DE102005038377B4 - synchronous motor - Google Patents

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    • H02K3/28Layout of windings or of connections between windings

Abstract

Stator (4) für einen einphasigen Synchronmotor (2) mit einer Mehrzahl von Polpaaren, die Wicklungen einer Hauptphase (12) und einer Hilfsphase (14) tragen, wobei mindestens ein Popaar wicklungsfrei ist und der Erregerstrom der Hilfsphase (14) eine Phasenverschiebung gegenüber der Hauptphase (12) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in Umfangsrichtung des Stators ein erster Pol (21, 24) eine Wicklung (31, 34) der Hauptphase (12) trägt, ein direkt benachbarter zweiter Pol (22, 25) eine Wicklung (32, 35) der Hilfsphase (14) trägt und der darauf folgende dritte Pol (23, 26) wicklungsfrei ist.Stator (4) for a single-phase synchronous motor (2) with a plurality of pole pairs, which carry windings of a main phase (12) and an auxiliary phase (14), at least one Popaar being winding-free and the excitation current of the auxiliary phase (14) having a phase shift with respect to the Main phase (12), characterized in that in the circumferential direction of the stator a first pole (21, 24) carries a winding (31, 34) of the main phase (12), a directly adjacent second pole (22, 25) carries a winding (32 , 35) of the auxiliary phase (14) and the subsequent third pole (23, 26) is winding-free.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Stator für einen Synchronmotor sowie einen Synchronmotor mit einem Stator und einem Rotor.The invention relates to a stator for a synchronous motor and a synchronous motor with a stator and a rotor.
  • Synchronmotoren sind allgemein bekannt. Sie weisen im Allgemeinen einen Stator und einen darin drehbar gelagerten Rotor auf, wobei auch sogenannte Außenpolmaschinen bekannt sind, bei denen Stator und Rotor vertauscht sind. Bei einem Synchronmotor weist der Rotor ein konstantes Magnetfeld auf, das über einen Gleichstrom, der über Schleifringe zugeführt wird, oder über Konstantmagnete gebildet wird. Der Stator erzeugt ein umlaufendes Drehfeld, mit dem der Rotor synchron läuft. Das Drehfeld kann über Drehstromwicklungen, die auf einem das Magnetfeld leitenden Blechpaket ausgebildet sind, erzeugt werden. Insbesondere bei Synchronmotoren kleinerer Leistung und Bauart werden auch einphasige Synchronmotoren verwendet, bei denen das umlaufende Feld über eine Hauptphase und eine Hilfsphase gebildet wird. Die Hilfsphase wird dabei beispielsweise mittels eines Kondensators gegenüber der Hauptphase phasenverschoben, um dadurch das umlaufende Feld bilden zu können.Synchronous motors are well known. They generally have a stator and a rotor rotatably mounted therein, wherein so-called Außenpolmaschinen are known in which stator and rotor are reversed. In a synchronous motor, the rotor has a constant magnetic field, which is formed via a direct current, which is supplied via slip rings, or via constant magnets. The stator generates a rotating rotating field, with which the rotor runs synchronously. The rotary field can be generated by three-phase windings, which are formed on a magnetic field-conducting laminated core. In particular, in synchronous motors of smaller power and design and single-phase synchronous motors are used in which the rotating field is formed over a main phase and an auxiliary phase. The auxiliary phase is thereby phase-shifted, for example by means of a capacitor with respect to the main phase, thereby being able to form the rotating field.
  • Beispielsweise weist ein allgemein bekannter, einphasiger Synchronmotor einen Rotor mit vier Polen auf, die durch Permanentmagnete gebildet werden. Ein solcher Synchronmotor wird bspw. in US 4,031,419 A und dort in 6 gezeigt. Der Stator weist acht Pole auf, von denen vier Pole durch eine Hauptphase und vier weitere Pole, die sich mit den Polen der Hauptphase abwechseln, durch eine Hilfsphase erregt werden. Solche Synchronmotoren weisen im Stillstand gute Selbsthalteeigenschaften auf und sind auch ähnlich eines Schrittmotors einsetzbar. Im Zusammenhang mit den guten Selbsthalteeigenschaften können jedoch auch Nachteile durch eine verminderte Laufruhe auftreten.For example, a well-known, single-phase synchronous motor has a rotor with four poles, which are formed by permanent magnets. Such a synchronous motor is, for example. In US 4,031,419 A and there in 6 shown. The stator has eight poles, of which four poles are excited by a main phase and four other poles, which alternate with the poles of the main phase, by an auxiliary phase. Such synchronous motors have good self-holding properties at standstill and are also similar to a stepper motor used. In connection with the good self-holding properties, however, disadvantages can also occur due to reduced smoothness.
  • Das US-amerikanische Patent US 4,031,419 A zeigt einen selbststartenden Synchronmotor oder Schrittmotor mit wenigstens zwei Phasen, einem Permanentmagnetrotor und einem Stator mit individuell erregten und nach innen gerichteten Hauptstatorpolen. Als eine Ausführungsform ist dort in der 5 ein Motor mit einem Stator entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 mit sechs Rotorpolpaaren gezeigt. Der dort gezeigte Motor weist zwei Statorpolgruppen pro Phase auf.The US patent US 4,031,419 A shows a self-starting synchronous motor or stepper motor with at least two phases, a permanent magnet rotor and a stator with individually energized and inwardly directed Hauptstatorpolen. As an embodiment is there in the 5 a motor with a stator according to the preamble of claim 1 with six Rotorpolpaaren shown. The motor shown there has two stator pole groups per phase.
  • Es ist wünschenswert, eine Leistungserhöhung bei gleichen Randbedienungen, insbesondere bei gleicher Baugröße und gleicher Isolierstoffklasse, zu erreichen. Eine Erhöhung der Leistung ist zwar grundsätzlich durch beispielsweise Erhöhung der Polpaarzahl des Stators möglich, jedoch ist hierfür zur Unterbringung der nötigen Wicklung die Baugröße nicht beibehaltbar. Darüber hinaus bedingen Erhöhungen der Polpaarzahl regelmäßig eine Erhöhung der Produktionskosten. Dahingegen ist gerade bei kleineren Synchronmotoren, die als einphasige Synchronmotoren ausgebildet sind, eine kostengünstige Herstellung von entscheidender Bedeutung.It is desirable to achieve an increase in output with the same marginal operations, in particular with the same size and the same class of insulating material. Although an increase in power is basically possible by, for example, increasing the pole pair number of the stator, the size can not be maintained to accommodate the necessary winding. In addition, increases in the number of pole pairs regularly cause an increase in production costs. On the other hand, cost-effective production is of crucial importance especially for smaller synchronous motors, which are designed as single-phase synchronous motors.
  • Bekannte Veränderungen sind somit zur Erzielung einer Leistungserhöhung bei gleichen Randbedingungen wenig aussichtsreich.Known changes are thus less promising to achieve an increase in performance under the same conditions.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, einen verbesserten Synchronmotor zu schaffen, der möglichst eine Leistungserhöhung gegenüber ansonsten gleichwertigen bekannten einphasigen Synchronmotoren erreicht und/oder möglichst eine gute Laufruhe hat.The object of the present invention is thus to provide an improved synchronous motor which achieves as much as possible an increase in power over otherwise equivalent known single-phase synchronous motors and / or if possible has a good running smoothness.
  • Erfindungsgemäß wird hierfür vorgeschlagen, dass der Stator mindestens ein im Wesentlichen wicklungsfreies Polpaar aufweist. Somit wird ein umlaufendes Feld durch zumindest ein übriges Polpaar erreicht. Ein wicklungsfreies Polpaar kann beispielsweise als Zahnpaar eines Blechpaketes ausgebildet sein, das somit trotz fehlender eigener direkter Erregung andere Teile der Magnetfelder des Motors führt. Solche Magnetfelder können sowohl durch erregte Statorpole als auch durch Rotorpole hervorgerufen sein. Somit kann auch ein solches wicklungsfreies Polpaar das Verhalten des Motors beeinflussen.According to the invention, it is proposed for this purpose that the stator has at least one substantially winding-free pole pair. Thus, a circumferential field is achieved by at least one remaining pole pair. A winding-free pole pair, for example, be designed as a pair of teeth of a laminated core, which thus leads despite lack of own direct excitation other parts of the magnetic fields of the motor. Such magnetic fields can be caused both by excited stator poles and by rotor poles. Thus, even such a winding-free pole pair can influence the behavior of the engine.
  • Unter im Wesentlichen „wicklungsfrei” ist zu verstehen, dass keine Erregerwicklung vorgesehen ist. Kleinere Wicklungen, die insbesondere nicht zum Erzeugen einer Erregung vorgesehen sind, sondern vielmehr eventuelle Randeffekte beeinflussen, stellen somit keine als wesentlich anzusehende Wicklung dar. Ebenfalls sind auch die Wicklungen benachbarter Polpaare, die somit unmittelbar neben einem im Wesentlichen wicklungsfreien Pol zu liegen kommen, diesen jedoch nicht umrunden, nicht als Wicklung dieses wicklungsfreien Polpaares zu verstehen. Dies gilt auch dann, wenn die Wicklung eines benachbarten Poles in den Raum des wicklungsfreien Poles ausgedehnt werden kann, indem bei herkömmlichen Statoren eine Wicklung für diesen wicklungsfreien Pol vorgesehen wäre.By essentially "winding-free" is meant that no field winding is provided. Smaller windings, which in particular are not intended to generate an excitation, but rather influence any edge effects, thus do not constitute a winding to be regarded as significant. Likewise, the windings of adjacent pole pairs, which thus come to rest directly next to a substantially winding-free pole, are the same however, do not circle around, not to be understood as a winding of this winding-free pole pair. This also applies if the winding of an adjacent pole can be extended into the space of the winding-free pole by providing a winding for this winding-free pole in conventional stators.
  • Bevorzugt wird ein einphasiger Stator verwendet. Insbesondere bei einphasigen Statoren und somit einphasigen Synchronmotoren ist im Gegensatz zu Drehstrom-Synchronmotoren die Verbesserung eines Stators von Bedeutung, da bei Drehstrom-Synchronmotoren leichter ein symmetrisches Drehfeld erzeugt werden kann und darüber hinaus Anwendungen für Drehstrom-Synchronmotoren in der Regel in Bezug auf das Motorvolumen geringere Anforderungen stellen.Preferably, a single-phase stator is used. In particular, in single-phase stators and thus single-phase synchronous motors in contrast to three-phase synchronous motors, the improvement of a stator is important because in synchronous three-phase synchronous motors symmetrical rotating field can be generated and beyond applications for three-phase synchronous motors usually in terms of engine volume lower requirements.
  • Günstig ist es, wenn ein Stator mindestens eine Hauptphase und mindestens eine Hilfsphase aufweist. Somit ist zumindest ein Polpaar mit einer Hauptphase und mindestens ein weiteres Polpaar mit einer Hilfsphase erregbar. Es kann somit ein Drehfeld erzeugt werden, in das sich das mindestens eine im Wesentlichen wicklungsfreie Polpaar einfügt. It is favorable if a stator has at least one main phase and at least one auxiliary phase. Thus, at least one pole pair with a main phase and at least one further pole pair with an auxiliary phase excitable. It can thus be generated a rotating field, in which the at least one substantially winding-free pole pair inserts.
  • In vorteilhafter Weise wird eine kapazitive Hilfsphase, eine induktive Hilfsphase oder eine elektronische Kommutierung verwendet. Hierdurch kann eine Phasenverschiebung zwischen der Haupt- und der Hilfsphase auf einfache Weise erreicht werden. Die Ausgestaltung als kapazitive Hilfsphase oder induktive Hilfsphase, bei der eine Phasenverschiebung im Wesentlichen mittels einer Kapazität bzw. Induktivität vorgenommen wird, ist auf einfache, kostengünstige und insbesondere wartungsarme Weise umsetzbar. Mitunter kann eine Beeinflussung des cosϕ beeinflusst werden. Bei der elektronischen Kommutierung ist es zudem möglich, eine Phasenverschiebung zwischen der Haupt- und der Hilfsphase im Betrieb zu verändern.Advantageously, a capacitive auxiliary phase, an inductive auxiliary phase or an electronic commutation is used. In this way, a phase shift between the main and the auxiliary phase can be achieved in a simple manner. The design as a capacitive auxiliary phase or inductive auxiliary phase, in which a phase shift is essentially carried out by means of a capacitance or inductance, can be implemented in a simple, cost-effective and, in particular, low-maintenance manner. Sometimes an influence on the cosφ can be influenced. In electronic commutation, it is also possible to change a phase shift between the main and the auxiliary phase during operation.
  • Günstigerweise erfolgt eine Phasenverschiebung zwischen der Hilfs- und Hauptphase um etwa 120°. Diese kann durch einen Phasenschieberkondensator und zusätzlich die Verwendung eines gegenläufigen Wicklungssinns der betreffenden Wicklungen erreicht werden. Eine solche Verschiebung um 120° im Betrieb des Synchronmotors ist grundsätzlich erstrebenswert, jedoch vom Betriebszustand des Synchronmotors abhängig und somit um einige Grad, mitunter um über 10°, veränderlich. Somit wird bei der Parametrierung der Beschaltung etwa so vorgegangen, dass im angestrebten Arbeitspunkt eine Verschiebung zwischen Hilfs- und Hauptphase um etwa 120° erfolgt. Insoweit liegt eine Verschiebung um 120° zwischen je einem Pol der Haupt- und Hilfsphase vor, so dass für einen weiteren Pol, insbesondere einen wicklungsfreien Pol eine weitere Verschiebung um 120°, also 240° gegenüber dem Pol der Hauptphase freigehalten ist. Mangels detaillierter Messungen und/oder Simulationen kann zur Zeit nur vermutet werden, dass sich eine Überlagerung der vorhandenen Magnetfelder in dem wicklungsfreien Pol zu beispielsweise 240° einstellt.Conveniently, there is a phase shift between the auxiliary and main phase by about 120 °. This can be achieved by a phase shifter capacitor and additionally the use of an opposite winding sense of the respective windings. Such a shift by 120 ° in the operation of the synchronous motor is basically desirable, but dependent on the operating state of the synchronous motor and thus by a few degrees, sometimes by more than 10 °, variable. Thus, in the parameterization of the wiring, the procedure is such that a shift between the auxiliary phase and the main phase by about 120 ° takes place in the desired operating point. In that regard, there is a shift by 120 ° between each pole of the main and auxiliary phase, so that for another pole, in particular a winding-free pole, a further shift by 120 °, ie 240 ° with respect to the pole of the main phase is kept free. In the absence of detailed measurements and / or simulations, it can at present only be assumed that a superimposition of the existing magnetic fields in the winding-free pole, for example 240 °, occurs.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Polpaarzahl des Stators ein ganzzahliges Vielfaches von „3”. Dabei ist es günstig, wenn jeder dritte Pol wicklungsfrei ist. Hierdurch ist eine Anordnung möglich, bei der beispielsweise in einer umlaufenden Richtung des Stators ein Pol über eine Hauptphase erregt wird, der nächste Pol über eine Hilfsphase und dann der dritte Pol wicklungsfrei ist. Hierdurch ergeben sich im Grunde drei Polarten bzw. Polpaararten, die in ihrer Funktionsweise und Beschaltung – soweit vorhanden – aufeinander abgestimmt sein sollten. in einem Fall wäre also die Polpaarzahl genau „3”, so dass ein Polpaar mit Hauptphase, ein Polpaar mit Hilfsphase und ein Polpaar ohne Wicklung resultiert. Ebenfalls können sechs, neun oder noch mehr Polpaare vorgesehen sein, wobei sich bei höherer Polpaarzahl auch der Fertigungsaufwand erhöht.According to a preferred embodiment, the pole pair number of the stator is an integer multiple of "3". It is advantageous if every third pole is winding-free. As a result, an arrangement is possible in which, for example, in a circumferential direction of the stator, a pole is energized via a main phase, the next pole via an auxiliary phase and then the third pole is winding-free. This results in basically three poles or Polpaararten, which should be coordinated in their functioning and wiring - if available. in one case, therefore, the number of pole pairs would be exactly "3", so that a pole pair with main phase, a pole pair with auxiliary phase and a pole pair without winding results. It is also possible to provide six, nine or even more pole pairs, with a higher number of pole pairs also increasing the manufacturing outlay.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Stator ein Blechpaket mit einem Zahn pro Pol oder einer Gruppe von Zähnen pro Pol auf. Die Statorzähne können grundsätzlich eine beliebige Form aufweisen und sind insbesondere nicht auf eine rechteckige Form beschränkt. Durch das Blechpaket wird ein Fuhren des Magnetfeldes erreicht, wobei das Blechpaket mit seinen Zähnen möglichst nah an den Rotor heranragt, um den Luftspalt möglichst klein zu halten. Der Zahn bzw. die Gruppe von Zähnen führt dabei das Magnetfeld des jeweiligen Pols. Hierzu ist zum Erzeugen des Magnetfeldes auf einem Zahn bzw. einer Zahngruppe eine Erregerwicklung, insbesondere eine Haupt- oder Hilfsphase, vorgesehen. Dabei bleibt zumindest ein Zahn bzw. eine Zahngruppe wicklungsfrei, wobei bevorzugt immer einer von drei benachbarten Zähnen bzw. Zahngruppen im Wesentlichen wicklungsfrei ist. Hierdurch kann in einem Pol ein Magnetfeld erregt werden, das sich durch das Blechpaket zum anderen Pol des Polpaares erstreckt. Auf gleiche Weise wird in einem durch eine Hilfsphase erregten Pol das Magnetfeld durch das Blechpaket zum anderen Pol des Polpaares geleitet. Es wird jedoch davon ausgegangen, dass sich beide Magnetfelder auch zumindest zum Teil über das zumindest eine wicklungsfreie Polpaar erstreckt. Somit wird auch in den wicklungsfreien Polen von einem Magnetfeld ausgegangen, das zumindest teilweise aus einer Überlagerung der anderen durch Haupt- und Hilfsphasen erregten Felder erzeugt wird. Hierdurch könnte sich möglicherweise ein Beitrag der wicklungsfreien Pole begründen lassen.In a preferred embodiment, the stator has a laminated core with one tooth per pole or a group of teeth per pole. The stator teeth can basically have any shape and in particular are not limited to a rectangular shape. Through the laminated core a feeding of the magnetic field is achieved, wherein the laminated core with its teeth as close as possible to the rotor in order to keep the air gap as small as possible. The tooth or the group of teeth thereby leads the magnetic field of the respective pole. For this purpose, an exciter winding, in particular a main or auxiliary phase, is provided for generating the magnetic field on a tooth or a group of teeth. In this case, at least one tooth or a group of teeth remains winding-free, wherein preferably always one of three adjacent teeth or groups of teeth is substantially free of winding. In this way, in a pole, a magnetic field can be excited, which extends through the laminated core to the other pole of the pole pair. In the same way, in a pole excited by an auxiliary phase, the magnetic field is conducted through the laminated core to the other pole of the pole pair. However, it is assumed that both magnetic fields also extend at least partially over the at least one winding-free pole pair. Thus, a magnetic field is also assumed in the non-winding poles, which is generated at least partially from a superposition of the other fields excited by main and auxiliary phases. This could possibly justify a contribution from the non-development poles.
  • Die Verwendung einer Gruppe von Zähnen pro Pol anstelle eines einzelnen Zahns pro Pol kann vorteilhaft sein, um das magnetische Feld zielgerichteter Leiten zu können und/oder einen günstigen Übergang der Rotorpole beim Rotieren von einem Statorpol zum nächsten zu gewährleisten.The use of a group of teeth per pole, rather than a single tooth per pole, may be advantageous in order to direct the magnetic field more purposefully and / or to ensure a favorable transition of the rotor poles when rotating from one stator pole to the next.
  • In einer besonderen Ausgestaltung sind die Statorzähne bzw. Zahngruppen asymmetrisch zueinander angeordnet. Dies ist besonders dafür von Vorteil, die Wicklungen möglichst optimal in dem Stator anzuordnen. Bei herkömmlichen Statoren ist in den Zwischenräumen zwischen benachbarten Zähnen unterschiedlicher Pole etwa gleichviel Wicklungsvolumen untergebracht. Da erfindungsgemäß jedoch einige Pole keine Wicklungen aufweisen, ergibt sich eine ungleichmäßige Wicklungsverteilung im Stator, auf die der Stator angepasst werden kann, indem die Statorzähne bzw. Zahngruppen asymmetrisch zueinander angeordnet sind. Hierbei ist insbesondere eine Asymmetrie in Bezug auf die Rotorachse vorgesehen. Beispielsweise ist zwischen zwei Statorzähnen, die beide Wicklungen tragen, mehr Platz vorzusehen, als zwischen zwei Statorzähnen, von denen einer keine Wicklung trägt.In a particular embodiment, the stator teeth or groups of teeth are arranged asymmetrically to one another. This is particularly advantageous for optimally arranging the windings in the stator. In conventional stators, approximately equal amounts of winding volume are accommodated in the spaces between adjacent teeth of different poles. However, since some poles according to the invention have no windings, an uneven winding distribution results in the stator, to which the stator can be adapted by the stator teeth or groups of teeth are arranged asymmetrically to each other. Here, in particular, an asymmetry with respect to the rotor axis intended. For example, between two stator teeth, which carry both windings, provide more space than between two stator teeth, one of which carries no winding.
  • Bevorzugt wird ein erfindungsgemäßer Stator für einen Synchronmotor mit einem Rotor verwendet. Der Rotor und der Stator werden dabei aufeinander angepasst, wobei es günstig ist, wenn die Polpaarzahl des Stators und die des Rotors unterschiedlich sind. Eine solche Ausgestaltung kann sich günstig auf die Laufruhe des Motors auswirken. Hierbei kann als vorteilhafte Ausführungsform angesehen werden, dass die Polpaarzahl des Stators „3” und die des Rotors „2” ist. Für diesen Fall ergibt sich eine besonders einfache Ausgestaltung, die auch fertigungstechnisch nur geringen Aufwand erfordert, da nur an dem Stator zwei Hilfs- und zwei Hauptphasenwicklungen vorgesehen werden müssen. Dennoch sind weitere Kombinationen der Polpaarzahlen verwendbar, wie beispielsweise bei drei Polpaaren des Stators, vier Polpaare des Rotors vorzusehen sind.Preferably, a stator according to the invention is used for a synchronous motor with a rotor. The rotor and the stator are adapted to each other, it is advantageous if the number of pole pairs of the stator and the rotor are different. Such a configuration can have a favorable effect on the smoothness of the engine. In this case, it can be regarded as an advantageous embodiment that the number of pole pairs of the stator is "3" and that of the rotor is "2". For this case, a particularly simple embodiment, which also requires little manufacturing effort, since only two auxiliary and two main phase windings must be provided on the stator. Nevertheless, further combinations of Polpaarzahlen be used, such as three poles of the stator, four pole pairs of the rotor are provided.
  • Der Rotor kann mit oder ohne Eisenkern ausgeführt sein.The rotor can be designed with or without iron core.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist ein Synchronmotor dadurch gekennzeichnet, dass ein permanent erregter Rotor vorgesehen ist, wobei die Rotorpole im Wesentlichen aus Hartferrit, seltenen Erden, kunststoffgebundenen seltenen Erden oder einem sonstigen permanentmagnetischen Material bestehen. Gerade im Bereich von kleineren Synchronmotoren, die als einphasige Synchronmotoren ausgestaltet sind, ist eine Erregung des Rotors über einen Gleichstrom zu aufwändig, so dass ein permanenterregter Rotor verwendet wird. Darüber hinaus ist gerade bei kleineren Motoren, jedoch nicht nur hier, die Verwendung eines permanenterregten Rotors ausreichend. Die permanente Erregung kann durch Hartferrit oder auch seltenen Erden Magneten erfolgen. Gerade die Verwendung von seltenen Erden kann zum Erreichen eines Rotorpols mit hoher magnetischer Feldstärke angezeigt sein. Zur Verbesserung der mechanischen Stabilität ist mitunter die Verwendung kunststoffgebundener seltenen Erden vorteilhaft. Eine Beschränkung auf die genannten Materialien besteht jedoch nicht, vielmehr sind grundsätzlich jegliche permanentmagnetische Materialen allein oder in Ergänzung für die Konstruktion des Rotors einsetzbar.According to a further preferred embodiment, a synchronous motor is characterized in that a permanently excited rotor is provided, wherein the rotor poles consist essentially of hard ferrite, rare earths, plastic-bound rare earths or other permanent magnetic material. Especially in the field of smaller synchronous motors, which are designed as single-phase synchronous motors, an excitation of the rotor via a direct current too expensive, so that a permanent-magnet rotor is used. In addition, especially with smaller engines, but not only here, the use of a permanent-magnet rotor is sufficient. The permanent excitation can be done by hard ferrite or even rare earth magnets. Especially the use of rare earths can be indicated to reach a rotor pole with high magnetic field strength. To improve the mechanical stability, the use of plastic-bound rare earths is sometimes advantageous. However, a limitation to the materials mentioned does not exist, but in principle any permanent magnetic materials can be used alone or in addition to the construction of the rotor.
  • Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand einer Figur beschrieben. DieThe present invention will be described below with reference to a figure. The
  • 1 zeigt ein Prinzipbild zur Spulenanordnung eines erfindungsgemäßen Synchronmotors, der hierfür in einem Schnitt quer zur Rotorachse schematisch dargestellt ist. 1 shows a schematic diagram of the coil arrangement of a synchronous motor according to the invention, which is shown schematically for this purpose in a section transverse to the rotor axis.
  • Der Synchronmotor 2 der 1 weist einen Stator 4 und einen Rotor 6 auf. Der Stator 4 umfasst ein Blechpaket 8 mit sechs Statorzähnen 2126. Die Polpaarzahl des Stators beträgt somit „3”. Der Stator ist einphasig ausgebildet, wobei eine Hauptphase 12 und eine Hilfsphase 14 vorgesehen sind. Die Leitungsführung für die Haupt- und Hilfsphase 12, 14, insbesondere die Wicklungen selbst, sind in der Figur nur schematisch dargestellt. Auch bei einem erfindungsgemäßen Stator werden regelmäßig eine Vielzahl von Windungen pro Pol verwendet.The synchronous motor 2 of the 1 has a stator 4 and a rotor 6 on. The stator 4 includes a laminated core 8th with six stator teeth 21 - 26 , The pole pair number of the stator is thus "3". The stator is single-phase, with a main phase 12 and an auxiliary phase 14 are provided. The routing for the main and auxiliary phases 12 . 14 , in particular the windings themselves, are shown only schematically in the figure. Even with a stator according to the invention a plurality of turns per pole are regularly used.
  • Die Hauptphase 12 ist zwischen der Phase P und dem Nullleiter N angeschlossen und erregt über die Wicklungen 31 und 34 auf den Statorzähnen 21 bzw. 24 ein Magnetfeld im Wesentlichen in diesen Statorzähnen wodurch sich die Pole ausbilden. Dabei bildet sich ein magnetisches Feld von dem Statorzahn 21 aus über den Rotor 6 zum Statorzahn 24, das sich über den Körper des Blechpaketes 8 schließt.The main phase 12 is connected between the phase P and neutral N and energized across the windings 31 and 34 on the stator teeth 21 respectively. 24 a magnetic field substantially in these stator teeth thereby forming the poles. In this case, a magnetic field forms from the stator tooth 21 out over the rotor 6 to the stator tooth 24 that is about the body of the laminated core 8th closes.
  • Die Hilfsphase 14 wird über Verschaltung mittels eines Kondensators 16 zur Hauptphase 12 gebildet. Über die Dimensionierung des Kondensators 16 lässt sich die Phasenverschiebung gegenüber der Hauptphase beeinflussen. Der Erregerstrom der Hilfsphase 14 erregt über die Wicklungen 32 und 35 auf den Statorzähnen 22 und 25 ein Magnetfeld in diesen Polen. Die Wicklung 32 der Hilfsphase weist gegenüber der Wicklung 31 der Hauptphase einen gegenläufigen Wicklungssinn auf. Hierdurch ergibt sich grundsätzlich eine Phasenverschiebung der beiden in den Statorzähnen 21 und 22 erregten Magnetfelder um 180°. Durch eine Phasenverschiebung des Stromes der Hilfsphase 14 gegenüber der Hauptphase 12 um 60°, was durch den Kondensator 16 erreicht werden kann, ist eine Verschiebung der genannten Magnetfelder um 120° gegeneinander erreichbar. Es ist zu beachten, dass die Verschiebung auch durch den Betrieb des Motors beeinflusst wird. Ebenfalls ergibt sich entsprechend eine Phasenverschiebung der erregten Magnetfelder zwischen den Polen der Statorzähne 25 und 24 durch die Wicklungen 35 und 34.The auxiliary phase 14 is via interconnection by means of a capacitor 16 to the main phase 12 educated. About the dimensioning of the capacitor 16 the phase shift can be influenced compared to the main phase. The excitation current of the auxiliary phase 14 excited about the windings 32 and 35 on the stator teeth 22 and 25 a magnetic field in these poles. The winding 32 the auxiliary phase faces the winding 31 the main phase an opposite winding sense. In principle, this results in a phase shift of the two in the stator teeth 21 and 22 excited magnetic fields by 180 °. By a phase shift of the current of the auxiliary phase 14 towards the main phase 12 around 60 °, which is due to the capacitor 16 can be achieved, a shift of said magnetic fields by 120 ° against each other achievable. It should be noted that the displacement is also influenced by the operation of the engine. Also results in accordance with a phase shift of the excited magnetic fields between the poles of the stator teeth 25 and 24 through the windings 35 and 34 ,
  • Die Statorzähne 23 und 26 weisen keine Wicklung auf. Das Magnetfeld, das sich in diesen Statorzähnen 23 und 26 ausbildet, hängt somit nur von den Magnetfeldern ab, die durch die Haupt- und Hilfsphase erregt werden sowie durch Einflüsse, die durch den Rotor bedingt sind. Obwohl bisher keine konkreten Magnetfeldmessungen der wicklungsfreien Pole, die vorliegend durch die Statorzähne 23 und 26 gebildet werden, durchgeführt wurden, so ist doch davon auszugehen, dass sich auch in diesen wicklungsfreien Polen ein Magnetfeld ausbildet. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass beispielsweise aus einer Überlagerung zweier um 120° zueinander verschobener sinusförmiger Verläufe gleicher Amplitude etwa ein um weitere 120° verschobener Verlauf resultiert. Insoweit ist auch für die wicklungsfreien Pole in den Statorzähnen 23 und 26 mit einem für das Betreiben des Synchronmotors 2 günstigen Magnetfeld oder zumindest einer günstigen Beeinflussung des Magnetfeldes zu rechnen.The stator teeth 23 and 26 do not have a winding. The magnetic field that is in these stator teeth 23 and 26 thus depends only on the magnetic fields that are excited by the main and auxiliary phases and by influences that are caused by the rotor. Although so far no concrete magnetic field measurements of the winding-free poles, in this case by the stator teeth 23 and 26 have been carried out, it can be assumed that a magnetic field is also formed in these non-conducting poles. In this context, it is pointed out that, for example, results from a superposition of two mutually shifted by 120 ° sinusoidal waveforms of the same amplitude about a further 120 ° shifted course. In that regard, also for the winding-free poles in the stator teeth 23 and 26 with one for operating the synchronous motor 2 favorable magnetic field or at least a favorable influence of the magnetic field.
  • Der Rotor 8 des Synchronmotors 2 weist zwei Nordpole N und zwei Südpole S auf, so dass die Polpaarzahl des Rotors „2” beträgt. Durch die unterschiedliche Polpaarzahl zwischen Stator und Rotor ergibt sich der Effekt, dass jeweils ein Nordpol N benachbart zu einem Statorzahn 21; 24 liegt, während jeweils ein Südpol S zwischen zwei Statorzähnen 22, 23; 25, 26 zuliegen kommen. Beim Weiterdrehen des Rotors 8 bewegen sich die Südpole S jeweils auf einen Statorzahn zu, während sich die Nordpole N in eine Position jeweils zwischen zwei Statorzähnen bewegen. Hierdurch kann eine Begünstigung der Laufruhe resultieren.The rotor 8th of the synchronous motor 2 has two north poles N and two south poles S, so that the pole pair number of the rotor is "2". Due to the different number of pole pairs between stator and rotor, there is the effect that in each case a north pole N adjacent to a stator tooth 21 ; 24 lies, while in each case a south pole S between two stator teeth 22 . 23 ; 25 . 26 come to lie. Upon further rotation of the rotor 8th The south poles S each move toward a stator tooth, while the north poles N move to a position between two stator teeth, respectively. This can result in favoring the smoothness.
  • Die vorliegende Erfindung schafft somit einen Stator für einen Synchronmotor, bei dem mindestens ein Polpaar wicklungsfrei ist. Hierdurch kann auch ein einphasiger Motor unter Verwendung einer Haupt- und einer Hilfsphase einen sechspoligen Stator aufweisen.The present invention thus provides a stator for a synchronous motor in which at least one pole pair is winding-free. As a result, a single-phase motor using a main phase and an auxiliary phase may also have a six-pole stator.

Claims (10)

  1. Stator (4) für einen einphasigen Synchronmotor (2) mit einer Mehrzahl von Polpaaren, die Wicklungen einer Hauptphase (12) und einer Hilfsphase (14) tragen, wobei mindestens ein Popaar wicklungsfrei ist und der Erregerstrom der Hilfsphase (14) eine Phasenverschiebung gegenüber der Hauptphase (12) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in Umfangsrichtung des Stators ein erster Pol (21, 24) eine Wicklung (31, 34) der Hauptphase (12) trägt, ein direkt benachbarter zweiter Pol (22, 25) eine Wicklung (32, 35) der Hilfsphase (14) trägt und der darauf folgende dritte Pol (23, 26) wicklungsfrei ist.Stator ( 4 ) for a single-phase synchronous motor ( 2 ) with a plurality of pole pairs, the windings of a main phase ( 12 ) and an auxiliary phase ( 14 ), wherein at least one Popaar is winding-free and the exciter current of the auxiliary phase ( 14 ) a phase shift compared to the main phase ( 12 ), characterized in that in the circumferential direction of the stator, a first pole ( 21 . 24 ) a winding ( 31 . 34 ) of the main phase ( 12 ), a directly adjacent second pole ( 22 . 25 ) a winding ( 32 . 35 ) of the auxiliary phase ( 14 ) and the subsequent third pole ( 23 . 26 ) is winding-free.
  2. Stator (4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenverschiebung des Erregerstroms der Hilfsphase (14) durch kapazitive oder induktive Mittel oder durch eine elektronische Kommutierung erfolgt.Stator ( 4 ) according to claim 1, characterized in that the phase shift of the exciter current of the auxiliary phase ( 14 ) by capacitive or inductive means or by electronic commutation.
  3. Stator (4) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenverschiebung der Hilfsphase (14) gegenüber der Hauptphase (12) etwa 120° beträgt.Stator ( 4 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the phase shift of the auxiliary phase ( 14 ) compared to the main phase ( 12 ) is about 120 °.
  4. Stator (4) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polpaarzahl ein ganzzahliges Vielfaches von 3 ist.Stator ( 4 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the number of pole pairs is an integer multiple of 3.
  5. Stator (4) nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet, durch ein Blechpaket (8) mit einem Zahn (2126) pro Pol oder einer Gruppe von Zähnen pro Pol.Stator ( 4 ) according to one of the preceding claims, characterized by a laminated core ( 8th ) with a tooth ( 21 - 26 ) per pole or group of teeth per pole.
  6. Stator (4) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorzähne (2126) oder die Gruppe von Zähnen pro Pol asymmetrisch zu einander angeordnet sind.Stator ( 4 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the stator teeth ( 21 - 26 ) or the group of teeth per pole are arranged asymmetrically to each other.
  7. Synchronmotor (2) mit: – einem Stator (4) nach einem der vorstehenden Ansprüche und – mit einem Rotor (6).Synchronous motor ( 2 ) with: - a stator ( 4 ) according to one of the preceding claims and - with a rotor ( 6 ).
  8. Synchronmotor (2) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Polpaarzahl des Stators (4) und des Rotors (6) unterschiedlich sind.Synchronous motor ( 2 ) according to claim 7, characterized in that the pole pair number of the stator ( 4 ) and the rotor ( 6 ) are different.
  9. Synchronmotor (2) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Polpaarzahl des Stators (4) „3” und die des Rotors (6) „2” ist.Synchronous motor ( 2 ) according to claim 7 or 8, characterized in that the number of pole pairs of the stator ( 4 ) "3" and that of the rotor ( 6 ) Is "2".
  10. Synchronmotor (2) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein permanenterregter Rotor (6) vorgesehen ist, wobei die Rotorpole (N, S) im Wesentlichen aus Hartferrit, seltenen Erden, kunststoffgebundenen seltenen Erden oder einem sonstigen permanentmagnetischen Material bestehen.Synchronous motor ( 2 ) according to one of claims 7 to 9, characterized in that a permanent-magnet rotor ( 6 ), wherein the rotor poles (N, S) essentially consist of hard ferrite, rare earths, plastic-bound rare earths or another permanent magnetic material.
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