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GEBIET DER
TECHNOLOGIE
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Vierpol-Synchronmotor.
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HINTERGRUNDSTECHNOLOGIE
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In
diesen Tagen sind Gleichstrom-(DC) oder Wechselstrom-(AC) Ventilatormotoren
in automatischen Büromaschinen
ausgerüstet,
insbesondere werden Vierpol-AC-Ventilatormotoren geeignet mit hoher
Drehzahl benutzt.
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Der
AC-Ventilatormotor ist ein Synchronmotor mit Ankerwindungen, einer
Gleichrichterschaltung mit Dioden, Bürsten und einem Kommutator,
ein AC-Strom wird so gleichgerichtet, dass ein Magnetrotor als ein
DC-Motor gedreht wird, bis eine Drehzahl des Magnetrotors eine Synchrondrehzahl
erreicht, dann wird der Kommutator mechanisch von der Gleichrichterschaltung
getrennt, so dass ein Synchronbetrieb durchgeführt wird, der durch eine AC-Leistung
getrieben wird (siehe Japanische Patentveröffentlichungen
9-84316 und
9-135559 ).
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Ein
anderer Synchronmotor weist weiterhin einen Mikrocomputer auf, der
die Leistungsverteilung steuert, Richtungen eines gleichgerichteten
Stromes, der durch A-Windungen und B-Windungen einer Startschaltung
läuft,
wird abwechselnd zum Starten des Motors geändert, oder ein gleichgerichteter Strom,
der abwechselnd durch Ankerwindungen läuft, wird geschaltet, während der
Strom invertiert wird, so dass der Motor gestartet wird, wobei der Strom
auf der invertierten Seite beschränkt wird, und ein Betriebsschalter
schaltet eine Synchrontreiberschaltung ein zum Durchführen einer
Synchrontätigkeit,
wenn eine Drehzahl eines Magnetrotors, die durch einen Photosensor
erfasst wird, eine Synchrondrehzahl erreicht (siehe Japanische Patentveröffentlichungen
2000-125580 und
2000-166287 ).
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Bei
den oben beschriebenen Synchronmotoren sind Spulen, die aus isolierendem
Harz hergestellt sind, in Rillenabschnitte von Statorkernen (geschichtete
Kerne) eingepasst, und ein Draht ist um die Spulen als Ankerwindungen
gewickelt. Der Draht ist auf die Spulen durch eine automatische
Wickelmaschine gewickelt, und ihre Wicklungszahlen und ihre Wicklungsrichtungen
beruhen auf Drehrichtungen des Motors.
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Bei
den oben beschriebenen Synchronmotoren sind die Drehrichtungen der
Magnetrotoren nicht stabil, wenn die Motoren gestartet werden, und
Magnetpole der Rotoren und der Statoren ziehen sich gegenseitig
an, wenn die Ströme
durch die Windungen laufen, so dass die Motoren Drehtotpunkte aufweisen,
bei denen die Magnetrotoren gestoppt werden.
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Es
ist schwierig, die Schritte des Passens der Spulen zu dem Statorkern
und das Wickeln des Drahtes auf die Spulen zu automatisieren, so
dass die Schritte des Herstellens des Motors erhöht werden müssen und die Effektivität der Herstellung
des Motors verringert werden muss.
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Wenn
der Draht auf die Spulen gewickelt wird, ist es schwierig, regelmäßig die
Spulen zu wickeln aufgrund der Biegung und Verformung der Spulen.
Daher muss der Raumfaktor der Spulen gesenkt werden, und die Motoreffektivität muss ebenfalls
gesenkt werden.
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Weiterhin
müssen
Drähte
außerhalb
der Windungen in schmalen Räumen
verlegt werden, die von den Magnetrotoren eingeschlossen sind, so
dass es schwierig ist, die Drähte
außerhalb
der Windungen ohne Störung
der Magnetrotoren zu verlegen, und die Zuverlässigkeit der Verbindungsabschnitte der
externen Drähte
muss durch Zugkraft, in den Spulen erzeugte Wärme usw. gesenkt werden.
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OFFENBARUNG
DER ERFINDUNG
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Eine
erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Vierpol-Synchronmotor
vorzusehen, der eine Startrichtung eines Magnetrotors stabilisieren
kann, eine zweite Aufgabe ist es, Herstellungsschritte des Motors
zu vereinfachen und Herstellungseffektivität desselben zu verbessern,
eine dritte Aufgabe ist es, den Raumfaktor der Ankerspulen zu verbessern,
die auf einen Statorkern mit Spulen gewickelt sind, und eine vierte
Aufgabe ist es, Drahtlänge
von Drähten
außerhalb
der Windungen zu verkürzen
und Zuverlässigkeit
der Verbindungsabschnitte zu verbessern.
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Zum
Erzielen der Aufgabe weist die vorliegende Erfindung die folgenden
Strukturen auf.
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Der
Vierpol-Synchronmotor weist nämlich auf:
einen zylindrischen Magnetrotor mit vier Magnetpolen, wobei der
Magnetrotor in einen Gehäuse
gelagert ist und sich um eine Abtriebswelle drehen kann; und einen
Stator, durch den die Abtriebswelle durchdringt, der in einem Raum
vorgesehen ist, der von dem Magnetrotor eingeschlossen ist, wobei
der Stator einen Statorkern aufweist, auf dem Ankerwindungen mit
Spulen gebildet sind, worin der Statorkern erste Magnetpole, die
an beiden Enden eines Verbindungskörperteiles von sich kreuzenden
Verbindungskörperteilen
gebildet sind, und zweite Magnetpolkerne, die an beiden Enden des
Verbindungskörperteiles
gebildet sind, aufweist, die ersten Magnetpolkerne Magnetflusswirkungsoberflächenteile
enthalten, die sich zu beiden Seiten davon in einer Umfangsrichtung
erstrecken und eine Form eines jeden Magnetflusswirkungsoberflächenteiles
auf einer Seite einer Längsmittellinie
der ersten Magnetpolkerne sich von der auf der anderen Seite unterscheidet,
so dass sie magnetisch asymmetrisch in Bezug auf die Längsmittellinie
sind.
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Zum
Beispiel sind Hilfskerne an beiden Seiten der zweiten Magnetpolkerne
so vorgesehen, dass sich Magnetflusswirkungsoberflächenteile
davon zu beiden Seiten in der Umfangsrichtung erstrecken, und die
Hilfskerne sind zwischen den zweiten Magnetpolkernen und den Spulen
gehalten. In diesem Fall sind Polstückabschnitte an beiden Seiten der
zweiten Magnetpolkerne als Hilfskerne so vorgesehen, dass sich Magnetflusswirkungsoberflächen davon
zu beiden Seiten in der Umfangsrichtung erstrecken, und eine Form
eines jeden Polstückabschnittes
auf einer Seite einer Mittellinkslinie der zweiten Magnetpolkerne
unterscheidet sich von der auf der anderen Seite, so dass sie magnetisch
asymmetrisch in Bezug auf die Längsmittellinie
sind.
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Die
Magnetflusswirkungsoberflächenteile der
ersten Magnetpolkerne und der zweiten Magnetpolkerne, die dem Magnetrotor
zugewandt sind, sind in Umfangsrichtung mit Zentrumswinkeln von
50 bis 70 Grad gebildet.
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Weiter
weisen bei einem anderen Motor die Spulen Rillenabschnitte auf,
von denen jeder in einer U-Form durch einen zylindrischen Kernabschnitt
gebildet ist, wobei ein Wandabschnitt den zylindrischen Kernabschnitt
einschließt
und ein Brückenabschnitt die
beiden verbindet, die ringförmigen
Ankerwindungen in den Rillenabschnitten eingepasst sind und die zweiten
Magnetpolkerne durch die zylindrischen Kernabschnitte durchdringen
bis zu den Brückenabschnittkontaktseitenflächen des
Verbindungskörperteiles
der ersten Magnetpolkern, wodurch die Spulen in dem Statorkern eingepasst
sind. Bei diesem Motor sind die ringförmigen Ankerwindungen, die
um eine Wickelvorrichtung gewickelt sind, in die Rillenabschnitte
der Spulen gepasst. Und die Ankerwindungen sind durch Wickeln eines
selbstschweißenden Drahtes
gebildet, der in die Rillenabschnitte der Spulen eingepasst ist
und darin anhaftet.
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Weiterhin
stehen die zylindrischen Kernabschnitte von den Wandabschnitten
nach außen
vor, Isolatorfilme, die beide Seitenflächen der Ankerwindungen bedecken,
die in die zylindrischen Kernabschnitte eingepasst sind, sind an
die zylindrischen Kernabschnitte angepasst, und Verbindungsplatten, in
denen Kabelmuster zum gegenseitigen Verbinden von Elektroden der
Ankerwindungen gebildet sind, sind auf der Außenseite der Isolatorfilme
gebildet und in die zylindrischen Kernabschnitte gepasst. In diesem
Fall sind die Spulen mit ersten Verdrahtungslöchern, durch die Drähte außerhalb
der Verbindung, die gegenseitig Verbindungsplatten verbinden, in
denen Kabelmuster zum gegenseitigen Verbinden von Elektroden der
Ankerwindungen gebildet sind, durchdrungen, und zweite Verdrahtungslöcher, die
durch die externe Drähte,
die mit den Verbindungsplatten verbunden sind, sind gebündelt und
durchdrungen.
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Bei
dem Vierpol-Synchronmotor der vorliegenden Erfindung unterscheidet
sich die Form eines jeden Polstückabschnittes
auf einer Seite der Längsmittellinie
der zweiten Magnetpolkerne von der auf der anderen Seite, so dass
sie magnetisch asymmetrisch in Bezug auf die Mittellängslinie
sind, so dass die Rotationstotpunkte des Magnetrotors verschwinden
können
und die Startrichtung des Magnetrotors stabilisiert werden kann.
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Bevorzugt
unterscheidet sich die Form eines jeden Polstückabschnittes, das als der
Hilfskern dient, auf einer Seite der Mittellängslinie der zweiten Magnetpolkerne
von der auf der anderen Seite so, dass sie magnetisch asymmetrisch
in Bezug auf die Mittellängslinie
sind, so dass die Startrichtung des Magnetrotors stabilisiert werden
kann.
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Die
Spulen weisen Rillenabschnitte auf, von denen jeder in die U-Form
durch den zylindrischen Kernabschnitt gebildet ist, wobei der Wandabschnitt den
zylindrischen Kernabschnitt einschließt und der Brückenabschnitte
beide verbindet, die ringförmigen Ankerwindungen
in die Rillenabschnitte gepasst sind und die zweiten Magnetpolkerne
die zylindrischen Kernabschnitte bis zu den Brückenabschnittkontaktseitenflächen des
Verbindungskörperteiles
der ersten Magnetpolkerne durchdringen, wodurch die Spulen in den
Statorkern gepasst sind; daher können
die Herstellungsschritte des Motors vereinfacht werden und automatisiert
werden, so dass die Herstellungseffektivität verbessert werden kann.
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Da
die ringförmigen
Ankerwindungen, die durch die Wicklungsvorrichtung gewickelt sind,
in die Rillenabschnitte der Spulen gepasst sind, können die Ankerwindungen
regulär
ohne Bezugnahme auf Biegung und Verformung der Spulen gewickelt
werden. Daher kann der Raumfaktor der Windungen verbessert werden,
und die Motoreffektivität
kann ebenfalls verbessert werden.
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Die
Verbindungsplatten, in denen Kabelmuster zum gegenseitigen Verbinden
der Elektroden der Ankerwindungen gebildet sind, sind an die zylindrischen
Kernabschnitte gepasst, so dass die Ankerwindungen durch die Verbindungsplatten
in den Räumen
auf den Außenseiten
der Ankerwindungen verbunden werden können, die Verdrahtungslänge in den
Motor kann verkürzt
werden, und der Motor kann klein in der Abmessung sein.
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Weiterhin
weisen die Spulen erste Verdrahtungslöcher auf, durch die die Drähte außerhalb
der Verbindung, die gegenseitig die Verbindungsplatten verbinden,
durchdringen, so dass die Verbindungsplatten über den kürzesten Weg verbunden werden können; die
Spulen weisen zweite Verdrahtungslöcher auf, durch die externe
Drähte,
die mit den Verbindungsplatten verbunden sind, gebündelt und durchdrungen
sind, so dass Zugkräfte,
die auf die externen Drähte
ausgeübt
werden, von den Spulen aufgenommen werden können, die die zwei Verdrahtungslöcher aufweisen,
keine Zugkräfte
wirken direkt auf die Verbindungsab schnitte der Verbindungsplatten,
und die Zuverlässigkeit
der Verbindungsabschnitte kann verbessert werden.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1A ist
eine Schnittansicht eines Vierpol-Synchronmotors, wie von einer Seite
eines ersten Magnetpolkernes gesehen wird;
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1B ist
eine erläuternde
Ansicht einer Verbindungsplatte;
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2 ist eine Draufsicht des Motors, die
ein oberes Gehäuse
zeigt;
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3 ist
eine Draufsicht des Motors, von dem das obere Gehäuse teilweise
entfernt ist;
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4A ist
eine Schnittansicht des Vierpol-Synchronmotors,
von dem die Verbindungsplatten und die Isolatorfilme entfernt sind;
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4B ist
eine Teilansicht, die einen angebrachten Hilfskern zeigt;
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5 ist
eine Bodenansicht des Motors, die ein unteres Gehäuse zeigt;
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6 ist
eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht des Vierpol-Synchronmotors;
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7A ist
eine Draufsicht eines Statorkernes;
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7B ist
eine Schnittansicht, die entlang einer Linie C-C genommen ist;
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8A ist
eine Draufsicht des Hilfskernes;
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8B ist
eine Vorderansicht davon;
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9A ist
eine Draufsicht eines anderen Hilfskernes;
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9B ist
eine Vorderansicht davon;
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9C ist
eine rechte Seitenansicht davon;
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10A ist eine Draufsicht einer Spule;
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10B ist eine Schnittansicht, die entlang einer
Linie A-A genommen ist;
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10C ist eine Vorderansicht der Spule;
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10D ist eine Schnittansicht, die entlang einer
Linie B-B genommen ist;
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11A und 11B sind
perspektivische Ansichten des Statorkernes;
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12 ist
eine erläuternde
Ansicht, die eine Verdrahtungsverbindung zwischen Ankerwindungen zeigt,
die auf die Spulen gewickelt sind und in den Statorkern gepasst
sind;
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13A ist eine Draufsicht der Ankerwindung;
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13B ist eine Seitenansicht davon;
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14 ist
ein Schaltbild einer Treiberschaltung für den Vierpol-Synchronmotor;
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15 ist
eine erläuternde
Ansicht, die einen Winkelbereich der Wirkungsoberflächenteile des Magnetflusses
von ersten Magnetpolkernen und zweiten Magnetpolkernen zeigt; und
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16 ist
ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Motorlast und einem
Eingangsstrom zeigt.
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BEVORZUGTE
AUSFÜHRUNGSFORMEN
DER ERFINDUNG
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Zuerst
wird ein Gesamtaufbau eines Vierpol-Synchronmotors unter Bezugnahme
auf 1 bis 6 erläutert.
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In
der folgenden Beschreibung ist der Synchronmotor ein Vierpol-Synchronmotor
vom Außenrotortyp.
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In 1 bis 3 sind ein
drehendes Teil (ein Rotor) und ein festes Teil (ein Stator) in einem Gehäuse 4 aufgenommen,
das durch ein oberes Gehäuse 1 und
ein unteres Gehäuse 2 dargestellt
ist, die aufeinandergesetzt sind und durch Schrauben 3 verbunden
sind. In 1A ist eine Abtriebswelle 5 an dem
Gehäuse 4 angebracht.
Die Abtriebswelle 5 ist durch ein oberes Lager 6,
das von dem oberen Gehäuse 6 gehalten
ist, und ein unteres Lager 7, das in einen Statorrahmen 8 gepasst
ist, der in dem unteren Gehäuse
durch Verstemmen befestigt ist, gelagert. Das obere Lager 6 und
das untere Lager 7 sind aus nichtmagnetischem Material
hergestellt, zum Beispiel nichtrostendem Stahl, so dass die durch
die Ankerwindungen erzeugten Magnetfelder nicht gestört werden.
Eine Feder 9 ist zwischen einem oberen Ende des oberen
Lagers 6 in einer axialen Richtung und dem oberen Gehäuse 1 so
vorgesehen, dass sie das obere Lager 6 in die axiale Richtung
vorspannt und Schweben des Rotors verhindert.
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Der
Magnetrotor 10 wird unter Bezugnahme auf 4 bis 6 erläutert. Eine
Nabe 11 ist an einem Rotorgehäuse 12 durch Verstemmen
befestigt, und das Rotorgehäuse 12 ist
an der Abtriebswelle 5 durch die Nabe 11 angepasst
und daran befestigt. Die Nabe 11 ist drehbar durch das
obere Lager 6 gelagert, das in dem oberen Gehäuse 1 vorgesehen
ist. Das Rotorgehäuse 12 ist
in einer Becherform gebildet, dessen untere Fläche offen ist, und ein zylindrischer
Permanentmagnet 13 ist auf einer inneren Umfangsfläche befestigt.
Vier Magnetpolen N und S des Permanentmagneten 13 sind
abwechselnd in einer Umfangsrichtung mit Winkeltrennungen von 90° magnetisiert.
Der Permanentmagnet 13 kann zum Beispiel aus Ferrit, Gummi,
Kunststoff, Samariumkobalt, Seltenerdmetall, Neodym-Eisen-Bor usw.
bei niedrigen Kosten hergestellt sein. Zwei gebogene Stücke 14 und
Kerben 15 sind in einer äußeren Umfangsfläche des
Rotorgehäuses 12 durch
nach innen Biegen der Stücke
gebildet, die teilweise in der Umfangsrichtung ausgeschnitten worden
sind. Die gebogenen Stücke 14 werden
als Positionierungsmittel (Stopper) zum richtigen Anbringen des
Permanentmagneten 13 in dem Rotorgehäuse 12 benutzt (siehe 4A) und
die Kerben 15 dienen als Entlüftungslöcher zum Verteilen von Wärme, die
von dem Stator 16 erzeugt wird. Wie oben beschrieben wurde,
ist die Nabe 12 an der Abtriebswelle 5 angebracht,
so dass der Magnetrotor 10 drehbar durch das Gehäuse 4 gelagert ist.
Wenn elektrische Leistung angelegt wird, wird der Rotor 10 gestartet
zum Drehen um die Antriebswelle 15 durch Abstoßen der
Magnetpole des Stators 16.
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Der
Stator 16 ist in einem Raum aufgenommen, der von dem Magnetrotor 10 eingeschlossen ist.
In 5 sind ein Drahtaus-laß 17,
von dem sich Drähte
nach außen
erstrecken, und ein Drahtauslaß 18,
von dem Drähte,
die mit einem Sensor zum Erfassen einer Drehposition des Rotors
verbunden sind, in dem Statorrahmen 8 gebildet, der an
dem unteren Gehäuse 2 durch
Verstemmen befestigt ist. Die sich nach außen von den Drahtauslässen 17 und 18 erstreckende
Drähte
sind elektrisch mit einer Steuertafel verbunden, in der eine Startschaltung
und eine Synchronisationsschaltung gebildet sind.
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In 6 ist
das untere Lager 7 durch den Statorrahmen 8 gehalten
und drehbar lagert ein Ende der Antriebswelle 5. Eine Sensorplatte 20,
auf der ein Hall-Element 19 zum Erfassen der Magnetpole
und der Umdrehungszahl des Magnetrotors 10 vorgese hen sind,
ist an dem Statorrahmen 8 durch Schrauben 21 befestigt.
Das Hall-Element 19 erfasst die Drehzahl des Magnetrotors 10 und
Positionen der Magnetpole davon und erzeugt Pulse entsprechend der
Umdrehungszahl, so dass ein Mikrocomputer, später beschrieben, die Startschaltung
zu einem vorbestimmten Zeitpunkt gemäß der Positionen der Magnetpole
schaltsteuert. Es sei angemerkt, dass ein optischer Lichtdurchlasssensor,
ein optischer Lichtrefflektionssensor, ein Magnetsensor mit einem
magnetischen Widerstandselement oder einer Windung, ein Hochfrequenzinduktionssensor,
ein Kapazitätssensor
usw. anstelle des Hall-Elementes 19 verwendet werden können.
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Der
Stator 16 wird unter Bezugnahme auf 4 und 6 erläutert. In 4A weist
der Statorrahmen 8 einen Anbringungsabschnitt 22 auf,
und ein Statorkern 23 ist auf dem Anbringungsabschnitt 22 angebracht.
Der Statorkern 23 ist ein geschichteter Vierschlitzkern,
und erste Magnetpolkerne 36 und zweite Magnetpolkerne 39 sind
entsprechend an Enden von sich überkreuzenden
Verbindungskörperteilen 24 und 25 gebildet.
Die ersten Magnetpolkerne 36 weisen Löcher (Durchgangslöcher) 26 zur
Fixierung auf, und Schrauben 27 sind durch die Löcher 26 so durchdrungen,
dass sie den Statorkern 23 an dem Anbringungsabschnitt 22 befestigen.
Ein Wellenloch (Durchgangsloch) 28 ist an einem Kreuzungsabschnitt
der sich überkreuzenden
Verbindungskörperteile 24 und 25 gebildet,
und die Abtriebswelle 15 durchdringt dadurch. Ankerwindungen 30 sind
an dem Statorkern 23 mit Spulen 29 eingepasst.
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In 6 sind
die zweiten Magnetpolkerne 39 in zylindrische Kernabschnitte 31 eingeführt, bis
die Spule 29 Seitenflächen 49 der
ersten Magnetpolkerne 36 kontaktieren, so dass sie an dem
Statorkern 23 angebracht sind. Die Ankerwindungen 30,
in denen zum Beispiel A-Windungen und B-Windungen seriell verbunden
sind, sind an die zylindrischen Kernabschnitte 31 der Spule 29 angepasst.
Isolatorfilme 32, die Passlöcher 32a an Zentren
aufweisen, und Verbindungsplatten 33, die Passlöcher 33a an
Zentren aufweisen, sind an die zylindrischen Kernabschnitte 31 gepasst,
an die Ankerwindungen 30 in der Reihenfolge zu passen sind.
Hilfskerne 33 und 34 sind in die Passlöcher 33a und 32a von
der Außenseite
der Verbindungsplatten 33 zum Anbringen der beiden Seiten
der zweiten Magnetpolkerne 39 eingeführt, wodurch sie zwischen Seitenflächen der
zweiten Magnetpolkerne 39 und Innenflächen der zylindrischen Kernabschnitte 31 eingeklemmt
sind (siehe 3 und 4B).
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Als
nächstes
wird die Struktur des Stators 16 unter Bezugnahme auf 3, 7 bis 13, 15 und 16 erläutert. In 7A und 7B weist
der Statorkern 23 Magnetflusswirkungsoberflächenteile 37 auf,
die sich von den ersten Magnetpolkernen 36 zu beiden Seiten
in die Umfangsrichtung erstrecken, und eine Form eines jeden Magnetflusswirkungsoberflächenteiles 37 auf
einer Seite einer Längsmittellinie
M der ersten Magnetpolkerne 36 unterscheidet sich von der
auf der anderen Seite so, dass sie magnetisch asymmetrisch in Bezug
auf die Längsmittellinie
M sind. Zum Beispiel sind konkave Abschnitte 38 in den
Magnetflusswirkungsoberflächenteilen 37 der ersten
Magnetpolkerne 36 gebildet, die dem Magnetrotor 10 zugewandt
sind, so dass Lücken
(Räume)
in Bezug auf die Magnetpole des Rotors gebildet sind; daher sind
Magnetflüsse,
die von den Magnetflusswirkungsoberflächenteilen 37 auf
der rechten Seite und der linken Seite der Mittellinie M erzeugt
sind, überausgeglichen,
und die Magnetflüsse
sind zu Niedermagnetwiderstandsteilen verschoben, in denen keine
konkaven Abschnitte 38 gebildet sind, oder in die Richtung
des Uhrzeigersinnes vorgespannt. In 3 sind die
konkaven Abschnitte 38 der Magnetflusswirkungsoberflächenteile 37 der
ersten Magnetpolkerne 36 punktsymmetrisch gebildet (mit
einer Winkeltrennung von 180° getrennt)
in Bezug auf eine Achse der Abtriebswelle 5. Die magnetische
Permeabilität
des Statorkernes 23 ist größer als die der Hilfskerne 34 und 35.
Zum Beispiel ist der Statorkern 23 durch Stapeln von Siliziumstahlplatten
hergestellt.
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In 3 sind
die Hilfskerne 34 und 35, die die Magnetflusswirkungsoberflächenteile 37 der zweiten
Magnetpolkerne 39 erstrecken, zwischen den Seitenflächen der
zweiten Magnetpolkerne 39 und den inneren Flächen der
zylindrischen Kernab schnitte 31 geklemmt. Jeder Hilfskern 34 ist
an einer Seitenfläche
eines jeden zweiten Magnetpolkernes 39 vorgesehen; jeder
Hilfskern 35 ist an der anderen Seitenfläche davon
vorgesehen. Die Hilfskerne 34 und 35 sind entsprechend
an den beiden Seitenflächen
eines jeden zweiten Magnetpolkernes 39 so vorgesehen, dass
sie die Magnetflüsse
ergänzen,
die von den Magnetflusswirkungsoberflächenteil 37 erzeugt
sind. Eine Form eines jeden Polstückabschnittes 34a oder 35a eines
jeden Hilfskernes 34 oder 35, der als das Magnetflusswirkungsoberflächenteil dient,
unterscheidet sich auf einer Seite einer Längsmittellinie N der zweiten
Magnetpolkerne 39 von der auf der anderen Seite, so dass
sie magnetisch asymmetrisch in Bezug auf die Längsmittellinie N sind. Die Polstückabschnitte 34a der
Hilfskerne 34 sind in Kreisbögen gebildet, wie in 8A und 8B gezeigt
ist; die Polstückabschnitte 35a der
Hilfskerne 35 sind in Kreisbögen mit Löchern 35c gebildet,
wie in 9A bis 9C gezeigt
ist.
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In 3 sind
Magnetflüsse,
die von den Magnetflusswirkungsoberflächenteilen 37 der
zweiten Magnetpolkerne 39 einschließlich der Polstückabschnitte 34a und 35a erzeugt
sind, auf der rechten Seite und der linken Seite der Mittellinie
N überausgeglichen,
und die Magnetflüsse
sind zu Niedermagnetwiderstandsteilen verschoben, in denen keine
Löcher 35c gebildet
sind, oder zu den Hilfskernen 34 in der Richtung des Uhrzeigersinnes
vorgespannt. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Hilfskerne 34 und 35 punksymmetrisch
zu den zweiten Magnetpolkernen 39 vorgesehen (mit einer
Winkeltrennung von 180° getrennt)
in Bezug auf eine Achse der Abtriebswelle 5. Die Löcher 35c der
Polstückabschnitte 35a der
Hilfskerne 35 sind ebenfalls punktsymmetrisch gebildet
(mit einer Winkeltrennung von 180° getrennt).
Zum Beispiel sind die Hilfskerne 34 und 35 aus
kaltgewalzten Stahlplatten hergestellt. Es sei angemerkt, die Verschiebungs-
oder Vorspannungsrichtung der Magnetflüsse, die von den zweiten Magnetpolkernen 39 einschließlich der
Hilfskerne 34 und 35 erzeugt sind, die gleichen
sind wie die der Magnetflüsse,
die von den ersten Magnetpolkernen 36 erzeugt sind (z.
B. die Richtung im Uhrzeiger sinn), aber die Verschiebungswinkel
(ein Winkel zwischen M-M' und
ein Winkel zwischen N-N',
die in 3 gezeigt sind) braucht nicht gleich zu sein.
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Wie
in 8B und 9B gezeigt
ist, sind zwei Kerben 34d und 35d entsprechend
in Einführungsabschnitten 34b und 35b der
Hilfskerne 34 und 35 gebildet. In 1B stehen
zwei Vorsprungsabschnitte 33b von jeder Längskante
der Passlöcher 33a der
Verbindungsplatte 33 vor. Die Einführungsabschnitte 34b und 35b der
Hilfskerne 34 und 35 sind in die Passlöcher 33a der
Verbindungsplatten 33 eingeführt, und die Kerben 34d und 35d stehen
entsprechend mit den Vorsprungsabschnitten 33b in Eingriff, so
dass die Hilfskerne an beiden Seiten der zweiten Magnetpolkerne 39 angebracht
werden können.
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In 15 sind
die Magnetflusswirkungsoberflächenteile 37 der
ersten Magnetpolkerne 36, die den Magnetrotor 10 zugewandt
sind, in der Umfangsrichtung mit Zentrumswinkeln von 50 bis 70°, bevorzugt
57 bis 60° gebildet.
Die Magnetflusswirkungsoberflächenteile 27 der
zweiten Magnetpolkerne 39 mit den Hilfskernen 34 und 35 sind
in der Umfangsoberfläche
mit Zentrumswinkeln von 50 bis 70°,
bevorzugt 57 bis 60° gebildet.
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Vier
Magnetpole sind sinuswellenmagnetisiert für den Magnetrotor 10,
so dass die Drehung aufrechterhalten werden kann mit einem Dämpfungsphänomen (Phasenverschiebung
der induzierten Spannung in Bezug auf den Eingangsstrom) auf der Grundlage
eines Leistungsfaktors entsprechend einer Motorlast und einer Zunahme
des Eingangsstromes. Wenn die Winkelbereiche der Magnetflusswirkungsoberflächenteile 37 des
Statorkernes 23, die dem Magnetrotor 10 zugewandt
sind, falsch sind, ist der Eingangsstromwert ohne Last größer als
mit Lasten, wie durch eine gepunktete Linie eines Diagramms von
Motorlast-Eingangsstrom gezeigt ist, das in 16 gezeigt
ist, so dass sich die relative Stromverbrauchswirksamkeit absenken
muss. Andererseits ist durch Einstellen der Winkelbereiche der Magnetflusswirkungsoberflächenteile
des Statorkernes 23, die dem Magnetrotor 10 zugewandt
sind, auf 50 bis 70°,
bevorzugt auf 57 bis 60°, bevorzugter
auf 57° der
Eingangsstromwert ohne Last kleiner als mit Lasten, wie durch eine
durchgezogene Linie in dem in 16 gezeigten
Diagramm bezeichnet ist, so dass die relative Stromverbrauchseffektivität verbessert
werden kann.
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In 10A bis 10D enthält die Spule 29 den
zylindrischen Kernabschnitt 31 und einen Wandabschnitt 40,
der den zylindrischen Kernabschnitt einschließt, die durch einen Brückenabschnitt 41 integriert
sind. Die Ankerwindung 30, in der ein Draht zuvor gewickelt
worden ist, ist in einen U-förmigen
Rillenabschnitt 42 eingepasst, der durch den zylindrischen
Kernabschnitt 31, den Wandabschnitt 40 und den
Brückenabschnitt 41 dargestellt
ist. Zwei Kerben 31a sind in jeder Längskante des zylindrischen
Kernabschnittes 31 gebildet. Wenn die in 1B gezeigte
Verbindungsplatte 33 an den zylindrischen Kernabschnitt 31 angepasst
wird, greifen die Vorsprungsabschnitte 33b in den Passlöchern 33a in
die Kerben 31a. Wandplatten 43 stehen von dem
Brückenabschnitt 41 nach
außen
vor. In 3 klemmen die Wandplatten 43 den
Verbindungskörperteil 24 der
ersten Magnetpolkerne 36, wenn die Spule 29 an
den Statorkern 23 angepasst werden, sie schließen die
Abtriebswelle 5 ein.
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In 11A und 11B weist
die Spule 29 erste Verdrahtungslöcher 45 auf, durch
die Drähte 44 außerhalb
der Windungen, die gegenseitig die Verbindungsplatten 33 verbinden,
durchdringen. Durch Durchdringen der Drähte 44 außerhalb
der Windungen durch die ersten Verdrahtungslöcher 45 können die
Verbindungsplatten 33 über
den kürzesten
Weg verbunden werden. Weiter weist die Spule 29 Drahtbündelabschnitte 47,
die externe Drähte 46 bündeln, die
mit den Verbindungsplatten 33 verbunden sind, und zweite
Verdrahtungslöcher 48,
durch die externe Drähte
durchgesteckt sind, auf. Die externen Drähte 46, die mit den
Elektroden der Verbindungsplatten 33 verlötet sind,
sind mit einer externen Verdrahtungsplatte (nicht gezeigt) über die
Drahtbündelabschnitte 47 und
die zweiten Verdrahtungslöcher 48 verbunden;
daher können
Zugkräfte,
die auf die externen Drähte 46 wirken,
sofort durch die Spule 29 mit den zweiten Verdrahtungslöchern 48 aufgenommen
werden, so dass keine Zugkraft direkt auf die Verbindungsabschnitte
der Verbindungsplatten 33 wirken, und die Zuverlässigkeit
der Verbindungsabschnitte kann verbessert werden. Die ersten Verdrahtungslöcher 45,
die Drahtbündelabschnitte 47 und
die zweiten Verdrahtungslöcher 48 sind
symmetrisch angeordnet, so dass die beiden Spulen 29 durch
die gleiche Gießform
hergestellt werden können.
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In 12 sind
die zweiten Magnetpolkerne 39 entsprechend durch die zylindrischen
Kernabschnitte 31 der Spule 29 durchdrungen, und
die Brückenabschnitte 41 kontaktieren
die Seitenflächen 49 des
Verbindungskörperteiles
der ersten Magnetpolkerne 36, so dass die Spulen in den
Statorkern 23 gesetzt werden. Da die zweiten Magnetpolkerne 39 durch
die zylindrischen Kernabschnitte 31 durchdrungen sind,
bis die Brückenabschnitte 41 die
Seitenflächen 49 der
ersten Magnetpolkerne 36 kontaktieren, können die
Spulen 29 leicht so gesetzt werden, dass der Motor leicht
automatisch zusammengesetzt werden kann.
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Die
Ankerwindungen 30, in denen ein Draht zuvor gewickelt worden
ist, sind in die Rillenabschnitte 22 der Spule 29 gepasst.
Die zylindrischen Kernabschnitte 31 stehen von den Wandabschnitten 40 nach
außen
vor, die Isolatorfilme 32, die in die zylindrischen Kernabschnitte 31 gepasst
sind, bedecken Seitenflächen
der Ankerwindungen 30. Die Verbindungsplatten 33,
in denen Kabelmuster zum gegenseitigen Verbinden von Elektroden
der Ankerwindungen gebildet sind, sind auf der Außenseite
der Isolatorfilme 32 vorgesehen und in die zylindrischen
Kernabschnitte 31 gepasst. Die Verbindungsplatten 33 sind
gegenseitig elektrisch durch die Drähte 44 außerhalb
der Windungen verbunden. wie oben beschrieben wurde, sind die Verbindungsplatten 33 in leeren
Räumen
vorgesehen, die auf der Außenseite der
Ankerwindungen 30 angeordnet sind, die an die Spulen 29 angepasst
sind, so dass die Drähte
an dem Stator 23 weggelassen werden können und der Motor in der Abmessung
klein sein kann.
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In
den in 12 gezeigten Verbindungsplatten 12 ist
ein Anschluss P ein Startende der Wicklung der Ankerwindungen 30,
ein Anschluss V ist ein Endanschluss der Wicklung der Ankerwindungen 30,
Anschlüsse
Q, R, S und U sind Zwischenanschlüsse, die die Ankerwindungen 30 mit
den Drähten 44 außerhalb
der Spule verbinden, und ein Anschluss T ist ein Zwischenabzweiganschluss.
In jeder der Ankerwindungen 30 wirkt eine Hälfte der
Windung als eine A-Windung, und die andere Hälfte wirkt als eine B-Windung.
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Die
ringförmige
Ankerwindung 30, in der ein Draht 30a zuvor durch
eine Wickelvorrichtung gewickelt worden ist, ist in 13A und 13B gezeigt. Die
gezeigte Ankerwindung 30 ist an die Spule 29 der rechten
Seite gepasst, die in 12 gezeigt ist, und sie ist
von der Außenseite
des zylindrischen Kernabschnittes 31 zu sehen und in der
Richtung entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn gewickelt. Die sich nach außen erstreckenden
Drähte
entsprechen den Anschlüssen
Q, U und V der in 12 gezeigten Verbindungsplatte 33.
Es sei angemerkt, dass die andere Ankerwindung 30, die
im Uhrzeigersinn gewickelt ist, wenn sie von der Außenseite
des zylindrischen Kernabschnittes 31 gesehen wird, in den
zylindrischen Kernabschnitt 31 der Spule 29 der
linken Seite gepasst ist.
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Der
Draht 30a der Ankerwindung 30 ist zuvor durch
eine automatische Wicklung mit einer Wicklungsvorrichtung gewickelt
worden. Die Ankerwindungen 30 sind in die Rillenabschnitt 42 gepasst,
die entsprechend in den Spulen 29 gebildet sind, zum Einschließen der
zylindrischen Kernabschnitte 31. Bevorzugt ist der Draht 30a ein
selbstschweißender Draht.
Der selbstschweißende
Draht wird um die Wicklungsvorrichtung wie eine Spule gewickelt,
dann wird der gewickelte selbstschweißende Draht erhitzt, so dass
der Draht selbst geschweißt
wird, oder der selbstschweißende
Draht wird um die Wicklungsvorrichtung wie eine Windung gewickelt,
wobei Alkohol angewendet wird, so dass ein Schweißmittel
gelöst wird.
Die Ankerwindungen 30, die durch die oben beschriebenen
Verfahren hergestellt worden sind, werden zu den zylindrischen Kernabschnitten 31 der Spule 29 gepasst,
dann in den Rillenabschnitten 42 aufgenommen und durch
einen Klebstoff fixiert.
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Die
Ankerwindungen 30, die zuvor in Ringformen gebildet worden
sind, werden in die Rillenabschnitte 42 gepasst, die die
zylindrischen Kernabschnitte 31 einschließen, so
dass die Ankerwindungen 30, die durch Wickeln des Drahtes 30a gebildet worden
sind, ohne Bezug auf Biegung und Verformung der Spule 29 hergestellt
werden können.
Daher kann die reguläre
Wicklung des Drahtes 30a leicht durchgeführt werden,
so dass der Raumfaktor der Spulen und die Effektivität des Motors
verbessert werden können.
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In 3 stoppt
der Magnetrotor 10 an Positionen, an denen der Magnetwiderstand
zwischen den Magnetflusswirkungsoberflächenteilen 37 der ersten
Magnetpolkerne 36 und der zweiten Magnetpolkerne 37 (einschließlich der
Polstückabschnitte 34a und 35a der
Hilfskerne 34 und 35 und der Rotormagnetpole (der
N-Pole und der S-Pole),
er stoppt nämlich
an Positionen M' und
N', die in 3 gezeigt sind,
die etwas in der Uhrzeigersinnrichtung von den Längsmittellinien M und N der
ersten dieser zweiten Magnetpolkerne 36 und 39 verschoben
sind. Daher ziehen sich gegenseitig die Rotormagnetpole und die Magnetpole
der ersten und zweiten Magnetpolkerne 36 und 39 gegenseitig
an und stoßen
sich ab, wenn eine elektrische Leistung an die Ankerwindungen 30 zum
Starten des Motors angelegt wird, so dass eine Start- und Drehrichtung
des Magnetrotors 10 stabilisiert werden kann. Da die Form
eines jeden Magnetflusswirkungsoberflächenteiles 37, der
sich zu den beiden Seiten des ersten Magnetpolkernes 36 erstreckt,
auf der Seite der Mittellängslinie
M der ersten Magnetpolkerne 36 unterschiedlich ist von
der auf der anderen Seite, so dass sie magnetisch asymmetrisch in
Bezug auf die Mittellängslinie
M ist, können die
Drehtotpunkte des Startens des Motors verschwinden, und der Magnetrotor 10 kann
stabil gestartet und gedreht werden in eine vorgeschriebene Richtung
(in der vorliegenden Ausführungsform
die Richtung im Uhrzeigersinne in 3).
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Aufeinanderfolgend
wird die Treibersteuerung des Vierpol-Synchronmotors unter Bezugnahme auf
ein Schaltbild von 14 erläutert. Die Startschaltung 50 führt eine
Vollwellengleichrichtung eines AC-Stromes, der von einer Einphasen-AC-Stromquelle 51 geliefert
wird, durch eine gleichrichtende Brückenschaltung 52 durch
und wählt
ein Schaltmittel (Transistoren Tr1 bis Tr4) zum Ändern einer Richtung des gleichgerichteten
Stromes (Pfeile (1) und (2), die in 14 gezeigt
sind) gemäß einem
Drehwinkel des Magnetrotors 10 so durch, dass der gleichgerichtete
Strom zu den A-Windungen nur geliefert wird, so dass der Magnetrotor 10 als
ein bürstenloser
DC-Motor gestartet
werden kann. Bei einem anderen nicht in den Zeichnungen gezeigten
Fall kann der gleichgerichtete Strom, der abwechselnd durch die
A-Windungen und die B-Windungen läuft, schaltungsgesteuert werden
so, dass der Eingang der invertierenden Seiten in Bezug auf die
nicht invertierenden Seiten beschränkt wird, während der gleichgerichtete
Strom invertiert wird.
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Ein
Mikrocomputer 53 startet den Motor durch abwechselndes Ändern der
Richtung des gleichgerichteten Stromes, der durch die A-Windungen
und die B-Windungen der Startschaltung 50 läuft, und
durch Ändern
der Auswahlschalter SW1 und SW2 zu der Synchronisationsschaltung 55,
so dass er als Synchronmotor mit den A-Windungen und den B-Windungen
tätig ist
(siehe einen Pfeil (3), der in 14 gezeigt
ist), wenn die Umdrehungszahl des Magnetrotors 10, die
durch das Hall-Element 19 erfasst ist, eine vorgeschriebene
Zahl erreicht, die mit der Frequenz synchronisiert ist, die durch
einen Stromversorgungsfrequenzerfassungsabschnitt 54 erfasst
wird.
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Wenn
der Synchronmotor die Synchronisation verliert, z. B. durch die
Variation der Last, verringert der Mikrocomputer 53 sofort
die Drehzahl des Magnetrotors 10 von der Synchrondrehzahl
zu einer vorgeschriebenen Zahl und führt den Startbetrieb wieder
durch; der Motor kann nämlich
zu dem Synchronbetrieb durch Wiederholen dieser Schritte übertragen
werden.
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Bei
dem Vierpol-Synchronmotor der vorliegenden Erfindung wird der Übergang
von dem Startbetrieb zu dem Synchronbetrieb durch den Mikrocomputer 53 gesteuert,
so dass der Vierpol-Synchronmotor benutzt werden kann ohne Änderung
der Konstruktion, selbst wenn die Stromversorgungsfrequenz zu 50
Hz, 60 Hz, 100 Hz usw. geändert
wird, daher kann ein vielseitiger Synchronmotor realisiert werden.
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Bei
dem Vierpol-Synchronmotor unterscheidet sich die Form eines jeden
Magnetflusswirkungsoberflächenteiles 37 auf
der Seite der Mittellängslinie M
der ersten Magnetpolkerne 36 von der auf der anderen Seite,
so dass sie magnetisch asymmetrisch in Bezug auf die Mittellängslinie
M ist, so dass die Drehtotpunkte des Magnetrotors 10 verschwinden können und
die Startrichtung des Magnetrotors stabilisiert werden kann.
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Die
Form eines jeden Polstückabschnittes 34a oder 35a eines
jeden Hilfskernes 34 oder 35, das den Magnetflusswirkungsoberflächenteil 37 zu
beiden Seiten erstreckt, auf einer Seite der Längsmittellinie N der zweiten
Magnetpolkerne 39 unterscheidet sich von der auf der anderen
Seite, so dass sie magnetisch asymmetrisch in Bezug auf die Längsmittellinie
N ist, so dass die Startrichtung des Magnetrotors weiter stabilisiert
werden kann.
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Die
ringförmigen
Ankerwindungen 30, die in die U-förmigen Rillenabschnitte 42 der
Spule 29 gepasst sind, die durch die zylindrischen Kernabschnitte 31 dargestellt
sind, die Wandabschnitte 40, die die zylindrischen Kernabschnitte
und die Brückenabschnitte 41 einschließen und
an dem Statorkern 23 durch Durchdringen der zweiten Magnetpolkerne 39 durch
die zylindrischen Kernabschnitte 31 angebracht sind, bis
die Brückenabschnitte 42 die
Seitenflächen 49 des
Verbindungskörperteiles
der ersten Magnetpolkerne 36 kontaktieren; daher können die Herstellungsschritte
des Motors vereinfacht werden, der Motor kann automatisch zusammengesetzt
werden, und die Produktivität
des Motors kann verbessert werden.
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Die
Ankerwindungen 30, die zuvor durch die Wickelvorrichtung
aufgewickelt sind, werden in die Rillenabschnitte 42 gepasst,
so dass die Ankerwindungen 30 ohne Bezug auf Verbiegung
und Verformung der Spule 29 erzeugt werden können. Daher kann
der Raumfaktor des aufgewickelten Drahtes und die Effektivität des Motors
verbessert werden.
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Da
die Verbindungsplatten 33, in denen Kabelmuster zum gegenseitigen
Verbinden von Elektroden der Ankerwindungen 30 in die zylindrischen Kernabschnitte 31 gepasst
sind, können
die Spulen gegenseitig durch die Verbindungsplatten 33 in
den Räumen
verbunden werden, die auf den Außenseiten der Ankerwindungen 30 angeordnet
sind, die zu den zylindrischen Kernabschnitten 31 gepasst
worden sind, so dass die Drahtlänge
in dem Motor verkürzt
werden kann und der Motor klein in der Abmessung sein kann.
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Weiterhin
weisen die Spulen 29 die ersten Verdrahtungslöcher 45 auf,
durch die die Drähte 44 außerhalb
der Windungen, die gegenseitig die Verbindungsplatten 33 verbinden,
durchgeführt
sind, so dass die Verbindungsplatten 33 über den
kürzesten Weg
verbunden werden können.
Die Spulen weisen die zweiten Verdrahtungslöcher 48 auf, durch
die die externen Drähte 46,
die mit den Verbindungsplatten 33 verbunden sind, gebündelt sind
und da durchgehen, so dass Zugkräfte,
die auf die externen Drähte 46 wirken,
sofort von den Spulen 29 aufgenommen werden, die die zweiten
Verdrahtungslöcher 48 aufweisen,
keine Zugkräfte
wirken direkt auf die Verbindungsabschnitte der Verbindungsplatten 33,
und die Zuverlässigkeit
der Verbindungsabschnitte kann verbessert werden.
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Der
Vierpol-Synchronmotor der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die
oben beschriebene Ausführungsform
begrenzt, Formen, Positionen, Größen, Winkelbereiche
usw. der konkaven Abschnitte 38 der Magnetflusswirkungsoberflächenteile 37 der
ersten Magnetpolkerne 36 und der Löcher 35c der Hilfskerne 35,
die magnetisch asymmetrisch gebildet sind, können innerhalb erlaubter Bereiche
geändert
werden. Der Mikrocomputer 53, der den Motor steuert, kann
mit dem Motor integriert werden, oder ein Teil eines Steuerabschnittes
(einschließlich
einer AC-Stromquelle,
einer Startschaltung, einer Synchronisationsschaltung usw.) eines
Gerätes,
das von dem Motor getrieben wird, kann den Motor steuern.
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Zum
Sicherstellen einer Sicherheit gegen Überlast in dem Vierpol-Synchronmotor
der vorliegenden Erfindung kann eine thermische Sicherung 56 (siehe 11A) oder ein Hochtemperaturerfassungsschalter,
z. B. ein Bimetall in einem Schaltungsabschnitt (z. B. der Verbindungsplatte 33)
eingebaut sein, an die elektrische Leistung immer während des Betriebes
wie bei herkömmlichen
Motoren geliefert wird.
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Weiterhin
brauchen die Ankerwindungen 30 nicht die A-Windungen und
die B-Windungen darzustellen, einzelne Windungen können zum
Beispiel als die Ankerwindungen benutzt werden, nämlich die vorliegende
Erfindung kann modifiziert werden, ohne dass der Geist der Erfindung
verlassen wird.
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Vierpol-Synchronmotor
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Zusammenfassung
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Der
Vierpol-Synchronmotor weist einen Statorkern (23) mit ersten
Magnetpolkernen (36), die an beiden Enden eines Verbindungskörperteiles
(24) von sich kreuzenden Verbindungskörperteilen (24, 25)
gebildet sind, und zweite Magnetpolkerne (39), die an beiden
Enden des Verbindungskörperteiles (25)
gebildet sind, auf. Die ersten Magnetpolkerne (36) enthalten
Magnetflusswirkungsoberflächenteile (37),
die zu beiden Seiten davon in einer Umfangsrichtung erstreckt sind.
Eine Form eines jeden Magnetflusswirkungsoberflächenteiles (37) auf
einer Seite einer Längsmittellinie
(M) der ersten Magnetpolkerne (36) ist unterschiedlich
von der auf der anderen Seite, so dass sie magnetisch asymmetrisch
in Bezug auf die Längsmittellinie
(M) sind.