DE1763043A1

DE1763043A1 - Polarized synchronous micro motor

Info

Publication number: DE1763043A1
Application number: DE19681763043
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl-Phys Benzinger; Gunter Dipl-Phys Vieweg
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1968-03-27
Filing date: 1968-03-27
Publication date: 1971-05-19
Also published as: CH487529A; DE1763043B2; NL6903067A

Description

Polarisierter Synchron-Kleinstmotor Die Erfindung bezieht sich auf einen polarisierten Synchron-Kleinstmotor, dessen Permanentmagnetläufer konzentrisch von Klauenpolen abwechselnder Polarität umgeben ist, die von zu beiden Seiten des Läufers angeordneten Ständerleitblechen getragen und über einen geschlossenen Eiaenkreis von einer gemeinsamen Ständerspule erregt werden. Um den Wirkungsgrad solcher Motoren günstig-zu gestalten, wird# ein möglichst geringer Luftspalt zwischen Läufer und itänderpolen sowie ein geringer magnetischer Widerstand des Eisenkreises angestrebt. Das hat zur Folge, daß sich bei unerregter Ständerspule der Permanentmagnetläufer zu den Ständerpolen so einzustellen versucht, daß die Achsen der Läüferpole mit den Schwerpunktsachsen der Ständerpole zusammenfallen, da in diesem Falle der über ;.lfti Luftspalt zwischen Läufer und Ständerpolen verlaufendeg durch den Permanentmagnetläufer erregte magnetische Kreis in dem Eisenkreis (Erregerkreis) einen erheblich geringeren magnetischen Widerstand vorfindet, als über die Ständerpole und Arbeitsluftspalte. Fallen aber die Achsen der Läuferpole mit den Schwerpunktsachsen der Ständerpole genau zusammen, so wird bei Wechselstromerregung kein Drehmoment erzeugt, d.h. der Motor läuft nicht An. Es läßt sich daher nicht mit Sicherheit sagen, ob der nach Abschalten der Erregung zur Ruhe gekommene Läufer beim Einschalten der Erregung. auch wieder anläuft, insbesondere bei unbelastetem Läufer. Polarized synchronous miniature motor The invention relates to a polarized synchronous miniature motor whose permanent magnet rotor is concentrically surrounded by claw poles of alternating polarity, which are carried by stator guide plates arranged on both sides of the rotor and excited by a common stator coil via a closed loop. In order to make the efficiency of such motors favorable, # the smallest possible air gap between the rotor and the alternator poles and a low magnetic resistance of the iron circuit are aimed for. As a result, when the stator coil is unexcited, the permanent magnet rotor tries to adjust itself to the stator poles in such a way that the axes of the rotor poles coincide with the center of gravity of the stator poles, since in this case the air gap between rotor and stator poles running through the permanent magnet rotor is excited magnetic circuit in the iron circuit (excitation circuit) finds a considerably lower magnetic resistance than via the stator poles and working air gaps. If, however, the axes of the rotor poles coincide exactly with the center of gravity axes of the stator poles, no torque is generated with AC excitation, ie the motor does not start. It can therefore not be said with certainty whether the runner, which has come to rest after the excitation has been switched off, when the excitation is switched on. also starts up again, especially when the runner is unloaded.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen polarisierten Synchron-Kleinstmotor der eingangs beschriebenen Art de"a.rt ausauszubilden, daß er mit Sicherheit unabhängig von der Bel93tung anläuft. Der erfindungegemäße Motor ist dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Kreis derart ausgebildet ist, daß bei unerregter Ständerspule der magnetische Widerstand des sich über die Pole schließenden, vom Permanentnagnetläufer erregten Kreises kleiner als der magnetische Widerstand des Eisenkreises (Erregerkreises ) ist. Damit wird eine eindeutige Anlaufstellung geschaffen, da sich nunmehr die Achsen der Läuferpole annähernd in die Mitte der Arbeitsluftspalte einstellen, denn nur auf diese Weise wird bei unerregter Ständerspule der magnetische Widerstand des si--h über die Pole schließenden, vom Permanentmagnetläufer erregten Kreises ein Minimum. Der magnetische Eisenkreis wird vorzugsweise durch Einfügen von Luftspalten und/oder Engstellen erhöht.The invention is based on the object of a polarized synchronous micromotor of the type described above to train that he is independent with security from the exposure. The engine according to the invention is characterized in that that the magnetic circuit is designed such that when the stator coil is unexcited the magnetic resistance of the permanent magnet rotor closing via the poles excited circuit smaller than the magnetic resistance of the iron circuit (excitation circuit ) is. This creates a clear starting position because the axes are now set the rotor poles approximately in the middle of the working air gap, because only In this way, when the stator coil is not excited, the magnetic resistance of the si - h via the poles closing circuit excited by the permanent magnet rotor Minimum. The magnetic iron circuit is preferably created by inserting air gaps and / or bottlenecks increased.

Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel eines Motors schematisch dargestellt ist, wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 eine Ansicht, Figur 2 eine Seitenansicht im Schnitt, Figur 3 die beiden stirnseitig angeordneten Klauenpolkränze mit den unmagneti3chen Scheiben und dem Permanentmagnetläuf er in auseinandergezogener, schaubildlicher Darstellung und Figur 4 einen Teil der in die Ebene abgerollten Klauenpolkränze und links daneben einen Schnitt durch den die Erregerspule tragenden Teil des Motors.The invention is explained in more detail with reference to the drawing, in which an exemplary embodiment of a motor is shown schematically. 1 shows a view, FIG. 2 a side view in section, FIG. 3 the two claw pole rims arranged on the end face with the non-magnetic disks and the permanent magnet barrel in an exploded, diagrammatic representation, and FIG. 4 part of the claw pole rims rolled into the plane and one to the left Section through the part of the motor carrying the excitation coil.

Als Ausführungsbeispiel ist eine Bauform gewählt, wie sie Gegenstand der älteren Anmeldung S 109 877 VII1b/21d (PLA 67/1259) bildet.As an exemplary embodiment, a design is selected as it is the subject of the earlier application S 109 877 VII1b / 21d (PLA 67/1259) .

Mit 1 ist eine Ständerspule bezeichnet, die auf einem Spulenkörper 2 aus Kunststoff gewickelt ist. Mit 3 sind Anschlußfahnen bezeichnet. Der Spulenkörper 2 ist auf einem Kern 4 aufgeschoben, welcher an den Enden abgesetzt ist und Ständerleitbleche 5 trägt. An diesen sind Klauenpolkränze 6 durch eingenietete Lager 7 befestigt. Zur Erhöhung des magnetischen Widerstandes des Eisenkreises sind zwischen Ständerleitblechen 5 und Klauenpolkr,#inzen. 6 Kunststoffscheiben 3 eingelegt. Die Pole 9 der- Klauenpolkränze 6 umgeben konzentrisch einen Läufermagneten 10, der auf einer Achse 11 befestigt ist. Mit 12 ist der Luftspalt.zwischen Magnetkörper 10 und Ständerpolen 9 bezeichnet. Die Pole 9 sind von einem Kunststoffrohr 13 umgeben, welches als Distanzstück zwischen den Ständerleitblechen 5 dient. Durch Kerben 14 (Figur 1) ist angedeutet, daß der Kern 4 mit den Ständerleitblechen 5 vernietet ist. 1 with a stator coil is referred to, which is wound on a bobbin 2 made of plastic. With 3 terminal lugs are designated. The coil body 2 is pushed onto a core 4, which is offset at the ends and carries stator guide plates 5. Claw pole rings 6 are attached to these by riveted bearings 7 . To increase the magnetic resistance of the iron circle, pins are placed between the stator guide plates 5 and the claw pole. 6 plastic discs 3 inserted. The poles 9 of the claw pole rings 6 concentrically surround a rotor magnet 10 which is fastened on an axle 11. The Luftspalt.between magnet body 10 and stator poles 9 is denoted by 12. The poles 9 are surrounded by a plastic tube 13 which serves as a spacer between the stator guide plates 5 . Notches 14 (FIG. 1) indicate that the core 4 is riveted to the stator guide plates 5.

Figur 3 zeigt die auseinandergezogen dargestellten Klauenpolkränze 5 mit dem Läufer 10, 11, und den Scheiben 8. FIG. 3 shows the claw pole rings 5 with the rotor 10, 11, and the disks 8 , shown in an exploded manner.

Wie aus Figur 4 zu ersehen ist, sind die tangential verlaufenden Arbeitsluftspalte 15 erheblich breiter als die radial verlaufenden Luftspalte 12 zwischen Permanentmagnetläufer 10 und Ständerpolen g. Ferner sei noch bemerkt, daß der Permanentmagnetläufer 10 ebenso viele Pole aufweist, wie Ständerspole vorhanden sind, wobei in Umfangsrichtung gesehen, sich Nord- und Südpole abwechseln, wie in Figur 4 mit N und S angedeutet ist.As can be seen from FIG. 4, the working air gaps 15 running tangentially are considerably wider than the air gaps 12 running radially between the permanent magnet rotor 10 and the stator poles g. It should also be noted that the permanent magnet rotor 10 has as many poles as there are stator poles, with north and south poles alternating as seen in the circumferential direction, as indicated by N and S in FIG.

Es sei nun der Fall betrachtet, daß zwischen den Ständerleitblechen 5 und den Klauenpolkränzen 6 keine Scheiben 8 aus unmagnetischem Material eingefügt sind. Es liegen dann die Klauenpolkränze 6 satt an den Ständerleitblechen an) 10 der magnetische Eisenkreis einen relutiv geringen Widerstand aufweist. Consider now the case that no disks are inserted from non-magnetic material 8 between the Ständerleitblechen 5 and the Klauenpolkränzen. 6 The claw pole rings 6 then lie snugly against the stator guide plates) 10 the magnetic iron circuit has a relatively low resistance.

Liegt die Erregerspule 1 nicht an Spannung, so wird dt"l- Permanentmagnetläufer 10 in bezug auf die 1->'tänderpolp- 9 ein(2 bestimmte itellung einnehmen, und zwar eine solche, daß der magnetische Widerstand des vom Permanentmagnetläufer erregten Krei3es ein Minimum wird. Ohne die Kunststoffscheiben 8 weist der Eisenkreis, der von zwei benachbarten Läuferpolen (S), (N) U6er dJLe TUftSpalte 12, die zugehörigen Ständerpole 9, die Böden der Klauenpolkränze 6, die itänderleitbleche 5 und den Kern 4 verläuft, einen wesentlich geringeren magnetischen Widerstand auf, als der majr#etis2he Kreis, der vom Pol (N) über Luftspalt (12), den darUberliegenden Ständerpol 9, den Arbeitsluftspalt 15, den danebenliegenden Ständerpol 9, den Luftspalt 12, zum Pol (3) des Permanentwagnetläufers verläuft. Wie sich aus Figur 2 und 4 ersehen lädt, w.&'.rd der magnetische Widerstand des Eisenkreises dann ein Minimum, wenn die magnetischen Achsen der Läuferpole mit den Jchwerpunktsachsen der Ständerpole 9 zusammenfallen, d.h. unter jedem Ständerpol 9 ein Läuferpol (N) bzw. (3) zu liegen kommt.The exciting coil 1 is not due to voltage so dt "l- permanent magnet rotor 10 with respect to the 1 ->'tänderpolp- 9 is a (2 specific itellung take, namely such that the magnetic resistance of the excited by permanent magnet rotor Krei3es a minimum Without the plastic disks 8 , the iron circle that runs from two adjacent rotor poles (S), (N) U6er dJLe TUftSpalte 12, the associated stator poles 9, the bottoms of the claw pole rims 6, the side guide plates 5 and the core 4 is much smaller magnetic resistance, as the major circle that runs from pole (N) via air gap (12), overlying stator pole 9, working air gap 15, adjacent stator pole 9, air gap 12, to pole (3) of the permanent magnet rotor. As can be seen from FIGS. 2 and 4, the magnetic resistance of the iron circle is at a minimum when the magnetic axes of the rotor poles coincide with the center of gravity of the stator poles 9 nfall, ie a rotor pole (N) or (3) comes to lie under each stator pole 9.

Diese Stellung der Läuferpole (3), (N) zu den Gtänderpolen hat zur Folge, daß beim Anlegen einer Wech selspannung an die Spule 1 keinerlei Drehmoment zwischen Ständer und Läufer erzeugt wird, so daß der Läufer aus dieser Stellung nicht anzulaufen in der Lage ist. Bei jeder Abweichung aus dieser Lage, läuft jedoch der Motor an. Durch die vom Läufer angetriebene Last und durot-., Reibungsverhältnisse wird zwar die Stellung, in der kein Drehmoment ausgeübt wird, selten erreicht, kommt aber gelegentlich doch imm-r wieder vor, was nicht nur unerwünscht, sondern auch unter allen Umständen vermieden werden muß.This position of the rotor poles (3), (N) to the Gtänderpolen has the consequence that no torque is generated between the stator and rotor when a Wech is applied to the coil 1 , so that the rotor is not able to start from this position . With every deviation from this position, however, the motor starts up. Due to the load driven by the rotor and the constant friction conditions, the position in which no torque is exerted is seldom reached, but it occasionally happens again, which is not only undesirable but must also be avoided under all circumstances .

Durch die Einlage der unmagnetischen Scheiben 8 zwischen Klauenpolkränzen 6 und Ständerleitblechen 5 wird künstlich ein Luftspalt in Stärke der Scheibe erzeugt, der den magnetischen Widerstand des Eisenkreises entsprechend herausgesetzt. Es genügt bereits eine relativ dünne Scheibe, um den magnetischen Widerstand des Eisenkreises soweit zu erhöhen, daß bei unerregter Ständerspule der magnetische Widerstand des sich über die Arbeitsluftspalte schließenden, vom Permanentmagnetläufer erregten Kreises kleiner als der magnetische Widerstand des Eisenkreises ist. Dieser magnetische Widerstand wird dann ein Minimum, wenn die Läufe'rpole N und S die in Figur 4 gezeichnete Stellung einnehmen. Die einzelnen Ständerpole 9 bilden dann zwischen den Läuferpolen N und S eine magnetische Brücke. Der magnetische Widerstand des über die tangentialen Arbeits luftspalte vom Permanentmagnetläufer erregten Kreises könnte zwar auch durch Verkleinerung der Arbeitsluftspalte erniedrigt werden, aber dieshitteden Nachteil, daß dtxrch die damit zwangsweise verbundene Verbreiterung der.Ständerpole eine trapezförmige Flußverte ilung entstehen würdeg. die infolge ihres Oberwellengehaltes Drehschwingungen des Läufers hervorrufen würde.By inserting the non-magnetic disks 8 between claw pole rings 6 and stator guide plates 5 , an air gap in the thickness of the disk is artificially created, which exposes the magnetic resistance of the iron circle accordingly. A relatively thin disk is sufficient to increase the magnetic resistance of the iron circuit to such an extent that when the stator coil is unexcited, the magnetic resistance of the circuit excited by the permanent magnet rotor, which closes via the working air gap, is less than the magnetic resistance of the iron circuit. This magnetic resistance then becomes a minimum when the rotating poles N and S assume the position shown in FIG. The individual stator poles 9 then form a magnetic bridge between the rotor poles N and S. The magnetic resistance of the circle excited by the tangential working air gaps from the permanent magnet rotor could also be reduced by reducing the working air gaps, but this has the disadvantage that the widening of the stator poles that is inevitably associated with it would result in a trapezoidal flux distribution. which, due to its harmonic content, would cause torsional vibrations in the rotor.

Es hat sich gezeigt, daß bereits ein Luttspalt von 0,2 mm ausreichend ist, um eine eindeutige Anlaufstellung,des Moiors zu erhalten. Überraachenderweise hat sich hierbei gezeigt, daß die Einfügung des Luftspaltes, insbe s. an der in Figur 2 dargestellten Stelle, mir einen kaum merklichen Leistungsabfall zur Folge hat. Die Einlagen 8 können aus jedem beliebigen unmagnetischen Materill gefert». sein. Vorzugsweise wird man als Einlagen Kunststofffolien verwenden. Ferner kann zur Erzielung eines definierten LuftspaltAs an den Berührungsstellen der Klauenpolkränze und der Ständerleitbleche 5 ein galvanischer Überzug vorgesehen sein. Ferne,- ist es durchaus möglich, durch im Eisenkreis vorgesehene Engstellen eine Erhöhung des magnetischen Widerstandes zu erzielen. Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Widerstandserhöhung an einer Stelle vorgenommen wird, die möglichst nahe an den Ständerpolen liegt.It has been shown that a vent gap of 0.2 mm is sufficient to obtain a clear approach position, of the moiors. Surprisingly, it has been shown here that the insertion of the air gap, in particular at the point shown in FIG. 2, results in a hardly noticeable drop in performance. The inserts 8 can be made from any non-magnetic material. be. Plastic films will preferably be used as inserts. Furthermore, in order to achieve a defined air gap, a galvanic coating can be provided at the contact points of the claw pole rims and the stator guide plates 5. Far, - it is quite possible to achieve an increase in the magnetic resistance through narrow points provided in the iron circle. It is particularly advantageous if the increase in resistance is carried out at a point that is as close as possible to the stator poles.

Die erfindungsgemäße Maßnahme ist nicht beschränkt auf die in der Zeichnung dargestellte Motorkonstruktion, sondern kann auch bei MotorausfUhrungen mit Erfolg angewandt werden, bei denen die Ständerspule konzentrisch zu den Polen angeordnet ist.The measure according to the invention is not limited to that in Motor construction shown in the drawing, but can also be used for motor versions be used with success in which the stator coil is concentric to the poles is arranged.

Claims

5. Synchronous miniature motor according to claim 3, characterized in that a plastic film is inserted between the stator guide plate and claw pole ring. 6. Synchronous miniature motor according to claim 3, characterized in that to form a defined air gap between the stator guide plate and the claw pole ring at least at the point of contact of one of the two parts is provided with a galvanic coating of non-magnetic material.