DE2208854B2

DE2208854B2 - Synchronmotor mit einem mehrpoligen permanentmagneten

Info

Publication number: DE2208854B2
Application number: DE19722208854
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-02-25
Filing date: 1972-02-25
Publication date: 1976-05-13
Also published as: DE2208854C3; DE2208854A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Synchronmotor mit einem mehrpoligen Permanentmagneten als Rotor so- ^4S wie einem ein Drehfeld erzeugenden Stator mit ausgeprägten, bewickelten, in einer gemeinsamen Ebene an einem Kreisumfang angeordneten Polen, von denen jeweils mehrere eine zu einer Phase gehörende Gruppe bilden.

Durch die DT-PS 92 958 ist eine Mehrphasenmaschine mit ungleicher Ankerspulen- und Polzahl dieser Art bekannt, bei welcher das vorstehend angegebene Bauprinzip dazu dient, den zur Verfügung stehenden Wikkelraum besser auszunutzen. ⁵^

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Ausnutzung dieses Bauprinzips einen selbstanlaufenden Synchronmotor hoher Präzision zu schaffen, der bei gedrängtester Bauweise über ausgezeichnete Start- und Gleichlaufeigenschaften verfugen soll.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Stator zwei symmetrisch einander gegenüberliegende Polgruppen in zwei verschiedenen Phasen sowie einen einzelnen, zwischen den Gruppen liegenden Einzelpol in einer dritten Phase aufweist.

Sind an den Motor in der eingangs angegebenen Ausführung gemäß der DT-PS 92 958 die Pole gleichmäßig am Umfang angeordnet und weist der Rotor ins-

60 gesamt zwei Pole mehr oder weniger als der Stator au so kennzeichnet sich die Erfindung dadurch, daß je zwei nebeneinander angeordnete Pole zu einer Gruppe zusammengefaßt und jede Polgruppe mit der übernächsten Polgruppe verschaltet ist.

In beiden Fällen gelingt es dadurch, daß das mehrpolige Wickelungssysiem in einer verhältnismäßig kleinen Statorbohrung fertigungstechnisch bcherrschbar untergebracht wird, wobei das Drehfeld mit geringer Geschwindigkeit umläuft, bei sehr gedrängter Bauweise einen Synchronmotor mit ausgezeichneten Start- und Gleichlaufeigenschaften zu erhalten. Der neuartige Staloraufbau sowie die unkomplizierte Wickcltechnik. die bei der Erfindung angewendet werden, ermöglichen es. die Leistungsdaten und Betriebseigenschaften selbststartender Synchronmotoren im Leistungsbereich oberhalb 3 Watt beträchtlich zu steigern. Dabei ist es nicht erforderlich, in der bekannten, verhältnismäßig viel Platz erfordernden Weise je nach Phasenzahl mehrere bewickelte Statoren aneinanderzureihen und die Einzelsysteme über die gemeinsame Rotorwelle mechanisch und damit auch elektrisch /u koppeln, wie es für Kleinstmotoren mit Magnetrotoren his etwa 5 Watt Leistungsabgabe in der Zentralspulcntechnik bekannt ist. vielmehr erfolgt die Polanordnung der einzelnen Phasen bei dem erfindungsgemäß verwendeten Ein/elstator nach den Erfordernissen der Drehfeldbedingung für elektrische Maschinen, wobei also keine umlaufenden Drehfelder mit ineinandergewickelten Phasensystemen entsprechend der allgemein bekannten Asynchronmaschine wirksam werden. Der Polversatz beträgt in dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Synchronmotor im Falle von zwei um 90° phasenverschoben angelegten gleich großen Spannungen 90^c' pro PoI-paarzahl (p).

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnung im einzelnen erläutert. Dabei zeigt bzw. zeigen

F i g. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Synchronmotors nach der Erfindung, bei dem der Stator zwei symmetrisch einander gegenüberliegende Polgruppen sowie einen Einzelpol in einer dritten Phase aufweist,

F i g. 2 die im Motor nach F i g. 1 wirksamen Spannungsdiagramme und Schaltungsbeispiele,

F i g. 3 verschiedene zeitliche Zustände einer angelegten Wechselspannung bei dem in F i g. I gezeigten Synchronmotor,

F i g. 4 eine gegenüber F i g. 1 abgewandelte Polanordnung, bei der beide Polsysteme eine andere räumliche Anordnung haben,

F i g. 5 ein anderes Ausführungsbeispiel eines Synchronmotors nach der Erfindung, bei dem je zwei nebeneinander angeordnete Pole zu einer Gruppe zusammengefaßt und jede Polgruppe mit der übernächsten Polgruppe verschaltet sind,

F i g. 6 eine Abwandlung des in F i g. 5 gezeigten Ausführungsbeispieles mit abweichender Rotor-Polzahl,

F i g. 7 und 8 den Schrittschaltbetrieb bei dem in F i g. 5 und 6 gezeigten Ausführungsbeispiel in mehreren Schaltphasen,

F i g. 9 verschiedene mögliche Schaltungen für Gleichspannungs/Wechselspannungsbetrieb nach

F i g. 2a und 2b und

F i g. 10 eine Abwandlung der in den F i g. 5 und b dargestellten Ausführungsbeispiele.

In F i g. I ist ein achtpoliger Synchronmotor eines er-

Men Ausführungsbeispieles der Erfindung dargestellt, bei dem drei unvollendete Polsysteme in dnem Statorschnitt miteinander verknüpft sind. Da es sich bei Motoren mil gcpolten Rotoren um ein zyklisches Anziehen gleicher und Abstoßen ungleicher Polaritäten handelt, können unvollkommene Polsysteme Dci geeigneter räumlicher Anordnung und zeitlich verschobener Erregung den Rotor entsprechend der Umpolgcsehwindigkcit des Stators weiterbewegen.

Der Stator enthält bei dem in F i g. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel zwei sich gegenüberliegende, jedoch um 90'Vp räumlich versetzt angeordnete Polsystcmc mit je drei bewickelten Polzähnen als Primärphasen sowie ein drittes Polsystem welches aus einem einzigen bewickelten Pol bestehi und leilungsmäßig zwischen den Primärphasen angeordnet ist. Für das symmetrisch angeordnete Rotorsystem ergibt sich im statischen Zustand, also ohne Statorerregung, wirkungsmäßig eine unregelmäßige Statorzahnanordnung, wobei die PoI-fühligkeit des dritten Systems, also des Einzelpoles, am größten ist. Hierdurch wirken die starken magnetischen Zugkräfte des gepolten Rotors auf ein unregelmäßig angeordnetes Zahn-Lücken-Verhältnis des Stators. Dadurch erhält der Motor im stromlosen Zustand ein verhältnismäßig hohes Rastmoment, welches bei vielen Anwendungsfällen von Synchronmotoren dieser Art vorteilhaft, in anderen Anwendungsfällcn jedoch geradezu Bedingung ist.

Die Starteigenschaften des Synchronmotors gewährleisten besonders gute Betriebseigenschaften, da durch das hohe Rastmoment die entscheidencn Starteigenschaften, vvic minimale Anlaufspannung. Einschwingzei ten. Anzugsmomente sowie die maximal zulässigen äußeren Schwungmassen des Rotor-Slator-Sysiems. positiv beeinflußbar sind. Gegenüber bekannten Synchronmotoren, bei denen mehrere hintereinander koaxial angeordnete Statoren verwendet werden, zeichnet sich der Synchronmotor nach der Erfindung, welcher, wie das gezeigte Ausführungsbeispiel erkennen läßt, nach dem Einstatorenprinzip arbeitet, durch eine kürzere Baulänge aus, ebenfalls durch verringerte Anzahl der Wickelköpfe.

Bei dem in F i g. 1 gezeigten Ausführungibeispicl. bei dem der Winkel ix der räumliche Polversatz von 90 7p = 22,5' eines 4polpaarigen Zweiphasenmotors ist, ist. wie F i g. 2 erkennen läßt, die Stabwicklung zu einer unsymmetrischen Sternschaltung mit stark verschobenem Nullpunkt verschaltet. Dadurch ist sowohl ein Dreiphasenanschluß als auch ein abgewandelter Kondensatorbetrieb am Einphasennetz möglich, wobei der Nullpunkt als 60-Hz-Wicklungsanzapfung dienen kann, wenn das Gesamtsystem für 50 Hz Betriebsspannung ausgelegt ist. Außerdem ist es möglich, den Einzelpol mil Gleichspannung zu erregen, um den Rotor ,iiif eine definierte Startposition vorzubereiten.

In den F i g. 2 bis 5 ist im übrigen, wie auch bei den nachfolgenden Figuren, die übliche Bezeichnungsweisc für Phasen, Bauteile usw. von Elektromotoren verwendet, so daß sich eine ins einzelne gehende Beschreibung erübrigt.

In den F i g. 5 und 6 ist ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, wobei ein Stator mit acht regelmäßig angeordneten Zähnen Verwendung findet. Die einzelnen Systeme bestehen aus Polgruppen

'5 mit je zwei Einzelspulen bzw. Einzelpolen, welche mit der gegenüberliegenden Gruppe eine Phase bzw. einen Sirang bilden. Die erforderliche räumliche Verschiebung der Phasensysteme nach der Drehfeldbcdingung wird bei dieser Anordnung in etwa dadurch erreicht, daß das Rolorpolsystem mit, wie F i g. 5 zeigi, zehn oder aber, wie F i g. 6 zeigt, sechs regelmäßig am Umfang verteilt angeordneten Polen versehen wird.

Werden die beiden Statorpolgruppen jedes Wicklungsstranges im Sinne einer theoretisch vorhandenen

²S zehnpoligen Polanordnung, von denen jeweils sechs Pole unterdrückt werden, geschaltet, so erfüllt das Gesamtsystem die Erfordernisse der Drehfcldbedingung, obwohl kein direkter räumlicher Versatz vorhanden ist. Die Ursache hierfür liegt in der erfindungsgemäß vorgesehenen ungleichen Zahl der Statorzähne bzw. der Rolorpole.

Die Wirkungsweise des Motors nach F i g. 5 und 6 ergibt sich aus den F i g. 7 bis 9. In der Praxis zeichnet sich dieses Ausführungsbeispiel des erfindungsgeniäßen Synchronmotors durch sehr geringe Polfühligkcit. also ein geringes Haltemoment, aus, wodurch sich ein weitestgehend schwingungsarmer Sychronlauf ergibt.

Bei der zehnpoligen Rotorausführung erfolgt im übrigen bei jeder Wicklungsumpolung ein Winkelschritt von 18°. bei der sechspoligen Ausführung hingegen ein Winkel von 30°. Kleinere Schrittwinkcl sind möglich, wenn größere Polzahlen unter Beibehaltung des Grundprinzips gewählt werden.

Bei F i g. 10 ist jeder zweite Ständerpol unbewickelt, wobei die bewickelten Pole derart zusammengesetzte! sind, daß die gegenüberliegenden Pole eine Phase bzw. einen Strang bilden. Der Rotor ist 6- oder Spolig. Dei prinzipielle Schaltungsablauf entspricht dabei den F i g. 5 bis 8.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche: *

1. Synchronmotor mit einem mehrpoligen Permanentmagneten als Rotor sowie einem ein Dreh- -feld erzeugenden Stator mit ausgeprägten, bewikkelten. in einer gemeinsamen Ebene an einem Kreisumfang angeordneten Polen, von denen jeweils mehrere eine zu einer Phase gehörende Gruppe bilden, dadurch gekennzeichnet, daß ^!0 der Stator zwei symmetrisch einander gegenüberliegende Polgruppen (1, 2) in zwei verschiedenen Phasen sowie einen einzelnen, zwischen den Gruppen liegenden Einzelpol (3) in einer dritten Phase aufweist. '5

2. Synchronmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Zweiphasen-Kondensatorbetrieb die Polgruppen (I₁ 2) in Haupt- bzw. Hilfsphase und der Einzelpol (3) in Reihe mit diesem geschaltet sind. ^Μ

3. Synchronmotor mit einem mehrpoligen Permanentmagneten als Rotor sowie einem ein Drehfeld erzeugenden Stator mit ausgeprägten, bewikkelten, in einer gemeinsamen Ebene an einem Kreisumfang angeordneten Polen, von denen jeweils mehrere eine zu einer Phase gehörende Gruppe bilden, wobei die Pole gleichmäßig am Umfang angeordnet sind und der Rotor insgesamt zwei Pole mehr oder weniger als der Stator aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß je zwei nebeneinander angeordnete Pole zu einer Gruppe zusammengefaßt und jede Polgruppe mit der übernächsten Polgruppc verschaltet ist.

4. Synchronmotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Statoren in einem gemeinsamen Gehäuse hintereinander angeordnet und alle Rotoren durch eine gemeinsame Welle mechanisch miteinander gekoppelt sind.

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