CH313036A - Einphasen-Wechselstrom-Spaltpolmotor - Google Patents

Description

  Einphasen-     Wechselatrom-Spaltpolmotor       Es sind bisher eine grosse Anzahl Spalt  polmotoren auf den Markt gekommen, welche  alle nach dem gleichen Grundprinzip' aufge  baut sind und alle die gleichen Nachteile  haben: geringes zögerndes Anzugsmoment,  grosse Erwärmung bei relativ kleinster spe  zifiseher Leitung und geringem Wirkungs  grad. Sie. wurden daher nur     dort    angewandt,        #o    diese Nachteile gegenüber ihren Vorteilen,  der     konstanten    Drehzahl, 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       üblielien        Käfigrotor    einwirken und darin in  bekannter Weise ein Drehmoment erzeugen.  Vom Grad dieser Aufspaltung, zeitlicher und       -ninlieher    Verschiebung der beiden Teilfelder  m ä       hängt    neben andern Faktoren im wesentlichen  die Grösse des Drehmomentes und damit der       (,'esamtwirkruig    ab.

   Letztere beiden     Bedingun-          -err    lassen sich in der bekannten Formel aus  drücken, dass der     Feldaxenwinkel    a der beiden  Teilfelder     (I),    und<B><U>0.</U></B> sein soll.: a      =180 -y. ,     wobei     y    die zeitliche Phasenverschiebung     zwi-          schen    den beiden magnetischen Teilfeldern       darstellt.    Eine weitere Forderung ist noch  die, dass die beiden     Statorteilfelder    mit der       Rotorwicklung    magnetisch gut verkettet sein  sollen, um deren Wirkung auf den Rotor gün  stiger zu gestalten.

   Alle diese Bedingungen    sind in den bisher bekannten Motoren dieser  Art nicht oder nur sehr mangelhaft erfüllt,  worin ihre genannten Nachteile begründet  sind.  



  Gegenstand vorliegender Erfindung be  trifft nun einen     Spaltpolmotor,    bei welchem  die genannten Mängel weitgehend aufgehoben  sind, so dass diese Motoren ein günstigeres  Anzugsmoment und einen relativ guten Wir  kungsgrad bekommen.  



  In der beiliegenden Zeichnung ist ein Aus  führungsbeispiel der Erfindung schematisch  dargestellt.  



       Fig.1    zeigt einen Querschnitt durch den       Stator    und Rotor eines     Spaltpolmotors    in bis  her üblicher Ausführung.  



       Fig.    2 zeigt den gleichen Querschnitt durch  einen Motor gemäss der Erfindung in gleicher  Grössenordnung.  



       Fig.    3 zeigt die Anordnung der     Rotorkäfig-          wicklung    schematisch in der neuen Art der  Verschränkung, und       Fig.    4 zeigt beispielsweise die Blechpaket  Nietisolation.  



  Aus     Fig.1    ist die bisher übliche Anord  nung der     magnetischen        Stato.reisenverhält-          nisse    bei     Spaltpolmotoren    dargestellt. In etwa       1/3-1/"    der     Polhalsbreite    ist ein angenähert  radialer Spalt angebracht, welcher den Hilfs  pol mit der     Kurzschlusswieklung    k vom  Hauptpol abtrennt.

   Der von der Primärfeld  wieklung w erzeugte     Kraftfluss   <B>0,</B> aus den      beiden     Joelien    teilt sieh     izi    den     Pollialszonen          b    und     g    gemäss den magnetischen Widerstän  den in die Teilflüsse     01    und     $2.    Der magne  tische Widerstand in der freien     ungedrossel-          teil        Polhalszone        b    ist sehr gering, da. deren       Querschnitt    sogar grösser ist als in den beiden  -lochen     zusammen.    Dagegen ist.

   der Luftwider  stand des Spaltes t bisher sehr gross gemacht  worden, damit ein Teil des Kraftflusses     er     überhaupt in die gedrosselte Hilfszone     g    ein  tritt     und    dort den     \pliasenversehobenen        Kraft-          fluss        I).=    erzeugt. Durch diese Anordnung der       Polhalszone    und den grossen Luftspalt t wird  die Phasenverschiebung zwischen den Teil  feldern<B>01</B> und     O#,    aber nur sehr gering und  ebenfalls der     Feldaxenwinkel    a, welcher be  deutend kleiner als 90  ist, was sieh ungün  stig auswirkt..  



       Fig.2    zeigt nun deutlich die magneti  schen     Statolverhältnisse    in gleichem Mass  stab bei einem Motor gemäss vorliegender       Erfindung.     



  Im eigentlichen Polhals, als Träger der       primären    Feldwicklung, ist im     ungedrossel-          ten    Teil desselben eine derartige Aussparung  angebracht, dass der verbleibende Weg des  Kraftflusses     01    einen     langgestreekten        ina-          gnetischen    Isthmus bildet, welcher vom  Weg des Kraftflusses<B>15</B>2 in peripherer Rich  tung     räumlich    so weit gespreizt ist, dass     zw    fi  schen den Teilfeldern ein     Feldaxenwinkel     zwischen $0 und     1.20         elektrisch,

      am besten  annähernd 90  =100  elektrisch entsteht, und  das Verhältnis     $.2    :     0i.    nicht unter den Wert  1/3 sinkt, wobei die Stäbe der     Käfipvicklu-cig     des Rotors statt wie üblich um 1 bis     \_'          Nutenteilungen    um etwa eine     Hauptpolteilung     verschränkt und in geschlossenen Nuten un  tergebracht sind.  



  Wie aus     Fig.    ? ersichtlich ist, entsteht zu  nächst in der Jochzone a sowie im Isthmus b  ein     Kraft.fluss        01,    welcher sieh über die Pol  fläche     m-n    verbreitet.

   Zu diesem     Kraftflul3     addiert sieh zunächst ein Teil vom rechtsseiti  gen     Kraftfluss        h,./2    aus der Zone h über Zone  f und e und treibt im Isthmus b die magne  tische Sättigung sehr hoch, das heisst weit         über    die     Kniegreime    der     Magnetisierungs-          kurve.    Dadurch fällt in Zone     b    die     Permeabi-          litä.t        ,u,    derart, dass eine magnetische Stauung  auftritt, wonach sich der grössere Teil von     0,.     mit grosser Verzögerung in der Zone g des  Hilfspols entwickelt,

   was den     Zweck    der All  ordnung erfüllt. Dadurch wird also erreicht,  dass die freie     Hauptpolzone    b sofort zu Be  ginn der     ansteigendenIl-IK    einer Halbperi  ode voll. gesättigt. wird, und mit grosser Ver  zögerung     y)    ebenfalls die     Hilfspolzone        g,    in  welcher nun ein weit grösserer     Kraftfluss    auf  tritt als bei der bisherigen üblichen Bauart  dieser Motoren.

   Bei abnehmender     MMK    der  ersten Halbperiode spielen sich die Vorgänge  in     umgekehrter    Reihenfolge ab, was wiederum  sehr günstig ist und daher der Arbeitsweise  einer üblichen     Zweiphasenwieklung    sehr nahe  kommt.

   Dadurch wird aber nicht nur der       Phasenverschiebungswinkel        y    zwischen den  beiden Teilfeldern     01    und 02 nahe an 90   gebracht, sondern durch die neuartige Anord  nung des Polspaltes und der Aussparung     d    der       Feldaxenwinkel    zwischen x und     y,    a, räumlich  sogar mehr als 90      auseinandergespreizt.    Da  mit. ist aber auch die eingangs erwähnte       Grundbeding"ung    über die räumlichen und  zeitlichen Winkelgrössen der Teilfelder prak  tisch weitgehend erfüllt.

   Wichtig ist hierbei  natürlich die Art, der Anordnung und Dimen  sionierung der Aussparung l im Polhals,     wel-          eine    nur als Beispiel die in     Fig.    2' gezeichnete  Form haben kann. Vorteilhaft wird sie kom  biniert mit der Bohrung für die Blechpaket  niete, des     Stators,    oder wenigstens mit     Rüek-          sieht    auf diese.

   Sehr wichtig ist auch, dass  der magnetische Isthmus im Polhals für den       ungedrosselten        Teilkraftfluss        01    eine mög  lichst. grosse Länge aufweist, damit er wirk  sam wird, um nicht vom     Kraitfluss    überbrückt  zu werden und zugleich vom gedrosselten Teil  kraftflussweg     h2    räumlich möglichst weit ent  fernt     resp.    gespreizt ist. Der Isthmus, welcher  bei den magnetischen Vorgängen eine Haupt  rolle spielt, könnte auch mit andern Mitteln  erreicht werden, z. B. durch     aneinandergezo-          gene    Lochungen oder dergleichen im freien  Polhals.

        Dadurch, dass     die    Aufspaltung des Pri  märfeldes     (I),.    in zwei Teilfelder     01    und     0;;     praktisch allein im aktiven Material des Pol  halses stattfindet, ist es nicht, mehr nötig, den  Luftspalt t dieser Motoren gross zu machen  oder abgestuft, sondern er kann so klein  gehalten werden, wie es die     fabrikatorischen     Bedingungen zulassen.

   Es wird dadurch nicht  nur die     vorbeschriebene        Isthmus-Wirkung    un  terstützt, sondern auch die     Amperewindungs-          zahl    auf dem     Stator    zur     Magnetisierung    des  Luftspaltes stark reduziert, wodurch auch die       Kupferverluste    kleiner werden und damit der  Wirkungsgrad günstiger.  



  Wie schon eingangs erwähnt, ist es wich  tig, dass das     Hauptpolfeld    und das Hilfspol  feld mit der     Rotorwicklung    gut verkettet  sind, damit die     Drehmomentbildung    stetig  wird und die Motoren auch geräuschlos lau  fen. Bei     Spaltpolmotoren    bisheriger Ausfüh  rung wurde dies nie erreicht, und diese     ver-          ursaehen    daher Geräusch, wenn sie einiger  massen magnetisch belastet sind.

   Versuche  zeigten nun, dass durch eine genügend grosse  Verdrehung     resp.    grössere Verschränkung der       Käfigwicklung    als bisher üblich, entsprechend  ungefähr der     IIauptpolteilung        resp.    dem       Hauptpolbogen,    eine ähnliche günstige Wir  kung des     Statorfeldes    auf die     Rotorwicklung     erreicht wird wie bei den bekannten Mehr  phasenmotoren mit übergreifenden     Phasen-          Wieklungen.     



       Fig.    ; zeigt schematisch die neuartige Ver  schränkung der     Rotorkäfigwicklung    im Mo  tor, das heisst um ungefähr eine     Hauptpol.tei-          lunn        resp.        1-lauptpolbogenlänge    H, so     da.ss    eine       Anzahl        Käfigstäbe    gleichzeitig die     Hauptpol-          und    die     Hilfspolfläehe    bedecken.

   Die Wir  kung einer derartigen Verschränkung der       Käfigwicklung    zeigt sich in einem gleich  mässigen und erhöhten Drehmoment des Ro  tors und in sehr     geräuscharmem    Lauf, was für  manche Zwecke sehr erwünscht ist. Eine der  artige,     stark    verschränkte     Rotorkäfigwicklung          lässt    sieh naturgemäss rationell nur auf giess  technischem Weg erreichen, was für die Her  stellung des Rotors nur von Vorteil ist.    Zahlreiche     Spaltpolmotoren    zeigten     ferner,     dass deren     Blechpaketnieten    nie isoliert wer  den.

   Diese bilden daher mit den äussersten       Statorblechen    gemeinsame     Kurzschlusswindun-          gen,    durch welche der gesamte     Kraftfluss     pulsiert und daher meistens starke, uner  wünschte, schädliche, zusätzliche Belastungs  ströme entstehen lassen. Es ist daher unbe  dingt zweckmässig, selbst in kleinen Spaltpol  motoren diese Nieten sorgfältig zu isolieren,  um diesen Nachteil zu verhüten. Diese Isolie  rung kann zum Beispiel durch einen Papier  streifen erfolgen, wie in     Fig.4    schematisch  dargestellt ist. Darin ist i die Paketniete und  p ein     Pressspanstreifen,    dessen vorstehende  Enden in die Aussparung     l    treten können.

         Vorteilhaft    wird daher die Lochung für die  Paketniete mit der Aussparung     l    kombiniert,  wie. in gezeichnetem Beispiel, was die rasche  Herstellung des Blechpaketes sehr erleichtert.  



  Die Paketniete . könnte aber auch durch  chemische Behandlung selbstisolierend ge  macht werden, so dass der Papierstreifen weg  fallen würde, was die Fabrikation etwas er  leichtern würde.  



  In     Fig.l-    ist eine vielfach übliche zwei  polige     Statorausführung    in Kreisform ge  zeichnet und in     Fig.2    im gleichen Grössen  verhältnis (gleicher     Rotordurchmesser)    eine  rechteckige Form.

   Man sieht ohne weiteres,  dass letztere Form die günstigere ist, da sie  bei gleichem     Rotordurchmesser    eher weniger  Blechmaterial     benötigt    und mehr Platz bietet  für die Primärwicklung     w-w.    Als besonders  günstiges Verhältnis erweist sich ein     rechteck-          förmiges    Blech mit den Seitenlängen im Ver  hältnis 1 :1,2 mit Abweichungen von   10     1/o.     Die Wahl dieses Verhältnisses ist für die Ge  staltung von zweipoligen Motoren sehr günstig  und daher wichtig.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Einphasen-Wechselstrom-Spaltmotor mit ausgeprägten Polen und Käfiganker, dadurch i gekennzeichnet, dass im ungedrosselten Teil des Polhalses eine derartige Aussparung an gebracht ist, dass der verbleibende Weg des Kraftflusses $i einen langgestreckten magne- tischen Isthmus bildet, welcher vom gedros selten Teil des Weges des Kraftflusses 0-. in peripherer Richtung räumlich so weit ge spreizt ist,

   dass zwischen den Teilfeldern ein Felclaxeriwirrkel zwischen 80 und 120 elek- triseli entsteht, und das Verhältnis (P2: h, der beiden Teilfelder nicht -unter den Wert 1/3 sinkt, wobei die Käfigwicklung des Rotors uni etwa eine Hauptpolteilung verschränkt ist und in geschlossenen Nuten untergebracht ist.

   UNTERANSPRÜCHE 1.. Einphasen - 'V#@Techselstrom -Spaltmotor nach Patentanspruch, dadurch gekennzeich- net, dass der Querschnitt des magnetischen Isthmus im freien Polhals höchstens gleich einem der zugehörigen Jochquerschnitte ist. 2. Einphasen - Wechselstrom -Spaltmotor nach Patentanspruch und Unteranspruch I, dadurch gekennzeichnet, da.ss die Paketniet lochung mit der Aussparung im Polhals kom biniert ist. 3.

   Einphasen - Wechselstrom -Spaltmotor nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sei tenlängenverhältnis des rechteekförmigen Sta- tors bei zweipoligen Motoren 1 :1,2 101/o beträgt.