DE1613780A1 - Kleiner selbstanlaufender Wechselstrom-Synchronmotor - Google Patents

Description

Ets. CARPANO & PONS" CLUSES /Frankreich

Kleiner selbstanlaufended· Weghsalrtram-Synchronmotor

Die Erfindung bezieht sich auf einen Meinen selbstanlaufenden Wechselstrom-Synchronmotor vom Pulsations-Typ mit einem Dauermagnetläufer und einem Ständer, bestehend aus einer den Läufer umgebenden zylindrischen Erregerwicklung und aus einem Ständerpolzackenkäfig, welcher aus zwei beiderseits der Erregerwicklung angeordneten Stäuderpolhlechen mit in axialer Richtung vorspringenden, ineinandexgreifenden Polen gebildet ist, -wobei ,zwischen zwei Polen bestimmter Polarität des ersten Ständerpoliblechs je Äwei Pole mit der entgegengesetzten Polarität des zweiten Ständerpolblechs liegen.

C3Z9.12D. 35- Bll/jO/ch ./.

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Einphasige Motoren dieses Typs, bei denen ein einziges Element das magnetische Feld erzeugt und bei denen die den Fluss erzeugenden metallischen Massen nicht durch irgendwelche, einen Sekundärfluss liefernden Elemente, wie beispielsweise Kurzschlussringe zur Erzeugung einer Phasenverschiebung, beeinflusst werden, sind zum Beispiel in den französischen Patentschriften 1. 265. 217 und 1,452.846 beschrieben. Bei diesen Synchronmotoren verhält sich der Läufer beim Anlauf wie eine Unruh bzw. wie ein Pendelmotor, welcher aus einer einem magnetischen Gleichgewicht zwischen den Läufer- und Ständerpolen entsprechenden Ruhelage heraus, das heiset also aus einer Lage minimaler Reluktanz, bei Erregung der Wicklung bewegt werden muss. Das kann jedoch nur geschehen, wenn zwei benachbarte Pole des Läufers nicht grade exakt zwei benachbarten Ständerpolen in der Ruhelage des Läufers gegenüberliegen. In einem solchen Falle nämlich würden sich die in tangentialer Richtung wirkenden magnetischen Kräfte aufbeben, so dass auf den Läufer kein Drehmoment ausgeübt wird. Aus diesem Grunde sind bei den eingangs erwähnten bekannten Synchronrnotoren zur Erzielung eines Selbstanlaufs aus den möglichen Ruhelagen des Läufers die Ständerpole entweder asymmetrisch ausgebildet, oder gewisse St?nderpole odefc Ständerpolteile sind einfach weggelassen» damit in den: einer minimalen Reluktanz entsprechenden Ruhelagen des Läufers beim Einschalten der Motorerregung ein Drehmoment auf den Läufer ausgeübt wird,

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Die· -bisher bekannten Lösungen, bei welchen also eine- asymmetrische Ausbildung und Anordnung der'StSnderpole bzw, ein Verzicht auf bestimmte .Stitnderpole in Kauf genommen werden muss, haben jedoch den Nachteil, dass das auf den Liiufer ausgeübte Drelimoinunt verringert ist, insbesondere wegvn der Verkleinerung der effektiven Oberfläche der StSnderpolmassen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eiftitn Synchronmotor des eingangs beschriebenen Typs derart zu verbessern, dass er ein gegenüber vergleich* b.ireiä bekannten Motoren wesentlich erhöhtes Anlaufdrehmoment aus allen möglichen- Ruhelagen des Läufers hat, wobei eint- vollkommene Symmetrie eier Anordnung und Ausbildung der Standerpole beibehalten wird. Auf diese Weise wird eine maximale Poloberfläche erreicht, so dass der Ständer derartiger Motoren ein Maximum an elektromagnetischer Energie zu liefern vermag.

Ausgehend von einem Synchronmotor der eingangs beschriebenen A<rt ist die Erfindung zur Lösung dieser Aufgabe dadurch gekennzeichnet, dass-die Ständerpolanordnung derart getroffen ist, dass im Poldiagramm des Motorsdie der Polteilung des Läufers entsprechenden Achsen mit den Symmetrieachsen der Pole des ersten Ständerpolblechs und mit denjenigen Achsen zusammenfallen, welche die Abstände benachbarter Pole des zweiter.Stiir.derpolblechs halbieren.

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Der Läufer wird vorzugsweise aus einem magnetischen Material mit hoher Koerzitivkraft gebildet.

Die besondere Ständerpolanordnung und Verteilung gemäss der Erfindung verringert auch weitgehend die beim Anlauf auftretenden Schwingungen bzw. Stösse und sorgt für ein rasches Erreichen der Synchrondrehzahl. Ausserdem bewirkt die beschriebene Ständerpolanordnung, dass zu keinem Zeitpunkt» weder während des Anlaufs noch während des Betriebs₍die Achsen zweier benachbarter Läuferpole genau zwei vollen Ständerteilen unterschiedlicher Polarität gegenüberliegen.

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

Figur 1: eine perspektivische Darstellung der einzelnen Teile eines Motors nach der Erfindung,

Figur 2: die Abwicklung der Ständerpole des Motors nach Figur 1 in vergrössertem Massstab und

Figur 3: eine Abwicklung der Ständer- und Läuferpole, wobei die Läuferpole in zwei verschiedenen, um ein Viertel einer Polteilung gegeneinander versetzte Stellungen I und II relativ zum Ständer dargestellt sind.

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Nach Figur 1 besteht der Motor aus'einem Dauermagnetläufer 1 und einem Ständer, welcher aus einer den Läufer umgebenden zylindrischen Erregerwicklung 6 und einem Ständerpölzackenkäf ig "mit den beideii Ständerpolblechen 4 und 5 gebildet ist.

Der Läufer 1 besteht aus einem magnetischen Material mit hoher Koerzitivkraft und ist derart radial magnetisiert, dass im betrachteten Beispiel zwölf Läuferpole vorhanden sind. Mittels einer aus einem thermoplastischen Material geformtenNabe 2 ist der Läufer 1 auf einer Welle 2a befestigt, welche im montierten Zustand des Motors mit ihren Enden in den Lagern 3a bzw. 3b der beiden kreisförmigen Ständerpolbleche ruht, wobei der Läufer 1 im Innern der kreis ringförmigen Wicklung 6 angeordnet ist. Das Ständerpolblech 4 weist einen zylindrischen Mantel 4a auf, der die Wicklung 6 umgibt. Das andere Polblech 5 hat an seinem Umfang radial vorspringende Ansätze 5a, die zur Montage des Motors unter die Mantelfläche 4a des Ständerblechs 4 eingeschoben werden, so dass das Ständerblech 5 nach Art eines Deckels auf dem anderen, topfförmigen Ständerblech sitzt. Diametral gegenüberliegende Vor Sprünge 5b am Ständerblech 5 dienen zur Befestigung des Motors an einem beliebigen Trägerteil.

Die Pole beider Ständerpolbleche sind durch Ausstanzen und radiales Umbiegen zungenförmiger Streifen gebildet. Das Polblech 4 ist auf diese Weise

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mit insgesatnt zwölf paarweise angeordneten Polen 7,8 versehen, wobei die beiden Pole jedes Paares verschieden lang sind. Während die mit 7 bezeichneten Pole eine der Breite des Läufers entspreehende radiale Länge haben, sind die Pole 8 nur halb so lang wie die Läuferbreite. Das Ständerpolblech hat nach Figur 1 sechs Pole 9, welche äquidistant auf einem Kreise liegen, dessen Durchmesser demjenigen Kreise entspricht, auf welchem die PoI-paare 7, 8 des Blechs 5 angeordnet sind.

Figur 2 zeigt die Abwicklung der Ständerpole. Mit ρ ist der Abstand benachbarter Pole 9 des Ständerblechs 5, das heisst also die Polteilung dieses Ständerblechs, bezeichnet. Alle Pole 9 haben die gleiche Polarität und bilden beispielsweise einen Nordpol. Die Achsen al und a2 der Pole 9 halbieren den Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Polpaaren 7, 8 des anderen Ständerblechs 4, während die mit a3 bezeichnete Achse einer halben Polteilung pl des Ständerblechs 5 entspricht, das heisst durch die Mitte des Zwischenraums zwischen benachbarten Polen 9 geht und, wie auf Figur 2 gezeigt, den Zwischenraum 10 zwischen den beiden Polen 7, 8 eines Polpaares des Ständerblechs 4 halbiert. Die Pole 7, 8 dieses Blechs haben die entgegengesetzte Polarität wie die Pole 9 und bilden beispielsweise Südpole.

Die Pole beider Ständerbleche sind gemäss Figur 2 ineinandergeschachtelt, wobei die Länge der langen Pole 7 des Blechs 4 gleich der Länge der Pole 9

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des Blechs 5 ist. Ausserdem ist der Abstand zwischen den beiden Polen 7 •und 8 jedes Polpaares des Blechs 4 gleich demjenigen Abstand, welcher einen Pol 9 des Blechs 5 vom benachbarten Pol 7 bzw. 8 des Blechs 4 trennt. Diese Abstände zwischen benachbarten Ständerpolen sind grosser als der radiale Abstand zwischen den Läufer- und den Ständerpolen.

Diese Anordnung der Ständerpole hat zur Folge, dass der Läufer in seiner Ruhestellung niemals eine Lage einnimmt, in welcher die Läuferpole exakt den Ständerpolen bzw. Ständerpolpaaren gegenüberliegen, was einen Selbstanlauf ausschliessen würde. Vielmehr nimmt der Läufer in seiner Ruhelage eine derartige Stellung ein, dass der magnetische Widerstand für den sich über die Luftspalte und die Ständerpole schlies senden magnetischen Fluss des Läufers ein Minimum wird. Das heisst, in der Ruhelage sind die Läuferpole gegenüber den Ständerpolen versetzt und nehmen insbesondere beispielsweise die auf Figur 3 mit I bezeichnete Lage relativ zu den Ständerpolen ein. Wenn in einer derartigen Läuferruhestellung die Motorwicklung erregt wird, wird auf alle Fälle durch das Ständermagnetfeld ein Drehmoment auf den Läufer ausgeübt, so dass dieser nach Art eines Pulsationsmotores selber anläuft«

Die ungleiclie Länge und die beschriebene Verteilung der Ständerpole bewirken, dass die Vibrationen bzw, Pendelungendes Läufers beim Anlauf auf ein

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Minimum reduziert und damit die anfänglichen stossweisen Bewegungen des Läufers stark gedämpft werden. Die Unterdrückung der anfänglichen Pendelung des Läufers und der damit zusammenhängenden unerwünschten mechanischen und elektromagnetischen Effekte hat zur Folge, dass der Motor sehr rasch seine genaue Synchrondrehzahl erreicht und unter optimaler Ausnutzung der Betriebsspannung auch unter Last zuverlässig anläuft. Dieses optimale Verhalten wird ohne irgendeine Korrektur der regelmässigen, optimal der theoretischen Verteilung angepassten Polanordnung und ohne Abweichungen von einer vollständigen Symmetrie der Ständerpolformen erreicht. Die Unterdrückung von Pendelungen des Läufers ist nicht nur aus mechanischen Gründen, sondern auch aus elektrischen Gründen wesentlich, da vorzugsweise für den Läufer ein magnetisches Material mit hoher Koerzitivkraft verwendet wird, was entsprechende Polaritätsänderungen im Ständermaterial bewirkt. Tatsächlich konnten bisher kleine Synchronmotoren mit derart vorteilhaften Eigenschaften, wie sie der Motor nach der Erfindung aufweist, höchstens nur dadurch erzielt werden, dass man die bekannten Kurzschlussringe vorsah, durch welche eine entsprechende Phasenverschiebung des Magnetflusses erzielt wurde und die aus Kupfer bestehen, was die Herstellungskosten dieser Motoren verteuerte.

Der Motor nach der Erfindung kann innerhalb eines sehr grossen Betriebsspannungsbereiches betrieben werden, beispielsweise zwischen 110 und 250 Volt, wenn der Motor für eine Nennspannung von 220 Volt ausgelegt ist,

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ohne dass unerwünschte Vibrationen auftreten. Ausserdem hat der Motor nach der Erfindung einen besonders guten Wirkungsgrad und entwickelt im Vergleich zu bekannten Motoren gleicher Grosse ein hohes Drehmoment. . Tatsächlich liegen Abmessungen und Gewicht des Motors nach der Erfindung um etwa 25 % unter den Werten eines das gleiche Drehmoment erzeugenden Motors üblicher Bauart.

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Claims (3)

-ίο- 161373Π Belegexemplar, "1SrI nicht geändert .vi'd-·'» PATENTANSPRÜCHE

1. Kleiner selbstanlauf ender Wechselstrom-Synchronmotor vom Pulsations* Typ mit einem Dauer magnet lauf er und einem Stander* bestehend aus einer den Läufer umgebenden zylindrischen Erregerwicklung und aus einem Stinderpolcackenklfig, welcher aus swei beiderseits der Erregerwicklung angeordneten Stfnderpolbiechen mit in axialer Richtung vorspringenden, ineinandergreifenden Polen gebildet ist. wobei »wischen swei Polen bestimmter Polarität des ersten Ständer polblech· je swei Pole mit der entgegengesets* ten Polarität des sweiten Standerpolbleche liegen, dadurch gekennzeichnet, dass die Ständerpolanordnung derart getroffen ist. dass im Poldiagramm des Motors die der Polteilung des Läufers (1) entsprechenden Achsen mit den Symmetrieachsen der Pole (9) des ersten Ständerpolblechs (S) sowie mit denjenigen Achsen susammenfallen, welche die Abstande »wischen swei benachbarten Polen (7.8) des anderen öt ander polbleche (4) halbieren.

2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennxeichnet, dass die Abstände »wischen den verschiedenen Polen grosser als der radiale Abstand »wischen den Ständer· und Läuferpolen ist.

3. Motor aach Anspruch 1 oder 2, bei welchem jeweils die beiden benachbarten Ständerpole gleicher Polarität verschieden lang sind, dadurch gekenn- »eichnet. dass die Länge des einen Pols (7) jedes Ständerpolpaares wenig-

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•tens gleich der Dicke dea läufer· (1) und der jeweils andere Pol (8) jedes Polpa&res wenigstens gleich der halben JLIuferdicke iat.

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