LU101165B1 - Elektrische Maschine mit Paarwicklungen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung besteht darin, dass Erregerwicklungen und Polpaare von elektrischen Maschinen 1:1 zugeordnet werden. Diese Anordnung ergibt folgende Vorteile: 1. Durch Abstandsoptimierung der Ständerwicklungen ergibt sich eine einfachere Ausführung elektrischer Maschinen, im Besonderen von Einphasenmaschinen mit 2 oder mehr Polpaaren. 2. Kupfer-, Eisen- und Oberwellenverluste werden durch die Erfindung reduziert. Verteilte Wicklungen benötigen gerade bei wenigen Polpaaren viel passiven Kupferdraht. Bei Zahnspulenwicklungen verursachen Oberwellen und Wirbelströme Verluste. 3. Herstellungskosten lassen sich reduzieren. 4. Die grundlegende Ausführung der Ständer und Läufer verbleibt größtenteils unverändert. 5. Wicklungen können aus Aufsteckspulen bestehen und können weitgehend automatisch montiert werden.

Description

Elektrische Maschine mit Paarwicklungen TITEL: Elektrische Maschine mit Paarwicklungen LU101165

BESCHREIBUNG Die Erfindung basiert auf der Luxemburger Patentanmeldung LU101030 - Kupfersparwicklung.

Die Erfindung ordnet Wicklungen und Polpaare der Elektrischen Maschine so zu, dass die Polpaare der Erregerwicklungen im Ständer den Polpaaren des Synchronläufers gegenüberstehen. Letztere sind an der Peripherie des Laufers so angebracht, dass die Polpaare gleichmäßig hintereinander liegen. Die Bauweise entspricht herkömmlichen Drehstromiäufem. Die Paarwicklungen sind kreisfôrmig im Ständer angebracht und jede einzelne Wicklung erzeugt ein Polpaar, dass entsprechend der Phase und Frequenz des anliegenden Wechselstroms erregt wird.

Die Erfindung lässt sich mit einem „Getriebe“ vergleichen, an dem das Umlaufrad (der Synchron-oder Asynchronläufer) von anliegenden Zahnrädern (den Phasen) angetrieben wird. Jedes „Zahnrad“ stellt eine elektromagnetische Erregerwicklung im Ständer dar, Bei jeder Drehung (ein Phasendurchlauf von 360 Grad) eines „Zahnrads“ dreht sich das „Umlaufrad“ entsprechend dem Läuferbogen eines Polpaares.

Ein entscheidender Vorteil der Paarwicklungen ist, dass der gegenseitige Abstand der Wicklungen im Ständer verändert werden kann, was einer entsprechenden Winkelveränderung der angelegten Phase gleichkommt. Bei verteilten Wicklungen ist dies nicht möglich.

Die Abstandsveränderung bewirkt, dass Phasenlagen und Läuferposition eingestellt und synchronisiert werden können. Dies gilt für sowohl 3-phasige als auch 1-phasige Maschinen als Generator und Motor. Bei 1-phasigen Maschinen können durch die Abstandsveränderung zweier Wicklungen mit je einem Polpaar 2 Phasen simuliert werden. Figuren 1 und 2 zeigen das oben beschriebene „Getriebe“-Modell. Die 3 Phasen R, -T und S erzeugen zusammen die Drehung des Läufers. Die momentanen Phasenlagen in beiden Figuren sind identisch und gegenüber -T eilt R um 60 Grad voraus und S um 60 Grad hinterher. Anzumerken ist, dass die Wicklungen der Phasen R und S dabei nicht optimal positioniert sind; sie müssten bei 3 Polpaaren um je 20 Grad Ständerwinkel in Richtung -T verschoben werden. Jedoch hat die Verschiebung nur einen marginalen Einfluss auf die Maschine als Motor, die auch ohne diese Verschiebung läuft. Soll die Maschine aber als Generator für 3-phasigen Drehstrom dienen ist die Verschiebung notwendig. Ohne die Verschiebung würde so ein Generator 3 identische Phasen Wechselstrom generieren.

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Elektrische Maschine mit Paarwicklungen Das gleiche Prinzip kann auch für 1-phasige Wechselstrommaschinen mit Paarwicklungen und LU101165 mindestens 2 Polpaaren angewendet werden.

Figur 3 zeigt die Anordnung der Paarwicklungen für 3 Phasen und 3 Läuferpolpaare in einem Ständer mit 12 Nuten.

Die 3 Phasenwicklungen sind nicht verteilt, sondern hintereinander angeordnet.

Ständer und Läufer sind auch von der Seite gesehen dargestelit mit Wicklungen, Stromrichtung und Magnetfeldfluss.

Die Wicklungen können als aufsteckbare Zahnwicklungen ausgeführt werden.

Wie hier gezeigt hat der Läufer 3 Polpaare und dreht deshalb mit 1000 U/-1 bei 50 Hz.

Figur 4 ist ein Modell der vorigen Figur mit den Phasenlagen für R, -T und S.

Im Idealfall müssten die Wicklungen der Phasen R und S im Verhältnis zu -T um jeweils 60 Phasengrade in Richtung -T verschoben werden um eine optimale Synchronisation zu erhalten.

Figur 5 zeigt die Anpassung des Ständers um die Verschiebung von 60 Phasengraden für R und S zu erreichen.

Da die Maschine 3 Polpaare hat, entsprechen 60 Grad Phasenveränderung 20 Grad Ständeranpassung.

Diese Maschine kann auch als Generator zur Anwendung kommen und produziert dann 3 Phasen R, -T und S bei 1000 U/-1 Figuren 6 und 7 zeigen Modell und Paarwicklungen für 1-phasigen Wechselstrom mit 2 Polpaaren und Ständeranpassung.

Bei 2 Polpaaren dreht eine Maschine mit 1500 U/Min.

Die Anzahl der Polpaare lässt sich beliebig vervielfachen.

Diese Maschine kann ebenfalls als Generator zur Anwendung kommen und produziert dann 2 Phasen P1 und P2 bei 1500 U/-1. Der Phasenabstand kann durch die Anpassung der Sténderwickiungen auf z.B. 90 Grad eingestellt werden.

Figur 8 zeigt eine Dreiphasenmaschine mit 12 Nuten.

Die Pfeile zeigen den momentanen Vektor der 3 Phasen und die wiinschenswerte Mittposition der Ständerwicklungen.

In der Praxis lassen sich durch entsprechende Konstruktionsmafinahmen an den Ständerwicklungen und Lauferpolen gute Kompromisse erreichen damit die Phasenvektoren mit maximaler Amplitude zusammenwirken.

Aber auch ohne zusätzliche Maßnahmen funktioniert die Maschine zufriedenstellend.

Figuren 9-12 demonstrieren an den gezeigten Beispielen die Bandbreite und Flexibilität bei der Umsetzung der Erfindung.

Die Beispiele zeigen Maschinen mit Synchronläufern, die 3,6 und 9 Polpaare haben.

Wenn für den Ständer gestanzte Blechpakete verwendet werden, ist die Mindestanzahl der Nuten für drei Polpaare 12. Für jede zusätzlichen drei Polpaare werden weitere 12 Nuten benötigt.

Für 2 Polpaare werden mindestens 8 Nuten gebraucht und für jede zusätzlichen 2 Polpaare werden weitere 8 Nuten. 2 Des nn

| Elektrische Maschine mit Paarwicklungen Die Beispiele zeigen nur Innenläufermaschinen. Die gleichen Ansätze und Bedingungen gelten auch | LU101165 für Maschinen mit festem Innenständer und beweglichen Außenläufern, unabhängig davon, ob es sich um synchrone oder asynchrone Maschinen handelt.

BEDEUTUNG DER ERFINDUNG

1. Durch Abstandsveränderung zwischen Ständerwicklungen können Phasenlagen simuliert werden. ‘

2. Vereinfachter Aufbau von elektrischen Maschinen, im Besonderen von Einphasenmaschinen mit 2 oder mehr Polpaaren

3. Hoher Wirkungsgrad bei Einphasenmaschinen durch Wegfall von Kondensatoren, Kurzschlusswicklungen und sonstigen Maßnahmen.

4. Die Erfindung verspricht einen höheren Wirkungsgrad bei der Umwandlung von elektrischer in mechanische Kraft und umgekehrt durch Kupfereinsparung, ungestôrten magnetischen Feldfluss und optimaler Anpassung der Drehfelder.

5. Einsparungen bei Material- und Arbeitskosten durch Einsatz von Zahnspulen und Wegfall von Wicklungsüberlappungen.

6. Die Erfindung betrifft hauptsächlich handelsübliche elektrische Motoren in synchronen und asynchronen Ausführungen.

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Claims (6)

1. Elektrische Maschine mit Paarwicklungen TITEL: Elektrische Maschine mit Paarwicklungen LU101165 PATENTANSPRÜCHE: 1) Die Erfindung ordnet Wicklungen und Poipaare der Elektrischen Maschine so zu, dass die Polpaare der Erregerwicklungen im Ständer den Polpaaren des Synchronldufers gegenüber stehen.
2. 2) Die Erfindung wird dadurch gekennzeichnet, dass durch Abstandsveränderung zwischen Ständerwicklungen erwünschte Phasenlagen eingestellt werden können.
3. 3) Die Erfindung wird weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass sie einen vereinfachten Aufbau von elektrischen Maschinen erlaubt, im Besonderen von Einphasenmaschinen mit 2 oder mehr Polpaaren.
4. 4) Die Erfindung wird weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass durch die 1:1 Zuordnung der Polpaare zu den Phasen, Eisen-, Magnetisierungs- und Oberwellenverluste verringert werden. Dadurch wird der Wirkungsgrad von Drehfeldmaschinen verbessert.
5. 5) Die Erfindung wird weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass Aufsteckwicklungen zum Einsatz kommen können, die Kupferkosten und -verluste reduzieren. Der Ständer kann aus herkömmlichen Blechpaketen mit Nuten bestehen.
6. 6) Die Erfindung wird weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass die Erfindung für synchrone und asynchrone Maschinen als Motoren und Generatoren zutrifft und weiterhin sie für sowohl Innenläufer als auch Außenläufer zutrifft.

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