DE202006011388U1 - Synchronmotor - Google Patents

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Abstract

Synchronmotor, insbesondere Ein- oder Zweiphasen-Synchronmotor, mit einem Stator enthaltend mindestens eine Statorwicklung zu Erzeugung eines Statorfeldes und mit einem in Wechselwirkung mit dem Statorfeld stehenden permanentmagnetischen Rotor, der eine zentrale Bohrung aufweist, in der eine Antriebswelle mit dem Rotor verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (4) aus einem Magnetwerkstoff (6) mit einem Anlaufmaterialwert (A) besteht, der größer ist als ein Schwellmaterialwert (5), derart, dass der Rotor (4) im Bereich einer halben Periodendauer (T/2) der Netzwechselspannung selbsttätig von eine Stillstand nahen Drehzahl auf eine synchrone Drehzahl (ωS) beschleunigt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Synchronmotor, insbesondere einen Ein- oder Zweiphasen-Synchronmotor, mit einem Stator enthaltend mindestens eine Statorwicklung zu Erzeugung eines Statorfeldes und mit einem in Wechselwirkung mit dem Statorfeld stehenden permanentmagnetischen Rotor, der eine zentrale Bohrung aufweist, in der eine Antriebswelle mit dem Rotor verbunden ist.
  • Aus der EP 0 574 823 B1 ist ein Synchronmotor mit einem Stator und einem permanentmagnetischen Rotor bekannt, dem eine elektronische Schaltung zum Anlaufen desselben zugeordnet ist. Zwar ist der Synchronmotor relativ einfach aufgebaut und kann daher kostengünstig hergestellt werden. Zum Betrieb des Synchronmotors ist jedoch die Anlaufschaltung erforderlich, die aus einer Mehrzahl von elektronischen Komponenten und abgestimmt auf die Motorkonfiguration ausgebildet sein muss.
  • Aus der DE 198 13 095 A1 ist ein Synchronmotor mit einem Stator und einem permanentmagnetischen Rotor bekannt, dem eine Anlaufschaltung zugeordnet ist zum Anlaufen desselben. Die Anlaufschaltung weist mehrere elektronische Bauteile auf, die es ermöglichen, dass ein an sich nicht selbst anlaufender Synchronmotor startbar ist.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Synchronmotor derart weiterzubilden, dass ein Anlaufvorgang ohne elektronische Hilfsmaßnahmen gewährleistet ist.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung in Verbindung mit dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor aus einem Magnetwerkstoff mit einem Anlaufmaterialwert besteht, der größer ist als ein Schwellmaterialwert, derart, dass der Rotor im Bereich einer halben Periodendauer der Netzwechselspannung selbsttätig von eine Stillstand nahen Drehzahl auf eine synchrone Drehzahl (ωS) beschleunigt wird.
  • Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, dass ein Anlaufen des Synchronmotors gewährleistet wird, ohne dass der Stator des Synchronmotors an eine elektronische Anlaufschaltung angeschlossen sein muss. Grundgedanke der Erfindung ist es, den Rotor so auszugestalten, dass der Synchronmotor selbstanlaufend ausgebildet ist. Nach der Erfindung weist der Rotor einen Schwellwert übersteigenden Anlaufmaterialwert auf, so dass der Rotor innerhalb einer halben Periodendauer der an dem Stator anliegenden Netzwechselspannung selbsttätig anläuft. Der Schwellmaterialwert ist ein von der Dimensionierung des Synchronmotors bzw. seiner Bauform abhängige Kenngröße, deren Überschreitung einen Selbstanlauf des Synchronmotors gewährleistet.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Schwellmaterialwert als Schwellremanenzwert ausgebildet und beträgt 0,5 Tesla. Vorteilhaft werden als Kenngrößen magnetische Eigenschaften des Rotors herangezogen zur Bestimmung des Schwellwertes.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist der Rotor als ein Selten-Erd-Dauermagent ausgebildet, der vorzugsweise aus einer Neodym-Eisen-Bor-Legierung besteht. Beispielsweise kann der Rotor aus einem unter der Marke "VACODYM®" der Vacuumschmelze GmbH & Co. KG, Hanau, vertriebenes Material bestehen.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist der Rotor langgestreckt ausgebildet, wobei vorzugsweise der Durchmesser des Rotors kleiner ist als die Länge desselben. Durch einen im Vergleich zum Rotorvolumen relativ kleinen Durchmesser des Rotors wird der Selbstanlauf des Synchronmotors begünstigt.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist der Magnetwerkstoff des Rotors hohlzylinderförmig ausgebildet, wobei innere und äußere Mantelflächen sowie gegenüberliegende Stirnseiten des Rotors mit einem thermoplastischen Überzug versehen sind. Der Rotor weist somit eine vollständige Kapselung auf, die einer Korrodierung des Rotors entgegenwirkt.
  • Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 eine schematische Seitenansicht eines Synchronmotors,
  • 2 einen Längsschnitt durch einen gekapselten Rotor und
  • 3 ein Anlaufdiagramm.
  • Ein Einphasen-Synchronmotor 1 kann beispielsweise als eine Entleerungspumpe für den Einsatz in Waschmaschinen oder Geschirrspülern ausgebildet sein. Alternativ kann der Synchronmotor auch als Zweiphasen-Synchronmotor ausgebildet sein.
  • Der Synchronmotor 1 weist ein Gehäuse 2 auf, in dem ein Stator 3 mit einer Mehrzahl von Statorwicklungen zur Erzeugung eines Statorfeldes einerseits und ein permanentmagnetischer Rotor 4 andererseits untergebracht sind. Der Rotor 4 weist eine zentrale Bohrung auf, in der eine Antriebswelle 5 drehfest oder lose mit dem Rotor 4 verbunden ist.
  • Der Rotor 4 besteht zum einen aus einem Magnetwerkstoff 6, der sich hohlzylinderförmig entlang der Antriebswelle 5 erstreckt. Der Magnetwerkstoff 6 weist eine innere Mantelfläche 7, eine äußere Mantelfläche 7' sowie gegenüberliegende Stirnflächen 8, 8' auf, die jeweils mit einem thermoplastischen Überzug 9 versehen sind. Der Magnetwerkstoff 6 ist somit vollständig von dem thermoplastischen Überzug 9 umgeben. Diese Kapselung wirkt einer Korrosionsneigung des Magnetwerkstoffes 6 entgegen.
  • Nach der Erfindung weist der Magnetwerkstoff 6 des Rotors 4 einen Anlaufmaterialwert A auf, der größer ist als ein Schwellmaterialwert S. Der Schwellmaterialwert S ist vorzugsweise als ein Schwellremanenzwert SB ausgebildet und weist eine Größe von 0,5 T auf. Der Anlaufmaterialwert A ist als Anlaufremanenzwert AB ausgebildet, der bei Erfüllen der Bedingung AB > SB und Vorliegen einer Wechselspannung an dem Stator 3 ein selbsttätiges Anlaufen des Synchronmotors 1 ermöglicht. Der finale Anlaufvorgang wird innerhalb einer halben Periodendauer T/2 der Netzwechselspannung weitgehend abgeschlossen.
  • Wie aus 3 ersichtlich ist, besteht der Anlaufvorgang aus einem ersten Anlaufzeitabschnitt Z1 und einem zweiten Anlaufzeitabschnitt Z2, bis die vorgegebene Synchrondrehzahl bzw. Synchron-Winkelgeschwindigkeit ωS erreicht ist. In dem ersten Anlaufzeitabschnitt Z1 erfolgt ein Einschwingen des Synchronmotors 1 bei einer relativ geringen Winkelgeschwindigkeit. Die Dauer dieses Zeitabschnitts Z1 kann gegebenenfalls mehrere Periodendauern umfassen. In dem zweiten Anlaufzeitabschnitt Z2 erfolgt ein starker Anstieg der Winkelgeschwindigkeit unter Erreichen der synchronen Winkelgeschwindigkeit, so dass nachfolgend ein Einschwingen auf diese Winkelgeschwindigkeit erfolgt. Vorzugsweise erfolgt der Anlauf des Synchronmotors 1 in einem unbelasteten Zustand desselben.
  • Um ein sicheres Anlaufen des Synchronmotors 1 zu ermöglichen, wird der magnetische Werkstoff des Rotors 4 derart gewählt, dass der Remanenzwert AB vorzugsweise in einem Bereich von 1,2 Tesla bis 1,5 Tesla liegt, mindestens jedoch größer als 0,5 Tesla ist. Vorzugsweise ist der Magnetwerkstoff 6 als ein Selten-Erd-Dauermagnet, insbesondere als eine Neodym-Eisen-Bor-Legierung (Nd-Fe-B) ausgebildet.
  • Alternativ kann der Magnetwerkstoff 6 auch als Samarium-Kobalt-Legierung (SmCo) ausgebildet sein.
  • Als Schwellmaterialwert kann auch eine Schwellenergiedichte SE vorgesehen sein, die einem Betrag von 250 kJ/m3 entspricht. Zur Erzeugung des Selbstanlaufs ist der Magnetwerkstoff 6 derart aufgebaut, dass der Anlaufenergiedichtenwert AE in einem Bereich größer als 250 kJ/m3 liegt.
  • Vorzugsweise liegt die Koerzitivfeldstärke HC des Magnetwerkstoffs 6 in einem Bereich oberhalb von 700 kA/m.
  • Sofern der Rotor 4 langgestreckt ausgebildet ist, das heißt der Außendurchmesser d des Rotors 4 kleiner ist als die Länge L des Rotors 4, kann der Anlaufmaterialwert A kleiner gewählt werden. Bedingung ist jedoch in jedem Fall, dass er größer ist als der Schwellmaterialwert S.

Claims (10)

  1. Synchronmotor, insbesondere Ein- oder Zweiphasen-Synchronmotor, mit einem Stator enthaltend mindestens eine Statorwicklung zu Erzeugung eines Statorfeldes und mit einem in Wechselwirkung mit dem Statorfeld stehenden permanentmagnetischen Rotor, der eine zentrale Bohrung aufweist, in der eine Antriebswelle mit dem Rotor verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (4) aus einem Magnetwerkstoff (6) mit einem Anlaufmaterialwert (A) besteht, der größer ist als ein Schwellmaterialwert (5), derart, dass der Rotor (4) im Bereich einer halben Periodendauer (T/2) der Netzwechselspannung selbsttätig von eine Stillstand nahen Drehzahl auf eine synchrone Drehzahl (ωS) beschleunigt wird.
  2. Synchronmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellmaterialwert (S) als ein Schwellremanenzwert (SB) einer Größe von 0,5 Tesla ausgebildet ist.
  3. Synchronmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (4) aus einem solchen Magnetwerkstoff besteht, dass er vorzugsweise in einem unbelasteten Zustand auf die synchrone Drehzahl (ωS) beschleunigbar ist.
  4. Synchronmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetwerkstoff (6) des Rotors (4) als ein Selten-Erd-Dauermagnet ausgebildet ist.
  5. Synchronmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetwerkstoff (6) des Rotors (4) aus einer Neodyn-Eisen-Bor-Legierung (Nd-Fe-B) besteht.
  6. Synchronmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (4) langgestreckt ausgebildet ist.
  7. Synchronmotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (d) des Rotors (4) kleiner ist als die Länge (L) desselben.
  8. Synchronmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetwerkstoff (6) des Rotors (4) hohlzylinderförmig ausgebildet ist, wobei eine innere Mantelfläche (7) desselben und eine äußere Mantelfläche (7') desselben und gegenüberliegende Stirnflächen (8, 8') desselben mit einem thermoplastischen Überzug (9) versehen sind.
  9. Synchronmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetwerkstoff (6) des Rotors (4) eine Koerzitivfeldstärke (HC) aufweist, die größer ist als 700 kA/m.
  10. Synchronmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetwerkstoff (6) des Rotors (4) eine Energiedichte in einem Bereich liegt, der größer ist als 250 kJ/m3.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010014800B4 (de) * 2009-04-28 2016-03-10 Assoma Inc. Gekapselte Dauermagnet-Pumpe

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102010014800B4 (de) * 2009-04-28 2016-03-10 Assoma Inc. Gekapselte Dauermagnet-Pumpe

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