DE2061391A1

DE2061391A1 - In eine vorgegebene Richtung selbstanlaufender Motor

Info

Publication number: DE2061391A1
Application number: DE19702061391
Authority: DE
Inventors: Heinz Dr.Rer.Nat. 6900 Heidelberg Wehde
Original assignee: Teldix GmbH
Current assignee: Rockwell Collins Deutschland GmbH
Priority date: 1970-12-12
Filing date: 1970-12-12
Publication date: 1972-06-15
Also published as: US3739248A

Description

TELDIX GmbH

6900 Heidelberg
Grenzhöfer Weg 36

Heidelberg, den 9. 12. 1970 E/Pt-Ka/Sw E-206

In eine vorgegebene Richtung selbstanlaufender Motor

Die Erfindung betrifft einen in eine vorgegebene Richtung selbstanlaufenden, einphasig betriebenen Synchronmotor mit dauermagnetischem Rotor, der längs seines Umfanges 2 η (η = 1,2 ...) Pole abwechselnder Polarität aufweist und einem Stator mit einer den Statorpolen zugeordneten Erregerwicklung

Es ist bekannt, daß man bei einphasig betriebenen Synchronmotoren besondere Maßnahmen ergreifen muß, um ein Anlaufen des Motors in eine vorgegebene Drehrichtung zu gewährleisten. Zur Erzielung eines derartigen Anlaufs in eine vorgegebene Drehrichtung werden bei dem Synchronmotor gemäß der Offenlegungsschrift 1 468 278 die Enden der Statorpole so ausgebildet, daß ölch zwischen Rotpr- und den einzelnen Statorpöil-ert _; ein fortschreitend abnehmender Luftspalt ergibt. Hierdurch wird bewirkt, daß sich der dauermagnetische Rotor iin Ruhezustand in eine Stellung einstellt, die gegenüber der Ausrichtung des Rotors bei Fließen eines Stroms bestimmter Polarität etwas verdreht ist.

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Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, einen Synchronmotor zu schaffen, der einen guten Wirkungsgrad hat und mit Spannungsimpulsen betrieben werden kann und außerdem in eine ■ vorgegebene Richtung anläuft.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß auf dem Stator wenigstens ein Hilfsmagnet vorgesehen und derart angeordnet ist, daß bei stillstehendem Rotor aufgrund der magnetischen ^ · Wirkung des oder der Hilfsmagnete die Pole des Rotors gegenüber den Statorpolen verdreht liegen.

Aus Symmetriegründen ist es vorzuziehen, wenigstens 2 diametral zueinander angeordnete Hilfsmagnete zu verwenden, deren mit den Rotormagneten zusammenarbeitende Pole gleiche Polari-• tat aufweisen. Noch günstiger ist es, genau so viele Hilfsmagnete wie Rotormagnete vorzusehen und diese gleichmäßig auf dem Statorumfang zu verteilen. Längs des Statorumfangs benachbart liegende Hilfsmagnete müssen hier entgegengesetzt gepolt sein. · ·

Man kann den oder die Hilfsmagnete dadurch erzeugen, daß W man wenigstens auf einem Teil der dem Rotor zugekehrten Oberfläche des Stators eine dünne Schicht aus hartmagnetischem Material aufbringt und den oder die Hilfsmagnete durch radiale Magnetisierung dieser Schicht erzeugt. Vorzugsweise umgibt den Stator ein ganzer Ring aus hartmagnetischem Material. Bei Verwendung von 2 η Hilfsmagheten liegt der Schwerpunkt der einzelnen Hilfsmagnete gemäß _: einer^ Weiterbildung .,der KrfJLndun(_; auf der Winkelhalbierenden des von äenjnltteltiaien zweier benachbarter Statorpole eingeschlossenen Winkels. Der Polaritätswechsel in der hartmagnetischen Schicht liegt dann etwa auf der-Mittellinie der Statorpole.

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Die dünne Schient nartmagiietascilTen Materials kann man in einfacher weise durch Aufspritzen eines thermo- oäer duroplastisch gebundenen hartmagnetlsehen Pulvers, Insbesondere eines Oxydpulvers erzeugen. Um die Haftung der Schient zu erhöhen, können die Oberflächen der Statorpole mit Hillen versehen sein»

Es ist jedoch auch möglich, den oder die Hilfsaagnete an einer oder beiden Seitenflächen des Stators, also an der in FIg. der Zeichnung in Aufsicht dargestellten Fläche und/oder der ä gegenüberliegenden Fläche des Stators Λ zu befestigen. Bezüglich der Verteilung und Aufbringung dieser Magnete gelten hlei ähnliche Überlegungen wie sie oben erläutert wurden, Wesentlich Ist, daß die Hilfsmagnete derart aufgebracht werden, daß sie den Rotor in Ruhestellung in einer Stellung festhalten, in der jeder Rotormagnet mit seinem Schwerpunkt nicht auf der Mittelsenkrechten auf einem Statorpol liegt, sondern gegenüber dieser Stellung verdreht ist»

Vorzugsweise hat der Stator 2 η Statorpole und die Statorwicklung ist derart ausgebildet, daß bei Stromfluß benachbarte Statorpole entgegengesetzte Polarität aufweisen. Bei einer derartigen Ausbildung läßt sich der Motor auch, mit "

Spannungsimpulsen betreiben, so z. B. mit Spannungsimpulsen gleicher Polarität. Um ein Anlaufen zu gewährleisten, müssen die zeitlichen Abstände der Spannungsimpulse in der Anlaufphase bis zum Erreichen der Enddrehzahl sich fortlaufend derart verkleinern, daß der Rotor zunehmend In Schwung kommt.

Man kann auch Spannungsimpulse alternierender Polarität zum Antrieb benutzen. Auch hier ist es notwendig, daß sich der Impulsabstand in der Anlaufphase fortlaufend verkleinert. Die Polarität des Erstimpulses bestimmt hier, die Drearichtung.

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Der erfindungsgemäße Synchronmotor eignet sich z.B. als Antriebsmotor für Kreiselmotoren. Bei der Ausführungsform mit Antrieb durch Impulse gleicher Polarität eignet er sich insbesondere als Antrieb für Kreiselrotoren, zu denen die Antriebsenergie in Form einer impulsmodulierten Hochfrequenzspannung übertragen wird, da für den erfindungsgemäßen Motor die Gleichrichtung besonders einfach zu realisieren ist.

Anhand des in der Fig. 1 der Zdchnung prinzipiell dargestellten Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher erläutert werden. Es ist hier ein Motor mit Innenstator 1 in Aufsicht dargestellt, der vier (n = 2) Pole 2a bis 2d aufweist. Die angedeuteten Wicklungsteile 3 sollen so gewickelt sein, daß bei Stromfluß in, den parallel- oder hintereinandergeschalteten Wicklungsteilen benachbarte Pole entgegengesetzt magnetisiert sind. Auf dem Stator 1 ist eine dauermagnetische Schicht aufgebracht, die aus den Segmenten A-a bis 4d besteht. Diese Schicht ist dBrart in radialer Richtung durchmagnetisiert, da£ 4 Hilfsmagnete entstehen, von denen benachbarte entgegengesetzt polarisiert sind, was durch unterschiedliche Schraffierung angedeutet ist. Die permanente Magnetisierung ist hierbei so aufgebracht, daß der Polaritätswechsel entlang der zur Drehrichtung senkrechten Mittellinie der Statorpole verläuft.

Wie bereits erwähnt, können die Hilfsmagnete dadurch aufgebracht werden, daß ein körniges Material mit Dauermagneteigenschaften in Mischung mit einem Binder ringförmig auf den Stator aufgespritzt wird und daß danach eine Magnetisierung vorgenommen wird, die die dargestellte Verteilung bewirkt.

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Der in seinem wirksamen Bereich ringförmig ausgebildete Rotor besteht im dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem Ring 5 aus Weicheisen oder dergleichen und einem innerhalb dieses Rings aufgebrachten zweiten Ring, der sich aus vier Ringsegmenten 6a bis 6d zusammensetzt, die radial magnetisiert sind und vier Rotormagnete bilden, von denen benachbart liegende entgegengesetzt gepolt sind. Auch hier ist die unterschiedliche Magnetisierung durch unterschiedliche Schraffur angedeutet. Λ

Wenn in den Wicklungen 5 kein Strom fließt, stellt sich der Rotor in die eingezeichnete oder in eine um 180° versetzte Stellung, weil die nach innen liegenden Süd- und Nordpole der Rotormagnete 6a bis 6d sich außen liegenden Nord- bzw. Südpolen der Hilfsmagnete 4a bis 4d gegenüber- ' stellen. .

Wird nun ein Gleichstromimpuls einer vorgegebenen Polarität auf die Wicklungen des Stators gegeben, der in den Statorpolen ein gegenüber den Hilfsmagneten 4a bis 4d sehr viel stärkeres Feld erzeugt, so wird dem Rotor ein Drehmoment erteilt, aufgrund dessen er sich in einer durch den " Wicklungssinn und die Polarität des Impulses vorgegebenen Richtung in beschleunigte Bewegung setzt, z.B. in Richtung des Pfeils 7· Bevor die magnetischen Schwerpunkte der Rotormagnetpole 6a bis 6d den Statorpolen 2b, 2c, 2d und 2a gegenüberstehen, muß der den Wicklungen zugeführte Impuls ender. damit keine Abbremsung erfolgt, und sich der Rotor aufgrund des ihm erteilten Schwungs weiterdreht.

Die Hilfsmagnete 4a bis 4c müssen so schwach ausgelegt sein, daß sie die Drehbewegung des Rotors beim Annähern des Rotormagneten 6a an den Hilfsmagneten 4b gleicher Polung und der

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anderen Rotorniagnete an die entsprechenden Hilfsinagnete nicht wesentlich abbremsen, sondern der Rotor sich aufgrund seiner Trägheit weiterdreht. Hat sich der Rotor so weit gedreht, daß die magnetischen Schwerpunkte der Rotoraagr.ete 6a bis 6d die magnetischen Schwerpunkte der Hilfsinagnete 4b, 4c, 4d und 4a schon überlaufen haben (etwas mehr als 90° gegenüber der dargestellten Stellung) so komitt durch das Zusammenwirken der Rotor- und Hilfsmagnete wieder eine Beschleunigung des Rotors zustande. Die Anlaufschaltung muß nun so ausgelegt sein, daß sie einen zweiten Impuls gleicher Polarität der Wicklung zuführt, sobald der magnetische Schwerpunkt des Rotormagneten 6a die Symmetrielinie des Statprpols 2c überlaufen hat (nach etwas mehr als 135°); entsprechendes gilt für die Rotormagnete 6b bis 6d hinsichtlich der Hilfsmagnete 2d, 2a bzw. 2b. Der neue Impuls ruft eine weitere " ' Beschleunigung des Rotors hervor; er muß enden bevor die Rotorpole wieder den folgenden Statorpolen, gegenüberstehen. Wegen der größer werdenden Drehgeschwindigkeit muß der 'nächste Beschleunigungsimpuls früher kommen und er darf auch nur eine kürzere Zeit wirken, das heißt, es wird in der Anlaufphase eine Impulsfolge steigender Impulsfolgefrequenz und abnehmender Impulsbreite benötigt, bis die Nenndrehzahl erreicht ist. Eine solche Impulsfolge ist in Fig. 2 im Prinzip dargestellt. Das Tastverhältnis ist in der Anlauf- und in der Betriebsphase 0,25· Bei Speisungen der Wicklungen mit Impulsen unterschiedlicher Polarität wurden immer nach Vierteldrehungen des Rotors Drehmomente auf den Rotor wirken.

- Patentansprüche -

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Claims

PatentansDrüche

n eine vorgegebene Richtung selbstanlaufender» einphasig betriebener Synchronmotor mit dauermagnetischeia Rotor, der längs seines Umfanges 2 η (η= 1,2...) Pole abwechselnder Polarität aufweist und einem Stator mit einer den Statorpolen zugeordneten Erregerwicklung, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Stator wenigstens ein Hilfsmagnet vorgesehen ^j und derart angeordnet ist, daß bei stillstehendem Rotor aufgrund der magnetischen Wirkung des oder der Hilfsmagnete die Pole des Rotors gegenüber den Statorpolen verdreht liegen.

2. Synchronmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 2 η Hilfsmagnete gleichmäßig auf dem Stator verteilt sind, und daß längs des Rotorumfangs benachbart, liegende Hilfs-r. magnete jeweils entgegengesetzt gepolt sind.

3. Synchronmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens auf einem Teil der dem Rotor zugekehrten Oberfläche des Stators eine dünne Schicht aus hartmagnetischem " Material aufgebracht ist, und daß der oder die Hilfsmagnete durch entsprechende radiale Magnetisierung dieser Schicht aus hartmagnetischem Material erzeugt sind.

^. Synchronaotor nach Anspruch 2 und 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Schwerpunkt jedes Hilfsmagneten auf der Winkelhalbierenden des von den Mittelsenkrechten auf zwei benach*- barte Statorpole eingeschlossenen Winkels liegt.

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5. Synchronmotor nach einem der Ansprüche 3 oder 4-, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht durch Aufspritzen von thermo- oder duroplastisch gebundenem hartmagnetischem Pulver, insbesondere Oxydpulver erzeugt ist.

6. Synchronmotor nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Statorpole zur Erhöhung der Haftbarkeit mit Rillen versehen ist.

7· Synchronmotor nach Anspruch 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Hilfsmagnete an der Seitenfläche des Stators befestigt sind.

8. Synchronmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß der Stator 2 η Pole besitzt und daß auf diesen Polen eine Wicklung derart aufgebracht ist, daß bei Erregung benachbarte Pole entgegengesetzte Polarität aufweisen.

9. Synchronmotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Speisung der Statorwicklung Spannungsimpulse gleicher Polarität dienen.

10. Synchronmotor nach Anspruch 9> dadurch gekennzeichnet, daß der zeitliche Abstand der Impulse in der Anlaufphase bis zum Erreichen der Enddrehzahl sich fortlaufend derart verkleinert, daß der Rotor zunehmend in Schwung kommt.

11. Synchronmotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Speisung der Statorwicklung Spannungsimpulse alternierender Polarität dienen.

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12. Synchronmotor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der zeitliche Abstand der Impulse in der Anlaufphase bis zum Erreichen der Enddrehzahl sich fortlaufend derart verkleinert, daß der Rotor zunehmend in Schwung komm

13· Synchronmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch seine Anwendung als Antriebsmotor eines Kreiselrotors«

Synchronmotor nach einem der Ansprüche 8 bis 12, gekennzeichnet durch seine Anwendung als Antriebsmotor eines Kreiselrotors in der Weise, daß die Impulse durch Gleichrichtung einer impulsmodulierten Hochfrequenzspannung, die induktiv oder kapazitiv zum Rotor übertragen wird, gewonnen wird.

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