DE1513857A1

DE1513857A1 - Kleiner selbstanlaufender Wechselstromsynchronmotor

Info

Publication number: DE1513857A1
Application number: DE19661513857
Authority: DE
Inventors: Bossard Paul Andre; Jean Monie
Original assignee: Carpano and Pons SA
Current assignee: Carpano and Pons SA
Priority date: 1965-03-19
Filing date: 1966-03-04
Publication date: 1970-11-05
Also published as: DE1513857C3; NL6603591A; US3428841A; DE1513857B2; ES324108A1; CH452680A; FR1452023A; GB1112753A; BE677834A

Description

Etabl. Carpano & Pons

Kleiner selbstanlaufender Wechselstromsynchronmotor

Die Erfindung bezieht sich auf einen kleinen selbstanlaufenden Wechselstromsynchronmotor, dessen den Läufer umgebende ringförmige Ständerwicklung in einem Ständerpolzackenkäfig liegt, der aus zwei gleichen beiderseits der Ständerwicklung angeordneten ferromagnetischen Ständerpolblechen mit in axialer Richtung zwischen Läufer und Wicklung vorspringenden und ineinandergreifenden Polzacken gebildet ist, wobei die beiden Ständerpolbleche durch ein zylindrisches, die Ständer wicklung umgebendes Gehäuseteil magnetisch verbunden sind, während unter Zwischenfügung einer elektrisch leitenden Kur ζ Schluss scheibe an der Innenseite eines der beiden Ständerpolbleche ein drittes ferromagnetisch.es Polblech angeordnet ist, wobei jeweils ein Polzacken dieses dritten Ständerpolbleehes und ein durch die Kurzschlussscheibe hindurchragender Polzacken des an derselben Seite der Wicklung liegenden Polbleches in Umfangsrichtung nebeneinander zwischen zwei benachbarten Polzacken des an der anderen Seite der Wicklung liegenden Ständerpolbleches liegen.

Ein derartiger Motor ist als selbstanlaufender Hysteresemotor bekannt (britische Pasentschrift 558 021), weist einen aus gehärtetem Stahl bestehenden Läufer auf und hat in Umfangsrichtung gesehen gleiche Abstände zwischen den Ständerpolzacken, so dass die in axialer

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Richtung verlaufende Symmetrieachse der aus zwei benachbarten Polzacken gleicher Polarität austretenden magnetischen Flüsse mit der geometrischen Abstandshalbierenden zwischen diesen benachbarten PoI-zacken zusammenfällt.

Bei einem anderen bekannten selbstanlaufenden Wechselstrommotor (USA-Patent 1 977 185) , welcher mit einem topfförmigen Ständerpolblech mit axial gerichteten Polzacken, von denen jeder zweite Polzacken von Kurzschlussringen umgeben ist, einem scheibenförmigen Ständerpolblech mit radial gerichteten Polzacken und einem Aussenläufer arbeitet, weisen die radialen Polzacken des scheibenförmigen Blechs an einer Seite Ausnehmungen auf, in welche die von Kurzschlussringen umgebenen axialen Polzacken des anderen Polbleches eingreifen. Ausserdem sind die Breiten der Polzacken in Umfangsrichtung und die Abstände benachbarter Polzacken derart unterschiedlich gewählt, dass eine möglichst gleichmässige Verteilung der magnetischen Flüsse erzielt wird. Zu diesem Zwecke sind auch die Luftspalte zwischen dem Aussenläufer und den Polzacken des scheibenförmigen Polbleches etwas grosser als die Luftspalte zwischen dem Läufer und den Polzacken des topfförmigen Polbleches.

Weitere bekannte selbstanlaufende Synchronmotoren, bei denen ein Teil der Ständerpole phasenverschoben erregt wird, arbeitet mit regelmässig angeordneten Ständerpolen (französische Patentschrift 1 166 984) oder auch mit versetzt einander gegenüberliegenden Ständerpolen, die einen unterschiedlichen Abstand voneinander haben, gegebenenfalls besonders profiliert und in Achsenrichtung des Motors unterschiedlich lang ausgebildet sind und von denen jeder zweite Pol mit einem besonderen Kurzschlussring versehen ist (französische Patentschrift 1 343 777).

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Die eingangs beschriebene Ständerpolverteilung findet sich auch bei einem Elektromotor anderen Typs , nämlich bei einem ohne Kurzschlussring; arbeitenden Alotor mit sogenannten "oszillierendem Läufer" (franz. Patentschrift 1 265 217 der gleichen Anmelderin).

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von einem selbstanlaufenden Wechselstromsynchronmotor der eingangs beschriebenen Art, die Anordnung und Ausbildung der Ständerpolzacken derart zu wählen, dass die von den beiden Ständerhälften auf den Läufer übergehenden magnetischen Flüsse trotz der asymmetrischen Anordnung und Ausbildung der Pole gut ausgeglichen sind und die als Funktion de s Drehwinkels des Läufers auftretenden Drehmomentminimn höhere Werte haben als bei bekannten Motoren, so dass ein besseres Anlaufv'erhalten und ein besseres Betriebsverhalten des Klotors erzielt wird.

Zu diesem Zweck ist der Motor nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen benachbarten Ständerpolzacken der Polbleche an derselben Seite der Wicklung grosser ist als der Abstand zwischen diesen und den benachbarten Polzacken des Polbleches an der anderen Seite der Wicklung, und dass der Durchmesser des dritten Polbleches kleiner ist a3s der der zwei übrigen Polbleche, derart, dass der Absolutwert des mauJietischen Flusses, der die Polzacken des dritten Polbleches durchsetzt, geringer als der Absolutwert des die Polzacken der zwei übrigen Polbleci · durchsetzenden Flusses ist, und dass der Läufer in an sich bekannter Weise dauermagnetische Pole hat.

Durch diese besondere Ausbildung wird folgendes erreicht: Infolge <l< ι besonderen Wahl der Abstände benachbarter Ständerpolzacken Jj.mmi benachbarte Polzacken unterschiedlicher Polarität dichter beieinandej als benachbarte Polzacken mit der gleichen Polarität. Ein kleiner Abstand zwischen den Polen unterschiedlicher Polarität ist für eine möglichst gleichmässige Verteilung des Drehmoments über den Ständerumfang günstig, während ein grösserer Abstand zwischen Ständerpolen mit der

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gleichen Polarität die "Instabilität" des Motors in denjenigen Ruhestellungen des Läufers und damit das Anlaufdrehmoment aus der Ruhelage erhöht, in denen sich ein Pluspol (bzw. Minuspol) des dauermagentischen Läufers gerade auf der Abstandshalbierenden zwischen zwei unmittelbar benachbarten Minuspolen (bzw. Pluspolen) des Ständers befindet. In einer derartigen Ruhestellung des Läufers, in welcher gleichzeitig dann der Minuspol (bzw. Pluspol) des Läufers gerade einem Pluspol (bzw. Minuspol) des Ständers gegenüberliegt, hat das bei Erregung der Ständerwicklung auf den Läufer ausgeübte Drehmoment bekanntlich ein Minimum. Aus einer derartigen Stellung minimalen Drehmoments bewegt sich jedoch der Läufer umso sicherer heraus, je grosser der Abstand der benachbarten Ständerpole gleicher Polarität ist, das heisst, je ausgeprägter und je besser getrennt die beiden von diesen beiden Polen herrührenden Magnetflussmaxima beiderseits dieses Läuferpoles sind.

Eine weitere Verbesserung des Anlauf- und Betriebsverhaltens des Motors wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass sich die Polzacken des dritten Polbleches in Achsrichtung des Motors nicht soweit über den Läufer erstrecken wie die übrigen Polzacken.

Versuche haben gezeigt, dass diese Massnahme offenbar zwei günstige Effekte mit sich bringti

Da von den benachbarten Ständerpolzacken mit der gleichen Polarität jeweils der eine kürzer als der andere ist, liegt die Symmetrieachse des gemeinsamen, aus beiden Polzacken auftretenden Magnetflusses nicht mehr auf der geometrischen Abstandhalbierenden der beiden Polzacken und fällt also daher nicht mehr mit der theoretischen Polteilung des Ständers zusammen (wenn man die beiden benachbarten Ständerpole gleicher Polarität als einen gemeinsamen Pol auffasst). Dadurch wird das oben erwähnte Drehmomentminimum "verschmiert" und zum Teil "eingeebnet", so dass der Motor ein besseres Anlaufverhalten erhält, als wenn die Symmetrieachse des gemeinsamen Magnetflusses aus

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benachbarten Ständerpolen gleicher Polarität mit der Abstandshalbierenden dieser Pole zusammenfiele, Ausserdem hat der verkürzte Ständerpol zur Folge, dass die Magnetfluss richtung zwischen Ständerpolen und Läuferpolen im Bereich dieser verkürzten Ständerpole nicht nur radial und in Umfangsrichtung des Läufers, also in einer durch den Läufer gehenden Ebene, orientiert ist, sondern eine Komponente in axialer Richtung aufweist, welche den Läufer etwas nach der einen WicklungsSeite hin anzieht. Es wird vermutet, dass dieser Effekt eine Art "Dämpfung" der während des Betriebs auf den Läufer ausgeübten "ruckweisen¹¹ Afttriebsimpulse bewirkt, so dass insbesondere verhindert wird, dass der Läufer durch starke Antriebsimpulse rascher beschleunigt wird, als es der Synchrondrehzahl entspricht. Es wurde jedenfalls empirisch ermittelt, dass durch eine Verkürzung der erwähnten Ständerpolzacken sowohl ein besseres Anlaufdrehmoment als auch eine gleichmässigere Drehmomentverteilung über den Umfang des Ständers erzielt wird.

Die Ausbildung des dritten Ständerpolbleches begünstigt schliesslich ebenfalls eine gleichmässige Verteilung des Magnetflusses über den Ständerumfang.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht der einzelnen Motorteile

im auseinandergenommenen Zustand des Motors,

Fig. 2 eine schematische Teilansicht der abgewickelten Ständerpole,

und

Fig. 3 ein die Aenderung des auf den Motorläufer ausgeübten Drehmoments als Funktion des Drehwinkels veranschaulichendes Diagramm.

Nach Figur 1 besteht der Motor aus zwei äusseren gleich aufgebauten Ständerpolblechen 1 und 2 mit den zungenförmigen Polzacken 3 bzw. 5, einer als Kurzschlussring dienenden Kupferscheibe 6 mit einer zentralen

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Oeffnung 16 sowie Oeffnungen 15 für den Durchtritt der Polzacken 5, aus einem dritten kronenförmigen Polblech 14 mit den Polzacken 4, dem Träger 8, 9 mit der ringförmigen Ständerwicklung 10, dem aufgeschnitten dargestellten zylindrischen Gehäuseteil 7 sowie dem aui der Läuferwdle 20 befestigten dauermagnetischen Läufer 12.

Die Polzacken 3 bzw. 5 der scheibenförmigen Ständerpolbleche 1 bzw. 2 sind durch teilweises Ausstanzen und Umbiegen gebildet. Ebenso besteht das dritte Ständerpolblech 14 aus einem einfachen Stanzteil, dessen radial nach innen ragende Zungen anschliessend zur Bildung der Pole 4 umgebogen wurden.

Der Wicklungsträger mit der Wicklung 10, die aus dem Netz mit Wechselstrom gespeist werden kann, hat zwei seitliche Flansche 8 und 9 und wird bei der Montage in das zylindrische Gehäuseteil 7 eingesetzt, das aus magnetischemMaterial besteht und die beiden äusseren Polbleche 1 und 2 magnetisch verbindet. Die Innenfläche der zentralen Bohrung des Trägers 8, 9 ist mit axialen Nuten 11 versehen, in welche die Polzacken 3, 4 bzw. 5 eingreifen. Auf diese Weise entfällt eine komplizierte Justierung der Pole relativ zueinander, und ausserdem werden gleichzeitig im zusammengesetzten Zustand die Polzacken drehfest im Spulenkörper gehalten, so dass eine mögliche zufällige Drehung der einzelnen Ständerteile während der weiteren Montage mit Sicherheit ausgeschlossen ist.

Innerhalb der zentralen Oeffnung des Trägers ist der vorzugsweise mittels einer Kunststoffnabe 13 auf der Welle 20 befestigte Motorläufer 12 drehbar gelagert. Der Läufer 12 besteht vorzugsweise aus einem gesinterten Magnetmaterial, das radial derart magnetisiert ist, dass eine der Ständer pol zahl entsprechende Anzahl von Magnetpolen gebildet wird.

Im montierten Zustand des Motors ist das Polblech 1 direkt auf dem Flansch 8 des Trägers befestigt, während auf denn anderen Flansch 9 das Polblech 14 befestigt ist, auf dem der Kurzschlussring 6 aufliegt.

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Den Abschluss dieser Standerhälfte bildet das andere äussere Polblech 2, das auf dem Kurzschlussring 6 aufliegt und dessen Polzacken 5 durch die Oeffnungen 15 des Ringes 6 hindurchragen. Die äusseren Enden der Läuferwelli' 20 sind in den bieden Kunstetofflagern 17 und 18 gelagert, welche direkt in die zentrah-n Oeffnungen der äusseren Polbleche 1 und 2 eingelassen sind, so dass besondere Motorflansche zur Lagerung der Läuferwelle entfallen.

Die Polfolge des Motors ist auf Fig. 2 dargestellt. Zwischen jeweils zwei aufeinanderfolgenden Polzacken 3, 3¹, 3", die zum Ständerpolblech 1 gehören und alle die gleiche Polarität haben, sind jeweils zwei Pol zacken 4, 5; 4¹, 5'; 4", 5^M angeordnet, die zu den Polblechen 14 bzw. 2 gehören und alle die andere Polarität haben. Während die Pol zacke η 3 des Bleches und die Polzacken 4 des Bleches 14 immer gleichzeitig, also phasengleich , erregt werden, erfolgt wegen der Einfügung des Kurzschlussringes 6 die Erregung der Polzacken 5 des Blechs 2 jeweils phasenverschoben gegenüber der Erregung der anderen Pole. Wie auf Fig. 2 ferner zu sehen, haben die Polzacken 4 des Bleches 14 in Achsrichtung des Motors eine geringere Länge als die gleichlangen Polzacken 3 und 5, und ausserdem ist der Abstand zwischen den unmittelbar benachbarten, gleichnamigen Polen 4,5; 4',S¹; 4^M, 5" grosser gewählt als der Abstand, den die unmittelbar benachbarten un^eiclinamigen Polzacken 3, 5 bzw. 4, 3¹ usw. miteinander haben. Infolge der durch die Anordnung und Ausbildung der Pole erzeugten, Ortlichen Unsymmetrie des Ständermagnetfeldes sowie der durch die Phasenverschiebung erreichten zeitlichen Unsymmetrie des Magnetfeldes wird in an sich bekannter Weise erreicht, dass in keiner möglichen Läuferstellung das auf den Läufer ausgeübte Drehmoment vollständig verschwindet. Vielmehr wird ein Drehmomcntverlauf als Funktion des Drehwinkels χ erreicht, wie er schematisch auf Fig. 3 dargestellt ist. Die entgegengesetzt gerichteten, auf den Läufer wirkenden magnetischen Kräfte (Anziehung und Abstossung) heben sich also niemals auf. vielmehr kann die Anordnung derart getroffen werden , dass das minimale Drehmoment, das auf Fig. 3 in der Einheit g · cm angegeben ist, nur auf etwa 50% des maximalen Drehmoments absinkt. Ferner ist

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der magnetische Fluss, welcher die Pole 4 des Polblechs 14 durchsetzt, kleiner als der Absolutwert der die anderen Pole 3 und 5 der Statorpolbleche 1 und 2 durchsetzenden Magnetflüsse.

Die Anzahl der Ständerpole kann selbstverständlich je nach der gewünschten Drehzahl des Motors beliebig gewählt werden. Um bei einer Speisefrequenz von 50Hz 500 Umdrehungen je Minute zu erreichen, benötigt man sechs Polpaare, wie im Ausführungsbeispiel dargestellt. Die Anzahl der Pole des Dauermagnetläufers kann gleich dieser Ständerpolpaar zahl sein oder aber einem ganzzahligen Vielfachen davon bzw. einem beliebigen Vielfachen von zwei entsprechen. Ein mit 2Z0V, 50Hz betriebener Motor der beschriebenen Art hat nur einen Stromverbrauch von etwa 10 mA, sein maximales Anlaufdrehmoment bei einer Geschwindigkeit von einer Umdrehung je Minute ist grosser als 12 cm · kg, während das Drehmoment bei einer stationären Drehzahl von 500 Umdrehungen je Minute, wie auf Fig. 3 dargestellt, zwischen 30 g · cm und 15 g· cm variiert.

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Claims

PATENTANSPRUECHE :

1. Kleiner selbstanlaufender Wechselstrom-Synchronmotor, dessen den Läufer umgebende ringförmige Ständerwicklung in einem Ständerpolzackenkäfig liegt, der aus zwei gleichen beiderseits der Ständerwicklung angeordneten ferromagnetischen Ständerpolblechen mit in axialer Richtung zwischen Läufer und Wicklung vorspringenden und ineinandergreifenden Polzacken gebildet ist, wobei die beiden Ständerpolbleche durch ein zylindrisches, die Ständerwicklung umgebendes Gehäuseteil magnetisch verbunden sind, während unter Zwischenfügung einer elektrisch leitenden Kurzschluss scheibe an der Innenseite eines der beiden Ständerpolbleche ein drittes ferromagnetisches Polblech angeordnet ist, wobei jeweils ein Polzacken dieses dritten Ständerpolbleches und ein durch die Kurzschlussscheibe hindurchragender Polzacken des an derselben Seite der Wicklung liegenden Polbleches in Umfangsrichtung nebeneinander zwischen zwei benachbarten Polzacken des an der anderen Seite der Wicklung liegenden Ständerpolbleches liegen, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen benachbarten Ständerpolzacken (4, 5) der Polbleche (2, 14) an derselben Seite der Wicklung (10) grosser ist als der Abstand zwischen diesen (4, 5) und den benachbarten Polzacken (3) des Polbleches (1) an der anderen Seite der Wicklung (1O), dass der Durchmesser des dritten Polbleches (14) kleiner ist als der der zwei übrigen Polbleche (1,2), derart, dass der Absolutwert des magnetischen Flusses, der die Polzacken (4) des dritten Polbleches (14) durchsetzt, geringer als der Absolutwert des die Polzacken (3, 5) der zwei übrigen Polbleche (1, 2) durchsetzenden Flusses ist, und dass der Läufer (12) in an sich bekannter Weise dauermagnetische Pole hat.

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2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Polzacken/des dritten Polbleches (14) in Achsrichtung des Motors nicht soweit über den Läufer (12) erstrecken wie die übrigen Polzacken (3, 5).

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