DE2234011B1 - Einphasen-doppelmotor - Google Patents

Description

• Der Erfindung liegen folgende Überlegungen zugrunde: Das Intrittfallen von Magnetläufermotoren ist ein komplizierter dynamischer Vorgang. Durch Abstimmung der auf diesen Bewegungsvorgang einwirkenden Drehmomente, nämlich der durch elektrische Erregung erzeugten Antriebsmomente und der das Kleben der Läuferpole an den ausgeprägten Ständerpolen verursachenden Reluktanz-Haltekräfte, kann man erreichen, daß der Magnetläufer in Bruchteilen einer Periode der anliegenden Wechselspannung in den Synchronismus einschwingt. Dieser Synchronisiervorgang ist von einer Vielzahl von Parametern abhängig, beispielsweise vom Trägheitsmoment des Läufers, der räumlichen und elektrischen Phasenverschiebung der magnetischen Flüsse der Hilfspole sowie vom räumlichen Abstand und der Art der Aufeinanderfolge der einzelnen Pole des Ständers.
• Bei aufeinander abgestimmter Dimensionierung dieser Parameter erzeugt der Magnetläufermotor in einem Bereich der Spannung U, welcher die Nennspannung UN einschließt, ein Anzugsmoment M, beispielsweise gemäß Kennlinie 1 nach Fig. 1.
• Die Reluktanz-Haltemomente eines Magnetläufermotors verlaufen bei Drehung des Läufers periodisch, wobei die Periodenzahl pro Umdrehung normalerweise gleich der Gesamtzahl der Haupt- und Hilfspole ist. Wenn man sowohl die Ständer als auch die Läufer zweier Magnetläufermotoren miteinander verbindet, überlagern sich die Kennlinien der Haltemomente beider Motoren. Je nach der Phasenlage der Überlagerung kann das resultierende Haltemoment etwa verdoppelt oder praktisch ausgelöscht sein. Dabei ist der geometrische Winkel zwischen einem Maximum und einem Minimum der Haltemomente wegen der hohen Polzahl solcher Magnetläufermotoren recht klein. Der Betrag und die relative Umfangslage der Haltemomente in Verbindung mit dem elektrodynamisch erzeugten Moment haben einen entscheidenden Einfluß auf die Größe des Anzugsmomentes. Bei undefinierter Zuordnung zweier Magnetläufermotoren zueinander stellen sich in statistisch unregelmäßiger Verteilung unterschiedliche Kennlinien des resultierenden Haltemoments ein, so daß die Mehrzahl solcher Motoren nicht anläuft. Es ist deshalb erforderlich, daß eine genau definierte Winkelzuordnung der Läufer und der Ständer der Einzelmotoren des Doppelmotors vorgenommen wird. Der Phasenwinkel zwischen den periodischen Funktionen der Haltemomentkennlinien der Einzelmotoren, welcher die optimalen Anlaufverhältnisse ergibt, läßt sich in der Praxis nur durch Versuche ermitteln, da eine theoretische Berücksichtigung der zahlreichen Einflußparameter, die zudem bei jedem Motor verschieden sind, nicht möglich ist. Der Phasenwinkel muß jedoch im Bereich zwischen ein Sechstel und fünf Zwölftel einer Periode der drehstellungsabhängigen Reluktanz-Haltekraft liegen, d. h., die Amplitude des resultierenden Haltemoments muß kleiner als das erreichbare Maximum sein und darf keineswegs zu Null werden.
• Der optimale Wert dieses Phasenwinkels muß sehr genau ermittelt und mit engen Toleranzen eingehalten werden. Bei einem ausgeführten 16poligen Magnetläufermotor für 375 U/min bei 50 Hz zeigte sich, daß eine Abweichung von nur 40' (2/3°) vom Sollwert dieses Phasenwinkels eine Änderung der Anlaufmomente von Kennlinie 1 in Fig. 1 nach Kennlinie 2 ergab.
• Ein Ausführungsbeispiel und ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäß ausgebildeten Einphasen-Doppelmotors ist an Hand der Fig. 2 erläutert.
• Mit 3 und 4 sind zwei Magnetläufer-Synchronmotoren gleicher Bauart bezeichnet, deren Einzelteile identisch ausgebildet sind. Sie sind in umgekehrter Achsrichtung miteinander verbunden, so daß sich bei Einschaltung der Motoren gegensinnige Drehrichtungen ergeben.
• In üblicher Weise sind die Erregerwicklungen 5 und 6 als Ringspulen ausgebildet, welche von weichmagnetischen Polzackenkäfigen umgeben sind, deren Polzacken dem Läufer gegenüber kammartig von beiden Seiten her ineinandergreifen. Etwa die Hälfte dieser Polzacken, nämlich die Hilfspole, sind durch Kupferscheiben 7, 8, 9 und 10 geleitet.
• Die benachbarten weichmagnetischen Teile 11 und 12 des Ständers sind mit Merkbohrungen 13 und 14 versehen. Falls diese sich axial deckungsgleich gegenüberstehen, ist die gewünschte vorbestimmte Winkellage der Ständer gewährleistet. Die Läuferkörper 15 und 16 stoßen mit Naben 17 und 18 axial aneinander und sind mit der Welle 19 drehfest verbunden. Diametral gegenüberliegend und in gleichem Abstand von der Welle sind an den Naben 17 und 18 je ein axialer Stift 20 und eine angepaßte axiale Bohrung 21 angeordnet, die wechselseitig ineinandergreifen.
• Dadurch ist eine genau fixierte Winkellage der beiden Läuferkörper 15 und 16 zueinander einzuhalten.
• Der Doppelmotor wird wie folgt hergestellt: Zunächst werden die Läuferkörper 15 und 16 außerhalb des Motors zusammengesteckt und gemeinsam in der Weise aufmagnetisiert, daß die Pole beider Läuferkörper in axialer Richtung hintereinanderliegend fluchten. Dabei ist der Verschiebungswinkel zwischen den Polachsen der Läuferkörper »Null«.
• Dann werden die Gehäuseteile 11 und 12 über einen in die Bohrungen 13 und 14 geführten Montagedorn nebeneinandergelegt und beispielsweise durch Punktschweißen verbunden. Dann werden auf die Läuferwelle 19 von beiden Seiten her die Läuferkörper 15 und 16 aufgedrückt. Selbstverständlich sind jeweils paarweise in der oben beschriebenen Weise magnetisierte Läuferkörper für jeden Motor zu verwenden.
• Nunmehr können die übrigen Bauteile montiert werden.
• Durch die Anordnung von Führungseinrichtungen 20 und 21 am Läufer sowie von Merkbohrungen 11 und 12 in den Ständern ist gewährleistet, daß der durch Versuche als optimal ermittelte Phasenwinkel zwischen den Kennlinien der Haltemomente der Einzelmotoren mit hoher Genauigkeit eingehalten wird.
• Wichtig ist, daß die Läuferkörper nicht einzeln, sondern paarweise aufmagnetisiert werden, denn nur auf diese Weise läßt sich die genaue Winkelzuordnung der Feldachsen erzielen.

Claims (6)

1. Patentansprüche: 1. Einphasen-Doppelmotor, welcher aus zwei in gegensinniger Drehrichtung selbstanlaufenden, vielpoligen Synchronmotoren mit aus dauermagnetischem Werkstoff aufgebauten, auf einer gemeinsamen Welle angeordneten Läuferkörpern besteht, deren Ständer Hauptpole und durch Kurzschlußbügel belastete Hilfspole aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldachsen der auf einer gemeinsamen Welle (19) befestigten aufmagnetisierten Dauermagnetkörper in vorbestimmter Winkellage zueinander angeordnet sind und daß die Ständer beider Synchronmotoren (3, 4) in einer solchen Winkelstellung zueinander fixiert sind, daß sich bei unerregten Motoren die Winkelstellungen des Dauermagnetläufers, bei welchem die Dauermagnetkörper (15, 16) der Synchronmotoren (3, 4) mit den jeweils zugehörigen Ständern einen Extremwert des Reluktanz-Haltemoments bilden, um einen Phasenwinkel unterscheiden, welcher im Hinblick auf die Erzielung günstiger Anlaufdrehmomente ermittelt und größer als ein Sechstel, jedoch kleiner als fünf Zwölftel einer Periode des drehstellungsabhängigen Reluktanz-Haltemoments ist.
2. 2. Doppelmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Läuferkörper (15, 16) und die Ständer der Synchronmotoren (3, 4) mit Führungs- oder Merkeinrichtungen (13, 14 bzw. 20, 21) versehen sind, welche die Montage der betreffenden Bauteile mit einer Winkelgenauigkeit von etwa + 0,03° ermöglichen.
3. 3. Doppelmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Läuferkörper (15, 16) jeweils einen nabenförmigen Ansatz aufweisen, an welchen ein axialer stiftartiger Vorsprung (20) und diagonal gegenüberliegend und in gleichem Abstand von der Welle eine passende Ausnehmung (21) angeordnet sind, und daß diese Läuferkörper in der Weise axial hintereinander auf der Welle (19) angeordnet sind, daß der stiftartige Vorsprung (20) des einen Läuferkörpers jeweils in die passende Ausnehmung (21) des anderen Läuferkörpers eingreift.
4. 4. Doppelmotor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ständer beider Motoren im Bereich des äußeren Umfangs mit Merkbohrungen (13, 14) versehen sind, welche sich nach der Verbindung der Ständer axial dekkungsgleich gegenüberliegen.
5. 5. Doppelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronmotoren aus gleichen Bauteilen aufgebaut sind.
6. 6. Verfahren zur Herstellung eines Doppelmotors nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die Läuferkörper (15, 16) außerhalb des Motors zusammengesteckt und gemeinsam in der Weise aufmagnetisiert werden, daß sich die Magnetpole beider Läuferkörper in axialer Richtung fluchtend gegenüberliegen, daß darauf die einander benachbarten Ständerteile (11, 12) mittels der Merkeinrichtungen (13, 14) in die vorbestimmte Winkellage zueinander gebracht undraneinander befestigt werden und daß dann von beiden Seiten her je einer der gemeinsam aufmagnetisierten Läuferkörper auf die Welle (19) geschoben und mittels der Rasteinrichtungen (20, 21) miteinander verbunden werden.

   Die Erfindung bezieht sich auf einen Einphasen-Doppelmotor, welcher aus zwei in gegensinniger Drehrichtung selbstanlaufenden, vielpoligen Synchronmotoren mit aus dauermagnetischem Werkstoff aufgebauten, auf einer gemeinsamen Welle angeordneten Läufern besteht, deren Ständer Hauptpole und durch Kurzschlußbügel belastete Hilfspole aufweisen.

   Ein solcher Motor ist nach der deutschen Offenlegungsschrift 1488345 bekannt. Die Ständer dieses bekannten Doppelmotors sind dreh- und längsverschiebbar zueinander angeordnet und erzeugen ein Drehmoment in gegensinniger Drehrichtung. Bei Einschaltung der Wicklung des ersten Ständers ergibt sich beispielsweise Rechtslauf, bei Einschaltung des zweiten Ständers dagegen Linkslauf. Der Vorteil eines solchen Doppelmotors besteht darin, daß ohne Verwendung eines Kondensators eine Reversierung möglich ist.

   Der bekannte Motor weist Hystereseläufer auf, deren aktives Material aus nicht aufmagnetisiertem, hartmagnetischem Werkstoff besteht. Hysteresemotoren erzeugen nur relativ niedrige Drehmomente.

   Dagegen können mit sogenannten Magnetläufermotoren, deren Läufer permanent aufmagnetisiert sind, bedeutend höhere Drehmomente erzeugt werden.

   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Einphasen-Doppelmotor der eingangs genannten Art mit Magnetläufer-Synchronmotoren aufzubauen.

   Die Erfindung besteht darin, daß die Feldachsen der auf einer gemeinsamen Welle befestigten aufmagnetisierten Dauermagnetkörper in vorbestimmter Winkellage zueinander angeordnet sind, und daß die Ständer beider Synchronmotoren in einer solchen Winkelstellung zueinander fixiert sind, daß bei unerregten Motoren die Winkelstellungen des Dauermagnetläufers, bei welchem die Dauermagnetkörper der Synchronmotoren mit den jeweils zugehörigen Ständern einen Extremwert des Reluktanz-Haltemoments bilden, sich um einen Phasenwinkel unterscheiden, welcher im Hinblick auf die Erzielung günstiger Anlaufdrehmomente ermittelt und größer als ein Sechstel, jedoch kleiner als fünf Zwölftel einer Periode der drehstellungsabhängigen Reluktanz-Haltekraft ist.

   Der Versuch, zwei gleichartige Magnetläufer-Synchronmotoren in gegensinniger Drehrichtung miteinander zu kuppeln, führte zunächst zu unüberwindlich erscheinenden Schwierigkeiten, weil nur wenige der solchermaßen aufgebauten Motoren brauchbare Anzugsmomente erzeugten und viele sogar überhaupt nicht anliefen. Durch die Erfindung gelang es, Doppelmotoren mit Dauermagnetläufer zu schaffen, deren Anzugsmoment überraschenderweise sogar höher ist als das der ursprünglichen Einzelmotoren. Man hätte nämlich an sich vermuten müssen, daß infolge des etwa verdoppelten Trägheitsmomentes des Doppelläufers nur niedrigere Anzugsmomente erreicht werden können.