DE1563156C3 - Selbstanlaufender Emphasen Synchron kleinmotor mit einem permanentmagnetischen Rotor und mit einer dazu koaxialen Erreger spule - Google Patents

Description

Sättigung magnetisierten und von einer nicht so stark gesättigten Polzunge angezogen werden, so daß ein Selbstanlauf des Motors in einer bevorzugten Drährichtung mit Sicherheit erzielt wird.

Der Gegenstand der Erfindung sei an Hand der Zeichnung näher erläutert, die lediglich ein Ausführungsbeispiel hierfür darstellt.

Fig. 1 stellt einen Aufriß des Motors dar, dessen Gehäuse entlang der Linie Q-Q in F i g. 2 aufgeschnitten ist; ■

Fig. 2 zeigt in einer Abwicklung die Statorpole des in Fig. 1 dargestellten Motors;

F i g. 3 stellt in einem Kurvenblatt den Verlauf der Magnetisierungskurven der Statorpole dar;

Fig. 4 und 5 zeigen schematisch, je in einem Grundriß, die Verteilung der Statorpole bei einem bekannten und bei dem erfindungsgemäßen Synchronmotor sowie die sich hieraus ergebenden dynamischen Änderungen;

F i g. 6 und 7 stellen für diese Fälle irn Vergleich die regelmäßigen Änderungen des Drehmoments dar, denen der Rotor in Abhängigkeit von seiner Lage gegenüber den Statorpolen unterworfen ist.

Gemäß F i g. 1 besitzt der erfindungsgemäße Motor einen mehrpoligen Rotor 1 mit permanenter Magnetisierung, dessen Achse 2 mit einem Ritzel 3 versehen ist und in den Lagerböcken 4 des Ständers 5 drehbar gelagert ist. Der Ständer 5 ist in ein Gehäuse eingepaßt und umfaßt die Erregerspule 6. Die Pole 5 a und 5 b, die beispielsweise durch Aufschneiden im Ständergehäuse 5 gebildet sind, sind in Form eines Käfigs um den Rotor 1 herum verteilt angeordnet.

Die Polzahl des Rotors ist gleich der Polzahl des Ständers; im vorliegenden Falle sind es fünf Paare. Jeder einzelne Ständerpol besteht, wie dies aus F i g. 2 besonders deutlich hervorgeht, aus zwei Polzungen, die je einen Halbpol bilden, die einen großen Abstand voneinander aufweisen. Im Gegensatz hierzu sind die Halbpole von den benachbarten Halbpolen entgegengesetzter Polarität durch einen sehr geringen Abstand, der praktisch Null sein kann, getrennt. Nun ist es bekannt, daß bei einer solchen Anordnung der Statorpole ohne Erregung sich eine Winkelstellung des Rotors ergibt, die dem geringsten magnetischen Widerstand entspricht, der vom Ständer dem von den Polen ausgehenden Fluß entgegenwirkt. Dementsprechend ist der Rotor bestrebt, sofern er mechanisch frei ist, dies zu tun, sich so einzustellen, daß seine Pole jeweils dem Zwischenraum gegenüberstehen, der zwei Ständerhalbpole entgegengesetzter Polarität trennt. Diese Stellung entspricht bei der Erregung des Ständers einem maximalen Anlauf drehmoment.

Wenn dagegen, gemäß F i g. 4, die Rotorpole zwangsweise oder willkürlich veranlaßt sind, sich auf die Mitte des Zwischenraums zwischen zwei gleichnamigen Ständerhalbpolen einzustellen (wobei die beiden Punkte einen bevorzugten Winkelbereich« einschließen), ist das Anlaufdrehmoment bei .der Erregung des Ständers gleich Null, da die wechselweise anziehenden und abstoßenden Kräfte F und F', die gleichzeitig von jedem Ständerhalbpol ausgehen und auf den entsprechenden Rotorpol einwirken, eine Resultierende Fr ergeben, die ständig, gemäß der Achse X, durch das Zentrum des Rotors verläuft.

Fig. 6 stellt graphisch den Verlauf des wechselnden Drehmoments C dar, dem der Rotor 1 in Abhängigkeit von seiner Winkelstellung zum Winkelbereich λ des Ständers ausgesetzt ist. Bei den oben beschriebenen Bedingungen wechselt das Moment zwischen einem Maximum ± C max und einem Wert Null. ,

Wenn nun gemäß der Erfindung eine bestimmte Anzahl von Halbpolzungen des Ständers unterdrückt wird, wie dies in F i g. 2 und 5 gestrichelt angedeutet ist, wird das magnetische Verhalten des Ständers in. der Weise geändert, daß bei der Erregung des Ständers die gegensinnigen benachbarten Halbpole, wie z. B. 5'a und 5'b, durch den Fluß schnell gesättigt werden, der sie durchfließt, während die isolierten Halbpole, wie z. B. S"a und 5"b, infolge der Entfernung der entgegengesetzt gerichteten Nachbarzunge ihre Magnetisierung nur sehr viel langsamer verändern, ohne die Sättigung zu erreichen.

F i g. 3 erläutert graphisch diese Erscheinung; man erkennt hier die einander schneidenden Kurven der Magnetisierung B in Abhängigkeit vom magnetisierenden Feld H in den gesättigten Halbpolen (Kurve Sl) und in den nicht gesättigten Halbpolen (Kurve 52). Die wechselnde magnetomotorische Kraft (Kurve M), die auf den Stator ausgeübt wird, setzt sich in diesen Polen in eine alternative Veränderung des Flusses um, der in den Kurven Φ1 und Φ 2 dargestellt ist und jeweils Sl bzw. 52 entspricht. Die Abweichungen des Flusses in jedem Moment in den Statorpolen 5'a und 5"a übertragen sich auf. jeden Rotorpol, der eine Stellung einnimmt, wie dies F i g. 5 zeigt, in wechselnden Beanspruchungen / und /' in Abhängigkeit von diesem Fluß, die somit ständig wechselnd und verschieden in ihrer Höhe sind und aus diesem Grunde als Resultierende eine Kraft fr zulassen, deren Richtung, gemäß der Linie Y, ständig in einer hin- und hergehenden Winkelbewegung um ihren Angriffspunkt schwankt, der einem Rotorpol entspricht.

Dieser ständige Richtungswechsel der Linie Y, die nach der einen und der anderen Seite des Rotormittelpunkts hin- und herschwingt, ohne jemals dort anzuhalten, setzt sich in ein oszillierendes Moment C um, dem der Rotor ständig unterworfen ist und das in Fig. 7 in Abhängigkeit von dem oben definierten Winkel α dargestellt ist.

Unter diesen Bedingungen schwankt das Moment zwischen einem Höchstwert ± C max (der gleichen Größenordnung wie dies in Fig. 6) und einem Kleinstwert C min, der sehr verschieden von Null ist, und je nach der Ausführungsart von der Größenordnung von 20 bis 50% des Höchstwertes C max.

Hierzu ί Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1 2

den Polblechen, deren Pole aus je zwei Zungen gePatentanspruch: bildet sind, die in den Luftspalt zwischen Erreger-

■ spule und Rotor in axialer Richtung hineinragen und

Selbstanlaufender Einphasen-Synchronklein- von denen jeweils eine Zunge eine Materialaussparung, motor mit einem permanentmagnetischen Rotor 5 wie ein Loch, aufweist, um auf diese Weise beim und. einem Ständer aus einer zu dem Rotor Einsetzen der Ständererregung ebenfalls die Rotorkoaxialen Erregerspule und aus diese Erreger- pole durch die Polzähne des Stators mit einer, ein spule beidseitig bedeckenden Polblechen, deren Beschleunigungsmoment erzeugenden unterschied-PoIe aus je zwei Zungen gebildet sind und in den liehen Anziehungs- und Abstoßungskraft zu beauf-Luftspalt zwischen Erregerspule und Rotor in _J0 schlagen.

axialer Richtung hineinragen, dadurch ge- Diese Lösungen sind zufriedenstellend, wenn der

kennzeichnet, daß der gegenseitige Ab- -Rotor bei Wegfall der Ständererregung die oben stand zweier Polzungen eines Pols (5a, 5b) beschriebene verschobene Winkelstellung frei einnehgrößer ist als der Abstand zwischen benach- men kann. Ist er dagegen, wie es zumeist der.Fall ist, harten Polzungen (SO, 5'b) entgegengesetzter 15 irgendwelchen passiven Widerständen unterworfen — Polarität und daß bei zwei aufeinander- beispielsweise leichte Reibungswiderstände der Überfolgenden Polen gleicher Polarität je eine Pol- tragungsorgane, mit denen er verbunden ist —, so zunge unterdrückt ist, so daß der magnetische können diese genügen, die geringen magnetischen Kreis zweier benachbarter Polzungen (5'a, S'b) . Kräfte zu neutralisieren, die bestrebt sind, den Rotor entgegengesetzter Polarität stärker gesättigt ist, 20 in eine Stellung zu drehen, in der das Anlaufdrehwährend der magnetische Kreis jeder alleinstehen- moment von Null abweicht. In diesem Falle kann der den Polzunge (5"a,5"b) nicht so stark gesättigt ist. Rotor bei der Erregung des Ständers nicht von selbst

anlaufen. ,

■ ■ ■ Zur Überwindung dieser Schwierigkeiten sind auch

25 bereits mehr oder weniger interessante Lösungen vor-

geschlagen worden. Eine dieser Lösungen (britische

Patentschrift 986 088) besteht darin, einen Teil jedes einzelnen Statorpolzahnes mit einer Kurzschlußwicklung zu umgeben, die bei Erregung des,Ständers

Die Erfindung bezieht sich auf einen selbstanlau- ₃₀ in dem entsprechenden Polteil einen magnetischen fenden Einphasen-Synchronkleinmotor mit einem "Fluß erzeugt, der gegenüber dem Fluß in dem permanentmagnetischen Rotor und einem Ständer übrigen, nicht von der Kurzschlußwicklung umgebeaus einer zu dem Rotor koaxialen Erregerspule und nen Polteil phasenverschoben ist. Die so bei jeder aus diese Erregerspule beidseitig bedeckenden Pol- Stromumkehr erzielte magnetische Verzögerung beblechen, deren Pole aus je zwei Zungen gebildet sind ₃₅ wirkt, daß der Rotor unabhängig von seiner Winkel- und in den Luftspalt zwischen Erregerspule und stellung beim Anlauf niemals einem Drehmoment-. Rotor in axialer Richtung hineinragen. Null ausgesetzt ist. Dieser Motoraufbau macht eine

Derartige Synchronkleinmotoren finden üblicher- zusätzliche Phasenverschiebungswicklung erf order-, weise in gewerblichen oder in Haushaltsgeräten Ver- lieh/durch die der. Motor, einen "erhöhten Raumwendung, die einen Antrieb mit konstanter Geschwin- 40 bedarf braucht. .;..■■,:-;/ · ■ ■. digkeit benötigen. Die Hauptschwierigkeit bei einem Es ist daher bereits, ein selbstanläufender Synchron- ^ derartigen Motoraüfbau ist die Sicherstellung des kleinmotor mit permanentmagnetischem Läufer be-SelbstänJäufes, da ohne Ständererregung der von den kanntgeworden (deutsche Auslegeschrift 1 055 677), Polen des Rotors ausgehende magnetische Fluß, der der auf seinem Läuferumfang weichmagnetische PoI-im Stator einen Weg geringeren magnetischen Wider- ₄₅ zacken abwechselnder Polarität besitzt, deren Spitzen Standes sucht, den Rotor zwingt, eine Winkelstellung in den Wirkungsbereich des in Drehfeldrichtung einzunehmen, bei der seine Pole den Statorpolen benachbarten Ständerpols hineinragen. Dies bedingt gegenüberstehen. Auf Grund dieser Tatsache wird jedoch eine besondere Ausbildung des Rotors, wobei der Rotor bei der Erregung des Stators keinem Dreh- auch der Luftspalt zwischen Rotor und Ständerpolen moment ausgesetzt, das ihn anlaufen läßt, ₅₀ verhältnismäßig groß ist.

Eine Lösung dieses Problems besteht darin, den Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen

Polzähnen des Stators eine solche Form zu geben, Einphasen-Synchronkleinmotor zu schaffen, dessen daß der Rotor magnetisch gezwungen ist, eine Win- Selbstanlauf allein durch die besondere räumliche kelstellung einzunehmen, die gegenüber der Stellung Anordnung der Polzähne des Stators in jeder Winkelverschoben ist, die er bei einem normalen Stan- 55 stellung des Rotors sichergestellt ist, ohne daß irgendder einnehmen würde (französische Patentschrift ein zusätzliches Bauteil im Motor erforderlich ist.
1 391124). Auf diese Weise werden beim Einsetzen Diese Aufgabe findet ihre Lösung gemäß der Erfinder Ständererregung die Rotorpole durch die Pol- dung dadurch, daß- der gegenseitige Abstand zweier zähne des Stators mit einer höchstmöglichen Anzie- · Polzungen eines Pols größer ist als der Abstand zwihungs- und Abstoßungskraft beaufschlagt, die sicher- 60 sehen benachbarten Polzüngen entgegengesetzter stellt, daß der Rotor mit der Verzögerung eines Pol- Polarität und daß bei zwei aufeinanderfolgenden wechseis in Synchronismus mit dem Netz einfällt. Polen gleicher Polarität je eine Polzunge unterdrückt

Dem Selbstanlauf dient auch eine weitere bekannte ist, so daß der magnetische Kreis zweier benachbarter Ausführungsform eines Einphasen-Synchronklein- Polzungen entgegengesetzter Polarität stärker gesätmotors (französische Patentschrift 1377 302) mit 65 tigt ist, während der magnetische Kreis jeder alleineinem permanentmagnetischen Rotor und einem stehenden Polzunge nicht so stark gesättigt ist.
Ständer aus einer zu dem Rotor koaxialen Erreger- Hierdurch sind immer bestimmte Pole des Rotors

spule und aus diese Erregerspule beidseitig bedecken- vorhanden, die abwechselnd von einer weit in die