DE1613671A1 - Einphasen-Induktionsmotor - Google Patents
Einphasen-InduktionsmotorInfo
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- DE1613671A1 DE1613671A1 DE1967G0049529 DEG0049529A DE1613671A1 DE 1613671 A1 DE1613671 A1 DE 1613671A1 DE 1967G0049529 DE1967G0049529 DE 1967G0049529 DE G0049529 A DEG0049529 A DE G0049529A DE 1613671 A1 DE1613671 A1 DE 1613671A1
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K17/00—Asynchronous induction motors; Asynchronous induction generators
- H02K17/02—Asynchronous induction motors
- H02K17/04—Asynchronous induction motors for single phase current
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- Power Engineering (AREA)
- Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
Description
■Anmelder: General Electric Company, Schenectady» Hew Toric, 1*Y. USA
Einphas en-Indiikt i onsmot or
Die Erfindung betrifft einen Einphasen-Induktionsmotor,
insbesondere einen Stator für einen derartigen Motor, der einen
■befriedigenden Anlauf- und Dauerbetrieb für viele Zwecke .ohne"
Verwendung einer Hilfswicklung:ermöglicht. .
Ein weitverbreiteter Einphasen-lnduktionsiiiotor ist derphasengeteilte
Motor mit einem lamellierten Statqrker», der
zwei getrennte und unterscliiedliehe Statorwicklungen mit .ver-scliiedener
Impedanz trägt, und zwar eine Haupt- und eine Hilfswicklung,
die sogenannt verteilt gewickelt sind und deren
Phasen gewöhnlich, um 90 ° elektrisch getrennt sowie gewöhnlich
parallel an ein ¥echselstromnetz zum Anlaufen angeschlossen
sind. Diese Wicklungen sind normalerweise in Spulengruppen mit
mindestens zwei Spulen von vorbestimmten Windungen gewickelt,
die symmetrisch um eine zentrale Spulengruppenachse angeordnet sind, um Magnetpole auszubilden und ein ungefähr sinusförmiges
S"GruDiwindungsmu.ster zu ergeben, damit ein, optimaler Betrieb
für einen Motor gegebener G-röße erreient wird. Derartige Motoren
sind uhtfir- änd^efpim^^eswegen no stark verbreitet, weil sie eimen
' . BAD ORIGINAL·
einfachen und zuverlässigen aber dennoch ungewöhnlich robusten
und wirtschaftlichen Aufbau haben."".Eine v/eitere Vereinfachung
und Erhöhung .der Wirtschaftlichkeit könnte erreicht werden,
wenn keine Hilfswicklung benötigt wurde, sofern der iiinphasen-Ilotor
ein gleiches Anlauf- und Dauerbe tr it bsverhalten
zeigen wttrcfe, Es wäre besonders vrUnochenswerυ, wenn
eine derartige Vereinfachung und Erhöhung der 'Jirtschaftlichkeit
ohne größere Änderungen der zu ihrer Massenfertigung verwendeten
Einrichtungen, das heißt der LanellerÄtarizrriascLir.fir.
und der •tiauptwicklungsaaschinen, vorgenommen v/erden könnten.
Es ist ferner wünschenswert, daß die H-auptwicKlurxf" ungefähr
ein sinusförmiges iitromwiridungsnuster beibehält.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, du.- durch
Ausbildung verschiedener Qufer- und Längsachsen-^tatora-nellen ■
mit minimaler bzw. naxinaler Permeanz an vorbestimmten elektrischen
Winke !lagen bezüglich den zentralen Opulengruppert-'
achsen ein bestimmter Phaseiiversciiiebun^swinkOa. z\<r±schei\ den
Plui3koiaponenten bewirkt T«vird, um ein AnI in fen des --otoro ohne
die Hilfswicklung durchführen zu können. G-lc-ichz .iti(r ist refunden
worden, wie die Quer- und Längsachsensteilen vorbeatinnt
oder vorausgesagt und ein entsprechender Anlauf- und Dauerbetrieb
mit einem Betriebswirkungsgraä von nei.r als 40 <p erreicht
werden können.
G-enäß der Erfindung wird ein "Stator für einen Jirii)har;-?ri-Induktionsmötor
angegeben, bei den der ütatorkern, der z.3.
aus übereinandergeschichteten, aus einen magnetisierbarer*
Werkstoff besteilenden ^sfxiell^n besteht, mehrere ^ahnabschnitte
hat,, die an einem Ende an einen Joc;iabschnitt -bofey tigt oind,
um mehrere spulenaHTiiehnsnde Ifuten zu ergeben. >iS .auiere
1 0ÖII17/1073 '
I b I J-O / 1
Ende der einzelnen Zahnabschnitte hat Endteile, die zusammen
eine Bohrung zur AufaiaLme eines drehbaren Glieds bilden. Mindestens
zwei Spuleiigruppen sind in den Hüten angeordnet, wobei
die Spulen symmetrisch um eine S^ulengruppenachse liegen,
um eine entsprechende Anzahl von Magnetpolen zu bilden· Der ' ,
statorjochabschnitt hat an jedem Pol eine magnetische Verengungseinrichtung
wie einen länglichen. Kanal oder eine Ifut, die sich quer zum Jochabschnitt zusammen mit exner
S£;ulenaufnehmenden Hut erstrecken, die um einen vorbestimmten
elektrischen Winkel O von jeder Spulengruppenach.se in der Drehrichtung
des drehbaren Glieds getrennt ist. Dadurch wird eine Querachse mit minimaler Periaeanz im Abstand von 90 ° elektrisch
von der Einrichtung erzeugt, wobei die Längsachse und die ·, ■
Maximale Permeanz in der Langsaciise Und die maximale Permöanz
im Bereich der Verengungseinrichtung sind·. Das führt zu,einer ' Reluktanz ir;i magnetischen Pfad des Querachsenflussea und zu
einer PhaseuverSchiebung der Plußkomponenteii während des Anlaufs,.
F.-.r einen befriedigenden Ausgleich von Anlauf- und
■Dauerbetrieb sollte der Winkel 0 zwischen 20 und 70 ° von der Spuiejigrup^enac-'-se und das Verhältnis der Querachsen-Hagneti—
sierungsreaktanz zu der liängsachsen-Magneuisierungsreaktanz
0,25 bis eins cül ie Glich ü, ^O betragen.-'.'lesif.iS
einen v^eiteren 1-lerjnaal der Erfindung befinaet sich
ns ein ausgewählter Salinabscliniiti-Endteil in Dreh-Tig
er;tgeo-er.u-3-jetzt zu der Dre: .richtung des drehbaren.
Glieds in der "-^h.!= der Querachse in einem größeren Abstand
von der DrehHC^be uls die3eilige.. EiÄeile, die in der Sähe
-der aüsgewälil-te.. s_.ulenaufnel'Mi^'indeii Ivuren liegen. Durch· diesen
wird isi veseiitlichen eine ca.:nie Tische Verengung und
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Reluktanz an der Bohrung für den Längsaehsenfluß erzeugt.
Durch die Erfindung wird vorteilhafterweise unter
anderem ein befriedigendes Weglassen der Hilfswicklung
in dem für einen Einphasen-Induktionsaiotor verwendeten Stator *
ohne größere Änderungen der Statorfertigungsausrüstung und -technologie erreicht. Eine weitere. Vereinfachung und Erhöhung·
der Wirtschaftlichkeit kann bei der Herstellung derartiger Motoren erreicht werden und eine unterschiedlich ausgebildete
Quer- und Längsachse und eine übliche Hauptwioklung mit der .
wünschenswerten verteilt gewickelten Wicklung kann weiter verwendet
werden.
Die Erfindung soll anhand der Zeichnung näher erläutert
werden. Es zeigen:
- Fig. 1 eine Endansicht des Stators und des Eotors, teilweise
auseinandergenommen und teilweise schematisch» um ein
Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung in einem zweipoligen Einphasen-Induktionsmotor zu zeigen;
Fig. 2 eine vergrößerte Teilansicht eines Teils einer im Stator von Fig. 1 zu sehenden Statorlamelle j
Fig. 3 eine Teilaufsicht auf einen Teil des in Fig. 1 abgebildeten Statorkerns;
Fig. 4 eine charakteristische Drehzahl-Drehmoment-Kurve für Elektromotoren, die ein Ausführungsbeispiel gemäß der
Erfindung sind;
• Fig. 5 ein Schaltbild, woraus ersichtlich ist, wie die
Querachsen- und die Längsachsen-Magnetisierungsreaktanz für den Elektromotor von Fig. 1 grenessen werden können;
Fig. 6 schenatisch einen vierpoligen Einphasen-Induktionsnotor
mit einer Abwandlung des Ausführun/rsbeispiels der
Tig. 1 und 2, ... 008β1ί/1073 BAD
Jig. 7 eine Endansicht, teilweise schema-t?ischt eines
- anderen AusftUirungsbeispiels gemäß der Erfindung} und
Fig. 8 eine Endansicht, teilweise schematisch» eines
weite-ren Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung.
Bei dem in den Pig. 1, 2 und 3 abgebildeten Ausführungsbeispiel handelt es sich zur Erläuterung um einen'
zweipoligen Einphasen-Induktionsmotor. Aus Fig. i ist ersiohtlich,
daß ein Stator 10 des Motors einen- lameliierten £ern hat, der aus übereinandergesohichteten lamellen aus
magnetisierbarer!! Eisen, Elektrostahl oder dergleichen besteht, die geeignet aneinander befestigt gind» z.B. durch
übliche Keil-Nut-Verbindungen U. Der Kern h$-fc einen fflagne-tisierbaren
Jochabschnitt 12 und mehrere.nach innen vorspringende,
winkelig gegeneinander versetzte Zahnabsohnitte
13, die einstückig an einem Ende mit dem Joehabsqhnitt verbunden sind und aufgeweitete Endteile 14 am anderen Ende haben,
um eine den Rotor aufnehmende Bohrung- 16 au bilden.
Die Abschnitte 12 und 13 bilden zusammen mehrere' äpuleri-*
aufnehmende Nuten 17 (24 flind. abgebildet), die,Nuteneingänge
18 haben, die durch benachbarte Endteile zusammen mit der Bohrung 16 erzeugt werden.
Der Kern des in Fig. 1 abgebildeten Ausführungsbeispiels trägt eine verteilt gewickelte Hauptfeldwicklung':
mit zwei Spulengruppen 21 und 2,2, die in den Nuten .symmetrisch
um eine Spulengruppenachjse 23 bzw. 24 angeordnet! sind,
die gegeneinander um 180 elektrisch an entgegengesetzten Zahnabschnitten 13a und 13b versetzt sind. Es ist ersiehtlieh,
daß jede Spulengruppe, fünf konzentrisch-angeordnete
Spulen 25 - 29 hat, die aus geeigneten prahtwindungen gewickelt sind, um ungefähr das wünschenswerte' sinusförmige
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Stromwindungsmusttr zu ergeben. Die Spulen in jeder Gruppe
umspannen 3, 5» 7» 9 bzw. 11 Zahnabschnitte, um 2 Magnetpole mit momentan wechselnder Polarität zu ergeben. Anstelle
einer Hilfswicklung auf dem Kern mit 2 Magnetpolen, die
üblicherweise um 90 ° elektrisch von den Spulengruppenachsen
23. und 24 'getrennt sind und normalerweise mit der
Hauptwioklung für den Dauer- und/oder Anlaufbetrieb erregt werden, ist eine Anordnung vorhanden, die einen befriedigenden
Anlauf- und Dauerbetrieb ohne die Hilfswicklung gewährleistet.
Insbesondere ist (Pig. I) eine magnetische Verengung quer
zum'Jochäbsöhriitt für jeden Magnetpol an einem Vorbestimmten
elektrischen Winkel β gegen die zugehörige Spulengruppenach.se
gesehen in Drehrichtung (vgl. den Pfeil) um die Drehachse A für ein drehbares Glied 30, Diese Verengung gehört zu einer
ausgewählten^Kut in jedem Magnetpol, z.B. der Nut 17a, und
erzeugt eine besondere Querachse 31 mit minimaler Permeanz
oder maximaler ßeluktanz an einer davon um 90 ° elektrisch
getrennten Stelle, wobei die Verengung im magnetischen Pfad
des Querflusses auftritt, der durch den Jochabschnitt während des Betriebs des Motors verläuft. Die 90 ° elektrisch werden
von dem Mittelpunkt des Eingangs 18 in die Nut 17a gemessen.
Auf diese Weise verläuft in dem Ausführungsbeispiel die Querachse
zumindest theoretisch durch den Mittelpunkt des Eiiygangs
in die Nut 17b. Es ist ersichtlich., daß die Längsachse 36, vio die maximale Permeanz oder minimale Reluktanz
auftritt, ihrerseits um 90 ° elektrisch von der Querachse
(gemessen an der Bohrung) ge'trennt ist, und daß die Aciiae durch
die im Jochabsehnitt ausgebildete magnetische Verengung l-.uft.
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Die abgebildete Verengung, hat die Form einer länglichen,
im allgemeinen radialen und relativ engen Nut oder Kanals 32,
der auf der ganzen axialen Länge der übereinandergeschichteten Lamellen verläuft» Das-äußerste Ende 33 der Nut ist in
Verbindung mit dem Außenrand des Statorkerns, wie am besten
aus Fig. 3 ersichtlich ist, und das innerste Ende 34 endet "
in der Nähe des Mittelpunkts der ausgewählten Nut 17a. Diese
Nut kann zweckmäßigerweise in den Jochabschnitt während des
Lamellenstanzens oder nach der Befestigung der Lamellen aneinander geschnitten werden. Obwohl dieser Aufbau zu einer
Reluktanznut im Pfad des Querflusses führte beeinträchtigt-er
nicht den FIu»pfad für den Längsachsenfluß, so daß die Gefahr der Entstehung von Raumharraonischen für diesen Fluß
verringert wird. Um sehr gute magnetische Verengungen zu erhalten, sollte" die minimale Breite a der Nut; 52 (Fig. 2)
nicht kleiner als 0,025 cn (10 mil) und vorzugsweise 0,075 cm
(0,03 Soll); oder größer für Ilötoreu EtIt weniger als 1 PS und
mehreren PS Leistung seih, Außerden sollte, wenn tier Stator
■in einen i-iantei nonxiert ist, der einen in der Nahe des
lindes 33 der Kut 32 angeordneten: Seil hat, der ^sbntel aus
einen "unnairne tischen '.ferkstoff hergestellt sein, so daß
er nicht einen die -iut 32 umlaufenden magnetischen Pfad herstellt.
--.·..■ - V
In dem Ausfuhrirngsbeispiel der Fig. 1 und" 2 befindet
sich eine kleine 3ät*;itTbare Brücke 57 zwischen den Nutende
34 und der wicl<lu]igsaufr.ehnen3.ert Nut 32, z.B. mit einer
radialen -Tiefs von .ι, 13 cn (0,05 2ο1ΐί, ;siid das IiUt ende 34
is-t -u-geweitet, ara einen längeren uncagnetischen Pfad
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— ο —
quer dazu zu ergehen, so daß ein leil des Querflüsses
durch die magnetische Brücke 57 zur schnellen Sättigung
der Brücke gezwungen wird. Obwohl theoretisch die Nut
vollständig durch den Jochabsohnitt zwischen dem Außenrand
des Kerns und der ausgewählten Nut 17 a verlaufen sollte,
erlaubt die relativ enge Brücke 37 die Herstellung der einzelnen Lamellen in einem Stück und des lainellierten
Statorkerna als einer einzigen einstückigen Einheit, ohne
daß der Längsachsenflußpfad oder die Betriebseigenschaften
des Motors stärker beeinflußt werden. Da die länglichen
Nuten 32 quer zu einem größeren Teil des Jochabschnitts
verlaufen, wodurch die mechanische Festigkeit oder Starrheit
des kerns verringert wird, werden die Hüten 32 vorzugsweise
mit einem geeigneten unmagnetischen Bindemittel wie einem ausgehärteten oder getrockneten anhaftenden
Epoxydharz gefüllt, um dem Kern die gewünschte Festigkeit
zu verleihen* Dieses Bindemittel kann in ungehärteter Form leicht in die länglichen Hüten 32 gefüllt werden, nachdem
die Lamellen aufeinandergeschichtet ausgerichtet worden
sind, aber bevor geeignete Spulennutauskleidungen oder andere Spulenisolierungen und die Hauptwicklungsspulengruppen
in den spulenaufnehmenden Hüten des Kerns angeordnet worden sind.
. Es soll nun wieder auf die bevorzugte Lage der länglichen
Nuten 32 gegenüber den.Spulengruppenachsen 23 und 24 eingegangen werden. Wie oben erwähnt, wird der elektrische
Winkel θ'νοιι der gegebenen Spulengruppenach.se an
der Bohrung zu den Mittelpunkt des Eingangs 18 in die
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sjmlenauinehmende Nut 17a gemessen, die die ausgewählte
" Nutdes Magnetpols ist, der zum innersten Ende 34 der
' längl-ichen Nut 32 gehört» Durch Abänderung des Jochabs«3hnitts
in dieser Weise wird eine Phasenverschiebung zwigonen den beiden Flußkomponenten erzeugt, wobei das
maximale AnIaufdrehmoment auftritt, wenn der Winkel 9
etwa 4f ° elektrisch beträgt. Es wurde festgestellt,' daß
«das Anlauf drehmoment abfällt, wenn der Winkel von 45 °
abweicht, und dad ein praktisoh befriedigender Betrieb
für die meisten Verwendungszwecke erreicht wirdt .wenn
das Anlauf drehmoment im Vergleich zum-Dauerbetrieb Volllastwirkungsgrade
von gut über 40 j$ -be-trägi, wenn, der
Winkel -Θ etwa 20 - 70 ° für einen gegebenen Pol beträgt.
Wenn z.B. der 24-faoh genutete Kern des AusftihrungsWi-»
spiels betrachtet wird, sind die Hüten gleichmäßig voneinander
getrennt und haben Nuteneingangsmiijtelpunkte,
die um jeweils 15 ° elektrisch voneinander getrennt sind, '. wobei sich die Nuten 17a um 57,5 ° elektrisch von den zugehörigen
Spulengruppenaohsen 25 und' 24 entfernt befinden«
Selbst vrenn sich die Winkellage der Hut 32 in der-Nähe
der oberen Grenze dieses Bereichs befindet, zeigen die-gemäß
den fig. 1, 2 und 3 gebauten Motoren ungewöhnlich, gute
Drehmoment- und Laufeigenschaffeen.
Insbesondere wurden die Siatoren für derartige Motoren
mit einem Außendurchmesser quer zu einem Satz von. Nuten
von 13,70 cm (5,40 Zoll) und 15,25 cm« (6 Zoll) quer zum
anderen Satz gebaut. Der Bohrungs durchmess er betrug 8,9:45 om
(3,480 Zoll), während die Stapellänge etwa 2 cm (0,8 Zoll) betrug» Die Tiefe des Jochabschnitts schwankte von einem
~ 10 -
Minimum bei 1,52 era (0,60 Zoll) big zu einem Maximum bei
2*26 cm (Q>89. Zoll), Die längliche Nut 32 hatte die folgenden.
Abmessungen: 2,060 cm (0,812 Zoll) radiale Tiefe, und 0,075 cm (0,03 Zoll) Breite a. Jede Spulengruppe bestand
aus 4 Spulen 26 - 29 mit 24, 28, 34 tan*.- 38 Windungen,
wobei eih 0,0453-Aluminiumdraht einen Widerstand von 2,2XL hatte. Alle angegebenen Abmessungen und Meßwerte
sind Kennwerte, . '.
Das drehbare Glied 30 war ähnlich dem abgebildeten
und hatte 54gleichmäßig getrennte Wicklungsnuten 43,
die»0,63cm (0,25 Zoll) tief mit eingesetzten unmagnetischen
Leitern 44 gefüllt waren,. z.B. aus Aluminium, einer Käfigläufer-Sekundärwicklung.
Die Leiter, die um 15 ° schräg verliefen, waren einstückig an jedem Ende eines lameliierten
Rotorkerns clu^öft etneti Endring 46 mit relativ hohem Widerstand
befestigt. Die-folgenden Angaben sind Durchschnittswerte
für die getesteten Motoren: Vollverlust-Wirkungsgrad
von 45,8 bei 3 100 U/mln, und 284 W abgegebenes abgebremstes
Drehmoment über 0600 ρ · cm (11,1 Unzen · Fuß) bei
einer Drehzahl von etwa, 2 800 u/ijiin, wobei die gesamte
Drehzahl-Drehmoment-Charakteristik der Kurve 40 in Pig.4
ähnlich war.
Es ist bei der praktischen Erprobung festgestellt wor-
den, daß im allgemeinen, je niedriger das Verhältnis der
Querachsen-Magnetisierungsreaktanz "Xmq" zu der Längsachsen-r
Magnetisierungsreaktanz "Xmd" ist, um so größer das Anlaufdröhmoment'
ist, aber um so,schlechter der Dauerbetrieb ist
(das heißt, der Dauerwiri.üüt:.;3c-r;idkleiner ist). Um vorteilhafte
Ergebnisse durch die Erfindung durch herstellung eines
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befriedigenden Ausgleichs zwischen dem Anlauf— und dem
Dauerbetrieb für die meisten Zwecke zu erreichen, sollte "
das Verhältnis von "XmqV'Xmcl" °»25 bis einschließlich
0,70 betragen.
Fig. 5 zeigt schematisch eine Möglichkeit* wie die
Querachsen- und Längsachsen-Magnetisierungsreaktanz für
die Verwendung in dem oben erwähnten Verhältnis bestimmt
werden können» Als Beispiel soll der Statorkern von Pig* I
genommen werden» Vordem Einbau der Spulengruppen 21 und
wird eine verteilte Wicklung 41 symmetrisch entweder um die Querachse oder um die Längsachse angeordnet* was von der
festzustellenden Reaktanz abhängt» Die Wicklung 41 wird so
ausgewählt, daß sie eine ausgewählte Anzahl von effektiven Windungen pro Pol in einem ungefähr sinusförmigen Muster hat.
Eine verteilte Wicklung 42, die von einem gewickelten Läufer
getragen wird, wird mit der gleichen Anzahl effektiver Windungen pro Pol wie für die V7ieklung 41 versehen. Der
Läufer wird dann in die Bohrung des Stators so eingesetzt,
da:5 die Polgruppenmittelpunkte der Wicklungen 41 und 42
sich radial überdecken. Anschließend wird Wechselstrom
einer dieser WieKlingen zugeführt, wobei die andere Wicklung
unterbrochen ist, und die Größe des zugeführten Stroms I, (Fig. 5) für die eine Wicklung und die Spannung Y„ an der
anderen. WiCkIuIi4: werden gemessen. Die Magnetisierungsreaktanz
X«, für die gesessex.e-Xch.se ist gleich Spannung V„ dividiert
«nirch Strom I,.
?alls beispielsweise die Länr:sachsen-Kagnetisierungsreakt-ana
X^d fUr den Statorkern von Pi^. 1 bestimmt vmrden
seil, l:a^2x ei.: Spulen^ruppe mit 6 Iconiztintrisclien Spillen
syii^etriscf- uz: jeae--7-.it I?a so apge
009117/ton
BAD OHiGiNAL
; ordnet werden, daß die Spulen 2» 4.« 6» 8, 10-fcjew« 12 Zähne
umspannen. Ea soll weiter angenommen W6r4e»t Μι? die gewählte
Anzahl von effektiven Windungen pro BoI 100 toe*-
trägt, dann sollten die effektiven Windungent die duroh
die einzelnen Spulen dee Pols (von der Innen- fcur Außenseite)
erzeugt werden, folgende Werte habent 8*627? 16-t666t
23,570% 28,867>
32,198 und 16,666* Wenn ferner angenommen wird, daß der gewickelte Läufer 30 Nuten hatt wobei die
Läuferwicklung 42 loa effektive Windungen pro 3PoI aufweiöt
dann kann jede Lauferspulengruppe aus 6 äjjulen pro l»ol mit
folgenden effektiven Windungen, von irniöft »äoh ^uöeitf t>östeheni
ll,Oj 15*86? 2Ö#Ö5V 23,56i 2^60 und 26t80, wenn
ein il5V-60Hz<-Weßhseletrom der Lauferwioklung zugeführt
wird, weiden der Läuferstrom IA und die Statorwiöklungs- "
•Bpannung Vg gemesöen* Die Magnetisierungereaktanz für die
Längsachse XmS wird dann gleich vg/l^.. Die Queraohaen-Magnelisierungpreaktanjs
kann in der gleichen Welse beetimmt
werden; wobei die Wicklungen 41 und.42 radial iai1; der Achee
der Nut 17b in Fig. 1 fluchten. .
Aus der vorangegangenen Beschreibung ist ersichtlichi
daß neben anderen Vorteilen ein Motor mit einem Statoraufbau gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung einen
angemessenen Anlauf-· uitd Dauerbetrieb *ftit viele Zwecke
zeigt, ohne daß eine HilfewickliÄiillÖtWendig-;-:tjelfV
dem kann Äie bis ^etzt; zuia Aiisstaiisiisn det· %ihiseiiien
verwendete Bittrichtung weiterverwendet werden, und die diese lamellen verwendenden Statorkerne können leicht abgewandelt
werden, um gemäß der Erfindung aufgebaut zu sein, ohne daß ·
eine vollständige Änderung des Lamellen- und" Einrichtungsaufhaus
notwendig ist* Bus führt seinerseits zur Binsparung
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' ^13 - ;"■■■"■ ■. ■".. >;\ -.■;.--■
sowohl be.i der Einrichtung als auch bein Werkstoff und zu
einem billigen Einphaseninduktionsmotor. Es ist ferner ersichtlich, daß die Erfindung auch bei Motoren mit sowohl
Hilfs- als auch Hauptwicklung benutzt werden kann, um das Anlaufdrehmoment für diese Motoren zu erhöhen, falls
es gewünscht ist.
Es ist weiter ersiehtlich, daß die oben erwähnten Merk- ·■"
male der Erfindung auch für Statoren zutreffen, die in Elektromotoren mit mehr als 2 -folen verwendet werden. In
dieser Hinsicht zeigt Fig. 6 ein Ausführungsbeiäpiel gemäß
der Erfindung in Verbindung mit einem vierpoligen. Elektromotor. Der Stator von Mg. 6 ist im wesentlichen
gleich dem bereits beschriebenen, abgesehen von einem grundsätzlichen Unterschied in Aufbau und der Anzahl der
Spulennuten, der Anzahl der Spulengruppen und. der genauen Lage und Anordnung der magnetischen Verengungen, dea' Jochs. : ;
Der Statorkern ist ein weitverbreiteter Kern mit'36 Hüten 17*
und die Nuteingänge 18 sind um 20 ° elektrisch .voneinander getrennt. ITm 4 Magnetpole auszubilden,, hat die verteilte
Hauptwicklung 4 übliche Spulengruppen 51 - 54» wobei jede Spulengruppe durch 3 konzentrische Spulen 56 - 58"ge- '■
bildet wird, die symmetrisch um die Spulengruppenache 59;
ι angeordnet sind, die durch die Achse einer zentralen Nutil7c
verläuft. Die Spulen sind auseinandergebogen^ um ungefähr
ein sinusförmiges Stromwindungsriüster zu ergeben,: z.B. 24,
29 und 36 Windungen von der innersten bis zur äußersten
Hpule pro Gruppe. .
In dem Ausführungsbeispiel van Fig. 6 wird die magnetische
Verengung im Jochabschnitt in jedem Polbereich durch eine
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längliche Nut 32a hergestellt, die sich vollständig den
Jochabsohnitt entlang in direkter Verbindung mit der ausgewählten
Spulennut 17a erstreckt* Auf diese Weise ist der
Jochab'schnitt im wesentlichen in 4 ähnliche Segmente unterteilt.
Entsprechend sollte zur Herstellung dieses Stators der Kern zuerst aneinander befestigt werden, z.B. durch
Keil-Nut-Verbindungen 11, und anschließend geeignet an jedem Polbereich festgehalten werden, wenn längliche Nuten
32a in den Jochabschnitt an den gewünschten Stellen eingeschnitten
werden. Während der Kern noch festgehalten wird, wird ein ungehärtetes Bindemittel 38 zugeführt, und nachdem
das Bindemittel ausgehärtet ist, kann der Kern ausgespannt werden, um die Herstellung des Stators zu bee riden, das
heißt, die Spulennutisolation und die der Spulengruppen vor-.
zunehmen.
Ein Vergleich der länglichen Nuten 32a in Fig.» 6 mit denen der" Fig. 1 und 2 zeigt, daß die genauen relativen
Lagen der magnetischen Verengungen und der zugehörigen
ausgewählten spulenaufnehmeriden Nuten 17a nicht fixiert
sind, um die durch die Erfindung erreichbaren Vorteile
beizubehalten. Z.B. befinden sich in Fig. 6 die länglichen Nuten 32a parallel zur Spulengruppenachse für die Spulengruppe
im gleichen Magnetpol und enden in Verbindung mit der ausgewählten Nut 17a an einer außermittigen Stelle* s
In diesem Ausführungsbeispiel befindet sich die Mitte des
"Eingangs der ausgewählten Nut 17a um einen elektrischen Winkel θ von 60 ° von der Spulengruppenachse 59 in Drehrichtung für das drehbare Glied 30 entfernt. In Fig. 6 erzeugen
die magnetischen Verengungen die Juerachse 31 in der Mitte des ZäftnnhtclmiZtj3 13p up QO ° elektrisch von dem
ΐ BAD
Huteingang der ausgewählten. Nut 17a getrennt, wobei sich
dio Längsachse entlang der gestrichelten Linie 36 be-
findet. Die vorteilhaften Merkmale des Stators sind ahnlieh
den "bereits für den Stator; des ersten Ausfuhrungsbeispiels
genannten und sollen daher.nicht weiter erläutert' .
werden»
Fig. 7 zeigt einen Stator 60 für einen zweipoligen Einphasen-Motor, der im wesentlichen dem in Pig* 1 beschriebenen ähnlich ist» abgesehen davon, daß der Stator 60
einen aufgeweiteten Zahnabschnitt 13d in der Mitte jedes
Magnetpols anstelle 3 kleinerer hatj die von der innersten.
Spule 25 umgeben sind. Außerdem ist eine magnetische Verengung in der Nähe der Querachse durch Weglassen der vorderen
Spitze desι Zälmabachnitts 13d an einer Stelle 61'und
durch Weglassen der aufgeweiteten Spitze an einer Stelle 62
für den Sahnabschnitt 13d auf der anderen Seite der Querachse ausgebildet» Die Endteile 61 und 62 befinden sich
daher in größerem Abstand von der Dreha,chae A als die
übrigen Sndteile t z.B. um ö»15 cm (0>05 Zoll) versetzt* Durch
diesem Aufbau wird ein vergrößerter luftspalt mi* hohem
spezifischen Widerstand an dieser Stelle (z.B. über 50-CZ
(mil ft)) und eine magnetische Verengung: ajti der bohrung primär
im Pfad des Iiängsaehsenflusses erreiaht, um die Hi^öenverseiiisbung
zwischen den;%eiden. FlußkQmponeni?en mu jerJiöhen.
Darait die Seiten 3er Spulen und die gewörailichön Ifutenffceile
in den Grenzen der Hüten in der Sähe dear Sindteile 61
und 62 bleibe«,, können mehrere in dea Paket voneinander getrenrtte
iaaellen mti En-dlippeii (in ITollinien; abgebildet)
ohne «grδSere Verringerung des ,
magnetischen Verengungs-Effekts verwendet werätn» der durch ''"'
Entfernung der Idppenteile von den anderen !»awsllen «n diesen
Winkellagen entsteht. .; ■.-".,.- "'« , ■'
Es soll nun Flg# 8 besehrieben werden» wo «in anderes
Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung in Zusaiamenhattg mit
einem,Stator für einen zweipoligen Einphasenmotor abge*
bildet ist. Der Stator hat einen laraellierten pirn tait
θ pulenaufnehmend en Nuten 17» die den gleichen^uJCbau ,wie,
die in Fig. 1 abgebildeten, haben, und 2 ähnliche SpUlengruppen
23 und 24* die symmetrisch um die fipulengruppenachsen
21 und 22 angeordnet sind. In dieseia Äueführungsbeispiel
variieren die Endteile* der einzelnen ZSahnabschnitte ·
in ihrem radialen Abstand von der Drehaehee A in einer vorbestimmten.nicht kreieförmigen Weiee-i um magnetische Verengungen und die Quer- bzw. liUngsachse 31 bew, 36 zu erzeugen, so daß eine Phasenverschiebung zwischen den Fluß- ,
komponenten auftritt. Bs sind 24 Zahnabschnitte 71 — 94
abgebildet» und die Spulengruppenachsen, 23 und 24 befinden
sich in der Mitte der Abschnitte 71 bzw. 83ydie um 180 °
elektrisch, getrennt sind.
Zur Erläuterung sind die Querachse 36 und die Längsachse 31 um 45 ° elektrisch von den Spulengruppenachsen
und 24 entfernt. Die Achse 31 befindet sich in der Mitte
der Zahnabachnitte 74 und 86, während die Achse 36 in der Kitte der Zahnabschnitte 92 und 80 liegt. Die Endteile der ·
er^teren Zahnabschnitte und vorzugsweise der Zahnabachnitte
72 , 75, 85 und 87 Ilaben alle den gleichen radialen Abstand
von der Drehachse A, welcher Abstand minimal ist. Den maximalen Abstand der Sndteile haben die Zahnabschnitte
j2 Ur1U 8"J. Bei ./imsch JEönnen verschiedene nicht eingeschnittene* '
000817/1073
.;. Stanzbleohe aus den für de» Stator von Eig. ? genannten
örliäden verwendet vrörden* Ih der praktischenErprobung
* - ■ ■
... sind "befriedigende Ergebnisse für einen Stator der abge-'
bildeten Horn erhaltenworden, der eine minimale radiale
Ausdehnungvon 4r42 cm (I174 Zoll) und eine dazu um 0,13 cm
(0,05 Zoll) größere maximale radiale Ausdehnung an den Abschnitten 92 und 80 hatte.
ITm durch die Erfindung mit dem Stator von Fig. 8 einen
größtmöglichen Vorteil bezüglich der wünschenswertesten Anlaufdrehmoment-Öharakteristik
zu erreichen,:sollte nicht nur der Winkel θ 45 ° betragen, sondern die radialen Abmessungen
zwischen der Achse A und den Endteilen für die Zahnabschnitte'
an jeder Seite der Abschnitte 92 und 80 sollten kontinuierlich
abfallen. Das kann leicht erreicht werden, indem umschreibende
Punkte B und 0 von der Achse A getrennt angeordnet werden (vgl·
Fig. 8), z.B. in einem Abstand von 0,20 om (0,08 Zoll), und die
Endteile der Zahnabschnitte 88 - 94» 71 und 72 in einem Abstand E
vom Punkt B und die Abschnitte 76 - 84 in eiüem Abstand S vom
Punkt C hergestellt werden. Die so hergestellte,Bohrung ist
im wesentlichen mit der magnetischen Verengung versehen* und der
Luftspalt hat einen, relativ hohen spezifischen Widerstand,
Das folgende Beispiel soll erläutern,, wie das in Big«
abgebildete Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung praktisch
i I
ausgeführt wurde. Hehrere Statoren wurden wie abgebildet |aus
einer 2, §€L-Aluminiumwicklung voll einem Durchmesser von ."
0,1085 Qm (0,0427 Zoll) mit 19, 28, 33, 39 bzw* 44 Draht-Windungen
fiir die.Spulen 25 - 29 hergestellt* Sie P.alasblänge
betrug 2,0 cm (0,8 Zoll) und die'Endteile warerk mit den bereits
in Z^sammerthang.mit^Fig. 8 angegebenen Nennwerten ausgestanzt
worden«. Die folge-näen Betriebswerte sind typisch für die
00911 7/107 d ORIGINAL iNSPECTED
getesteten Motorenι .. *
Anzugs-Drehmoment .... ·..,....... 1,57 kp · cm ( 1,8 oz · ft)
- Abgebremstes Drehmoment ..♦«... 8,8 kp ■· om (10,1 oz · ft)
bei 2300 U/min
Maximaler Wirkungsgrad ........ 37$ bei 3000 ü/min
Eingangslqistung
bei 500P U/min ................ 524 W
Aus diesen Betriebswerten und ihrem Vergleich mit einem
Stator gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ersichtlich, daß für den gleich großen Stator der Betrieb des
ersten Ausführungsbeispiels des Stators besser ist, selbst wenn bei ihm die Lage der Quer- und der Längsachse nicht
optimal wie im Stator von Fig. 8 ist. Das heißt, in Fig. 1
ist dei* Winkel & von 45 ° verschieden. Der Dauerbetrieb kann
Jedoch verbessert werden (wie auf Leistungen von über 40 ), indem die Pakethöhe erhöht und/oder die Drahtgröße verringert
wird.
Aus der vorangegangenen Beschreibung ist also ersichtlich,
daß die Erfindung verschiedene Vorteile hat. Die Quer- und die Längsachse, die minimale bzw. maximale Permeanz haben, können
an vorgeschriebenen Stellen im Motor angeordnet werden, und
eine Phasenverschiebung in den Flußkomponenten kann ohne weiteres für den Anlauf erzielt werden. Daher kann selbst
ohne eine Hilfswicklung ein befriedigender Anlauf- und Dauerbetrieb leicht erreicht werden. Diese Vorteile
der Erfindung können ohne größere Änderungen der vorhandenen Fertigungseini'iehtungen und -technologie erhalten werden.
Der.Stator gemäß der Erfindung hat einen einfachen Aufbau
und kann wirtschaftlich gefertigt werden, inden bereits gegenwärtig verwendete Kerne und Hauptwicklungen bei ¥uiisch
verwendet werden können.
' . " "".-.''■■■ Patentansprüche
0001177Ϊ073 —
Claims (1)
- -is- 16Ϊ357121. Februar 1967EH/S& Unsere Jurtei 1757PatentansprücheStator, insbesondere für einen Einphasen-Indüktionsmotor, mit einem aus einem magnetisierbaren Werkstoff geformten Kern, der einen Jochabschnitt und mehrere mit diesem verbundene, winkelig versetzte Zahnabschnitte hat» die mehrere winkelig versetzte spulenaufnehmende liuten bilden und Endteile zur Ausbildung einer Bohrung für die Aufnahme des drehbaren Glieds haben, und*mit mehreren Spulengruppen, die eine Anzahl von in den Hüten ange- * "-.**" ordneten Spulen eur Ausbildung von laindestens zwei Magnetpolen haben-, wobei die Spulen 3ederGrruppe symmetrisch um eine zugehörige Spulerigruppenachse angeordnet ■ sind, g e k e η η ζ e i ohne t d u r c h eine in dem Jochabachnitt (12) ausgebildete magnetische Verengungseiuriciitung (32--; 32b.) t die zu einer ausgewählten spulenaufiiehmenden Nut (17a7 gehört, die um einen vorgeschriebenen eleictrischeii Winkel (Θ) von jeder Spulengruppenacäse (23, 24; 59) in der Brehrichtung des dTehbaren Glieds (30) im Bereich eiiier Längsachse (36) mit aascimaler Periaeanz getrennt ist, welclie magnetische Verengungseinrichtung (32j 32a) eine ua 90 ° elektrisch von ihr getrennte Querachse (31) mit "einer siniaalen Perrüeanz erceugt (S1Ig. 1, 2, 3| 6).BAD ORIGINAL00-90 Ii/"ίυ* 20 -10136712. Stator nach Anspruch I1 g e k e η η e β to h η etdurch mindestens einen ausgewählten Zahn-Absohnitt- ..">"- Endteil (61, 62), der von jeder Spulengruppenachee (23, Ml· j entgegengesetzt eu der Drehrichtung dee drehbaren Glieds (JO) getrennt let, eich ^eweile in «ine» größe- J ren Abstand von der Drehachse (A) ale die Endteile der j in der Nähe der ausgewählten Nuten (ITa) »agtprdnettn Zahnabschnltte βοwie in der Näh· der zugehörigen Querachse (51-) befindet -(fig. T) ·3. Stator nach Anspruch 1 und 2, da d tt r c h ge k « η a--ε e i c h η e t , daß daß Verhältnis der Querächeen-Magnetisierungereaktanjs zu. der Längsacheen-Magnetisierungereaktanz nicht wesentlich unter 0,25 und nicht wesentlich über 0,70 liegt,4. Stator nach Anspruch 1 - 3, d a d u r c h ge k e η η *· zeichnet, daß die magnetische Verengungseinrichtung eine sich guer durch einen größeren Teil des iJochabschnitte (12) erstreckende längliche Nut (32|32a) 1st, von der ein Ende (34) in der Nähe einer ausgewählten spulenaufnehmenden Nut (17a) angeordnet ist, die von einer zugehörigen Spulengruppenachse (23, 24| 59) getrennt 1st (Pig. 1, 2, 3j 6)·5· Stator nach "Anspruch 4, d a d u r c h g e k e η η. -■ zeichne t f daß Jede längliche Nut (32j 52a) mit einem unmagnetisciien Sindemittel zur Erhöhung der Pestigkeit des Jochabschnitts (12) gefüllt ist*009817/10731613571d. Stator nach Anspruch 3, et ad u τ ο la. g e k e η η ζ eich net ,daß der auagewähliie elektrische Winkel (β) im Bereich von 20 - 70 ° liegt.,7, Stator nach Anspruch 1 - 6, d a d u r c h g e k e η η - ζ e i c h η et , daß die Iiängsachse (36) von jeder Spulengruppenachse {23% 24) in der Drehrichtung des drehbaren öliede (30) getrennt ±si, und daß der Querschnitt dea in der Nähe der liängaachse (36) befindlichen Luftspalts ein Minimum ist, so daß die Zahnabschnitta-Endteile eine insgesamt langgestreckte Bohrung bilden (!ig. 7).8. Stator nach Anspruch 1 - 6, d a d u r c h gekennzeichnet , daß die Längsachse (36) von Jeder Spulengruppenachae (23, 24) in der 3>rehricJitung des drehbaren Glieds (30) getrennt ist, und daß das Verhältnis der Querachsen-Magnetisierungsreaktanz zu der Längsachsen-Magnetiaierungareaktanz im Bereich von 0,25 bis einachließlich 0,70 liegt. - -9. Stator nach Anspruch 1 - 6, dad Ur c h g e k.e η η - ζ eic h η e t , daß der Kern lamelliert ist, unddaßj mindestens eine, aber nicht aXie Kernlamellen alle Zahnabschrfitts-Endteile auf .etwa.dem gleichen Radius von der Drehachse (A) entfernt haben. -bOtt17/1073. Al-Lee rsei te
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Legal Events
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
EF | Willingness to grant licences | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |