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Ständer für Drehstrom-Kleinmotoren
Die Erfindung betrifft die Ausbildung der Ständer für Drehstrom-Kleinmotoren mit ausgeprägten Po- len für Polpaarzahlen p a : l.
Schon sehr früh hatte man nach der deutschen Patentschrift Nr. 880614 vergeblich versucht, Drehfeldmaschinen mit ausgeprägten Polen und konzentrierter Wicklung im Ständer und kurzgeschlossener Zweiphasenwicklung im Läufer zu bauen. Man kam schliesslich zu einem Motor mit mindestens 6 ausgeprägten Polen, der jedoch wirkungsgemäss ein 6-nutiger Drehstrommotor war und als zweipoliger Motor mit einer theoretischen Leerlaufdrehzahl von 3000 Umdr/min bei 50 Hz lief. Ein solcher Motor ist als Kleinmotor nach unten räumlich beschränkt und aufwendig. Durch die hohe Anzahl ausgeprägter Pole ist die Ausführung von Kleinstmotoren dieser Art unterbunden.
Später ist aus der franz. Patentschrift Nr. 983,078 ein Motor mit ausgeprägten Polen bekanntgeworden, der neben Wechselstrom gleichzeitig mit Gleichstrom oder durch einen Dauermagneten erregt ist.
Dieser Motor arbeitet im gewissen Sinne als Schrittmotor pseudo-synchron und sein Läufer rollt an der inneren Zylinderwand des Läuferraumes ab. Dieser Motor hat wohl im Verhältnis zur Anzahl der ausgeprägten Pole eine niedrige Drehzahl ; er ist aber ausserordentlich aufwendig, für Dauerbetrieb aus mechanischen Gründen ungeeignet und wegen seiner schwingenden Achse nur in wenigen Sonderfällen zu verwenden.
Es ist bekannt, dass man kleine zweiphasige Induktionsmotoren, sowie die daraus abgeleiteten Ein- phasen- Induktionsmotoren mit abschaltbarer Hilfsphase und Betriebskondensatorenmotoren mit dauernd eingeschalteter Hilfsphase in der Weise aufbaut, dass man je Phase entsprechend der Polpaarzahl p ausgeprägte Polpaare vorsieht, die durch Streustege verbunden sind. Solche Maschinen erhalten also insgesamt doppelt so viele ausgeprägte Pole, wie ihre Polzahl beträgt ; bei Spaltpolmotoren ist der Spaltpol als ausgeprägter Pol zu werten. Eine zweipolige Maschine benötigt also in dieser Ausführung vier, eine vierpolige Maschine acht ausgeprägte Pole. Der konstruktive Aufbau kann, wie bekannt, auf verschiedene Weise erfolgen, z.
B. dadurch, dass ein lamellierter Polstern mit aufgeschobenen Erregerspulen in ein Ständerjoch eingepresst wird.
Die Anwendung des beschriebenen Zweiphasen-Prinzips mit je einem Polpaar je Phase ist bei Kleinstmotoren, besonders dann, wenn es sich um Polpaarzahlen p > 1 handelt, aus fertigungstechnischen und elektrischen Gründen begrenzt. Unter anderem ergibt sich in diesem Fall eine so ungünstige Wickelraumausnutzung, dass die Maschine sehr schlecht wird.
Zur Vermeidung der genannten Nachteile wird erfindungsgemäss das Prinzip der ausgeprägten Pole mit Streustegen zwischen den Polen auf den Dreiphasenmotor und seine Abwandlungen als Einphasenmotor, z. B. in Steinmetzschaltung, übertragen. Es handelt sich dabei also um die Übertragung auf ein verkettetes System.
Der Vorteil dieses verketteten Systems ist, dass man bei einer p-polpaarzahligen Maschine statt viermal 2p : 2 nur dreimal 2p : 2 Pole benötigt. Die Einsparung an ausgeprägten Polen, sowie Erregerspulen, beträgt damit 25%. Abgesehen von wickel-und fertigungstechnischen Vorteilen ermöglicht dieses Prinzip den Bau noch kleinerer Motoren als das Zweiphasen - Prinzip.
Der Dreiphasenmotor sowie der daraus abgeleitete, in Steinmetzschaltung betriebene Einphasenmotor
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besitzen somit gegenüber dem üblichen zweiphasigen Induktionsmotor für die Drehzahl von 3000 Umdr/min
3 Pole, für 1500 Umdr/min 6 Pole und für 1000 Umdr/min 9 Pole.
Elektrisch gesehen bietet die Anwendung des Dreiphasen-Systems auf den Kleinmotor mit ausgepräg- ten Polen und Streustegen von Pol zu Pol den nicht zu unterschätzenden Vorteil, dass die effektive Pol- breite 66% der Polteilung beträgt, gegenüber 50duo bei den Zweiphasen-Systemen. Diese Tatsache ist gleichbedeutend mit einem verbesserten Wickelfaktor. Ausserdem fällt bei Anwendung der Steinmetz- schaltung im Gegensatz zur Schaltung beim Zweiphasen-System mit Haupt- und Hilfsphase automatisch die Nullkomponente des Spannungssystems heraus, so dass hiedurch bedingte Oberwellen dreifacher Pol- zahl ebenfalls nicht auftreten können. Die Polumschaltung ist mit einfacher Dahlander-Schaltung mög- lich.
Ausgiebige Versuche haben den klaren Beweis erbracht, dass das Dreiphasen-System sowohl ferti- gungstechnisch als auch elektrisch dem Zweiphasen-System in der geschilderten Ausführung, besonders wenn es sich um Motoren kleinerer Abmessungen handelt, überlegen ist.
In der konstruktiven Ausführung ergeben sich die gleichen oder ähnliche Möglichkeiten der Abwand- lung wie bei üblichen Einphasen- und Zweiphaseninduktionsmotoren mit ausgeprägten Polen. Die Pole können am Jochring angebracht sein, oder auch einen Polstern bilden, der in den Jochring eingesetzt wird. Im ersten Falle tritt jedoch die Ausführung mit zwischen die Polkanten eingeschobenen massiven Streublechen aus elektrischen Gründen zurUck gegenüber der Ausführung mit in die Polbohrung also zentral zwischen die Pole eingesetztem lamelliertem Polring.
Dem Streusteg kommt hier eine etwas andere Bedeutung zu als beim Einphasen- und Zweiphaseninduktionsmotor und Spaltpolmotor. Während hier der Fluss von Pol zu Pol über den Streusteg dominiert, ist dort der Fluss vom Pol über den Streusteg auf den Läufer wesentlicher. Daraus folgt, dass bei einer weiteren möglichenAusführung, nämlich der der sogenannten angestanzten Streustege, ähnlich der streu- blechlosen Ausführung beiSpaltpolmotoren, wobei das Ständerblech einstückig ist und die Streustegedurch einen Schlitz zum Einträufeln der Wicklung unterbrochen sind, dieser Schlitz ferromagnetisch zu schlie- ssen ist.
Das geschieht durch Einschieben einer Art eines magnetisch leitenden Nutenkeiles, dessen Querschnitt bei entsprechendem Träufelschlitz ein Kreis, eine Ellipse, ein Sechskant od. dgl. sein kann.
Der abgewandelten Aufgabe des Streusteges entspricht eine besondere Formgebung der Streustege.
Ihre Stärke von Polkem zu Polkern wird vorteilhaft stetig oder treppenförmig verändert, so dass der unter Polkern und Streusteg auf den Läufer übertretende Nutzfluss möglichst sinusförmig über den Luftspalt verteilt ist. Ferner werden vorteilhaft die Polflächen, und die Streustege so ausgebildet, dass der Luftspalt zwischen diesen und dem Läufer verschieden grosswird, so dass der Gehalt an höheren Feldharmonischen möglichst klein bleibt.
Durch die Formgebung von Streustegen und Luftspalt kann auch eine gewisse Anpassung der Motoren an bestimmte Betriebsbedingungen erreicht werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Ständer für Kleinmotoren mit einer Läuferdrehzahl gleich den Ständerfeldumläufen abzüglich der Schlupfdrehzahl mit Drehstromwicklung zum Anschluss an Dreiphasen- und Einphasenwechselstromnetze, gekennzeichnet durch nur drei ausgeprägte Pole je Polpaarzahl und Streustege zwischen den Polen.