DE3506651C2

DE3506651C2 -

Info

Publication number: DE3506651C2
Application number: DE3506651A
Authority: DE
Inventors: Kazuo Kanazawa Ishikawa Jp Bessho
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-02-27
Filing date: 1985-02-26
Publication date: 1987-10-08
Also published as: US4585984A; DE3506651A1; JPS60180462A

Description

Die Erfindung betrifft einen Wechselstrommotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs. Ein solcher, allge mein als Spaltpolmotor bezeichneter Motor ist durch die DD-PS 32 695 bekannt.

In der deutschen Zeitschrift "EMA elektrische Maschi nen", 1975, Seiten 34 bis 39, sind hochgesättigte Asyn chronmotoren hoher Drehzahl beschrieben. Die von einem Drehfeld angetriebenen Asynchronmotoren besitzen im wesent lichen vier ausgeprägte Polsäulen besonderer Art, die in einem Ständerjoch mit Keilen befestigt sind. Ständerspulen sind entweder den beiden Säulen desselben Poles oder den Säulen benachbarter Pole gemeinsam, können aber auch auf einer einzigen Säule liegen. Das Ständerjoch ist bei den Polen stärker und zwischen den Polen dünner. Die Asynchron motoren werden von einem Einphasennetz (50 Hz) gespeist, und man unterscheidet dabei Speisespannungen U ₀ bis U ₉₀, die mit Hilfe eines Kondensators C erhalten werden. Das Drehfeld ist dabei so gestaltet, daß zwei Sätze von Fre quenzvervielfachern in der sich ergebenden Vierschenkel struktur in rechtem Winkel relativ zueinander angeordnet und zwei Arten von Dreiphaseneingängen mit jeweils unter schiedlicher Phase ihren entsprechenden Eingangsanschlüs sen zugeführt sind, wobei die Ausgänge eine dreifache Frequenz und eine um 90° voneinander unterschiedliche Phase haben. Diese Asynchronmotoren sind von aufwendiger Bau weise und daher besonders teuer in ihrer Herstellung.

Aus der DE-PS 9 16 781 ist eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer dreifachen Frequenz aus einer Grund frequenz, insbesondere für den flackerfreien Betrieb von Glühlampen aus Netzen niedriger Frequenz bekannt. Die Frequenzverdreifachung erfolgt durch eisengesättigte Drosselspulen im Zusammenwirken mit einer ungesättigten Drosselspule, und zwar dadurch, daß die Spannung der Grundfrequenz an die in Reihe geschalteten beiden Drossel spulen und an einen parallel zu ihnen gelegten Spartrans formator gelegt ist, während die Spannung dreifacher Frequenz zwischen der Verbindungsstelle der beiden Dros selspulen und einer in bezug auf die Grundfrequenz span nungsgleichen Anzapfung des Spartransformators zu ent nehmen ist. Es ist aus dieser Entgegenhaltung auch be kannt, in einer Brückenschaltung durch Verwendung von gesättigten, eisenhaltigen Drosselspulen im Zusammenwir ken mit ungesättigten Drosselspulen eine Frequenzver dreifachung durchzuführen. Eine gesättigte eisenhaltige Drosselspule ist in einen Brückenzweig einer aus Drossel spulen und Kapazitäten aufgebauten Brücke geschaltet, im anderen Brückenzweig kann die vervielfachte Frequenz abgenommen werden.

Um den Läufer eines Motors der eingangs genannten Art mit höherer als vom Wechselstromnetz vorgegebenen Drehzahl zu betreiben ist es naheliegend, einen Frequenz vervielfacher, wie er durch die DE-PS 9 16 781 bekannt ist, zwischen Netz und Motor zu schalten.

Eine solche an sich aufwendige Schaltungsanordnung mit einem Frequenzvervielfacher ist in Fig. 2 dargestellt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Motor der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß er eine konstruktive und elektromagnetische Vereini gung eines Motors mit einem Frequenzvervielfacher, wie sie durch die "EMA" a. a. O. bekannt ist, darstellt und mit einem Vielfachen der von der Netzrequenz vorgege benen Drehzahl betrieben werden kann, aber konstruktiv einfacher als der durch die "EMA" bekannte ist.

Diese Aufgabe wird durch den kennzeichnenden Teil des Anspruchs gelöst.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß der robuste und leicht zu wartende Motor für längere Zeit bei einer hohen konstanten Drehzahl durch Erzeugung eines magnetischen Drehflusses, welcher eine dreifache Frequenz in bezug auf die Frequenz des eingegebenen Wechselstromes hat, betrieben wird, und dabei ein entsprechend guter Wirkungsgrad erreicht wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Vorderansicht eines Wechselstrommotors entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 eine Ersatzschaltung zur Erläuterung des Betätigungsprinzips des Wechselstrommotors;

Fig. 3 ein charakteristisches Diagramm mit zwei Kurven, in denen die Spannung als Funktion des Stromes sowohl für eine in Fig. 2 gezeigte lineare wie auch für eine gesättigte Drosselspule dargestellt ist und

Fig. 4 ein Wellendiagramm der Eingangs- und Ausgangsspannung in bezug auf den magnetischen Frequenz verdreifacher in der entsprechenden Ersatzschaltung gemäß Fig. 2.

In der Fig. 1 ist ein dreischenkliger Kern 1 mit zwei Eingangsschenkeln 2, 4 und einem Ausgangs schenkel 3 gezeigt. Die Eingangsschenkel 2 und 4 weisen Eingangsspulen 12 und 15 auf. Insbesondere sind die Eingangsspulen 12 und 15 so hintereinander geschaltet, daß ihr magnetischer Fluß in der gleichen Richtung orientiert ist und damit die gleiche Polarität hat, wobei ihre Enden an Eingangsanschlüssen 10 und 11 ange schlossen sind. Hierbei hat der Eingangsschenkel 4 einen größeren Querschnitt als der Eingangschenkel 2 und in seinem mittleren Teil einen Spalt 6. Der so aufgebaute dreischenklige Kern 1 garantiert, daß der Eingangs schenkel 2 und die Eingangsspule 12 als eine gesättigte Drosselspule und der Eingangsschenkel 4 und die Eingangs spule 15 als lineare Drosselspule funktionieren.

Der im mittleren Teil des dreischenkligen Kerns 1 angeordnete Ausgangsschenkel 3 weist einen Zylinderspalt 5 zum Betätigen eines Läufers 7 für einen Induktionsmotor auf. Der Zylinderspalt 5 hat daher zwei einander entgegen gesetzte, magnetisierbare, bogenförmige konkave Flächen, welche mit Ausschnitten auf jeder Seite ausgebildet sind, in welche später jeweils Abschirmspulen 8 und 9 in Form metallischer Ringe einsetzbar sind. Der Ausgangsschenkel 3 hat um ihn angeordnete Wicklungen 13 und 14, die in Serie geschaltet miteinander verbunden sind. Ein Kondensator 16 zum Verdreifachen der Resonanzfrequenz ist in der Mitte eines Leiters angeordnet, welcher sich zwischen den An schlüssen der Wicklungen 13 und 14 erstreckt.

Bei Anlegen einer Einphasenwechselspannung an den beiden Eingangsanschlüssen 10 und 11 wird ein wechselnder magnetischer Fluß mit einer verdreifachten Frequenz relativ zur Frequenz des Stromversorgungssystems im Aus gangsschenkel 3 erzeugt und dabei ein magnetischer Dreh fluß mit einer synchronisierten Geschwindigkeit ent sprechend der verdreifachten Frequenz in dem Bereich ge bildet, wie er durch den Zylinderspalt 5 und den Ab schirmspulen 8 und 9 gegeben ist. Dies führt dazu, daß sich der Läufer 7 bei einer höheren Drehzahl dreht.

Fig. 2 zeigt eine Ersatzschaltung zur Erläuterung des Betätigungsprinzips des Wechselstrommotors in Fig. 1. Wie aus der Fig. 2 zu entnehmen ist, ist die Ersatz schaltung im Hinblick auf die gegebenen Funktionen in zwei Abschnitte (A) und (B) unterteilt. Eine lineare Drosselspule 103 in Fig. 2 entspricht dem Eingangs schenkel 4 mit dem Spalt 6, der gemäß Fig. 1 in diesem gebildet ist. Eine gesättigte Drosselspule 104 in Fig. 2 ist äquivalent dem Eingangsschenkel 2 in Fig. 1. Weiter hin entspricht ein Kondensator 105 in Fig. 2 dem Kondensator 16 in Fig. 1.

Insbesondere dient Abschnitt (A) als magnetischer Frequenzverdreifacher, wobei die Frequenz f der Ein gangsspannung in eine Dreifachfrequenz 3 f umgewandelt wird. Der magnetische Frequenzverdreifacher ist dabei so konstruiert, daß Primärspulen der linearen Drossel spule 103 und der gesättigten Drosselspule 104 hinter einander geschaltet und ihre Enden an den Eingangsan schlüssen 101 und 101′ angeschlossen sind, während die Sekundärspulen von ihnen in Serie mit umgekehrter Polarität verbunden und ihre Enden an den Ausgangs anschlüssen 102 und 102′ angeschlossen sind. Ferner ist der Kondensator 105 zwischen den Eingangsanschlüssen 102 und 102′ parallel zur linearen Drosselspule 103 und der gesättigten Drosselspule 104 geschaltet.

Wenn eine Eingangsspannung an den Eingangs anschlüssen 101 und 101′ im Abschnitt (A) angelegt ist, wird die Eingangsfrequenz f in die verdreifachte Frequenz 3 f umgewandelt und dabei die Frequenz der Ausgangs spannung, wie sie zwischen den beiden Ausgangsanschlüssen 102 und 102′ gemessen wird, verdreifacht.

Andererseits bildet der Abschnitt (B) einen be kannten Spaltpolmotor mit an ihm befestigten Abschirm spulen 109 und 110, wobei der Motor von Einphasenwechselstrom gespeist und eine Intensität des magnetischen Drehflusses in einem Zylinderspalt 111 von der Frequenz der Eingangsspannung bestimmt ist.

Demgemäß ergibt sich, daß, wenn eine Wechsel spannung an den Eingangsanschlüssen 101 und 101′ im Abschnitt (A) angelegt wird, die Intensität des mag netischen Drehflusses in Vergleich mit dem Fall ver dreifacht wird, bei dem die Wechselspannung den Aus gangsanschlüssen 102 und 102′ direkt zugeführt wird, die als Eingangsanschlüsse im Abschnitt (B) dienen.

In Fig. 2 kennzeichnet das Bezugszeichen 106 einen Kern und das Bezugszeichen 107 eine Eingangsspule.

Fig. 3 zeigt typische Kurven, in denen die Spannung V als Funktion des Stromes I zur Kennzeichnung der Beziehung zwischen der linearen Drosselspule 103 und der gesättigten Drosselspule 104 benutzt ist. Der Bezugsbuchstabe L kennzeichnet die charakteristische Kurve der linearen Drosselspule 103 und die Buchstaben SR diejenige der gesättigten Drosselspule 104, wobei Vk die gesättigte Spannung der gesättigten Drossel spule 104 angibt.

Schließlich ist in Fig. 4 in einer Kurve schematisch die Frequenz f der den Eingangsanschlüssen 101 und 101′ zugeführten Eingangsspannung U _E und in einem anderen Grafen die Frequenz 3 f der Ausgangs spannung U _A dargestellt, die an den beiden Ausgangs anschlüssen 102 und 102′ im Abschnitt (A) erscheint. Wie aus der Fig. 4 hervorgeht, wird die Anfangsfrequenz mit Hilfe des magnetischen Frequenzverdreifachers ver dreifacht. Als Folge davon wird auch die synchronisierte Geschwindigkeit des magnetischen Drehflusses im Zylinder spalt 111 im Abschnitt (B) verdreifacht.

Wird beispielsweise Einphasenwechselspannung mit einer Frequenz von 60 Hz aus einem handelsüblichen Strom versorgungsnetz den Eingangsanschlüssen 101 und 101′ zugeführt, dann wird der Läufer 108 mit einer Drehzahl von etwa 10 000 Umdrehungen pro Minute betrieben.

Claims

Wechselstrommotor mit einem dreischenkligen Kern mit zwei Eingangsschenkeln und einem Ausgangschenkel, wobei um jeden der beiden Eingangsschenkel eine Ein gangsspule gewickelt ist, diese Spulen hintereinander geschaltet sind und deren Enden an eine Wechselspannung angelegt sind; mit einem Induktionsmotorläufer, welcher in einem Zylinderspalt im Ausgangsschenkel drehbar angeordnet ist, wobei der Zylinderspalt zwei einander entgegenge setzte, magnetisierbare, bogenförmige konkave Flächen aufweist; mit Abschirmspulen, welche in Ausschnitten auf jeder Seite der einander entgegengesetzten, konka ven Flächen des Zylinderspaltes eingesetzt sind, gekennzeichnet durch einen Spalt (6) in einem der Eingangsschenkel (4) und zusätzliche Wicklungen (13, 14) auf dem Ausgangs schenkel (3), welche zum Bewirken von Resonanz mit einem Kondensator (16) in Reihe geschaltet sind.