DE2408739B2 - Synchronmotor - Google Patents
SynchronmotorInfo
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
- H02K21/38—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with rotating flux distributors, and armatures and magnets both stationary
- H02K21/40—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with rotating flux distributors, and armatures and magnets both stationary with flux distributors rotating around the magnets and within the armatures
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
- Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
Description
45
Die Erfindung betrifft einen Synchronmotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Ein Synchronmotor dieser Bauart ist aus der DT-OS 15 405 bekanntgeworden. Der als Kraftlinienvertei-
ler dienende Rotor besteht bei diesem bekannten Motor aus zwei voneinander getrennten Hälften, die ober-
bzw. unterhalb des zwischen den Erregerspulen angeordneten mittleren Jochs mit den freien Enden
fingerartiger Polschuhe »;nden. Dabei stehen sich in
axialer Richtung diese freien Enden der fingerartigen Polschuhe und eine mit Erhebungen und Vertiefungen
versehene Fläche des mittleren Jochs gegenüber. Durch die Ausbildung des bekannten Rotors in der beschriebenen
Form der Polschuhe ist eine Führung der magnetischen Kraftlinien gegeben, die keine vollkommene
Sicherheit hinsichtlich des Anlaufs in der gewünschten Drehrichtung ergibt und die auch die zur
Magnetisierung zugeführte Energie verhältnismäßig unvollständig in mechanische Arbeit umzusetzen
gestattet. Dies wirkt sich vor allem bei Motoren kleiner Bauweise aus, die zur Entnahme einer nennenswerten
Antriebsleistung beträchtlich erhitzt werden müssen.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die
Nachteile der bekannten Synchronmotorbauart zu vermeiden und einen Synchronmotor zu schaffen, der
mit Sicherheit in einer gewünschten Drehrichtung anläuft einen erheblich verbesserten Leistungswirkungsgrad und ein starkes Richtdrehmoment aufweist
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe in erster Linie durch die in Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen. Im Rahmen der gestellten Aufgabe vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet
In der nachfolgenden Beschreibung sind Ausfüh rungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen
erläutert Es zeigt
F i g. 1 einen Axialschnitt durch einen Synchronmotor,
F i g. 2 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung der wesentlichen Teile des Synchronmotors
der F i g. 1;
Fig. 3 zeigt zwei perspektivische Darstellungen von Rotoren zur Verwendung an dem Motor entsprechend
der F ig. 1;
F i g. 4 zeigt zwei perspektivische Darstellungen von Statormagneten zur Verwendung in den Motor
entsprechend der F i g. 1;
Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung des
magnetischen Feldes, das sich zwischen einem Abschnitt des Rotors und des Stators eines Motors entsprechend
der Fig. 1 aufbaut;
Fig.6 zeigt eine Darstellung, um die magnetischen
Verhältnisse in der Ruhelage des Rotors zu erklären;
Fig. 7 ist eine Darstellung, um das Entstehen der
Drehkraft zu erklären.
Ein Motorengehäuse 1,2 aus weichem, magnetischem Material, das auch als Joch dient, ist in den F i g. 1 und 2
dargestellt Das Gehäuse hat einen Bodenabschnitt 2. Spulen 4a und 46 bilden zusammen eine zweistufige
Spule, von denen eine koaxial über der anderen angeordnet ist. Die einzelnen Spulen werden von
Strömen verschiedener Phasenlage durchflossen. Zwischen den Spulen 4a und 46 ist -in weiteres Joch 3
angeordnet. Ein Lager 5 aus nicht magnetischem Material ist zentrisch an dem Bodenabschnitt 2 befestigt
und trägt Barium-Ferritmagnete 9a und 9b. Diese Magnete 9a und 9b sind radial magnetisiert. Die Pole
det oberen Reihe sind gegenüber denen der unteren Reihe verschoben. Die F i g. 4 A und 4B zeigen, daß jeder
der Permanentmagnete 9a und 9b acht Nord- und acht
Siidpole hat, die in gleichen Abständen angeordnet sind. D e Permanentmagneten 9a und 9b sind konzentrisch
in nerhalb der Erregerspule 11 und des mittleren Jochs 3
befestigt. Eine Platte 10 aus weichem, magnetischem Material dient dazu, daß eine Wirkung der oberen und
dr r unteren Magneten auf den gleichen Abschnitt des Rotors verhindert wird. Die F i g. 3A und 3B zeigen
enen kreisförmigen, zylindrischen Rotor fl, der ringförmige Abschnitte und eine Umfangsoberfläche hat, die
mit öffnungen und Stegen versehen ist. Der Rotor 8 ki,nn sich in dem ringförmigen Raum, der von der
Eiregerspule 11, dem mittleren Joch 3 und den Permanentmagneten 9a und 9b des Stators begrenzt ist,
diehen. Der Rotor 8 ist mit einem Vorsprung 7 aus Leichtmetall oder Kunststoff auf einer Welle b befestigt,
die durch ein Lager 5, das zentrisch in bezug auf die Permanentmagnete 9a und 96 angeordnet ist, hindurchg'iführt
ist. Die ringförmigen Abschnitte 8a und 86 bilden zusammen mit dem Gehäuse 1 und der
Bodenplatte 2 über sehr schmale Spalte, die von den
ausreichend großen Flächen der ringförmigen Abschnitte 8a und 86 und dem gegenüberliegenden Gehäuse 1
und dem Bodenabschnitt 2 begrenzt werden, einen magnetischen Wechselkreis.
An Hand der F i g. 7 wird nun beschrieben, auf welche Weise das Drehmoment in diesem Induktionsmotor
entsteht. Der erste Abschnitt lSbe-teht aus der Spule 4a
(Fig. 1), der die obere Reihe 9a der Magnetpole gegenübe riiegt. Der zweite Abschnitt 115 besteht aus
der Spule 4a, der die untere Reihe 96 der Magnetpole gegenüberliegt Jeder ringförmige Permanentmagnet
des Stators 9a und 96 hat 16 Pole. Der ringförmige Rotor hat 8 Stege.
Zur Zeit 7ö, wenn dem Motor keine Energie zugeführt
wird, befinden sich die Stege des Rotors zwangsläufig in gleicher Entfernung von der Mitte eines Poles, der zu
der oberen Reihe von magnetischen Polen gehört, und von der Mitte des entsprechenden gegenüberliegenden
Poles, der zu der unteren Reihe von magnetischen Polen gehörten diesem Fall ist <xi — Ot2),
Der Zeitabschnitt vom Zuführen von Energie bis zum Anlaufen des Motors zur Zeit Γι beträgt Ο-1/2 *. Dies
ist die Zeit die der Rotor benötigt, um sich hin und her zu bewegen, bis er magnetisch eine optimale Lage
einnimmt Die Anlaufbedingungen sind erfüllt, wenn die Spule Aa des Abschnittes IS erregt ist, so daß der Rotor
eine Nord-Polarität erhält. (Die Spule Ab des Abschnittes 11.S wird in diesem Zeitpunkt nicht erregt.) Daraufhin
bewegt sich der Rotor des Abschnittes IS zur Polmitte des festen Magneten Sdes gleichen Abschnittes.
Zur Zeit T2 ist die Spule 4a nicht erregt, dagegen die
Spule Ab von IIS, so daß der Rotorabschnitt von HS Nord-Polarität erhält. Daraufhin bewegt sich der Rotor
von IlSzur Polmitte des festen Magneten Svon IIS.
Zur Zeit T1 wird die Spule von IS so erregt, daß der
Rotor IS Süd-Polarität erhält. Daraufhin bewegt sich der Rotor von IS zur Polmitte des festen Magneten N
von IS.
Zur Zeit T4 wird die Spule Ab von IIS erregt, so daß
der Rotor HS Süd-Polarität erhält. Daraufhin bewegt sich der Rotor von IlSzur Polmitte des festen Magneten
N von IIS. Der Motor kommt nun wieder in eine Stellung, die er bereits zur Zeit Γι hatte.
Auf Grund des beschriebenen Ablaufes dreht sich der Motor kontinuierlich. Wenn man die Phasen der Spule 1
mit der Phase der Spule 2 vertauscht, kann die Drehnchtung des Motors umgekehrt werden.
Die Fig. 5A zeigt die Verteilung des magnetischen Flusses, wenn die Rotoren von IS und IIS in gleicher
Richtung erregt sind, d. h,, wenn sich die Kurvjn IS und
IlSder F i g. 7 miteinander schneiden. Die F i g. 5B zeigt die Verteilung des magnetischen Flusses zur Zeit Ti wie
es in der F i g. 7 dargestellt ist
Die ringförmigen Abschnitte 8a, 86 des Rotors 8
wirken mit dem Stator zusammen, um die Wirksamkeit zum Aufbau eines magnetischen Wechselkreises auf ein
Höchstmaß zu steigern. Da der kreisförmige, zylindrische Rotor und das Statorjoch einen äußerst geringen
magnetischen Widerstand haben, kann ein starker magnetischer Fluß zwischen den Statormagneten und
den Stegen des Rotors erzeugt werden, wodurch ein
sehr wirksames Drehmoment entsteht
Bei dem eingangs erwähnten bekannten Motor treten die magnetischen Kraftlinien bevorzugt an den freien
Enden der fingerartigen Polschuhe aus, so daß der Permanentmagnet nicht aufs wirkungsvollste ausgenutzt werden kann. Erfindungsgemäß können die Nord-
und Südpole einfach auf der Umfangsoberfläche des Rotors oder an den Verengungen der Rotorstege
entwickelt werden, wodurch es möglich ist, daß der von diesen Polen erzeugte magnetische Fluß den von den
Statormagneten erzeugten magnetischen Fluß schneidet Dieser Motor hat eine so hohe magnetische
Wirkung, wie sie mit bekannten Motoren nicht erreicht werden kann.
Eine besondere Eigenschaft des Motors liegt darin, daß die Stege des Rotors 8 durch das dritte, mittlere
joch nicht unterbrochen sind, was stark dazu beiträgt, die Selbstanlaufeigenschaft zu verbessern und die
Drehkraft zu erhöhen. In Abhängigkeit von der Zuordnung eines einfachen Solenoids zu dem zylindrischen
Rotor entwickeln sich Nord- oder Südpole der Oberfläche der durchgehenden Stege des Rotors.
Starke und schwache magnetische Flußverteikingcn
treten so in der Umfangsoberfläche des Rotors auf
is beiden Seiten des mittleren Jochs auf. Diese magnetischen
Flußverteilungen in Verbindung mit den elektrischen Strömen, die einen Phasenunterschied haben,
haben dadurch eine besondere Wirkung, daß sie eine starke Dreh-Richtungsabhängigkeit auf den zylindri-
j|o sehen Rotor ausüben.
In Übereinstimmung mit dem zwischen den Spulen bestehenden Phasenunterschied sind die Statormagnete
so angeordnet, daß ein Phasenwinkel zwischen der ersten und der zweiten Reihe von Magnetpolen auftritt,
1^ wodurch sowohl die Selbstanlaufeigenschaft und die
Drehkraft verbessert v/erden, als auch dem Motor eine starke Dreh-Richtwirkung gegeben wird.
Die Verbesserung in der Arbeitsweise des crfindungsgemäßen
Motors verglichen mit bekannten Motoren
Mi kann der folgenden Tabelle entnommen werden.
l-'nergie- .uifnahme (W) |
Dreh moment (kg-cm) |
Wirkunes- | Temperatur anstieg |
Gewicht | |
Warren-Motor, Modell Nr. B-3, hergestellt von TS |
4 | OM | 0,23% | weniger .ils 40° C |
35Og |
Induktionsmotor, Modell Nr. A-I, hergestellt von NS |
4 | 2.0 | 0,5% | IrC | 260 g |
F.rfindungsgemäßer Induktionsmotor | O.b | 3.0 | 3,0°/i) | ■Ί C mit Wider- standsverf. |
200 g |
Amu : Das angegebene Drehmoment wurJe bei .:' e1 ' ieschw!nd;::keit mit einer i mitrelrinti pm Minute gemessen
-'/u /■ HI.Hi /,:ΐί;::ΐίΐΐΜ:
Claims (7)
1. Synchronmotor mit einem Kraftlinienverteiler als Rotor, der um zwei koaxial aufeinanderliegende
radial magnetisierte Permanentmagnetringe und innerhalb zweier koaxial aufeinanderliegender Erregerspulen rotiert, wobei zwischen den Erregerspulen ein magnetisch leitendes Joch angeordnet ist und
die Speisung dieser Spulen mit Strömen verschiedener Phasenlage erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsfläche des Rotors (8)
mit öffnungen zwischen axial ausgerichteten Stegen, die in ringförmige Abschnitte (8a, 8ft,* übergehen,
ausgebildet ist und daß die Nord- und Südpole des einen Pernianentmagnetrings gegenüber den entsprechenden Polen des anderen Permanentmagnetrings um einen Winkel verschoben sind.
2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege in gleichen Abständen angeordnet ;0
sind.
3. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Enden der Stege ein Bereich
vorhanden ist, in dem die Stege schmaler sind als an ihren Enden. :s
4. Motor nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das
Joch (3) von dem schmalen Bereich der Stege einen geringen Abstand hat.
5. Motor nach mindesiens einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Nord- und Südpolen einer
Reihe gleich groß ist.
6. Motor nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die is
Anzahl der Nord- bzw. Südpole einer Reihe gleich der Anzahl der Stege des Rotors ist.
7. Motor nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens zwischen zwei Reihen (9a, 9b) von Magnetpolen eine Platte (10) aus einem weichmagnetischen
Werkstoff angeordnet ist.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2221473A JPS5432925B2 (de) | 1973-02-26 | 1973-02-26 | |
JP2221473 | 1973-02-26 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2408739A1 DE2408739A1 (de) | 1974-09-05 |
DE2408739B2 true DE2408739B2 (de) | 1977-06-02 |
DE2408739C3 DE2408739C3 (de) | 1978-01-19 |
Family
ID=
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS5432925B2 (de) | 1979-10-17 |
DE2408739A1 (de) | 1974-09-05 |
US3904902A (en) | 1975-09-09 |
JPS49111114A (de) | 1974-10-23 |
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Legal Events
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
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