DE2304358C3 - Einphasen-Doppelmotor und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents
Einphasen-Doppelmotor und Verfahren zu dessen HerstellungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Einphasen-Doppelmotor, welcher aus zwei gleichen, in gleichsinniger
Drehrichtung selbstanlaufenden, miteinander zu einer Baueinheit verbundenen 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 DT-OS 14 88 345 bekannt Die Ständer dieses bekannten Doppelmotors
sind dreh- und längs verschiebbar zueinander angeordnet und erzeugen ein Drehmoment in gleichsinniger
Drehrichtung. Der Vorteil eines solchen Doppelmotors besteht darin, daß mit vorhandenen Bauteilen ein
verdoppeltes Drehmoment erzielt wird.
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. Bisher gelang es nicht, Doppelmotoren der eingangs genannten Art mit
Magnetläufern auszubilden, da kein zuverlässiger Selbstanlauf erfolgte.
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 Dauermagnetkörper
in vorbestimmter Winkellage zueinander angeordnet sind und daß die Ständer beider Synchronmotoren
in einer solchen Winkelstellung zueinander fixiert sind, daß sich bei unerregten Motoren die
Winkelstellungen des Dauermagnetläufers, bei welchem die Dauermagnetkörper der Synchronmotoren mit den
jeweils zugehörigen Ständern einen Extremwert des Reluktanz-Haltemoments bilden, um einen Phasenwinkel
α unterscheiden, welcher im Hinblick auf die Erzielung günstiger Anlaufdrehmomente ermittelt und
kleiner als ein Drittel einer periode der drelmellungsabhängigen
Reluktanz-Haltekra*'. ist
Der Versuch, zwei gleichartige Magnetläufer-Synchronmotoren 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 ά<~* Doppelläufers
nur niedrigere Anzugsmomente erreicht werden können. Durch die richtige Wahl des Phasenwinkels α
läßt sich der Doppelmotor für den jeweiligen Antriebsfall, insbesondere im Hinblick auf die anzutreibende
Schwungmasse, optimal anpassea_
Der Erfindung liegen folgende Überlegungen zugrunde: Das Intrittfallen von Magnetläufermotoren ist ein
komplizierter dynamischer Vorgang. Durch Abstimmung der auf diesen Bewegungivorgang einwirkenden s
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 Synchronisierungsvorgang 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
Die Reluktaiiz-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 aufgelöst 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 genaue Wert des Phasenwinkels « 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 Auch
die anzutreibenden Schwungmassen beeinflussen den Optimalwert des Phasenwinkels α. Der Optimalwert
muß sehr genau ermittelt und mit engen Toleranzen eingehalten werden. Bei einem ausgeführten löpoligen
Magnetläufermotor für 375 U/min bei 50 Hz zeigte sich, daß eine Abweichung von nur 40' (2/3°) vom Sollwert
dieses Phasenwinkels eine erhebliche Änderung der Anlaufmomente ergab.
Ein Ausführungsbeispiel und ein Verfahren zur Herstellung eines erfmdungsgemaß ausgebildeten Einphasen-Doppelmotois
ist anhand der Figur erläutert
Mit 3 und 4 sind zwei Magnetläufer-Synchronmotoren gleicher Bauart bezeichnet, deren Einzelteile
identisch ausgebildet sind. Sie sind in gleicher Achsrichtung miteinander verbunden, so daß sich bei
Einschaltung der Motoren gleichsinnige 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 vorteilhaft 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 hintereinandcrliegend
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 aufgedruckt. 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 Rihrungseinrichtungen 20 und 21 am Läufer sowie von Merkbohrungen M 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.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
- Patentansprüche:1. Einphasen-Doppelmotor, welcher aus zwei gleichen, in gleichsinniger Drehrichtung selbstanlau- s !enden, miteinander zu einer Baueinheit verbundenen vielpoligen Synchroninotoren mit aus dauermagnetischem Werkstoff aufgebauten, auf einer gemeinsamen Welle angeordneten Läuferkörpern besteht, deren Ständer Hauptpole und durch Kurzschiußbügel belastete Hilfspole aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldachsen der auf einer gemeinsamen Welle ϊ[19) befestigten Dauermagnetkörper in vorbestimmter Winkellage zueinander angeordnet sind aid daß die Ständer beider Synchronmotoren (3, 4) in einer solchen Winkelstellung zueinander fixiert sind, daß sich bei unerregten Motoren die Winkelstellungen des Dauermagnet laufers, bei welchem die Dauermagnetkörper (15, 16) der Synchronmotoren (3, 4) mit den jeweils zugehörigen Ständern einen Extremwert des Reluktanz-Haltemoments bilden, um einen Phasenwinkel α unterscheiden, welcher im Hinblick auf die Erzielung günstiger Anlaufdrehmomente ermittelt und kleiner als ein Drittel einer Periode des drehstellungsabhängigen Reluktanz-Haltemomentes ist2. 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, weicht die Montage der betreffenden Bauteile mit einer Winkelgenauigkeit von etwa ± 0,03° ermöglichen.3. Doppelmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Läuferkörper (15, 16) jeweils einen nabenförmigen Ansatz aufweisen, an welchen ein axialer stiftartiger Vorsprang (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. 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 deckungsgleich gegenüberliegen.5. Doppelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronmotoren aus gleichen Bauteilen aufgebaut sind.6. Doppelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Magnetpole beider Läuferkörper in axialer Richtung fluchtend gegenüberliegen und daß die Ständer um den Phasenwinkel λ gegeneinander verschoben sind.7. Verfahren zur Herstellung eines Doppelmotors nach einem der Ansprüche 1 bis 6, 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 vorbestiramte Winkellage zueinander gebracht und aneinander 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 werdea
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DE2304358A1 DE2304358A1 (de) | 1974-08-01 |
DE2304358B2 DE2304358B2 (de) | 1976-07-22 |
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