DE19605662A1 - Wicklungsanordnung zum Betreiben eines Zweiphasen-Motors ausgehend von einer Dreiphasen-Quelle - Google Patents
Wicklungsanordnung zum Betreiben eines Zweiphasen-Motors ausgehend von einer Dreiphasen-QuelleInfo
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Description
Die Erfindung befaßt sich allgemein mit Wicklungen bzw. Wick
lungsanordnungen für Elektromotoren. Insbesondere bezieht sich
die Erfindung auf eine Wicklungsanordnung, welche es gestattet,
daß ein Zweiphasen-Elektromotor, ausgehend von einer dreiphasi
gen elektrischen Energiequelle betrieben werden kann.
Elektromotoren sind an sich bekannte Einrichtungen, welche elek
trische Energie in mechanische Drehenergie umwandeln. Hierzu
erzeugen und steuern die Elektromotore elektromagnetische Felder
in einer solchen Weise, daß die gewünschte mechanische Drehbewe
gung bewirkt wird. Die zwei Hauptkomponenten eines Elektromotors
sind (1) ein stationäres Teil, welches in typischer Weise ein
rotierendes elektromagnetisches Feld erzeugt, welches im all
gemeinen als Stator bezeichnet wird, und (2) ein drehbares Teil,
welches durch das rotierende magnetische Feld angetrieben wird,
und welches im allgemeinen als Rotor bezeichnet wird. Üblicher
weise ist eine Gruppe von Wicklungen aus einem elektrischen
Leiter auf dem Stator zum Erzeugen der elektromagnetischen Fel
der vorgesehen.
Die meisten Elektromotore sind derart ausgelegt, daß sie von
einer elektrischen Energiequelle betrieben werden können, welche
einen Wechselstrom an die Gruppe von Wicklungen in dem Motor
anlegt. Eine solche Energiequelle erzeugt einen elektrischen
Stromfluß durch die Wicklungen, welcher sich hinsichtlich der
Richtung zeitabhängig ändert. Die einfachste Form einer Wechsel
stromquelle als elektrische Energiequelle ist ein Ein
phasen-System. Bei einem Einphasen-System wird ein einziger elektri
scher Stromfluß über einen einzigen elektrischen Leiter an eine
einzige Gruppe von Wicklungen in dem Motor angelegt. In den
meisten Haushalten ist die Beschaltung in Form eines Ein
phasen-Wechselstroms verwirklicht, und die meisten elektrisch betriebe
nen Einrichtungen, welche man in derartigen Haushalten findet,
haben Einphasen-Motore.
Jedoch sind viele Elektromotore derart ausgelegt, daß sie von
einer Mehrphasenquelle mit elektrischem Wechselstrom versorgt
und betrieben werden können. Ein Zweiphasen-System für Wechsel
strom kann als zwei elektrisch gesonderte Einphasen-Systeme
angenommen werden, welche gesonderte elektrische Leiter haben,
welche mit gesonderten Gruppen von Wicklungen in dem Motor ver
bunden sind. Jede der elektrischen Ströme, welcher durch die
zugeordneten elektrischen Leiter durchgeht, wechselt seine
Stromflußrichtung, jedoch nicht gleichzeitig. Vielmehr ist der
elektrische Stromfluß in der zweiten Phase des Motors elektrisch
von dem elektrischen Stromfluß in der ersten Phase des Motors um
eine vorbestimmte Größe versetzt bzw. verschoben. Üblicherweise
sind die beiden Phasen der elektrischen Stromquelle um ein Vier
tel eines Zyklus oder 90° verschoben. Bei einem Dreiphasen-Sy
stem sind die drei Phasen von der elektrischen Energiequelle
gleichmäßig voneinander um ein Drittel eines Zyklus oder 120°
verschoben. Einzelphasen-, Zweiphasen- und Dreiphasen-Elektro
energiequellen sind an sich bekannt sowie auch Einphasen-, Zwei
phasen- und Dreiphasen-Elektromotore, welche so ausgelegt sind,
daß sie hiermit betrieben werden können.
Zweiphasen-Motore sind häufig im Einsatz bei Anwendungen mit
konstanter Geschwindigkeit, und es gibt elektrische Energiequel
len, welche die beiden Phasen von elektrischen Strömen mit einer
konstanten Frequenz erzeugen. Derartige Quellen sind an sich
bekannt und leicht verfügbar. Bei einigen Anwendungsfällen ist
es erwünscht, daß Zweiphasen-Motore mit variabler Geschwindig
keit betrieben werden. Leider sind jedoch elektrische Energie
quellen nicht leicht verfügbar, welche elektrische Zwei
phasen-Ströme mit variablen Frequenzen erzeugen. Jedoch sind elektri
sche Energiequellen allgemein bekannt und leicht verfügbar,
welche einen elektrischen Dreiphasen-Strom mit variablen Fre
quenzen erzeugen. Daher ist es bekannt, eine elektrische Ener
giequelle mit drei Phasen und variabler Frequenz so anzupassen,
daß sie zum Betreiben eines Zweiphasen-Motors genutzt werden
kann, wozu eine externe Schaltung, wie eine Scottsche Transfor
matorschaltung der T-Bauart vorgesehen sein kann. Obgleich eine
solche Beschaltungsweise wirksam ist, hat sich jedoch gezeigt,
daß eine derartige externe Schaltung die Kosten und Abmessungen
vergrößert und der Gesamtmotor hierdurch komplizierter wird.
Daher ist es erwünscht, eine Anordnung bereitzustellen, welche
gestattet, daß ein Zweiphasen-Elektromotor direkt von einer
dreiphasigen elektrischen Energiequelle aus betrieben werden
kann, ohne daß irgendeine externe oder zusätzliche Schaltung
vorgesehen wird.
Die Erfindung befaßt sich mit einer Wicklungsanordnung für einen
Elektromotor bzw. einen Elektromotor, welcher gestattet, daß ein
Zweiphasen-Elektromotor von einer dreiphasigen elektrischen
Energiequelle aus betreibbar ist. Der Motor umfaßt einen Sta
tor, welcher im allgemeinen hohl ausgebildet ist und eine zylin
drische Gestalt hat, sowie eine Mehrzahl von radial nach innen
weisenden Statorpolen. Eine zylindrische Rotoranordnung ist
koaxial in dem Stator zur Ausführung einer relativen Drehbewe
gung gelagert. Die erste Phase des Motors umfaßt eine erste
Gruppe von Wicklungen, welche auf einer ersten Gruppe von Sta
torpolen vorgesehen sind, und welche mit einer ersten elektri
schen stromerzeugenden Schaltung verbunden sind. Somit wird die
erste Phase des Motors nur durch den Ausgang des elektrischen
Stromes von der ersten elektrischen stromerzeugenden Schaltung
erregt. Die zweite Phase des Motors umfaßt eine zweite Gruppe
von Windungen, welche auf einer zweiten Gruppe von Statorpolen
vorgesehen sind, und die mit einer zweiten elektrischen strom
erzeugenden Schaltung verbunden sind. Die zweite Phase des Mo
tors umfaßt ferner eine dritte Gruppe von Wicklungen, welche auf
der gleichen zweiten Gruppe von Statorpolen zusammen mit der
zweiten Gruppe von Wicklungen vorgesehen sind. Die dritte Gruppe
von Wicklungen ist mit einer dritten elektrischen stromerzeugen
den Schaltung verbunden und sie sind in Gegenrichtungen zur
zweiten Gruppe von Wicklungen gewickelt. Somit wird die zweite
Phase des Motors durch den von der zweiten elektrischen strom
erzeugenden Schaltung abgegebenen elektrischen Strom verringert
um den abgegebenen elektrischen Strom von der dritten elektri
schen stromerzeugenden Schaltung erregt. Somit sind die Ein
gangsstromsignale für die beiden Phasen um 90° phasenverschoben,
so daß diese geeignet sind, einen Zweiphasen-Motor von einer
dreiphasigen elektrischen Energiequelle aus zu versorgen und zu
betreiben.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben
sich aus der nachstehenden Beschreibung einer bevorzugten
Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung.
Darin zeigt:
Fig. 1 eine Schnittansicht des mechanischen Grundaufbaus für
einen Synchron-Induktionsmotor ohne Wicklungen;
Fig. 2 eine Schnittansicht entlang der Linie 2-2 in Fig. 1
zur schematischen Verdeutlichung einer üblichen Wick
lungsanordnung für eine Grundausführungsform eines
Synchron-Induktionsmotors, welcher als ein Zwei
phasen-Motor durch eine zweiphasige elektrische Energiequelle
betreibbar ist; und
Fig. 3 eine Figur zwei ähnliche Schnittansicht zur schemati
schen Verdeutlichung einer Wicklungsanordnung nach der
Erfindung für ein und dieselbe Grundausführungsform
eines Synchron-Induktionsmotors, welcher als ein Zwei
phasen-Elektromotor durch eine dreiphasige elektrische
Energiequelle versorgbar bzw. betreibbar ist.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnung ist in Fig. 1 der mechani
sche Grundaufbau eines Synchron-Induktionsmotors dargestellt,
welcher insgesamt mit 10 bezeichnet ist. Der Motor 10 umfaßt
einen Stator 11, welcher im allgemeinen hohl ausgelegt ist und
eine zylindrische Gestalt hat. Eine Mehrzahl von radial nach
innen weisenden Statorpolen, welche insgesamt mit 12 bezeichnet
sind, ist auf dem Stator 11 ausgebildet, und diese verlaufen in
Längsrichtung über die gesamte Länge hinweg. Die Statorpole 12
sind vorzugsweise in Form von gegenüberliegenden Paaren, wie mit
A1 und A2, B1 und B2, C1 und C2 und D1 und D2 bezeichnet, vor
gesehen. Somit sind acht Statorpole 12 bei dem dargestellten
Stator 11 vorgesehen. Die acht dargestellten Statorpole 12 sind
in regelmäßigen Abständen voneinander um 45° angeordnet. Es kann
jedoch eine größere oder kleinere Anzahl von Statorpolen 12
vorgesehen sein.
Jeder Statorpol 12 hat einen im allgemeinen rechteckförmigen
Querschnitt. Eine Mehrzahl von Zähnen 13 (fünf bei der darge
stellten bevorzugten Ausführungsform) ist auf der radial am
weitesten innenliegenden Fläche des jeweiligen Statorpols 12
vorgesehen. Die Statorzähne 13 verlaufen in Längsrichtung über
die zugeordneten Statorpole 12 hinweg. Der Stator 11 und die
Statorpole 12 sind aus einem magnetisch permeablen Material, wie
Eisen, ausgebildet. Wie nachstehend noch beschrieben werden
wird, stellen die Statorpolpaare A1, A2 und C1, C2 eine erste
Phase zur Erregung des Synchron-Induktionsmotors im Betriebs
zustand dar, während die Statorpolpaare B1, B2 und D1, D2 eine
zweite Phase zur Erregung des Synchron-Induktionsmotors im Be
triebszustand darstellen.
Eine zylindrische Rotoranordnung, welche insgesamt mit 15 be
zeichnet ist, ist koaxial in dem Stator 11 zur Ausführung einer
relativen Drehbewegung gelagert. Die Rotoranordnung 15 umfaßt
eine Welle 16, welche einen ersten Rotorpolabschnitt 17 hat,
welcher drehfest hiermit verbunden ist. Der erste Rotorpolab
schnitt 17 hat eine Mehrzahl von radial nach außen verlaufenden
Zähnen 17a (fünfzig bei der dargestellten bevorzugten Ausfüh
rung), welche auf der äußeren Fläche hiervon ausgebildet sind.
In ähnlicher Weise umfaßt die Rotoranordnung 15 auch einen zwei
ten Rotorpolabschnitt 18, welcher drehfest hiermit verbunden
ist. Der zweite Rotorpolabschnitt 18 hat eine Mehrzahl von radi
al nach außen verlaufenden Zähnen 18a (bei der dargestellten
bevorzugten Ausführungsform ebenfalls fünfzig), welche auf der
äußeren Fläche hiervon ausgebildet sind. Die ersten und zweiten
Rotorpolabschnitte 17 und 18 sind beide aus einem magnetisch
permeablen Material, wie Eisen, ausgebildet.
Vorzugsweise sind die Zähne 17a, welche auf dem ersten Rotorpol
abschnitt 17 vorgesehen sind, und die Zähne 18a, welche auf dem
zweiten Rotorpolabschnitt 18 vorgesehen sind, derart ausgebil
det, daß sie dieselben Abmessungen und regelmäßigen Abstände
haben. Die Zähne 13, welche auf dem Stator 11 vorgesehen sind,
sind jedoch zweckmäßigerweise derart ausgebildet, daß sie einen
anderen regelmäßigen Abstand im Vergleich zu den Zähnen 17a und
18a haben. Die Zähne 17a, welche auf dem ersten Rotorpolab
schnitt 17 vorgesehen sind, fluchten nicht axial mit den Zähnen
18a, welche auf dem zweiten Rotorpolabschnitt 18 vorgesehen
sind. Vielmehr sind die Zähne 17a, welche auf dem ersten Rotor
polabschnitt 17 vorgesehen sind, gegenüber den Zähnen 18a, wel
che auf dem zweiten Rotorpolabschnitt 18 vorgesehen sind, um
eine halbe Zahnteilung versetzt. Wenn daher die Zähne 17a, wel
che auf dem ersten Rotorpolabschnitt 17 vorgesehen sind, mit den
Zähnen 13 fluchten, welche auf dem Stator 11 vorgesehen sind,
fluchten die Zähne 18a, welche auf dem zweiten Rotorpolabschnitt
18 vorgesehen sind, mit den Tälern zwischen den Zähnen 13, wel
che auf dem Stator 11 vorgesehen sind, wie dies aus Fig. 1 zu
ersehen ist.
Ein Permanentmagnet 19 ist auf der Rotorwelle 16 zwischen dem
ersten Rotorpolabschnitt 17 und dem zweiten Rotorpolabschnitt 18
angebracht. Wie sich aus Fig. 1 deutlich ersehen läßt, bewirkt
der Permanentmagnet 19, daß der gesamte erste Rotorpolabschnitt
17 eine N-Polarisierung durch Magnetisierung erhält.
Fig. 2 verdeutlicht schematisch eine übliche Wicklungsanordnung
für eine Grundausführungsform eines Synchron-Induktionsmotors 10
der vorstehend beschriebenen Art, welche gestattet, daß dieser
als ein Zweiphasen-Motor durch einen zweiphasige elektrische
Energiequelle betrieben wird. Wie dort gezeigt ist, umfaßt die
erste Phase des Zweiphasen-Motors die ersten Paare von Wicklun
gen 20 und 21, welche auf den gegenüberliegenden Statorpolpaaren
A1, A2 und C1, C2 jeweils vorgesehen sind. Die ersten Paare von
Wicklungen 20 und 21 sind mit der ersten elektrischen stromer
zeugenden Schaltung 22 entweder in Serie (wie dargestellt) oder
parallel geschaltet verbunden. Die ersten Paare von Wicklungen
20 und 21 sind in Gegenrichtungen derart gewickelt, daß, wenn
sie erregt werden, die Zähne 13 der Statorpole A1, A2 (auf denen
die Wicklungen 20 angeordnet sind) und die Zähne 13 der Stator
pole C1, C2 (auf denen die Wicklungen 21 angeordnet sind) eine
entgegengesetzt gerichtete Magnetisierungs-Polarisierung haben.
In ähnlicher Weise umfaßt die zweite Phase des Zweiphasen-Motors
zweite Paare von Wicklungen 23 und 24, welche auf den gegenüber
liegenden Statorpolpaaren B1, B2 und D1, D2 jeweils vorgesehen
sind. Die zweiten Paare von Wicklungen 23 und 24 sind mit einer
zweiten elektrischen stromerzeugenden Schaltung 25 entweder in
Serie (wie dargestellt) oder parallelgeschaltet verbunden. Die
zweiten Paare von Wicklungen 23 und 24 sind in Gegenrichtungen
derart gewickelt, daß, wenn sie erregt werden, die Zähne 13 der
Statorpole B1, B2 (auf denen die Wicklungen 23 angeordnet sind)
und die Zähne 13 der Statorpole D1, D2 (auf denen die Wicklungen
24 angeordnet sind) entgegengesetzt gerichtete magnetische Pola
risierungen haben.
Die stromerzeugenden Schaltungen 22 und 24 stellen die beiden
Phasen einer zweiphasigen elektrischen Energiequelle zum Betrei
ben des Motors 10 dar. Die stromerzeugenden Schaltungen 22 und
25 sind beide auf übliche Art und Weise ausgelegt und sie sind
derart beschaffen, daß selektiv bewirkt wird, daß elektrische
Ströme jeweils durch die Wicklungen 20 und 21 der ersten Phase
des Motors und durch die Wicklungen 23 und 24 der zweiten Phase
des Motors fließen. Die elektrischen Ströme, welche durch die
Stromerzeugungsschaltungen 22 und 25 erzeugt werden, können
übliche Formen annehmen. Beispielsweise können die elektrischen
Ströme ein sich kontinuierlich mit der Zeit änderndes Verhalten
(wie sinusförmige Eingangssignale) für einen synchronen Frei
laufbetrieb bzw. Leerlaufbetrieb des Motors 10 haben. Alternativ
können die elektrischen Ströme sich gesondert mit der Zeit än
dern (wie Eingangssignale in Form von Rechteckwellen), um einen
synchronen Schrittschaltbetrieb des Motors 10 zu verwirklichen.
Auch können die elektrischen Ströme ein sich nicht mit der Zeit
änderndes Verhalten (wie Gleichstrom-Eingangssignale) haben,
wodurch bewirkt wird, daß der Motor 10 ein stationäres Haltemo
ment bereitstellt. Die zeitliche Steuerung, die Größe und die
Polarität der elektrischen Ströme, die durch die beiden strom
erzeugenden Schaltungen erzeugt werden, können gegebenenfalls
durch einen üblichen Rotorpositionssensor (nicht gezeigt) be
stimmt werden, wie dies an sich bekannt ist.
Wenn ein elektrischer Strom an die ersten Paare von Wicklungen
20 und 21 durch die stromerzeugende Schaltung 22 angelegt wird,
wird der Stator 11 magnetisiert. Wie vorstehend angegeben ist,
sind die ersten Paare von Wicklungen 20 und 21 in Gegenrichtun
gen derart gewickelt, daß, wenn sie erregt sind, die Zähne 13
der Statorpole A1, A2 (auf denen die Wicklungen 20 angeordnet
sind) und die Zähne 13 der Statorpole C1, C2 (auf denen die
Wicklungen 21 angeordnet sind), durch Magnetisierung entgegen
gesetzt gerichtete Pole haben. Die zweiten Paare von Wicklungen
an den anderen Statorpolpaaren B1, B2 und D1 und D2 sind in
ähnlicher Weise in Gegenrichtungen gewickelt, und daher haben
sie im erregten Zustand durch Magnetisierung entgegengesetzt
gerichtete Polarisierungen.
Wenn man im Betriebszustand annimmt, daß der Strom dem ersten
Paar von Wicklungen 20 zugeführt wird, welche auf den Statorpo
len A1 und A2 vorgesehen sind, um die Zähne 13 zu erregen, so
bekommen diese magnetische S-Pole. Als Folge hiervon werden die
Zähne 17a des ersten Rotorpolabschnitts 17 (welche aufgrund des
Permanentmagneten 19 magnetische N-Pole sind), in Richtung zu
den benachbarten Statorzähnen 13 angezogen, welche an den Sta
torpolen A1 und A2 vorgesehen sind. Somit wird die Rotoranord
nung 15 angezogen, um eine Drehbewegung in Richtung der in Fig. 1
dargestellten Drehposition zu bewirken. Die Zähne 18a des
zweiten Rotorpolabschnitts 18 (welche aufgrund des Permanentma
gneten 19 magnetische S-Pole bilden), werden von den benach
barten Statorzähnen 13, welche auf den Statorpolen A1 und A2
vorgesehen sind, abgestoßen. Wie jedoch zuvor beschrieben worden
ist, sind die Zähne 18a des zweiten Rotorpolabschnitts 18 zu den
Zähnen 17a des ersten Rotorpolabschnitts 17 versetzt angeordnet.
Somit wird die Rotoranordnung 15 gleichzeitig abgestoßen, um
eine Drehbewegung in Richtung der Drehposition auszuführen, die
in Fig. 1 dargestellt ist, und zwar durch den zweiten Rotorpol
abschnitt 18.
Zugleich wird der elektrische Strom an das zweite Paar von Wick
lungen 21 angelegt, welche auf den Statorpolen C1 und C2 vor
gesehen sind, so daß diese bei Erregung magnetische N-Pole bil
den. Als Folge hiervon werden die Zähne 17a des ersten Rotorpol
abschnitts 17 (welche aufgrund des Permanentmagneten 19 magneti
sche N-Pole bilden) von den benachbarten Statorzähnen 13, welche
auf den Statorpolen C1 und C2 vorgesehen sind, abgestoßen.
In ähnlicher Weise werden die Zähne 18a des zweiten Rotorpol
abschnitts 18 (welche aufgrund des Permanentmagneten 19 magneti
sche S-Pole bilden) zu den benachbarten Statorzähnen 13 angezo
gen, welche auf den Statorpolen C1 und C2 vorgesehen sind. Somit
werden die ersten und zweiten Rotorpolabschnitte 17 und 18 je
weils von den Statorpolen C1 und C2 abgestoßen und angezogen auf
dieselbe wie zuvor beschriebene Weise bezüglich den Statorpolen
A1 und A2. Somit bewegt sich die Rotoranordnung 15 in die Dreh
position, welche in Fig. 1 gezeigt ist. Während dieser gesamten
Anfangserregung wird kein elektrischer Strom den Statorpolpaaren
B1, B2 und D1, D2 zugeführt.
Folglich sind die Statorpolpaare A1, A2 und C1, C2 nicht erregt,
die Statorpolpaare B1, B2 sind erregt und bilden magnetische
S-Pole, und die Statorpolpaare D1, D2 sind erregt, und bilden
magnetische N-Pole. Aufgrund derselben magnetischen Anziehungs
wirkung und Abstoßungswirkung gemäß der voranstehenden Beschrei
bung führt die Rotoranordnung 15 eine Drehbewegung um ein Vier
tel eines Rotorzahnabstandes ausgehend von der in Fig. 1 ge
zeigten Position aus. In ähnlicher Weise wird im nächsten
Schritt das Statorpolpaar A1, A2 erregt, so daß diese magneti
sche N-Pole bilden, die Statorpolpaare B1, B2 werden nicht er
regt, die Statorpolpaare C1, C2 werden erregt und bilden magne
tische S-Pole, und die Statorpolpaare D1, D2 sind nicht erregt.
Auf diese Weise bewirkt die Drehbewegung des elektromagnetischen
Feldes, welches durch den Stator 11 erzeugt wird, eine Dreh
bewegung der Rotoranordnung 15.
Fig. 3 zeigt schematisch ein Wicklungsanordnung nach der Erfin
dung für eine Grundausführungsform eines elektrischen Syn
chron-Induktionsmotors 10, welcher zuvor beschrieben worden ist, und
der sich als ein Zweiphasen-Motor ausgehend von einer dreiphasi
gen elektrischen Energiequelle betreiben läßt. Wie dort gezeigt
ist, umfaßt die erste Phase des Zweiphasen-Motors die ersten
Paare von Wicklungen 30 und 31, welche auf den gegenüberliegen
den Statorpolpaaren A1, A2 und C1, C2 jeweils vorgesehen sind.
Die ersten Paare von Wicklungen 30 und 31 sind mit der ersten
elektrischen Stromerzeugungsschaltung 32 entweder in Serien
schaltung (wie dargestellt) oder in Parallelschaltung verbunden.
Die ersten Paare von Wicklungen 30 und 31 sind in Gegenrichtun
gen derart gewickelt, daß, wenn sie erregt werden, die Zähne 13
der Statorpole A1, A2 (auf denen die Wicklungen 30 angeordnet
sind) und die Zähne 13 der Statorpole C1, C2 (auf denen die
Wicklungen 31 angeordnet sind) entgegengesetzt gerichtete Pola
risierungen durch Magnetisierung haben.
Die zweite Phase des Zweiphasen-Motors umfaßt zweite Paare von
Wicklungen 33 und 34, welche auf den gegenüberliegenden Stator
polpaaren B1, B2 und D1, D2 jeweils vorgesehen sind. Die zweiten
Paare von Wicklungen 33 und 34 sind mit einer zweiten elektri
schen stromerzeugenden Schaltung 35 entweder in Serienschaltung
(wie dargestellt) oder in Parallelschaltung verbunden. Die zwei
ten Paare von Wicklungen 33 und 34 sind in Gegenrichtungen ge
wickelt. Die zweite Phase des Zweiphasen-Motors umfaßt ferner
dritte Paare von Wicklungen 36 und 37, welche ebenfalls auf den
gegenüberliegenden Statorpolpaaren B1, B2 und D1, D2 jeweils mit
den zweiten Paaren von Wicklungen 33 und 34 vorgesehen sind. Die
dritten Paare von Wicklungen 36 und 37 sind mit einer dritten
elektrischen stromerzeugenden Schaltung 38 entweder in Serien
schaltung (wie dargestellt) oder in Parallelschaltung verbunden.
Die dritten Paare von Wicklungen 36 und 37 sind ebenfalls in
Gegenrichtungen gewickelt.
Wie in Fig. 3 gezeigt ist, hat der Statorpol B1 sowohl eine
Wicklung 33 als auch eine darauf vorgesehene Wicklung 36. Die
Wicklung 33 und die Wicklung 36 sind auf den Statorpolen B1 in
Gegenrichtungen gewickelt. Ähnlich hat der Statorpol B2 sowohl
eine Wicklung 33 als auch eine Wicklung 36, welche in Gegenrich
tungen gewickelt sind. In ähnlicher Weise hat der Statorpol D1
sowohl eine Wicklung 34 als auch eine Wicklung 37, welche in
Gegenrichtungen gewickelt sind, und der Statorpol D2 hat eine
Wicklung 34 und eine Wicklung 37, welche in Gegenrichtungen
gewickelt sind. Nachstehend wird der Zweck des Vorsehens von
jeweils zwei in entgegengesetzten Richtungen gewickelten Wick
lungen 33, 36 und 34, 37 auf den Statorpolen B1, B2 und D1, D2
näher erläutert.
Die drei elektrischen Strom erzeugenden Schaltungen 32, 35 und
38 stellen die drei Phasen einer dreiphasigen elektrischen
Stromquelle zum Betreiben des Motors 10 dar. Die drei elektri
schen stromerzeugenden Schaltungen 32, 35 und 38 sind auf übli
che Art und Weise ausgelegt und derart beschaffen, daß sie se
lektiv bewirken, daß elektrische Ströme jeweils durch die zu
geordneten Wicklungen 30 und 31, 33 und 34 und 36 und 37 flie
ßen. Wie die elektrischen stromerzeugenden Schaltungen 22 und
25, die zuvor beschrieben worden sind, können die elektrischen
Ströme, die durch die elektrischen stromerzeugenden Schaltungen
32, 35 und 38 erzeugt werden, jede beliebige übliche Form anneh
men.
Wie nachstehend beschrieben werden wird, stellen die ersten
Paare von Wicklungen 30 und 31 und die erste elektrische strom
erzeugende Schaltung 33 die erste Phase des Zweiphasen-Motors
dar. Die zweiten Paare von Wicklungen 33 und 34 und die zweite
elektrische stromerzeugende Schaltung 35 bilden zusammen mit dem
dritten Paar von Wicklungen 36 und 37 und der dritten elektri
schen stromerzeugenden Schaltung 38 die zweite Phase des Zwei
phasen-Motors.
Aus Veranschaulichungsgründen sei angenommen, daß die dreiphasi
ge elektrische Stromquelle, welche von den drei elektrischen
stromerzeugenden Schaltungen 32, 35 und 38 gebildet wird, sinus
förmige elektrische Ströme erzeugen, welche hinsichtlich der
Phase bei 0°, 120° und 240° elektrisch verschoben sind. Somit
lassen sich die elektrischen Ausgangsströme von der dreiphasigen
Energiequelle wie folgt ausdrücken:
ia = A sin (wt)
ib = A sin (wt + 120°)
ic = A sin (wt + 240°)
ib = A sin (wt + 120°)
ic = A sin (wt + 240°)
Für den Zweiphasen-Elektromotor lassen sich die elektrischen
Eingangsströme wie folgt ausdrücken:
Ia = ia
Ib = ib - ic
Ib = ib - ic
Somit wird die erste Phase des Motors nur durch den abgegebenen
elektrischen Strom von der ersten elektrischen stromerzeugenden
Schaltung 32 erregt. Die zweite Phase des Motors jedoch wird
durch den abgegebenen elektrischen Strom von der zweiten elek
trischen stromerzeugenden Schaltung 35 vermindert um den abgege
benen elektrischen Strom von der dritten elektrischen stromer
zeugenden Schaltung 38 erregt. Diese Differenz tritt auf, da die
beiden Paare von Wicklungen 33 und 34, die auf den Statorpolen
B1, B2 und D1, D2 gewickelt sind, in Gegenrichtungen zu den
dritten Paaren von Wicklungen 36 und 37 gewickelt sind. Wenn man
die Werte der abgegebenen elektrischen Stromsignale substitu
iert, lassen sich die angegebenen Stromsignale wie folgt aus
drücken:
Ia = A sin (wt)
Ib = A sin (wt + 120°) - A sin (wt + 240)
Ib = A sin (wt + 120°) - A sin (wt + 240)
Wenn man leicht ableitbare trigonometrische Funktionen einsetzt,
lassen sich die eingangsseitigen elektrischen Stromsignale wie
folgt umschreiben:
Ia = A sin (wt)
Ib = -√3 A sin (wt-90°)
Ib = -√3 A sin (wt-90°)
Somit ist zu ersehen, daß die eingegebenen Stromsignale eine
Phasendifferenz von 90° haben, so daß sie äußerst geeignet zum
Betreiben des Motors 10 im Zweiphasen-Betrieb, ausgehend von
einer dreiphasigen Energieversorgungsquelle sind. Das Arbeiten
des Motors 10 ist ausgehend hiervon dann in üblicher Weise ver
wirklicht.
Die Erfindung wurde voranstehend an Hand von bevorzugten Aus
führungsformen näher erläutert, es sind aber zahlreiche Abände
rungen und Modifikationen möglich, die der Fachmann im Bedarfs
fall treffen wird, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen.
Obgleich beispielsweise die Erfindung im Zusammenhang mit einem
elektrischen Synchron-Induktionsmotor beschrieben worden ist,
kann natürlich die Erfindung auch bei anderen Bauarten von Elek
tromotoren eingesetzt werden.
Claims (8)
1. Anordnung für einen Elektromotor, welche folgendes auf
weist:
einen Stator (11), welcher erste und zweite Statorpole (12) hat;
eine erste Wicklung (30, 31), welche auf dem ersten Statorpol vorgesehen und derart ausgelegt ist, daß sie mit einer ersten elektrischen stromerzeugenden Schaltung (32) verbindbar ist;
eine zweite Wicklung (33, 34), welche auf dem zweiten Statorpol vorgesehen und derart ausgelegt ist, daß sie mit einer zweiten elektrischen stromerzeugenden Schaltung (35) verbindbar ist; und
eine dritte Wicklung (36, 37) welche auf dem zweiten Statorpol vorgesehen und derart ausgelegt ist, daß sie mit einer dritten elektrischen stromerzeugenden Schaltung (38) verbindbar ist, wobei die dritte Wicklung (36, 37) auf dem zweiten Statorpol in Gegenrichtung zu der zweiten Wicklung (33, 34) gewickelt ist.
einen Stator (11), welcher erste und zweite Statorpole (12) hat;
eine erste Wicklung (30, 31), welche auf dem ersten Statorpol vorgesehen und derart ausgelegt ist, daß sie mit einer ersten elektrischen stromerzeugenden Schaltung (32) verbindbar ist;
eine zweite Wicklung (33, 34), welche auf dem zweiten Statorpol vorgesehen und derart ausgelegt ist, daß sie mit einer zweiten elektrischen stromerzeugenden Schaltung (35) verbindbar ist; und
eine dritte Wicklung (36, 37) welche auf dem zweiten Statorpol vorgesehen und derart ausgelegt ist, daß sie mit einer dritten elektrischen stromerzeugenden Schaltung (38) verbindbar ist, wobei die dritte Wicklung (36, 37) auf dem zweiten Statorpol in Gegenrichtung zu der zweiten Wicklung (33, 34) gewickelt ist.
2. Anordnung für einen Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Stator (11) ferner erste und zweite
Paare von Statorpolen aufweist.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
erste Wicklung (30, 31) auf jedem des ersten Paars von
Statorpolen vorgesehen ist, wobei jede der ersten Wicklun
gen (30, 31) derart ausgelegt ist, daß sie mit der ersten
elektrischen stromerzeugenden Schaltung (32) verbindbar
ist.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
ersten Wicklungen (30, 31) in Gegenrichtungen gewickelt
sind.
5. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
zweite Wicklung (33, 34) auf jedem des zweiten Paars von
Statorpolen vorgesehen ist, wobei jede der zweiten Wick
lungen (33, 34) derart ausgelegt ist, daß sie mit der zwei
ten elektrischen stromerzeugenden Schaltung (35) verbindbar
ist.
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
dritte Wicklung (36, 37) jeweils auf den zweiten Statorpo
len vorgesehen ist, wobei jede dritte Wicklung (36, 37)
derart ausgelegt ist, daß sie mit der dritten elektrischen
stromerzeugenden Schaltung (38) verbunden ist, wobei jede
dritte Wicklung (36, 37) auf den zweiten Statorpolen in
Gegenrichtungen zu den jeweiligen zweiten Wicklungen (33,
34) gewickelt ist.
7. Elektromotor mit einer Anordnung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß er ferner einen Rotor (15) aufweist,
welcher in dem Stator (11) zur Ausführung einer relativen
Drehbewegung gelagert ist.
8. Synchron-Induktionsmotor, welcher eine Anordnung nach An
spruch 1 umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator
(11) aus einem magnetisch permeablen Material ausgebildet
ist und ferner eine Rotoranordnung (15) umfaßt, welche in
dem Stator (11) zur Ausführung einer relativen Drehbewegung
gelagert ist, daß die Rotoranordnung (15) eine Welle (16)
umfaßt, welche einen ersten und einen zweiten Rotorpolab
schnitt (17, 18) hat, welche zur Drehung mit dieser fest
verbunden sind, daß jeder der ersten und zweiten Rotorpol
abschnitte (17, 18) von einem magnetisch permeablen Materi
al gebildet wird und eine Mehrzahl von radial nach außen
weisenden, darauf ausgebildeten Zähnen (17a, 18a) hat, und
daß die Rotoranordnung (15) ferner einen Permanentmagneten
(19) umfaßt, welcher zwischen den ersten und zweiten Rotor
polabschnitten (17, 18) angeordnet ist.
Priority Applications (5)
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CA002169515A CA2169515A1 (en) | 1996-02-13 | 1996-02-14 | Winding structure for operating a two phase motor from a three phase source |
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
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