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.