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Elektrischer Zweimotorenantri eb
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Die Erfindung bezieht sich auf einen elektriscllen Zweimetorenantrieb,
dessen jeder Motor jeweils getrennt an ein als einzige Speisequelle dienendes Einphasen-Wechselstromnetz
anschließbar ist, mit in einem gemeinsamen Ständerblechpaket angeordreter Ständerwicklung
eines Kommutatormotors niedriger Polzah] einerseits und eines Induktionsmotors höherer
Polzahl anderelseits und mit einem gemeinsamen, in solcher Weise bewickelten Anker,
daß aus je Strang in Reihe geschalteten Spulen bzw. Spulengruppen kurzgeschlossene
Stromkreise mit einer jener des erregenden Induktionsmotor-Ständerfeldes entsprechenden
Polzahl eM-stehen und über die Lamellen eines kommutators Stromkreise mit einer
jener des erregenden Kommutator-Ständerfeldes entsprechenden Polzahl bildbar sind.
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Bei einem bekannten derartigen Zweimotorenantrieb (DT-oE; 25 30 294)
ist das Ständerblechpaket über den gesamten umfang genutet; die 12-polige, 3-strängige
Ständer-Wicklung des dort gezeigten Indukt.ionsmotors und die Wicklung des als WecElselstrom-Reihenschlußmotors
vorgesehenen 2-poligen Kommutatormotors sind jeweils in gemeinsamen Nuten angeordnet,
wobei ein Stäncerblechschnitt mit ungleichem Nutenquerschnitt gewählt und die Wicklung
des Induktionsmotors gleichmäßig über alle Nuten verteilt ist, während die 'Wicklung
des Reihenschlußmotors die Nuten nur teilweise belegt, die dazu einen größeren Nutquerschnitt
auSweisen als die restlichen, allein von der Wicklung des Induktionsmotors
belegten
Nuten. Im Läufer sind einerseits eine an die Lamellen des Kommutators angeschlossene
2-polige Ankerwicklung ds Reihenschlußmotors sowie andererseits eine davon galvanisch
vi:lie getrennte, 2- strangige gewickelte Induktionsmotor-Wicklunt" mit einem der
Polzahl der Induktionsmotor-Wicklung des St.inc.ers entsprechenden Polzahl vorgesehen,
deren Spulen oder Spuler.6ruppen Je Strang in Reihe geschaltet sind und. durch unmittelbales
Verbinden von Anfang und Ende der Reihenschaltung Kurzschltßkreise bilden.
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Bei einem weiteren bekannten Zweimotorenantrieb (CH-PS 17 611) mit
einem Gleichstrommotor und einem Wechselstrommotor Dit an den Kommutator angeschlossener
Induktionsmotor-Wicklung und Gleichstrom-Wellenwicklung wird der vorwiegend als
Einar:kerumformer einzusetzende Antrieb jeweils gleichzeitig mit Bechselstrom als
auch mit Gleichstrom betrieben.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen elektrischen Zweimotorenantrieb
zu schaffen, der in fertigungs-, instesondere wicklungstechnisch einfacher Weise
eine bessere Ausnutzung des Wicklungskupfers im Läufer ermöglicht.
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Die gestellte Aufgabe wird bei einem elektrischen Zweimotorenantrieb
der eingangs genannten Art nach der Erfindung dadurch gelöst, daß Ständer- und Läuferwicklung
hochpolig mehrsträngig ausgebildet sind und im Sinne eines sowohl für den Kommutatorwie
den Induktionsmotor-Betrieb zumindest für einen Läuferwicklungsstrang gemeinsamen
Wicklungssystems an einen Kommutator eine Schleifenwicklung angeschlossen ist, deren
Spulenweite annähernd einer Polteilung der niederpoligen, insbesondere 2-poligen
Kommutator-Ständerwicklung und einem ungeraden, ganzen Vielfachen der hochpoligen
Induktionsmotorständerwicklung entspricht; dadurch wird erreicht, daß bei einem
einfachen aufbau der Läufenricklung sowie des Kommutators mit seinen Wicklungsanschlossen
ohne irgendeine Umschaltung das Wicklungakupfer des einen, sowohl für den Kommutator-
wie den Induktionsmotor-Betrieb eingesetzten Läuferwicklungsstranges bei jeder der
beiden vorgesehenen Betriebsarten (Kommutatormotor bzw. Induktionsmotor) des Zweimotorenantriebs
volt ausgenutzt wird. Durch die erfindungs-
gemäß in bestimmter
Weise geschaltete Läuferwicklung wird erreicht, daß einerseits alle Wicklungsstränge
auf das hochpolige Ständerfeld des Indulctionsmotors wie eine aus jeweils in sich
geschlossenen Strängen gebildete Mehrphasenwicklung mit entsprechender Drehmomentenbildung
reagieren und andererseits bei Bestromung der Bürsten des Kommutators und Errezung
der St-darwicklung des Kominutatormotors der eine lficklungsstrang bei der niedrigen
Polz£-lals eine normale Kommutator-Schleifenwicklung arbeitet, ohne daß bei Drehzahlen
oberhalb der synchronen Drehzahl des hochpoligen Induktionsmotors durch die Läuferwicklungsstränge
übersynchrone Bremsmomente entstehen, indem die bei nieierpoligem Betrieb durch
das niederpolige Feld in den zuvor beschriebenen "hochpoligen Kurzschlußkreisen
sich bildenden Spannungen sich zu Null ergänzen.
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Eine besonders vorteilhafte Anwendung des erfindungsgemäßen Zweimotorenantriebs
ist für einen braschautomaten gegeben, bei dem der Induktionsmotor für den Waschbetrieb
und der Koumutatormotor als Reihenschluß-Universalmotor für den Schleuderbetrieb
vorgesehen ist, da aufgrund der spezifischen Dimensionierungs-und Belastungsverhältnisse
im Schleuderbetrieb, d.h. im Universalmotorbetrieb nicht das gesamte Läuferkupfer
eingesetzt werden braucht.
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Je nachdem, ob einerseits der Induktionsmotorteil oder andererseits
der Kommutatormotorteil des erfindungsgemäßen Zweimotorenantriebs stärker ausgelegt
sein soll, ist nach weiteren Ausgestaltungen der Erfindung vorgesehen, daß einerseits
zumindest ein weiterer Läuferwicklungsstrang in an sich bekannter Weise aus einer
von der Kommutatorwicklung und dem Kommutator galvanisch getrennten Induktionsmotor-Wicklung
besteht, deren Spulen bzw.
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Spulengruppen je Strang in Reihe geschaltet und der Anfang der Reihenschaltung
mit deren Ende unmittelbar verbunden ist bzw.
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andererseits, daß im Sinne eines gemeinsamen Wicklungssystems für
zumindest zwei Läuferwicklungsstränge eine zweigängige Schleifenwicklung an einen
Kommutator angeschlossen ist. Eine im Vergleich zu einer zweigSingigen Schleifenwicklung
insbesondere hinsichtlich von Ausgleichsströmen und ungleichen Lamellenspannungen
günstigere elektrischer Zweimotorenantrieb
wird nach einer weiteren
Ausgestaltung dadurch erreicht, daß im Sinne eines gemeinsamen Wiclilungssystems
für zumindest zwei Läuferwicklungsstränge für jeden dieser beiden Stränge jeweils
eine eingängige Schleifenwicklung an je einen Kommutator angeschlossen und die Bürstensysteme
der beiden Kommutatorer in Reihe geschaltet sind.
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Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltunger werden im
folgenden anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele in der Zeichnung
näher erläutert. Darin zeigen: Figur 1 die Prinzipschaltung für einen Waschautomatenantrieb
mit einem dreisträngigen Induktionsmotorteil und einem in der im gleichen Blechpaket
angeordneten Universalmotorteil, Figur 2 das Wicklungsschema für die Standerwicklung
eines 12-poligen, 3-strdngigen Induktionsmotorteils und eines im gleichen Ständerblechpaket
angeordneten 2-poligen Universalmotorteils, Figur 3 einen ersten, nicht an den Kommutator
angeschlossenen und nur im Induktionsmotorbetrieb wirksamen Wicklungsstrang der
teilintegrierten Läuferwicklung, Figur 4 einen zweiten, an den Kommutator angeschlossener
und sowohl im Induktionsmotorbetrieb als auch im .Komutatormot:orbetrieb wirksamen
Wicklungsstrang bei nicht stromgespeisten Bürsten im Induktionsmotorbetrieb, Figur
5 den Wicklungsstrang nach Figur 4 bei stromgespeisten Bürsten und damit im Betrieb
als Universalmotor, Figur 6 das Wicklungsschema eines voll integrierten, d.h. sowohl
im niederpoligen als auch im hochpoligen Betrieb wirksamen Wicklungsstranges mit
nur einem kurzgeschlossenen Strang im Induktionsmotorbetrieb, Figur 7 das Wicklungsschema
nach Figur 6 mit einem zusätzlichen weiteren voll integrierten Wicklungsstrang für
den Induktionsmotorbetrieb mit nur einem Kommutator, Figur 8 eine voll integrierte
Läuferwicklung mit zwei Wicklungssträngen für den Induktionsmotorbetrieb mit zwei
Kommutatoren.
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Figur 1 zeigt strichpunktiert umrandet den integrierten Induktions-
und Universalmotor, der aus einem Einphasennetz R, Mp gespeist wird. Die drei Strenge
der in Stern geschalteten Stein-
derwicklung des Induktionsmotors
1 sind mit U12, X12, V12, r12, W12, Z12 bezeichnet. Die Erregerwicklung des aus
dem Einphasen-Wechselstromnetz R, mm gespeisten. Reihenschluß-Universalmotors 2
trägt die Bezugszeichen EF, die Bürsten des zugehörigen Läufers 21 sind wie üblich
mit BA bezeichnet. Parallel zu den Eingängen V12 bzw. W12 liegen die beiden Kontakte
31 bzw. 32 eines Reversierschalters 3, dessen Eingangsklemme mit dem Po. R des speisenden
Einphasennetzes R, Mp verbunclen ist. Parallel zu den Klemmen 31, 32 liegt in an
sich bekannter Weise ein Kondensator C. Der zweite Pol Mp des speisenden Einphasennetzes
R, 11p ist in Reihe über einen Thermowächter 4 an die Eingangsklemme Ul 2 des Induktionsmotors
angeschlossen, der z.B. in 12-pol. ger Ausführung unter Zwischenschaltung einer
Riementibersetzung die Waschtrommel eines Waschautomaten im TJaschbetrieb mit etwa
50 Trommel-Upm antreibt. Der Indul;tionsmotor kann anstelle der hier gezeigten drei
Stränge auch nur mit zwei Strängen ausgeführt sein. Die Polzahl des Universalrnotors
soll be' spielsweise gleit 2 sein, kann jedoch an sich beliebig sein, r1uß jedoch
einen von der Polzahl des Induktionsmotors 1 unterschiedliche Grie 2uweisen, wenn
in besonders vorteilhafter Weise ozone zusktzliche Schalt- und Unterbrechungsmittel
für die Stromzufur zum Induktionsmotor insgesamt kein Ubersynchrones Bremsmomenv
des Induktionsmotors bei Betrieb des Kommutator-Reihenschlußmotors mit einer über
der synchronen Drehzahl des Induic-tionsmotors liegenden Drehzahl entstehen soll.
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Figur 2 zeigt in ihrem oberen Teil das Wicklungsschema der in Figur
1 in einer Prinzipschaltung dargestellten Ständerwicklung eines 12-poligen, 3-strängigen
Induktionsmotors 1 und in unteren Teil der Figur das Wicklungsschema des im gleichen
Bechpatnet angeordneten 2-poligen Universalmotors; eine derartige aus den genannten
beiden Wicklungsteilen bestehende Ständerwicklung -.ann beispielsweise für einen
erfindungsgemäßen Antriebsmotor vertrerdet werden.
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Die Figur 3 zeigt einen ersten, nicht an den Kommutator angeschlossenen
Wicklungsstrang einer im Induktionsmotorbetrieb 2-str ingigen Lduferwicklung, deren
zweiter Wicklungsstrang in Figur 4 bei nicht bestromten Biirsten fiir den Induktionsmotorbetrieb
und in Figur 5 bei bes5;romten Borsten für den n.iederpoligen Kommutatorbetrieb
dargestellt ist. Der Läufer weist dabei 24 Läufernuten auf; an den mit 24 Lamellen
versehenen Kommutator ist die erfindungsgemäße Wicklung entsprechend Figur 4 bzw.
der Figur 5 angeschlossen.
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Figur 3 zeigt den ersten Wicklungsstrang, der als 12-poLige Kurzschlußwicklung
mit einer Spulenweite von 5tp ausgefihrt ist und nur bei einem Induktionsmotorbetrieb
wirksam ist. Die eingezeichneten Strompfeile lassen die 12-polige Läuferdurqhflutung
erkennen.
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Figur 4 zeigt einen zweiten Wicklungsstrang, der mit gel sicher Spulenweite
wie der erste Wicklungsstrang gemäß Figur 3 ausgeführt ist und dessen Spulen in
Teilspulen unterteilt an einen Kommutator mit 24 Lamellen angeschaltet ist. Dieser
Wicklungsstrang ist bei 12-poliger Felderregung als zweite Kurzszhlußwicklung für
den Induktionsmotorbetrieb wirksam. Die eingezeichneten Strompfeile lassen wiederum
die 12-polige Läufer durchflutung erkennen. Die für den Universalmotorbetrie3 vorhandenen
Kohlenbürsten sind nicht bestromt und in Figur 4 wegen ihrer Bedeutungslosigkeit
nicht eingezeichnet.
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Figur 5 zeigt den zweiten Wicklungsstrang gemäß Figur 4, der nunmehr
in idealisierter Darstellung über zwei gegenüberliegende Lamellen und entsprechende
Bürsten bestromt wird. Dabei ergibt sich, entsprechend den eingezeichneten Strompfeilen,
eine resultierende 2-polige Läuterdurchf lutung .
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Figur 6 zeigt in einem einzigen Wicklungsschema einen voll integrierten
Wicklungsstrang für einen 2/12-polumschaltbaren Antriebsmotor mit 24 Nuten und nur
5 Kollektorlamellen, um das Prinzip der Erfindung klarer erläutern zu können. Die
dargestellte Wicklung ist eine 2-polige Kommutatorwicklung, die wie Jede Kommutatorwicklung
in sich geschlossen ist. Durch die Wahl
der Nutenzahl und des Spulenschrittes
wird erreicht, daß diese Kommutatorwicklung gleichzeitig einen kurzgeschlossenen
Strang einer 12-poligen Mehrphasenwicklung bildet. Der Spulenschritt ist um ein
1/6 der 2-poligen Polteilung verkürzt. Die in Figur 6 eingetragenen oberen Stromrichtungspfeile
gekennzeichnen den 2-poligen, die unteren Stromrichtungspfeile den 12-pol gen Betrieb.
Die in Figur 6 dargestellte Wicklung besitzt nur einen einzigen kurzgeschlossenen
Strang für den Induktionsmotorbetrieb.
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Zur vollen Funktionsweise sind zumindest zwei solche unabhängig geschlossene
Wicklungen zu kombinieren.
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Eine erste Möglichkeit einer Kombination von zwei Wicklungsstrengen
bei einer voll integrierten Läuferwicklung ist in Figur 7 dargestellt. Zwei Wicklungen
nach Figur 6 sind dabei gemeinsam im Läufer zur Darstellung des voll integrierten
Wicklungsteiles untergebracht und abwechselnd an die 12 Koru3utatorlamellen eines
Kollektors angeschlossen. Ein mit einer derartigen Wicklung allein ausgestatteter
Läufer wirkt einerseits wie ein 2-poliger Kommutatoranker mit 4 parallel Wicklungszweigen
und gleichzeitig wie ein 12-poliger Kurzschlußläufer mfflt 2 Strängen. Dieser Anker
wäre also sowohl im Kommutator- wie im Induktionsmotorbetrieb auch ohne einen zusätzlichen,
glvanisch getrennten und nicht an den Kommutator angeschlossenen Wicklungsstrang
voll funktionsfähig.
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Figur 8 zeigt ebenfalls zwei voll integrierte Wicklungsstränge, die
jedoch im Unterschied zu Figur 7 an zwei Kommutatoren (Lamellen 1, 3, 5, 7, 9, 11
bzw. 2, 4, 6, 8, 10, 12) angeschlossen sind. Wie auch in Figur 7 ist der eine Wicklungsstrang
mit vollen Linien, der zweite Wicklungsstrang dagegen in gestrichelten Linien dargestellt.
Beiden in Fig. 8 dargestelltenWicklungsschema mit zwei Kommutatoren, deren Bürstensysteme
in Reihe geschaltet sind, ergeben sich nur zwei parallel Zweige im Anker.
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Auch bei den Ausführungen der Wicklung nach den Figuren 6 bis 3 ist
ebenso bei dem Wicklungsschema nach den Figuren 3 und 4, 5 ein Spulenschritt der
Wicklung vorgesehen, der einem ungeraden Vielfachen einer üblichen Asynchronmotor-Wicklung
entspricht.
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Bei der Ausführung der teilintegrierten Läuferwicklung nach dem Wicklungsschema
gemäß Figur 3 bis 5 lcißt sich der Aufwand fllr
die Wicklungshersteliung
wie für den Kommutator besonders gering halten.
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Der in Figur 3 dargestellte, nicht integrierte Strang ist in fertigungstechnisch
günstiger Weise mit einer Spulenweite von 5tp-hochpolig versehen; dadurch läßt sich
diese Wicklung, ähnlich wie eine 2-polige Universalmotorwicklung in Art einer Durchmesserwicklung
maschinell, z.B. mittels eines sogenanten Flyers besonders einfach in die Nuten
einbringen. Es kann jedoch zur Erzielung besonders kurzer Windungsl.angen eine nach
oben oder unten abweichende, die FoKerung nach einem ungeraden Vielfachen der Polteilung
der hochpoligen Wicklung erfüllende Polteilung gewählt werden.
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Grundsätzlich ist davon auszugehen, daß für die integrierte Wicklung
die Spulenweite entsprechend einem ungeraden Vielfachen der hochpoligen "asynchronen"
Wicklung zu wählen ist und andererseits im Sinne eines guten Wicklungsfaktors möglichst
weitgehend der Polteilung (1typ) der niederpoligen, insbesondere zweipoligen Kommutatormotor-Wicklung
entspricht.
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Hichsichtlich der räumlichen Versetzung der in Reihe geschalteten
Spulen eines Wicklungsstranges einerseits und der Stränge gegeneinander gilt bei
der integrierten Läuferwicklung: Die in Reihe geschalteten Spulen sind gegeneinander
um ein gerades Vielfaches der Polteilung des "asynchronen" 3getriebes räumlich versetzt.
Die Wicklung besteht aus m in sich selbständig geschlossenen Teilen, welche am Läuferumfang
um den Raumwinkel 22l (PA = die Polpaarzahl des "asynchronen" Betriebes) 2pAm 8
Figuren 5 Patentansprüche