DE2347153A1

DE2347153A1 - Asynchronmotor mit kaefiglaeufer mit regelbarem drehmoment

Info

Publication number: DE2347153A1
Application number: DE19732347153
Authority: DE
Inventors: Sergio Occhetto
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-09-19
Filing date: 1973-09-19
Publication date: 1974-03-28
Also published as: FR2200660A1; FR2200660B3; IT975015B; JPS4986807A

Description

Patentanwälte

Dip!. Ing. H. ftcickniar.n, Dlpi. Pfrys. Dr.K. Finckö Dipl. Ing. F. A. Weickmann, Dipl. Ghern. ß. Huber

B München 27, BSShIsIr. 22

Sergio OCGHETTO, Turin/Italien, 1o/4,Via Piossasco

Die Erfindung betrifft einen Einphasen- oder Mehrphasen-Asynchronmotor mit Käfigläufer.

Es ist bekannt, das .Antriebsmoment und damit die Geschwindigkeit von Asynchronmotoren bewickeltem Rotor durch Änderung einer Lastimpedanz für die Rotorwicklungen zu steuern» die über geeignete Schleifringe mit dem Rotor verbunden ist. Diese Art der Motorsteuerung verursacht unvermeidlich eine beträchtliche' Energievergeudung. Sie ist deshalb in der Praxis auf die Drehmomentvergrößerung bei Anlaufbedingungen beschränkt. Dabei werden die Rotorwicklungen beim normalen Lauf kurzgeschlossen.

Bei Asynchronmotoren mit Käfigläufern, die infolge ihrer geringen Kosten die interessanteste und wichtigste Ausführungsform von Asynchronmotoren bilden, kann diese Art der Drehmoment- oder Geschwindigkeitssteuerung nicht angewendet werden. Infolgedessen können die vorteilhaften Eigenschaften dieser Motoren - nämlich ihre Einfachheit, ihre Robustheit, ihre Langlebigkeit, ihre niedrigen Kosten und dergleichen - in vielen Fällen, in denen diese Steuermöglichkeit bestehen muß, nicht nutzbar gemacht werden.

Die einzige bisher bekannte Möglichkeit zur verlustarmen kontinuierlichen Steuerung der Geschwindigkeit eines Asynchronmotors besteht in der Verwendung eines stationären

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oder rotierenden Frequenzwandlers oder in der Änderung der Speisespannung durch Sättigungsdrosseln oder steuerbare Gleichrichter.

Die Frequenzumwandlung ist mit hohen Kosten verbunden. Sie eignet sich auch nur für niedrige Motorausgangsleistungen und infolge der Notwendigkeit, den Induktionswert bei niedrigen Frequenzen und die Hystereseverluste bei hohen Frequenzen zu begrenzen, nur für einen beschränkten Regelungsbereich. Die Reduktion der Speisespannung hat hingegen den Nachteil, daß - außer bei der Verwendung von Käfigläufern mit hohem Widerstand - bei niedrigen Drehzahlen keine grossen Drehmomente möglich sind. Die Verwendung eines Käfigläufers mit hohem Widerstand hat wiederum den Nachteil, daß die Motorausgangsleistung notwendigerweise geringer wird. Es sind auch mechanische, hydraulische, elektromechanische oder elektromagnetische Drehmomentwandler, die durch einen Asynchronmotor angetrieben werden, verwendet worden. Diese Art der Steuerung ist jedoch mit hohen Kosten und der Notwendigkeit häufiger Wartung verbunden. Außerdem ist-diese Steuermöglichkeit zur Erzielung einer befriedigenden Steuerempfindlichkeit häufig ungeeignet.

Es ist Aufgabe der Erfindung einen Asynchronmotor mit Käfigläufer zu schaffen, dessen Drehmoment regelbar ist,ohne daß Frequenzwandler, Mittel zur Spannungssteuerung oder Schleifkontakte erforderlich sind.

Ausgehend von einem elektrischen Asynchronmotor, dessen Stator eine Mehrphasenwicklung trägt, mit einem als Käfigläufer ausgebildeten Rotor mit geschichteten Blechen aus ferromagnetischem Material und auf dem Umfang verteilten axialen Leiterstäben, die durch an den Stirnseiten angeordnete Kurzschlußringe miteinander verbunden sind, wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Stator einen ersten und einen zweiten Wicklungsabschnitt umfaßt, die koaxial angeordnet und einander benachbart sind und die unterschied-

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lichen Bereichen des Rotors gegenüberliegen, daß die Wicklungsabschnitte rait Wechselstrom gleicher Frequenz gespeist sind und daß Mittel zur Änderung der von dem zweiten Wicklungsabschnitt des Stators in die Leiterstäbe des Rotors induzierten elektromotorischen KrafVvorgesehen sind.

Gemäß einem anderen Aspekt umfaßt die Erfindung einen linearen Induktionsmotor mit einem ersten und einem in bezug auf diesen bewegbaren und induktiv mit ihm verbundenen .zweiten Teil mit mehrphasigen Wicklungen, der dadurch gekennzeichnet ist, daß der erste Teil eine Aufeinanderfolge paralleler Leiterstäbe umfaßt, die seitlich durch Longitudinalleiter kurzgeschlossen sind, daß ein sich längs der Leiterstäbe erstreckendes Trägerteil aus ferromagnetischem Material vorgesehen ist, daß der zweite Teil einen ersten und einen zweiten Wicklungsabschnitt umfaßt, daß diese lfficklungsabschnitte längs der Richtung'der Leiterstäbe seitlich einander benachbart sind und mit Wechselströmen gleicher Frequenz gespeist werden und daß Mittel zur Änderung der von dem zweiten Wicklungsabschnitt des zweiten Teils des Motors in den Leiterstäben des ersten Teils induzierten elektromotorischen Kraft vorgesehen sind.

Im folgenden seien anhand der Zeichnungen einige bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert:

Fig. 1 stellt eine Skizze zur Erläuterung der Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Motors dar,

Fig. 2 ist eine teilweise geschnittene Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 3 zeigt Arbeitskennlinien des in Fig. 2 dargestellten Motors,

Fig. 4 stellt die Schaltung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung dar,

Fig. 5 stellt die Schaltung eines dritten erfindungsgemäß gestalteten Motors dar,

Fig. 6 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform eines

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Antriebssystems rait einem erfindungsgemäßen Motor,

Fig. 7 stellt eine zweite Ausführungsform eines solchen Antriebs sy st ems dar,

Fig. 8 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Motors,

Fig. 9 stellt eine dritte Ausführungsform eines Antriebssystems dar, das von dem der Erfindung zugrunde liegenden Prinzip Gebrauch macht, die

Fig.10 bis 16 sind Schaltungsdiagramme für andere Anwendungsmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Motors.

Zunächst sei anhand von Fig. 1 das der Erfindung zugrunde liegende Prinzip beschri=ben. Fig. 1 zeigt eine rechteckige Leiterschleife 10, die von Lagern 12 und 14 so gehalten ist, daß sie um eine Achse 16 rotieren kann. Es sei angenommen, daß die Bereiche 13 und 15 von zwei magnetischen Induktionsfeldern Β., und Bp durchsetzt seien, die längs der Achse 16 und senkrecht zu dieser Achse kontinuierlich sind, einen konstanten Absolutwert aufweisen und sich um die Achse 16 selbst drehen. Jedes der Felder B,. und Bp wirkt auf einen abgegrenzten Teil der Leiterschleife, wobei beide Teile den gleichen Flächeninhalt S haben.

Es sei ferner angenommen, daß beide magnetische Induktionsfelder den Wert B besitzen und synchron mit einer Winkelgeschwindigkeit von umlaufen, wobei sie um einen Winkel von<o_e, der je nach Bedarf zwischen 0° und 180° geändert werden kann, gegeneinander phasenverschoben sind. Außerdem sei angenommen, daß die Leiterschleife mit einer Winkelgeschwindigkeit von co^ koaxial mit den beiden magnetischen Induktionsfeldern rotiere.

Die Relativgeschwindigkeit (Schlupf) ist dann

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Wenn 0 = BS ist, wird der Teil der Leiterschleife, der dem Feld B^ ausgesetzt ist, von einem Fluß mit dem Augenblickswert

ψ_Λ = 0 cos co^ t = BS ₀

durchsetzt. Der Teil der Leiterschleife, der dem Feld B₂ ausgesetzt ist, wird von einem Fluß mit dem Augenblickswert

_o = 0 cos ( (o t +6) = BS cos ( ίοΛ + tf ) durchsetzt.

Auf die gesamte Leiterschleife wirkt daher eine induzierte elektromotorische Kraft £ , die den Wert

~ dt

aufweist. Hieraus ergibt sich nach Einsetzen und einiger Umrechnung

djTcosCid.'t + 5) c°s 5J ß* 6

8=20 — —- = 2AJ_o 0 sin (Ä) t + %) cos

Es ist sofort erkennbar, daß

für ^= +0* e*2&>_s 0 sin<ü_gt
für 6T= + 180° £= ο

Wenn fZ| der Absolutwert der Schleifenimpedanz und ψ der Phasenwinkel der Schleifenimpedanz ist, wird der Strom i = £/Z in der Schleife

2 cousin ( £0_ot + -κ* - ψ ) cos -5-

Es ist bekannt, daß der Augenblickswert des auf die wirk-

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wirkenden Drehmoments

samen Abschnitte der Leiterschleife ΙΟ/gegeben ist durch das Produkt aus dem Wert der magnetischen Induktion multipliziert mit der in Richtung des Feldes projezierten Fläche der Schleife und multipliziert mit dem Wert des im betrachteten Zeitpunkt durch die Leiterschleife fließenden Stromes. Der Augenblickswert des gesamten auf die Leiterschleife ausgeübten Drehmoments ist daher durch die Summe derAugenblickswerte der beiden Drehmomente gegeben:

C._n+ = O₁ + C₀ = BS i sincü t + BS i sin ( Co Λ sin (£>t + 6")

Λ*Ο C ι c. S S S —

Hieraus ergibt sich durch einfache Umrechnung

CO 0²
C. . = —I (1 + cos 6* ) [ cos f - cos (2 ^t + & - "VOJ

Der Mittelwert C auf die Leiterschleife ausgeübten Drehmoments ist

Aus dieser Gleichung erhält man nach Durchführung der Integration :

Dieser Ausdruck zeigt, daß das mittlere Drehmoment, das in jeder der den Käfigläufer bildenden Schleif en hervorgerufen wird eine kontinuierliche Funktion des Verschiebungswinkels & ist und daß es im Bereich von ^=O⁰ bis 180° vom Vorzeichen des Winkels & unabhängig ist.

Wenn diese Berechnung unter der Annahme wiederholt wird, daß nur das Feld B^ vorhanden ist und daß die Leiterschleife entsprechend kurzgeschlossen ist, um die leitenden Teile, die der Wirkung des Feldes Bp im vorangehenden Fall ausgesetzt sind, zu eliminieren, läßt sich leicht nachweisen, daß der Mittelwert des Antriebsmoments, das der Leiter-

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schleife in diesem Fall mitgeteilt wird, etwa halb go groß ist wie der Mittelwert im vorliegenden Fall bei &= 0°.

Die Situation, die dem Fall entspricht, in dem nur ein einziges magnetisches Feld vorhanden ist, entspricht genau der Lage bei einem Induktions- oder Asynchronmotor, beispielsweise einem Dreiphasenmotor, wenn die resultierende des in einem Mehrphasenmotor erzeugten Statorfeldes wie bekannt genau einem magnetischen Feld äquivalent ist, dessen Amplitude konstant ist und dessen Richtung zeitlich gleichförmig um die Motorachse dreht.

Die vorstehend angestellten theoretischen Betrachtungen bezüglich der Anwesenheit von zwei magnetischen Induktionsfeldern B^ und Bp werden erfindungsgemäß zur Konstruktion eines Motors verwendet, wie er schematisch in perspektivischer geschnittener Darstellung in Fig. 2 gezeigt ist. In diesem ist ein als Käfigläufer ausgebildeter Rotor drehbar innerhalb eines Stators gelagert, der zwei Abschnitte 22 und 24 besitzt. Jede Nut jedes Abschnitts beherbergt eine Wicklung, die mit einer Viicklung der entsprechenden Nut in dem anderen Abschnitt kongruent ist: Die Wicklungen sind beispielsweise Dreiphasenwicklungen und in Dreieckschaltung miteinander verbunden.

Der Käfigläufer 20 ist mit Leiterstäben 26 ausgerüstet, die den Stäben konventioneller Käfigläufer ähnlich sind. Er weist jedoch nur in den Bereichen Blechpakete 28, 30 auf, in denen die von den beiden Statorab schnitt en erzeugten magnetischen Felder wirksam ist. Der mittlere Teil des Käfigläufers besteht daher nur aus den Leiterstäben 26, da die Anwesenheit von Dynamoblech in diesem Bereich nicht nur unnötig sondern sogar schädlich ist, wie jedem Fachmann ohne weiteres einleuchtet.

Die Abschnitte der Leiterstäbe in dem so entstehenden Zwi-

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schenraum können beispielsweise -dazu dienen, den ohmschen Y/iderstand der Leiterstäbe zu variieren. Dies kann beispielsweise durch Vergrößerung oder Reduzierung ihrer Querschnittsflächen in diesem Bereich geschehen. Es ist auch möglich, die Leiterstäbe in diesem Bereich so zu gestalten, daß die Wärmeabstrahlung verbessert wird.

Durch geeignete (nicht dargestellte) mechanische Mittel kann der Statorabschnitt 24 relativ zu dem Statorabschnitt 22 verdreht v/erden und zwar zwischen einer Position, in der sie gleichphasig wirken ( ö' - 0°) und einer Position, in der sie entgegengesetzt wirken ( 0 - 180 ).

Die Einstellung der beiden Statorabschnitte kann entsprechend dem jeweiligen Verwendungszweck des Motors und entsprechend seiner Leistung in unterschiedlicher Weise realisiert v/erden. Bei kleinen Motoren, bei denen das Reaktionsmoraent zwisehen Stator und Rotor klein ist, kann der Statorabschnitt 24 in dem (nicht dargestellten) Haltekörper mit Reibungskupplung befestigt sein, da die Reibungskräfte ein hinreichend großes Drehmoment liefern, um den zweiten Statorabschnitt in der erforderlichen Position zu halten. In diesem Fall genügt ein Gelenk oder ein kleiner Hebel, (die nicht dargestellt sind), um die erforderliche Verschiebung von Hand zu bewirken. Bei Motoren mit beträchtlicher Leistung kann andererseits der Statorabschnitt 24 mit einem Zahnradsystem verbunden sein, das mit einer (nicht dargestellten) Zahnschnecke oder Zahnstange zusammenwirkt, die ihrerseits entweder von Hand oder durch einen elektrischen, pneumatischen oder hydraulischen Servomotor betätigt werden.

Fig. 3 zeigt die Arbeitskennlinien eines Experimental-Mo- ■ tors, der nach Fig. 2 konstruiert wurde. In Richtung der Ordinatenachse ist das Antriebsmoment C in kg. cm und in Richtung der Abszissenachse die Rotationsgeschwindigkeit η des Motors in Umdrehungen/Min, aufgetragen. Die durch-

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gezogenen Linien beziehen sich auf eine Speisespannung von 380 V, die unterbrochenen Linien auf eine Speisespannung von 220 V. Es ist klar erkennbar, daß durch ständige Vergrößerung des Verschiebungswinkels <o zwischen den beiden Statorabschnitten, beginnend bei &* - 0°, eine Verschiebung der Kennlinien des Motors in der ¥eise möglich ist, daß das Drehmoment soweit abnimmt, bis es eine Größenordnung unter dem maximalen Drehmoment liegt. Es stellt sich bei konstanter Last eine Geschwindigkeitsänderung ein, die der Änderung des Antriebsmoments entspricht. Aus Fig. 3 ist jedoch erkennbar, daß eine Tendenz zur Abdrosselung bei niedrigen Motorgeschwindigkeiten besteht, wenn der Verschiebungswinkel G* Werte in der Nähe von 180° erreicht. Durch Änderung des Rotor-Widerstandes kann der Winkel S" gesteuert werden, bei dem diese Erscheinungen aufzutreten beginnen. Der nach Fig. 2 konstruierte Motor kann für verschiedene Anwendungsfälle, beispielsweise als Zugmotor oder als Hebe motor verwendet werden.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Motors ist in Fig. 4 dargestellt. Wie das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel besitzt auch dieser Motor einen Käfigläufer 20 mit Blechpaketen 28 und 30, die durch eine Zwischenzone voneinander getrennt sind, sowie zwei Statorabschnitte 22 und 24, die mit Wicklungen in Dreieckschaltung dargestellt sind, obwohl auch eine Sternverbindung der Wicklungen möglich ist. Dieser Motor unterscheidet sich von dem in Fig. 2 dargestellten Motor dadurch, daß die beiden Statorabschnitte fest, d.h. unverschwenkbar sind und daß die Phasendifferenz zwischen einem Abschnitt und dem anderen Abschnitt durch elektrische Mittel erzeugt wird. Der Abschnitt 22 wird unmittelbar aus dem Dreiphasennetz gespeist, während der Abschnitt 24 über einen zwischengeschalteten Phasenschieber 34 gespeist wird, der eine kontinuierliche Phasenregelung erlaubt. Es ist klar, daß hierdurch eine Phasendifferenz zwischen den von den beiden Wicklungsabschnitten 22 und 24 erzeugten magnetischen In-

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duktionsfeidern entsteht, die Phasenverschiebung äquivalent ist, die bei dem in Fig. 2 dargestellten Motor erhalten
wird.

Diese Ausführungsart ist in einigen Fällen günstiger, beispielsweise dann, wenn mehrere Motoren parallel gespeist
werden, wie dies bei elektrischen Eisenbahnlokomotiven der Fall ist.

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Es ist dann nämlich möglich, einen einzigen Phasenschieber zur Speisung mehrerer parallel angeordneter Stator-Rotor-Gruppen zu verwenden, wodurch die Einrichtungskosten offensichtlich reduziert v/erden können.

Fig. 5 zeigt ein drittes Ausführtmgsbeispiel eines erfindungsgemäßen Motors. Auch hier wird die Phasendifferenz zwischen den magnetischen Feldern durch elektrische Mittel erzeugt. Der Motor besitzt einen Rotor 20, der mit den bereits beschriebenen identisch ist, sowie zwei Statorabschnitte 22 und 24, die in einer festen relativen Position zueinander angeordnet sind. Der Statorabschnitt 22 wird direkt aus dem Dreiphasennetz 32 gespeist, während der Abschnitt 24 über Schalter 36, 38 und 40 gespeist wird, die gemeinsam betätigbar sind, und die die Speisespannung wahlweise an eine von einer Vielzahl von Gruppen von je drei Anschlußklemmen, beispielsweise 36a, 36b..., 38a, 38b... und 40a, 40b... anliegen, die an den Enden von aufeinanderfolgenden Wicklungsabgriffen der Phasenwicklungen des Statorabschnitts 24 angeordnet sind. Auf diese Weise kann die erforderliche Phasendifferenz zwischen den von den beiden Statorabschnitten erzeugten magnetischen Feldern auf überaus einfache, raumsparende und wirksame Weise erzeugt werden.

Zur Vereinfachung der Darstellung zeigt die Fig. 5 vier Wicklungsabgriffe, es ist jedoch selbstverständlich, daß ihre Anzahl variieren kann, wenn dies durch dem ins Auge gefaßten Verwendungszweck entsprechende Steuerbedürfnisse erforderlich ist. Auch die Ausführung der Wicklungsabgriffe kann auf unterschiedlichen Kriterien basieren. Für einige Änwendungszwecke können die Ausführungen gleichförmig längs jeder Wicklung vorgesehen sein, in anderen Fällen mag es günstiger sein nicht gleichförmige Ausführungen zu verwenden. Wenn Schalter nach Art von Kommutatoren verwendet werden, erhält man wie bei Gleichstrommotoren, eine Anordnung, die praktisch eine kontinuierliche Steuerung des Drehmoments oder der Geschwindigkeit erlaubt. In diesem Fall liegt jedoch die

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Position der Bürsten in Bezug auf,den Kommutator für jede Steuerstellung fest, so daß die beispielsweise in großer Abnutzung und in Kontaktfeuer bestehenden Nachteile vermieden sind, die die Verwendung von mit dem Rotor verbundenen Kommutatoren so beeinträchtigen.

In der Zeichnung sind die Wicklungen des Abschnitts 22 in Dreieckschaltung miteinander verbunden. Anstelle dessen kann jedoch auch bei diesem Ausführungsbeispiel eine Sternverbindung verwendet werden. Dies trifft jedoch nicht für den Statorabschnitt 24 zu. Für diesen ist vielmehr eine Polygonverbindung erforderlich, um die Phasenverschiebung der Speiseabgriffe realisieren zu können.

Man erkennt, daß diese Realisierungsform des erfindungsgemäßen Motors die allgemeinste Anwendung erlaubt und zwar in jedem Bereich von Motorleistungen und -größen.

Fig. 6 zeigt in schematischer Form ein diesel-elektrisches Antriebssystem mit einem erfindungsgemäßen Motor.

Die speisende elektromotorische Kraft wird hier von einer Generatoreinheit erzeugt, die einen Dieselmotor und einen kleinen Feldgenerator 48 umfaßt. Der Dieselmotor 42 treibt zwei Wechselspannungsgeneratoren 44 und 46 an, die Drei Phasenspannungen von gleicher Frequenz erzeugen. Diese speisen die Stat'orabschnitte 22 und 24 eines Motors, dessen Rotor denselben Aufbau besitzt wie die der oben beschriebenen Aus-, führungsbeispiele. Die Speisespannung kann auch weiteren (nicht dargestellten) Motoren zugeführt werden, die parallel angeordnet sind.

Die beiden Statorabschnitte 22 und 24 sind fest, d.h. nicht gegeneinander verdrehbar.

Die (nicht dargestellten) Läufer der Wechselstromgeneratoren 44 und 46 sind durch eine Differentialvorrichtung 50 gegen-

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einander verdrehbar. Die Differentialvorrichtung 50 kann entweder manuell oder mittels eines Servomotors über eine Steuervorrichtung 52 so betätigt werden, daß der Verschiebungswinkel zwischen den Läufern der beiden Wechselstromgeneratoren sich ändert, wodurch auch die Phasendifferenz zwischen den von ihnen erzeugten Spannungen sich ändert. Auf diese Weise ist eine regulierbare Phasendifferenz zwischen den den Statorabschnitten 22 und 24 zugeführten Strömen erzielbar. Diese Art, den relativen Phasenwinkel zu beeinflussen gleicht dem anhand der vorangehenden Figuren beschriebenen Steuerungsart.

In Fig. 7 ist ein weiteres diesel-elektrisches Antriebssystem dargestellt, das die mechanischen Komplikationen vermeidet, die mit der Verwendung der Differentialvorrichtung 50 verbunden sein können. Das in Fig. 7 dargestellte Antriebssystem besitzt ebenfalls einen Diesel-Motor 42, einen Feldgenerator 48, einen Motor mit zwei Statorabschnitten sowie einen als Käfigläufer ausgebildeten Rotor 20 der vorstehend beschriebenen Bauart.

Die beiden Wechselstromgeneratoren zur Speisung der Statorabschnitte 22 und 24 (sowie der Statorabschnitte von gegebenenfalls vorhandenen weiteren parallel geschalteten Motoren) sind bei dieser Ausführungsform durch einen einteiligen Läufer 54 ersetzt, der mit zwei Ständern 56 und zusammenwirkt, deren Wicklungen jeweils in Dreieckschaltung verbunden sind und von denen die erste direkt mit dem Statorabschnitt 22 des Motors verbunden ist während die zweite mit dem Statorabschnitt 24 über Wicklungsabgriffe verbindbar ist. Die Struktur dieser Anordnung gleicht derjenigen, die bei der Beschreibung des Statorabschnitts 24 in Fig. 5 erläutert wurde.

Es ist auf diese Weise möglich eine Phasendifferenz zwischen den Speiseströmen für die beiden Statorabschnitte des Motors zu erzeugen. Die Mittel- zur Phasenverschiebung, die bei den

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vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispielen Bestandteile des Motors waren, sind bei dieser Anordnung auf den Generator zur Erzeugung der Versorgungsenergie übertragen. Es ist offensichtlich, daß diese Übertragung der Mittel zur Phasenverschiebung besonders dann günstig ist, wenn ein einziger Generator mehrere parallel geschalteter Motoren speisen soll.

Anstelle der in Fig. 7 dargestellten Anordnung können selbstverständlich auch andere Mittel zur Phasenverschiebung bei dem Generator verwendet v/erden, beispielsweise Mittel zur relativen Verschwenkung der beiden Statorteile 56 und 58 in einer Art, die der anhand von Fig. 2 beschriebenen gleicht.

Fig. 8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Motors, das einen Steuerbereich von nicht mehr als 50% des maximalen von dem erfindungsgemäßen Motor mit Doppelstator erzielbaren Drehmoments erlaubt.

In diesem Falle ist der Käfigläufer 16 dem Rotor 20 ähnlich, der bei den vorangehend beschriebenen Anordnungen Verwendung findet. Er umfaßt eine Mehrzahl von Leiterstäben 26 und zwei Pakete von Dynamoblechen 28 und 30, die längs der Rotorachse voneinander getrennt sind. In diesem Fall erstreckt sich das Paket 30 im Bereich 62 jedoch über den Käfigläufer hinaus, wobei die zusätzliche Länge im wesentlichen etwa gleich der Länge eines einzigen Pakets in der in Fig. 2 dargestellten Anordnung ist.

Der Statorabschnitt 22, dessen Wicklungen in der Zeichnung in Sternschaltung miteinander verbunden sind, obwohl selbstverständlich auch eine Dreieckschaltung möglich ist, ent- spricht den Statorabschnitten 22 der vorangehend beschriebenen Anordnungen. Der Statorabschnitt 66, der ebenfalls direkt von der Versorgungsquelle gespeist wird, ist kontinuierlich in axialer Richtung verschiebbar und zwar von einer Position,

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in der er den Leiterkäfig des Rotors ganz umgibt, bis in eine Position, in der er den Teil 62 des Blechpakets umgibt, der nicht mit dem Leiterkäfig verbunden ist.

Diese Anordnung des Statorabschnitts 24 macht es möglich, die Amplitude anstelle der Phase des von dem zweiten Statorabschnitt in dem Leiterkäfig erzeugten magnetischen Feld zu variieren. Dabei stellt sich das "gleiche Endresultat ein, da die Größe der in dem zweiten Abschnitt der Leiterstelle des Rotors induzierten elektromotorischen Kraft sich durch die Änderung des den Leiterkäfig durchsetzenden Flusses ändert.

Wenn die Winkelstellung des Abschnitts 66 und die des Abschnitts 22 übereinstimmen, kann das Drehmoment zwischen etwa 50 und 100$ des Maximums variiert werden, wenn die Stellung gegenphasig ist, kann das Drehmoment zwischen Null und etwa 50° des Maximalwertes variiert werden.

Es ist selbstverständlich auch möglich, den in Fig. 8 dargestellten Motor mit einem Schalter zu versehen, der betätigbar ist, wenn sich der Statorabschnitt 66 in der zweiten Endlage befindet. Damit kann dann der ganze Bereich von 0% bis IOO96 überstrichen werden, indem von gleichphasiger auf gegenphasige Speisung der beiden Abschnitte umgeschaltet wird.

In Fig. 9 ist ein Ausführungsbeispiel eines Linearmotors gemäß der Erfindung dargestellt, der sich insbesondere für den Antrieb von Einschienenfahrzeugen eignet. Er sei im folgenden näher beschrieben:

In diesem Fall besitzt der Rotor gewissermaßen einen unendlich großen Radius bzw. er wird durch ein Band von leiterförmig angeordneten Leiterstäben 70 ersetzt, die seitlich von longitudinalen Leiterstäben 72 kurzgeschlossen sind. Das

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Band von Leiterstäben 70 ist mit einem Band 74 aus ferromagnetischem Material verbunden, das hier die Aufgabe der Blechpakete des Rotors der vorangehend beschriebenen Ausführungsformen übernimmt. Das Band von Leiterstäben, das bei der Verwendung der Anordnung zum Antrieb von Einschienenfahrzeugen beispielsweise seitlich der Schiene selbst getragen wird, stellt den ortsfesten Teil des Motors dar, das Arbeitsprinzip ist jedoch das gleiche.

Die Statorabschnitte, (die bei der Verwendung als Antriebsmotor auf einem bewegbaren Fahrzeug montiert sind), sind seitlich nebeneinander und im rechten Winkel zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs angeordnet, und während einer von ihnen, der Abschnitt 76, direkt aus einer geeigneten Dreiphasenstromquelle gespeist wird, wird der andere Abschnitt 78 über Kommutatoren 80, 82, 84 gespeist, die eine Regelung der Phasenverschiebung der eingeprägten elektromotorischen Kraft erlauben. Die Arbeitsweise dieses Linearmotors ist ohne nähere Erläuterung aus den obigen Beschreibungen der übrigen Ausführungsbeispiele der Erfindung erkennbar.

Es ist selbstverständlich, daß bei dem in Fig. 9 dargestellten Ausführungsbeispiel auch die Einrichtungen verwendbar sind, die anhand der in den Figuren 6 und 7 dargestellten Antriebssysteme beschrieben wurden, falls diesel elektrischer Antrieb für das Fahrzeug verwendet wird, d.h. die Mittel zur Phasenverschiebung können vom Motor auf den Generator übertragen werden.

Die Fig. 10, 11 und 12 zeigen weitere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Motors für spezielle Verwendungszwecke.

In Fig. 10 ist ein Rotor, der dem in Fig. 2 dargestellten Rotor ähnlich ist, in zwei Statorabschnitten 22 und 24, die den in Fig. 2 dargestellten gleichen, drehbar gelagert. Der

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erste Abschnitt 22 ist direkt mit 'dem Dreiphasennetz verbunden. Der zweite Abschnitt 24 ist ohne Winkeldifferenz zu dem ersten Abschnitt angeordnet. Er speist über geeignete Stromregler 86 elektrische Energie ins Netz zurück, da die Anordnung, so getroffen ist, daß im zweiten Wicklungsabschnitt eine Spannung erzeugt wird, die größer ist als die Versorgungsspannung. Die Schaltung nach Fig. 10 kann so als Spannungs- oder Frequenzwandler verwendet werden, da die von dem ersten Wicklungsabschnitt aufgenommene Energie (abzüglich der Rotorverluste) von dem zweiten Abschnitt zurückgespeist wird.

Das in Fig. 11 dargestellte Ausführungsbeispiel ist dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 10 ähnlich, der zweite Statorabschnitt 24 ist jedoch in Gegenphase zu dem ersten Abschnitt 22 angeordnet. In diesem Falle wirkt der Stromregler 86 nicht als Übertragungsmittel zur Übertragung von Energie von dem Statorabschnitt 24 in das Versorgungsnetz 32, er verhindert vielmehr, daß der Statorabschnitt 22 auf den Rotor mehr Energie überträgt als für die Erzeugung des gewünschten Drehmoments und der gewünschten Rotationsgeschwindigkeit erforderlich ist. Das Gerät arbeitet auf diese Weise als elektromagnetischer Drehmomentregler.

Die Fig. 12 und 13 zeigen zwei weitere Ausführungsbeispiele .des erfindungsgemäßen Motors. Bei ihnen werden Amplitude und Phase der Speisung für den zweiten Abschnitt 24 durch Drei_phasen-Auto_transformatoren 88 bzw. 89 geregelt.

In den Fig. 14 und 15 sind zwei weitere Ausführungsbeispiele dargestellt, bei denen die Wicklungen der beiden Statorabschnitte in Sternreihenschaltung bzw. in Dreieckreihenschaltung verbunden sind. Sie beziehen sich auf einen Motor, bei dem die Phasendifferenz zwischen den Statorfeldern durch mechanische Mittel erzeugt wird. Durch diese Speisungsart erhält man Arbeitskennlinien, die für Antriebszwecke besser geeignet sind. Sie gleichen den Arbeitskennlinien von Gleichstrommotoren mit

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Serienerregung.

Um die Verwendung mechanischer Mittel zur Phasenverschiebung zu vermeiden, ist es möglich die in den Fig. 15 und 16 dargestellten Schaltungen durch die Anordnung nach Fig. 16 zu ersetzen, bei der der zweite Abschnitt 24 in Dreieckschaltung ausgeführt ist und in Reihe mit den in Sternschaltung verbundenen Wicklungen des ersten Abschnitts 22 gespeist wird. Dies macht es möglich, als Mittel zur Phasenverschiebung z.B. Koramutatorschalter 36, 38, 40 zu verwenden.

Die vorangehende Beschreibung verschiedener Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Motors bezog sich immer auf Dreiphasenwicklungen in Stern- oder Dreieckschaltung. Das der Erfindung zugrundeliegende Prinzip kann selbstverständlich auch bei Motoren mit einer abweichenden Phasenzahl realisiert werden, Es kann beispielsweise bei einem Sechsphasenmotor oder bei einem Einphasen-Induktionsmotor Verwendung finden. Die Einphasen-Version des erfindungsgemäßen Motors ist insbesondere zur Verwendung in elektrischen Hausgeräten beispielsweise in Waschmaschinen oder Geschirrspülmaschinen geeignet, bei denen beispielsweise die in Fig. 5 dargestellte Anordnung verwendet werden kann, wodurch unterschiedliche Wasch- oder Schleudergeschwindigkeiten oder dergleichen mit einem ausserordentlich einfachen, robusten und billigen Motor erzielt werden können. Der üblicher Weise in solchen Maschinen vorhandene als Programmschalter ausgebildete Zeitgeber kann dabei unmittelbar die Kommutatoren 36, 38 und 40 betätigen.

Obwohl die beiden Statorabschnitte in Motoren für viele Anwendungsfälle identisch sein werden, ist es selbstverständlich, daß sie auch unterschiedlich ausgebildet sein können, wenn eine Steuerung nur innerhalb eines beschränkten Geschwindigkeitsbereiches erforderlich ist.

Es sei schließlich noch erwähnt, daß der erfindungsgemäße Asynchronmotor mit Käfigläufer in Kombination mit einem geeigneten an sich bekannten Steuersystem mit Rückkopplungs-

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schleife für Einsatzfälle Verwendung finden kann, bei denen eine genaue Geschwindigkeitssteuerung erforderlich ist, z.B. bei der Steuerung von Werkzeugmaschinen oder dergleichen. Auf diese Weise werden einem einfachen und billigen Motor Anwendungsfälle erschlossen, die ihm bisher nicht zugänglich waren.

Vorstehend wurden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben, es sind selbstverständlich zahlreiche Varianten möglich, die alle von der der Erfindung zugrundeliegenden Erkenntnis Gebrauch machen, die darin besteht, zwei Statorabschnitte und Mittel zur Einwirkung auf die Speisung oder auf die Winkelstellung oder auf die axiale Position des zweiten Statorabschnitts zu verwenden und auf diese Weise die von diesem Abschnitt in den Leiterstäben des Käfigläufers induzierte elektromotorische Kraft zu verändern.

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Claims

Elektrischer Asynchronmotor, dessen Stator eine Mehr-, phasenv^icklung trägt, mit einem als Käfigläufer ausgebildeten Rotor mit geschichteten Blechen aus ferromagnetischem Material und auf dem Umfang verteilten axialen Leiterstäben, die durch an den Stirnseiten angeordnete Kurzschlußringe miteinander verbunden sind (Kurzschlußläufermotor), dadurch gekennzeichnet, daß der Stator einen ersten (22) und einen zweiten (24) Wicklungsabschnitt umfaßt, die koaxial angeordnet und einander benachbart sind und die unterschiedlichen Bereichen (28, 30) des Rotors (20) gegenüberliegen, daß die Wicklungsabschnitte (22, 24) mit Wechselstrom gleicher Frequenz gespeist sind und daß Mittel (34; 36, 38, 40; 44, 46, 50, 52; 86; 88; 89) zur Änderung der von dem zweiten Wicklungsabschnitt des Stators in die Leiterstäbe des Rotors induzierten elektromotorischen Kraft vorgesehen sind.

2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Rotor (20) nur in den den Wicklungsabschnitten (22, 24) des Stators gegenüberliegenden Bereichen Blechpakete aus ferromagnetischem Material aufweist.

(_3y Linearer Induktionsmotor bestehend aus einem ersten Teil und einem in Bezug auf diesen bewegbaren zweiten Teil mit mehrphasigen Wicklungen, dadurch gekennzeichnet , daß der erste Teil eine Aufeinanderfolge paralleler Leiterstäbe (70) umfaßt, die seitlich durch Longitudinalleiter (72) kurzgeschlossen sind, daß ein sich längs der Leiterstäbe (70) erstreckendes Trägerteil (74) aus ferromagnetischem Material vorgesehen ist, daß der zweite Teil einen ersten

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und einen zweiten Wicklungsabschnitt (76, 78) umfaßt, daß diese Wicklungsabschnitte (76, 78) längs der Richtung der Leiterstäbe (70) seitlich einander benachbart sind und mit Wechselströmen gleicher Frequenz gespeist werden und daß Mittel (80, 82, 84) zur Änderung der von dem zweiten Wicklungsabschnitt (78) des zweiten Teils des Motors in den Leiterstäben (70) des ersten Teils induzierten elektromotorischen Kraft vorgesehen sind.

4. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da d u r c h gekennzeichnet , daß die beiden Wicklungsabschnitte (22, 24 bzw. 76, 78) des Stators bzw. des zweiten Teils des Motors elektrisch identisch sind.

5. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Mittel zur Änderung der induzierten elektromotorischen Kraft Mittel zur Beeinflussung der Phasenverschiebung zwischen dem von dem ersten Wicklungsabschnitt erzeugten magnetischen Feldes sind.

6. Motor nach Anspruch 5, soweit dieser auf Anspruch 1 oder 2 zurückbezogen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wicklungsabschnitte auf gegeneinander verdrehbaren Trägerteilen angeordnet sind und daß die Mittel zur Phasenverschiebung des magnetischen Feldes Mittel zur gegenseitigen Verdrehung der Trägerteile sind.

7. Motor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Mittel zur Phasenverschiebung der magnetischen Felder von Mitteln zur Verschiebung der Phasenbeziehung zwischen dem Speisestrom des zweiten und dem Speisestrom des ersten Wicklungsabschnittes gebildet sind.

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8. Motor nach Anspruch 7, dadurch gekenn-

zeichnet , daß die Mittel zur Phasenverschiebung zv/ischen den Speiseströmen aus einem induktiven Phasenschieber (34) gebildet sind, der in Kaskadenschaltung in den Speisestromkreis des zweiten Wicklungsabschnitts eingefügt ist.

9. Motor nach. Anspruch 7, bei dem zumindest die V/icklungen des zweiten Wicklungsabschnittes (24; 78) in Polygonschaltung miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet , daß die Mittel zur Phasenverschiebung aus einer Vielzahl.von an den einzelnen Seiten des den zweiten Wicklungsabschnitt bildenden Wicklungspolygons vorgesehenen Abgriffen (36a bis 36d, 38a bis 38d, 40a bis 4Od) sowie aus Wählschaltern (36, 38, 40) gebildet sind, die mit diesen Abgriffen verbunden und die zur Verbindung des Speisestromkreises mit vorgewählten kongruenten Wicklungsabgriffen jeder Seite simultan und in wechselseitiger Übereinstimmung betätigbar sind.

10. Motor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wählschalter (36, 38, 40) Kommutatorschalter sind.

11. Motor nach Anspruch 7, der von zwei zueinander synchron rotierenden Wechselstromgeneratoren gespeist ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Phasenverschiebung aus Kupplungsmitteln (50, 52) gebildet sind, die eine gegenseitige Verdrehung der Läufer der beiden Wechselstromgeneratoren (44, 46) erlauben.

12. Motor nach Anspruch 7, der von einem mit einem Läufer und zwei Ständern ausgestatteten Wechselstromgenerator gespeist wird, wobei wenigstens eine der Ständerwicklungen in Polygonschaltung miteinander verbunden sind,

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dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Phasenverschiebung aus einer Vielzahl von an den einzelnen Seiten des Wicklungspolygons (58) dieses Ständers vorgesehenen Wicklungsabgriffen sowie aus Wählschaltern gebildet sind, die mit der genannten Vielzahl von Wicklungsabgriff en verbunden und die zur Verbindung des Speisestrorakreises rait vorgewählten kongruenten Wicklmigsabgriffen jeder Seite simultan und in wechselseitiger Übereinstimmung betätigbar sind.

13. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Mittel zur Änderung der elektromotorischen Kraft Mittel zur Änderung der Amplitude des Speisestroms des zweiten Wicklungsabschnittes sind.

14. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Mittel zur Änderung der elektromotorischen Kraft aus Mitteln zur Verschiebung des zweiten Wicklungsabschnittes gebildet sind, durch die diese parallel zu den axialen Leiterstäben des Käfigläufers zwischen einer Position, in der er diesen Leiterstäben mit seiner ganzen Länge gegenübersteht und einer Position verschiebbar ist, in der er ihnen nicht gegenübersteht..

15. Motor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Speisung des zweiten Wicklungsabschnitts durch Stromregler (86) steuerbar ist, durch die die Amplitude des Speisestroms veränderbar ist.

16. Motor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen des zweiten Wicklungsabschnitts in Sternschaltung miteinander und in Reihenschaltung mit den an die Speisequelle angeschlossenen Wicklungen des ersten Wicklungsabschnittes

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verbunden sind.

17» Motor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß der erste und der zweite Wicklungsabschnitt in Reihen-Sternschaltung'gespeist werden.

18. Motor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Wicklungsabschnitt in Reihen-Polygonschaltung gespeist werden.

19. Motor nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Wicklungen des zweiten Wicklungsabschnitts in Polygonschaltung miteinander verbunden und über die Wicklungen des ersten Wicklungsabschnitts über zwischen beide Wicklungsabschnitte in Kaskadenschaltung eingefügte Phasenschieber gespeist werden.

20. Motor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er ein Dreiphasen-Drehstrommotor ist.

21. Motor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 19, dadurch ge kennzeichnet, daß er ein Einphasen-Wechselstrommotor mit Phasenschieberkondensator ist.

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