DE1513857B2 - Kleiner selbstanlaufender wechselstromsynchronmotor - Google Patents

Description

Bei einem anderen bekannten Synchronmotor (USA.-Patentschrift 2 382 333) ist der Ständer ebenfalls symmetrisch aufgebaut und weist auf jeder Seite ein äußeres Ständerblech mit Polzacken, eine Kurzschlußscheibe und ein inneres Ständerblech mit Polzacken auf. wobei die Polzackenverteilung so getroffen ist, daß jeweils auf jeder Ständerseite ein belasteter und ein nicht belasteter Polzacken eng nebeneinanderliegen und durch einen größeren Abstand vom folgende Polzackenpaar getrennt sind. Die innenliegenden Polbleche haben einen etwas kleineren Durchmesser als die außenliegenden Polbleche, um zu erreichen, daß in jeder der beiden Ständerhälften der unverschobene Fluß durch einen zwischen dem Umfang jedes inneren Polblechs und der Umfangswand des Motorgehäuses gebildete Luftspalt so weit verringert wird, daß dieser unverschobene Fluß dem durch die Kurzschlußscheibe geschwächten, verschobenen Fluß angeglichen wird.

Ein weiterer bekannter Synchronkleinmotor ist so aufgebaut (deutsche Patentschrift 695 724), daß die Polzacken von wenigstens zwei an einer Stirnseite der Ständerwicklung angeordneten Polblechen, die durch eine Kurzschlußscheibe voneinander getrennt sind und mit ihren Polzacken ineinandergreifen, Polzackenbreiten und -abstände haben, die höchstens halb so groß sind wie die Polteilung des oder der an die andere Stirnseite der Ständerwicklung angeschlossenen Polbleche. Hierbei sind die Abstände zwischen einem belasteten Pol und einem nicht belasteten Pol auf der einen Ständerseite kleiner als die Abstände zwischen einem dieser Pole und einem nicht belasteten Pol auf der anderen Ständerseite, wobei außerdem diese letzterwähnten Pole breiter als die anderen sind.

Bei einem anderen, ohne Kurzschlußscheibe arbeitenden Motor mit oszillierendem Läufer (französiche Patentschrift 1 265 217), dessen Ständer zwei Polbleche mit ineinandergreifenden Polzacken aufweist, ist bekannt, die Anzahl der Polzacken des einen Polblechs nur halb so groß zu wählen wie die Anzahl der Polzacken des anderen Polblechs, so daß jeder zweite Zwischenraum zwischen den PoI-zacken des ersterwähnten Polblechs frei bleibt und demzufolge dieser Zwischenraum größer ist als der zwischen einem Polzacken des ersterwähnten Polblechs und den beiden, diesem benachbarten Polzacken des zweiterwähnten Polblechs.

Ausgehend von einem Motor der eingangs beschriebenen Art mit einem unsymmetrisch aufgebauten Ständer liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, durch eine geschickte Kombination von zum Teil an sich bekannten Merkmalen einerseits einen weitgehenden Ausgleich der von den beiden Ständerhälften auf den Läufer übergehenden magnetischen Flüsse und andererseits einen möglichst gleichförmigen Verlauf des Drehmoments als Funktion des Drehwinkels des Läufers zu erzielen.

Das wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Zwischenraum zwischen den Polzacken der Ständerpolbleche an derselben Seite der Wicklung größer ist als der Zwischenraum zu den Polzacken des Ständerpolblechs an der anderen Seite der Wicklung, daß die Polzacken des dritten Ständerpolblechs kürzer sind als die Polzacken der beiden anderen Ständerpolbleche und der Durchmesser des dritten Ständerpolblechs kleiner ist als der der beiden anderen Ständerpolbleche.

Durch den Patentanspruch soll ausschließlich die Gesamtkombination seiner Merkmale geschützt sein. Infolge der besonderen Wahl der Abstände benachbarter Ständerpolzacken liegen benachbarte PoI-zacken unterschiedlicher Polarität dichter beieinander als benachbarte Polzacken gleicher Polarität, wodurch einerseits das Drehmoment als Funktion des Drehwinkels gleichmäßiger über den Ständerumfang verteilt wird und die Drehmoment-Minima

ίο dieser Drehmoment-Kennlinie höhere Werte haben als bei vergleichbaren bekannten Motoren dieser Art und andererseits das Anlaufdrehmoment aus den möglichen Ruhelagen des Läufers erhöht wird, in denen sich ein Pluspol bzw. ein Minuspol des dauermagnetischen Läufers gerade zwischen zwei benachbarten Minuspolen bzw. Pluspolen des Ständers befindet. Die kürzere Länge der Polzacken des dritten Ständerpolblechs sowie der geringere Durchmesser des dritten Ständerpolblechs bewirken eine Kompensation der ungleichmäßigen Flußverteilung infolge des unsymmetrischen Ständeraufbaus.

Wie Versuche zeigten, bringt die Maßnahme, daß die Polzacken des dritten Polblechs kurzer sind als die Polzacken der beiden anderen Polbleche, zwei weitere günstige Effekte mit sich: da von den benachbarten Ständerpolzacken gleicher Polarität jeweils der eine kurzer als der andere ist, liegt die Symmetrieachse des gemeinsamen, aus beiden Polzacken austretenden Magnetflusses nicht mehr auf der geometrischen Abstandshalbierenden der beiden Polzacken und fällt daher nicht mit der theoretischen Polteilung des Ständers zusammen, wenn man die beiden benachbarten Polzacken gleicher Polarität als einen gemeinsamen Pol auffaßt. Dadurch wird das Drehmomentminimum im Verlauf des Drehmoments als Funktion des Drehwinkels des Läufers weiter eingeebnet, so daß das Anlaufverhalten des Motors verbessert wird. Andererseits haben die verkürzten Polzacken des dritten Ständerpolblechs zur Folge, daß die Magnetflußrichtung zwischen Ständerpolzacken und Läuferpolen im Bereich dieser verkürzten Polzacken 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, die den Läufer etwas nach der einen Wicklungsseite hin anzieht. Offenbar bewirkt dieser Effekt eine Art Dämpfung der während des Betriebs auf den Läufer ausgeübten ruckweisen Antriebsimpulse, derart, daß insbesondere verhindert wird, daß der Läufer durch starke Antriebsimpulse rascher beschleunigt wird, als es der Synchrondrehzahl entspricht. Es wurde empirisch ermittelt, daß die Verkürzung der Polzacken des dritten Ständerpolblechs sowohl ein besseres Anlaufverhalten als auch eine gleichmäßige Drehmomentverteilung über den Umfang des Ständers mit sich bringt.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine perspektivische Ansicht der einzelnen Motorteile im auseinandergenommenen Zustand des Motors,

F i g. 2 eine schematische Teilansicht der abgewickelten Ständerpole und

F i g. 3 in einem Diagramm den Verlauf des auf den Motorläufer ausgeübten Drehmoments in Abhängigkeit vom Drehwinkel.

Nach Fig.! besteht der Motor aus zwei äußeren,

gleich aufgebauten Ständerpolblechen 1 und 2 mit zungenförmigen Polzacken 3 bzw. 5, einer als Kurzschlußring dienenden Kupferscheibe 6 mit einer zentralen Öffnung 16 sowie Öffnungen 15 für den Durchtritt der Polzacken 5, aus einem dritten kronenförmigen Ständerpolblech 14 mit den Polzacken 4, dem Wicklungsträger 8, 9 mit der ringförmigen Wicklung 10, dem aufgeschnitten dargestellten zylindrischen Gehäuseteil 7 sowie dem auf der Läuferwelle 20 befestigten dauermagnetischen Läufer 12.

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

Der Wicklungsträger 8, 9 mit der Wicklung 10, die aus dem Netz mit Wechselstrom gespeist wird, wird bei der Montage in das zylindrische Gehäuseteil 7 eingesetzt, das aus magnetischem Material besteht und die beiden äußere Ständerpo'.bleche 1 und 2 magnetisch verbindet. Die Innenfläche der zentralen Bohrung des Wicklungsträgers 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 3,4,5 drehfest im Spulenkörper gehalten, so daß eine mögliche zufällige Drehung der einzelnen Ständerteile während der weiteren Montage mit Sicherheit ausgeschlossen ist.

Innerhalb der zentralen Öffnung 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 Ständepolzahl entsprechende Anzahl von Magnetpolen gebildet wird. Die äußeren Enden der Läuferwelle 20 sind in den beiden Kunststofflagern 17 und 18 gelagert, welche direkt in die zentralen Öffnungen der äußeren Polbleche 1 und 2 eingelassen sind, so daß besondere Motorflansche zur Lagerung der Läuferwelle entfallen.

Im montierten Zustand des Motors ist das Ständerpolblech 1 direkt auf dem Wicklungsträger 8 befestigt, während auf dem Wicklungsträger 9 das Ständerpolblech 14 befestigt ist, auf dem die Kupferscheibe 6 aufliegt. Den Abschluß dieser Ständerhälfte bildet das andere äußere Ständerpolblech 2, das auf der Kupferscheibe 6 aufliegt und dessen Polzacken 5 durch die Öffnungen 15 der Kupferscheibe 6 hindurchragen.

Die Polfolge des Stators ist in F i g. 2 dargestellt. Zwischen jeweils zwei aufeinanderfolgenden Polzacken 3, 3', 3", die zum Ständerpolblech 1 gehören

ίο und alle die gleiche Polarität haben, sind jeweils zwei Polzacken 4, 5; 4', 5'; 4", 5" angeordnet, die zu den Ständerpolblechen 14 bzw. 2 gehören und alle die andere Polarität haben. Während die Polzacken 3 des Ständerpolblechs 1 und die Polzacken 4 des Ständerpolblechs 14 immer gleichzeitig, also phasengleich erregt werden, erfolgt wegen der Einfügung der Kupferscheibe 6 die Erregung der Polzacken 5 jeweils phasenverschoben gegenüber der Erregung der anderen Pole. Wie aus F i g. 2 ferner zu sehen ist, haben die Polzacken 4 des Ständerpolblechs 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 Polzacken 4, 5; 4', 5'; 4", 5" größer gewählt als der Abstand, den die unmittelbar benachbarten ungleichnamigen Polzacken 3, 5 bzw. 4, 3' usw. miteinander haben. Infolge der durch die Anordnung und Ausbildung der Pole erzeugten, örtlichen Unsymmetrie des Ständermagnetfelds sowie der durch die Phasenverschiebung erreichten zeitlichen Unsymmetrie des Magnetfelds wird in an sich bekannter Weise erreicht, daß in keiner möglichen Läuferstellung das auf den Läufer ausgeübte Drehmoment vollständig verschwindet. Vielmehr wird ein Drehmomentverlauf als Funktion des Drehwinkels χ erreicht, wie er schematisch in F i g. 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 nur auf etwa 50 °/o des maximalen Drehmoments absinkt. Ferner ist der magnetische Fluß, welcher die Polzacken 4 des Ständerpolblechs 14 durchsetzt, kleiner als der Absolutwert der die anderen Polzacken 3 und 5 der Ständerpolbleche 1 und 2 durchsetzenden Magnetflüsse.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1 2

vorgesehen, um die ungleichmäßige Flußverteilung

Patentanspruch: infolge des unsymmetrischen Ständeraufbaus zu kompensieren. Auch die bei der Beschreibung dieses be-

Kleiner selbstanlaufender Wechselstrom-Syn- kannten Motors ohne Angabe näherer Ausführungsclironmotor, dessen den Läufer umgebende ring- 5 beispiele erwähnte Möglichkeit, daß die Polzackenförmige Ständerwicklung in einem Ständerpol- gruppen ungleiche Breiten und eine nicht gleichförzackenkäfig liegt, der aus zwei gleichen beiderseits mige Winkelverteilung unter der Voraussetzung aufder Ständerwicklung angeordneten ferromagneti- weisen können, daß die Polteilung der individuellen sehen Ständerpolblechen mit in axialer Richtung Polzackengruppen gleichförmig bleibt, gibt keine zwischen Läufer und Wicklung vorspringenden 10 konkreten Hinweise, wie gegebenenfalls eine un- und ineinandergreifenden Polzacken gebildet ist, gleichmäßige Flußverteilung korrigiert werden könnte, wobei die beiden Ständerpolbleche durch ein Ferner ist ein selbstanlaufender Synchronmotor zylindrisches, die Ständerwicklung umgebendes mit einem symmetrisch aufgebauten Ständer bekannt Gehäuseteil magnetisch verbunden sind, während (USA.-Patentschrift 2 981 855, französische Patentunter Zwischenfügung einer elektrisch leitenden 15 schrift 1 166 984), welcher auf jeder Ständerseite je Kurzschlußscheibe an der Innenseite eines der eine Kurzschlußscheibe und ein zusätzliches inneres beiden Ständerpolbleche ein drittes ferromagnc- Polblech mit Polzacken aufweist und daher zwei tisches Polblech angeordnet ist, wobei jeweils ein Bauteile mehr erfordert als der eingangs beschriebene Polzacken dieses dritten Ständerpolblechs und ein Motor. Wegen des symmetrischen Ständeraufbaus durch die Kurzschlußscheibe hindurchragender 20 entfällt das Problem der Kompensation einer un-Polzacken des an derselben Seite der Wicklung symmetrischen Flußverteilung zwischen den beiden liegenden Polblechs in Umfangsrichtung neben- Ständerhälften. Bei diesem Motor wechseln in Umeinander zwischen zwei benachbarten Polzacken fangsrichtung Gruppen von unbelasteten Polzacken des an der anderen Seite der Wicklung liegenden mit Gruppen von durch die Kurzschlußscheiben be-Ständerpolblechs liegen, dadurch gekenn- 25 lasteten Polzacken ab, wobei der Abstand zwischen zeichnet, daß der Zwischenraum zwischen dem letzten unbelasteten Polzacken und dem benachdcn Polzacken (4, 5) der Ständerpolbleche (2,14) barten belasteten Polzacken der folgenden Polzackenan derselben Seite der Wicklung (10) größer ist gruppe kleiner ist als der Abstand zwischen den übrials der Zwischenraum zu den Polzacken (3) des gen Polzacken.

Ständerpolblechs (1) an der anderen Seile der 30 Ferner sind die unbelasteten Polzacken der einen

Wicklung (10), daß die Polzacken (4) des dritten Polarität kürzer als die belasteten Polzacken der

Ständerpolblechs (14) kurzer sind als die Pol- gleichen Polarität und die belasteten Polzacken der

zacken (3, 5) der beiden anderen Ständerpol- anderen Polarität erstrecken sich jedoch weiter über

bleche (1, 2) und der Durchmesser des dritten den Läufer als die belasteten Polzacken der anderen

Ständerpolblechs (14) kleiner ist als der der bei- 35 Polarität, welche ihrerseits kürzer als die ersterwähn-

den anderen Ständerpolbleche (1, 2). ten belasteten Polzacken sind und sich auch weniger

weit über den Läufer erstrecken als die zweiterwähnten unbelasteten Polzacken auf der gleichen Ständerhälfte. Durch diese Ausbildung und Anordnung der

40 Ständerpolzacken sollen ein hohes Motordrehmoment

Die Erfindung bezieht sich auf einen kleinen selbst- . und eine optimale Verteilung des magnetischen Flusanlaufenden Wechselstrom-Synchronmotor, dessen ses zwecks Verbesserung des Anlaufs in einer vorgeden Läufer umgebende ringförmige Ständerwicklung «ebenen Richtung erzielt werden,
in einem Ständerpolzackenkäfig liegt, der aus zwei Ein weiterer bekannter kleiner Wechselstrommotor gleichen beiderseits der Ständerwicklung angeord- 45 hat lediglich zwei Ständerpolbleche mit Polzacken neten ferromagnetischen Ständerpolblechen mit in (französische Patentschrift 1 343 777), wobei an beiaxialer Richtung zwischen Läufer und Wicklung vor- den Polblechen unbelastete Polzacken und belastete, springenden und ineinandergreifenden Polzacken ge- mit je einem Kurzschlußring versehene Polzacken bildet ist, wobei die beiden Ständerpolbleche durch · einander abwechseln. Um die in den belasteten Polein zylindrisches, die Ständerwicklung umgebendes 50 zacken auftretende Verringerung des magnetischen Gehäuseteil magnetisch verbunden sind, während un- Flusses zu kompensieren, sind die belasteten PoI-ter Zwischenfügung einer elektrisch leitenden Kurz- zacken breiter oder länger ausgebildet als die unbeschlußscheibe an der Innenseite eines der beiden lasteten Polzacken. Ferner ist der Abstand von einem Ständerpolbleche ein drittes ferromagnetisches Pol-,· ; unbelasteten Polzacken zum benachbarten belasteten blech angeordnet ist, wobei jeweils ein Polzacken 55 Polzacken auf der einen Seite größer als der zum bedieses dritten Ständerpolblechs und ein durch die nachbarten belasteten Polzacken auf der anderen Kurzschlußscheibe hindurchragender Polzacken des Seite, wobei jeweils zwei durch einen größeren Aban derselben Seite der Wicklung liegenden Polblechs stand voneinander getrennte Polzacken der einen in Umfangsrichtung nebeneinander zwischen zwei Ständerhälfte zwei durch einen kürzeren Abstand benachbarten Polzacken des an der anderen Seite 60 voneinander getrennten Polzacken auf der anderen der Wicklung liegenden Ständerpolblechs liegen. Ständerseite symmetrisch nach der einen oder ande-Ein solcher Motor ist als selbstanlaufender Hy- ren Seite versetzt gegenüberliegen. Da sich die Breiten steresemotor bekannt (englische Patentschrift 558 021), einander versetzt gegenüberliegender Polzacken auf weist einen aus gehärtetem Stahl bestehenden Läufer der einen und der anderen Ständerseitc überlappen, auf und hat, in Umfangsrichtung gesehen, gleiche 65 können die Polzacken der beiden Ständerseiten nicht Abstände zwischen allen Ständerpolzacken, die sich ineinandergreifen, so daß erforderlich ist, die freien außerdem alle gleich weit über den Läufer erstrecken. Enden von versetzt einander gegenüberliegenden Bei diesem bekannten Motor sind keine Maßnahmen Sländcrpolzacken abzuschrägen.