DE1261240B

DE1261240B - Speed-adjustable asynchronous motor with axial field profile in the air gap

Info

Publication number: DE1261240B
Application number: DE1963S0087158
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Herbert Skocdopole
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1963-09-07
Filing date: 1963-09-07
Publication date: 1968-02-15

Description

Drehzahlregelbarer Asynchronmotor mit axialem Feldverlauf im Luftspalt Die Erfindung betrifft einen Asynchronmotor, der ohne Schleifringe oder Kommutatoren und ohne Umschaltung der Motoranschlüsse in Drehzahl und Drehrichtung beeinflußt werden kann. Dies gelingt durch Verwendung eines Asynchronmotors mit axialem Feldverlauf im Luftspalt, dessen Luftspaltfläche rotationssymmetrisch ist und die Läuferachse senkrecht schneidet.Speed-adjustable asynchronous motor with axial field profile in the air gap The invention relates to an asynchronous motor without slip rings or commutators and influenced without switching the motor connections in speed and direction of rotation can be. This is achieved by using an asynchronous motor with an axial field profile in the air gap, the air gap area of which is rotationally symmetrical, and the rotor axis cuts perpendicularly.

Es sind bereits drehzahlregelbare Asynchronmotoren mit rotationssymmetrischer, die Läuferachse schneidender Luftspaltfläche bekannt, jedoch weisen diese Motoren nur einen einzigen Ständer auf, bei dem jeweils der Abstand der einzelnen Pole zueinander verändert werden kann. Eine Drehrichtungsumkehr ist dabei nur durch Umschaltung der Motoranschlüsse möglich. Bei einem weiter bekannten Scheibenläufermotor sind selbständige Ständerteile mit eigener ein- oder mehrpolpaariger Drehfeldwicklung längs der Luftspaltfläche senkrecht zur Läuferachse verschiebbar gelagert. Hierbei ist eine Drehzahlumkehr zwar auch durch Verschiebung der S.tänderteile möglich, die Drehzahl und das Drehmoment des Läufers sind jedoch nicht in beiden Drehrichtungen gleich groß.There are already variable-speed asynchronous motors with rotationally symmetrical, The air gap surface intersecting the rotor axis is known, but these motors have only a single stand, in which the distance between the individual poles can be changed. The direction of rotation can only be reversed by switching the motor connections possible. In a further known pancake motor are Independent stator parts with their own single or multi-pole rotating field winding mounted displaceably along the air gap surface perpendicular to the rotor axis. Here a speed reversal is also possible by shifting the parts of the switch, however, the speed and torque of the rotor are not in both directions of rotation same size.

Erfindungsgemäß sind bei einem derartigen Motor jeweils zwei Ständer mit gegenläufigen Drehfeldern und zueinander parallelen Achsen in konstantem Ab- stand nebeneinander .an einer Haltevorrichtung angebracht, die längs der Luftspaltfiäche senkrecht -zur Läuferachse derart verschiebbar gelagert ist; daß beide Ständer wechselweise in den Bereich außerhalb des Läuferumfanges verschiebbar sind.According to the invention two uprights with opposite rotary fields and mutually parallel axes in a constant exhaust are at such an engine each standing next to each .an a holding device mounted, which is supported in such a manner displaceable along the Luftspaltfiäche perpendicular -to rotor axis; that both stands can be moved alternately into the area outside the circumference of the rotor.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung läßt sich erreichen, daß die Drehzahl und das Drehmoment des Läufers bei gleichem Abstand der Ständer von der Mittellage gleich groß sind.The inventive training can be achieved that the Speed and torque of the rotor with the same distance between the stator and the Middle layer are the same size.

Der neue Motor ist besonders für regelbare Antriebsmotoren kleiner Leistungen und für Regel- und Stellmotoren geeignet. Aufbau- und Funktionsweise werden bei Verwendung eines Scheibenläufermotors an Hand der F i g. 1 bis 3 näher erläutert.The new motor is smaller, especially for variable speed drive motors Performances and suitable for regulating and servo motors. Structure and function are shown when using a pancake motor on the basis of FIG. 1 to 3 closer explained.

F i g. 1 a zeigt in Grund und Aufriß die beiden Ständer 1 und 4 mit der Wicklung 2 und den scheibenförmig ausgebildeten Läufer 3 eines Asynchronmotors. Die beiden Ständer 1 und 4 sind über die Haltevorrichtung 5 in konstantem Abstand miteinander verbunden. Die Pfeile auf den Ständern 1 und 4 geben die Richtung des jeweiligen Drehfeldes an, während der Läuferpfeil den Drehwillen des Läufers 3 angibt. Eine nicht bezeichnete weitere Vorrichtung gestattet die Verschiebung der Haltevorrichtung mit den beiden Ständern gegenüber dem Läufer ohne Veränderung des Luftspaltes. Verschiebt man nun die Ständer nach rechts bis auf die in F i g. 1 b gezeigte Mittellage, so verringert sich die Läuferdrehzahl stetig bis auf den Wert Null, und bei weiterer Verschiebung der beiden Ständer nach rechts bis in die in F i g. 1 c dargestellte Lage erhöht sich die Drehzahl wieder nach Umkehrung der Drehrichtung. Bei den dargestellten Endlagen in F i g. 1 a und 1 c weist der Läufer jeweils Nenndrehzahl bei Rechtslauf (F i g. 1 a) und bei Linkslauf (F i g. 1 c) auf.F i g. 1 a shows the two uprights 1 and 4 in plan and elevation the winding 2 and the disc-shaped rotor 3 of an asynchronous motor. The two stands 1 and 4 are at a constant distance via the holding device 5 connected with each other. The arrows on stands 1 and 4 indicate the direction of the respective rotating field, while the rotor arrow indicates the rotation will of the rotor 3. Another device, not designated, allows the holding device to be displaced with the two uprights opposite the rotor without changing the air gap. Moves you now move the stand to the right except for the one shown in FIG. 1 b shown middle position, see above the rotor speed decreases steadily down to the value zero, and with further Shifting the two uprights to the right up to the position shown in FIG. 1 c shown Position, the speed increases again after reversing the direction of rotation. In the illustrated End positions in F i g. 1 a and 1 c, the rotor has nominal speed in clockwise rotation (F i g. 1 a) and for counter-clockwise rotation (F i g. 1 c).

In F i g. 2 ist die Drehzahl »n« über der Verschiebung »s« des Ständers - wie in F i g. 1 c angegeben - aus der Mittellage dargestellt. Für den Fall symmetrischer und gegenläufiger Drehfelder ergibt sich etwa der Drehzahlverlauf nach Kurve 6, d. h., die Drehzahl nimmt mit wachsender Verschiebung zu, und die Drehzahl ist abhängig von der Verschiebungsrichtung der Ständer aus der Mittellage. Läßt man hingegen die Drehfelder beider Ständer entgegen der Erfindung in gleichem Sinne umlaufen, so ist eine Drehrichtungsumkehr nicht möglich, da die Drehrichtung unabhängig von der Verschiebungsrichtung ist; die Drehzahl nimmt aber auch hier mit zunehmender Verschiebung aus der Mittellage zu, wie das in Kurve 7 gezeigt ist.In Fig. 2 is the speed "n" over the displacement "s" of the stator - as in Fig. 1 c indicated - shown from the central position. In case more symmetrical and opposing rotating fields results in the speed curve according to curve 6, d. That is, the speed increases with increasing displacement, and the speed is dependent from the direction of displacement of the uprights from the central position. On the other hand, one lets contrary to the invention, the rotating fields of both stands circulate in the same sense, a reversal of the direction of rotation is not possible, since the direction of rotation is independent of is the direction of displacement; but here too the speed increases with increasing Shift from the central position to, as shown in curve 7.

Man ist nun keineswegs an kreisförmig ausgebildete Ständerpakete gebunden. Die Ständerpakete können z. B. auch eine gestreckte ovale Form nach Art einer Ellipse aufweisen. So würde sich z. B. für zwei axiale Ständerpakete, die mit ihren Schmalseiten dicht nebeneinander liegen, für die Drehzahl in Abhängigkeit von der Verschiebung der Ständer die aus Kurve 8 in F i g. 2 ersichtliche Abhängigkeit ergeben. Wie Kurve 8 zeigt, wird das Drehzahlmaximum hier schon bei wesentlich geringer Verschiebung erreicht und dann bis zur maximalen Verschiebung beibehalten. Die Ständer des neuen Motors können - wie bei den bekannten Maschinen - mit einer Dreiphasen-, Zweiphasen- oder auch Einphasenwicklung mit Hilfspolen versehen sein. Gleichfalls lassen sich durch besondere Nuten oder Wicklungsanordnungen verzerrte Drehfelder erzeugen, die entsprechend unterschiedliche Abhängigkeiten der Drehzahl von der Ständerverschiebung ergeben.You are by no means tied to circular stator packages. The stator packages can, for. B. also an elongated oval shape in the manner of an ellipse exhibit. So z. B. for two axial stator stacks with their narrow sides are close to each other, for the speed as a function of the displacement the stand from curve 8 in FIG. 2 apparent dependency. Like curve 8 shows, the maximum speed is already here with a significantly lower shift reached and then held until the maximum shift. the As with the known machines, the stator of the new motor can be equipped with a three-phase, Two-phase or single-phase winding can be provided with auxiliary poles. Likewise Distorted rotating fields can be eliminated by special grooves or winding arrangements generate the correspondingly different dependencies of the speed on the Result in stand shift.

Wegen der konstanten Drehgeschwindigkeit der Ständerdrehfelder ergibt sich für den Läufer in Abhängigkeit von der Drehzahl ein unterschiedlicher Schlupf. Dieser Schlupf hat in Läufer- und Ständerwicklung normalerweise hohe Kurzschlußströme zur Folge. Der Motor würde z. B. im Stillstand (F i g. 1 b) dauernd einen dem Anlaufstrom eines Asynchronmotors entsprechenden Strom aufnehmen, so daß sich beachtliche Verluste ergeben würden. Bei kleinen Motoren, wo es auf den Wirkungsgrad nicht ankommt, läßt sich durch geeignete Auslegung der Wicklungen auch dieser Betriebszustand dauernd aufrechterhalten. Durch eine besondere Wahl der Läuferwicklung läßt sich jedoch der Nachteil überhöhter Stromaufnahme bei Langsamlauf und Stillstand weitgehend vermeiden.Because of the constant rotation speed of the stator rotating fields There is a different slip for the rotor depending on the speed. This slip normally has high short-circuit currents in the rotor and stator windings result. The engine would e.g. B. at standstill (F i g. 1 b) continuously a starting current an asynchronous motor corresponding current, so that there are considerable losses would result. With small motors, where the efficiency is not important, leaves This operating state is also permanent through a suitable design of the windings maintain. However, by a special choice of the rotor winding the disadvantage of excessive power consumption at slow speed and standstill to a large extent avoid.

F i g. 3 zeigt den Läufer 3 mit zwei Wicklungsschleifen 9 und 10, deren Enden in der Mitte durch Verbindungsstücke 11 und 12 miteinander verbunden sind. Beide Wicklungsschleifen ergeben also nur zusammen einen Kurzschlußkreis. Weiterhin sind in dieser Figur die Ständer 1 und 4 in der Mittelstellung eingezeichnet. Bei bestimmter relativer Lage der beiden Ständerdrehfelder zueinander, .deren Drehrichtungen durch Pfeile und deren Lage durch die Buchstaben N=Nordpol und S=Südpol dargestellt ist, werden in dem gezeichneten Augenblick in den Schleifen 9 und 10 Spannungen induziert, deren Richtung durch die Pfeile 13 und 14 dargestellt sind. Wie man sieht, heben sich in der gezeichneten Lage der Ständer gegenüber :dem Läufer .die in den Schleifen induzierten Spannungen gegenseitig auf, so daß kein überhöhter Kurzschlußstrom fließen wird. Diese Spannugen werden sich, wenn einer der beiden Ständer 1 oder 4 konzentrisch zum Läufer steht, addieren, so daß ein Strom fließen und auch ein Moment auftreten kann. In allen Zwischenstellungen fließt ein Läuferstrom, der von der Differenz der in den beiden Schleifen induzierten Spannungen abhängig ist. Der Läufer kann beliebig viele Schleifenpaare haben, der Übersichtlichkeit halber ist jedoch nur ein Schleifenpaar dargestellt. Verwendet man e'üie andere relative Lage der Ständerdrehfelder zueinander, so sind die miteinander verbundenen Enden der Schleifen zu vertauschen oder der Winkel zweier zusammengehöriger Schleifen ist entsprechend anders zu wählen.F i g. 3 shows the rotor 3 with two winding loops 9 and 10, the ends of which are connected to one another in the middle by connecting pieces 11 and 12 are. Both winding loops therefore only together result in a short circuit. Furthermore, the stands 1 and 4 are shown in the middle position in this figure. With a certain relative position of the two stator rotating fields to one another, their directions of rotation represented by arrows and their position by the letters N = north pole and S = south pole is, in the moment shown in the loops 9 and 10 tensions induced, the direction of which is shown by arrows 13 and 14. As you can see, stand opposite each other in the position shown: the runner .the in the Loops induced voltages on each other, so that no excessive short-circuit current will flow. These tensions will be when one of the two stands 1 or 4 is concentric to the rotor, add so that a current flows and also a Moment can occur. In all intermediate positions a rotor current flows from depends on the difference between the voltages induced in the two loops. Of the Runner can have any number of loop pairs, for the sake of clarity however, only one pair of loops is shown. If one uses e'üie other relative position of the stator rotating fields to each other, then the interconnected ends of the Loops or the angle of two loops that belong together to choose differently accordingly.

Claims

Claims: 1. Speed controller, reversible in the direction of rotation Asynchronous motor with axial field profile in the air gap as well as rotationally symmetrical, the rotor axis vertically intersecting air gap surface and at least two rotating fields generating Columns that can be moved along the air gap surface perpendicular to the rotor axis are, characterized in that two stands with opposing rotating fields and mutually parallel axes at a constant distance next to each other on a holding device Are attached and the holding device is mounted so that it can be displaced Both uprights can be shifted alternately in the area outside the rotor circumference are.

2. Asynchronous motor according to claim 1, characterized in that the stator have an oval cross-section.

3. Asynchronous motor according to claim 1, characterized in that that the rotor winding consists of individual loops and that each of the ends two loops shifted against each other so together to form a short-circuit ring are connected that the induced in the individual loops at a standstill Relieve tension. Publications considered: German Patent Specifications No. 957143, 881241, 855 427, 156 408; U.S. Patent No. 1559,920; Control engineering, 1960, pp. 131 to 135; Proceedings af the IEE, Part. A, 1955, pp. 204, 208.