DE1966273A1 - Mit einer Einwegvorrichtung kombinierter Synchronmotor - Google Patents

Description

Hit einer Einwgvorrientung kombinierter Syachronmotor

Pur'diese Anmeldung wird die^ Priorität der entBprecnenden USA-rÄnmeldung Ser. Fo. 775 284 vom 13. November 1968 in Anspruch genommen.

Die Erfindung bezieht sich auf den Stator- und Hotoraufbau eines Synchronmotors·

Es sind bereits mehrere Synchronmotore bekannt geworden, bei welchen ein einen Permanentmagneten aufweisender Hotoi

Verwendung findet. Derartige Synchronmotorewerden unter anderen als Antriebsmittel für zeitgebende Vorrichtungen, etwa für elektrische Uhren und dergleichen verwendet. Sie finden darüber hinaus Anwendung bei Zeitfolgegebern, wie sie in Waschmaschinen, &e schirr spulmaschinen, Trocknern und ähnlichen Vorrichtungen vorhanden sind.

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Bekannte Synchronmotor e, deren Ho tor en aus Permanentmagneten bestehen, zeigen beim Starten mit vorgegebener Drehrichtung einen Nachteil, da sie immer nur dann starten, wenn der Strom, mit dem der Motor betrieben wird, unter bestimmten Bedingungen angelegt wird. So wird möglicherweise eine Fehlfunktion des Motorstarts dadurch verursacht, daß beim Start ein Gleichgewichtszustand zwischen der Kraft, welche den Rotor in der einen Riehtung drehen will, und zwischen 3en.er Kraft, die gleich groß in entgegengesetzter Richtung den Rotor zur Drehung veranlassen möchte, vorliegt. Die Wahrscheinlichkeit für ein solches Ereignis wird wesentlich vergrößert, wenn die magnetische Struktur bzw. der Aufbau des Magnetfeldes symmetrisch ist. Asymmetrische Bedingungen, solche wie unterschiedliche Spaltbreite oder -anordnung zwischen Rotor- und Statorpolen, veränderliche Abstände zwischen den Rotorpolen, Unregelmäßigkeiten des Feldes der Permanentmagnete usw., erhöhen die Wahrscheinlichkeit dafür, daß der Motor sofort zu laufen beginnt, wenn an diesen Strom angelegt wird. Somit besteht ein Problem in der Schaffung vorteilhafter asymmetrischer Bedingungen, die den zuverlässigen Start des Motors sicherstellen, die andererseits aber nicht die Lauf Charakteristiken oder

Kennlinien des Motors beeilträchtigen.

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Hier setzt die Erfindung ein, der die Aufgabe zugrundeliegt, den Stator-und Rotoraufbau im oben angedeuteten \ ■ Sinne zu verbessern, so daß die Mängel bisher bekannter vergleichbarer Motore vermieden werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird von einer Stator- und
Rotoranordnung ausgegangen, bei der die Statorpole derart angeordnet sind, daß sie ein asymmetrisches Magnetfeld für den stets sicheren Anlauf des Motors vorgeben.

Weitere Merkmale und die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben.

Die beiliegenden Zeichnungen zeigen eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung, und es bedeutet:

Fig. 1 eine auseinandergezogene Darstellung der

Einzelteile des Synchronmotors, '

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Motors in Aufsicht zur Verdeutlichung der Stator- und Rotorpolanordnung.

Der selbststartende Synchronmotor besitzt einen Permanentmagneten, wobei der Permanentmagnet den in der ^!

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Öffnung einer Feldspule eingebrachten Eotor bildet, welcher alternierende Nord- und Südpole aufweist. Die St atöfpöle sind von verschiedenen, bogenartigen Breiten, wobei sie bezüglich der Rotorpole in unregelmäßigen Abstanden verteilt sind, so daß sich ein uneinheitliches Magnetfeld in der Stator-Eotor "-Anordnung ausbildet.

Der erfindungsgemäße Synchronmotor ist zwischen dem Ge- ; häusehoden Ii und dem .Gehausedeckel 10 eingebracht, welche sich zu dem Gehäuse 15 zusammenfügen lassen. Das Material!, aus dem der Gehausedeckel Ϊ0 wie auch der Gehäuseboden 11 bestehen^ kann einfacher, kaltgewäfcster Stahl, vorzugswei-i se geglühter oder getemperter Stahl sein. Die zusammen mit den Gehäuseteilen 10, 11 aus einem Stück bestehenden Statorpöle sind aus diesen durch Umbiegen radialer Streifen aus den Stirnflächen geformt. Diese in den Innenraum tk des Motors hineinragenden Polstreifen liegen im wesentlichen parallel zu der Gehäuseachse und greifen insofern gegenseitig ineinander. I

£Die in die Gehäuseteile eingebrachten Pole bilden die Statorfeldpole des Synchronmotors. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Pole, wie aus dem Folgenden noch deutlicher ersichtlich, in bestimmten Abstandsverhältnissen zueinander angeordnet. Zunächst werden die

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Pole in dem Gehäuseboden 11 betrachtet, die hier allge-* mein mit der Bezugsziffer 13 versehen sind, und die in aufrechter Stellung angeordnet sind. Im Uhrzeigersinn sind diese Pole fortlaufend von 1 bis 9 nummeriert. Nimmt man den Pol 1 als Bezugspol, so liegt dieser bezüglich einer Winkelgradeinteilung bei 0° und besitzt eine doppelte Breite. Der Pol 2 liegt demgegenüber bei

24° und besitzt ebenfalls doppelte Breite, während der ' Pol 3 bei 42 angeordnet ist und nur einfache Breite auf-!

ο ' weist. Der weiter folgende Pol 4 befindet sich bei 120

mit doppelter Breite, der Pol 5

144° mit doppelter

Breite und der Pol 6 bei 162 mit einfacher Breite. Der weiter folgende Pol 7 liegt in der Winkelskala bei 240° mit doppelter Breite, wobei auch der Pol 8 doppelte Breite aufweist und bei 164° liegt, während schließlich der Pol 9 bei 282° mit einfacher Breite angeordnet ist. Die Pole innerhalb des Gehäusedeckels 10, die wie die Pole des Gehäusebodens 11 ringförmig angeordnet sind, erstrecken sich nach unten und verlaufen entgegengesetzt der Uhrzeigerrichtung. Wenn die beiden Gehäuseteile 10 und 11 in der in Fig. 1 dargestellten ¥@is© aufeinander liegend zusammengefügt sind, liegen die @infaetebr©it®n Pole jeweils im Abstand zwischen zwei aagrenssnden 3?®@r©i von doppelt breiten Polen dar g©g©rafo@rf,ieg©n£©n Gehäusehülse.

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Der Zwecke der Schwankung der Pole bezüglich ihrer Anordnung und die unterschiedlichen Breiten derselben liegt in der Schaffung eines asymmetrischen Magnetfeldes in bezug auf die Rotorpole, wodurch ein höheres Starfanoment und damit gute Startkennlinien für den Motor erzielt werden.

Die Spule 16 ist in ein aus isolierten Wänöta. bestehendes Hinggehäuse eingebracht und besteht aus einer vorbestimmten Zahl von Drahtwicklungen. Der ringförmige Baum wird durch de£ Abstand gebildet, welcher zwischen den abgewinkelten Statorpolen einerseits und der äußeren Umfangsfläche der G-ehäusewandung andererseits besteht. Der Eotor besteht aus der Permanentmagnetscheibe 18, welche zwischen den beiden spinnenartig ausgebildeten und mit ihren Ansätzen alternierend ineinandergreifenden Teilen 19 und 20 liegen. Jedes der beiden Teile 19 und 20 besitzt die mit diesen in einem Stück gefertigten Arme 21, die in ihrem abgewinkelten Teil parallel zu der Mittelachse liegen.* Sie spinnenartigen Teile können aus einfachem kaltgewalztem Stahl _§iSQgl±c]b.erweise vorgeglühtem Stahl, gefertigt werden« Di® FesMsneatmagnetscheibe 18 ist dtrart magnetisiert, daß £teze eine stirnseitige Oberfläche, den Ibrdpol und di© -dieser gegenüberliegende Oberfläche den Südpol bildet«, Ia Übereinstimmung mit den

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Polen der Rotorscheibe 18 siad die Arme 21 jedes ärtigenTeils magnetisiert, so daß-die Peripherie des Rotors* eine vorbestimmte Anzätil von hervorspringenden Polen* die alternierend aus Nord- und Südpolen bestehen, besitzt. In dem dargestellten AnsführungsbeiBpiel der Erfindung hat jedes der spinnenartigen !Beil 19 und 20 fünfzehn Arme 21 j somit besitzt der Rotor 30 aus der Um-

fangsflache der Rotorscheibe hervorstehende Pole _$ die abwechselnd Iford- und Südpole sind.

Die zwei spinnenartigen Glieder 19 und 20 und die Permanfentmagnetscheibe 18 sind mit einer Welle 22 und dem Halteglied 23 verbtmden und werden über einen Federring 31 oder dergleichen vermittels der Zähne 32, welche in die Nabe 41 eingreifen, gehalten. Das Halteglied 23 trägt auf seiner Umfangsflache Nasen 24 und Ausnehmungen 25, welche dieGlieder 21 der spinnenartigen Teile 19 und 20 i

aufnehmen. Die Welle 22 ist innerhalb des Gehäuses 10 drehbar gelagert und durchdringt hierbei die öffnung 26_t wobei das Glied 27 als Trägerglied dient. Die Welle 22 weist ein Antriebsritzel 28 auf, welches durch die öffnung 29 des Gehäusebodens 11 hindurchragt. Die Welle 22 ist weiterhin innerhalb des Gehäusebodens 11 über den Haltering 30 drehbar gelagert. Der Spulenkörper 16' der Spule 16 besitzt eine Mehrzahl von Rillen 33, welche der

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Sicherung der richtigen Anordnung der Statorpole 13 und 12 dienen*

In Fig. 2 sind unter anderem drei aus dem Gehäusedeekel 10 herausgeformte Pole A₉ B, 0 dargestellt, die eine geringere Breite als die anderen Pole aufweisen, welche ™ zwischen dem Kreist>ogensegment, das durch die Pole A und C begrenzt ist, liegen·

In Übereinstimmung damit, daß der Rotor in einer vorbe- j stimmten Stellung angehalten werden soll, wurden die Pole des Sotors für einen Halbpolabstiand bezüglich der Stator-, pole, wie dargestellt, festgelegt und entsprechend der j Drehpunkt einer Schaltklinke an eine zugehörige Stelle | gelegt. Sobald die Stoppfläche der dargestellten Nocken- ; scheibe mit der Sperrklinke in Eingriff gelangt, wird der Hotor in der vorbestimmten Stellung in seiner Drehbewegung gestoppt. In der dargestellten Ausführungsform j der Erfindung ist. die Festlegung des Drehpunktes der I Sperrklinke in bezug auf die Nooke wi© folgt gegeben! j Der Drehpunkt der Sperrklinke liegt in einer Linie, wel- ■

ehe ©inen der Pole A₉ B oder 0 halbiert, und welch© über die Mitte der Achse des Motors -verläuft₉ wobei der Winkel zwischen dieser Ebene und einer weiteren Entlang dsi?

Oberfläche' 44 -b/zw. der Ksat® 39 v®3?la-a£®n&en Ebene ung©£ 115 bis 125°® vorzugsweise 120° betragen sollt®. _/Q

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Der halbkreisartige Abschnitt der Sperrklinke ist darüber hinaus so angeordnet, daß dann, wenn der Arm 40' mittels der Nooke vorgespannt wird, die Oberfläche der Stoppkante 39 der Nooke in die Fläche 4*5 der Sperrklinke in einer Winkellage von ca. 40 bis 44°, vorzugsweise 42° eingreift. Dieser Winkel wird hierbei gemessen zwischen der durch den Mittelpunkt der Achse des Motors und den Drehpunkt der Sperrklinke gezogenen Geraden und der Verlängerung der Kante der Fläche 45.

Wenn an den Motor eine Spannung angelegt wird, bildet sich zufolge der Feldspule ein Magnetfeld zwischen den Stator- und Eotorpolen aus. In Übereinstimmung mit der Anordnung der Statorpole ist dieses Magnetfeld asymmetrisch aufgebaut, wodurch der Hotor veranlaßt wird, sich zu drehen. Unter spezieller Bezugnahme auf Fig. 2 dreht sich der Hotor des Motors entgegengesetzt der ührzeigerrichtung. Bei Drehung des Hotors in entgegengesetztem Uhrzeigersinn hebt die Nockenvorrichtung 55 <ii® Sperrklinke 40 kontinuierlich an, bis sie gemäß der Umf angsf lächenkontur derselben schließlich in den Fläehenabsehnitt 44 einfällt, ohne daß ein Anhalten erfolgt· W@nn sieh der Eotor ijed-och beim Starten "das Hotors in. fnlsefe.tr Bic&tung bewegt,, dehe also im Uhrzeigersinn, keim vorliegen®

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Richtung gedreht wird und die Sperrklinke 4O liegt in einer Stellung, wie sie in der Pig. 2 mittels der ausgezogenen Linie dargestellt ist, wird sich der Rotor eine Zeitlang in der falschen Richtung weiterdrehen, bis die Stoppfläche 44 in die Irretierkante 39 der Nockenvorrichtung eingreift. Wenn andererseits die Sperrklinke sich in einer Stellung befindet, die in Fig. 2 gestrichelt dargestellt ist, dann wird sich derRotor solange in der falschen Richtung weiter bewegen, bis die Stoppfläche 44 der Nockenvorrichtung in die Arretierfläche 45 der Sperrklinke eingreift.

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Claims (7)

A η s ρ r ü c he |

1.J Stator- und Rotoraufbau eines Synchronmotors mit einer ringförmigen Feldspule, einem !Permanentmagnetrotor, welcher innerhalb der öffnung der Feldspule angeordnet ist, ; einer Vielzahl von um die Peripherie des Permanentmagne'- . . ten herum verteilten Polen, und einer Vielzahl, von Statorpolgruppen, dadurch g e k en η ζ e ic h η e t , daß wenigstens zwei Pole in jeder Statorpolgruppe vorhanden sind, deren Breite größer als diejenige des weiteren Statorpoles in dieser Gruppe ist« ^: >

2. Vorrichtung nach Anspruch 1_S ä&ßxiTGh. gekennzeichnet, daß die Breite eines im Querschnitt bogenförmig ausgebildeten Statorpols von jeder der Statorpolgruppen etwa die . Hälfte der entsprechenden Breiten der übrigen Statorpole innerhalb dieser: Statorpolgruppe beträgt.

3* Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß j jeder halbbreite Statorpol von wenigstens zwei Stator- [ _ polen mit doppelter Breite und bogenförmigem Querschnitt j

eingeschlossen bzw« separiert ist·

4. Vorrichtung nach Ansprach 1, dadii*rch. gekennzeichnet, daß

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die Statorpolgruppen in ca. 60°-Sektionen um die Peripherie des Rotors verteilt sind. . .

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Rotorpol von einer "bestimmten Polarität .-■-mehr/ als die Anzahl der Rotorpole der entgegengesetzten Polarität beträgtj vmA in jedem 60 -Sektor einer Statorpolgruppe erscheint.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorpole hervorstehende Pole sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet des Rotors durch seine Dicke magnetisiert ist, so daß die eine stirnseitige Oberfläche von der einen Polarität und die entgegengesetzte Fläche von der entgegengesetzten Polarität ist.

Patentanwälte

Seiler u. Pfenning ■ ■

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