DE2208854C3

DE2208854C3 - Synchronmotor mit einem mehrpoligen Permanentmagneten

Info

Publication number: DE2208854C3
Application number: DE19722208854
Authority: DE
Inventors: Paul 2851 Langen Hasselbad
Original assignee: Gerhard Berger & Co Fabrik Elektrischer Messgeraete 7630 Lahr De GmbH
Current assignee: Gerhard Berger & Co Fabrik Elektrischer Messgeraete 7630 Lahr De GmbH
Priority date: 1972-02-25
Filing date: 1972-02-25
Publication date: 1981-07-30
Also published as: DE2208854A1; DE2208854B2

Description

4¹)

Die Erfindung betrifft einen Synchronmotor mit einem mehrpoligen Permanentmagneten als Rotor sowie einem Stator mit ausgeprägten, einzeln bewickelten, in einer gemeinsamen Ebene an einem Kreisumfang angeordneten Statorpolen, deren Anzahl von der Rotorpolzahl verschieden ist und die zwei Polsysteme in Form von zwei symmetrisch einander gegenüberliegenden Polgruppen für zwei verschiedene Phasen sowie ein drittes, symmetrisch zwischen den Polgruppen liegendes Polsystem bilden, wobei innerhalb jeder der beiden Polgruppen die Polteilung gleich der Rotorpolteilung ist und die beiden Polgruppen gegeneinander eine räumliche Versetzung bezüglich der Rotorpolteilung aufweisen.

Die mehrphasige Synchronmaschine, bei der die Statorpole gruppenweise zusammengefaßt und in Gruppen räumlich gegeneinander versetzt sind, ist bekannt (DE-OS 16 38361). Während der Winkel zwischen den Einzelpolen jeder Polgruppe in beiden Fällen gleich der Polteilung τ ρ ist, ist der Winkel zwischen den Polgruppen jedoch grundsätzlich verschieden. Bei der bekannten Ausführungsform beträgt er das (Jt + — )-fache der Polteilung τ ρ, wobei k und a

in

natürliche Zahlen sind und a kleiner als die Phasenzah! m. Er ist also abhängig von der Phasenzahl m. Hier dagegen ist er unabhängig von der Phasenzahl m und ist

das (γ+ — )-fache der Polteilung im Falle des Winkels

zwischen den Polgruppen bzw. das (γ+ — )-fache der

Polteilung im Falle der Winke! zwischen dem Einzelpol und den Polgruppen. Dabei hat γ den Wert Null oder Eins.

Die Zusammenfassung der Statorpole zu Polgruppen dient bei der bekannten Maschine lediglich dazu, die Anzahl der Nuten und Teilwicklungen zu verringern und die aktiven Polflächen am Arbeitsluftspalt zu vergrößern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit dieser ähnlichen Statoranordnung einen selbstanlaufenden, schnell reversierbaren Synchronmotor hoher Präzision zu schaffen, der über ausgezeichnete Start- und Gleichlaufeigenschaften verfugen soll.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die gegenseitige räumliche Versetzung der beiden Polgrnppen 90°/p mit ρ gleich der Rotorpolpaarzahl beträgt und das dritte Polsystem durch einen Einzelpol gebildet ist.

Die Erfindung bringt den Vorteil, daß das mehrpolige Wicklungssystem in einer verhältnismäßig kleinen Statorbohrung fertigungstechnisch beherrschbar untergebracht wird, wobei bei sehr gedrängter Bauweise ein Synchronmotor mit ausgezeichneten Start- und Gleichlaufeigenschaften erhalten wird, der auch beim Abschalten ohne Nachlauf stehenbleibt. Die Anlauf- und Stillsetzzeiten betragen nur wenige Millisekunden. Der Rotor kann bis zum Stillstand impedanzgeschützt abgebremst werden, ohne daß der Motor thermisch beschädigt wird. Der derart ausgebildete Motor besitzt ein hohes statisches magnetisches Selbsthaltemoment. Diese besonderen Leistungsdaten und Betriebseigenschaften werden durch die unkomplizierte Wickeltechnik erzielt, wobei es gelingt, diese Eigenschaften im Leistungsbereich oberhalb 3 Watt beträchtlich zu steigern. Somit ist es nicht erforderlich, in der bekannten, verhältnismäßig viel Platz erfordernden Weise je nach Phasenzahl mehrere bewickelte Statoren von Einphasenmotoren aneinanderzureihen und die Einzelsysteme über die gemeinsame Rotorwelle mechanisch zu koppeln. Mit dem neuen Motor werden also erhebliche Verbesserungen in bezug auf wichtige Motoreigenschaften erzielt sowie die Herstellungskosten stark gesenkt.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.

F i g. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Synchronmotors nach der Erfindung, bei dem der Stator zwei symmetrisch einander gegenüberliegende Polgruppen 1 und 2 sowie einen symmetrisch dazwischenliegenden Einzelpol aufweist,

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

F i g. 2a, b, c einzelne Schaltungsbeispiele.

Die Polgruppensysteme enthalten bei dem in F i g. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel je drei Einzelpole. Sie

sind gegeneinander um eine halbe Polteilung ( )

versetzt, der Winkelabstand zwischen den beiden benachbarten Endpolen der Polgruppen beträgt 1,5

Polteilungen. Der Einzelpol gegenüber diesem Winkel liegt symmetrisch zwischen den Polgruppen. Er bewirkt eine definierte Ruhelage des Rotors im abgeschalteten Zustand mit gutes Rastmoment, aus dcai heraus ein sicheres und schnelles Anlaufen nach dem Einschalten gewährleistet ist. Selbstverständlich könnte der Winkelabstand zwischen den Polgruppen auch gleich dem

90°

Versatzwinkel = 0,5 Polteilung sein oder es können

P
auch andere Polzahlen verwendet werden.

Gegenüber den bekannten Synchronmotoren, bei denen mehrere hintereinander koaxial angeordnete Statoren angewendet werden, zeichnet sich der Synchronmotor nach der Erfindung, der entsprechend dem gezeigten Ausführungsbeispiel nach dem Einstatorenprinzip arbeitet, durch kurze Baulänge und verringerte Zahl der Wickelköpfe aus.

Die Wicklungen von F i g. 1 lassen sich in verschiedener Weise zusammenschalten und nutzen Je nachdem, ob der Einzelpoi elektrisch genutzt wird oder nur als magnetischer Rückschluß dient, ergeben sich die prinzipiellen Spannungsdiagramme von Fig.2. Das linke Diagramm entspricht einem Anschluß an ein Einphasennetz entsprjchend Fig.2a (ausgezogene Linien) bzw. einem Drehstromanschluß (F i g. 2b). Hier wird also die Wicklung auf dem Einzelpoi als am Netz liegende Wicklung verwendet und es bildet sich ein unsymmetrischer Spannungsstern an den drei Wicklungssträngen aus. Das rechte Spannungsdiagramm dagegen sieht eine Speisung für die Wicklungsstränge auf den Polgruppen vor und läßt die Wicklung auf dem Einzelpoi außer Betracht Hiermit lassen sich Schaltungen der Art von Fig. 2a (gestrichelter Anschluß) und F i g. 2c ausführen. Dabei ist also die Wicklung auf dem Einzelpoi entweder ganz unwirksam, d. h. sie kann entfallen, oder sie kann entsprechend F i g. 2c mit Gleichstrom gespeist zur Erzeugung eines besonderen Rastmoments dienen. Es ist auch eine Kombination denkbar, nämlich bei wahlweisem Anschluß des Motors am Netz von 50 oder 60 Hz gleicher oder ähnlicher Spannung. Bei 50 Hz wird dann die Einzelpolwicklung genutzt (F i g. 2a, ausgezogener Anschluß), bei 60 Hz nicht (Fig.2a, gestrichelter Anschluß). Bei geeigneter Wicklungs- und Kondensatorauslegung kann man dann für beide Speisungsarten etwa gleich starke Luftspaltfelder erzielen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Synchronmotor mit einem mehrpoligen Permanentmagneten als Rotor sowie einem Stator mit ausgeprägten, einzeln bewickelten, in einer gemeinsamen Ebene an einem Kreisumfang angeordneten Statorpolen, deren Anzahl von der Rotorpolzahl verschieden ist und die zwei Polsysteme in Form von zwei symmetrisch einander gegenüberliegenden Polgruppen für zwei verschiedene Wicklungsstränge sowie ein drittes, symmetrisch zwischen den Polgruppen liegendes Polsystem bilden, wobei innerhalb jeder der beiden Polgruppen die Polteilung gleich der Rotorpolteilung ist und die beiden Polgruppen gegeneinander eine räumliche Versetzung bezüglich der Rotorpolteilung aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenseitige räumliche Versetzung der beiden Polgruppen (1, 2) 90°/p mit ρ gleich der Rotorpolpaarzahl beträgt und das dritte Polsystem durch einen Einzelpol (3) gebildet ist.

2. Synchronmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen der zwei Polgruppen (1, 2) und des Einzelpols (3) in Sternschaltung verbunden sind (F i g. 2a und 2b).

3. Synchronmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem wahlweisen Anschluß als Kondensatormotor an Einphasennetze von 50 oder 60 Hz die Wicklung auf dem Einzelpol (3) bei 50-Hz-Betrieb benutzt wird, während der Nullpunkt bei 60-Hz-Betrieb an den Verbindungspunkt der Wicklungsstränge auf den beiden Polsystemen angeschlossen ist und die Einzelpolwicklung unbenutzt bleibt.

4. Synchronmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Anschluß als Kondensatormotor an ein Einphasennetz die Wicklung auf dem Einzelpol zur Herstellung einer definierten Ruhestellung mit Gleichstrom erregbar ist (F ig. 2c).