DE2359070A1 - Synchronmotor - Google Patents

Description

9250-73 K/Ga
Jap.Anm.No. 119411/72
vom 30. November 1972 -

COPAL COMPANY LIMITED Shimura 2-16-20, Itabashi-Ku, Tokyo-To, Japan

Synchronmotor

Die Erfindung "betrifft einen Synchronmotor, und insbesondere* einen selbststartenden Synchronmotor, bei dem der Selbststartvorgang ohne Fehlanlauf durchgeführt werden kann.

Ein kleiner Synchronmotor, der seihst starten kann, wenn eine kernlose Feldspule erregt wird, und der einen Permanentmagnetrotor an einer Position aufweist, die gegenüber der inherenten Ruhelage verschoben ist (auf der Mittellinie des magnetischen Feldes), ist beispielsweise aus der japanischen Auslegeschrift Nr. 8761/1968 bekannt. Bei diesem Synchronmotor wird nur ein Permanentmagnet als Rotor verwendet, und der Permanentmagnetrotor wird durch einen magnetischen Pol an einer Position gehalten, die gegenüber der inherenten Ruhelage verschoben ist. Dieser bekannte Synchronmotor hat jedoch den Nachteil, daß das Selbststarten aufgrund seiner konstruktiven Merkmale nicht zuverlässig durchgeführt werden kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Synchronmotor mit Permanentmagnetrotorenzu schaffen, bei denen der Selbststartvorgang zuverlässig erfolgt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß -dadurch gelöst, daß ein Paar von Permanentmagnetrotoren, die durch eine magnetische Kopplung in zueinander entgegengesetzten Richtungen drehbar sind, an Positionen nahe beieinander angeordnet werden, so

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ORIGINAL INSPECTED

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daß das Rotorenpaar aufgrund einer Feldspule oder mehreren Feldspulen eine synchrone Drehung durchfiihrt, und daß gleichzeitig ein magnetisches Polstück an einer Position nahe bei wenigstens einem der Rotoren angeordnet wird, so daß die zwei Rotoren an Positionen stehenbleiben, die gegenüber den inherenten Ruhelagen (auf der Mittellinie des magnetischen Feldes) verschoben sind.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das magnetische Polstück bewegbar ausgeführt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch die Hauptteile eines Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäßen Synchronmotors; und

Fig. '2 eine schematische Darstellung, die die inherenten Ruhelagen von zwei Permanentmagnetrotoren zeigt.

In Fig. 1 sind die zwei Permanentmagnetrotoren 1 und 2 gezeigt, die vier magnetische Pole aufweisen und parallel zueinander und nebeneinander angeordnet sind. Die Rotoren sind so angeordnet, daß beispielsweise der Rotor 1 eine Last über ein Getriebe antreibt, das nicht gezeigt ist, und daß der Rotor in einem unbelasteten Zustand bleibt oder eine andere Last antreibt, die sich von der von dem Rotor 1 angetriebenen Last unterscheidet. Mit anderen Worten, sollen die Rotoren 1 und 2 nicht dieselbe Last antreiben. Eine kernfreie Spule 3 ist zwischen den Permanentmagnetrotoren 1 und 2 so angeordnet, daß die Achse der Spule, d. h. die Mittellinie des magnetischen Feldes, auf der Linie liegt, die die Wellen 1a und 2a der Rotoren 1 und 2 verbindet. Ein magnetisches Pol- ' stück 4 ist nahe bei dem Permanentmagne tro tor 1 angeordnet und dient dazu, den Magnetpol des Rotors 1 in eine Position auszulenken, die um einen vorbestimmten Winkel von der Mittellinie des magnetischen Feldes der kernlosen Spule 3 verschoben

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ist. Das magnetische Polstück 4 dient mit anderen Worten dazu", die Permanentmagnetrotoren 1 und 2 an Positionen zur Ruhe zu bringen, die gegenüber den inherenten Ruhelagen, .wie sie in Fig. 2 gezeigt sind, um einen vorbestimmten Winkel verschoben sind.

Die Arbeitsweise dieses Äusführungsbeispieles des erfindungsgemäßen Synchronmptors wird im folgenden beschrieben. Wenn das magnetische Polstück 4 nicht vorhanden ist, kommen die Permanentmagnetrotoren 1 und 2 im abgeschalteten Zustand, wenn die Spule 3 nicht erregt ist, an Positionen zur Ruhe, wo die Pole mit entgegengesetzten Magnetpolen einander gegenüberliegen, wie in Fig. 2 gezeigt ist, d. h„ in solchem Zustand, daß die magnetische Kopplung am stärksten ist. Selbst wenn die Spule 3 in diesem Zustand erregt wird, kann ein Selbststarten des Motors nicht erreicht werden.

Wenn ein magnetisches Polstück an einer Position nahe bei dem Rotor 1 vorgesehen wird, wie es bei der vorliegenden Erfindung der Fall ist, kommen die Rotoren 1 und 2 in einem solchen Zustand zur Ruhe, daß die anziehende Kraft beispielsweise zwischen dem Nordpol des Rotors 1 und dem Südpol des Rotors 2 mit der anziehenden Kraft zwischen dem Nordpol auf der gegenüberliegenden Seite des Rotors 1 und dem magnetischen Polstück 4 ausgeglichen wird. Zu diesem Zeitpunkt sind der Nordpol des Rotors 1 und der Südpol des Rotors 2 in Positionen ausgelenkt, die um den Winkel α von der Mittellinie des Magnetfeldes, das Von der Spule 3 erzeugt werden soll, verschoben sind.

Wenn die Spule 3 in diesem Zustand erregt wird, und wenn ein Magnetfeld in der Richtung erzeugt wird, daß die Rotoren 1 und 2 angezogen werden, werden die Rotoren 1 und 2 in Richtungen gedreht, die respektive durch die Pfeile A und B angedeutet sind. Dies beruht auf dem kombinierten Effekt, der durch die Auslenkung der Magnetpole der Rotoren 1 und 2 von der Mittellinie des magnetischen Feldes der Spule 3 und durch die Kraft

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bewirkt wird, durch die die stärkste magnetische Kopplung zwischen den Rotoren erzielt wird. Ba ein Wechselstrom in der Spule 3 fließt und ein magnetisches Wechselfeld erzeugt wird, wirkt auf die Rotoren 1 und 2 der kombinierte Effekt einer Drehung, die durch das Drehmoment bewirkt wird, welches durch die Anziehung und Abstoßung und die synchrone Drehung durch die magnetische Kopplung erzeugt wird, so daß deren Drehung aufrechterhalten wird.

Wenn der Auslenkungswinkels des Südpols des Rotors 1 und des Nordpols des Rotors 2 von der Mittellinie des magnetischen Feldes der Spule 3 mit β bezeichnet wird, wird die Richtungsgebung beim Start verbessert, wenn die Differenz zwischen α und β größer wird. Das Drehmoment beim Start wird größer, wenn die Differenz zwischen α und β kleiner wird, obwohl hier eine Grenze gegeben sein kann. Es ist daher durch geeignete Auswahl des Verhältnisses zwischen α und β möglich, dieses Verhältnis so einzustellen, daß die vorteilhafteste Richtungsgebung beim Start und ein optimales Drehmoment beim Start erreicht wird. Zu diesem Zweck kann das magnetische Polstück konzentrisch mit den Rotor 1 bewegt und so angeordnet werden, daß, wenn es einmal auf die vorteilhafteste Position eingestellt ist, es aus dieser Position nicht mehr herauskommt, es sei denn, dies wäre erwünscht.

Daneben führt die Tatsache, daß zwei Rotoren sich unter der Wirkung der magnetischen Kopplung im kontinuierlichen Betrieb des Motors nach dem Start sich in einander entgegengesetzten

zu
Richtungen drehen,/einem weiteren Vorteil, wie im folgenden beschrieben wird. Wenn ein Stoß in Richtung des Pfeiles C (Drehrichtung des Rotors 1) auf den Motorkörper ausgeübt wird, erhöht sich augenblicklich die Drehgeschwindigkeit des Rotors 1 und im Gegensatz dazu fällt die Drehgeschwindigkeit des Rotors 2 augenblicklich ab. Wenn der Stoß auftritt, wenn die relative Lage beider Rotoren so ist, wie in Fig. 1 gezeigt ist, wirkt der Stoß auf den Rotor 1 als eine Kraft, um ihn in der Richtung entgegengesetzt zu dem Pfeil A zurückzuholen und

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auf den Rotor 2 als eine Kraft,- um diesen in Richtung des Pfeiles B weiterzubewegen_o Dies "bedeutet, daß der Nordpol des Rotors 1 dazu neigt, sieh von dem Südpol des Rotors 2 wegzubewegen» Da diese Magnetpole jedoch versuchen, in den Zustand zu kommenj bei dem ihre magnetische Kopplung am stärksten ist, "behalten diese Rotoren den dargestellten Zustand bei, so daß der Motor durch den Stoß nicht außer Tritt kommt. Folglich setzen die Rotoren 1 und 2 -ihre Drehung ohne Unterbrechung fort. Dieser Effekt wird in gleicher Weise erzielt, wenn eine Vibration auf den Motor in einer tangentialen Richtung zu den Rotoren ausgeübt wird.

Obwohl die kernlose Spule 3 bei dem oben beschriebenen Ausfiihrungsbeispiel zwischen den Rotoren 1 und 2 angeordnet ist, ist es auch möglich, die Feldspule so anzuordnen, daß sie nur einem der Rotoren gegenüberliegt, wie durch 3' in Fig. 1 angedeutet ist. Es ist auch möglich, mehrere Spulen anzuordnen, so daß sie separat den entsprechenden Rotoren gegenüberliegen.

Abgesehen davon ist in dem oben genannten Ausführungsbeispiel das magnetische Polstück 4 nur nahe bei dem Rotor 1 angeordnet. Es ist jedoch auch möglich, dag magnetische Polstück nahe bei dem Rotor 2 anzuordnen, wie durch 4^f in Fig. 1 angedeutet ist, oder magnetische Polstücke in der Nähe von beiden Rotoren anzuordnen.

Wie oben beschrieben wurde, hat der erfindungsgemäße Synchronmotor zwei Permanentmagnetrotoren, die dieselbe Zahl von Magnetpolen haben und parallel zueinander angeordnet sind, so daß ihre Magnetpole mit unterschiedlichen Polaritäten auf ihren gegenüberliegenden Flächen durch die magnetische Kopplung gekoppelt werden. Wenigstens eine kernlose Spule ist vorgesehen, die wenigstens einem der Permanentmagnetrotoren gegenüberliegt. Wenigstens ein magnetisches Polstück ist nahe bei wenigstens einem der Permanentmagnetrotoren angeordnet, um die Magnetpole des Permanentmagnetrotors in Positionen auszu-

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- β

lenken, die um einen vorbestimmten Winkel von der Mittellinie des magnetischen Feldes verschoben sind, das von der kernlosen Spule erzeugt wird. Zum StartZeitpunkt kann daher sehr leicht und zuverlässig ein Selbststartvorgang erreicht werden, und zwar aufgrund des kombinierten Effektes der Verschiebung der Magnetpole der Permanentmagnetrotoren von der Mittellinie des magnetischen Feldes der kernlosen Spule und der Kraft, die durch das Bestreben der Rotoren erzeugt wird, in einen Zustand zu kommen, unter dem die magnetische Kopplung zwischen den Rotoren am stärksten ist.

Ba ferner die Drehrichtungen der zwei Rotoren einander entgegengesetzt sind, wird eine'Abweichung von der synchronen Drehung aufgenommen und erscheint selbst dann nicht, wenn der Motorkörper einem Stoß oder einer Schwingung unterworfen wird, so daß der Motor ohne anzuhalten weiterläuft.

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Claims (2)

PAT EM ÜISPEÖCHE

1. J Synchronmotor mit einem ersten Permanentmagnetrotor, der mehrere Magnetpole aufweist,, einem zweiten · Permanentmagnetrotor, der dieselbe Zahl von Magnetpolen wie der erste Per- · manentmagnetrotor aufweist und neben dem ersten Permanentmagnetrotor so angeordnet ist_s daß der zweite Permanentmagnetrotor sich in einer Richtung entgegengesetzt zu dem ersten Permanentmagnetrotor. dreht? wobei er magnetisch mit dem ersten Permanentmagnetrotor gekoppelt ist,, und mit wenigstens einer Feldspule, die derart angeordnet ist, daß sie einen Teil von wenigstens einem der zwei Permanentmagnetrotoren umgreift, dadurch gekennzeichnet, daß der Synchronmotor ferner ein magnetisches Polstück (4,4') aufweist, das neben wenigstens einem der Permanentmagnetrotoren (1,2) angeordnet ist, um den ersten Penaanentmagnetrptor und den zweiten Permanentmagnetrotor an Positionen stillzusetzen, die von deren inherenten Ruhelagen verschoben sind»

2. Synchronmotor nach Anspruch 1 _s dadurch gekennzeichnet, daß das magnetische Polstück (4,4^!) bewegbar ist.

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L e e r s e M e