DE1021943B

DE1021943B - Self-starting synchronous motor

Info

Publication number: DE1021943B
Application number: DEB40023A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Berger; Dipl-Ing August Spiesberger
Original assignee: GERHARD BERGER FABRIKATION ELE
Current assignee: GERHARD BERGER FABRIKATION ELE
Priority date: 1956-04-27
Filing date: 1956-04-27
Publication date: 1958-01-02

Description

Selbstanlaufender Synchronmotor Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen selbstanlaufenden Synchronmotor mit einem durch einenpermanenten Magneten erregten Läufer zu schaffen, der sich gegenüber den bisher bekannten Motoren dieser Art durch nachstehende Vorteile auszeichnet.Self-starting synchronous motor The invention is based on the object a self-starting synchronous motor with a permanent magnet to create excited runners, which compared to the previously known motors of this Art is characterized by the following advantages.

Der neue Motor läuft bei kleiner Nenndrehzahl mit hohem Anzugsmoment und unter Abgabe einer beachtlichen Leistung in eindeutiger Drehrichtung an. Seine Drehrichtung kann unter Anwendung eines einpoligen Umschalters umgekehrt werden, so daß er sich besonders gut für Fernsteuerzwecke in der Regel- und Steuertechnik eignet. Weiter ist zu erwähnen, daß die Herstellung sämtlicher Aufbauteile des neuen Motors und deren Zusammenbau fast ausschließlich unter Anwendung von Stanz- und Druckwerkzeugen und damit seine wirtschaftliche Erzeugung möglich ist. Ferner können die Erregerspulen für den Stator des Motors als einfach zu wickelnde Rundspulen hergestellt werden.The new motor runs at a low nominal speed with a high starting torque and delivering a considerable performance in a clear direction of rotation. His Direction of rotation can be reversed using a single pole changeover switch, so that it is particularly suitable for remote control purposes in regulation and control technology suitable. It should also be mentioned that the production of all structural parts of the new Motors and their assembly almost exclusively using stamping and Printing tools and thus its economical production is possible. Furthermore can the excitation coils for the stator of the motor as easy-to-wind round coils getting produced.

Gemäß der Erfindung besteht das auf den Läufer sich auswirkende Magnetfeld aus einem im Raum umlaufenden Feld, das durch zwei mit ihren Zähnen ineinandergreifenden, magnetisch jedoch voneinander unabhängigen Polzahnkränzen Pz 4/5 und Pz 40/50 erzeugt wird (s. Abb. 1 und 2). Jeder Polzahnkranz wird von einer eigenen Wicklung erregt. - Durch bekannte Phasenverschiebungsmittel wird eine zeitliche Flußverschiebung von 0 1 des Polzahnkranzes Pz 4/5 gegen 0 2 des Polzahnkranzes Pz 40/50 hervorgerufen.According to the invention, there is the magnetic field acting on the rotor from a field that runs around the room, which is created by two interlocking teeth but magnetically independent pole sprockets Pz 4/5 and Pz 40/50 generated (see Fig. 1 and 2). Each pole ring gear is excited by its own winding. - A temporal flux shift is achieved by known phase shifting means caused by 0 1 of the pole ring gear Pz 4/5 against 0 2 of the pole ring gear Pz 40/50.

Die räumliche Versetzung der beiden Polzahnkränze Pz 4/5 und Pz 40/50 und die elektrische Verschiebung der Flüsse 0 1 und 0 2 ergeben in bezug auf den gemeinsamen Läuferkreis ein Drehfeld mit dem resultierenden Flußvektor 0 r. Bei richtiger Bemessung und Auswahl der Phasenverschiebungsmittel erhält man einen praktisch konstanten Flußvektor 0 r und damit eine konstante Umlaufgeschwindigkeit des Läufers (Abb. 5).The spatial offset of the two pole sprockets Pz 4/5 and Pz 40/50 and the electrical displacement of the fluxes 0 1 and 0 2 with respect to the common rotor circle a rotating field with the resulting flux vector 0 r. at Proper sizing and selection of phase shifting means gives you a practical one constant flux vector 0 r and thus a constant speed of rotation of the rotor (Fig. 5).

In Abb. 4 sind drei verschiedene Stellungen des Rotors in bezug auf die Polzahnkränze schematisch dargestellt. Um den Verlauf der Kraftlinien besser zu erkennen, sind die Polzahnkränze auseinandergezogen gezeichnet. In Abb. 5 ist der zeitliche Verlauf der Flüsse 0 1 und 0 2 dargestellt. Die Stellungen St1, St2 und St3 entsprechen den Flußmomentanwerten t1, t2 und t3. Die Bewegung des Rotors erfolgt in der angegebenen Richtung.In Fig. 4 there are three different positions of the rotor with respect to the pole sprockets shown schematically. To improve the course of the lines of force can be seen, the pole sprockets are drawn apart. In Fig. 5 is the time course of the flows 0 1 and 0 2 is shown. The positions St1, St2 and St3 correspond to the instantaneous flux values t1, t2 and t3. The movement of the rotor takes place in the specified direction.

Das resultierende Feld 0 r des erfindungsgemäßen Motors zeichnet sich durch seine Oberwellenfreiheit aus, was darauf zurückzuführen ist, daß im Gegensatz zu bekannten Synchronmotoren eine Überlagerung der beiden erzeugenden Wechselfelder in einem gemeinsamen Ständer-Eisenkreis nicht stattfindet und dadurch eine Verzerrung der Kurvenform des resultierenden Kraftflusses 0 r durch Oberwellen vermieden wird. Die Auswirkung dieser Maßnahme ist ein hohes Anlaufmoment und ein ruhiger Lauf des neuen Motors. Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus der Tatsache, daß durch die der Erfindung zugrunde liegenden Maßnahmen die Motoren mit permanenten Magnetläufern großer Koerzitivkraft ausgerüstet werden können und hierdurch bei eindeutiger Anlaufdrehrichtung ein Vielfaches der bisher bei Kleinsynchronmotoren erzielten Leistungen bei gleichzeitig sehr gutem Wirkungsgrad erreicht wird.The resulting field 0 r of the motor according to the invention is shown by its freedom from harmonics, which is due to the fact that in contrast to known synchronous motors a superposition of the two generating alternating fields does not take place in a common stator iron circle and thus a distortion the curve shape of the resulting power flow 0 r is avoided by harmonics. The effect of this measure is a high starting torque and smooth running of the new engine. Another advantage arises from the fact that the Invention underlying measures the motors with permanent magnet rotors large coercive force can be equipped and thereby with a clear starting direction of rotation a multiple of the performances previously achieved with small synchronous motors at the same time very good efficiency is achieved.

Zwecks Erzielung eines Bestwertes von Laufgüte und Laufstabilität ist das Verhältnis von Läufer-Polzahnbreite zur. Stator-Polzahnbreite wichtig. Besonders vorteilhaft ist es, die Breite der Polzähne des Stators zu etwa 60 % der Breite der Polzähne des Läufers zu wählen. Außerdem muß die Summe von Polzahnbreite des Läufers br und der Polzahnbreite des Stators bs der nachstehenden Gleichung gehorchen: Hierin bedeutet Dr den Außendurchmesser des Läufers, Ds den Innendurchmesser des Stators, die Zahl der Polpaare. Wesentlich davon abweichende Abmessungen ergeben schlechtere Anlauf- und Laufverhältnisse.In order to achieve the best value for running quality and running stability, the ratio of rotor pole tooth width to. Stator pole tooth width important. It is particularly advantageous to choose the width of the pole teeth of the stator to be about 60% of the width of the pole teeth of the rotor. In addition, the sum of the pole tooth width of the rotor br and the pole tooth width of the stator bs must obey the following equation: Here, Dr means the outside diameter of the rotor, Ds the inside diameter of the stator, the number of pole pairs. Dimensions that differ significantly from this result in poorer starting and running conditions.

Die Aufbauteile des neuen Motors sind in den Abb. 1 bis 3 im einzelnen dargestellt. Wie schon erwähnt, besitzt der Motor zwei voneinander unabhängige Erregersysteme 1/2. In der Abb. 1 sind die beiden Magnetsysteme 1 und 2 ohne Erregerspulen und Rotor dargestellt. Man erkennt das Ineinandergreifen der um eine halbe Pollücke ränze. In Abb. 2 ist gegeneinander verdrehten Polzahn ein Schnitt durch den Motor gezeichnet. In dieser Darstellung sind die beiden Feldspulen und eingezeichnet. Der Rotor ist jedoch zur besseren Übersicht weggelassen und in der richtigen Einbaulage in Abb. 3 gezeichnet. Es soll zunächst das Magnetsystem 1 näher erläutert werden. Dieses besteht aus einer Abschlußplatte 3, mit der z. B. durch Niete der Polzahnkranz 4 verbunden ist. Mit Abstand von diesem ist ein zweiter Polzahnkranz 5 vorgesehen, dessen Zähne 6 gleichsinnig zwischen die Zähne 7 des ersten Polzahnkranzes 4 eingreifen. Die beiden Polzahnkränze 4 und 5 haben gleichen Durchmesser und sind durch einen Abstandskörper 9 baulich gegeneinander fixiert. Dieser Abstandskörper übernimmt den magnetischen Schluß und enthält zugleich die Lagerstelle 8 für die Welle 10 des Motorläufers 11. Zwischen den Polzahnkränzen 4 und 5 des Magnetsystems 1 ist die als Rundspule ausgebildete Erregerspule 12a angeordnet. Die Spule 12a des Magnetsystems 1 wird direkt an das Wechselstromnetz angeschlossen, während die Erregerspule 12b des Magnetsystems 2 über phasenverschiebende Mittel, z. B. einen Kondensator, mit dem Wechselstromnetz verbunden ist. Der Läufer 11 des Motors besitzt ebenfalls zwei Polzahnkränze 13/14, deren Polzähne 15/16 in bekannter Weise gegensinnig ineinandergreifen und zwischen sich den Dauermagneten 17 einschließen.The structural parts of the new engine are shown in Figs. 1 to 3 in detail shown. As already mentioned, the motor has two independent excitation systems 1/2. In Fig. 1, the two magnet systems 1 and 2 are without excitation coils and Rotor shown. You can see the interlocking of the half a pole gap rant. In Fig. 2 pole tooth twisted against each other is a section through the motor drawn. The two field coils and are shown in this illustration. However, the rotor has been omitted for a better overview and is in the correct installation position drawn in Fig. 3. The magnet system 1 should first be closer explained. This consists of an end plate 3, with the z. B. by Rivet the pole ring gear 4 is connected. At a distance from this is a second pole ring gear 5 is provided, the teeth 6 of which are in the same direction between the teeth 7 of the first pole ring gear 4 intervene. The two pole ring gears 4 and 5 have the same diameter and are structurally fixed to one another by a spacer body 9. This spacer takes over the magnetic circuit and at the same time contains the bearing point 8 for the Shaft 10 of the motor rotor 11. Between the pole ring gears 4 and 5 of the magnet system 1, the excitation coil 12a designed as a round coil is arranged. The coil 12a of the magnet system 1 is connected directly to the alternating current network, while the Excitation coil 12b of the magnet system 2 via phase-shifting means, e.g. B. a Capacitor that is connected to the AC network. The rotor 11 of the motor has also two pole ring gears 13/14, the pole teeth 15/16 in opposite directions in a known manner interlock and enclose the permanent magnet 17 between them.

Der Zusammenbau des neuen Motors wird wie folgt durchgeführt: Das Magnetsystem 2 wird in ein zylindrisches Gehäuse aus nichtmagnetischem Werkstoff eingeführt.The assembly of the new engine is carried out as follows: The Magnet system 2 is in a cylindrical housing made of non-magnetic material introduced.

Alsdann wird der Läufer 11 in das Magnetsystem 2 eingesetzt, wobei seine Welle 11 die Lagerstelle 18 des Magnetsystems 2 durchdringt. Nachfolgend wird das Magnetsystem 1 in das zylindrische Gehäuse eingedrückt, und zwar derart, daß zwischen die Polzähne 4/5 des Magnetsystems 1 jeweils die Polzähne 40/50 des Magnetsystems 2 treten, so daß also die Polzähne beider Systeme gegensinnig zueinander angeordnet sind. Beim Einfügen des Magnetsystems 1 hat die Welle 10 des Läufers 11 dessen Lagerstelle 8 durchdrungen. Man sieht also, daß der Zusammenbau des neuen Motors einfach und ohne Inanspruchnahme von Werkzeugen möglich ist.Then the rotor 11 is inserted into the magnet system 2, wherein its shaft 11 penetrates the bearing point 18 of the magnet system 2. The following is the magnet system 1 pressed into the cylindrical housing, in such a way that between the pole teeth 4/5 of the magnet system 1, the respective pole teeth 40/50 of the magnet system 2 occur, so that the pole teeth of both systems are arranged in opposite directions to each other are. When inserting the magnet system 1, the shaft 10 of the rotor 11 has its bearing point 8 penetrated. So you can see that the assembly of the new engine is easy and is possible without using tools.

Die Fertigung und der Zusammenbau der einzelnen Aufbauteile sind fast ausschließlich unter Benutzung von Stanzwerkzeugen möglich, was an Hand des Magnetsystems 1 kurz erläutert werden soll. Die Anschlußplatte 3 dieses Systems kann ausgestanzt werden, ebenso läßt sich durch Stanzen der Polzahnkranz 4 und der ihm zugeordnete Polzahnkranz 5 erzeugen. Der die Lagerbohrung 8 enthaltende Abstandskörper 9 ist ein Automatendrehteil, der auf einem Ende mit der Abschlußplatte 3 und dem Polzahnkranz 4 vernietet wird. Alsdann wird über den Abstandskörper B die Erregerspule 12a geschoben und dann der Polzahnkranz 5 eingeführt, worauf das andere freie Ende des Abstandskörpers 9 umgenietet wird. Man erkennt also, daß der Zusammenbau des Magnetsystems 1 mit wenigen Handgriffen durchgeführt werden kann. Das gleiche gilt für das Magnetsystem 2 und den Anker 11, denn auch seine Polzahnkränze 13/14 können ausgestanzt werden. Die Polzahnkränze 13/14 werden gleichzeitig mit dem dazwischenliegenden Dauermagnet mittels eines nichtmagnetischen zentralen Niets verbunden. Hierauf wird die Achse 10 eingedrückt. Wie schon eingangs erwähnt, kann der neue Synchronmotor durch Anwendung einfacher Mittel in seiner Drehrichtung umgekehrt werden. Dies kann z. B. durch die an sich bekannte, nachstehend geschilderte Schaltung erreicht werden.The manufacture and assembly of the individual structural parts are almost exclusively possible using punching tools, which will be briefly explained using the magnet system 1. The connection plate 3 of this system can be punched out, and the pole toothed ring 4 and the pole toothed ring 5 assigned to it can also be produced by punching. The spacer body 9 containing the bearing bore 8 is a machine turning part which is riveted on one end to the end plate 3 and the pole toothed ring 4. Then the excitation coil 12a is pushed over the spacer B and the pole ring gear 5 is then inserted, whereupon the other free end of the spacer 9 is riveted around. It can therefore be seen that the assembly of the magnet system 1 can be carried out in a few simple steps. The same applies to the magnet system 2 and the armature 11, because its pole ring gears 13/14 can also be punched out. The pole sprockets 13/14 are simultaneously connected to the permanent magnet in between by means of a non-magnetic central rivet. The axle 10 is then pressed in. As already mentioned at the beginning, the new synchronous motor can be reversed in its direction of rotation by using simple means. This can e.g. B. can be achieved by the circuit described below, known per se.

Je ein Ende der Erregerspulen 12a und 12b wird elektrisch miteinander verbunden und an eine Phase des speisenden Netzes gelegt. Zwischen die beiden freien Enden der beiden Erregerspulen wird das phasenverschiebende Mittel, z. B. ein Kondensator, geschaltet. Ein einpoliger Schalter ist mit der zweiten Phase des Netzes verbunden, und je nachdem, ob er auf das eine oder andere freie Ende der einen oder anderen Erregerspule geschaltet wird, ist die eine Spule direkt mit dem Netz, die andere hingegen über das phasenverschiebende Mittel mit dem Netz verbunden. Durch Umlegen des Schalters kann daher die Drehrichtungsumkehr herbeigeführt werden. Für die Drehrichtungsumkehrung wird nur eine Zeit von etwa 50 ms benötigt.One end of each of the excitation coils 12a and 12b is electrically connected to each other connected and placed on a phase of the feeding network. Between the two free ones Ends of the two excitation coils is the phase shifting means, for. B. a capacitor, switched. A single pole switch is connected to the second phase of the network, and depending on whether he is on one or the other free end of one or the other When the excitation coil is switched, one coil is connected directly to the mains, the other however, connected to the network via the phase-shifting means. By flipping it of the switch can therefore reverse the direction of rotation. For reversing the direction of rotation only a time of about 50 ms is required.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Self-starting synchronous motor with a permanent magnet rotor, whose stator consists of two oppositely interlocking pole sprockets, characterized in that each pole ring gear is excited by its own winding that the two act independently of each other on the magnetic rotor, by known phase shift means time-shifted flows are in the two Close each stand parts separately.

2. Synchronous motor according to claim 1, characterized in that that the magnet system (l / 2) assigned to each of the two alternating fields consists of two Pole gear rings (4/5) of the same diameter meshing in the same direction, by a spacer which also contains a bearing (8) for the rotor shaft (10) (9) are structurally fixed against each other and between them an excitation coil (12a / 12b) take up.

3. Synchronous motor according to claim 1 and 2, characterized in that the two magnet systems (1/2) enclosing the rotor (1i) of the motor between them themselves are assigned to one another in such a way that their pole teeth (4/5 and 40/50) are in opposite directions interlock.

4. Synchronous motor according to claim 1 to 3, characterized in that the width (b,) of the pole teeth (4! 5) of each of the two magnet systems (1/2) preferably to about 60 ° / o of the width (b ,.) the pole teeth (15/16) of the rotor (11) is selected and the relationship is fulfilled. (D,. = Outside diameter of the rotor, 13s = inside diameter of the stator, = number of pole pairs.) Considered publications: German Patent No. 696 049; Swiss Patent No. 270 119.