DE1638456B2 - Synchronmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Synchronmotor entsprechend dem Oberbegriff des einzigen Patentanspruches.

Ein Synchronmotor der vorgenannten Art ist aus der DT-AS 1189194 bekannt. Bei diesem vorbekannten Synchronmotor sind die in jeder Stirnseite des Motorgehäuses gleich großen Pole in der gleichen Anzahl und so angeordnet, daß beim Zusammenfügen der beiden Motorgehäusehälften jeweils ein Pol der einen Gehäusehälfte zwischen zwei Polen der gegenüberliegenden Gehäusehälfte liegt. Bei diesem bekannten Synchronmotor tritt der Nachteil auf, daß beim Anlegen einer Spannung an die Spule keine eindeutige Bewegungsrichtung für den Anlauf des Rotors mit dem Permanentmagneten vorgegeben ist. Entweder beginnt der Rotor beim Start sich in die eine oder in die andere Richtung zu bewegen oder die Gleichgewichtsbeschaffenheit zwischen den Magnetkräften, die die Rotation des Rotors in einer Richtung bewirken, ist so, daß keine Bewegung des Rotors erfolgt und dieser trotz der angelengten Spannung stehenbleibt, jede Asymmetrie, die etwa durch unterschiedliche Abstände zwischen dem Rotor und den Polen des Stators durch unterschiedliche Teilungen zwischen den Polen des Rotors, durch verschiedene Unregelmäßigkeiten des Permanentmagneten usw. erreicht wird, vergrößert die Wahrscheinlichkeit des definierten Motorstartes in eine vorgegebene Richtung, wenn an die Spule eine Spannung angelegt wird. Aus der DT-PS 10 96 483 ist es bekannt, zur Verbesserung der Anlaufeigenschaften eines selbstanlaufenden Synchronkleinmotors einen Läufer- oder Ständerpol breiter und einen diesem nicht unmittelbar benachbarten Läufer- oder Ständerpol um einen entsprechenden Wert schmaler als die anderen Pole auszuführen. Diese Ausführungsform ergibt zwar eine gewisse Asymmetrie zur Verbesserung der Anlaufeigenschaft eines selbstanlaufenden Synchronkleinmotors, jedoch wirkt diese Asymmetrie sich auch auf die Laufeigenschaft des Motors bei Betriebsdrehzahl aus. So muß beispielsweise bei dem letztgenannten vorbekannten Synchronmotor zum Ausgleich der durch die unterschiedliche Polbreite bedingten Massenunsymmetrie zumindest bei sehr kleinen Läufern eine zusätzliche Masse, beispielsweise in Scheibenform mn ihm verbunden werden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, für einen Synchronmotor asymmetrische Bedingungen zu schaffen, welche das Starten des Motors in eine vorgegebene Richtung ständig ermöglichen, die aber die Laufcharakteristiken des Motors nicht verschlechtern.
Erfindungsgemäß besteht die Lösung dieser Aufgabe in dem kennzeichnenden Teil des einzigen Patentanspruches.

Durch die Erfindung ist in vorteilhafter Weise ein Synchronmotor geschaffen, der mechanisch völlig

ίο symmetrisch aufgebaut ist, so daß hierdurch die Voraussetzung für einen mechanisch einwandfreien Lauf bei Betriebsdrehzahl gewährleistet ist, wobei trotzdem durch eine elektromagnetische Asymmetrie ein Selbstanlauf in eine vorgebene Drehrichtung absolut sichergestellt ist. Die elektromagnetische Asymmetrie ist dabei jedoch über den Umfang der Statorpole so ausgebildet, daß hierdurch beim Lauf des Rotors mit Betriebsdrehzahl keine Ungleichmäßigkeiten entstehen. Der erfindungsgemäße Synchronmotor hat gegenüber den vorbekannten selbstanlaufenden Synchronmotoren sowohl ein verbessertes Startdrehmoment als auch eine verbesserte Laufdrehmoment-Charakteristik. Durch die Ausbildung jeder Polgruppe mit zwei Polen doppelter Breite und einem Pol einfacher Breite ist auch sichergestellt, daß der Rotor aus jeder beliebigen Ruhestellung in die vorgegebene Drehrichtung mit dem gleichen Anlaufdrehmoment anläuft.

Die Zeichnung zeigt zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung, und zwar sind

F i g. 1 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung einer kompletten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Synchronmotors,

Fig. la eine schematische Darstellung der abgewikkelten Statorpole, die mit den beiden Gehäusehälften

J5 des in F i g. I dargestellten Synchronmotors einstückig ausgebildet sind,

F i g. 2 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung der beiden Gehäusehälften eines Synchronmotors einer weiteren Ausführungsform und

Fig. 2a eine schematische Darstellung der abgewikkelten Statorpole, die mit den beiden Gehäusehälften des in Fig.2 dargestellten Synchronmotors einstückig ausgebildet sind.

Der in Fig. 1 dargestellte Synchronmotor ist zwischen einer oberen Gehäusehälfte 10 und einer unteren Gehäusehälfte 11, die beide miteinander verbunden das Motorgehäuse bilden, untergebracht. Das Material dieser beiden Gehäusehälften 10 und U besteht aus einfachem, kaltgewalztem Stahl, vorzugsweise aus getemperten bzw. aus ausgeglühtem Stahl. Alle Stalorpole bestehen aus schlanken, radial angeordneten Streifen, die aus den Böden der Gehäusehälften geformt bzw. aus diesen herausgestanzt und herausgebogen sind, so daß sie parallel zu der Mittelachse angeordnet sind und sich über den Rand jeder Gehäusehälfte hinaus erstrecken.

Die Größe der beiden Gehäusehälften 10 und 11 ergibt sich aus den Charakteristiken der Konstruktion des Synchronmotors. In der Zeichnung sind zwei

bo Ausführungsformen des Motors dargestellt. Die Gehäusehälften 10 und 11 der Ausführungsform der F i g. 1 haben einen Durchmesser von ungefähr 5 cm und eine Tiefe vo.i etwa 0,6 cm. Alle Pole sind dabei mit einem Radius von etwa 1,5 crr. angebracht und ragen etwa

h5 0,3 cm über den Rand jeder Gehäusehälfte hinaus.

Die aus den Böden der Gehäusehälften herausgeformten Pole stellen die Statorfeldpole des Synchronmotors dar. In der Ausführungsform der Fig. 1 und la

sind die Abstände der Pole in einem bestimmten Verhältnis zueinander angeordnet. In der oberen Gehäusehälfte 10, bei der die durch das Herausdrücken der Polbleche aus dem Boden entstandenen Lücken zu erkennen sind, sind diese Pole von oben gesehen und im Gegenuhrzeigersinn fortschreitend wie nachfolgend beschrieben angebracht. Der Pol 1 liegt bei 0° und ..eist eine doppelte Breite auf. Der Pol 2 befindet sich bei 24° und hat ebenfalls eine doppelte Breite. Der Pol 3 liegt bei 42° und hat eine einfache Breite. Der Po! 4 ragt bei 120° mit doppelter Breite nach unten aus dem Gehäusehälftenboden heraus. Der Pol 5 befindet sich bei 144° und besitzt ebenfalls eine doppelte Breite. Der Pol 6 befindet sich bei 162" mit einfacher Breite. Der Pol 7 ist bei 240° mit doppelter Breite vorgesehen. Der Pol 8 liegt bei 264° und hat ebenfalls eine doppelte Breite und der Pol 9 befindet sich schließlich bei 287° und hat dann wieder eine einfache Breite. Die Pole der unteren Gehäusehälfte 11 weisen die gleichen Winkelpositionen auf, wenn sie von oben gesehen betrachtet werden und dabei in entgegengesetzter Uhrzeigerrichtung fortgeschritten wird. Wenn die beiden Gehäusehälften 10 und 11 mit ihren offenen Seiten aufeinandergelegt sind, werden sich die einfach breiten Pole jeweils zwischen zwei Paaren der doppelt breiten Pole der gegenüberliegenden Gehäusehälfte befinden.

An den Rändern besitzen die beiden Gehäusehälften 10 und 11 vorstehende Nasen 38 bzw. 39 mit Bohrungen, durch die mittels nicht dargestellter Schrauben und Muttern die beiden Gehäusehälften miteinander verbunden werden.

Während die Statorpolanordnung der Ausführungsform der F i g. 1 eine besonders gute Startdrehmomentchrakteristik aufweist, weil durch diese Anordnung der Statorpole ein sehr homogenes Magnetfeld erreicht wird, das das Starten des Motors in eine vorgegebene Richtung immer gewährleistet, ist in der Ausführungsform der Fig.2 eine etwas andere Anordnung der einfach und doppelt breiten Statorpole der beiden .nit 42 und 43 bezeichneten Gehäusehälften dargestellt. In gleicher Weise wie in der Ausführungsform der Fig. 1 sind die Statorpole Γ bis 9' aus den Böden der beiden Gehäusehälften 42 und 43 herausgeformt, wie dies insbesondere durch den Blick in die nach oben offene untere Gehäusehälfte 43 erkennbar ist. Die Abstände zwischen diesen einzelnen Polen der Ausführungsform der Fig.2 und 2a beträgt ein Vielfaches von 12 Winkelgraden. Betrachtet man die untere Gehäusehälfte 43 in der Draufsicht und schreitet dabei im Gegenuhrzeigersinn den Kreisumfang ab, so liegt der Pol Γ bei 0° und weist eine einfache Breite auf. Der Pol 2' liegt bei 48° und eine doppelte Breite. Der Pol 3' befindet sich bei 72° und hat ebenfalls eine doppelte Breite. Der Pol 4' liegt wiederum bei 120° und hat nur eine einfache Breite. Der Pol 5' liegt bei 168° und besitzt dagegen wieder eine doppelte Breite wie auch der Pol 6', der mit doppelter Breite bei 192° angeordnet ist. Der Pol T liegt bei 240° und hat wieder eine einfache Breite, wogegen der bei 288° angeordnete Pol 8' eine doppelte Breite hat wie auch der Pol 9' bei 312°. Die Statorpole bo der Gehäusehälfte 42 sind in gleichen Winkelpositionen angeordnet, wenn die Betrachtungsweise in Aufsicht vorgenommen wird und dabei im entgegengesetzten Uhrzeigersinn der Kreisumfang umschritten wird. Wenn die Gehäusehälften 42 und 43 mit ihren offenen h-ί Seiten aufeinandergelegt werden, sind die Pole so angeordnet, daß diejenigen mit einfacher Breite in die Abstände zwischen jedes Paar der Pole mit doppelter Breite passend einfügbar sind. Somit entstehen sechs voneinander um 60° auf dem Kreisumfang entfernte Polgruppen. Diese Anordnung weist gegenüber der Ausführungsform nach F i g. 1 ein höheres Laufdrehmoment auf.

Die mit 44 bezeichneten Nasen an der oberen Gehäusehälfte 42, von denen nur eine erkennbar ist, und die analogen, mit 45 bezeichneten Nasen an der unteren Gehäusehälfte 43 nehmen zur Verbindung der beiden Gehäusehälften nicht dargestellte Schrauben auf.

In F i g. 1 ist mit 12 eine isolierte Spule bezeichnet, die aus einer vorbestimmten Anzahl von Drahtwindungen besteht, die sich in dem Abstand zwischen den Wandungen der Gehäusehälften 10 und 11 und den in einem Ring angeordneten Statorpolen angeordnet ist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Fig. 1 besteht die Spule aus ca. 5000 Windungen eines Lackierten Kupferdrahtes, der in zwei herausgeführten Anschlußlitzen endet.

Der Rotor des dargestellten Synchronmotors besteht aus einer Permanent-Magnetscheibe 13, die zwischen zwei spinnenartigen Rundstücken 14 und 15 eingeschlossen ist. Jedes dieser spinnenartigen Rundstücke 14 und 15 hat eine Anzahl von Armen, die parallel zu der Mittelachse dieser Rundstücke angebracht sind, so daß jeder der Arme in den Zwischenraum zweier Arme des gegenüberliegenden Rundstückes eingreift. Diese spinnenartigen Rundstücke bestehen aus einfachem kaltgewalztem Stahl, vorzugsweise aus geglühtem Stahl. Die Permanent-Magnetscheibe 13 ist so magnetisiert, daß die eine ihrer Oberflächen den Norpol und die gegenüberliegende Oberfläche den Südpol bildet. Übereinstimmend damit sind die Arme der spinnenartigen Rundstücke magnetisiert, so daß die Peripherie des Rotors eine vorbestimmte Anzahl von sich abwechselnden Nord- und Südpolen darstellt.

In dem in F i g. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt jedes der spinnenartigen Rundstücke 14 und 15 fünfzehn Arme. Somit besitzt der Rotor dreißig magnetisierte Pole, die abwechselnd einen Nord- und einen Südpol darstellen.

Die Gesamtanordnung des Rotors bestehend aus den zwei spinnenartigen Rundstücken 14 und 15 und der Permanent-Magnetscheibe 13 sitzt passen in einem in seinem Querschnitt eine DD-Form aufweisenden Dorn, der aus Kunststoff besteht und einen Teil des Gliedes 16 darstellt, wobei dieses Glied 16 ein Teil einer einweggerichteten Drehbewegung ermöglichenden Vorrichtung und der Rotorstütze darstellt. Des weiteren ist eine Welle 17 vorhanden, die durch eine Ausnehmung 18 in dem Rundstück 14, eine Ausnehmung 19 in der Permanent-Magnetscheibe 13 und eine Ausnehmung 20 in dem Rundstück 15 hindurchgeführt ist. Ein Ritzelzahnrad 21 ist drehbar auf der Welle 17 angebracht.

Die obere Fläche des Gliedes 16 ist mit drei auf dem Umfang in gleichem Abstand radial angebrachten Rippen 22, 23 und 24 versehen, die sich von der Peripherie dieser Oberfläche zum Zentrum hin erstrekken und vor Erreichen desselben enden. Diese drei Rippen begrenzen drei gleich lange, an der Peripherie der Oberfläche des Gliedes 16 angeordnete, rinnenförmige Abschnitte 25,26 und 27. Die Rippen 22,23 und 24 und die Abschnitte 25, 26 und 27 bilden einen Teil der eine einweggerichtete Drehbewegung ermöglichenden Vorrichtung, die aus dem Glied 16, einen Z-förmig gebogenen Draht 28 und einer Buchse 29 besteht. Der Z-förmige Draht 28 ist in eine Kerbe 30 der Buchse 29 eingesetzt, wobei die Buchse 29 in eine Ausnehmung 31

in der oberen Gehäusehälfte 10 eingesteckt ist. Das eine Ende 32 des Z-förmigen Drahtes 28 ist in einem geringen Winkel aus der das Z-bildenden Ebene herausgebogen, so daß dieses Ende 32 und das Ende 33 des Drahtes gegen die Seiten der radial angeordneten Rippen 22, 23 und 24 gedruckt werden, wenn der Rotor sich in der einen Richtung dreht, und daß andererseits die Enden 32 und 33 des 2-förmigen Drahtes 28 jedoch über den oberen Rand der vorgenannten Rippen hinweggehoben werden, wenn sich der Rotor in der entgegengesetzten Richtung dreht. Dabei sitzen die Enden 32 und 33 des Z-förmigen Drahtes 28 gleitend in den Abschnitten 25,26 und 27 des Gliedes 16.

Da das Ausführungsbeispiel des in Fig. 1 dargestellten Synchronmotors fünfzehn Paare von Rotorpolen umfaßt, dreht sich der Rotor 240 mal pro Minute, wenn an die Spule 12 ein Wechselstrom von 60 Perioden angelegt wird. Um diese Geschwindigkeit herabzusetzen, wird ein Zahnradgetriebe in dem Motor verwendet. Dieses Zahnradgetriebe besteht aus einem Ritzelzahnrad 21, das drehbar auf der Welle 17 angebracht ist, aus einem Zahnrad 34, das auf die Mittelachse 36 de; Gehäuses gesteckt ist, aus einem Zahnrad 35, da! ebenfalls auf der Mittelachse 36 angebracht ist, und au« einem Ritzelzahnrad 37, das gleichfalls drehbar auf dei Achse 36 vorgesehen ist. Das Zahnrad 35 hat einen Zahn mehr oder einen Zahn weniger als das Zahnrad 34. Da; Ritzelzahnrad 21 greift mit seinen Zähnen in die Zähne beider Zahnräder 34 und 35 ein, so daß das Zahnrad 35 mit dem Zahnrad 34 zusammen bewegt wird, wenn dei Motor sich dreht. Somit erfolgt die Betätigung des Ritzelzahnrades 21 und der Zahnräder 34 und 35 ir gleicher Weise, so daß sich daraus ein entsprechende« Zahnradsystem ergibt. Da das Zahnrad 35 einen Zahr mehr oder weniger als das Zahnrad 34 aufweist, drehi sich die Welle 36, welche gegenüber dem Zahnrad 35 bzw. mit diesem fest verbunden ist, um einen Betrag, dei gleich zu der reziproken Zahl der Zähne auf derr Zahnrad 34 ist mit jeder Umdrehung des Ritzelzahnra des 21, dessen Zähne in jedes dieser Zahnrädei eingreifen. Dabei ist zu beachten, daß das Zahnrad 34 auf die Welle 36 aufgesteckt ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1
Patentanspruch:

Synchronmotor, bestehend aus einem zweiteiligen, zylindrischen Gehäuse, von dem ein Spulenkörper mit einer Vielzahl radial und im Abstand zueinander angeordneten Statorpolen und ein Permanentmagnet-Rotor aufgenommen sind, wobei die Statorpole wechselseitig aus den beiden Stirnseiten des Motorgehäuses mit diesem eine integrale Einheit bildend ausgeformt sind und die Breite des Rotors übergreifen, dadurch gekennzeichnet, daß jede der zusammengehörigen Polgruppen von oben gesehen und im Uhrzeigersinn fortschreitend jweils aus zwei Polen doppelter Breite und einem Pol einfacher Breite besteht und daß die Abstände zwischen den einzelnen Polen jeweils ganzzahlig durch zwölf Winkelgrade teilbar sind.