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Einphasenwechselstrom-Spaltpolmotor Es sind bisher eine große Zahl
Spaltmotoren auf dem Markt erschienen, welche alle nach dem gleichen Grundprinzip
aufgebaut sind und alle die gleichen Nachteile haben, geringes zögerndes Anzugsmoment,
große Erwärmung bei relativ kleinster spezifischer Leistung und kleinstem Wirkungsgrad.
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Sie wurden daher nur dort angewendet, wo diese-Nachteile gegenüber
ihren Vorteilen, der konstanten Tourenzahl, Einfachheit und Betriebssicherheit,
in Kauf genommen werden konnten. Ihre Arbeitsweise: beruht darauf, daß ein Wechselmagnetfeld
in zwei zeitlich und räumlich verschobene Teilfelder aufgespalten wird (daher der
Name), welche: auf einen üblichen Käfigrotor einwirken und darin in bekannter Weises
ein Drehmoment erzeugen. Vom Grad dieser Aufspaltung, zeitlicher und räumlicher
Verschiebung der beiden Teilfelder hängt neben anderen Faktoren im wesentlichen
die Größe des Drehmomentes und damit der Gesamtwirkung ab. Diese Grundbedingungen
lassen sich in der bekannten Formel ausdrücken, daß der Feldachsenwinkel a der beiden
Teilfelder 0 i und 0:2 sein soll: a= i8o" -V°, wobei V die Phasenverschiebung zwischen
den beiden Teilfeldern darstellt. Eine weitere Forderung ist noch die, daß die Teilfelder
zusammen verkettet sein sollten, um die Wirkung günstig zu gestalten. Diese vier
Grundbedingungen sind in den bisher bekanntgewordenen Motoren dieser Art nur sehr
mangelhaft oder gar nicht erfüllt worden, worin ihre genannten Nachteile begründet
sind.
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Gegenstand vorliegender Erfindung ist nun ein Spaltpolmotor, bei welchem
die genannten Mängel aufgehoben sind, so daß diesle Motoren ein großes Anzugsmoment
und einen relativ guten Wirkungsgrad bekommen.
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In den Zeichnungen i bis, 6 sind die wesentlichsten Merkmale dieses
Motors in größerem Maßstab dargestellt.
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Fig. i zeigt einen Querschnitt durch den Stator und Rotor eines Motors
in bisher üblicher Bauart;
Fig. 2 zeigt den gleichen Querschnitt
durch einen neuen Motor gemäß der Erfindung in gleicher Größenordnung: Fig. 3 zeigt
die Anordnung dar Rotorkäfigwick-Jung in bisher üblicher Machart; Fig. q. zeigt
die Anordnung dieser Wicklung im neuen Motor; Fig. 5 zeigt die Ausführung eineu
Rotornut; Fig. 6 zeigt eine Blechpaketnietenisolation.
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Aus Fig. i ist die bisher allgemein übliche Anordnung der magnetischen
Verhältnisse bei Spaltmotoren dargestellt. In etwa 1ß der Polhalsbreite ist ein
radialer Spalt angebracht, welcher den Hilfspol mit der Kurzschlußwicklung k vom
Hauptpol abtrennt. Der von der Primärwicklung w erzeugte Kraftfluß 0 y aus den beiden
Jochen teilt sich in die Polhalszonen b und g gemäß den magnetischen Widerständen
in die Teilfelder 0 i und 02. Der magnetische Widerstand in -der freien ungedrosselten
Polhalszone b ist sieht gering, da deren Querschnitt sogar größer ist als in dem
beiden Jochen zusammen. Dagegen ist der Luftwiderstand des Spaltes t bisher sehr
groß gemacht worden, damit ein Teil des Kraftflusses O y überhaupt in die gedrosselte
Hilfszone g eintritt und dort den phasenverschobenen Kraftfluß 0 2 erzeugt. Durch
diese Anordnung der Polhalszone und den großen Luftspalt t wird die; Phasenverschiebung
zwischen den Teilfeldern 0 i und 0 2 aber nur sehr gering und ebenfalls der Feldachsenwinkel
a, welcher kleiner als 9o° ist, wie er wenigstens sein sollte. Zudem sind die beiden
Teilfelder nicht verkettet, und die Folge davon sind die eingangs erwähnten Nachteile.
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Fig. 2 zeigt nun deutlich die magnetischen Verhältnisse im gleichen
Maßstab bei einem neuen Motor gemäß vorliegender Erfindung. Wie daraust ersichtlich,
isst neben dem tangential zum Rotor angebrachten Polspalt im freien ungedrosselten
Polhalsteil .durch eine :Aussparung i ein sogenannter magnetischer Isthmus oder
Engpaß b geschaffen, welcher die magnetischen Strömungsr bzw. Spannungsverhältnisse
grundlegend ändert.
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Der linksseitige Kraftflußteil Or 2 srömt aus der Jochzone a in Zone
d und dann durch den Engpaß b zur Hauptpolfläche m-n. Zu diesem Teilkraftfluß addiert
sich ein Teil vom rechtsseitigen Kraftfluß 0 r/2 aus Zone h über Zone
f und e und treibt im Engpaß b die magnetische Sättigung sehr hoch, d. h.
weit über die Kniegrenzer der Magnetisierungskurve. Dadurch fällt in Zone b die
Permeabilität ,u derart, daß eine magnetische Stauung auftritt, wonach sich der
größte Teil von Or/2 mit großer Verzögerung in der Zone g des Hilfspols entwickelt,
was den Zweck der Anordnung erfüllt. Dadurch wird also erreicht, daß die freiet
Hauptpolhalszone b sofort zu Beginn der ansteigenden MMK einer Halbperiode voll
gesättigt wird und mit großer Verzögerung y ebenfalls die Hilfspolzona g,
in welcher nun ein weit stärkerer Kraftfluß auftritt als bisher. Bei abnehmender
MMK der ersten Halbperiode spielen sich die Vorgänge in umgekehrtem Sinne ab, was
-sehr günoti@g ist und daher der Arbeitsweise einer üblichen Zweiphasenwicklungnahekommt.
Dadurch wird aber nicht nur der Phasenverschiebungswinkel y zwischen den beiden
Teilkraftflüssen 0 i und 0:2 näher an 9o° gebracht, sondern durch die neuartige
Anordnung des Polspaltes und der Aussparung i wird der Feldachsenwinkel zwischen
x und y, a räumlich mehr als 9o° auseinandergedrängt. Damit .ist aber auch die eingangs
erwähnte Grundbedingung über die räumlichen und zeitlichen Winkelgrößen der Teilfelder
praktisch erfüllt. Voraussetzung und- wichtig hierbei ist natürlich diel Art der
Anordnung und Dimensionierung der Aussparung i im Polhals, welche z. B. die in Fig.
2 dargestellte Form haben kann. Der Engpaß, welcher also die Hauptrolle spielt,
könnte auch noch mit anderen Mitteln erreicht werden, z. B. durch eine- Kontraktion
des freien Polhalses oder sonstige Lochungen.
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Dadurch, daß nun die Aufspaltung des Primärfeldes 0 r in zwei Teilfelder
0 i, und 0 2 praktisch allein im aktiven Material des Polhalses stattfindet, kann
man, wa:s sehr wichtig ist, den Luftspalt t zwischen Statar und Rotor möglichst
klein machen, soweit es die mechanischen und fabrikatorischen Verhältnisse gestatten.
Es wird dadurch nicht nur die vorbeschriebenei Engpaßwirkung unterstützt, sondern
auch die Amperewindungszahl auf dem Stator zur Magnetisierung des Luftspaltels stark
reduziert, wodurch auch die Kupferverluste bedeutend kleiner werden.
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Wie früher erwähnt, ist es wichtig, daß das Hauptpolfeld und das Hilfspolfeld
magnetisch verkettet sind, d. h. inednander übergreifen können. Bei Spaltpolmotoren
bisheriger Bauart wurde :dies nie erreicht. Versuche zeigten, daß durch eine genügend
große Verschränkung der Käfigwicklung im Rotor entsprechend ungefähr einer Hauptpolteilung
die gleiche Wirkung erreicht wird wie durch eine Verkettung der Feldspulen bei Mehrphasenmotoren.
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Fig. 3 zeigt beispielsweise die jetzt übliche Verschränkung der Käfigwicklung
in bisherigen Spaltpolmotoren um eines bis zwei Nutenteilungen t. Man erreichte
damit lediglich einen Ausgleich der magnetischen Widerstandsschwankungen, herrührend
von den Rotornutem.
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Fig. q. zeigt die Verschränkung der Käfigwicklung im neuem Motor entsprechend
ungefähr dem Hauptpolbogen, so daß eine Anzahl Käfigatäbe gleichzeitig die Haupt-
und die Hilfspolfläche bedecken. Die Verkettung wird damit auf die einfachste Art
erreicht. Eine derart starke Verschränkung der Käfigwicklung ist praktisch nicht
ohne weiteres möglich infolge großer Klemm- und Reibungswiderstände. Eine Nutenform
gemäß Fig. 5 erweist sich hierzu jedoch besonders geeignet und hat den großen Vorteil,
daß sie den magnetischen Durchgang am wenigsten einschränkt, was, ebenfalls sehr
wichtig .ist. ' Untersuchungen zeigten, daß die üblichem nicht isolierten Kurzschlußwindungen
derHilfspole sowie die Blechpakeitnieten leicht unbeabsichtigte! Kurzschlußwindungen
im Stator erzeugen, indem sie besonders die beidseitig äußersten Bleche des Statorpaketes
leitend
verbinden und dann vom durchpulsierenden Statorwechselfeld induziert werden, so
daß unerwünschte zusätzliche Kurzschlußströme-_entstehe!n. Solche Ströme können
sogar relativ gewaltige Maße annehmen und tragen Mitschuld an den anfangs erwähnten
Eigenschaften dieser Motoren. Es ist daher unbedingt nötig, entgegen der allgemein
verbreiteten Übung, die Kurzschlußwicklungen und Paketnieten sorgfältig zu isolieren.
Fig. 6 zeigt eine Anordnung, wie eine Paketniete mittels eines Papierstreifens P
vom Stator isoliert werden kann.
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In Fig. i ist eine bisher übliche zweipolige Statorausführung in Kreisform
dargestellt und in Fig. 2 im gleichen Größenverhältnis (gleiche Rotordurchmesser)
eine rechteckige Form. Man sieht, daß letztere Form die günstigere ist, da sie für
die Unterbringung der Primärwicklung viel mehr Platz bietet, wodurch deren Widerstand
bei- gleicher Windungszahl fast auf die Hälfte reduziert werden kann. Dadurch werden
wiederum die Kupferverluste viel kleiner, und zugleich wird der Materialaufwand
für ein Statorble:ch mit gleicher Polbohrung um etwa 2o°/o reduziert; als besonders
günstig erweist sich ein Verhältnis der Rechtecklängen von i : 1,2 mit Abweichungen
von ± io°/o. Auch wird bei dieser Ausführung die Oberflächenabkühlung besonders
günstig beeinflußt und die Einbaumöglichkeit vielfach erleichtert.