 ist zwischen die Anschlüsse U2, V2, W2 und Anschlüsse X1, Y1, Z1 geschaltet, so dass die entsprechenden Anschlüsse jeweils verbunden werden können, ein elektromagnetisches Schaltschütz MCC3 ist zwischen die Anschlüsse X1, Y1, Z1 und Anschlüsse X, Y, Z geschaltet, so dass die entsprechenden Anschlüsse jeweils verbunden werden können, ein elektromagnetisches Schaltschütz MCC4 ist so angeschlossen, dass die Anschlüsse X, Y, Z alle zusammengeschaltet werden können, und ein elektromagnetisches Schaltschütz MCC5 ist zwischen die Anschlüsse X, Y, Z und die Anschlüsse U, V, W geschaltet, so dass die entsprechenden Anschlüsse jeweils verbunden werden können.
Aus den Wicklungsanordnungen von der Niedriggeschwindigeits-Wicklungsanordnung bis zu der Hochgeschwindigkeits-Wicklungsanordnung wird eine durch Versetzen der elektromanetischen Schaltschütze MCC1 bis MMC5 in einen EIN-Zustand oder einen AUS-Zustand in Übereinstimmung mit der folgenden Tabelle ausgewählt:
Wenn ein großes Drehmoment bei Niedriggeschwindigkeitsdrehung benötigt wird, wird die Niedriggeschwindigkeits-Wicklungsanordnung durch Versetzen der elektromagnetischen Schaltschütze MCC2 u. MCC4 in den EIN-Zustand und der anderen elektromagnetischen Schaltschütze in den AUS-Zustand ausgewählt. Da das elektromagnetische Schaltschütz MCC2 in den EIN-Zustand versetzt wird, werden die Anschlüsse X1 u. U2, Y1 u. V2 bzw. Z1 u. W1 der Wicklungskomponenten des Motors 3 verbunden, so dass die Wicklungskomponenten für jede Phase in Reihe geschaltet werden, wie dies in 2a gezeigt ist. Ferner werden, da das elektromagnetische Schaltschütz MCC4 in den EIN-Zustand versetzt wird, die Anschlüsse X, Y, Z zusammengeschaltet. Auf diese Weise wird die Sternschaltung als die Niedriggeschwindigkeits-Wicklungsanordnung gewonnen, in der die Wicklungskomponenten für jede Phase in Reihe geschaltet sind, wie dies in 2a gezeigt ist.
Um die mittlere Niedriggeschwindigkeits-Wicklungsanordnung auszuwählen, werden die elektromagnetischen Schaltschütze MCC2 u. MCC5 in den EIN-Zustand versetzt, und die anderen elektromagnetischen Schaltschütze werden in den Aus-Zustand versetzt. Da das elektromagnetische Schaltschütz MCC2 in den EIN-Zustand versetzt wird, werden die Wicklungskomponenten für jede Phase wie zuvor beschrieben in Reihe geschaltet. Ferner werden, da das elektromagnetische Schaltschütz MCC5 in den EIN-Zustand versetzt wird, die Anschlüsse U u. Z, V u. X bzw. W u. Y verbunden. Auf diese Weise wird die Dreieckschaltung als die mittlere Niedriggeschwindigkeits-Wicklungsanordnung gewonnen, in der die Wicklungskomponenten für jede Phase in Reihe geschaltet sind, wie dies in 2b gezeigt ist.
Um die mittlere Hochgeschwindigkeits-Wicklungsanordnung auszuwählen, werden die elektromagnetischen Schaltschütze MMC1, MCC3 u. MMC4 in den EIN-Zustand versetzt, und die anderen elektromagnetischen Schaltschütze werden in den AUS-Zustand versetzt. Da das elektromagnetische Schaltschütz MCC1 in den EIN-Zustand versetzt wird, werden die Anschlüsse U u. U2, V u. V2 bzw. W u. W2 der Wicklungskomponenten des Motors verbunden, und da das elektromagnetische Schaltschütz MCC3 in den EIN-Zustand versetzt wird, werden die Anschlüsse X1 u. X, Y1 u. Y bzw. Z1 u. Z verbunden. Auf diese Weise werden die Wicklungskomponenten für jede Phase parallelgeschaltet, wie dies in 2c gezeigt ist. Ferner werden, da das elektromagnetische Schaltschütz MCC4 in den EIN-Zustand versetzt wird, die Anschlüsse X, Y, Z zusammengeschaltet. Auf diese Weise wird die Sternschaltung als die mittlere Hochgeschwindigkeits-Wicklungsanordnung gewonnen, in der die Wicklungskomponenten für jede Phase parallelgeschaltet sind, wie dies in 2c gezeigt ist.
Um die Hochgeschwindigkeits-Wicklungsanordnung auszuwählen, werden die elektromagnetischen Schaltschütze MMC1, MCC3 u. MMC5 in den EIN-Zustand versetzt, und die anderen elektromagnetischen Schaltschütze werden in den AUS-Zustand versetzt. Da die elektromagnetischen Schaltschütze MCC1 u. MMC3 in den EIN-Zustand versetzt werden, werden die Wicklungskomponenten für jede Phase wie zuvor beschrieben parallelgeschaltet. Ferner werden, da das elektromagnetische Schaltschütz MCC5 in den EIN-Zustand versetzt wird, die Anschlüsse U u. Z, V u. X bzw. W u. Y verbunden. Auf diese Weise wird die Dreieckschaltung als die Hochgeschwindigkeits-Wicklungsanordnung gewonnen, in der die Wicklungskomponenten für jede Phase parallelgeschaltet sind, wie dies in 2d gezeigt ist.
In dem Ausführungsbeispiel, das in 3 gezeigt ist, ist die Drosselspule 2 mit einem Ausgang des Verstärkers verbunden, so dass die Drosselspule 2 für irgendeine der Wicklungsanordnungen von der Niedriggeschwindigkeits-Wicklungsanordnung bis zu der Hochgeschwindigkeits-Wicklungsanordnung wirken kann. Die Drosselspule wird für die Hochgeschwindigkeitsdrehung, jedoch bestimmt nicht für die Niedriggeschwindigkeitsdrehung benötigt.
4 zeigt ein Beispiel, in dem nur für die mittlere Hochgeschwindigkeits-Wicklungsanordnung und die Hochgeschwindigkeits-Wicklungsanordnung eine Drosselspule eingefügt ist. In 4 bezeichnen die Bezugszeichen 2a u. 2b Drosselspulen, die nur für die mittlere Hochgeschwindigkeits-Wicklungsanordnung und die Hochgeschwindigkeits-Wicklungsanordnung eingefügt sind. Die Drosselspulen 2a u. 2b müssen die gleiche Induktivität haben. Da die elektromagnetischen Schaltschütze MCC1 u. MMC3 für die mittlere Hochgeschwindigkeits-Wicklungsanordnung und die Hochgeschwindigkeits-Wicklungsanordnung in den EIN-Zustand und für die Niedriggeschwindigkeits-Wicklungsanordnung und die mittlere Niedriggeschwindigkeits-Wicklungsanordnung in den AUS-Zustand versetzt werden, ist es zweckdienlich, dass Drosselspulen, die gleiche Induktivitäten haben, mit den beiden elektromagnetischen Schaltschützeen MCC1 u. MMC3 verbunden sind.
In dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel sind vier Wicklungsanordnungen für vier Stufen von der Niedriggeschwindigkeitsdrehung zu der Hochgeschwindigkeitsdrehung, d. h. der Niedriggeschwindigkeits-Wicklungsanordnung, der mittleren Niedriggeschwindigkeits-Wicklungsanordnung, der mittleren Hochgeschwindigkeits-Wicklungsanordnung und der Hochgeschwindigkeits-Wicklungsanordnung vorgesehen. Wenn nicht alle der vier Stufen zur Auswahl vorgesehen sein müssen, kann eine davon fortgelassen werden, so dass eine Auswahl aus drei Wicklungsanordnungen getroffen werden kann.
Wie zuvor beschrieben sind in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel für jede Phase die gleiche Anzahl von Wicklungskomponenten vorgesehen, welche die gleiche Anzahl von Windungen haben. Die Wicklungskomponenten für jede Phase sind in Reihe oder parallelgeschaltet, um dadurch eine Wicklung für jede Phase zu bilden, und die auf diese Weise gebildeten drei Wicklungen werden verbunden, um eine Dreieckschaltung oder eine Sternschaltung zu bilden. Auf diese Weise werden eine Vielzahl von Wicklungsanordnungen geschaffen, die verschieden Anzahlen von Windungen haben. In jeder der Wicklungsanordnungen werden alle der Wicklungskomponenten benutzt. Daher haben die Wicklungen einen kleineren Widerstand als herkömmliche, so dass ein Induktionsmotor gewonnen werden kann, der eine hohe Leistung, einen kleinen Energieverlust und eine niedrige Erwärmung hat. Ferner können durch Benutzung aller der Wicklungskomponenten Wicklungsanordnungen gewonnen werden, die ein großes Windungsverhältnis zeigen, so dass ein großes Drehmoment bei Niedriggeschwindigkeitsdrehung erzeugt werden kann und eine hohe Leistung bei Hochgeschwindigkeitsdrehung erzielt wird. Fer ner wird, da es keine unbenutzte Wicklungskomponente gibt, keine Spannung induziert, so dass die Zuverlässigkeit erhöht wird. Ferner kann, da die Wicklungsanordnungen über drei oder vier Stufen umgeschaltet werden kann, ein Leistungsabfall zur Zeit des Umschaltens verringert oder beseitigt werden. Demzufolge kann in einem weiten Bereich eine hohe Leistungskennlinie gewonnen werden. Daher sind, wenn der Induktionsmotor gemäß der vorliegenden Erfindung als ein Spindelmotor zum Antreiben einer Spindel einer Werkzeugmaschine benutzt wird, sowohl ein Hochleistungsschneiden als auch eine hohe Geschwindigkeit möglich, und die Leistungsfähigkeit der Schneidbearbeitung wird erhöht.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Induktionsmotor, der eine höhere Zuverlässigkeit unter hohem Druck, eine höhere Geschwindigkeit, eine höhere Leistung, ein größeres Drehmoment und eine niedrigere Erwärmung als herkömmliche aufweist, gewonnen werden. Ferner kann ein Leistuzngsabfall, da die Wicklungsanordnung über drei oder vier Stufen umgeschaltet werden kann, zur Zeit des Umschaltens verringert oder beseitigt werden, so dass in einem weiten Bereich eine hohe Leistungskennlinie gewonnen werden kann.

Claims

Induktionsmotor, der umfasst: zwei oder mehrere Wicklungkomponenten für jede von drei Phasen des Induktionsmotors und eine Umschalteinrichtung, die zum Umschalten der Verbindung der Wicklungskomponenten auf eine von zwei Schaltungen betriebsfähig ist, nämlich auf eine Dreieckschaltung, in der in jeder der drei Phasen die Wicklungskomponenten der Phase miteinander in Reihe geschaltet sind und eine Sternschaltung, in der in jeder der drei Phasen die Wicklungskomponenten der Phase miteinander parallelgeschaltet sind dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungskomponenten die gleiche Anzahl von Windungen haben und die Umschalteinrichtung ferner zum Umschalten der Verbindung der Wicklungskomponenten auf eine von zwei Schaltungen betriebsfähig ist, nämlich auf eine Sternschaltung, in der in jeder der drei Phasen die Wicklungskomponenten der Phase miteinander in Reihe geschaltet sind und eine Dreieckschaltung, in der in jeder der drei Phasen die Wicklungskomponenten der Phase miteinander parallelgeschaltet sind und in jeder der vier Verbindungen der Wicklungskomponenten in jeder Phase die Wicklungskomponenten in der gleichen Richtung in bezug aufeinander wie in jeder anderen der vier Verbindungen verbunden sind.