GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Stator- Anordnung für einen Einphasen-Induktionsmotor, insbesondere zur Anwendung in einem Kältemittelverdichter, umfassend einen mit einer Vielzahl von Nuten versehenen Statorkern, der zumindest eine Hauptwicklung und zumindest eine Hilfswicklung trägt, die jeweils in mehreren Nuten des Statorkerns

angeordnet sind, sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Stator-Anordnung. Dabei sind in der Regel Nuten vorhanden, die sowohl die Haupt- als auch die Hilfswicklung enthalten.

STAND DER TECHNIK

Kältemittelkompressoren verfügen in der Regel über ein

Verdichtergehäuse, in welchem ein Zylindergehäuse und ein Elektromotor aneinander befestigt sind, wobei der Elektromotor einen mit einer Statorbohrung versehenen Stator umfasst, dessen Spulenkern, der auch als Statorkern bezeichnet wird, mit einer Vielzahl an Aufnahmenuten (kurz Nuten) zur Aufnahme einer eine beliebige Windungs-, Spulengruppen- und Polanzahl aufweisenden Statorwicklung versehen ist, wobei der Statorkern vorzugsweise aus einer Vielzahl an miteinander verbundenen Statorlamellen aufgebaut ist.

Ein gattungsgemäßer Elektromotor weist einen Stator mit genutetem Spulenkern auf, in welchem eine beliebige Anzahl an Wicklungssträngen einer Statorwicklung untergebracht ist, um in einem innerhalb des Stators drehbaren Rotor eine Spannung zu induzieren. Am Stator ist ein Zylindergehäuse befestigt, in welchem eine vom Rotor angetriebene Kurbelwelle gelagert ist. Über die Kurbelwelle wird in bekannter Weise ein an einem Zylinderkolben angelenktes Pleuel betätigt, welches eine oszillierende Bewegung des Zylinderkolbens und damit eine Verdichtung eines in das Zylindergehäuse gesaugten

Kältemittels bewirkt.

Zum Anlaufen des vorzugsweise als Einphasen-Asynchronmotors ausgebildeten Elektromotors ist neben einer Hauptfeldwicklung (kurz Hauptwicklung) üblicherweise noch eine zweite, räumlich versetzte Hilfsfeldwicklung (kurz Hilfswicklung) am Stator vorgesehen, welche ein gegenüber der Hauptfeldwicklung

zeitlich phasenverschobenes Magnetfeld erzeugt. Um im Stator ein Drehfeld zu erzeugen und im Rotor eine für seine

Drehbewegung verantwortliche Spannung zu induzieren, müssen die in Hauptwicklung und Hilfswicklung entstehenden

Wechselfelder räumlich und zeitlich zueinander versetzt sein. Die Drehfelddrehzahl ergibt sich hierbei aus Netzfrequenz und Polzahl. Nach Erreichen einer bestimmten Betriebsdrehzahl des Rotors kann die Hilfswicklung durch geeignete Schalter oder stromabhängige Relais oder andere Bauteile mit geeigneter Funktion abgeschaltet werden.

Üblicherweise ist der Statorkern aus zahlreichen

aufeinandergestapelten und durch Befestigungsmittel bzw.

Schraubelemente miteinander verbundenen Blechlamellen

aufgebaut. Diese Statorlamellen weisen eine beliebige Anzahl - in vielen Fällen beispielsweise vierundzwanzig - Aufnahmenuten auf, welche durch eine korrespondierende Anzahl an

Lamellenzähnen definiert werden. Im Zentrum des Statorkerns bzw. der Statorlamellen ist eine den Rotor aufnehmende

Statorbohrung bzw. eine rotationssymmetrische Ausnehmung vorgesehen, welche durch die Endbereiche der speichenförmig zur Statorbohrungsachse weisenden Lamellenzähne definiert wird . In den unterschiedlich großen Aufnahmenuten des Statorkerns bzw. der Statorlamellen sind die Windungen bzw.

Wicklungspakete der Statorwicklung gehalten. Haupt- und

Hilfswicklung sind hierbei üblicherweise in Form von jeweils zwei eine vorbestimmte Windungsanzahl aufweisenden

Spulengruppen, den Polen, am Statorkern angeordnet. Die Pole können dabei um 90° gegeneinander versetzt sein.

Pro Pol steht der Haupt- und der Hilfswicklung jeweils maximal die Hälfte der Nuten zur Verfügung. Bei 24 Nuten stehen also jedem Pol maximal 12 Nuten zur Verfügung. Davon werden bisher zum Beispiel jeweils 10 Nuten pro Pol der Hauptwicklung verwendet und jeweils 8 Nuten pro Pol für die Hilfswicklung. Dabei wird die Hilfswicklung nun nicht mehr nur zum Starten des Elektromotors verwendet, sondern die Hilfswicklung wird immer mitbetrieben, um den Wirkungsgrad des Elektromotors zu steigern, was im Ausmaß von etwa 5% möglich ist.

Um ein Drehfeld zu erzeugen, muss eine zeitliche Verschiebung des Stromes durch die Hilfswicklung gegenüber der

Hauptwicklung erreicht werden, was durch zumindest einen

Kondensator oder zumindest eine Induktivität erreicht werden kann. In der Praxis wird im Falle eines Kondensators dieser in einen Betriebs- und einen Anlaufkondensator aufgeteilt. Der Anlaufkondensator wird ab einer bestimmten Drehzahl

weggeschaltet, um eine Überhitzung zu vermeiden. Der

Betriebskondensator wird weiter betrieben. Nachteilig beim laufenden Betrieb der Hilfswicklung ist die Tatsache, dass dadurch Oberwellen-Drehmomente in der

Hilfswicklung erzeugt werden. AUFGABE DER ERFINDUNG

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Stator- Anordnung zu entwickeln, mit welcher die Auswirkung der

Oberwellen auf eine laufend im Betrieb befindliche

Hilfswicklung reduziert werden kann.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Diese Aufgabe wird für eine Stator-Anordnung für einen

Einphasen-Induktionsmotor , insbesondere zur Anwendung in einem Kältemittelverdichter, umfassend einen mit einer Vielzahl von Nuten versehenen Statorkern, der zumindest eine Hauptwicklung und zumindest eine Hilfswicklung trägt, die jeweils in

mehreren Nuten des Statorkerns angeordnet sind, dadurch gelöst, dass die Hilfswicklung in gleich vielen Nuten

angeordnet ist wie die Hauptwicklung.

Dadurch nimmt die Hilfswicklung gegenüber herkömmlichen

Wicklungen in Umfangsrichtung der Statorbohrung einen größeren Raumbereich des Statorkerns ein, was die Auswirkung von

Oberwellen vermindert. Es kann eine Erhöhung des Wirkungsgrads des zugehörigen Elektromotors von 0,3 bis 0,4% erreicht werden .

Bei herkömmlichen Statorkernen sind oft vierundzwanzig Nuten vorgesehen, sodass eine Ausführungsform der Erfindung darin bestehen kann, dass sowohl die Hilfswicklung als auch die Hauptwicklung in jeweils zwanzig von vierundzwanzig Nuten angeordnet ist.

Oberwellen können noch mehr reduziert werden, wenn bei

Statorkernen mit vierundzwanzig Nuten sowohl die Hilfswicklung als auch die Hauptwicklung in jeweils allen vierundzwanzig Nuten angeordnet ist. Es dient zusätzlich der Unterdrückung von Oberwellen, wenn die Hauptwicklung und/oder die Hilfswicklung in sinusförmigen Windungen angeordnet sind, die Windungszahlen in den

einzelnen, in Umfangsrichtung aufeinander folgenden Nuten einer Sinusfunktion folgen.

Die erfindungsgemäße Stator-Anordnung kann vorzugsweise in Kältemittelverdichtern eingesetzt werden, sodass vorgesehen sein kann, dass die Stator-Anordnung Teil eines Elektromotors eines Kältemittelverdichters ist. Das Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Stator- Anordnung sieht vor, dass die Hilfswicklung während des gesamten Betriebs der Hauptwicklung mit einem

Betriebskondensator betrieben wird und nicht nach dem Anlaufen des Elektromotors ganz abgeschaltet wird. Zum Einschalten wird von der Hilfswicklung über eine Anlassvorrichtung (z.B. einen PTC, also einen Kaltleiter-Widerstand) ein höherer Strom gezogen. Eine PTC-Anlassvorrichtung enthält einen

temperaturabhängiger Leiter (z.B. auch ein Halbleiter), der den Strom über die Hilfswicklung wie folgt regelt: Wenn der PTC kalt ist, fließt der volle Strom über die Hilfswicklung und der PTC erwärmt sich. Wenn der PCT warm wird, steigt der elektrische Widerstand und es gelangt weniger Strom in die Hilfswicklung .

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnungen sind beispielhaft und sollen den Erfindungsgedanken zwar darlegen, ihn aber keinesfalls einengen oder gar abschließend wiedergeben. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine Ansicht einer Stator-Anordnung mit Wicklungen Fig. 2 einen Schnitt durch eine Stator-Anordnung parallel zur xy-Ebene in Fig. 1 mit Wicklungen gemäß dem Stand der Technik

Fig. 3 ein Wicklungsschema für Wicklungen gemäß dem Stand der

Technik entsprechend Fig. 2

Fig. 4 einen Schnitt durch eine Stator-Anordnung parallel zur xy-Ebene in Fig. 1 mit erfindungsgemäßen Wicklungen

Fig. 5 ein Wicklungsschema für erfindungsgemäße Wicklungen entsprechend Fig. 4

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Die Fig. 1 zeigt eine Stator-Anordnung mit einem Statorkern 25, der aus einzelnen deckungsgleichen Statorlamellen

aufgebaut ist, die hier parallel zur xy-Ebene übereinander angeordnet sind. Die in Nuten des Statorkerns 25 angeordneten Wicklungen, eine Hauptwicklung 26 und eine Hilfswicklung 27, ragen längs der Statorbohrung, also in z-Richtung, über den Statorkern 25 hinaus und bilden jeweils einen Wicklungskopf 28, der hier mit einer Abdeckung versehen ist. Hauptwicklung 26 und Hilfswicklung 27 werden durch die Erweiterungen der Lamellenzähne 29 in den Nuten gehalten. Hauptwicklung 26 und Hilfswicklung 27 werden durch eine Spannungsversorgung 30 mit elektrischer Spannung beaufschlagt.

In Fig. 2, die einen Schnitt durch eine Stator-Anordnung gemäß dem Stand der Technik parallel zur xy-Ebene in Fig. 1 zeigt, sind vierundzwanzig längs eines Kreises angeordnete Nuten 1-24 zu erkennen, die unterschiedlich ausgeführt sind. Ein erster Nut-Typ 31, der für die Nuten 6, 7, 18, 19 zum Einsatz kommt, enthält nur die Hauptwicklung 26, hier kariert dargestellt. Ein zweiter Nut-Typ 32, der für die Nuten 3-5, 8-10, 15-17 und 20-22 zum Einsatz kommt, enthält für die dem ersten Nut-Typ benachbarten Nuten 5, 8, 17, 20 nur die Hauptwicklung 26, in den anderen Nuten 3, 4, 9, 10, 15, 16 und 21, 22 sind innen, also näher bei der Statorbohrungsachse bzw. z-Achse, jeweils die Hauptwicklung 26 und außerhalb der Hauptwicklung 26 jeweils die Hilfswicklung 27 angeordnet. Der dritte Nut-Typ 33, der für die Nuten 2, 11, 14 und 23 zum Einsatz kommt, ist - in radialer Richtung zur z-Achse - weniger tief als der erste Nut-Typ 31 ausgebildet und nimmt ebenfalls innen jeweils die Hauptwicklung 26 und außerhalb der Hauptwicklung 26 jeweils die Hilfswicklung 27 auf. Der vierte Nut-Typ 34, der für die Nuten 1, 12, 13 und 24 zum Einsatz kommt, ist - in radialer Richtung zur z-Achse - weniger tief als der dritte Nut-Typ 33 ausgebildet und nimmt jeweils nur die Hilfswicklung 27 auf. Es sind zwanzig der vierundzwanzig Nuten 1-24 von der

Hauptwicklung 26 besetzt und nur sechzehn der vierundzwanzig Nuten 1-24 von der Hilfswicklung 27.

Die Hauptwicklung 26 ist um die beiden Pole 35, 36

konzentriert, die Hilfswicklung 27 ist um die beiden Pole 37, 38 konzentriert. Die Nuten 1-24 und Wicklungen 26, 27 sind sowohl symmetrisch zu den Verbindungslinien der beiden Pole 35, 36 als auch symmetrisch zu den Verbindungslinien der beiden Pole 37, 38 angeordnet.

Fig. 3 zeigt ein Wicklungsschema nach dem Stand der Technik entsprechend Fig. 2. Dabei sind die Nuten 1-24 und die

Wicklungen 26, 27 in eine Ebene gelegt. Die Hauptwicklung 26 ist mit durchgezogenen Strichen dargestellt, die Hilfswicklung 27 strichliert. Die Hauptwicklung 26 ist auf zwei Spulen 39 aufgeteilt, wobei jede Spule über fünf verschiedene Nutenpaare verläuft, es also fünf unterschiedlich große Teilspulen gibt, wobei die Teilspulen mit dem größten Durchmesser (also z.B. die Teilspule verlaufend durch die Nuten 6 und 19) die meisten Windungen tragen, während die Teilspulen mit dem kleinsten Durchmesser (also z.B. die Teilspule verlaufend durch die Nuten 2 und 23) die wenigsten Windungen tragen.

Die Hilfswicklung 27 ist auf zwei Spulen 40 aufgeteilt, wobei jede Spule über vier verschiedene Nutenpaare verläuft, es also vier unterschiedlich große Teilspulen gibt, wobei die

Teilspulen mit dem größten Durchmesser (also z.B. die

Teilspule verlaufend durch die Nuten 1 und 12) die meisten Windungen tragen, während die Teilspulen mit dem kleinsten Durchmesser (also z.B. die Teilspule verlaufend durch die Nuten 4 und 9) weniger Windungen tragen als die Teilspule mit dem größten Durchmesser.

In folgender Tabelle 1 ist für jede Nut aus Fig. 2 bzw. 3 angegeben, wie viele Windungen der Hauptwicklung 26 und/oder der Hilfswicklung 27 darin enthalten sind. Dabei gibt der Füllgrad zusätzlich an, zu wieviel Prozent der Querschnitt der Nut 1-24, so wie er in Fig. 2 dargestellt ist, mit Windungen gefüllt ist (quadratische Rechnung) .

Tabelle 1 In den Figuren 4 und 5 ist eine erfindungsgemäße Stator- Anordnung dargestellt. Der Statorkern 25, die Nuten 1-24, die Nuten-Typen 31-34 und die Stellen der Pole 35-38 sind gleich wie jene in den Figuren 2 und 3.

Gemäß Fig. 4 enthält der erste Nut-Typ 31, der für die Nuten 6, 7, 18, 19 zum Einsatz kommt, wieder nur die Hauptwicklung 26. Der zweite Nut-Typ 32, der für die Nuten 3-5, 8-10, 15-17 und 20-22 zum Einsatz kommt, enthält - im Unterschied zu Fig. 2 - auch jeweils für die dem ersten Nut-Typ benachbarten Nuten 5, 8, 17, 20 sowohl innen die Hauptwicklung 26 als auch außerhalb der Hauptwicklung die Hilfswicklung 27, genauso wie in den anderen Nuten 3, 4, 9, 10, 15, 16 und 21, 22. Der dritte Nut-Typ 33, der für die Nuten 2, 11, 14 und 23 zum Einsatz kommt, ist - in radialer Richtung zur z-Achse - weniger tief als der erste Nut-Typ 31 ausgebildet und nimmt ebenfalls innen jeweils die Hauptwicklung 26 und außerhalb der Hauptwicklung 26 jeweils die Hilfswicklung 27 auf. Der vierte Nut-Typ 34, der für die Nuten 1, 12, 13 und 24 zum Einsatz kommt, ist - in radialer Richtung zur z-Achse - weniger tief als der dritte Nut-Typ 33 ausgebildet und nimmt wieder jeweils nur die Hilfswicklung 27 auf.

Es sind zwanzig der vierundzwanzig Nuten 1-24 von der

Hauptwicklung 26 besetzt und auch zwanzig der vierundzwanzig Nuten 1-24 von der Hilfswicklung 27.

Fig. 5 zeigt ein erfindungsgemäßes Wicklungsschema

entsprechend Fig. 4. Dabei sind die Nuten 1-24 und die

Wicklungen 26, 27 wieder in eine Ebene gelegt. Die

Hauptwicklung 26 ist mit durchgezogenen Strichen dargestellt, die Hilfswicklung 27 strichliert. Die Hauptwicklung 26 ist auf zwei Spulen 39 aufgeteilt, wobei jede Spule über fünf

verschiedene Nutenpaare verläuft, es also wieder fünf

unterschiedlich große Teilspulen gibt, wobei gemäß der sinusförmigen Windungsanordnung die Teilspulen mit dem größten Durchmesser (also z.B. die Teilspule verlaufend durch die Nuten 6 und 19) die meisten Windungen tragen, während die Teilspulen mit dem kleinsten Durchmesser (also z.B. die

Teilspule verlaufend durch die Nuten 2 und 23) die wenigsten Windungen tragen, und die Windungsanzahl von der größten

Teilspule zur kleinsten Teilspule stetig abnimmt, entsprechend einem sinusförmigen Verlauf der Windungszahl in

Umfangsrichtung der Statorbohrung. Zusätzlich wäre es noch wünschenswert, die sechste Nut 1, 12, 13, 24 zu füllen, um komplette Sinusförmigkeit zu erreichen, was aber aufgrund technischer Schwierigkeiten und nur noch geringem Effekt nicht gemacht wird.

Die Hilfswicklung 27 ist auch wieder auf zwei Spulen 40 aufgeteilt, wobei jede Spule aber nun über fünf verschiedene Nutenpaare verläuft, es also fünf unterschiedlich große

Teilspulen gibt, wobei gemäß der sinusförmigen

Windungsanordnung die Teilspulen mit dem größten Durchmesser (also z.B. die Teilspule verlaufend durch die Nuten 1 und 12) die meisten Windungen tragen, während die Teilspulen mit dem kleinsten Durchmesser (also z.B. die Teilspule verlaufend durch die Nuten 5 und 8) die wenigsten Windungen tragen und die Windungsanzahl von der größten Teilspule zur kleinsten Teilspule stetig abnimmt, entsprechend einem sinusförmigen Verlauf der Windungszahl in Umfangsrichtung der Statorbohrung.

In folgender Tabelle 2 ist für jede Nut aus Fig. 4 bzw. 5 angegeben, wie viele Windungen der Hauptwicklung 26 und/oder der Hilfswicklung 27 darin enthalten sind: WindungsNut Nut Nut Nut Nut Nut anzahl 1, 2, 3, 4, 5, 6,

12, 11, 10, 9, 8, 7,

13 14, 15, 16, 17, 18,

24 23 22 21 20 19

Haupt- 43 73 88 101 120 wicklung

Hilfs77 72 61 47 30 - wicklung

Füllgrad 63,1 69,3 83,5 85,9 85,2 81,3

Tabelle 2

Zur weiteren Reduzierung von Oberwellen kann vorgesehen sein, dass auch die Nuten 6, 7, 18 und 19 Teile der Hilfswicklung 27, also zwei weitere Teilspulen (sechste Teilspulen), enthalten und/oder dass auch die Nuten 1, 12, 13 und 24 Teile der Hauptwicklung 26, also zwei weitere Teilspulen (sechste Teilspulen), enthalten.

BEZUGSZEICHENLISTE

1-24 Nuten

25 Statorkern

26 Hauptwicklung

27 Hilfswicklung

28 Wicklungskopf

29 Lamellenzahn

30 Spannungsversorgung 1 erster Nut-Typ

2 zweiter Nut-Typ

3 dritter Nut-Typ

4 vierter Nut-Typ

5,36 Pole der Hauptwicklung

7,38 Pole der Hilfswicklung

9 Spule der Hauptwicklung 26

0 Spule der Hilfswicklung 27 x,y,z Achsen des rechtwinkeligen Koordinatensystems