DE2247196A1 - Spaltpol-synchronmotor - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE j

Dipl.-ing. H- Seiler Dipi.-ing. J. Pfenning Dipl.-Phys. K. H. Meinig

1 Berlin 19

Oldenburgallee 10 Tel. O31173O4 55 21 3O455 22

Drahtwort: Seilwehrpatent Postscheckkto. Bln.W.5938

22.. September 1972 Me/Ko

MALLORY TIMERS CONTINENTAL S.p.A Frosinone, 151 Via A. Fabi, Italien

" Spaltpol-Synchronmotor"

Me Erfindung bezieht sich ganz allgemein auf einen Synchronmotor und im besonderen auf einen solchen, der mit Spaltpolen versehen ist, um durch die Magnetfeldverteilung die Drehbewegung des Motors in einer einzigen Richtung·vorzugeben.

3?ür relativ kleine Synchronmotor, deren Rotor aus einem Permanentmagnet besteht, gibt es eine Vielzahl von Anwendungsmoglichkeiten, So finden derartige Motore beispielsweise verbreitet in Zeitgebervorrichtungen und in Verbindung mit Zeitfolgeschaltungen etwa für automatische Waschmaschinen od. dgl. Verwendung .

Ein in Verbindung mit derartigen Synohronmotoren mit Rotoren, die aus Permanentmagneten aufgebaut sind» ->2-

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bestehendes Problem liegt darin, daß sich diese Rotoren je nach Ausgangstellung entweder im Uhrzeigersinn oder in entgegengesetzter Richtung zu drehen beginnen, wenn an die Motore ein Strom angelegt wird. Es ist jedoch in den meisten Fällen erforderlich, daß der Antrieb der Motorwelle nur in einer einzigen gewünschten Richtung erfolgt.

Eine Möglichkeit, um die Richtung des Rotors, wenn sich dieser in der falschen Drehrichturig zu drehen beginnt, umzukehren, besteht darin, irgendeine geeignete mechanische Einwegsperre vorzusehen. Derartige Hilfsmittel arbeiten zwar durchaus zufriedenstellend, sie eliminieren jedoch nicht das primäre Problem, welches darin liegt, daß es möglich ist, daß sich der Rotor in der falschen Richtung beim Start drehen möchte. Eine ursächliche Lösung der genannten Problem^ stellung kann erst dann als gefunden betrachtet sein, wenn der Motor selbst so ausgelegt ist, daß sich sein Rotor stets in der richtigen Richtung beim Start zu drehen beginnt. Hierfür kann in etwa ein ansich bekanntes magnetisches Richtungssystem dienen, welches sich einer Spaltpolanordnung bedient, die sich auf

einen besonderen oder einzelne Startorpole beziehen· Während die bekannten Spaltpolanordnungen in bezug auf

viele Anwendungsgebiete zufriedenstellend arbeiten, sind sie jedoch in bezug auf ihre Spannungsempfindlichkeit außerordentlich anfällig und beschränkt. Mit anderen Worten arbeiten die bekannten Spaltpolanordnungen nur dann zuverlässig und stellen die exakte Drehrichtung sicher, wenn sie sich in einem bestimmten Spannungsbereich befinden, der durch die Motorkennlinien vorgegeben ist.

Erfindungsgemaß wurde nunmehr gefunden, daß der mögliche Spannungsbereich für Synchronmotoren, die sich einer magnetischen Startrichtungseinrichtung bedienen und hierbei Spaltpolanordnungen für den Statoraufbau vorgeben, dann vergrößert werden kann, wenn die Spaltpolanordnung im wesentlichen den gesamten Bereich der

platten
Feldebene,die den Statoraufbau ausmachen,, bedeckt,

Erfindungsgemäß wird ein Synchronmotor in Vorschlag gebracht, der mit einer magnetisch gerichteten Einrichtung versehen ist, welche sicherstellt, daß sich der Rotor beim Start des Motors nur in einer vorbe- ■ stimmten Richtung zu drehen beginnt.

Erfindungsgemäß wird eine Spaltpolanrodnung in Verbindung mit einem Statoraufbau geschaffen, welcher zu

jeder Zeit sicherstellt, daß beim Start des Motors sich der Rotor in ein und derselben Richtung zu drehen beginnt. Das in diesem Zusammenhang in dem Synchronmotor verwendete magnetische Startrichtsystem vermag in einem verhältnismäßig breiten Spannungsbereich zu arbeiten.

Das magnetische Startrichtsystem, welches sich einer Spaltpolanordnung bedient, nimmt im wesentlichen den gesamten Flächenbereich der Feldplatten ein, die"den Statoraufbau ausmachen. Weitere Merkmale und die Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnung näher beschrieben werden, wobei diese eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung darstellt, und es bedeutet:

Figur 1 einen Querschnitt durch den Synchronmotor, welcher sich des erfindungsgemäßen Prinzips bedient,

Figur 2 einen Schnitt entlang der Linie 2-2 von Fig. und

Figur 3 einen Schnitt entlang der Linie 3-3 von I?ig.

Ganz allgemein bezieht sich die Erfindung auf einen Spaltpol-Synchronmotor, welcher sich aus einem Statoraufbau und einem Rotor zusammensetzt, wobei der Stator aus einem Kreis zwischeneinandergreifender Statorpole, die von den sich gegenüberliegenden Endplatten abstehen und einer an eine Wechselstromquelle anschließbaren und dadurch erregbaren Spule besteht, während der Rotor ein Permanentmagnet ist, der sich durch eine Vielzahl von im gleichen Abstand zueinander liegendenpermanenten Polen sich abwechselnder Polarität kennzeichnet und der in dem Statorpolkreis drehbar gelagert ist, indem er von dem wechselnden Magnetfeld der Statorpole beaufschlagt wird. Zwischen jeder der Endplatten ist eine Spaltscheibe angeordnet, die im wesentlichen den gesamten Oberflächenbereich übergreift, und die eine magnetische Bahn vorgibt, die vollständig um eine vorbestimmte Polzahl jeder der Endplatten herumführt, wobei die vorbestimmte Polezahl geringer als die Zahl der Pole jeder Platte ist.

Wie aus der Zeichnung zu ersehen, setzt sich der Synchronmotor 10 ganz allgemein aus einem Rotor 12 und einem Statoraufbau 14 zusammen, wobei eine Spule 16 ein Magnetfeld an den Stator anzulegen vermag.

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Der Rotor 12 besteht im wesentlichen aus einer Permanentmagnetscheibe 18 in Form eines Ringes! die von einem Nabenteil 20 aufgenommen ist, welches auf der Welle 22 frei drehbar ist. Die Welle 22 ist feat durch die Bodenplatte 24 des tassenförmigen Gehäuseteiles hindurchgeführt. Die Permanatmagnetscheibe 18 besteht aus einem Material, welches hohe Feldenergien durch teilorientierte Keramik vorzugeben in der Lage ist, etwa aus einem Barium-Ferrit-Keramikmaterial, wobei die äußere Umfangsfläche durch Pressen oder magnetische Orientierung in getrennte Magnetsegmente 19 mit jeweils wechselnden Nord- und Südpolen unterteilt ist. Alternativ werden hervorstehende Pole von einer getrennten Nabe rund um den Ring verteilt gehalten. Die Nabe 20 ist innerhalb der Buchse 28 frei drehbar. Zu der Nabe gehört ein Ritzel 30, welches das Ausgangsritzel des Motors bildet. Der Statoraufbau 14 setzt sich aus einem tassenförmigen Element 26, welches durch die Boden-

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platte 32 verschlossen ist, und den Polen 26, und 32 zusammen, die ihrerseits aus dem tassenförmigon Element herausgestanzt bzw. -geschnitten sind, und die in der dargestellten Weiee von der Bodenplatte abstehen. Wie deutlicher aus Figur 2 ersichtlich, greifen die Pole abwechselnd ineinander und sind dabei auf einem Kreis angeordnet, wobei der Kreis und der äußere Rand des

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tassenförmigen Elementes zusammen einen Ringraum bilden, in welchem die Spule 16 untei-gebracht ist. Sowohl das tassenförmige Element, als auch die Bodenplatte 32 können aus einem einfachen kaltgewalzten Stahl gefertigt werden, so daß in dem Statoraufbau jederzeit die Magnetfelder induzierbar sind..

Die Spule 16 setzt sich aus der eigenen Spule selbst und einer Umhüllung 34 zusammen und wird von einer Spulentrommel■36 in der dargestellten Weise aufgenommen. Me elektrischen Anschlußleitungen 38 verbinden die Spule mit einer Wechselstromquelle.

Bei der oben beschriebenen Motorausführung e-rzeugt der an die Spule 16 angelegte Wechselstrom ein entsprechend wechselndes Magnetfeld im Stator, wodurch sich der Rotor 12 .zu drehen beginnt. Mit der bisher beschriebenen Anordnung ist es dem Rotor jedoch möglich, sich entweder im Uhrzeigersinn oder in entgegengesetzter Richtung zu drehen. Erfindungsgemäß ist die Startrichtung des Rotors in der gewünschten Drehrichtung dadurch sichergestellt, daß Spaltpolelemente 40 und zur Anwendung gelangen, die gegen und angrenzend an die Bodenplatte 32 in Stellung gebracht sind und de-s

gegen

weiteren, wie aus der Zeichnung ersichtlich, /den Boden-

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abschnitt des tassenförmigen Elementes 26, 24, welcher als Feldplatte wirkt, anliegen.

Die erfindungsgemäß vorgesehenen Elemente 40 und 42 bestehen aus zwei Spaltscheibenpaaren 40', 40" und 42', 42", Diese Scheiben sind übereinander angeordnet und überdecken im wesentlichen den gesamten Oberflächenbereich der Endplatte 32 und derjenigen Endplatte, die durch den Bodenabschnitt 24 des tassenförmigen Elementes 26 vorgegeben ist. Die genannten Scheiben bestehen aus einem nicht magnetischen Material, und sie vermögen einen Potentialwechsel durch die Scheibe hindurch vorzugeben, der wiederum einen elektrischen Stromfluß (Foucaltströme) verursacht, wenn ein Magnetfeld anliegt. Ein hierfür geeignetes Material wäre beispielsweise Kupfer. Zufolge der Verwendung dieses Materials und der Ausbildungsform des Magnebfeldes, das vollständig um die vorbestimmte Statorpolzahl herumführt, wird der Rotor, wie ein Vergleich mit der zeichnerischen Darstellung zeigt, stets in einer vorbestimmten Richtung starten. Wenn im wesentlichen der gesamte Oberflächenbereich der Endplatten abgedeckt ist, dann kann, wie sich herausgestellt hat, der Spannungsbereich zum Zeitpunkt des vorgegebenen Starts des Rotors unzweifelhaft erheblich vergrößert werden.

Wie insbesondere aus den Figuren 2 und 3 zu entnehmen ist, sind eine ungerade Polzahl 5-1 bis 65 und die Pole

26 in dem tassenförmigen Element 26 vorgesehen, wätnaid eine gerade Polzahl 52-66 und die Pole 32 der Platte zugeordnet sind. Die sich diametral gegenüberliegenden Polepaare 56 58 und 64· 66, die von dem tassenförmigen Element 26 wegführen, sind gespalten oder die Bahn des Magnetfeldes ist zufolge der spaltenden Organe (shading bars) vollständig um diese herumgeführt., lür die Pole, die von der Endplatte 32 abstehen und zwar die sich

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diametral gegenüberliegenden Pole 55 57 und· 63 65 gilt gleichfalls, daß es sich hierbei"um Spaltpole handelt. Die restlichen Pole der Endplatte 32 sind ungespaltene Pole. Die verbleibenden Pole der Endplatte sind ungespalten, wobei Schlitze 4-4- und 4-6 in den bei-

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den Elementen 4-2 und 4-2 vorgesehen sind, welche sich von den diametral gegenüberliegenden ungespaltenen Polen zu der Kante der Spaltscheiben erstrecken und

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die durch die Schlitze 4-8 und 50 der Scheiben 4-2 und 4-2 hindurchführen, welche ihrerseits mit den radialen Schlitzen 4-4- und 46 der verbleibenden Pole verbunden sind. Wie aus der Zeichnung ersicüfclich, sind identische

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Schlitze in den Scheiben 4-0 und 4-0 vorgesehen.

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Zufolge der dargestellten und beschriebenen Ausführungsform ist es dem Rotor 12 möglich, sich stets in Uhrzeigerrichtung zu drehen, wobei der Spannungsbereich um -t/- 30 # von der Hauptspannung des Motors abweichend schwanken kanni Die schmalen Pole 9 und unterstützen darüber hinaus die Startbedingungen des Motors.

Zufolge der Symmetrie der Anordnung kann die Drehrichtung gewechselt werden, wenn die Feldplatte 32 gewechselt wird, d.h. durch eine apiegelsymmetrische Anordnung ausgetauscht wird. Die Statorpole des tassenförmigen Elementes sind symmetrisch ausgebildet.

Patentansprüche

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Claims (7)

1. -11-ANSPRÜCHE

   (1.) Spaltpol-Synchronmotor mit kreisförmig angeordneter, ineinandergreifender Statorpolanordnung, wobei sich die Pole wechselseitig von gegenüberliegenden Stirnplatten aus wegerstrecken und von einem an eine Wechselstromquelle anschließbaren Spulenkörper umgriffen sind und mit einem Permanentmagnetrotor mit einer Vielzahl im gleichen Abstand zueinander liegender permanenter Pole sich abwechselnder Polarität der sich innerhalb der kreisförmigen Statorpolanordnung zufolge des Anlegens eines magnetischen Wechselfeldes an die Spule zu drehen vermag, dadurch gekennzeichnet, daß Spaltschei-, benelemente (shading disc means) an jeder der Endplatten, im wesentlichen den gesamten Oberflächenbereich übergreifend, angeordnet sind, die eine Magnetbahn vorzugeben in der Lage sind, die vollständig um eine vorbestimmte Polzahl jeder der End- bzw. Stirnplatten herumführt, wobei die vorbestimmte Zahl der Pole geringer als die Polzahl jeder Platte ist.
2. 2. Synchronmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltscheibenelemente aus zwei übereinanderliegenden Scheibenpaaren für jede der Feldplatten besteht.

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3. 3. Synchronmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Polpaare diametral gegenüberliegend in jeder Endplatte von einer magnetischen Bahn vollständig umgriffen
   sind.
4. 4. Synchronmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltscheibenelemente zwei diametral gegenüberliegende Finger oder Schlitze aufweisen, die sich von den diametral angeordneten Polen weg zu einer anderen Kante der Spaltscheibenelemente hin erstrecken, welche nicht vollständig
   von einer Magnetbahn umflossen sind, und daß die Schlitze
   mit den diametral gegenüberliegenden Schlitzen verbunden
   sind und die verbleibenden Pole des Statoraufbaues um-
   bzw. einschließen.
5. 5. Synchronmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldplatten rund ausgebildet sind.
6. 6. Synchronmotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ei no der Feldplatten durch ein tassenförmiges Element vorgegeben irA und die andere Feldplatte dan 1assenförmige
   li]f:inent. verschließt.
7. 7. Jiynchj oninoi oi nach Anspruch 1, dadurch tj<-l einzeichnet:, daß (iie von dein J>pul enl;örper auίgenommene Spul ο den Statorauil >aU UHK]] ' Λ J i; .

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   BAD ORIGINAL