DE1488267B2

DE1488267B2 - Synchronous motor

Info

Publication number: DE1488267B2
Application number: DE19641488267
Authority: DE
Inventors: Richard Dipl.-Phys. Dr. 5100 Aachen Thees
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1964-07-15
Filing date: 1964-07-15
Publication date: 1974-07-18
Also published as: SE310907B; AT256972B; JPS503481B1; DE1488267A1; CH442504A; GB1119492A; ES315294A1; BE666835A; NL6508997A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Synchronmotor, bestehend aus einem Stator und einem permanentmagnetischen Läufer mit je wenigstens einem Polpaar.The invention relates to a synchronous motor consisting of a stator and a permanent magnet Runner with at least one pole pair each.

Derartige bekannte Motoren haben auch bei nicht erregter Spule ein Drehmoment, das den Läufer in die Stellung dreht, in der der magnetische gesamte Fluß im Luftspalt maximal ist. Dieses Drehmoment, im folgenden Klebemoment genannt, ist im allgemeinen unerwünscht.Such known motors have a torque that the rotor in rotates the position in which the total magnetic flux in the air gap is maximum. This torque, hereinafter referred to as the adhesive moment, is generally undesirable.

Die Ruhelage des Magnetläufers im Stator bei nicht erregter Spule ist so, daß seine Induktion zu der des Spulenfeldes parallel steht und kein Drehmoment auf ihn ausgeübt wird, wenn die Spule erregt wird. Man kann durch unsymmetrische Statorformen dafür sorgen, daß die Ruhelage um einen kleinen Winkel, z. B. 4° el, verschoben wird, Bessere Anlaufbedingungen ergeben sich aber, wenn dieser Winkel größer wäre, d. h., wen man keine Klebekraft hat und durch eine andere Vorrichtung ein Richtmoment so erzeugt, daß in der Ruhelage die Induktion des Magnetläufers zu der des Spulenfeldes rechtwinklig steht.The rest position of the magnet rotor in the stator when the coil is not energized is such that its induction increases which is parallel to the coil field and no torque is exerted on it when the coil is energized will. With asymmetrical stator shapes, you can ensure that the rest position is around a small angle, e.g. B. 4 ° el, is shifted, but better start-up conditions arise if this Angle would be larger, d. That is, if you have no adhesive force and a straightening moment through another device generated so that in the rest position the induction of the magnetic rotor to that of the coil field stands at right angles.

Außerdem überlagert sich das Klebemoment imIn addition, the adhesive moment is superimposed in the

zo synchronen Lauf dem durch Spulen- und Läuferfeld erzeugten elektrischen Drehmoment M_el. Damit wird zwar die im Mittel abgegebene Leistung nicht verändert, aber ein ungleichmäßiger Verlauf des Drehmomentes über eine Umdrehung erzeugt.zo synchronous running of the electrical torque M _el generated by the coil and rotor field. Although this does not change the average power output, it does produce an uneven torque curve over one revolution.

Aus der deutschen Patentschrift 824 521 ist ein elektromagnetisches System mit mindestens zwei zur Stromaufnahme eingerichteten Wicklungen bekannt. Dabei ist immer jeweils gegenüber einem Statorpolpaar ein Rotorteil vorgesehen, wobei die beiden Rotorteile gegeneinander um 90° versetzt sind. Mit jedem getrennt wirkenden Polpaar wirkt ein getrennt wirkender Läufermagnet zusammen, um so zu einem maximalen Klebemoment zu kommen.From the German patent 824 521 is an electromagnetic system with at least two for Current consumption established windings known. It is always opposite a pair of stator poles a rotor part is provided, the two rotor parts being offset from one another by 90 °. With for each separately acting pole pair a separately acting rotor magnet works together to become one maximum adhesive moment to come.

Aus der schweizerischen Patentschrift 174 435 ist ebenfalls eine Unterteilung eines Rotors bekannt. Diese Unterteilung dient aber dem Zweck, einen selbstanlaufenden zweipoligen Synchronmotor zu schaffen, der mit einer niedrigeren Drehzahl laufen soll. Eine Verringerung des Klebemomentes ist bei ihm nicht beabsichtigt.A subdivision of a rotor is also known from Swiss patent specification 174 435. This subdivision serves the purpose of creating a self-starting two-pole synchronous motor create that should run at a lower speed. There is a reduction in the adhesive torque not intended for him.

Aus der deutschen Auslegeschrift 1 091 662 und der USA.-Patentschrift 2 691 112 ist es zwar bekannt, Hilfsmagnete vorzusehen. Auch der Aufbau dieser Motoren hat ebensowenig wie der des Synchronmotors nach der französichen Patentschrift 1156281 eine Verminderung des Klebemomentes zur Folge.From the German Auslegeschrift 1 091 662 and the USA Patent 2 691 112 it is known Provide auxiliary magnets. The structure of these motors has just as little as that of the synchronous motor according to the French patent specification 1156281 a reduction in the adhesive torque result.

Es ist Aufgabe der Erfindung, das unerwünschte Klebemoment zu verringern.It is the object of the invention to reduce the undesired sticking torque.

Die gestellte Aufgabe ist bei einem Synchronmotor der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, daß gemäß der Erfindung der Läufer axial in wenigstens zwei Teile unterteilt ist, die mit denselben Statorpolen zusammenwirken und deren Pole untereinander um 90° el. verschoben sind.The problem posed is achieved in a synchronous motor of the type mentioned in that according to According to the invention, the rotor is axially divided into at least two parts with the same stator poles cooperate and whose poles are mutually shifted by 90 ° el.

Das Klebemoment wird auf diese Weise wesentlich verringert; es gelingt sogar, es aufzuheben, wenn man nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung den Läufer in zwei Teile gleicher Länge unterteilt, wobei der Läufer in axialer Richtung symmetrisch gegenüber dem Stator angeordnet ist.The sticking torque is significantly reduced in this way; it even succeeds in picking it up, if according to another embodiment of the invention, the runner in two parts of the same length divided, the rotor being arranged symmetrically with respect to the stator in the axial direction.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist derAccording to a development of the invention is the

Läufer in drei Teile unterteilt, von denen ein Teil die halbe Läuferlänge hat und die beiden anderen Teile jeweils wenigstens ein Viertel der Läuferlänge haben und in axialer Richtung zu beiden Seiten des ersten Teils angeordnet sind, und daß die Induktion des ersten Teils zur Induktion der beiden anderenRunner divided into three parts, one part of which is half the length of the runner and the other two Parts each have at least a quarter of the rotor length and in the axial direction on both sides of the first part are arranged, and that the induction of the first part to induce the other two

3 . 43. 4th

Teile einen Winkel von vorzugsweise 90° el. bildet, verlauf über eine Umdrehung wie ein Mehrphasen-Parts form an angle of preferably 90 ° el., Run over one revolution like a multi-phase

wobei der Läufer in axialer Richtung symmetrisch motor.the rotor motor symmetrically in the axial direction.

gegenüber dem Stator angeordnet ist. Durch eine Bei der Anordnung des Eisenrückschlusses mußis arranged opposite the stator. By a When arranging the iron back yoke must

derartige Anordnung vermeidet man eine periodische darauf geachtet werden, daß dieser Rückschluß densuch an arrangement avoids a periodic care must be taken that this conclusion is the

axiale Verschiebung des Läufers, soweit sein axiales 5 magnetischen Widerstand des Stators nicht unzu-axial displacement of the rotor, as long as its axial magnetic resistance of the stator is not un-

Spiel dies zulassen würde bzw. ein periodischer lässig beeinflußt. Die beiden Eisenkreise müssen alsoGame would allow this or a periodic casual influence. So the two iron circles must

Druck in axialer Richtung auf die Lagerung. räumlich weit genug voneinander entfernt sein.Pressure in the axial direction on the bearing. be spatially far enough away from each other.

Durch die Anordnung der Teile des Läufermagne- Das Obenstehende wird durch einige Ausführungs-Due to the arrangement of the parts of the rotor magnet, the above is illustrated by some execution

ten unter 90° el. setzt sich der resultierende magne- beispiele näher erläutert, in denenten below 90 ° el. the resulting magnet is explained in more detail, in which

tische Fluß um einen Faktor Yl herab. Macht man io F i g. 1 eine Anordnung laut der Erfindung mittable flow down by a factor of Yl . If you do io F i g. 1 with an arrangement according to the invention

die wirksame Magnetfläche des Läufers, d. h. den einem Läufer aus zwei gleichen Teilen darstellt, diethe effective magnetic area of the rotor, d. H. represents that of a runner made of two equal parts, the

magnetischen Fluß oder die Windungszahl der aus dem Statorpaket symmetrisch hinausragen undmagnetic flux or the number of turns that protrude symmetrically from the stator and

Statorspule und in dieser Weise die durch den ma- mit Hilfsmagneten versehen ist,Stator coil and in this way which is provided by the ma- with auxiliary magnets,

gnetischen Fluß induzierte Spannung, um den F i g. 2 einen Rotor laut der Erfindung, der ausMagnetic flow induced voltage to the F i g. 2 shows a rotor according to the invention, which is from

Faktor Yl größer, so ergibt sich ein Motor mit dem 15 drei Teilen besteht und mit einem Hilfsmagneten If the factor Yl is greater, the result is a motor with three parts and an auxiliary magnet

gleichen elektrischen Drehmoment eines Motors mit mit Eisenrückschluß versehen ist, wobei die Induk-the same electrical torque of a motor is provided with an iron back yoke, whereby the induction

ungeteiltem Läufer, jedoch ohne Klebemoment. Ein tionen des Läufers und des Hilfsläufers einen Winkelundivided rotor, but without adhesive moment. A tions of the runner and the auxiliary runner make an angle

solcher Motor ist aber nicht gut geeignet für Selbst- von ungefähr 90° el. bilden.But such a motor is not well suited for self-form of about 90 ° el.

anlauf, weil die Ruhestellung des Läufers nicht ein- In Fig. 1 ist zwischen den Statorpolen 1 ein zweideutig ist. Für den Selbstanlauf sollte der Läufer in 20 poliger Läufer 2, bestehend aus zwei gleichen Teiseiner Ruhelage eine Induktion aufweisen, deren len 3 und 4, angeordnet, die symmetrisch aus dem Richtung mit der Richtung des Spulenfeldes eines Statorpaket in axialer Richtung hinausragen. Am Statorpolpaares einen Winkel von mindestens 5° el., Rande des Statorpakets sind zwei Hilfsmagneten 5 vorzugsweise 90° el, bildet. und 6 vorgesehen, die gegenüber der Achse desstart, because the rest position of the rotor is not In Fig. 1 between the stator poles 1 is an ambiguous is. For the self-starting the rotor should be in 20-pole rotor 2, consisting of two identical Teiseiner Rest position have an induction, the len 3 and 4, arranged symmetrically from the Direction protrude with the direction of the coil field of a stator in the axial direction. At the Stator pole pair form an angle of at least 5 ° el., The edge of the stator core are two auxiliary magnets 5 preferably 90 ° el. and 6 provided opposite to the axis of the

Dies kann man dadurch erreichen, daß laut einer 25 Stators derart um 45° verschoben sind, daß die anderen Weiterbildung der Erfindung wenigstens ein Induktion dieser Hilfsmagneten 5 und 6 unterein-Hilfsmagnet so angeordnet ist, daß in den dadurch ander einen Winkel von 90° bilden. Hierdurch wird bei nicht erregter(n) Statorspule(n) entstehenden der Läufer in seiner Ruhelage in einer solchen Stelstabilen Ruhelagen die magnetische Induktion jedes lung festgehalten, daß die Gesamtinduktion des Läu-Polpaares des Läufers mit der Richtung des Spulen- 30 fers einen Winkel von 90° mit der Achse 7 des feldes eines Statorpolpaares einen Winkel von min- Stators bildet.This can be achieved in that according to a 25 stator are shifted by 45 ° that the Another development of the invention at least one induction of these auxiliary magnets 5 and 6 under one auxiliary magnet is arranged so that the other thereby form an angle of 90 °. This will when the stator coil (s) is not excited, the rotor is created in its rest position in such a stable Rest positions the magnetic induction each development recorded that the total induction of the Läu pole pair of the rotor with the direction of the coil 30 fers an angle of 90 ° with the axis 7 of the field of a pair of stator poles forms an angle of min- stator.

destens 5° el., vorzugsweise 90° el., bildet. Zum Bei- In Fig. 2 ist angegeben, wie ein Läufer in dreiat least 5 ° el., preferably 90 ° el., Forms. In Fig. 2 it is indicated how a runner in three

spiel ragt der Läufer in axialer Richtung beidseitig Teile 12, 13 und 14 unterteilt ist, von denen dergame protrudes the runner in the axial direction on both sides parts 12, 13 and 14 is divided, of which the

über die gleiche Länge aus dem Stator hinaus und mittlere Teil 13 eine Länge hat gleich der halbenbeyond the same length from the stator and the middle part 13 has a length equal to half that

ist am Umfang von wenigstens einem der hinaus- 35 Höhe des zusammenwirkenden Statorpakets 11 undis on the circumference of at least one of the height of the cooperating stator core 11 and 35

ragenden Läuferteile wenigstens ein Hilfsmagnet die beiden äußeren Teile 12 und 13, die unterein-protruding rotor parts at least one auxiliary magnet the two outer parts 12 and 13, which are

angeordnet. ander gleich sind, wenigstens ein Viertel der Läufer-arranged. are equal to each other, at least a quarter of the runners

Das gleiche Ziel kann man auch dadurch er- länge haben, wobei die Induktion des mittleren Teiles reichen, daß laut einer anderen Ausführung der Er- 13 senkrecht zur Induktion der beiden äußeren Teile findung auf der Läuferwelle außerhalb des Stators 40 12 und 14 steht. Dieser Läufer kann ohne weiteres ein Hilfsmagnet angeordnet ist, der von einem fest- den Läufer 2 aus Fig. 1, der aus zwei Teilen bestehenden Eisenrückschluß so umgeben ist, daß der steht, ersetzen. Die Wirkung des Motors wird hier-Läufer bei nicht erregter Spule weingstens zwei sta- durch insoweit verbessert, daß die periodische axiale bile Ruhelagen hat, in denen die resultierende ma- Verschiebung des Läufers von Fig. 2 zur Folge der gnetische Induktion eines Läuferpolpaares mit der 45 magnetischen axialen Asymmetrie hier nicht auftritt. Richtung des magnetischen Feldes eines Statorpol- Außerdem ist in diesem Motor mit einem Stator paares einen Winkel von mindestens 5° el, Vorzugs- 11, der mit einem zweipoligen klebemomentfreien weise 90° el., bildet. Läufer 12, 13, 14 versehen ist, auf der Welle desThe same goal can also be attained thereby, whereby the induction of the middle part suffice that, according to another embodiment, the Er- 13 perpendicular to the induction of the two outer parts Finding on the rotor shaft outside the stator 40 12 and 14 is. This runner can easily an auxiliary magnet is arranged, which is from a fixed rotor 2 from FIG. 1, which consists of two parts Iron back yoke is surrounded so that it stands, replace. The action of the motor is here-runner when the coil is not energized, at least two staves are improved to the extent that the periodic axial has bile rest positions in which the resulting ma- shift of the rotor of FIG. 2 results in the Magnetic induction of a rotor pole pair with the 45 magnetic axial asymmetry does not occur here. Direction of the magnetic field of a stator pole is also in this motor with a stator pair an angle of at least 5 ° el, preferred 11, with a two-pole tack-free wise 90 ° el., forms. Runner 12, 13, 14 is provided on the shaft of the

In noch einer anderen Ausführung des Motors Läufers 12, 13, 14 ein Hilfsmagnet 15 angeordnet,,In yet another embodiment of the motor rotor 12, 13, 14 an auxiliary magnet 15 is arranged,

laut der Erfindung erhält der Hilfsmagnet einen 50 der mit einem Eisenrückschluß 18 versehen ist. DieAccording to the invention, the auxiliary magnet receives a 50 which is provided with an iron yoke 18. the

Eisenrückschluß, durch dessen Lage für einen vor- Lage des Eisenrückschlusses 18 und des Hilsfmagne-Iron back yoke, by its position for a forward position of the iron back yoke 18 and the auxiliary magnet

gegebenen Betriebszustand des Motors das durch ten 15 ist derart gewählt, daß die Induktion B desgiven operating condition of the engine by th 15 is chosen such that the induction B of the

den Hilfsmagneten erzeugte Klebemoment in seiner Läufers 12, 13, 14 in seiner Ruhelage einen Winkelthe auxiliary magnet produced an angle of sticking torque in its rotor 12, 13, 14 in its rest position

Größe dem des elektrischen Momentes gleich ist und von 90° mit der Achse 17 der Statorpole bildet,The magnitude of the electrical moment is the same and forms 90 ° with the axis 17 of the stator poles,

in seiner Phasenlage gegenüber dem elektrischen 55 Verzichtet man nämlich auf die 90°-Stelle derin its phase position compared to the electrical 55, the 90 ° point of the is dispensed with

Moment näherungsweise 180° verschoben ist. Induktion des Läufers 12, 13, 14 gegenüber derMoment is shifted approximately 180 °. Induction of the rotor 12, 13, 14 compared to the

Verzichtet man nämlich auf die 90°-Stelle der Statorachse 17 in der Ruhelage und läßt einen klei-Induktion des Läufers gegenüber der Statorachse in neren Winkel zu, so kann das Klebemoment durch der Ruhelage und läßt einen kleineren Winkel zu, die Größe des Hilfsmagneten 15 und die Verdrehung so kann das Klebemoment durch die Größe des 60 des Eisenrückschlusses 18 so in Größe und Phasen-Hilfsmagneten und die Verdrehung des Eisenrück- lage festgelegt werden, daß in einem bestimmten Schlusses so in Größe und Phasenlage festgelegt Arbeitspunkt des Motors und nur bei einem einzigen werden, daß in einem bestimmten Arbeitspunkt des Drehsinn die Summe des Klebemomentes und des Motors und nur bei einem einzigen Drehsinn die elektrischen Momentes praktisch konstant sind. Ein Summe des Klebemomentes und des elektrischen 65 solcher Motor hat also im Synchronlauf den Dreh-Momentes praktisch konstant sind. Ein solcher Mo- momentenverlauf über eine Umdrehung wie ein tor hat also im Synchronlauf den Drehmomenten- Mehrphasenmotor.If you do without the 90 ° point of the stator axis 17 in the rest position and leave a klei induction of the rotor in relation to the stator axis in a neren angle, so the sticking torque can through the rest position and allows a smaller angle, the size of the auxiliary magnet 15 and the rotation The adhesive moment can be adjusted by the size of the 60 of the iron yoke 18 so in size and phase auxiliary magnets and the twisting of the iron reserve can be set in that particular The conclusion is that the size and phase position of the motor are fixed and only at a single point that in a certain working point of the direction of rotation the sum of the adhesive torque and the Motor and only with a single direction of rotation the electrical moments are practically constant. A The sum of the adhesive torque and the electrical 65 of such a motor therefore has the rotational torque in synchronous operation are practically constant. Such a torque curve over one revolution like a So tor has the torque multiphase motor in synchronous operation.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Synchronous motor, consisting of a stator and a permanent magnet rotor, each with at least one pole pair, characterized in that the rotor is axially in at least two parts (3, 4; 12, 13, 14) is divided, which cooperate with the same stator poles (1; 11) and the poles of which are shifted by 90 ° el.

2. Synchronous motor according to claim 1, characterized in that the rotor (2) is in two parts (3, 4, the same length is subdivided, with the runner symmetrically opposite in the axial direction the stator is arranged.

3. Synchronous motor according to claim 1, characterized in that the rotor is divided into three parts (12, 13, 14), of which one part (13) has half the rotor length ¹ and the other two parts (12, 14) each at least have a quarter of the rotor length and are arranged in the axial direction on both sides of the first part, and that the induction of the first part to the induction of the other two parts forms an angle of preferably 90 ° el., the rotor (2) in the axial direction is arranged symmetrically with respect to the stator.

4. Synchronous motor according to one of claims 1 to 3, characterized in that on the circumference of the rotor (2) at least one auxiliary magnet (5) is arranged so that in the stator coil (s) which are not energized as a result, stable Rest positions the magnetic induction of each pole pair of the rotor (2) with the direction of the Coil field of a stator pole pair (1 or 11) an angle of at least 5 ° el., Preferably 90 ° el., Forms.

5. Synchronous motor according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the rotor shaft outside of the stator an auxiliary magnet (15) carries, which is from a fixed iron yoke (18) is so surrounded that the rotor (2) when the coil is not energized at least two stable Has rest positions in which the resulting magnetic induction of a rotor pole pair with the Direction of the magnetic field of a stator pole pair an angle of at least 5 ° el., preferably 90 ° el., Forms.

6. Synchronous motor according to claim 1, 2, 3 and 5, characterized in that the auxiliary magnet (15) receives an iron yoke (18), through its position for a given operating state of the motor, the adhesive torque generated by the auxiliary magnet (15) is equal in size to that of the electrical torque is and shifted in its phase relation to the electrical moment approximately 180 ° is.