DE1638477A1

DE1638477A1 - Staender fuer einen Synchronmotor

Info

Publication number: DE1638477A1
Application number: DE19671638477
Authority: DE
Inventors: Yasuyoshi Kameyama; Yasu Suzuki
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1966-09-29
Filing date: 1967-09-27
Publication date: 1970-09-17
Also published as: DE1638477C3; JPS4815048B1; DE1638477B2; US3502921A

Description

München, den ₂ 6. Sep, 1967 Patentanwalt M 46 - Dr „Hk/P 1

NRICHHERMELINk i

8 München 60, Apo]ioweg9, Tel. 572743 ·

Matsushita Denko Kabushiki Kaisha

Ständer für einen „Synchronmotor

Me Erfindung betrifft einen Ständer für einen kleinen Synchronmotor mit dauermagnetischem Läufer. Aufgabe der Erfindung ist die Verbesserung eines solchen Motors derart, daß der Läufer zuverlässig in der gewünschten Eichtung anläuft. Der erfindungsgemäße Synchronmotor ist besonders für elektrische Uhren, sonstige zelthaltende Geräte und Antriebsvorrichtungen · mit konstanter Drehzahl geeignet.

Ein Hysteresismotor oder ein Induktionsmotor lauft bekanntlich von selbst an, wenn der Laufer sich in einem von den Ständer-* polen erzeugten "magnetischen Drehfeld befindet. Der Läufer nähert sich dann allmählich der Synchrondrehzahl und erreicht dieselbe unter Veränderung- seiner Hysteresisschleife oder dreht sich mit einem gewissen Schlupf entsprechend der Belastung.

Der sogenannte Induktormotor mit einem Dauermagnet 51s Läufer dreht sich dagegen infolge der gegenseitigen Kräfte zwischen dem von den Standerpole» erzeugte» MagnetfLuß liwd einem von den erzeugten Magnetfluß «nö kann deshalb nur mit einer

konstanten Drehzahl umlaufen, die durch die Frequenz der Wechselstromquelle und die Polzahl des Motors bestimmt wird. Deshalb muß die Synchrondrehzahl gleichzeitig mit dem Einschalten erreicht werden. Um trotzdem einen Selbstanlauf zu ermöglichen, verwendet man verzögerte Pole, deren Magnetfluß demjenigen der zugeordneten unverzögerten Pole um einen bestimmten Betrag nachhinkt. Durch die gegen-Ä seitigen zeitlichen und räumlichen Beziehungen des verzögerten und des unverzögerten Magnetflusses ergibt sich ein kräftiges Drehmoment in eil«¹ Richtung, das die Zeitkonstante des dauermagnetischen Läufers kompensieren soll. Um die gewünschte Kompensation zu erreichen, müssen bekanntlich die verzögerten Pole in Laufrichtung des Motors um einen elektrischen Winkel gegen die unverzögerten Pole versetzt sei»* der gleich dem Supplement des Phasenverzögerungswinkels des Magnetflusses ist.

t Durch die gegenseitige Verschiebung der verzögerten und der unverzögerten Pole kann es nun sehr leicht vorkommen, daß die Polschuhe, die ja eine endliche Breite haben, sich gegenseitig behindern* Man hat deshalb bisher meist an den betreffenden Stellen einen Polschuh weggeschnitten, um Platz für den gegenüberliegenden ungleichnamigen Polschuh ei&er anderen Gruppe zu schaffen. Dadurch ergibt sieh aber eine. Unsymmetrie, die zu AnlaufSchwierigkeiten führt und die Herstellung des Ständers erschwert.

Demgegenüber ist. der ev£indungsgemäße Ständer für einen

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motor mit datiermagnetischem Läufer, bei dem Ständer und Läufer gleichviele Pole haben und die Ständerpole in je zwei Gruppen gleichvieler unverzögerter und verzögerter Pole aufgeteilt,, sowie die verzögerten Pole um 360 +α in Drehriciitung des Läufers gegen die gleichnamigen unverzögerten Pole versetzt sind, wobei α der elektrische Supplementwinkel des durch die Verzögerung erzeugten Phasennacheilungswinkels ist, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils der in Drehrichtung vorderste Polschuh der verzögerten Polgruppe und .der hinterstre Polschuh der unverzögerten Polgruppe kurzer als die anderen Polschuhe und so ausgebildet sind, daß sie einander nahe gegenüberstehen und die ungleichnamigen Magnetflüsse durch sie teilweise kurzgeschlossen werden.

Auf diese Weise wird ni^Jat nur eine vollkommene Symmetrie der Polanordnung erreicht, wodurch der Anlauf des Synchronmotors wesentlich verbessert wird, sondern auch die konstruktive Ausbildung des Ständers erheblich vereinfacht. Sämtliche gleich- namigen Pole können nämlich an einer einzigen weichmagnetischen Polplatte ausgebildet werden, so daß der Ständer aus zwei derartigen, einander gegenüberliegenden Polplatten mit genau gleicher Polanordnüng besteht. Die verzögerten Polgruppen werden durch Einlage gleicher Verzögerungsplatten in die beiden Polplatten gebildet, wobei die gewünschte Drehrichtung durch Umstecken der Verzögerungsplatten in einfacher Weise gewechselt werden kann. So ergibt sich ein kräftiger Motor mit sehr geringer Anzahl von Teiler, der billig in der Herstellung und zuverlässig im Betrieb ist, ■ ■*■■..-."■ :■...■■..■.':. "

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Ein Ausfläirungsbeispiel der Erfindung wird nachstellend anhand der Zeichnung beschrieben. Hierin sind:

Fig * 1 eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Synchronmotors; '

Fig. 2 ein Exptosionsbild desselben;

Fig. 3 eine Draufsicht der oberen Ständerhälfte;

Fig. 4 eine Draufsicht der unteren Ständerhälfte;

Fig. 5 eine Abwicklung der Polanordnung;

Fig. 6 und 7 eine Ansicht zveier gegeneinander anliegender Ständeap-Pole in größerem Maßstab;.

Fig. 8 und 9 Draufsichten der beiden Ständerhälften für den Fall der Drehrichtungsumkehr.

Vie insbesondere Fig. 1 bis 4 zeigen, hat der exfindungsgemäße Motor einen Ständer« der aus einer oberen Hälfte 9 und einerunteren Hälfte 10 besteht. Die obere Hälfte 9 ist als Topf aus Weicheisen ausgebildet, vährend die untere Hälfte Ip eine Scheibe aus Weicheisen ist. An der oberen Hälfte sind die Polpaare 1-1', 2-2', 3-3· und 4-4' angeordnet» während die untere Halfte die Polpaare 3-5*_t 6-6·, 7-7' und 8-8* trägt.

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Die Pole sind jeweils symmetrisch zur Mittelachse des Ständers angeordnet und liegen auf dem gleichen Umfang. Sie werden durch Ausstanzen und Umbiegen entsprechender Lappen an den Stirnflächen der Ständerhälften ausgebildet. Dann werden Verzögerungsplatten 11 und 11*_f die aus gelochten Kupferscheiben bestehen, auf die Polschuhe 1-1', 2-2· und 5-5% 6-6* aufgeschoben. Die beide» Ständerhälften werden so zusammengefügt, daß die an ihnen ausgebildeten, ungleichnamigen Polschuhe regelmäßig ineinandergreifen. Innerhalb des Ständers kann sich ein Läufer 12 mittels eines Lagers 13 drehen. Auf dem äußeren Umfang des Läufers 12 sindinsgesamt16 dauermagnetische Läuferpole von abwechselnder Polarität ausgebildet. Zwischen den Ständerpolen und den Lauferpolen ist der erforderliche Luftspalt vorgesehen. Der Laufer 12 ist mittels eines Zwischenstücks 15 aus unmagnetischem Material auf der Lauferwelle 16 befestigt. Um die Ständerpole wird eine Stander wicklung 14 herumgelegt, die mit Wechselstrom gespeist werden kann.

Die Ständerpole sind so angeordnet, daß sich mittels der Verzögerung splatten vier Polgruppen ergeben, und zwar zwei verzögerte und zwei unverzögerte Polgruppen, wobei die Anzahl der verzögerten un<5 d«e unverzögerten Pole gleich groß ist. Wenn alle gleichnamigen Pole uipeinen elektrischen Winkel von 360° gegeneinander versetzt wären, so könnte der Dauermagnetläufer nicht immer in einer bestimmten Richtung von selbst anlaufen, Deshalb Müssen die verzögerten Pole gegen die unver-

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zögerten Pole um einen bestimmten Winkel verschoben werden. Bezeichnet man den durch die Verzögerungsplatten erzwungenen Phasennacheilungswinkel eines verzögerten Pols gegenüber einem zugeordneten unverzögerten Pol in Laufrichtung mit Ü und das Supplement dieses Winkels mit α (also α+β=ΐ80°)₄ so muß zur Erzeugung eines magnetischen Drehfeldes der verzögerte Pol um einen elektrischen Winkel gegenüber dem unverzögerten Pol in Drehrichtung des Läufers versetzt sein, der den Wert 360° . η + α hat (η = Q₁ i_r 2, ,..) .Entsprechend muß ein unverzögerter Pol gegenüber dem in Drehrichtung vorhergehenden verzögerten Pol der gleichen Polarität um den Winkel 360° . η - α versetzt sein. Dagegen müssen benachbarte unverzögerte oder verzögerte gleichnamige Pole untereinander jeweils einen elektrischen Winkelabstand von 360° haben.

So beträgt in Fig. 5 der elektrische Winkel zwischen den unverzögerten Polen 3 und 4 der oberen Ständerhälfte 9 360°_r der elektrische Winkel zwischen den verzögerten Polen 1 und 2 dieser Ständerhälfte beträgt ebenfalls 360° und der elektrische Winkel zwischen des verzögerten Pol 2 und dem unverzögerten Pol 3 hat den Wert von 360°+a. Der Winkel α ist so gewählt/ daß er das Supplement der Phasennacheilung Λ des verzögerten Pols gegen den unverzögerten Pol durch die Verzögerungsplatte darstellt, ϊη diesem Falle kann der Läufer in einer Richtung anlaufen. Wenn ferner der elektrische Winkel zwischen dem zögerten Pol4und dem verzögerten Pol T* 360°-« gemacht wird» so ist die Anlauf richtung die gleiche wie diejenige, dia durch die Wahl MQ?*M wascbm ä*m ve**ä$ex*t«n Pol U u»d- ä&i «siirts¹-:

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zögerten Pol 3 festgelegt ist, d.h. die Drehrichtung des Läufers entspricht dem eingezeichneten Pfeil. Da die durch die Verzog erungsplatten erzeugte Phasennacheilung β etwa 120**- 160° beträgt, ist der elektrische Winkel zwischen dem unverzögerten Pol 4 und dem verzögerten Pol 1· 200 - 240° und der elektrische Winkel zwischen dem verzögerten Pol 2 und dem unverzögerten Pol

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3 etwa 480 - 520 . Es wird angenommen, daß die Verzögerungsplatte, welche die verzögerten Pole 1¹ und 2 umgibt, eine ausreichende Fläche hat, damit sich die nötigen Wirbelströme ausbilden können. Die verzögerten Pole 1 und 2' sind genau in gleicher Weise ausgebildet. Ebenso ist die Polschuhanordnung an der unteren Ständerhälfte 10 genau die gleiche wie in der oberen Ständerhälfte 9 in Fig. 2, gesehen von der Rückseite, so daß die ungleichnamigen Polschuhe regelmäßig ineinandergreifen.

Wenn aber nun, wie erwähnt, der Abstand zwischen den verzögerten und den unverzögerten Polen nur die zwei Werte 360°+α und 360°-« annimmt und die Anzahl der verzögerten und der unverzögerten Pole gleich groß sein soll, so stoßen an der Grenze der verzögerten und der unverzögerten Polgruppe zwei ungleichnamige Pole zusammen, denn der vorderste Pol in Drehrichtung des Läufers in der verzögerten Polgruppe und der hinterste Pol in der unverxögerten Polgruppe überlappen sich, wegen der endlichen Breite ' der Pol schuhe teilweise. Um dies zu vermeiden, hat man bisher die störenden unverzögerten Polschuhe an der Ständerhälfte 9 abgeschnitten. Dann ist aber die Anzahl der unverzögerten Polschuhe kleiner als die Anzahl der verzögerten Polschuhe,

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weshalb der Magnetfluß d er beiden Polgruppen nicht mehr, gleich groß ist, und das magnetische Drehfeld elliptisch wird. Dadurch werden die Startwilligkeit und die Laufeigenschaften des Läufers sehr unstabil.

Um diesem Ueb el stand abzuhelfen, sind erfindungsgemäß der vorderste verzögerte Pol in Laufrichtung und der hinterste unverzögerte Pol an der Grenze zweier Polgruppen kürzer als die anderen Polschuhe und stehen einander so gegenüber_f daß die entgegengesetzt gepolten Magnetflüsse teilweise kurzgeschlossen werden.

Fig. 5 ist eine Abwicklung der Ständerpolanordnung gemäß der Erfindung. Die Drehrichtung des Läufers ist durch den Pfeil angedeutet. 1—1·, 2-2*, 3-3' und 4-4' sind dUe von der oberen Polplatte 9 ausgehenden Polsckuhe, während 5-5', 6-6·, 7-7' und 8-8* die von der unteren Polplatte 10 ausgehenden Polschuh« sind. Die Polschuhe 1—1· _K Z-2* und 5-9*» £-6* sit«! «it Verzögerungsplatten versehen; die verzögerung ist durch lchraffur angedeutet. Die riehtschraffierten Pole sind unvereögert. An der Grenze A der verzögerten und der unverzögerte» Polgruppe sind erfindungsgemäß die vordersten verzögerten Polschuhe 5 und 5' in Lauf richtung und di· hintersten unversteuerten Polschuhe 4 und 4* kürzer als die anderen Polschuh«. Pi« ungleichnamigen Pol schuhe 4 und 5' bzw. 4¹ und 5 stehen einander so gegenüber, daß sie sich gans oder nahezu berühren, so daß die Magnetflüsse teilweise kurzgeschlossen sind. Anstatt die

verkürzten Polschuhe wie in Piff. 5 stumpf aneinanderstoßen , ^. 00983Ö/0474

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zu lassen, können sie auch wie in Fig. 6 und 7 abgeschrägt oder abgestuft ausgebildet sein.

Der dargestellte erfindungsgemäße Motor hat somit die folgenden Merkmale:

I.' Die· Anzahl der von der oberen und von der unteren Ständerhälfte ausgehenden Pole ist die gleiche und die Gesamtzahl dieser Ständerpole stimmt mit der Gesamtzahl der Läuferpole überein.

II. Die Ständerpole sind in vier Gruppen, nämlich zwei unverzögerte Polgruppen und zwei verzögerte Polgruppen aufgeteilt, die abwechselnd aufeinander folgen» wobei die Polzahl in jeder Gruppe die gleiche ist.

III. Der Abstand benachbarter gleichnamiger Pole in jeder Gruppe entspricht einem elektrischen Winkel von 360°. Der Abstand zwischen dem vordersten unverzögerten Pol einer Gruppe in Drehrichtung des Läufers und dem benachbarten verzögerten Pol entspricht dem elektrischen Winkel 36Ο°+α und der Abstand zwischen dem vordersten verzögerten Pol einer Qruppe in Drehrichtung des !»Eufetfs und dem benachunverzögerten Pol entspricht dem elektrischen winkel

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IY. Von den acht Polen, die von der unteren Ständerbau?te ausgehen, sind die beiden vordersten Pole in Drehrichtung des Läufers in den verzögerten Polgruppen kurzer als die anderen sechs Pole. In der oberen Ständerhälfte sind die beiden hintersten Pole in Drehrichtung des Läufers in den . unverzögerten Polgruppen kurzer als die anderen sechs Pole.

^ V. Der Abstand zwischen benachbarten Polen innerhalb der unverzögerten und der verzögerten Polgruppen nach dem Zusammenbau der beiden Ständerhälften entspricht dem elektrischen Winkel 180°.

VI. Nach dem Zusammenbau entspricht der Abstand zwischen den verkürzten unverzögerten und verzögerten Polen dem elektrischen Winkel i80°-a, d.h. einem elektrischen Winkel, der gleich dem Phasennacheilungswinkel ß des Magnetflusses des verzögerten Pols hinsichtlich des unverzögerten Pols ist. Infolgedessen können diese kurzen Pole einander ganz oder nahezu berühren, weil die Magnetflüsse in ihnen die gleiche Phase haben.

Die Erfindung hat die folgenden Hauptvorteile!

I. Da der unverzögerte und der verzögerte Pol entgegengesetztei* Maritat räumlich einander ganz oder nahezu berühren^könan die .Magnetflüsse entgegengesetzter Polarität an dieser Stelle kurzgeschlossen werden und die itöheren Marmonisehen des -Magnet«

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flusses in den Standerpolen werden selbsttätig unterdrückt, wodurch die Verzerrung des magnetischen Drehfeldes vermieden wird,und die Startwilligkeit, sowie das Drehmoment des Motors verbessert werden.

II. Die Magnetflüsse der unverzögerten und der verzögerten Pole sind gleich groß.

III. Die Anordnung der Ständerpole an den oberen.und den unteren Ständerhälften ist genau die gleiche, wodurch die Kosten des Ausstanzens und Aufbiegens der Polschuhe verringert werden.

IV\ Da auch die oberen und die unteren Verzögerungsplatten genau übereinstimmen, läßt sich die Herstellung weiter vereinfachen .

V, Da die Ümlaufxichtung des magnetischen Drehfeldes in einfacher Weise durch anderes Einsetzen der Verzögerungsplatten gewechselt werden kann, ist der gleiche Motor ohne jede weitere Abänderung für beide Drehrichtungen geeignet (vergl. Fig* 8 und 9).

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Claims

München at*n ' ^ ^ ^ PATENTANmLT . «uncnen, aen DR. HEINRICH HERMELINK M 46 - Dr 8Mto*en60,ApoüoWeg9(TeL572743 M W 1/Γ. Matsushita Denko Kabushiki Kaisha Patentan Sprüche

1. Ständer für einen Synchronmotor mit dauermagnetischem Läufer, bei dem Ständer und Läufer gleichviel Pole haben und die Ständerpole in je zwei Gruppen gleichvieler unverzögerter und verzögerter Pole aufgeteilt sind, some die verzögerten Pole um 36Ö°+a in Drehrichtung des Läufers gegen die gleichnamigen unverzögerten Pole versetzt sind, wobei α der elektrische Supplementwinkel des durch die Verzögerung erzeugten Phasennacheilungswinkels ist, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils der in Drehrichtung vorderste Polschuh (5,5') einer verzögerten Polgruppe und der hinterste Polschuh (4',4) einer unverzögerten Polgruppe kürzer als die anderen ELschuhe und so ausgebildet sind, daß sie einander nahe gegenüberstehen und die ungleichnamigen Magnetflüsse durch sie teilweise kurzgeschlossen werden.

2. Stander nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verkürzten ungleichrtinigen Polschuhe einander berühren.

3. Ständer nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die gleichnamigen Polschuhe je an ei_ner Polplatte (9,10) aus Weicheisen

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angeformt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den benachbarten unverzögerten und verzögerten Polen an der Grenze der Polgruppen den elektrischen Winkeln von 36O°+a oder 360-« entspricht und daß die Abstände der Polschuhe untereinander in den beiden Polplatten genau gleich sind,

4. Ständer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die in die Polplatten eingelegten Verzögerungsplatten (11), welche die Füße der verzögerten Polschuhe umgeben, die gleiche Gestalt und Größe haben und daß die Umlaufrichtung des magnetisehenDrehfeldes durch anderes Einsetzen der Verzögerungsplatten geändert werden kann.

5. Ständer nach einem dar vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das in jeder der beiden Polplatten acht Ständerpole ausgestanzt und abgebogen sind _? wobei je evei benachbarte Pol· eilt« Polgruppe bilden und die Pole der verzögerten und der unverzögeten Polgruppen einander

-. dl'^atral gegenüberliegen, sovie daß sich in der Mitte ' der PoSpl*tten ein 16-poliger dauermagnetischer Läufer

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