DE1488276A1 - Synchronous motor - Google Patents

Synchronous motor

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DE1488276A1
DE1488276A1 DE19641488276 DE1488276A DE1488276A1 DE 1488276 A1 DE1488276 A1 DE 1488276A1 DE 19641488276 DE19641488276 DE 19641488276 DE 1488276 A DE1488276 A DE 1488276A DE 1488276 A1 DE1488276 A1 DE 1488276A1
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DE
Germany
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teeth
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poles
pole
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Pending
Application number
DE19641488276
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German (de)
Inventor
Giles Alan Robert Douglas
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Plessey Co Ltd
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Plessey Co Ltd
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Publication date
Application filed by Plessey Co Ltd filed Critical Plessey Co Ltd
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Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K37/00Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors
    • H02K37/10Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors of permanent magnet type
    • H02K37/12Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors of permanent magnet type with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K37/14Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors of permanent magnet type with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures
    • H02K37/18Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors of permanent magnet type with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures of homopolar type

Description

Synchronmotor Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Motoren nach Art der Synahroninduktionsmaschinen, insbesondere auf einen Gleiohntrom-Schrittmotor.Synchronous motor The invention relates to electric motors according to Type of synchronous induction machines, especially a Gleiohntrom stepper motor.

Bei Synchronmotoren wird die Drehung gewöhnlich durch das magnetische Gleichfeld verursacht, das von einem umlaufenden Magnetfeld angezogen wird und diesem folgt. Das Gleichfeld wird von einem Permanentmagnet erzeugt, der einen Teil des Rotors oder umlaufenden Elemente des Motors bildet. Der Stator oder das feststehende Element des Motors hat gewöhnlich eine gerade Zahl von Magnetpolen und eine Zweiphasenwicklung, bei welcher die Pole abwechselnd jeweils durch die gleiche Phase. erregt werden. Wenn die Wicklungen an eine Weohsel#-etr omquolle angeschlossen werden, hat während der einen Hälfte der Weehselstromperiode jeder der Pole eine erste magnetische Polarität und während der anderen Hälfte der Periode die entgegengesetzte Polarität. Bei den Polen die durch eine Phase der Wicklung erregt werden, ist somit beispielsweise ein Pol ein Nordpol, der nächste ein Südpol und der nächste wieder ein Nordpol während einer Hälfte aber Periode, während diese Pole in der anderen Hälfte der Periode Südpol, Nordpol, Südpol usw. werden. Die von der anderen Phase der Wicklung erregten Pole haben eine gleichartige magnetische Polarität, die jedoch gegen diejenige der ersten Gruppe von Polen um 90o phasenverschoben ist. Die Drehung wird dann dadurch verursacht, dass das Gleichfeld durch den Wechsel der Polarität der Pole zunächst angezogen und dann abgestossen wird. Die Drehzahl eines Motors, der an eine frequenzkonstante Wechselstromquelle angeschlossen ist, wird durch mechanische Konstruktionsmerkmale verändert, wie die Polzahl des Stators und die Ausbildung der Rotor- und Statorpole. Wenn der Synchronmotor als Gleichstrom-Sehrittmotor verwendet werden soll, werden die beiden Phasen mit Hilfe einer Gleichstromquelle mit Mittelanzapfung erregt, die beispielsweise durch eine Vollweg-Gleiohrichter-Anordnung gebildet sein kann, die an eine Eingangswechselspannung angeschlossen ist. Die Mittelanzapfung der Spannungsquelle wird mit den gemeinsamen Enden der beiden Phasen verbunden, und die gegenpoligen Klemmen der Gleichstromquelle werden über eine geeignete Umschaltvorrichtung abwechselnd mit den beiden Phasen verbunden. Ein nach der Erfindung ausgeführter Motor enthält einen Stator mit mehreren in gleichen Abständen liegenden, nach innen ragenden Polen, wobei die innere Umfangsfläche der Pole auf dem Umfang eines Kreises liegt, dessen Mittelpunkt mit der Drehachse des Rotors des Motors zusammenfällt, wobei die Innenfläohe jedes Pols mit Zähnen ausgebildet ist, die in einer gleichmässigen Zahnteilung angeordnet sind, während der Umfang des Rotors mit Zähnen ausgebildet istp welche die gleiche Zahnteilung wie die Zähne der Statorpole haben, wobei die Zähnezahl derStatorpole und die Zahnteilung von Pol zu pol mit derZähnezahl des Rotors derart verknüpft sind, dass in jedemZeitpunkt die Zähne auf zwei Gruppen einander diametral gegenüberliegender Pole sich vollständig mit einer entsprechenden Zahl von Zähnen des Rotors decken. ' Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellte Darin zeigens Pig.1 einen Axialschnitt durch einen zum Betrieb als Schrittmotor ausgebildeten Synchronmotor, Fig.2 eine vereinfachte Stirnansicht des Rotorpakets und des Statorpakets und Fig.3 ein Diagramm der Statorwicklungen und ihrer Anschlüsse. Einlamellierter Stator 1 ist so geformt, dass er acht in gleichen Winkelabständen liegende, nach innen ragende Pole 2 aufweist. Die Ignenfläche 3 jedes Pols ist kreisbogenförmig und liegt auf dem Umfang eines Kreises, der Bleichachsig mit der Drehachse eines Rotors 4 liegt. An jedem Pol 2 ist eine Anzahl Zähne 5 daduroh gebildet, dass in jeder Polfläche 3 eine entsprechende Zahl von axial verlaufenden Nuten 6 angebracht, ist. Die Zahnteilurigen der Zähne 5 sind auf allen Polen gleich. Der dargestellte Stator hat an jedem Pol fünf Zähne mit einer Teilung von 23,4o von Pol zu Pol, wahrend die Teilung der Zähne von einem Punkt eines Zahns zu einem entsprechenden Punkt des nächsten Zahne 'T920 beträgt. Diese Winkel sind auf die lohne des Rotors 4 bezogen. Jeder Pol träg eine bifilare Wicklung 2a. Die Zusammenhänge zwischen den Wicklungen auf den Polen des Stators sind in dem bifilaren Vioklungediagramm von Fig.3 dargestellt. Der Rotor besteht aus einem Permanentmagnet 4a mit zwei axial im Abstand voneinander liegenden Polschuhen 4b und 4o aus magnetisch weichem Stahl, die auf einer Welle 4d befestigt sind. Die Polschuhe tragen an ihrem Umfang eine Anzahl von radial verlaufenden, nach aussen ragenden Zähnen, welche sich in der längsriohtung üb;r die ganzen Polschuhe erstrecken. Diese Zähne 7 sind vorzugsweise dadurch gebildet, dass eine entsprechende Anzahl von axial verlaufenden Nuten 8 in den Oberflächen der Polschuhe angebracht sind. Hei dem dargestellten Ausführungsbeispiel hat jeder Polaohuh 4b bzw. 4o fünfzig Zähne. Wenn die b eiden lblsohuhe mit dem Per- manentmagnet 4a zusammengebaut sind, haben sie entgegen- gesetzte Polarität, und sie sind gegenseitig um eine halbe Zahnteilung verdreht. Dadurch entsteht ein Rotor mit 100 Polen abwechselnder ]Polarität, die mit einer Zahnteilung von 3,6o angeordnet sind. Die Zusammenhänge zwischen der Zahnteilung der Statorpole und der Polteilung sowie der Zahnteilung des Rotors sind so getroffen, dass in jedem Zeitpunkt lediglich an zwei einander diametral gegenüberliegenden Statorpolen (in Fig.2 ' mit 9 bezeichnet), die Nordpole darstellen, alle Zähne sich vollständig mit einer entsprechenden Zahl von Zähnen auf dem Rotorpolschuh decken, welcher den Südpol darstellt. In entsprechender Weise gibt es im Winkel von 900 (mechanisch) dazu eine entsprechende Deckung gleicher magnetischer Stärke zwischen zwei einander diametral gegenüberliegenden Statorsüdpolen und dem den Nordpol darstellenden Rotorpolschuh. In Fig.3 sind die Statorpole durch Rechtecke 10 bis 17 angedeutet. Diese Pole sind mit Hilfe von zwei bifilaren Wicklungen 18 und 19 so bewickelt, dass zwei getrennte Phasen bestehen, nämlich die Phase Ä und die Phase B.In synchronous motors, the rotation is usually caused by the DC magnetic field, which is attracted by and follows a rotating magnetic field. The constant field is generated by a permanent magnet that forms part of the rotor or rotating elements of the motor. The stator or stationary element of the motor usually has an even number of magnetic poles and a two-phase winding in which the poles alternate each through the same phase. get excited. When the windings are connected to a Weohsel # -etr omquolle, each of the poles has a first magnetic polarity during one half of the alternating current period and the opposite polarity during the other half of the period. In the case of the poles that are excited by one phase of the winding, one pole is, for example, a north pole, the next a south pole and the next again a north pole during one half of the period, while these poles are south pole, north pole, south pole in the other half of the period etc. will be. The poles excited by the other phase of the winding have the same magnetic polarity but are 90o out of phase with that of the first group of poles. The rotation is then caused by the fact that the constant field is first attracted by the change in polarity of the poles and then repelled. The speed of a motor that is connected to a constant-frequency alternating current source is changed by mechanical design features, such as the number of poles of the stator and the design of the rotor and stator poles. If the synchronous motor is to be used as a direct current step motor, the two phases are excited with the aid of a direct current source with a center tap, which can be formed, for example, by a full-wave rectifier arrangement that is connected to an AC input voltage. The center tap of the voltage source is connected to the common ends of the two phases, and the terminals of opposite polarity of the direct current source are alternately connected to the two phases via a suitable switching device. A motor made according to the invention includes a stator having a plurality of equally spaced, inwardly projecting poles, the inner peripheral surface of the poles lying on the circumference of a circle, the center of which coincides with the axis of rotation of the rotor of the motor, the inner surface of each pole is formed with teeth which are arranged in a uniform tooth pitch, while the circumference of the rotor is formed with teeth which have the same tooth pitch as the teeth of the stator poles, the number of teeth of the stator poles and the tooth pitch from pole to pole with the number of teeth of the rotor linked in this way are that at any point in time the teeth on two groups of diametrically opposite poles completely coincide with a corresponding number of teeth on the rotor. One embodiment of the invention is shown in the drawing. Pig.1 shows an axial section through a synchronous motor designed for operation as a stepping motor, FIG. 2 shows a simplified front view of the rotor core and the stator core, and FIG. 3 shows a diagram of the stator windings and their connections. Laminated stator 1 is shaped in such a way that it has eight inwardly projecting poles 2 which are equiangularly spaced. The internal surface 3 of each pole is in the shape of a circular arc and lies on the circumference of a circle which is equiaxed with the axis of rotation of a rotor 4 . A number of teeth 5 are formed on each pole 2 in such a way that a corresponding number of axially extending grooves 6 are made in each pole face 3. The tooth pitch of teeth 5 are the same on all poles. The stator shown has five teeth on each pole with a pitch of 23.4o from pole to pole, while the pitch of the teeth from one point of one tooth to a corresponding point of the next tooth is T920. These angles are related to the wages of the rotor 4. Each pole carries a bifilar winding 2a. The relationships between the windings on the poles of the stator are shown in the bifilar Vioklungediagramm of Fig.3 . The rotor consists of a permanent magnet 4a with two axially spaced pole pieces 4b and 4o made of magnetically soft steel, which are fastened on a shaft 4d. The pole pieces have on their circumference a number of radially extending, outwardly projecting teeth, which extend in the longitudinal direction over the entire pole pieces. These teeth 7 are preferably formed in that a corresponding number of axially extending grooves 8 are made in the surfaces of the pole shoes. In the embodiment shown , each Polaohuh 4b or 4o has fifty teeth. Are when the b eiden lblsohuhe with the per- manentmagnet 4a assembled, they have entgegen- in polarity and they are mutually rotated by half a tooth pitch. This creates a rotor with 100 poles of alternating polarity, which are arranged with a tooth pitch of 3.6 °. The relationships between the tooth pitch of the stator poles and the pole pitch as well as the tooth pitch of the rotor are made in such a way that at any point in time only on two diametrically opposite stator poles (denoted by 9 in FIG cover a corresponding number of teeth on the rotor pole piece, which represents the south pole. Correspondingly, at an angle of 900 (mechanical) there is a corresponding coverage of the same magnetic strength between two diametrically opposite south stator poles and the rotor pole shoe representing the north pole. The stator poles are indicated by rectangles 10 to 17 in FIG. These poles are wound with the help of two bifilar windings 18 and 19 in such a way that there are two separate phases, namely phase A and phase B.

Es ist zu erkennen, dass die Wicklung 18 den Polen 109 12, 14 und 16 zugeordnet ist. Der Wicklungssinn ist auf den Polen 12 und 16 entgegengesetzt zu dem Wicklungssinn auf den Polen 10 und 14. Die bifilare Wicklung 19 ist den Polen 119 13, 15 und 1 7 zugeordnet, wobei der Wicklungssinn auf den Polen 11 und 15 entgegengesetzt zu demjenigen auf den Polen 13 und 17 ist. Da der Motor als Schrittmotor arbeiten soll, werden die Vioklungen 18 und 19 von einer Gleichstromquelle 20 über zwei 'Umschalter 21 und 22 erregt. Die Kontakte der Schalter 21 und 2 2 sind mit X, Y, W und Z bezeichnet. Die Schaltfolge, mit welcher 200 Schritte bzw. Start-Stopp-Vorgänge des Motors bei jeder vollständigen Motorumdrehung erzeugt wird, ist in der folgenden Tabelle dargestellts Die Polaritäten der Pole für den ersten Schritt, bei welchem der Schalter 21 auf dem Kontakt % und der Schalter 22 auf dem Kontakt Z stehen, sind in den die Pole darstellenden Rechtecken 10 bis 17 dargestellt . Es ist offensichtlich, dass die Schaltfolge zyklisch ist, so dass sie nicht weiter erläutert zu werden braucht. Natürlich wird die Polarität der Pole bei jeder Änderung der Schaltfolge umgekehrt.It can be seen that the winding 18 is assigned to the poles 109 12, 14 and 16. The winding sense on poles 12 and 16 is opposite to the winding sense on poles 10 and 14. The bifilar winding 19 is assigned to poles 119 13, 15 and 17, the winding sense on poles 11 and 15 being opposite to that on the Poland is 13 and 17. Since the motor is to work as a stepping motor, the Vioklungen 18 and 19 are excited by a direct current source 20 via two 'changeover switches 21 and 22. The contacts of switches 21 and 2 2 are labeled X, Y, W and Z. The switching sequence, with which 200 steps or start-stop processes of the motor are generated for each complete motor revolution, is shown in the following table The polarities of the poles for the first step, in which switch 21 is on contact% and switch 22 is on contact Z, are shown in rectangles 10 to 17 representing the poles. It is obvious that the switching sequence is cyclical so that it does not need to be explained further. Of course, the polarity of the poles is reversed each time the switching sequence is changed.

Claims (1)

P a t e n t a n s pr üo h e 1e Elektromotor mit einem Stator, der eine Anzahl von in gleichmässigen Winkelabständen liegenden, nach innen ragenden Polen aufweist, deren innere Umfangsfläche auf dem Umfang eines Kreises liegt, dessen Mittelpunkt auf der Drehachse des Rotors des Motors liegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfläche jedes Statorpols mit axial verlaufenden Zähnen von gleicher Zahnteilung ausgebildet ist, dass am Umfang des Rotors axiale Zähne gebildet sind, welche die gleiche Zahnteilung wie die Zähne der Statorpole haben, und dasr die Zähnezahl der Statorpole und die Zahnteilung von Pol zu Pol in solcher Beziehung zu der Zähnezahl des Rotors stehen, dass in jedem Zeitpunkt die Zähne en zwei Gruppen einander diametral gegenüberliegender Statorpole sich vollständig mit einer entsprechenden Zahl von Zähnen des Rotors decken. 29 Elektromotor nach Anspruch 19 dadurch gekennzeichnet, dann der Rotor einen Permanentmagneten eufweist# an dem im axialen Abstand voneinander zylindrieehe Polschuhe angebracht sind, an deren Umfangefläohen die Rotorzähne angebracht Bind, und dass die Zähne eines Polschuhen im Winkel um die Rotorachse relativ zu den entsprechenden Zähnen des anderen Rotorpolschuhs versetzt sind. 3. Slektromotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelversetzung der Zähne des einen Rotorpolschuhe gegen die Zähne des anderen Rotorpolschuhs einer halben Zahnteilung entspricht, Elektromotor nach einem der vorhergehenden.Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Gruppen von einander diametral gegenüberliegenden Statorpolen gegenseitig um 900 versetzt sind.P at e ntans pr üo h e 1e electric motor with a stator, which has a number of inwardly protruding poles at equal angular intervals, the inner circumferential surface of which lies on the circumference of a circle, the center of which lies on the axis of rotation of the rotor of the motor, characterized in that the inner surface of each stator pole is formed with axially extending teeth of the same tooth pitch, that on the circumference of the rotor axial teeth are formed which have the same tooth pitch as the teeth of the stator poles, and that the number of teeth of the stator poles and the tooth pitch of Pol to Pol are related to the number of teeth of the rotor in such a way that at any point in time the teeth in two groups of diametrically opposite stator poles completely coincide with a corresponding number of teeth of the rotor . 29 Electric motor according to claim 19, characterized in that the rotor has a permanent magnet # to which cylindrical pole pieces are attached at an axial distance from one another, the rotor teeth are attached to their circumferential surfaces, and that the teeth of a pole piece are at an angle around the rotor axis relative to the corresponding teeth of the other rotor pole piece are offset. 3. Slectromotor according to claim 2, characterized in that the angular displacement of the teeth of one rotor pole shoe against the teeth of the other rotor pole shoe corresponds to half a tooth pitch, electric motor according to one of the preceding.Ansprüche, characterized in that the two groups of diametrically opposed stator poles are mutually exclusive are offset by 900.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2331446A1 (en) * 1972-06-26 1974-01-17 Sigma Instruments Inc SYNCHRONOUS INDUCTION MOTOR WITH LAMINATE ROTOR

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE2331446A1 (en) * 1972-06-26 1974-01-17 Sigma Instruments Inc SYNCHRONOUS INDUCTION MOTOR WITH LAMINATE ROTOR

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