DE1538180A1

DE1538180A1 - Single-phase synchronous motor with permanent magnet rotor

Info

Publication number: DE1538180A1
Application number: DE19641538180
Authority: DE
Inventors: Wehde Dr Rer Nat Heinz
Original assignee: Teldix GmbH
Current assignee: Rockwell Collins Deutschland GmbH
Priority date: 1964-10-22
Filing date: 1964-10-22
Publication date: 1970-02-05

Description

Einphasen-Synchronmotor mit Dauermagnetläufer Die Erfindung zielt darauf ab, einen Einphasen-Synchronmotor mit Dauermagnetläuferder ein starkes Anzugsmoment hat, möglichst-klein und in einer kompakten, kreiszylindrischen-Form auszubilden. Er soll insbesondere als Antrieb für Steuereinrichtungen, Zählwerke und dergleichen Verwendung finden.Single-phase synchronous motor with permanent magnet rotor The invention aims A single-phase synchronous motor with permanent magnet rotor, which has a strong torque has to be designed as small as possible and in a compact, circular-cylindrical shape. It is intended in particular as a drive for control devices, counters and the like Find use.

Y.ennzeichnend für den Motor nach der Erfindung ist, daß zwei magnetisch in Reihe geschaltete Klauenpolsysteme vorgesehen sind und der Rotor.zwei Polrläder aufweist, zwischen denen ein in Achsrichtung magnetisierter Dauermagnet angeordnet ist und daß jedem Klauenpolsystem ein Polrad zugeordnet Ist, wobei die Polbreiten so bemessen sind, daß ein Rotorpol mit zwei benachbarten Klauenpolen etwa bündig ist.It is characteristic of the motor according to the invention that two are magnetic claw pole systems connected in series are provided and the rotor has two pole wheels has, between which a permanent magnet magnetized in the axial direction is arranged is and that each claw pole system is assigned a pole wheel, the pole widths are dimensioned so that a rotor pole is approximately flush with two adjacent claw poles is.

Das Statormagnetsystem besteht aus einer zylindrisellen Innenwand, einer dazu konzentrischen, zylindrischen Außenwand und z wei Seitenwänden, so daß ein Ringraum gebildet wird, welcher die Wicklung enthält. Vorzugsweise sind die Klauenpolsysteme an-der Innenwand des Magneten ausgebildet in der Weise, daß die Innenwand zwei schlangenförmig gewundene Durchbrüche aufweist und dadurch in drei klauenartig Ineinandergreifende Zahnkronen geteilt ist. Der Rotor liekt hierbei im Innern des Magnetsystems und coaxial zu diesem, so daß die Rotorpole auf den Klauenpolen senkrecht stehen. Der Rotor kann mittels zweier-Lagerdeckel gelagert sein, die an den Stirnseiten In das Magnetsystem eingepaßt sind.The stator magnet system consists of a cylindrical inner wall, a concentric, cylindrical outer wall and two side walls, so that an annulus is formed which contains the winding. Preferably they are Claw pole systems on the inner wall of the magnet designed in such a way that the Inner wall has two serpentine wound openings and is thereby divided into three claw-like interlocking tooth crowns. The rotor lies inside the magnet system and is coaxial with it, so that the rotor poles stand vertically on the claw poles. The rotor can by means of two bearing caps be stored, which are fitted on the front sides in the magnet system.

Eine andere Ausilihrungsform ergibt sIch, wenn die Klauenpole einerseits an den Rändern der Innenwand und andererseits an den Innenrändern der SeitenwUnde ausgebildet sind, wobei die Pole entgegengesetzter Polarität aufeinander senkrecht stehen. Die Polräder des Rotors rücken in diesem Fall weiter auseinand-er und die Rotorpole stehen den Klauenpolen teils direkt gegenüber und teils auf diesen senkrecht.Another embodiment results when the claw poles on the one hand on the edges of the inner wall and, on the other hand, on the inner edges of the side walls are formed, the poles of opposite polarity perpendicular to each other stand. In this case, the rotor's pole wheels move further apart and the The rotor poles are partly directly opposite the claw poles and partly perpendicular to them.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in allen Einzelheiten erläutert. Gleiche Teile sind in den verschiedenen Figuren mit gleichen 3ezugsziffern versehen.The following is an embodiment of the invention in greater detail explained. The same parts are given the same reference numbers in the various figures Mistake.

Fig. 1 stellt einen Längsschnitt durch den erfindun3sgemäßen Motor dar. 1 shows a longitudinal section through the motor according to the invention.

Die Figuren 2 und 35 zei,--"en 'Leilschnltte gemäß den Schnittlinien A-B und C-D der Fig. 1. FIGS. 2 and 35 show a line section according to the section lines AB and CD in FIG. 1.

Fig. 4-ist eine perspektivi-sche Darstellung des aufgeschnittenen Magnetsystems ohne Lager und Fig. 5 eine entsprechende Darstellung des Rotors.FIG. 4 is a perspective illustration of the cut-open magnet system without bearings, and FIG. 5 is a corresponding illustration of the rotor.

Die Figuren 6 bis 9 zeigen 31ruchstücke der Abwicklung der Innenwand des Magnetsystems, wobei je zwei Rotorpolflächen schraffiert mit eingezeichnet sind. Die vier Darstellungen veranschaulichen das Wandern der Rotorpole im Laufe einer Wechselstromperiode. Gemäß Fig. 1 bis Ist die Auslenwand des Magnetsystems mit 1 bezeichnet. Seitenwände 2 und 3 sind mit nach innen weisenden Zahnkronen versehen und bilden damit Teile der Innenwand. Das doppelseitig gezahnte Mittelstück 4 der Innenwand bildet mit den dem ihr Abstand und ihre gegenseitige Winkelstellung juntiert sind, wird auf die entstandene Spule-gegebenenfalls unter Zwischenlage von Isoliermaterial die Wicklung aufgewickelte, Die Wicklung wird nun mit einer härtbaren Vergußmasse, bölspielnweise einem Gießharz, getränkt. Nach dem Aushärten sind Wicklung, Isollermaterial und die drei Einzelteile der Spule zu einem Block veifestigt. Abschließend wird die Außenwand 1 aufgesteckt. Eine Abwandlung dieses Verfahrens besteht darin, die Spuleninnenseite beispielsweise in einem Spritzvorgang mit Kunststoff zu bes.chichten. Die Spule ist dadurch schon vor dem Wickeln in sich verfestigt und kann schon vom 15orn abgenommen werden. Auch die schlangenförmig verlaufendelSpalte 6 und 7 sind In jedem Fall mit der Vergußmasse oder dem Kunststoff iusgefüllt. Insoweit ist also die Bezeichnung Luftspalt nicht zutreffendd Die Wirkungsweise des Motors wird durch diese Füllung nicht beeinträchtigt. Nach Art eines Schemas Ist in den Figuren 6 bis 9 die Wanderung der Rotorpole In vier verschiedenen Phasenstellungen dargestellt. Es wird jeweils dasselbe StUck der Abwicklung der beiden Klauenp61systeme betrachtet. Relativ zu dieser Abwicklung bewegen sich die Rotorpole. In schraffierter Darstellung sind die Polflächen 16a und 17a (vergleiche Fig. 5) je eines Poles der beiden Polräder 16 und 17 wiedergegeben. Wie übrigens auch aus Fig. 2 er-» sichtlich, sind die Rotorpole mit zwei benachbarten Klauenpolen etwa bündig, d. h. die Polflächen überdecken zwei benachbarte Klauenpole und den dazwischen liegenden Luftspalt. Fig. 6 gibt die Ruhestellung wieder, In der die Wicklung nicht erregt ist. Die.Rotorpole nehmen die Stellung ein, In der *ich der Fluß des Dauermagneten auf dem Weg des geringsten an gne tischen Widerstandes schließen kann. Dies ist die-gezeichnete Stellung. Ein Teil des Dauermagnettlumm geht den kurzen Weg über das MittelstUck 4 und der andere Teil den 19 ffl ren Weg über Zahnkrone 2a, Seitenwand 2, Außenwand 1, Seitenwand 3 ed Zahnkrane 3a. Es Ist angenommen, daß der Dauermagnet auf der dem Ritzel zugewandten Seite einen Nordpol besitzt. Der Dauermagnetfluß tritt also an der Polfäche 16a (Nordpol) aus und an der-Polfläche 17a (Südpol) wieder ein. FIGS. 6 to 9 show fragments of the development of the inner wall of the magnet system, two rotor pole surfaces each being shown hatched. The four representations illustrate the migration of the rotor poles in the course of an alternating current period. According to FIGS. 1 to 1, the outer wall of the magnet system is denoted by 1. Side walls 2 and 3 are provided with inwardly facing tooth crowns and thus form parts of the inner wall. The double-sided toothed middle piece 4 of the inner wall forms with the where their distance and mutual angular position are adjusted, the winding is wound onto the resulting coil - optionally with the interposition of insulating material. The winding is now impregnated with a hardenable potting compound, generally a casting resin. After hardening, the winding, insulation material and the three individual parts of the coil are consolidated into a block. Finally, the outer wall 1 is attached. A modification of this process consists in coating the inside of the coil with plastic, for example in an injection molding process. As a result, the coil is already solidified before winding and can be removed from the 15orn. The serpentine gaps 6 and 7 are also always filled with the potting compound or the plastic. In this respect, the term air gap is not applicable. The operation of the motor is not affected by this filling. In the manner of a diagram, FIGS. 6 to 9 show the migration of the rotor poles in four different phase positions. The same part of the development of the two claw systems is considered in each case. The rotor poles move relative to this development. The hatched illustration shows the pole faces 16a and 17a (compare FIG. 5) each of a pole of the two pole wheels 16 and 17 . As can also be seen from FIG. 2, the rotor poles are approximately flush with two adjacent claw poles, ie. H. the pole faces cover two adjacent claw poles and the air gap between them. Fig. 6 shows the rest position in which the winding is not energized. Die.Rotorpole occupy the position in the * I can close the flux of the permanent magnet on the path of least resistance-Nazi to gne. This is the position shown. One part of the permanent magnet lumbar goes the short way over the middle piece 4 and the other part the 19 ffl ren way over toothed crown 2a, side wall 2, outer wall 1, side wall 3 ed toothed cranes 3a. It is assumed that the permanent magnet has a north pole on the side facing the pinion. The permanent magnetic flux therefore exits at pole face 16a (north pole) and re-enters at pole face 17a (south pole).

Wird nun die Wicklung erregt, so mögen sich gemftß Fig. 7 an der Zahnkrone 2a Nordpole.und an der Zahnkrone _3a Südpole ausbilden. Demgemäß stellen die Klauenpole an der linken Seite des MittelstUckes 4 Südpole und an der rechten S'elte'Nordpole dar, wie eingezeichnet. Da sich gleichnamige Pole abstoßen und ungleichnamige anziehen, setzen sich die Rotorpole in Richtung der Pfeile 23 und 24 (Fig. 6) in Bewegung und nehmen-beim Stroinmaximum die in Fig. 7 gezeigte Stellung.ein.If the winding is now excited, according to FIG. 7 , north poles may be formed on tooth crown 2a and south poles on tooth crown 3a. Accordingly, the claw poles represent 4 south poles on the left side of the middle section and 4 south poles on the right side, as shown. Since poles of the same name repel and unlike poles attract, the rotor poles start moving in the direction of arrows 23 and 24 (FIG. 6) and take the position shown in FIG. 7 at the stroke maximum.

WUhrend sich im folgenaen der von der Erregerwicklung herrührende Magnetfluß abbaut, wandern die Rotorpole Infolge der Trägheit der Rotormasse über die in Fig. 7 gezeigte Stellung hinaus. Die Krart des Dauermagneten tritt immer stärker in Erscheinung, bis sich beim Nulldurchgang des Erregerstromes die Pole gemäß Fig. 8 eingestellt haben.While the magnetic flux originating from the field winding is subsequently reduced, the rotor poles migrate beyond the position shown in FIG. 7 as a result of the inertia of the rotor mass. The Krart of the permanent magnet becomes more and more apparent until the poles according to FIG. 8 have been set at the zero crossing of the excitation current.

Der Wirkungsmechanismus setzt sich nun mit umgekehrtem Vorzeichen fort. In Fig. 9 ist das negative Strommaximum dargestellt, bei dem sich die Polarität der Klauenpolsysteme gegenüber Fig. 7 umgekphrt hat. Der Rotor ist inzwischen um zwei Klauenpolzähne und eine Lücke weitergewandert. Beim nächsten-Nulldurchgang des Erregerstromes wird die Stellung des Rotors gegenüber Fig. 6 um eine Polteilung verschoben sein.The mechanism of action now continues with the opposite sign. In Fig. 9, the negative current maximum is shown in which the polarity of the claw pole with respect to FIG. 7 has umgekphrt. The rotor has now moved on by two claw pole teeth and a gap. At the next zero crossing of the excitation current, the position of the rotor will be shifted by one pole pitch compared to FIG. 6.

Claims

Claims single-phase synchronous motor with Dauerwagnetläufer, gekennzeit2hnet characterized .. that two magnetically Series-connected claw pole systems are provided, and the rotor has two pole wheels (16, 17), between which is disposed an axially magnetized permanent magnet (15), and that each Klauenpolsystem a pole wheel is assigned, the pole widths being dimensioned so that a rotor pole (13) is approximately flush with two adjacent claw poles. 2. Motor according to claim 1, characterized in that the stator magnet system consists of a cylindrical inner wall (# -, a, --a, 4) of a concentric, cylindrical outer wall (1) and two side walls, so that an annular space is formed , which contains the winding (5) . Blotor according to claims 1 and 2, characterized in that the claw pole systems are designed on the inner wall in such a way that it is divided into three claw-like interlocking tooth crowns by two serpentine openings (6, 7). 4. Motor according to claim 1 to 3, characterized in that the middle, double-sided toothed crown (4) is attached to the winding by means of a hardenable casting compound which also impregnates the winding. 51 Motor according to Claims 1 to 4, characterized in that the pole wheels are flat circular disks on which tooth-shaped poles are formed by notches in the edge. j6. Motor according to Claims 1 to 5, characterized in that a backstop (20, 21) is provided which allows the rotor to rotate in only one direction.