DE2222244A1

DE2222244A1 - Synchronmotor

Info

Publication number: DE2222244A1
Application number: DE19722222244
Authority: DE
Inventors: Smith Raymond Launehbury
Original assignee: Sangamo Weston Inc
Current assignee: Atos Origin IT Services Inc
Priority date: 1971-05-06
Filing date: 1972-05-05
Publication date: 1972-11-23
Also published as: ZA723091B; AU461733B2; AU4201772A; FR2135341A1; DE2222244C2; FR2135341B1; GB1396305A

Description

DR. ING. E. HOFFMANN · DIPL. ING. W. EITLE · DR. RER. NAT. K. HOFFMANN

PATENTANWÄLTE

D-8000 MDNCHEN 81 · ARABELLASTRASSE 4 · TELEFON (0811) 911087

Sangamo Weston Limited Enfield, Middlesex/England

Synchronmotor

Die Erfindung betrifft einen Synchronmotor, bestehend aus einem permanent magnetisierten Rotor mit peripherischen Polen von wechselnder Polarität und einem eine Erregerspule umschließenden Stator mit einer Vielzahl von sich axial erstreckenden Hauptpolen und einer Vielzahl von sich axial erstreckenden Nebenpolen, die in bezug auf die von den Hauptpolen erzeugten Kraftflüsse phasenverschobene Kraftflüsse erzeugen.

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Bei bekannten in einer Richtung laufenden selbstanlaufenden Synchronmotoren für Wechselstrom wird das Selbstanlaufen und der Lauf in einer Richtung auf verschiedene Weise bewerkstelligt. Bei einer bekannten Form eines Synchronmotors ist ein permanent magnetisierter Rotor vorgesehen, an dem eine Vielzahl von in gleichen Abständen voneinander abgesetzten hervorstehenden Polen von wechselnder Polarität angeornjdet ist;- ferner ist ein Stator vorgesehen, an dem eine Vielzahl von Polstücken in der gleichen Anzahl wie die Rotorpolstücke angeordnet sind und durch Wechselstrom erregt werden, so daß die Pole wechselnde Polarität aufweisen, wobei die Polstücke in mit Gruppen von Neben- oder hervorstehenden Polen wechselnden Gruppen von Haupt- oder nicht hervorstehenden Polen angeordnet sind. Ein rückwärts wirkendes Drehmoment wird dadurch vermindern oder beseitigt, daß die eine Hälfte der Stator-Polstücke hervorgehoben wird und die hervorgehobenen Polstücke in bezug auf die nicht hervorgehobenen Polstücke in der gewünschten Drehrichtung für den Rotor verschoben werden. Praktische Schwierigkeiten entstehen jedoch bei der Schaffung einfacher und kleiner Ausbildungsformen dieses bekannten Motors, mit dem Resultat, daß ein oder mehrere Pole weggelassen werden müssen, damit die hervorgehobenen Pole in bezug auf die Hauptpole abgesetzt werden können.

Bei einer anderen Form eines selbstanlaufenden Synchronmotors, bei dem die hervorgehobenen Neben- oder Hilfspole in bezug suf die Hauptpole abgesetzt sind, weist der Motor weniger Statorpole als Rotorpole auf, und außerdem eine kleinere Anzahl von Hauptpolen insgesamt, verglichen mit der Anzahl hervorgehobener Pole, um die Verluste des Systems

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auszugleichen. Bei diesem bekannten Motor wird besonderer Wert auf die Tatsache gelegt, daß zwei Pole an einer Statorhälfte fehlen, während an der anderen Statorhälf.te die Pole vollständig sind, so daß die beiden Statorhälften verschieden-gestaltet sind.

der vorliegenden Erfindung ist es, eine vorteilhafte Weiterbildung eines selbstanlaufenden, in einer Richtung laufenden Synehronmotors vorzusehen, welche bestimmte bedeutende Vorteile gegenüber bekannten Formen solcher Motoren aufweist.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Nebenpole an einem Statorelement oder Statorelementen geformt sind, die getrennt sind von dem Statorelement oder den Statorelementen, an denen die Hauptpole vorgesehen sind.

In dieser Weise sind die hervorgehobenen oder Nebenpole als getrennte Einheit vorgesehen, wodurch es leicht möglich ist, den Verschiebungswinkel dieser Pole in bezug auf die Hauptpole zu verändern, zur Anpassung der Eigenschaften des iiesamtmotors in bezug auf die elektrische Nacheilung des hervorgehobenen Systems.

Die Hauptpole sind vorzugsweise alle zusammen auf einem ersten Bogen des Statorumfangs angeordnet, und die Nebenpole sind alle zusammen auf einem zweiten Bogen des Statorumfangs in einer Gruppe angeordnet, welche im wesentlichen diametral gegenüber dem ersten Bogen liegt. Der zweite Bogen erstreckt -»ich vorzugsweise über mehr als l8o°.

Tn einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Stator in zwei Hälften ausgebildet, welche in bezug auf die Anzahl und Anordnung der Haupt- und Nebenpole identisch sind,

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wobei im zusammengebauten Zustand der beiden Statorhälften die um die halbe geometrische Polteilung von den Polen an der einen Hälfte abgesetzten Pole an der anderen Statorhälfte abwechselnd mit erstgenannten Polen angeordnet sind.

Die Nebenpole sind vorzugsweise aus sich axial erstreckenden Wandteilen zweier gegeneinander gerichteter schalenförmiger Elemente hergestellt, welche an dem die Hauptpole bildenden entsprechenden Statorelementen befestigt sind und in Kombination einen die Erregerspule umschließenden Ring bilden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform enthält der Motor ein Paar den Nebenpolen zugeordnete Kurzschluß-Stufenringe, welche in Nähe der jeweils einander gegenüberliegenden Enden des Stators radial innerhalb der Erregerspule angeordnet sind.

Die Erregerspule erstreckt sich vorzugsweise über die gesamte axiale Dicke des Motors zwischen den axialen Statorstirnplatten.

Der erfindungsgemäße Synchronmotor ist insbesondere zur Verwendung als langsam laufende Vorrichtung geeignet, welche z. B. 250 Umdrehungen pro Minute bei einer Speisung mit 50 Hz./see. durchführt. Die Größe kann 35 mm Durchmesser mal Io mm Höhe betragen.. Der Motor kann z.B. in Schaltuhren, Uhren und ähnlichen Instrumenten verwendet werden und kann in bezug auf seine Leistung als aus zwei Motoren bestehend betrachtet werden, wobei sich das Feld des einen Motors synchron mit der Wechselstromspeisung befindet und das Feld des anderen Motors durch Stufenringe verzögert wird. Eine solche Anordnung läuft in einer Richtung und ist selbstanlaufend, wenn der elektrische Winkel zwischen den entsprechenden Polen l8o-0 beträgt, wenn der Durchmessergrad

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den Nacheilungswinkel des zweiten Feldes im betreffenden Motor darstellt.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sollen anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert und beschrieben werden, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen ist.

Pig. 1 ist eine auseinandergezogene Ansicht des erfindungsgemäßen Synchronmotors,

Pig. 2 ist ein Schnitt durch den Motor gemäß Pig. I in zusammengebautem Zustand, und

Pig. 3 ist eine schematische Darstellung von der Anordnung der Statorpole.

Um zuerst auf Fig. 1 und 2 Bezug zu nehmen, ist zu bemerken, daß der Stator aus zwei eine Platte Io und eine Schale 11 enthaltenden Hälften hergestellt ist, die nur jeweils vier Hauptpole 12 vorsehen, welche aus der Platte und dem Boden der Schale geschnitten und hergestellt sind. Die Platte Io und Schale 11 sind mit Hilfe von in den Plattenbefestigungslöohern vorgesehenen Verlängerungen zusammengepaßt und angeordnet. Die Nebenpolstücke sind als von Platte Io und Schale 11 getrennte Einheiten hergestellt und bestehen aus zwei gleichen kleinen Schalen 14a und 14b, an deren Wänden jeweils sieben einzelne Nebenpole 16 ausgeschnitten sind. Eingebettet zwischen der Statorplatte Io und Schale 11 und den ihnen zugeordneten Nebenpolstücken 14a, 14b ist ein Stufenring 18a, 18b aus Kupfer. Damit der Kraftfluß in die gewünschte Richtung fließt, ist außerdem ein Abstandsring 2oa, 2ob aus Eisen jeweils zwischen Statorschale und -platte und dem entsprechenden Nebenpolstück innerhalb des Stufen-

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rings l8a, 18b vorgesehen.

In zusammengebautem Zustand besteht dann jede Statorhälfte aus einer Statorplatte Io oder -schale 11 und einem Nebenpolstück l4a oder l^b, welche konzentrisch aneinander angebracht sind, und zwar mittels der durch Senkung der Zentrier- ' löcher gebildeten Verlängerungen 21, wobei jeweils ein
Stufenring und ein Abstandsring aus Eisen um die Verlängerung zwischen ihnen eingebettet ist. Dadurch, daß die Hauptpole 12 und die Nebenpole 16 an verschiedenen Teilen vorgesehen sind, kann der Winkel zwischen ihnen mit Leichtigkeit verstellt werden, und zur Erzielung der besten Wirkung können die Zentrieröffnungen gesenkt oder gestanzt werden, so daß die Statorhälften mit den in ihnen eingebetteten Ringen
l8a, l8b, 2oa, 2ob entstehen. Eine lange Lagerbuchse 24
mit einer Kappe 23 ist in der Mitte der einen Verlängerung 21, hier der Verlängerung der Platte lo, eingesetzt. Um
Ausrichtungsschwierigkeiten zu vermeiden, wird nur ein
Lager verwendet. Der Längsdruck wird von einer Platte bzw. einem Einsatz 25 aufgefangen, welcher gegen das Ende der
Rotorwelle 26 drückt. Zur Geräuschdämpfung ist eine kleine Blattfeder 27 vorgesehen, die mit einer kleinen Vorspannung auf die Druckplatte 25 einwirkt. Der Rotor 28 wird von
einer glatten Stahlwelle 26 gehalten und besteht aus einem Perritring, der von der Welle durch eine Kunststoffbuchse
getrennt ist, die in eingesetzter Stellung geformt werden
kann, um die Konzentrizität der zylindrischen Oberfläche
des Ringes zu erhalten. Die Spule 29 des Motors ist um
die Neben- und Hauptpole angeordnet, wie in Fig. 2 am deutlichsten zu sehen ist. Beide Statorhälften sind in bezug
auf Anordnung und Zusammenbau der Pole identisch, und wenn gemäß Fig. 2 zu einer Einheit zusammengebaut, an einer
Statorhälfte um die halbe geometrische Polteilung symmetrisch voneinander weg verschoben.

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OBIGlNAi INSPECTED

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Die Verlängerungen der .ato —e·· t/ft

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eee-e^ea-Sa^tfifeoe—l-g liegen vorzugsweise in enger Nachbarschaft des Boden$ der gegenüberliegenden --fee, wodurch der Pluß so .beeinflußt wird, daß er durch die hervorgehobenen oder Nebenpole 16 läuft. Da die Stufenringe l8a und l8b im Kern der Spul'e 29 enthalten sind, ist diese Stufe äußerst wirksam, und es können mit ganz zufriedenstellendem Ergebnis Stufenringe mit kleinen Querschnitten verwendet werden. Dies stellt sowohl in Bezug auf Kosten als auch auf die Größe einen Vorteil dar.

Aus obigem und Fig. ~3, in der die Anordnung der Statorpole als Ganzes gezeigt ist, kann entnommen werden, daß die Hauptpole 12 und die hervorgehobenen oder Nebenpole 16 jeweils für sich innerhalb der diametral angeordneten Bögen enthalten sind, wobei der Bogen der Nebenpole mehr als l8o° einnimmt. Dadurch, ist die oben erwähnte Verstellung des Winkels zwischen Haupt- und Nebenpolen der beiden Statorhälften leicht herzustellen, -so daß zur Erzielung der besten Wirkung die Statorteile in geeigneter Weise befestigt werden können. Da weiterhin die Pole nicht untereinander abwechseln, braucht nur eine minimale Anzahl bei jeder Statorhälfte weggelassen zu werden, um die mechanischen Beschränkungen bei der Anordnung der Pole auf einer gemeinsamen Ebene zu bewältigen.

In Pig. 5 bezeichnen die Quadrate, die Pole einer magnetischen

Polarität, d.h. die Pole auf der gleichen Statorhälfte, und die Krei.se bezeichnen die Pole entgegengesetzter Polarität, die auf der anderen Statorhälfte liegen. Die Hauptpole sind alle leer und die Nebenpole schraffiert dargestellt. Es sollte vermerkt werden, daß jeweils Zahl und Anordnung

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von Kreis- und Quadratzeichen identisch ist, wobei die einen in bezug auf die anderen um eine halbe geometrische Polteilung einer Statorhälfte verschoben sind. Bei Haupt- und Nebenpolen gleicher Polarität beträgt die Verschiebung (l8o - 0)° in der Umdrehungsrichtung des Motors, um den Bedingungen in bezug auf Selbstanlaufen und Laufen in einer Richtung zu entsprechen.

Daraus folgt, daß es möglich ist, die Umdrehungsrichtung lediglich dadurch umzukehren, daß der Verschiebungssinn in bezug auf die Symmetrielinie, d.h. spiegelbildlich zu Figur j5 verändert wird.

Auf diese Weise können Motoren der oben beschriebenen Bauweise hergestellt werden, bei denen beide Umdrehungsrichtungen möglich sind, und zwar ohne erhebliche Unterschiede zwischen den Stückteilen, abgesehen von der mechanischen Anpassung der getrennten Polstücke aneinander, z.B. Io und l4a oder 11 und 14b, die die beiden Statorhälften bilden, wodurch die einzelnen Polstücke jeweils in einer der beiden, der jeweils gewünschten Drehrichtung entsprechenden Lagen angeordnet werden können.

Um eine solche Relativbewegung zwischen den Hauptpolen und den Nebenpolen der Statorhälften durchführen zu können, ist die Einrichtung zum Befestigen der Platten Io und 11 an den entsprechenden Hilfspolschalen l4a und l4b in geeigneter Weise abgewandelt.

Daraus folgt, daß in einem vollständigen Motor die Nebenpolschalen miteinander verbunden und mittels Steuerung von außen von einem äußersten Punkt zum anderen bewegbar sind, wodurch ein Motor mit beliebig umkehrbarer Umdrehungsrichtung vorgesehen ist.

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Claims

Patentansprüche

1.) Synchronmotor, bestehend aus einem permanent magnetisieren Rotor mit peripherischen Polen von wechselnder Polarität und einem eine Erregerspule umschließenden Stator mit einer Vielzahl von sich axial erstreckenden Hauptpolen und einer Vielzahl von sich axial erstreckenden Nebenpolen, die in bezug auf die von den Hauptpolen erzeugten Kraftflüsse phasenverschobene Kraftflüsse erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß die Nebenpole (16) an einem Statorelement oder Statorelementen (14a, 14b) geformt sind, die getrennt sind von dem Statorelement oder den Statorelementen (lo, 11), an denen die Hauptpole (12) vorgesehen sind.

2. Synchronmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptpole (12) in einer Gruppe auf einem ersten Bogen des Statorumfangs angeordnet sind und die Nebenpole (16) alle in einer Gruppe auf einem zweiten, dem ' ersten Bogen im wesentlichen diametral gegenüberliegenden Bogen des Statorumfangs angeordnet sind.

3. Synchronmotor nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η -

zeic.hnet, daß sich der zweite Bogen über mehr als l8o° erstreckt.

4. Synchronmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e' t , daß der Stator in zwei in bezug auf Zahl und Anordnung der Haupt- und Nebenpole identischen Hälften hergestellt ist, wobei die Pole der einen Hälfte nach Zusammenbau abwechselnd mit den Polen der anderen Hälfte angeordnet und von Letzteren um eine halbe geometrische Polteilung an einer Statorhälfte verschoben sind.

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5· Synchronmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nebenpole (16) aus sich axial erstreckenden Wandteilen zweier gegeneinander ausgerichteter schalenförmiger Elemente (14a, 14b) hergestellt sind, die an entsprechenden, die Hauptpole (12) bildenden Statorelementen (lo, 11) befestigt sind und kombiniert als Ring die Erregerspule (29) umfassen.

6. Synchronmotor nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß die die Hauptpole bildenden Statorelemente aus einer Schale (11) und Platte (lo) bestehen, an denen die Hauptpole (12) durch von diesen abstehende Teile gebildet sind.

7· Synchronmotor nach Anspruch 5 und 6, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die schalenförmigen Elemente (14a, 14b) der Nebenpole an der Statorschale (11) und Platte (lo) durch entsprechende Verlängerungen (21) des Statorschalen- und Plattenmaterials befestigt sind.

8. Synchronmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß den Nebenpolen ein Paar von Kurzschluß-Stufenringen (18a, 18b) zugeordnet ist, die radial innerhalb der Erregerspule (29) jeweils an den einander gegenüberliegenden axialen Enden des Stators angeordnet sind.

9. Synchronmotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß radial innerhalb der Stufenringe (l8a, l8b) jeweils ein Abstandsring (2oa, 2ob) aus Eisen vorgesehen ist.

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lo. Synchronmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichne t, daß sich die Erregerspule (29) über die gesamte axiale Dicke'des Motors zwischen den axialen Statorstirnplatten erstreckt.

11. Synchronmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Statorelement oder die Statorelemente (l4a, 14b), an denen die Nebenpole (16) hergestellt sind, drehbar sind in bezug auf das Statorelement oder die Statorelemente (lo, 11), an denen die Hauptpole (12) hergestellt sind.

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