DE1933422B2

DE1933422B2 - Selbstanlaufender Einphasensynchronmotor

Info

Publication number: DE1933422B2
Application number: DE1933422A
Authority: DE
Inventors: Jirair A. Providence R.I. Babikyan (V.St.A.)
Original assignee: Sanders Associates Inc
Current assignee: Lockheed Martin Corp
Priority date: 1968-07-02
Filing date: 1969-07-01
Publication date: 1974-08-15
Also published as: GB1274483A; DE1933422A1; US3569753A; DE1933422C3; FR2012153A1; JPS507723B1

Description

Die Erfindung betrifft einen selbstanlaufenden Einphasensynchronmotor mit einer Haupt- und einer fieser gegenüber pnasenverschobenen Anlaufhilfs-

¹ wicklung sowie weiteren Wicklungen im Ständer und • einem vielpoligen Permanentmagnetläufer.

_irEin derartiger Synchronmotor wird mit seiner

i tiauptwicklung aus dem Wechselstromnetz gespeist,

^iwährend die AnlaufhflfswicHung ihre zuai Anlauf

^erforderliche Speisung aus einem Verstärker erhält, dessen Steuerspannung einer Generatorhilfswicklung tm Synchronmotor entnommen wird, die bereits bei

ίο kleinsten Schwingbewegungen des Feldmagneten induziert wird. Anlaufhilfswicklung und Generatorhilfswicklung dieses bekannten Motors bilden einen von der Speisespannung völlig getrennten Hilfsstromkreis, der zur Erzeugung der Verstärkereingangs- spannung und für das Anlaufhilfsdrehnioment mit zwei zusätzlichen Magneten ausgestattet ist.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen selbstanlaufenden Einphasensynchronmotor zu schaffen, der es mit einfachsten Mitteln erlaubt, den Motor in einer gewünschten Drehrichtung anlaufen zu lassen, und der raumsparend und materialsparend gebaut ist, was gerade für kleine Synchronmotoren besonders wichtig ist.

Diese Aufgabe wird mit der Erfindung dadurch gelöst, daß die weiteren Wicklungen im Ständer zwei um eine halbe Polteilung gegeneinander versetzte Drehrichtungsdetektorwicklungen sind und die hierin induzierten Spannungen zur Auswahl einer positiven oder negativen Tmpulskette dienen, welche von einem Impulsgenerator zur Speisung der Ständerhaupt- und gegebenenfalls der Anlaufhilfswicklung geliefert werden, wobei die Anlaufhilfswicklung bei Vorhandensein einer Spannung aus den Drehrichtungsdetektorwicklungen abgeschaltet ist.

Es wird also nur ein einziger Satz von Permanentmagneten bei der Erfindung benötigt, der sowohl in Verbindung mit der stromdurchflossenen Hauptwicklung für die Drehmomentbildung des Synchronmotors sorgt als auch im Zusammenwirken mit der AnI aufhilf swicklung selbst anläuft und der Spannungen in den Richtungsdetektorwicklungen induziert, die als Schalthilfsgrößen dienen, einmal zum Einschalten der Hilfswicklung für d?n Anlauf überhaupt und zum anderen, um ausgewählt der Haupt- und gegebenenfalls Anlaufhilfswicklung die richtige von zwei ImpulsVetten aus dem Impulsgenerator zuzuleiten, damit der Motor in der gewünschten Drehrichtung anläuft. Da die Anlaufhilfswicklung im Normalbetrieb stromlos ist, braucht sie thermisch nur füi den Anlauf ausgelegt zu werden, so daß der Motot der wichtigen Forderung bei Kleinstmotoren der Material- und Raumeinsparung nachkommt. Die ah reine Steuerspannungslieferanten dienenden Detektorwicklungen sind thermisch ebenfalls nicht bean· sprucht.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sine den Unteransprüchen zu entnehmen und werden ir der nachfolgenden Beschreibung von Aufbau um Wirkungsweise eines Ausführungsbeispiels offenbar In der Zeichnung 7.cigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung in perspek tivischer Sicht eines Motors nach der Erfindung welcher der Deutlichkeit halber auseinandergehe gen ist,

F i g. 2 ein Schemadiagramin, das die relativ* Winkellage der die Drehlichtung bestimmende! Wicklungen zueinander und zur Hauptwicklung wie dcrgibt,

Fig. 3a eine Draufsicht auf die Magnetpole einer Feldeinheit des Motors,

Fig. 3b, 3c und 3d graphische Darstellungen für die Erläuterung der Erfindung,

Fig.4 ein Schemadiagramm zur Erläuterung der relativen Winkellage zwischen Hilfswicklung und Hauptwicklung und

Fig. 5 ein Blockschaltbild eines Steuerkreises für den Anlauf des erfindungsgemäßen Motors in vorbestinimter Drehrichtung.

Die in Fig. 1 gezeigte Anordnung zeigt die Ständergruppe 17, die zwischen einem Paar umlaufender Feldeinheiten 14 und IS eingesetzt wird. Diese bestehen aus einer Anzahl von Permanentmagneten €A bis 13 Λ »and 65 bis 13 B, die auf Platten 22 aus einem hinreichend hochpermeablen, ferromagnetischen Material wie etwa Eisen befestigt sind, wobei diese Platten durch je eine Nabe 16 auf einer Welle 18 drehfest aufgesetzt sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist jede Feldeinheit vie: Paare von Magneten auf. Die Magnete sind im Kreis nahe der Peripherie der Platten 22 angeordnet. Jeder Magnet, wie etwa der Magnet 6 σ, ist entgegengesetzt polarisiert wie die beiden benachbarten Magnete, z. B. Ta und 13 a, und die einander gegenüberliegenden Magnete 6 a bzw. 6 b der beiden Feldeinheiten haben auf den einander zugewandten Seiten entgegengesetzte Polarität. Die magnetischen Kraftlinien jedes Magnets verlaufen parallel zur Welle 18, und die resultierenden Magnetflüsse, die durch die Magnetpaare 6 a, 6 b bis 13 a, 13 b erzeugt werden, verlaufen im Luftspalt ebenfalls parallel zur Welle 18. Laufen" die Feldeinheiten um, so laufen auch die Magnetpaare und die zugehörigen Magnetflüsse mit um. Die Abstände zwischen den einander gegenüberliegenden Magneten der Feldeinheiten 14 und 15 und auch die Luftspalte zwischen der Statoranordnung und den Magneten werden so klein wie möglich gehalten, was auch dadurch unterstützt wird, daß die Dicke der Ständeranordnung 17 möglichst gering gewählt wird, um das größtmögliche Drehmoment erzeugen zu können.

Die Ständeranordnung 17 ist mit einer Hauptwicklung 32, zwei Drehrichtungsdetektorwicklungen 23 und 25 und einer Anlaufhilfswicklung 36 ausgestattet, die sämtlich vorzugsweise nach dem Verfahren der gedruckten Schaltungen hergestellt sind. Aus Deutlichkeitsgründen sind in der Darstellung die Haupt- und Anlaufhilfswicklung 32 bzw. 36 auf einer ersten Scheibe und die zwei die Drehrichtungsdetektorwicklungen 23 bzw. 25 auf einer zweiten Scheibe dargestellt. Wenngleich eine derartige Anordnung auch zu zufriedenstellenden Ergebnissen führt, werden doch vorzugsweise sämtliche Wicklungen in verschiedenen Ebenen auf einer einzigen Scheibe erzeugt. Eine derartige mehrschichtige Konstruktion ist dem Fachmann bekannt.

In der F i g. 2 ist der tatsächliche Aufbau der Drehrichtungsdetektorwicklungen 23 und 25 wiedergegeben, deren Aufgabe es ist, ein Signal zu erzeugen, das für die augenblickliche Drehrichtung des Motors charakteristisch ist. Eine der Drehrichtungsdetektorwicklungen ist mit ausgezogenen Linien 23 (α bis h) dargestellt, während die zweite durch unterbrochene Linien 25 (a bis h) gezeichnet ist, was lediglich der Unterscheidung dienen soll. In die F i g. 2 ist außerdem der Rotor mit einer bestimmten Stellung der Magnete 6 a bis 13 a eingezeichnet. In diesem speziellen Augenblick / wird in der mit durchgezogenen Strichen gezeichneten Wicklung 23 die größtmögliche Spannung erzeugt, während die in der gestrichelt gezeichneten Wicklung 25 erzeugte Spannung Null ist. Der Grund dafür ist der, daß in diesem Augenblick eine maximale Leiterlänge jedes Leiterabschnitts 23 α bis 23 A die zugehörigen Feldlinien schneidet, so daß eine maximale Spannung damit erzeugt wird, während von der Wicklung 25

ίο gleich große Längen benachbarter Leiter wie etwa 25 d und 25 e über demselben Mag^^tpol liegen, wobei in dem einen Leiterabschnitt eine positive und in dem anderen Leiterabschnitt eine negative Spannung erzeugt wird, die sich dann gegenseitig aufheben.

Wie aus der Darstellung hervorgeht, wird jede der Drehrichtungsdetektorwicklungen 23 und 25 aus einer Vielzahl von Leiterabschnitten 23 α bis 23 A und 25 a bis 25 A gebildet, die in Reihe geschaltet sind, was acht Leiterabschnitte oder zwei Leiterabschnitte je Polpaar bedeutet. Die Stellung jedes Leiterabschnitts in bezug auf einen benachbarten Magnet ist derart, daß die Leiterabschnitte von einer Ecke über die geometrische Mitte des Magnets zur entgegengesetzten Ecke verlaufen. Der Grund für diese besondere Form wird nun erklärt. Aneinandergrenzende Leiterabschnitte sind überdies so geformt, daß während eines bestimmten Zeitpunkts / während der Rotation ein Leiterabschnitt 23 c von der unteren linken zur oberen rechten Ecke den Magneten überkreuzen, während die benachbarten Leiterabschnitte 23 d und 23/ die benachbarten Magnete von der oberen linken zur unteren rechten Ecke überkreuzen. Die Begründung hierfür ist, daß, wenn ein Leiter das Feld eines Nordpols und ein zweiter Leiter das Feld eines angrenzenden Südpols schneidet, in jedem der beiden Leiter eine Spannung induziert wird, die einen Strom zur Folge hat, der in derselben Richtung fließt wie der andere, die Ströme sich also addieren. Die Leiter haben also abwechselnd positive und negative Steigungen, so daß sie an ihren einander zugeneigten Enden miteinander verbunden werden können. Es sei bemerkt, daß die acht Lehrabschnitte α bis /1, die miteinander in Reihe geschaltet sind, vier Schleifen bilden oder eine Schleife für jedes Magnetpaar. Die vier Schleifen stellen einen elektrischen Kreis dar, der der Gestalt der Feldeinheiten 14 und 15 angepaßt ist und der ein Ausgangssignal erzeugt. Die eine der die Drehrichtungsdetektorwicklunger 23 ist gegenüber der zweiten Wicklung 25 um einer elektrischen Winkel λ oder .-τ/2 verdreht. Wegen dieser Winkelverdrehung eilt die in der einen Wicklung induzierte Spannung der in der anderen voraus. Vor der Dreh richtung des Motors hängt es ab, ob di< Spannung in der Detektorwicklung 23 der Spannunj in der Detektorwicklung 25 vor- oder nacheilt.

In F i g. 2 ist auch die Lage der Hauptwicklung 3i gegenüber den beiden Detektorwicklungen 23 und 2! angedeutet. Der Grund für eine derartige Verschie bung wird an späterer Stelle erläutert.

Die besondere Form der Detektorwindungen 2. und 25 wird im Zusammenhang mit F i g. 3 erläutert In Fig. 3a ist eine Abwicklung der Magnete eine Feldeinheit gezeigt. In der F i g. 3 a sind die Magnet quadratisch gezeigt, und die Leiter sind darin geradi Linien. Die Neigung der Leiter ist so gewählt, dal sie sich von einer Ecke des Magnets diagonal zu gegenüberliegenden erstrecken. Wird nun der Leite

durch das Magnetfeld des Magnets hindurchbewegt, so wird in ihm eine Spannung induziert, die eine Kurvenform gemäß Fig. 3b, 3c und 3d hat. Es sei bemerkt, daß diese Spannungskurve zwischen positiven und negativen Weiten ähnlich einer Sinuslinie schwankt. Es ist möglich, die Leiter so zu gestalten, daß die induzierte Spannung genau Sinusform oder auch andere Wellenformen aufweist, jedoch in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Magnete so gestaltet und ist die Neigung der Leiter so gewählt daß die gezeigte Spannungskurve erzeugt wird. Dies hat seinen Grund besonders darin, daß Vergleichskreise, die später noch beschrieben werden, zwischen einer negativen und einer positiven Steigung besser unterscheiden können, wenn die induzierten Spannungen sich ihren Maxima entweder mit positiven oder negativen Vorzeichen nähern. Die Beziehung zwischen den positiven und negativen Steigungen wird im Zusammenhang mit der Tafel I später noch beschrieben werden.

Die besondere Form der Kurve 89, die in der Fig. 3b dargestellt ist, ist ein Geradenzug mit positiver Steigung und einen einzelnen Knick zwischen den Zeitpunkten il und f 3, die entlang der Abszisse 33 des Diagramms aufgetragen sind, und während des Zeitabschnitts von i3 bis tS wird dieser Kurvenzug wiederum durch Geraden mit einem Knick in der Mittte jedoch mit negativer Steigung dargestellt. Im Zeitpunkt*3 tritt ein sehr scharfer Übergang von positiver auf negative Steigung auf. Dieser Knick stellt eine besonders gute Information für einen Vergleichskreis dar, der die Drehrichtung feststellen soll. Beide Gruppen der Detektorwicklungen 23 und 25 erzeugen ähnliche Wellenformen, die lediglich um 90° elektrisch gegeneinander versetzt sind, was der Versetzung der beiden Detektorwick-S lungen 23 und 25 gegeneinander entspricht. Das Voreilen oder Nacheilen der beiden Spannungskurven in bezug zueinander wird nun an Hand der F i g. 3 b, 3 c und 3 d erläutert. Das Spannungssignal 89 (durchgezogene Linie), welches sich bei Drehung des Rotors im Uhrzeigersinn einstellt, eilt dem Signal 88 (gestrichelte Linie) vor. F i g. 3 c zeigt die relative Lage, wenn der Rotor sich gegen den Uhrzeigersinn dreht. Die Zeit läuft bei dieser Darstellung von rechts nach links. F i g. 3 d wiederum zeigt eine mit Fig. 3b vergleichbare Darstellung der Zeitachse (von links nach rechts laufend), in die die Spannungskurven nach F i g. 3 c eingetragen sind, so daß ein Vergleich zwischen den Fig. 3b und 3d möglich ist.

Es ist also erkennbar, daß die Voreilung bzw. Nacheilung der beiden Spannungssignale im Verhältnis zueinander lediglich durch die Rotorumlaufrichtung gegeben ist. Werden diese Signale nun einem Vergleichskreis zugeführt, so spricht dieser auf die

as Polarität und die Steigung der beiden Eingangssignale an und erzeugt selbst ein Ausgangssignal, das durcl die Rotordrehrichtung bestimmt wird. In Tabelle] sind Polarität und Steigung der Signale 88 und 8i für Lauf in Drehrichtung und Lauf gegen Drehrich rung des Rotors wiedergegeben. Aufgetragen sine die Werte der Kurven aus den F i g. 3 b und 3 d fü: die einzelnen Zeitabschnitte zwischen rl und 19.

Tabelle I

Lauf in Drehrichtung

Polarität Steigung

Lauf gegen Drehrichtung

Polarität

Steigung

Zeitabschnitt

Ausgezogener Leiter
Gestrichelter Leiter .

89+
88-

89 +
88 +

89-

88 +

89-88- tS...t7 ti ...t9

Jede der acht Kombinationen tritt nur einmal auf. Das heißt, jedes Paar von Signalen aus den Detektorwicklungen 23 und 25 ist für einen bestimmten Abschnitt des Umlaufs charakteristisch. Im Intervall zwischen /1 und /3 sind z. B. Polarität und Steigung in dem Leiter 89 positiv, während im Leiter 88 die Polarität bei Lauf in Drehrichtung negativ, die Steigung jedoch positiv ist Diese spezielle Kombination tritt während keines der übrigen sieben Zeitabschnitte und Drehrichtungsmöglichkeiteri wieder auf, so daß die Vergleichskreise innerhalb eines Zeitraums von 360° elektrisch diesen einen Zustand nur dieses eine Mal feststellen, wodurch jeder Irrtum bei der Drehrichtungsfeststellung ausgeschlossen wird. Im Zusammenhang mit F i g. 2 wurde noch ve merkt, daß die Richtungsdetektorwicklungen 23 un 25 in bezug auf die Hauptwicklung 32 eine bi stimmte Winkellage einnehmen. Diese Winkellaj kann zwar beliebig sein, es wird jedoch bevorzug daß die Hauptwicklung 32 mit ihren radial verlai fenden Schenkeln in den Zwischenräumen zwische den Magneten 6 bis 13 liegt, wenn die Detektorwicl

. lungen 23, 25 gerade ein Maximum bzw. Minimu an Spannung erzeugen, wie es während des Zei punkts/3 in Fig. 3b der Fall ist Dies ist dar von Bedeutung, wenn der Motor stillsteht und d Rotor gegenüber der Hauptwicklung gerade die F i g. 2 dargestellte Lage einnimmt, die Hauptwic

lung also gerade die Magnete 6 bis 13 umschließt. ihre Polarität bereits ändern kann, woraufhin sich Da die Wellenform der induzierten Spannung in den auch die vom Ständer entwickelte Magnetfeldrich-Detektorwicklungen einen scharfen Knick in der Stei- tmng ändert, bevor der Läufer sich so weit gedreht gung im Maximum aufweist, wird jede Rotorbewe- hat, daß er den nächsten Pol erreicht hat. Dies gegung sofort festgestellt, und der Steuerkreis spricht 5 schieht, weil das elektromagnetisch erzeugte Drehohne Verzögerung darauf an. Hätte die induzierte moment nicht ausreicht, den relativ schweren Läufer Spannung Sinusform, so wäre die Steigungsänderung in dem kurzen Intervall zwischen der negativen und im Maximum gerade sehr klein, und der Steuerkreis der positiven Halbwelle eines Wechselstroms auswürde nur langsam ansprechen. Die in den F i g. 3 b reichend zu beschleunigen. Erfindungsgemäß wird bis 3d gezeigte Spannungskurvenform ist also für io die Ständerwicklung mit einem Gleichstromimpuls den besonderen Zweck günstig. ausreichender Dauer und Größe gespeist, bis der

Der Stator 17 ist darüber hinaus mit einer Anlauf- Läufer ausreichende Drehzahl hat.
hilfswicklung 36 ausgestattet, wie dies F i g. 4 zeigt. Die Schaltkreise zum Anlaufenlassen und Speisen Die Anlaufhilfswicklung 36 dient dazu, den Rotor an- des Motors enthalten einen Leistungsteil 41, einen laufen zu lassen, wenn der der Hauptwicklung züge- 15 logischen Teil 42, die Signale A und B miteinander führte Anfangsimpuls keine elektromagnetische Kraft vergleichen, welche von den Drehzahldetektorwickerzeugt, die den Rotor in Drehung versetzt. Dies lungen stammen und die die tatsächliche Läuferdrehtritt dann auf, wenn der Motor gerade in der Stei- richtung, verglichen mit der gewünschten Läuferlung zum Halten kommt, in der die Hauptwicklung drehrichtung, angeben, und eine Reihe von Schal-32 die Magnete gerade umschließt, die radial ver- 20 tern 43, die Impulse der einen oder anderen Polarilaufenden Abschnitte der Hauptwicklung 32 also tat der Hauptwicklung 32 und der Anlaufhilfswickzwischen zwei Magneten liegen, wie dies F i g. 4 lung 36 zuführen.

wiedergibt. F i g. 4 zeigt außerdem die relative Lage Der Leistungsteil enthält eine elektrische Energieder Hilfswicklung 36 in bezug auf die Hauptwick- quelle 44, welche entweder Wechselstrom oder lung 32 (die Wicklungen sind mit ausgezogenen Li- 35 Gleichstrom abgibt, und einen Impulsgenerator 45 nien gezeichnet, die Magnete gestrichelt angedeutet). zur Erzeugung positiver und negativer Impulse für Die Hilfswicklung 36 hat dieselbe Gestalt wie die die Speisung der Wicklungen des Motors. Der Im-Hauptwicklung 32, besteht also aus einer Anzahl ge- pulsgenerator 45, die Energiequelle 44, die Schalter schlossener Schleifen derselben Form und Größe wie 43 und der logische Teil 42 werden über einen die Hauptwicklung 32, welche lediglich um den elek- 30 Schalter 46 eingeschaltet, der entweder von Hand irischen Winkel π/2 gegen die Hauptwicklung ver- oder durch Fernbedienung geschaltet werden kann, setzt sind. F i g. 4 gibt gerade den Zustand wieder. Um der Hauptwicklung 32 Strom zuzuführen und in dem die Hauptwicklung 32 die Magnete 6 a bis damit den Motor in Betrieb zu setzen, wird der 13 a umschließt, während die Hilfswicklung 36 ge- Schalter 46 eingeschaltet und damit die Energierade mitten über die Magnete 6 a bis 13 a ver- 35 quelle 44 mit dem Impulsgenerator 45 verbunden, läuft. Aus dem Impulsgenerator 45 wird dann ein positiver

Befindet sich also der Motor im Stillstand und Impuls auf den Eingang 58 a eines bistabilen Multi-

umschließen dabei die Leiter der Hauptwicklung 32 vibrators gegeben, wodurch ein Signal am Ausgang

die Magnete 6a bis 13a, wie dies Fig. 4 zeigt, so erzeugt wird, das den Schalter59 öffnet, so daß po-

kommt keine gegenseitige Beeinflussung eines Gleich- 40 sitive Impulse zur Hauptwicklung 32 gelangen. Diese

Stromstoßes in der Hauptwicklung mit den Feld- Stromimpulse in der Hauptwicklung 32 erzeugen ein

linien der Magnete 6 a bis 13 a zustande, so daß elektrisches Feld, das mit dem Magnetfeld der Läu-

keine elektromagnetischen Kräfte entstehen, die den fermagnete 6 bis 13 zusammenwirkt und ein elektro-

Motor in Drehung versetzen können. Das beruht magnetisches Drehmoment hervorruft, das den Läu-

darauf, daß die Hauptwicklung außerhalb der Be- 45 fer in Drehung versetzt, wenn die Hauptwicklung 32

reiche verläuft, in denen ein magnetisches Feld vor- nicht gerade in den Feldlücken der Magnete 6 bis 13

handen ist. In einem solchen Fall wird ein Gleich- liegt. Dreht sich der Läufer, so wird in den Rich-

stromimpuls beliebiger Polarität durch die Anlauf- tungsdetektorwicklungen 23, 25 ein Spannungssigna]

hilfswicklung 36 geschickt, und der in der Hilfswick- (Signale A und B) erzeugt. Die Signale A und B ge-

lung fließende Strom wirkt dann mit dem Magnetfeld 50 langen in den logischen Teil 42.

der Magnete 6 bis 13 in der Weise zusammen, daß Wenngleich die Signale A und B bei dem bevor-

ein Drehmoment entsteht, das den Motor in einer zugten Ausführungsbeispiel nicht sinusförmig sind

der beiden Richtungen in Drehung versetzt. Die kann der Einfachheit halber für die Behandlung dei

Drehrichtung, im Uhrzeigersinn oder dagegen, hängt Vorgänge im Vergleichskreis Sinusform angenom-

davon ab, ob der der Hilfswicklung zugeführte Im- 55 men werden.

puls positiv oder negativ ist und ob ein bestimmter Im logischen Teil 42 wird das Signal A, das aus radialer Abschnitt der Wicklung 36 vor einem Nord- der Wicklung 23 kommt, durch eine Differenzierpol oder einem Südpol verläuft. Es ist jedoch gleich- schaltung 47 differenziert und mit dem Signal B zugültig, welche Polarität der zugeführte Impuls hat, sammen in einen Summenbildner 48 gegeben. Dei denn es wird nachfolgend noch dargelegt, wie die 60 Ausgang des Summenbildners 48 wird in einer Diode gewünschte Drehrichtung erzielt wird. 51 gleichgerichtet und in einem Glättungskreis 52

Ein typischer elektronischer Schaltkreis, mit dem integriert. Jedes Signal, das aus dem Kreis 52 her-

die Schrittfolge beim Anlaufenlassen des Motors auskommt, hat dann also einen positiven Wert. lsi

nach F i g. 1 durchgeführt wird, ist in dem Block- das Ausgangssignal des Glättungskreises 52 Null, se

diagramm der F i g. 5 gezeigt. 65 liegt Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn vor, isi

Eine Schwierigkeit beim Starten eines Einphasen- jedoch ein positives Ausgangssignal vorhanden, se

wechselstromsynchronmotors mit Permanentmagne- dreht sich der Motor im Uhrzeigersinn. Tabelle H

ten liegt darin, daß die Phase des zugeführten Stroms zeigt, daß dies der Fall ist.

Tabelle II

10

	Entgegen Uhrzeigersinn (A eill B um π/2 vor)	Im Uhrzeigersinn (ß eilt A um .τ/2 vor)
A	sinwf	sin wt
B	sin (ω t — π/2)	sin (ω r + nil)
^ ₊ B di	cos ωί — cos wt = 0	cos ω ί + cos ω ί = 2 cos ω ι

Aus Tabelle I läßt sich ablesen, daß bei Drehung im Uhrzeigersinn Signal A sintoi und Signal B sin (ωί + π/2) ist und daß für Drehung gegen Uhrzeigersinn Signal A = sin ω t und Signal

B sin {wt - -t/2)

ist. Wird A nach der Zeit differenziert und B addiert, so erhält man bei Drehrichtung gegen den Uhrzeigersinn Null, während bei Drehung im Uhrzeigersinn das Ergebnis 2 cos ω t lautet.

Das Nullsignal oder das positive Signal, welches die Drehrichtung anzeigt, wird über einen einpoligen Umschalter 54, der von einem Drehrichtungswähler 57 gesteuert wird, einem Polaritätsumkehrverstärker 55 zugeführt. Seine Aufgabe besteht darin, in der Verbindungsleitung 56 ein Signal zu erzeugen, das Null oder negativ ist, wenn die Motordrehrichtung mit der angewählten übereinstimmt, welche durch die Lage des Schalters 54 bestimmt ist und das einen positiven Wert hat, wenn die Drehrichtung des Motors eine andere als die gewünschte ist. Die Drehrichtungswählvorrichtung 57 kann mechanisch sein, durch einen Schalter bewirkt werden oder sonstwie gestaltet sein. Sie kann auch vom Motor entfernt angeordnet sein.

Ist das Signal auf der Leitung 56 Null oder negativ, so zeigt dies an, daß die der Hauptwicklung 32 ursprünglich zugeführte Impulskette die richtige Polarität hatte, um die richtige Drehrichtung des Motors zu erzeugen, und eine Polaritätsänderung der nachfolgenden Impulse, die der Hauptwbklung 32 zugeführt werden, ist nicht nötig. Erscheint dagegen auf der Leitung 56 ein positives Signal, so heißt das, daß der Motor sich zwar dreht, seine Drehrichtung jedoch verkehrt ist und eine Korrektur nötig ist, um die gewünschte Drehrichtung zu erhalten.

Ist das Signal auf der Leitung 56 positiv und zeigt somit die falsche Drehrichtung des Motors an, so wird der bistabile Multivibrator 58 so geschaltet, daß das Ausgangssignal aus seinem Teil 58 b erzeugt wird, das über den Schalter 64 eine Serie von negativen Impulsen aus dem Impulsgenerator 45 auf die Hauptwicklung 32 gibt. Dadurch wird eine elektromagnetische Kraft erzeugt, die die Drehrichtung des Motors umkehrt, woraufhin dann keine Änderung der Impulse, die der Hauptwicklung 32 zugeführt werden, mehr nötig ist. Die einzelnen Schritte, die hier beschrieben wurden, gehen in wesentlich kürzerer Zeit vor sich als nötig ist, die Magnete 6 bis 13 des Rotors um einen Winkel von 180^cel zu verdrehen. Das heißt, Hefen die Wicklungen um und stünden die Magnete still, so wäre die für die Umschaltung benötigte Zeit kleiner als die Zeitspanne, die die Wicklung benötigt, um von einem Magnet zum benachbarten entgegengesetzter Polarität zu gelangen.

Wenn sich nun der Motor dreht, so wird ein Signal B erzeugt, und dieses Signal wird durch die Diode 65 geleitet und durch einen Verstärker 66 verstärkt, so daß auf der Leitung 63 ein Signal vorhanden ist. Das Signal 63 ist ein Sperrsigna], das den Schalter 61 sperrt, so daß vom Schalter 59 oder 64 keine Impulse auf die Anlaufhilfswicklung 36 gelangen können. Ist der Motor nun in einer derartigen Stellung zum Stillstand gekommen, daß bei Zuführung von Impulsen zur Hauptwicklung 32 er nicht anläuft, so ist kein Signal B vorhanden und damit auch kein Sperrsignal auf der Leitung 63, und Schalter 61 verbindet dann die Leitung 62 mit der Anlaufhilfswicklung 36, so daß diese Impulse erhält Diese Impulse in der Anlaufhilfswicklung 36 erzeugen eine elektromagnetische Kraft, die den Motor in Drehung versetzt.

Läuft der Motor aber infolge der Speisung der Anlaufhilfswicklung 36, so laufen die einzelnen Schritte, die voranstehend erläutert wurden, wieder nacheinander ab, bis der Motor in der gewünschten Drehrichtung umläuft.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

_e .„ Patentansprüche:

■-. % ■-»
\»_L 1. Selbstanläufender Einphasensynchronmotor

^init einer Haupt-und einer <lieser gegenüber pha- - senveis^obenen^vÄnlanfliilfewickliHig sowie wei- #<teren Wicklungen im Ständer und einem viel-FJpoligen Permanentmagnetläufer, dadutchge- ~ ^kennzeichnet, daß die weiteren Wicklungen inr Ständer zwei um eine halbe Polteflung yjegenehiander versetzte Drehrichtungsdetektor-^{1 v}wicklungen (23_; 25) sind und die hierin induzier- ~1en Spannungen zur Auswahl einer positiven oder '■ negativen Impulskette dienen, welche von einem Impulsgenerator (45) zur Speisung der Ständerhaupt- (32) und gegebenenfalls der Anlaufhüfswicklusg(36) geliefert werden, wobei die Anlaufhilfswicklung (36) bei Vorhandensein einer Spannung aus den Drehrichtungsdetektorwicklungen «23, 25) abgeschaltet ist.
2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennz zeichnet, daß die Mittel zur Auswahl der Impuls- * kette eine die Augenblickswerte der Spannungen *.<der Detektorwicklungen (23, 25) gegenüberstel- ilende Schaltungsanordnung (47, 48) zur Erzeu- i gung eines ersten Steuersignals enthalten, welches 'die Drehrichtung angibt, einen Drehrichtungs-' "wähler (57) zum Anwählen der gewünschten 1 Drehrichtung des Rotors (14, 15), Mittel (SSb), ' die abhängig vom ersten Signal und vom Drehrichtungswähler (57) ein zweites Steuersignal erzeugen, wenn die Drehrichtung des Rotors mit der angewählten nicht übereinstimmt, und eine Schalteinrichtung (64) enthalten, die abhängig vom zweiten Steuersignal der Hauptwicklung (32) die zweite Impulskette zuleitet.
3. Motor nach Anspmch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Wicklungen in parallelen Ebenen liegen, die zur Motorachse senkrecht stehen und dem Läufer axial gegenüberliegen.
4. Motor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenverschiebungswinkel zwischen der Hauptwicklung (32) und der Hilfswicklung (36) eine halbe Polteilung beträgt.
5. Motor nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Detektorwicklung (23, 25) Metallwicklungen sind, die auf einen Träger (17) senkrecht zur Motorachse (18) als Wellenwicklung aufgeklebt sind, und ihre Windungsabschnitte derartige Strombahnen bilden, daß bei einer bestimmten Stellung des Ständers zum Läufer alle Wicklungsabschnitte einer Detektorwicklung (23) von einer Ecke der einander benachbarten Feldmagnete (6 bis 13) über deren Mittelpunkte zur diametral gegenüberliegenden Ecke verlaufen.
6. Motor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungsabschnitte der einen Detektorwicklung (23) von einer Ecke über die Mitte zur diametral gegenüberliegenden Ecke der Feldmagnete (6 bis 13) verlaufen, wenn die radialen Abschnitte der Hauptwicklung (32) in den Zwischenräumen zwischen den Feldmagneten verlaufen.