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Polumschaltbarer Kleinstmotor Die Erfindung bezieht sich auf einen
polumschaltbaren, von Einphasenwechselstrom gespeisten Kleinstmotor.
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Der Stand der Technik kennt einerseits den Spaltpolmotor in verschiedenen
Ausführungsformen. Andererseits sind auch Asynchronmotoren mit Hilfsphase und insbesondere
mit Kondensatorhilfsphase bekannt.
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Die Erfindung besteht in der Kombination dieser beiden an sich grundsätzlich
unterschiedlichen Motorentypen in ein und demselben Motor.
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Die Erfindung setzt sich zum Ziel, einen polumschaltbaren Motor zu
gewinnen; sie will ferner den Wert des Anzugsmomentes des Motors um einen namhaften
Betrag erhöhen. Die Steigerung des Anzugsmoments bezieht sich dabei ganz vornehmlich
auf die mit der niedrigeren Polzahl ausgestattete Hilfsphasenkomponente des Motors.
Die Erfindung erreicht die Lösung dieser Aufgabe in überraschend hohem Maße und
dabei mit neuen und vergleichsweise sehr einfachen Mitteln, wobei die Erfindung
ganz vornehmlich auf das Gebiet der Kleinstmotoren gerichtet ist.
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Die Erfindung gibt dabei keine wesentlichen Vorzüge des Spaltpolmotors
und des Hilfsphasenmotors auf, vermeidet aber Mängel, die den genannten Bauarten
anhaften.
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Ein für viele Verwendungszwecke grundlegendes Ausführungsbeispiel
der Erfindung besteht aus einem Motor mit einem 2 n-poligen Statorschnitt und einem
Kurzschlußläufer. Jedes Polstück des Stators ist mit einem Polspalt in der vom Spaltpolmotor
bekannten Art versehen, wobei jedes Polstück in der ebenfalls von dem Gebiete der
Spaltpolmotoren her bekannten oder in ähnlicher oder äquivalenter Art mit einem
oder mehreren Kurzschlußbügeln
oder -ringen ausgerüstet ist, die
dem neuen Motor in seiner Spaltpolmotorkomponente das erforderliche Anzugsmoment
erteilen. Erfindungsgemäß ist ferner der gleiche Motor unter Beibehaltung der Kurzschlußringe
durch ein geeignetes und gegebenenfalls an sich bekanntes Umschaltorgan in einen
n-poligen Hilfsphasenmotor, insbesondere einen Köndensätorhilfsphasenmotor umschaltbar;
hierbei sind in üblicher oder äquivalenter zweckentsprechender Weise die Motorhilfsphase
z. B. über einen Phasenschieberkondensator und die Motorhauptphase unmittelbar an
das Netz angeschlossen. Beispielsweise hat also, bei n = 2, ein solcher Motor als
Spaltpolmotor vier Pole, in seiner anderen Komponente als Asynchronmotor zwei Pole;
im ersten Falle bildet jedes Polstück einen Pol, im zweiten Falle wird je ein Pol
durch jeweils zwei Polstücke dargestellt.
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Man erreicht dadurch eine Vereinigung der charakteristischen Vorzüge
des Spaltpolmotors, und zwar insbesondere eines hohen Anzugsmoments, mit den charakteristischen
Vorzügen des Asynchronmotors mit Hilfsphase, wobei die Asynchronkomponente mit entsprechend
höherer Drehzahl ausgestattet ist.
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Bei Ausführungsformen mit den vom Spaltpolmotor beibehaltenen, an
sich bekannten Kurzschlußringen ergibt sich zwar ein gewisser Nachteil infolge zusätzlichen
Leistungsverbrauchs; dieser Nachteil ist jedoch, besonders bei Kleinstmotoren, als
geringfügig anzusehen gegenüber dem im Vergleich zum reinen Asynchronmotor verbesserten
Anzugsmoment. Gerade das Problem des ausreichenden Anzugsmoments hat bislang die
Verwendung von Asynchronmotoren und insbesondere von Asynchronkleinstmötoren in
vielen Zweigen der Technik verhindert oder doch mindestens, infolge der Notwendigkeit
der Schaffung zusätzlicher Vorrichtungen und Einrichtungen, beträchtlich erschwert
und verteuert; dies gilt beispielsweise für die Anwendung solcher Motoren auf dem
Gebiete des Büro- und Rechenmaschinenantriebs.
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Ein Versuch hat beispielsweise ergeben, daß ein Kleinstmotor gemäß
der Erfindung mit 4poligem Stator in der Betriebsform der Komponente als 2poliger
Hilfsphasenmotor ein Anzugsmoment von I4o cmg abgab, wenn dieser Motor ohne Kurzschlußringe
betrieben wurde, was für gewählte Motorengröße bereits einen guten Wert darstellt;
durch Einfügung der Kurzschlußringe oder Kurzschlußbügel stieg das Anzugsmoment
unter sonst gleichen Betriebsbedingungen auf I6o cmg.
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Während polumschaltbare Induktionsmotoren bekannter und üblicher Bauart
bei Verwendung der bekannten Dahlanderschaltung im Einphasen-Wechselstrombetrieb
grundsätzlich an der Schwierigkeit leiden, daß sie in der hochtourigen Schaltung
nur über ein unzureichendes Anzugsmoment verfügen, hat die erfindungsgemäße Ausführungsform
den unschätzbaren Vorteil, daß ihr Anzugsmoment in der hochtourigen Schaltung ausgezeichnet
und noch größer als in der niedrigtourigen Schaltung ist. Hinzu kommt, daß die erfindungsgemäße
Bau weise die KurzschluBfestigkeit des Motors erheblich verbessert. Ein und derselbe
Motor in der Schaltung als 2poliger Hilfsphasenmotor hat beispielsweise bei einer
Leerlauf-Leistungsaufnahme von 2o Watt in der Ausführungsform ohne Kurzschlüßbügel
eile Kurzschlußleistungsaufnahme von 3o Watt, die nach Einfügung der Kurzschlußbügel
auf 25 Watt sinkt. Während also in der bisher bekannten Ausführungsform bei Festbremsen
des Rotors die Wicklung leicht durchbrennen kann, ist dies bei der erfindungsgemäßen
Ausführungsform nicht der Fall.
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Als günstig für einen guten Effekt im Sinne der Erfindung hat sich
außer den bereits erwähnten Merkmalen und Maßnahmen die weitere Maßnahme erwiesen,
das als Joch dienende Gehäuse des Motors aus Temperguß oder einem anderen Material
mit ähnlichen magnetischen Eigenschaften zu fertigen; wichtige Eigenschaften in
diesem Sinne sind hohe Permeabilität und hohe Sättigungsgrenze.
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Wenn im folgenden an Hand der Zeichnung ein 2- bzw. 4poliges Ausführungsbeispiel
gewählt ist, so bedeutet dies keine Beschränkung auf diese Polzahl; grundsätzlich
ist der Gedanke der Erfindung auf beliebig hohe Polzahlen übertragbar bzw. anwendbar.
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Die Zeichnung zeigt in Fig. I einen zur Drehachse des Motors senkrechten
Schnitt, .
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Fig. 2 die Schaltung für 4poligen Spaltpolbetrieb, Fig. 3 die Schaltung
für 2poligen Kondensator-Hilfsphasenbetrieb.
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Gemäß Fig. I, die übrigens für einen Kleinstmotor als etwa getreu
einem Maßstab I : I angesehen werden darf, ist im Tempergußgehäuse I das der Deutlichkeit
halber schraffiert hervorgehobene Statorpaket 2 angeordnet, das eine vom Spaltpolmotor
her bekannte Formgebung besitzt. Jedes Polstück weist also einen Kurzschlußring
oder Kurzschlußbügel 3 auf. Die Wicklungen 4, 5, 6, 7 der vier Polstücke sind in
an sich bekannter Art angeordnet. Der Kurzschlußläufer 8 ist ebenfalls als an sich
bekanntes Bauelement in üblicher Art angeordnet.
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Für 4poligen Spaltpolbetrieb gemäß Fig. 2 sind die Wicklungen 4, 5,
6, 7 in Serie geschaltet, und zwar so, daß bei momentaner Nordpoleigenschaft der
Polstücke der Wicklungen 4, 6 Südpoleigenschaft der Polstücke der Wicklungen 5,
7 besteht.
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Durch ein nicht dargestelltes, weil ohne weiteres dem allgemeinen
Stand der Elektrotechnik entnehmbares Umschaltgerät oder -organ ist diese Schaltung
der Fig. 2 umschaltbar in die Schaltung der Fig. 3.
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Gemäß Fig. 3 sind die Wicklungen 4, 6 unter sich in Serie und unmittelbar
an die- Netzphase geschaltet, während die unter sich ebenfalls in Serie liegenden
Wicklungen 5, 7 über den Phasenschieberkondensator 9 an das Netz angeschlossen sind.
Bei momentaner Nordpöleigenschaft des Polstückes der Wicklung 4 besteht momentane
Südpoleigenschaft des Polstückes der Wicklung 6, und gleichzeitig bestehen
momentane
Nordpoleigenschaft des Polstückes der Wicklung 5 und momentane Südpoleigenschaft
des Polstückes der Wicklung 7. Die Polstücke der Wicklungen 4, 5 bilden also einen
Pol, die Polstücke der Wicklungen 6, 7 den anderen.
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Es kann vorgesehen sein, das Umschaltgerät von Hand und/oder selbsttätig
betätigbar zu gestalten; man kann also den Umschaltvorgang von gegebenenfalls einstellbaren
bestimmenden Steuerwerten z. B. des Motors, etwa der Drehzahl oder dem Drehmoment,
abhängig machen bzw. auslösen lassen, und zwar in beiden Richtungen, d. h. also
im Sinne einer Umschaltung vom 2poligen auf den 4poligen Betrieb oder umgekehrt.
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Eine nach diesem gezeigten Ausführungsbeispiel entworfene und konstruierte
Kleinstmotortype hat sich in ausgedehnten Versuchen hervorragend bewährt, und die
Ergebnisse der Erprobung haben die erwarteten Vorzüge in vollem Umfang erwiesen,
so daß für bestimmte Anwendungsgebiete eine völlig neue elektrische Antriebsmaschine
geschaffen ist, die nicht nur billig in der Fertigung, sondern auch zuverlässig
in der Funktion ist und insbesondere den bislang nicht erfüllbaren, unter Zugrundelegung
des bekannten Standes der Technik sich zum Teil gegenseitig ausschließenden Forderungen
gerecht wird.