DE3879013T2

DE3879013T2 - Steuerbarer induktionsmotor mit veraenderbarer geschwindigkeit.

Info

Publication number: DE3879013T2
Application number: DE8888306412T
Authority: DE
Inventors: Toshihiko Satake
Original assignee: Satake Engineering Co Ltd
Current assignee: Satake Engineering Co Ltd
Priority date: 1987-07-14
Filing date: 1988-07-13
Publication date: 1993-09-16
Anticipated expiration: 2008-07-14
Also published as: NO883123L; AU612667B2; NO176540C; KR890003095A; EP0299739A2; CN1018125B; KR920000683B1; AU1902688A; CN1030854A; DK390788A; EP0299739B1; DE3879013D1; US4945296A; DK390788D0; FI883359A0; NO883123D0; FI98010B; FI883359A; FI98010C; MY102837A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen steuerbaren Induktionsmotor mit veränderbarer Geschwindigkeit, durch welchen eine Geschwindigkeitssteuerung über einen weiten Bereich leicht bewirkt werden kann und bei dem die Drehmomenteigenschaften und der Wirkungsgrad ausgezeichnet sind.
Ein Induktionsmotor vom Käfigläufertyp wird in weitem Maße als eine Antriebsmaschine eingesetzt, da er in seinem Aufbau einfach ist, wenig kostenaufwendig, nur gering zu Schäden neigt und darüberhinaus sowohl der Leistungsfaktor und der Wirkungsgrad beim Betrieb des Motors gut sind. Nachteile des Induktionsmotors vom Käfigläufertyp sind, daß dessen Starteigenschaften nicht gut sind, d.h., ein Startdrehmoment ist nicht hinreichend zufriedenstellend trotz eines hohen Stromverbrauches beim Starten, und daß es schwierig ist, einen großen Geschwindigkeitssteuerbereich mit hohem Wirkungsgrad zu bewirken.
Bei einem Induktionsmotor mit gewickeltem Rotor, bei dem ein Sekundärwiderstand extern durch Bürsten und Schleifringe in die Schaltung von Rotorwicklungen eingefügt ist, kann eine kontinuierliche und wirksame Geschwindigkeitssteuerung bewirkt werden, und zwar vergleichsweise einfach durch Steuern der Widerstandswerte, um dadurch den Schlupf des Motors zu verändern. Bei dem Induktionsmotor vom Käferläufertyp gestattet dessen Struktur oder Konfiguration jedoch ein solches Verfahren der Steuerung nicht und daher werden generell jene Verfahren angewandt, wie sie nachstehend erläutert sind.
Als Verfahren zur kontinuierlichen Steuerung von Geschwindigkeiten erfolgt ein Verfahren durch Variieren einer Netzversorgungsfrequenz und ein anderes durch Verändern einer Netzversorgungsspannung. Beide dieser Verfahren sind generell nicht zufriedenstellend und haben Nachteile dahingehend, daß der Wirkungsgrad bzw. die Effizienz der Steuerung bei niedrigen Geschwindigkeitsbereichen gering ist. Weiterhin erfordert das erstere Verfahren einen teuren Frequenzwandler, der im Verlauf des Wandelns von Frequenzen Rauschen mit hohen Harmonischen und andere elektromagnetische Wellen erzeugt, die, wenn sie in die kommerziellen Netzieitungen fließen, das Auftreten von verschiedenen Problemen von harmonischem Rauschen verursachen würden, was Fehlfunktionen von Computern und anderen elektronischen Einrichtungen, das Erwärmen von Netzkondensatoren, etc. hervorruft.
Weiterhin ist es als ein Verfahren zur kontinuierlichen Steuerung von Geschwindigkeiten bekannt, so vorzugehen, daß zwei Induktionsmotorkomponenten derselben Pole axial Seite an Seite versetzt sind und zwei Statoren mit Primärwicklungen durch entweder eine mechanische oder eine elektrische Einrichtung eine Phasendifferenz zwischen den rotierenden Magnetfeldern hervorrufen, die um jeden der zwei Rotorkerne eines einzelnen Rotors erzeugt werden, der auf einer Drehachse vorgesehen ist, so daß eine Geschwindigkeitssteuerung durch Variieren der Phasendifferenz bewirkt wird, um dadurch die Größe der kombinierten Sekundärspannung zu verändern, d.h., die Größe des Sekundärstromes zu verändern, der in den leitenden Elementen des Rotors fließt.
Es ist weiterhin ein System bekannt, bei dem verschiedene Arten von Polen in Statorwicklungsschaltungen des Motors vorgesehen sind und eine Geschwindigkeitssteuerung bewirkt wird mittels Schalten der Pole während des Betriebs. Während dieses System es ermöglicht, daß eine Geschwindigkeit schrittweise oder nicht-kontinuierlich gesteuert wird, ist es durch dieses System nicht möglich, eine stufenlose und sanfte Steuerung durchzuführen.
Der Anmelder der vorliegenden Anmeldung hat eine US-Patentanmeldung mit der US-Seriennummer 055,147 am 28. Mai 1987 eingereicht (EP-A-248 595). Die dort abgedeckte Erfindung betrifft einen steuerbaren Induktionsmotor mit variabler Geschwindigkeit, der durch die Kombination von den folgenden Elementen gekennzeichnet ist:
einen Rotor, der einstückig ausgebildet ist mit einer Vielzahl von auf einer gemeinsamen Achse montierten Rotorkernen, wobei ein vorbestimmter Luftspalt oder ein nicht-magnetischer Kernabschnitt zwischen diesen vorgesehen ist, und mit einer Vielzahl von leitenden Elementen, die auf den Rotorkernen angeschlossen bzw. untereinander verbunden und jeweils darauf montiert sind;
eine Vielzahl von Statoren mit einer Vielzahl von Statorkernen, die Seite an Seite angeordnet sind und die jeweiligen Rotorkerne umgeben und diesen gegenüberstehen, und mit Statorwicklungen, die jeweils auf die Statorkerne gewickelt sind, wobei die Statorwicklungen bezüglich der Netzversorgung seriell verbunden oder gekoppelt sind;
Verbindungselemente, die die leitenden Elemente bei dem Luftspalt oder nicht-magnetischen Kernabschnitt kurzschließen, der zwischen den Rotorkernen angeordnet ist; und
eine Phasenschiebeeinrichtung zum Erzeugen von Phasendifferenzen zwischen den Spannungen, die auf den Abschnitten der leitenden Elemente induziert sind, die einem der Vielzahl von Statoren gegenüberstehen, und den Spannungen, die auf den entprechenden Abschnitten der leitenden Elemente induziert sind, die einem anderen der Statoren gegenüberstehen.
Diese Erfindung liefert einen Induktionsmotor, dessen Geschwindigkeit variabel steuerbar ist, der, verglichen mit herkömmlichen Induktionsmotoren, hinsichtlich der Startcharakteristiken und der Fähigkeit des Durchführens einer effizienten Geschwindigkeitssteuerung über einen weiten Bereich weit überlegen ist. Da jedoch die Offenbarung für jene Erfindung hinsichtlich des Charakters bzw. der Eigenschaft der Materialien der leitenden Elemente nichts aussagte, so daß, wenn alle diversen Sätze von leitenden Rotorelementen aus Materialien gewesen wären, die dieselben elektrischen Eigenschaften der Leitfähigkeit bezüglich zueinander haben, die Möglichkeit bestand, daß die betriebsmäßigen Eigenschaften begrenzt waren, und zwar in Abhängigkeit von der Auswahl solcher Materialien, hätte dies, wenn alle der leitenden Elemente von Materialien gewesen waren, die entweder alle einen höheren Widerstand oder alle einen geringeren Widerstand haben, natürlich die Betriebseigenschaften des Motors signifikant beeinträchtigt bzw. beeinflußt. Wenn die leitenden Elemente des Rotors aus Materialien von höherem Widerstand hergestellt sind, kann es möglich sein, ein hinreichend hohes Startdrehmoment zu erhalten, die maximale Rotationsgeschwindigkeit bei Nennlast neigt jedoch dazu, etwas geringer zu sein verglichen mit einem normalen mit demselben Nennausgang. Wenn andererseits die leitenden Elemente des Rotors aus Materialien von geringerem Widerstand hergestellt sind, zeigen die Drehmomenteigenschaften während des Startens des Motors und bei einem Betrieb des Motors bei geringen Geschwindigkeiten keine wesentliche Verbesserung gegenüber den herkömmlichen.
Eine der Aufgaben der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Induktionsmotor vom Käferläufertyp anzugeben, der verschiedene Sätze von leitenden Elementen aufweist, die jeweils bei unterschiedlichen Geschwindigkeitsbereichen wirksam sind, d.h., zumindest ein Satz von leitenden Elementen speziell für einen niedrigen Geschwindigkeitsbereich und einen Satz von leitenden Elementen speziell für einen hohen Geschwindigkeitsbereich, so daß der Motor insgesamt einen weiten Geschwindigkeitssteuerbereich erzielen kann, und zwar aufgrund der kombinierten Wirkungen der Eigenschaften, die jeweils aus den unterschiedlichen Sätzen der leitenden Elemente erhalten werden.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Induktionsmotor vom Käferläufertyp bzw. Rotortyp anzugeben, der ausgezeichnete Startdrehmomenteigenschaften hat, so daß der Motor mit jedem gegebenen und gewünschten Startdrehmoment gestartet werden kann.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Induktionsmotor vom Käferläufertyp anzugeben, der ausgezeichnete Drehmomenteigenschaften und einen hohen Wirkungsgrad hat, die über den gesamten Geschwindigkeitsbereich vom Startpunkt bis zur maximalen Rotationsgeschwindigkeit erscheinen, und zwar durch das Anlegen eines Nennstromes, der etwa derselbe ist wie jener, der bei der maximalen Rotationsgeschwindigkeit angelegt wird.
Erfindungsgemäß wird ein steuerbarer Induktionsmotor mit variabler Geschwindigkeit geschaffen, der aufweist:
einen in einem Stück ausgebildeten einzelnen Rotor mit einer Vielzahl von Rotorkernen, die axial auf einer gemeinsamen Achse montiert sind, wobei ein Luftspalt oder ein nicht-magnetischer Kernabschnitt zwischen den Rotorkernen vorgesehen ist, und mit einer Vielzahl von leitenden Rotorelementen auf den Rotorkernen; eine Vielzahl von Statoren, die Seite an Seite angeordnet sind, die jeweiligen Rotorkerne umgeben und diesen gegenüberstehen; und eine phasenschiebeeinrichtung zum Erzeugen von Phasendifferenzen zwischen der Spannung, die auf Abschnitten der leitenden Rotorelemente induziert wird, die einem der Vielzahl von Statoren gegenüberstehen, und der Spannung, die auf entsprechenden Abschnitten der leitenden Rotorelemente induziert wird, die einem anderen der Statoren gegenüberstehen, wobei die Rotationsgeschwindigkeit des Rotors durch Steuern der Phasenschiebeeinrichtung variiert wird;
dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl von leitenden Rotorelementen in der Form einer Vielzahl von Sätzen vorliegt, wobei die Sätze eine erste Gruppe von leitenden Elementen aufweisen, die speziell für einen niedrigen Geschwindigkeitsbereich wirksam sind, und eine zweite Gruppe von leitenden Elementen aufweisen, die speziell für einen hohen Geschwindigkeitsbereich wirksam sind, wobei zumindest die erste Gruppe der leitenden Elemente bei dem Luftspalt oder dem nicht-magnetischen Kernabschnitt durch Widerstandselemente kurzgeschlossen ist und jeder Satz der leitenden Rotorelemente jeweils linear angeschlossen bzw. verbunden ist.
Erfindungsgemäß wird auch ein steuerbarer Induktionsmotor mit variabler Geschwindigkeit geschaffen, der aufweist:
einen in einem Stück ausgebildeten einzelnen Rotor mit einer Vielzahl von Rotorkernen, die axial auf einer gemeinsamen Achse montiert sind, wobei ein Luftspalt oder ein nicht-magnetischer Kernabschnitt zwischen den Rotorkernen vorgesehen ist, und mit einer Vielzahl von leitenden Rotorelementen auf den Rotorkernen; eine Vielzahl von Statoren, die Seite an Seite angeordnet sind, die jeweiligen Rotorkerne umgeben und diesen gegenüberstehen; und eine Phasenschiebeeinrichtung zum Erzeugen von Phasendifferenzen zwischen der Spannung, die auf Abschnitten der leitenden Rotorelemente induziert wird, die einem der Vielzahl von Statoren gegenüberstehen, und der Spannung, die auf den entsprechenden Abschnitten der leitenden Rotorelemente induziert wird, die einem anderen der Statoren gegenüberstehen, wobei die Rotationsgeschwindigkeit des Motors durch Steuern der Phasenschiebeeinrichtung variiert wird,
dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl von leitenden Rotorelementen in der Form einer Vielzahl von Sätzen vorliegt, wobei die Sätze eine erste Gruppe von leitenden Elementen aufweisen, die speziell für einen niedrigen Geschwindigkeitsbereich wirksam sind, und eine zweite Gruppe von leitenden Elementen aufweisen, die speziell für einen niedrigen Geschwindigkeitsbereich wirksam ist, und eine zweite Gruppe von leitenden Elementen aufweisen, die speziell für einen hohen Geschwindigkeitsbereich wirksam sind, wobei zumindest die erste Gruppe von leitenden Elementen oder die zweite Gruppe von leitenden Elementen mit einem Winkel abgeschrägt ist, der unterschiedlich ist von jenem der anderen von erster und zweiter Gruppe von leitenden Elementen, und zwar bei dem Luftspalt oder dem nicht-magnetischen Kernabschnitt.
Weitere Details und Merkmale einer Ausführungsform der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung vorgebracht, wobei:
Figur 1 ist eine Seitenansicht des Induktionsmotors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, wobei ein Teil in Richtung der Rotationsachse im Schnitt herausgebrochen ist;
Figur 2 ist eine Querschnittansicht des Motors von Figur 1;
Figur 3 ist eine Draufsicht der rotierenden Einrichtung für die Statoren des Motors der Figur 1, und zwar teilweise im herausgebrochenen Schnitt;
Figur 4 ist eine schematische Darstellung einer Anordnung, bei der alle leitenden Rotorelemente auf den Umfängen von demselben Durchmesser von der Rotationsachse angeordnet sind;
Figur 5 ist eine Strukturdarstellung der leitenden Rotorelemente, wobei die erste Gruppe von leitenden Elementen in einem vorbestimmten abgeschrägten Winkel bezüglich der zweiten Gruppe von leitenden Elementen angeordnet ist;
Figur 6 (a) und Figur 6 (b) sind Diagramme, die den Anschluß der Statorwicklungen an die Netzversorgung zeigen; schluß der Statorwicklungen an die Netzversorgung zeigen;
Figuren 7 bis 10 zeigen typische Kurven von Drehmoment über Geschwindigkeit des steuerbaren Induktionsmotors mit variabler Geschwindigkeit der Ausführungsform der Erfindung, wenn die Statorwicklungen seriell mit der Netzversorgung verbunden sind;
Figur 11 zeigt relevante Kurven von Drehmoment über Geschwindigkeit des Motors, wenn die leitenden Rotorelemente nur aus der ersten Gruppe von leitenden Elementen bestehen, wobei die leitenden Elemente durch die Widerstandselemente kurzgeschlossen sind und die Statorwicklungen seriell mit der Netzversorgung verbunden sind;
Figur 12 zeigt Kurven von Drehmoment über Geschwindigkeit des Motors, wenn die leitenden Rotorelemente nur aus der ersten Gruppe von leitenden Elementen bestehen, wobei die leitenden Elemente nicht durch die Widerstandselemente kurzgeschlossen sind und die Statorwicklungen seriell mit der Netzversorgung verbunden sind;
Figur 13 zeigt Kurven von Drehmoment über Geschwindigkeit des Motors, wenn die leitenden Rotorelemente nur aus der zweiten Gruppe von leitenden Elementen besteht, wobei die leitenden Elemente kurzgeschlossen sind und abgeschrägt sind bzw. schräg verlaufen bzw. parallelogrammartig sind und die Statorwicklungen mit der Netzversorgung seriell verbunden sind;
Figur 14 zeigt Kurven von Drehmoment über Geschwindigkeit des Motors, wenn die leitenden Rotorelemente nur aus der zweiten Gruppe von leitenden Elementen bestehen, wobei die leitenden Elemente nicht kurzgeschlossen sind und die Statorwicklungen mit der Netzversorgung seriell verbunden sind;
Figur 15 zeigt Kurven von Drehmoment über Geschwindigkeit des Motors, wenn die leitenden Elemente nur aus der zweiten Gruppe von leitenden Elemente bestehen, wobei die leitenden Elemente kurzgeschlossen sind und die Statorwicklungen seriell mit der Netzversorgung verbunden sind;
Figuren 16 bis 19 zeigen typische Kurven von Drehmoment über Geschwindigkeit des Motors gemäß der Ausführungsform der Erfindung, wenn die Statorwicklungen parallel mit der Netzversorgung verbunden sind;
Figur 20 zeigt Kurven von Drehmoment über Geschwindigkeit des Motors, wenn die leitenden Rotorelemente nur aus der ersten Gruppe von leitenden Elementen bestehen, wobei die leitenden Elemente kurzgeschlossen sind, und zwar durch die Widerstandselemente, und wobei die Statorwicklungen parallel mit der Netzversorgung verbunden sind;
Figur 21 zeigt Kurven von Drehmoment über Geschwindigkeit des Motors, wenn die leitenden Rotorelemente nur aus der zweiten Gruppe von leitenden Elementen bestehen, wobei die leitenden Elemente nicht durch die Widerstandselemente kurzgeschlossen sind und die Statorwicklungen parallel mit der Netzversorgung verbunden sind; und
Figur 22 zeigt Kurven von Drehmoment über Geschwindigkeit des Motors, wenn die leitenden Rotorelemente nur aus der zweiten Gruppe von leitenden Elementen bestehen, wobei die leitenden Elemente durch die Widerstandselemente kurzgeschlossen sind und die Statorwicklungen parallel mit der Netzversorgung verbunden sind.
Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert. Obwohl die Erläuterung unter Bezugnahme auf einen dreiphasigen Induktionsmotor vorgenommen wird, welcher als typisch für einen Mehrphasenmotor angenommen werden kann, ist es selbstverständlich, daß die vorliegende Erfindung auch auf andere Mehrphaseninduktionsmotoren angewendet werden kann. Was die Rotortypen angeht, sind sie nicht auf einen gewöhnlichen Käferläufertyp oder einen Doppelkäferläufertyp begrenzt, die zur Erläuterung in dieser Beschreibung verwendet werden, da andere Typen wie ein Tiefschlitz-Käfigläufer, ein spezieller Käferläufertyp, für den Motor der vorliegenden Erfindung angewendet werden können. Wenn auf "leitende Elemente" in dieser Beschreibung Bezug genommen wird, sind leitende Elemente vom Käferläufertyp bzw. Kurzschlußläufertyp gemeint, die in einem Schlitz eines Käfigläufers angeordnet sind.
Eine erste Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 5 erläutert.
Der Induktionsmotor 1 vom Käferläufertyp gemäß der vorliegenden Erfindung hat eine Anordnung, wie sie nachstehend angegeben ist. Eine Rotationswelle 3 eines Rotors 2 trägt darauf ferromagnetische Rotorkerne 4 und 5, die mit einem vorbestimmten Raum dazwischen angeordnet sind. Ein nichtmagnetischer Kern 6 ist zwischen den Rotorkernen 4 und 5 angeordnet. Bei einem Tnduktionsmotor vom kleinen Typ wird solch ein Kern manchmal weggelassen und ein Luftspalt erfüllt den Zweck. In einer Anzahl von Schlitzen, die sich axial auf Umfängen desselben Durchmessers (siehe Figur 4) oder Umfängen unterschiedlichen Durchmessers (siehe Figur 2) der Rotorkerne 4 und 5 erstrecken, sind eine erste Gruppe von leitenden Elementen 7A... und eine zweite Gruppe von leitenden Elementen 7B... vorgesehen, die sich durch Enden der Kerne 4 und 5 erstrecken, und der Rotor 2 ist einstükkig durch eine Anordnung ausgebildet, bei der die erste Gruppe von leitenden Elementen 7A... und die zweite Gruppe von leitenden Elementen 7B... jeweils an den Enden über Kurzschluß-Endringe 8 und 9 kurzgeschlossen sind. Die erste Gruppe von leitenden Elementen 7A ist aus Materialien mit höherem Widerstand, z.B. Aluminium, und ist auf den Rotorkernen 4 und 5 derart vorgesehen, daß eine Reaktanzkomponente von diesen kleiner werden kann. Andererseits ist die zweite Gruppe von leitenden Elementen 7B... aus Materialien von geringerem Widerstand, z.B. Kupfer, und ist auf den Rotorkernen 4 und 5 derart vorgesehen, daß eine Reaktanzkomponente von diesen größer werden kann. Wenn jedoch dasselbe Material für die erste Gruppe von leitenden Elementen 7A... und die zweite Gruppe von leitenden Elementen ..... verwendet würde, könnte der notwendige Widerstandsunterschied nur durch eine Veränderung in den jeweiligen Abmessungen von deren Querschnittsflächen erreicht werden. Die erste Gruppe von leitenden Elementen 7A... und die zweite Gruppe von leitenden Elementen 7B... bilden einen Käfig von leitenden Elementen, d.h. leitenden Elementen 7 des Rotors 2. Die erste Gruppe von leitenden Elementen 7A... ist kurzgeschlossen, und zwar an dem Luftspaltabschnitt oder dem nicht-magnetischen Kernabschnitt 6 zwischen den Rotorkernen 4 und 5, wie es in Figur 4 gezeigt ist, und zwar durch Widerstandselemente r... und einen Kurzschlußring 10, über den der Vektordifferenzstrom fließt. Die Widerstandselemente r. . .können aus derartigen Materialien mit hohem Widerstand sein wie Nichrom-Drähte, mit Kohlenstoff gemischter Stahl, leitende Keramiken. Nicht alle der ersten Gruppe von leitenden Elementen 7A... müssen notwendigerweise mit den Widerstandselementen r.... verbunden sein (anders als es in Figur 4 gezeigt ist), so kann z.B. gut jedes zweite der leitenden Elemente mit dem Widerstandselement r verbunden werden. Im Falle der Figur 4 ist, anders als die erste Gruppe von leitenden Elementen 7A..., die zweite Gruppe von leitenden Elementen 7B... nicht miteinander durch die Widerstandselemente r.... und den Kurzschlußring 10 am Luftspaltabschnitt oder dem nicht-magnetischen Kernabschnitt 6 zwischen den Rotorkernen 4 und 5 kurzgeschlossen, sondern steht nur über die äußeren Endabschnitte der zwei Rotorkerne 4 und 5 in Verbindung und diese Endabschnitte sind miteinander durch die Kurzschlußendringe 8 und 9 kurzgeschlossen. Die zweite Gruppe von leitenden Elemente 7B. . . kann jedoch auch auf ähnliche Weise wie die erste Gruppe von leitenden Elementen 7A... durch die Widerstandselemente und den Kurzschlußring kurzgeschlossen sein.
Figur 5 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform der leitenden Elemente 7 vom Käfigtyp, und zwar zur Verwendung bei dem Käfig-Induktionsmotor 1 der vorliegenden Erfindung. Während die erste Gruppe von leitenden Elementen 7A... und die zweite Gruppe von leitenden Elementen 7B... beide parallel und linear bezüglich der Rotationsachse durch die zwei Rotorkerne 4 und 5 angeordnet sind, ist die erste Gruppe von leitenden Elementen 7A..., die in Figur 5 gezeigt ist, dahingehend unterschiedlich angeordnet, daß sie, aus der Mitte der Rotationsachse betrachtet, in einem vorbestimmten Winkel α bei dem Luftspaltabschnitt oder dem nicht-magnetischen Kernabschnitt 6 zwischen den Rotorkernen 4 und 5 bezüglich der zweiten Gruppe von leitenden Elementen .... schräg bzw. parallelogrammartig bzw. abgeschrägt verläuft. In dem Fall des in Figur 5 gezeigten Beispiels ist die erste Gruppe von leitenden Elementen 7A... bezüglich der zweiten Gruppe von leitenden Elementen 7B... abgeschrägt, die Anordnung kann jedoch auch andersrum sein, da die Anforderung jene ist, daß irgendeine Gruppe von leitenden Elementen bezüglich der anderen Gruppe von leitenden Elementen abgeschrägt bzw. schräg verlaufend ist.
Die Rotorkerne 4, 5 und der nicht-magnetische Kern 6 sind mit Hohlräumen 13 versehen, die sich durch die zwei Endabschnitte 11 und 12 des Rotors 2 erstrecken, und der nicht-magnetische Kernabschnitt 6 ist mit einer Vielzahl von Löchern versehen, die sich radial in Richtung auf den äußeren Umfangsabschnitt des Rotors 2 von den Hohlräumen 13 erstrecken. Die zwei Endabschnitte 11, 12 des Rotors 2 tragen Kühllüfter 15, 16, die Luft in die Hohlräume 13 zwingen oder Luft aus den Hohlräumen 13 absaugen, wenn sich der Rotor 2 dreht.
Der unitäre bzw. einstückige Rotor 2, der angeordnet ist, wie es oben erläutert ist, ist drehbar durch Lagergrundeinrichtungen 17, 18 getragen, die daran Lager 19, 20 haben, so daß er innerhalb eines Maschinenrahmens 21 drehen kann. An den zwei Enden des zylindrischen Maschinenrahmens 21 sind die Lagergrundeinrichtungen 17 und 18 durch Muttern auf einem Verbindungsstab 22 festgelegt. Der Rahmen 21 hat eine geeignete Zahl von Abluftlöchern und die Lagergrundeinrichtungen 17 und 18 haben eine Vielzahl von Ventilationslöchern 42.
Ein erster Stator 25, der mit Statorwicklungen 23 bewickelt ist, und ein zweiter Stator 26, der mit Statorwicklungen 24 bewickelt ist, umgeben die Umfangsflächen der jeweiligen Rotorkerne 4 und 5 und stehen diesen gegenüber und sind Seite an Seite innerhalb einer Innenwand des Maschinenrahmens 21 angeordnet. Zwischen dem Rahmen 21 und dem ersten Stator 25 und zwischen dem Rahmen 21 und dem zweiten Stator 22 bzw. 26 sind Schlupflager 27 bzw. 28 vorgesehen und die Bewegung dieser Schlupflager nach links und nach rechts wird durch die Anschlagringe 29 und 30 begrenzt, die in die Innenwände des Maschinenrahmens 21 eingeführt sind.
Auf der Oberseite des äußeren Umfangs des Maschinenrahmens 21 ist ein Impulsmotor 31 montiert. Ein erstes Antriebsgetriebe 32 und ein Zwischengetriebe 33 sind an der Antriebswelle des Impulsmotors 31 festgelegt. Auf der äußeren Fläche des Rahmens 21 ist auch eine Lagergrundeinrichtung 37 zum drehbaren Tragen einer Zwischenwelle 36 vorgesehen. Diese Zwischenwelle 36 hat an ihren Endabschnitten ein zweites Antriebsgetriebe 35 und ein Zwischengetriebe 34, das mit dem Zwischengetriebe 33 in Eingriff steht. Das erste Antriebsgetriebe 32 und das zweite Antriebsgetriebe 35 erstrecken sich in den Rahmen 21 durch Öffnungsabschnitte 38 und 39, die in dem Maschinenrahmen 21 vorgesehen sind, und greifen an einem Zahnrad 40A und einem Zahnrad 40B an, die jeweils auf einer Seitenumfangsfläche des ersten Stators 25 und des zweiten Stators 26 vorgesehen sind. Der erste Stator 25 und der zweite Stator 26 drehen sich koaxsial und in einer Richtung entgegengesetzt zueinander durch den Betrieb einer rotierenden Einrichtung, deren Hauptelement aus dem Impulsmotor 31 besteht. Eine relative Rotationsdifferenz aufgrund der Rotation des ersten Stators 25 und des zweiten Stators 26 verursacht die Erzeugung einer Phasendifferenz zwischen den rotierenden Magnetfeldern, die um die Rotorkerne 4 und 5 erzeugt werden. Somit liefert die Rotationseinrichtung des ersten und des zweiten Stators 25 und 26 mechanisch eine Spannungsphasenschiebeeinrichtung. Das Steuern des Maßes der Drehung des ersten und des zweiten Stators 25 und 26, d.h., das Steuern der Phasendifferenz zwischen den erzeugten rotierenden Magnetfeldern, wird durch den Betrieb des Impulsrotors 31 durchgeführt. Was die Quelle der Antriebsleistung angeht, ist diese nicht auf den Impulsmotor 31 beschränkt, da andere Quellen, wie ein pneumatischer oder ein hydraulischer Servo-Mechanismus verwendet werden können, oder in ihrer einfachsten Form selbst eine manuelle Betätigung mittels eines Handgriffes auch vorgenommen werden kann. Bei dem in der Zeichnung gezeigten Beispiel drehen sich der erste Stator 25 und der zweite Stator 26 zur selben Zeit und in einer Richtung entgegengesetzt zueinander, bei einer einfachen Anordnung kann jedoch irgendeiner von erstem Stator 25 und zweitem Stator 26 gedreht werden. Wo eine sehr genaue oder feine Steuerung erforderlich ist, kann weiterhin eine Anordnung getroffen werden, bei der beide Statoren veranlaßt werden, sich in derselben Richtung, jedoch mit unterschiedlichen Rotationsgeschwindigkeiten zu drehen.
Es gibt zwei Verfahren zum Verbinden bzw. Anschließen der Statorwicklungen 23 und 24, die auf den ersten Stator 25 bzw. den zweiten Stator 26 gewickelt sind, an die dreiphasigen Netzversorgungsleitungen. Ein Verfahren besteht darin, die Statorwicklungen seriell anzuschließen, wie es in Figur 6 (a) gezeigt ist, und das andere besteht darin, sie einfach parallel anzuschließen, wie es in Figur 6 (b) gezeigt ist. Es ist nur eine Sternverbindung gezeigt, eine Dreicksverbindung ist jedoch auch akzeptierbar. Wenn die Statorwicklungen des Motors mit der Netzversorgung verbunden sind, erzeugen die Statoren 25 und 26 rotierende Magnetfelder um den Rotor 2 und der induzierte Strom fließt in die leitenden Rotorelemente 7. Der in den leitenden Rotorelementen fließende induzierte Strom und der rotierende Magnetfluß erzeugen ein rotierendes Drehmoment. Die Betriebscharakteristiken sind unterschiedlich in Abhängigkeit davon, ob die Verbindung der Statorwicklungen 23 und 24 mit der dreiphasigen Netzversorgung seriell oder parallel ist, was nachstehend erläutert wird.
Figur 6 (a) zeigt ein Beispiel, bei dem die Verbindung der Statorwicklungen 23, 24 mit den Netzversorgungsleitungen seriell erfolgt. Die erste und die zweite Gruppe von leitenden Elementen arbeiten wirksam jeweils für unterschiedliche Geschwindigkeitsbereiche, d.h., die erste Gruppe von leitenden Elementen 7A... für den Bereich eines hohen Schlupfes, wo die Rotationsgeschwindigkeit niedrig ist, und die zweite Gruppe von leitenden Elementen 7B... für den Bereich eines geringen Schlupfes, wo die Rotationsgeschwindigkeit hoch ist. Die generellen Drehmoment-Geschwindigkeitscharakteristiken, die erhalten werden, wenn die leitenden Rotorlemente 7 an dem Luftspalt oder dem nicht-magnetischen Kernabschnitt 6 nicht abgeschrägt sind, sind so, wie es generell in den Figuren 7 oder 8 gezeigt ist, und sind so, wie es grafisch in den Figuren 9 oder 10 gezeigt ist, wenn die leitenden Elemente 7 abgeschrägt sind. In den Diagrammen stellen die gestrichelten Linien die Beziehung zwischen dem Drehmoment und dem Schlupf dar, wenn die Stromwerte dieselben sind.
Man nehme an, daß alle leitenden Rotorelemente 7 des Rotors 2 aus einem Material von vergleichsweise hohem Widerstand sind und an dem Luftspalt oder ihrem nicht-magnetischen Kernabschnitt 6 kurzgeschlossen sind, daß sie jedoch nur aus der ersten Gruppe von leitenden Elementen 7A... bestehen, die nicht abgeschrägt sind. Wenn hier die relative Rotation zwischen dem ersten und dem zweiten Stator 25 und 26 Null ist und keine Phasendifferenz, d.h. Θ = 0 Grad in den rotierenden Magnetfeldern zwischen den zwei Statoren 25 und 26 vorliegt, fließt kein Strom in den Widerstandselementen r, die mit den leitenden Elementen 7 verbunden sind. Somit beeinflussen die Widerstandselemente r die Eigenschaften nicht und, mit der Ausnahme eines geringen Anstiegs im Schlupf bei der Nennlast aufgrund eines vergleichsweise hohen Widerstandes in der ersten Gruppe von leitenden Elementen 7A..., sind die Drehmomenteigenschaften dieses Motors nicht unterschiedlich von jenen von normalen Motoren. Wenn jedoch der erste Stator 25 und der zweite Stator 26 jeweils in einer entgegengesetzen Richtung gedreht werden, und zwar durch den Betrieb des Impulsmotors 31, wodurch eine Phasendifferenz Θ zwischen den durch die zwei Statoren 25 und 26 erzeugten rotierenden Magnetfeldern erzeugt wird, fließt der Strom einer Vektordifferenz aufgrund der Phasendifferenz Θ in den Widerstandsmaterialien r, die mit den leitenden Elementen 7 verbunden sind. Da die Statorwicklungen 23 und 24 seriell verbunden sind, sind die Stromgrößen, die jeweils in den Wicklungen 23 und 24 fließen, dieselben, selbst wenn Unterschiede in den Widerstandswerten der jeweiligen Wicklungen 23 und 24 und in den Kapazitäten der Statoren 25 und 26 vorliegen sollten. Somit werden die absoluten Werte des Stromes, der aufgrund der Spannung fließt, die an den jeweiligen Abschnitten der leitenden Elemente 7 entsprechend dem ersten Stator 25 und dem zweiten Stator 26 induziert ist, gleich. Da der Strom einer Vektordifferenz aufgrund der Differenz der rotierenden Magnetfelder, die durch die zwei Statoren 25 und 26 erzeugt werden, in den Widerstandselementen r fließt, die mit den leitenden Elementen 27 verbunden sind, zeigen, wenn die leitenden Rotorelemente 7 nur aus der ersten Gruppe von leitenden Elementen 7A..... bestehen, die durch die Widerstandselemente r kurzgeschlossen sind, die Geschwindigkeits-Drehmomentcharakteristiken des Motors, daß das Drehmoment auf der Seite eines hohen Schlupfbereiches größer ist, bei dem die Geschwindigkeit niedrig ist, und hinsichtlich der geschwindigkeitssteuerbaren Bereiche breit werden, wie es in den Diagrammen der Figur 11 zu sehen ist. Als Bezug zeigt Figur 12 ein Beispiel, bei dem alle leitenden Elemente 7 des Rotors 2 aus Materialien von vergleichsweise hohem Widerstand hergestellt sind, jedoch nicht durch die Widerstandselemente r kurzgeschlossen sind. Es ist aus Figur 12 leicht zu sehen, daß das maximale Drehmoment stark abfällt, wenn die Phasendifferenz Θ zunimmt, daß die Geschwindigkeitssteuerung schwierig ist und daß der Bereich, in dem die Geschwindigkeit gesteuert werden könnte, eng ist.
Als nächstes nimmt man an, daß alle leitenden Rotorelemente 7 aus Materialien von höherem Widerstand hergestellt sind und nur aus der ersten Gruppe von leitenden Elementen 7A..... bestehen, die durch die Widerstandselemente r kurzgeschlossen sind, und um einen Winkel α an dem Luftspaltabschnitt oder dem nicht-magnetischen Kernabschnitt 6 abgeschrägt sind, und die dann erhaltenen Geschwindigkeits-Drehmomentcharakteristiken werden nachstehend erläutert. Selbst wenn das Maß der relativen Drehung zwischen dein ersten und dem zweiten Stator 25 und 26 Null ist und keine Phasendifferenz (Θ = 0 Grad) zwischen den zwei rotierenden Magnetfeldern vorliegt, die durch die jeweiligen Statoren 25 und 26 erzeugt werden, bestehen im wesentlichen rotierende Magnetfelder von unterschiedlichen Phasen aufgrund eines abgeschrägten Winkels α an den leitenden Rotorelementabschnitten, die den jeweiligen Statoren 25 und 26 entsprechen, und induzierte Spannungen von unterschiedlichen Phasen werden an jedem der unterschiedlichen leitenden Elementabschnitte erzeugt, wodurch verursacht wird, daß der Vektordifferenzstrom aufgrund der obigen Phasendifferenz durch die Widerstandselemente r fließt, die mit den leitenden Elementen verbunden sind. Wenn die Zahl der Pole des Motors 4 ist, entspricht der Schrägwinkel α, welches ein mechanisch vorgesehener Winkel ist, 2 α, wenn er in eine elektrische Phasenwinkeldifferenz Θ zwischen den zwei rotierenden Magnetfeldern konvertiert wird. Selbst wenn demgemäß der Schrägwinkel α 15 Grad (α = 15 Grad) ist und der relative Rotationsbetrag zwischen dem ersten und dem zweiten Stator 25 und 26 Null ist (Θ = 0 Grad), werden die Spannungen von unterschiedlichen Phasen entsprechend der Phasendifferenz Θ = 30 Grad in den leitenden Rotorelementen 7 induziert, so daß der hierdurch verursachte Vektordifferenzstrom durch die Widerstandselemente r fließt. D.h., die Kurve der Geschwindigkeits-Drehmomentcharakteristik bei der Phasendifferenz Θ = 0 Grad ist im wesentlichen gleich der Kurve bei Θ = 30 Grad in Figur 11. Wenn als nächstes der Grad der relativen Drehung zwischen dem ersten und dem zweiten Stator 25 und 26, d.h. die Phasendifferenz Θ progressiv zunimmt, bis der Phasenwinkel Θ = 30 Grad wird, was dem zweifachen Schrägwinkel (α = 15 Grad) entspricht, nimmt die wesentliche Phasendifferenz zwischen den leitenden Rotorelementen 7 und dem ersten und dem zweiten Stator 25 und 26 graduell eventuell bis auf Null ab, so daß durch die Widerstandselemente r nicht länger ein Vektordifferenzstrom fließt. D.h., die Kurve der Geschwindigkeits-Drehmomentcharakteristik, wenn die Phasendifferenz 30 Grad (Θ = 30 Grad) wird, ist im wesentlichen gleich der Kurve mit der Geschwindigkeits-Drehmomentcharakteristik, die bei Θ = 0 Grad in Figur 11 dargestellt ist. Wenn das Maß der Rotation zwischen dem ersten und dem zweiten Stator 25 und 26, d.h. die zwischen den rotierenden Magnetfeldern vorliegende Phasendifferenz Θ über Θ = 30 Grad erhöht wird, verändert sich die wesentliche Phasendifferenz zwischen den leitenden Rotorelemtenten 7 und dem ersten und dem zweiten Stator 25 und 26 dahingehend, daß sie von Null Grad zunimmt, und die Kurven der Geschwindigkeits-Drehmomentcharakteristik sind an verschiedenen Punkten im wesentlichen gleich den Kurven der Geschwindigkeits-Drehmomentcharakteristik bei Θ = 30 Grad, 60 Grad, 90 Grad..., wie es in Figur 11 gezeigt ist. Wenn daher alle leitenden Rotorelemente 7 des Rotors 2 aus Materialien von höherem Widerstand hergestellt sind und nur aus der ersten Gruppe von leitenden Elementen 7A... bestehen, die kurzgeschlossen und weiterhin um einen Winkel α an dem Luftspalt oder dem nicht-magnetischen Kernabschnitt 6 abgeschrägt sind, sind die erhaltenen Geschwindigkeits- Drehmomentcharakteristiken, wie sie in Figur 13 gezeigt sind. Diese Charakteristiken sind, wie bei den Diagrammen in Figur 11, derart, daß der geschwindigkeitssteuerbare Bereich in dem Bereich hohen Schlupfes, bei dem die Rotationsgeschwindigkeit niedrig ist, breit ist und es möglich ist, ein größeres Drehmoment zu erhalten.
Wenn im Gegensatz hierzu alle leitenden Rotorelemente 7 des Rotors 2 nur aus der zweiten Gruppe von leitenden Elementen 7B... bestehen, die aus Materialien von geringerem Widerstand hergestellt sind, ergeben sich die Geschwindigkeits- Drehmomentcharakteristiken des Motors wie nachstehend erläutert. Bei einer Anordnung sind die leitenden Rotorelemente 7 kurzgeschlossen und bei einer anderen sind sie es nicht. In jedem Fall, wenn das Maß der relativen Drehung zwischen dem ersten und dem zweiten Stator 25 und 26 Null ist und die Phasendifferenz Θ zwischen den rotierenden Magnetfeldern, erzeugt durch die jeweiligen Statoren 25 und 26, Null ist (Θ = 0 Grad), wird das Drehmoment maximal. Das maximale Drehmoment tritt auf, wenn der Schlupf S S=R/ωL ist, wobei der Widerstand und die Induktivität der leitenden Elemente 7 R und L sind und die Winkelfrequenz der Netzversorgung ω ist. Wenn jedoch die leitenden Elemente 7 nicht durch die Widerstandselemente r kurzgeschlossen sind, verursacht ein Anstieg der Phasendifferenz Θ zwischen den durch die zwei Statoren 25 und 26 erzeugten rotierenden Magnetfeldern, daß der Strom, der umgekehrt proportional zu einer derartigen Phasendifferenz ist, durch die leitenden Elemente 7 fließt, so daß das Antriebsdrehmoment schnell abnimmt, wenn die Phasendifferenz Θ zunimmt. In diesem Fall, da die leitenden Elemente 7 aus Materialien von vergleichsweise geringem Widerstand sind, ist der Schlupf bei der Nennlast kleiner als jener, wenn die leitenden Elemente 7 jene aus der ersten Gruppe von leitenden Elementen 7A sind, die aus Materialien von höherem Widerstand bestehen, und somit sind die Geschwindigkeits-Drehmomentcharakteristiken des Motors wie jene, die in Figur 14 gezeigt sind, woraus zu ersehen ist, daß das effektive Drehmoment bei einem niedrigen Geschwindigkeitsbereich erzeugt wird, wo der Schlupfwert hoch ist. Wenn andererseits, wie oben erläutert, die leitenden Elemente 7 durch die Widerstandselemente r kurzgeschlossen sind, fließt der Vektordifferenzstrom, der einer Differenz in dem Maß der Drehung des ersten und des zweiten Stators 25 und 26 entspricht, d.h. der Phasendifferenz Θ zwischen den rotierenden Magnetfeldern entspricht, die durch die zwei Statoren 25 und 26 erzeugt sind, durch die Widerstandselemente r, so daß, obwohl der Maximalwert des Drehmomentes leicht abnimmt, wenn die Phasendifferenz Θ zunimmt, daß effektive bzw. wirksame Drehmoment in einem weiten Bereich von einem Hochgeschwindigkeitsbereich zu einem gewissen Niedriggeschwindigkeitsbereich erzeugt wird, wie es aus den Diagrammen in Figur 15 zu sehen ist.
Der Rotor 2 des Induktionsmotors der vorliegenden Erfindung umfaßt, wie vorstehend erläutert, die leitenden Rotorelemente 7, die die erste Gruppe von leitenden Elementen 7A.., die ein effektives Drehmoment in dem Hochschlupfbereich (niedriger Geschwindigkeitsbereich) erzeugen, und die zweite Gruppe von leitenden Elementen 7B... aufweisen, die ein wirksames Drehmoment in dem Niedrigschlupfbereich (Hochgeschwindigkeitsbereich) erzeugen. Die Charakteristiken des Motors repräsentieren (wie es in den Diagrammen in Figur 7 als die Gesamtwirkungen, die bei jeder Phasendifferenz erhalten werden) die Kombination der Charakteristiken wie sie in Figur 11 gezeigt sind, die aus dem effektiven Arbeiten der ersten Gruppe von leitenden Elementen 7A... erhalten werden, und der Charakteristiken, wie sie in Figur 14 gezeigt sind, die aus dem effektiven Arbeiten der zweiten Gruppe von leitenden Elementen 7B... erhalten werden, oder repräsentiert (wie gezeigt in den Diagrammen in Figur 8 als die Gesamtwirkungen, die bei jeder Phasendifferenz erhalten werden) die Kombination der Charakteristiken, wie sie in Figur 11 gezeigt sind, und der Charakteristiken, wie sie in Figur 15 gezeigt sind, die erhalten werden aus dem effektiven Arbeiten der zweiten Gruppe von leitenden Elementen 7B.... Wenn die Anordnung weiterhin derart ist, daß die erste Gruppe von leitenden Elementen 7A zwischen den Rotorkernen 4 und 5 abgeschrägt ist, repräsentieren die Charakteristiken (wie gezeigt in den Diagrammen in Figur 9 als die Gesamtwirkungen, die bei jeder Phasendifferenz erhalten werden) die Kombination der Charakteristiken, wie sie in Figur 13 gezeigt sind, die erhalten werden aus dem effektiven Arbeiten der ersten Gruppe von leitenden Elementen 7A..., und der Charakteristiken, wie sie in Figur 14 gezeigt sind, die erhalten werden aus dem wirksamen Funktionieren der zweiten Gruppe von leitenden Elementen 7B..., oder repräsentieren (wie gezeigt in den Diagrammen in Figur 10 für Gesamtwirkungen, die bei jeder Phasendifferenz erhalten werden) die Kombination der Charakteristiken, wie sie in Figur 13 gezeigt sind, und der Charakteristiken, wie sie in Figur 15 gezeigt sind, die erhalten werden aus dem wirksamen Arbeiten der zweiten Gruppe von leitenden Elementen 7B... Wie es durch gestrichelte Linien in den Figuren 7 und 8 und ebenso in den Figuren 9 und 10 gezeigt ist, ist es nicht nur möglich, ein konstantes und stabiles Drehmoment in einem weiten Bereich von dem Niedriggeschwindigkeitsbereich zu dem Hochgeschwindigkeitsbereich bei demselben Stromwert zu erhalten sondern auch ein höheres Drehmoment nicht nur beim Starten des Motors sondern auch über einen weiten Bereich von dem Niedriggeschwindigkeitsbereich zu dem Hochgeschwindigkeitsbereich, und zwar durch Steuern des relativen Maßes der Rotation zwischen dem ersten und dem zweiten Stator 25 und 26, d.h. der Phasendifferenz, die zwischen den rotierenden Magnetfeldern erzeugt wird, die durch die jeweiligen Statoren generiert werden.
Als nächstes wird eine Erläuterung unter Bezugnahme auf Figur 6 (b) vorgenommen, wobei die Statorwicklungen 23 und 24 parallel an den Netzversorgungsleitungen angeschlossen sind. In diesem Fall arbeiten die erste Gruppe von leitenden Elementen 7A... und die zweite Gruppe von leitenden Elementen 7B... wirksam in unterschiedlichen Geschwindigkeitsbereichen, d.h., generell ist die erste Gruppe 7A... in dem Hochschlupfbereich wirksam und die zweite Gruppe 7B... ist in dem Niedrigschlupfbereich wirksam. Die kombinierten Kurven mit den Geschwindigkeits-Drehmomentcharakteristiken, die so in dem Fall erhalten sind, bei dem die leitenden Rotorelemente 7 nicht an dem Luftraumabschnitt oder dem nicht-magnetischen Kernabschnitt 6 abgeschrägt sind, sind in den Figuren 16 oder 17 gezeigt, und jene, bei denen die leitenden Elemente 7 abgeschrägt sind, sind in den Figuren 18 oder 19 gezeigt.
Wenn alle leitenden Rotorelemente 7 des Rotors 2 nur aus der ersten Gruppe von leitenden Elementen 7A... bestehen, die aus Materialien von höherem Widerstandswert hergestellt sind und durch die Widerstandselemente r kurzgeschlossen sind, jedoch an dem nicht-magnetischen Kernabschnitt 6 nicht abgeschrägt sind, werden die Kurven mit der Geschwindigkeits-Drehmomentcharakteristik des Motors sein, wie es in Diagrammen in Figur 20 dargestellt ist, woraus zu entnehmen ist, daß in dem Hochschlupfbereich, bei dem die Rotationsgeschwindigkeit niedrig ist, ein größeres Drehmoment erzeugt wird. Wenn im Gegensatz hierzu alle leitenden Rotorelemente 7 des Rotors 2 nur aus der zweiten Gruppe von leitenden Elementen 7B... bestehen und an dem nicht-magnetischen Kernabschnitt 6 nicht abgeschrägt sind, werden die Kurven mit der Geschwindigkeits-Drehmomentcharakteristik sein, wie es in Figur 21 gezeigt ist, wenn die Widerstandselemente r vorliegen, und, wie es in Figur 22 gezeigt ist, wenn die Widerstandselemente r nicht vorliegen. Jeder Satz der Kurven mit der Geschwindigkeits-Drehmomentcharakteristik zeigt, daß, obwohl der geschwindigkeitssteuerbare Bereich eng ist, das wirksame Drehmoment in dem Niedrigschlupfbereich erzeugt wird. Alle Kurven mit der Geschwindigkeits-Drehmomentcharakteristik, die in den Figuren 20, 21 und 22 dargestellt sind, zeigen, daß, obwohl sie einzeln genommen nicht als zufriedenstellend hinsichtlich der Produktion von Drehmoment oder des Geschwindigkeitsvariationsbereiches betrachtet werden können, es möglich sein wird, die verbesserten Geschwindigkeitsdrehmomentcharakteristiken sowohl in dem Drehmomentausgang als auch dem variablen Geschwindigkeitsbereich zu erhalten, wie es in den Figuren 16 und 17 gezeigt ist, wenn die Kurven mit der Geschwindigkeits-Drehmomentcharakteristik der Figur 20, die in einem hohen Drehmoment in dem Hochschlupfbereich liegen, mit den Kurven der Geschwindigkeits-Drehmomentcharakteristik der Figuren 21 oder 22 kombiniert werden, die in einem wirksamen und hohen Drehmoment in dem Niedrigschlupfbereich liegen. Die Figuren 18 und 19 betreffen den Motor, welcher ausgelegt ist, die charakteristischen Kurven der Figuren 16 und 17 zu erzeugen, und zeigen die Geschwindigkeits-Drehmomentcharakteristiken, die erhalten werden, wenn entweder die erste Gruppe von leitenden Elementen 7A... oder die zweite Gruppe von leitenden Elementen 7B... bezüglich der anderen Gruppe von leitenden Elementen abgeschrägt ist.
Mit den Kurven der Geschwindigkeits-Drehmomentcharakteristik, die erhalten werden, wenn die Statorwicklungen parallel mit den Netzversorgungsleitungen verbunden sind, anders als in dem Fall einer seriellen Verbindung, wie es zuvor erläutert ist, ist es schwierig, eine Geschwindigkeitsvariation in einem weiten Bereich zu erzielen, wenn die Last hoch ist. Eine solche Anordnung kann jedoch eine Geschwindigkeit in einem weiten Bereich variieren, wenn die Last derart ist, daß sie geringer wird, wenn die Rotationsgeschwindigkeit zunimmt (abnehmende Lasteigenschaften).
In dem obigen Beispiel ist eine Spannungsphasenschiebeeinrichtung 50, welches eine mechanische Einrichtung ist zum Bewirken einer relativen Rotation zwischen dem ersten und dem zweiten Stator 25 und 26, dargestellt und erläutert worden als eine Einrichtung, die Spannungen von unterschiedlichen Phasen für jeweilige Abschnitte der leitenden Rotorelemente induziert, die von dem ersten und dem zweiten Stator 25 und 26 umgeben sind. Diese Spannungsphasenschiebeeinrichtung kann jedoch gut durch eine elektrisch ausgelegte Einrichtung ersetzt werden, wobei stufenweise Phasendifferenzen zwischen den zwei Statoren durch das Schalten der Verbindungen von Statorwicklungen bezüglich der Netzversorgung vorgesehen werden können, durch eine Einrichtung, bei der schrittweise Phasendifferenzen vorgesehen werden können durch Schalten der Statorwicklungen zwischen der Dreickverbindung und der Sternverbindung, oder durch eine Einrichtung, bei der ein Phasenschiebegerät vom Induktionstyp zwischen den Wicklungen des ersten und des zweiten Stators angeordnet wird und Phasendifferenzen kontinuierlich erzeugt werden. Weiterhin kann in Abhängigkeit von der Last oder von den betroffenen Geschwindigkeitsvariationsbedingungen die Verwendung des Motors, etc., der mechanischen Einrichtung, wie dargestellt, in Kombination mit der elektrischen Einrichtung für die Phasenverschiebung verwendet werden.
Der Induktionsmotor der vorliegenden Erfindung kann als ein Induktionsgenerator oder eine Bremseinrichtung ohne die Notwendigkeit verwendet werden, dessen grundlegende Konstruktion zu verändern. Wenn als ein Induktionsgenerator verwendet, kann die Rotorwelle direkt mit der Welle einer Kraftmaschine wie einer Turbine verbunden werden und Elektrizität kann erzeugt werden, indem die Phasendifferenz geeignet durch das Phasenschieben reguliert wird, in welchem Fall auf ein teures Geschwindigkeitseinstellgerät oder Abstimmungs- bzw. Pitch-Veränderungsgerät verzichtet werden kann und es noch möglich ist, daß Elektrizität stabil erzeugt wird. Wenn als Kraftmaschine ein Verbrennungsmotor angeschlossen wird und die Phasendifferenz durch die Phasenschiebeeinrichtung reguliert wird, ist es möglich, Elektrizität gemäß der Rotationsanzahl zu erzeugen, bei der der Energieverbrauch auf einem Minimum liegt. Wenn die Energiequelle Wind oder Wasser ist, ist die Kraftmaschine schwach und unstabil, es ist jedoch möglich, Elektrizität bei einer Rotationsgeschwindigkeit zu erzeugen, bei der der maximale Ausgang herausgezogen werden kann.
Wenn der Induktionsmotor der vorliegenden Erfindung als eine Bremseinrichtung verwendet wird, kann die Rotationswelle mit einer anderen Rotationswelle verbunden werden und ein Phasenwechselschalter kann vorgesehen werden zum Wechseln der zwei Phasen der Statorwick1ungen auf der Eingangsseite. Durch Betätigung des Phasenwechselschalters und der Phasenschiebeeinrichtung kann eine Bremswirkung auf die Rotationswelle wirksam und effizient durchgeführt werden.

Claims

1. Steuerbarer Induktionsmotor mit veränderbarer Geschwindigkeit mit:

einem in einem Stück ausgebildeten, einzelnen Rotor (2), der eine Vielzahl von Rotorkernen (4, 5) hat, die axial auf einer gemeinsamen Achse (3) montiert sind, wobei ein Luftspalt oder ein nichtmagnetischer Kernabschnitt (6) zwischen den Rotorkernen (4, 5) vorgesehen ist, und der auf den Rotorkernen eine Vielzahl von leitenden Rotorelementen (7); eine Vielzahl von Statoren (25, 26), die Seite an Seite angeordent sind und die jeweiligen Rotorkerne (4, 5) umgeben und diesen gegenüberstehen; und eine Phasenschiebeeinrichtung (31, 32, 33, 34, 35, 40A, 40B) aufweist, die zum Erzeugen von Phasendifferenzen zwischen der Spannung, die auf Abschnitten der leitenden Rotorelemente (7) induziert wird, die einem der Vielzahl von Statoren (25, 26) gegenüberstehen, und der Spannung dient, die auf entsprechenden Abschnitten der leitenden Rotorelemente (7) induziert wird, die einem anderen der Statoren (25, 26) gegenüberstehen, wobei die Rotationsgeschwindigkeit des Motors durch Steuern der Phasenschiebeeinrichtung variiert wird,

dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl von leitenden Rotorelementen in der Form einer Vielzahl von Sätzen vorliegen, wobei die Sätze eine erste Gruppe von leitenden Elementen (7A), die speziell für einen niedrigen Geschwindigkeitsbereich wirksam sind, und eine zweite Gruppe von leitenden Elementen (7B) aufweisen, die speziell für einen hohen Geschwindigkeitsbereich wirksam sind, wobei zumindest die erste Gruppe von leitenden Elementen (7A) an dem Luftspalt oder dein nichtmagnetischen Kernabschnitt (6) durch Widerstandselemente (r) kurzgeschlossen ist und jeder Satz der leitenden Rotorelemente (7A, 7B) jeweils linear angeschlossen ist.

2. Steuerbarer Induktionsmotor mit variabler Geschwindigkeit gemäß Anspruch 1, wobei die erste Gruppe von leitenden Elementen (7A) und die zweite Gruppe von leitenden Elementen (7B) jeweils auf den Umkreisen angeordnet sind, deren Durchmesser unterschiedlich voneinander sind.

3. Steuerbarer Induktionsmotor mit variabler Geschwindigkeit gemäß Anspruch 1, wobei die erste Gruppe von leitenden Elementen (7A) einen höheren Widerstand hat und die zweite Gruppe von leitenden Elementen (7B) einen geringeren Widerstand hat.

4. Steuerbarer Induktionsmotor mit variabler Geschwindigkeit, mit:

einem in einem Stück ausgebildeten, einzelnen Rotor (2), der eine Vielzahl von Rotorkernen (4, 5) hat, die axial auf einer gemeinsamen Achse (3) inontiert sind, wobei ein Luftspalt oder ein nichtmagnetischer Kernabschnitt (6) zwischen den Rotorkernen (4, 5) vorgesehen ist, und der auf den Rotorkernen eine Vielzahl von leitenden Rotorelementen (7) ; eine Vielzahl von Statoren (25, 26), die Seite an Seite angeordnet sind und die jeweiligen Rotorkerne (4, 5) umgeben und diesen gegenüberstehen; und eine Phasenschiebeeinrichtung (31, 32, 33, 34, 35, 40A, 40B) hat, die zum Erzeugen von Phasendifferenzen zwischen der Spannung, die auf Abschnitten der leitenden Rotorelemente (7) induziert wird, die einem der Vielzahl von Statoren (25, 26) gegenüberstehen, und der Spannung dient, die auf den entsprechenden Abschnitten der leitenden Rotorelemente (7) induziert wird, die einem anderen der Statoren (25, 26) gegenüberstehen, wobei die Rotationsgeschwindigkeit des Motors durch Steuern der Phasenschiebeeinrichtung variiert wird,

dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl von leitenden Rotorelementen in der Form einer Vielzahl von Sätzen vorliegen, wobei die Sätze eine erste Gruppe von leitenden Elementen (7A), die speziell für einen niedrigen Geschwindigkeitsbereich wirksam sind, und eine zweite Gruppe von leitenden Elementen (7B), die speziell für einen niedrigen Geschwindigkeitsbereich wirksam sind, und eine zweite Gruppe von leitenden Elementen (7B) aufweisen, die speziell für einen hohen Geschwindigkeitsbereich wirksam sind, wobei zumindest irgendeines der ersten Gruppe von leitenden Elementen (7A) und der zweiten Gruppe von leitenden Elementen (7B) mit einem Winkel abgeschrägt ist, der unterschiedlich ist von jenem der anderen der ersten und zweiten Gruppe von leitenden Elementen (7A, 7B), und zwar bei dem Luftspalt oder dem nichtmagnetischen Kernabschnitt (6).

5. Steuerbarer Induktionsmotor mit variabler Geschwindigkeit nach Anspruch 4, wobei die erste Gruppe von leitenden Elementen (7A) und die zweite Gruppe von leitenden Elementen (7B) jeweils auf Umkreisen vorgesehen sind, deren Durchmesser unterschiedlich voneinander sind.

6. Steuerbarer Induktionsmotor mit variabler Geschwindigkeit nach Anspruch 4, wobei die erste Gruppe von leitenden Elementen (7A) einen höheren Widerstand hat und die zweite Gruppe von leitenden Elementen (7B) einen niedrigeren Widerstand hat.

7. Steuerbarer Induktionsmotor mit variabler Geschwindigkeit nach Anspruch 4, wobei zumindest die erste Gruppe von leitenden Elementen (7A) durch Widerstandselemente (r) an dem Luftspalt oder dem nichtmagnetischen Kernabschnitt (6) kurzgeschlossen ist.