DE2416610A1

DE2416610A1 - Permanentmagnet-synchronmotor

Info

Publication number: DE2416610A1
Application number: DE2416610A
Authority: DE
Inventors: George Frank Kuchuris; Kenji Yatsushiro
Original assignee: Controls Company of America
Current assignee: Controls Company of America
Priority date: 1973-04-09
Filing date: 1974-04-05
Publication date: 1974-10-24
Also published as: FR2224918A1; GB1433105A; CA997817A; JPS501305A; IT1009715B; US3857053A; FR2224918B3

Description

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GONTEOLS COMPANY OP AMERICA

9655 West Soreng Avenue, Schiller Park, Illinois 60176, USA

Permanentmagne t-Sync hronmo tor

Die Erfindung betrifft einen Synchronmotor mit einem ersten Gehäuseteil, aus dem eine Gruppe von Polen ausgeschnitten und so geformt ist, daß sie konzentrisch zu einer Achse liegt, mit einem zweiten Gehäuseteil, mit einer Gruppe von Polen, die aus ihm ausgeschnitten und so geformt sind, daß sie konzentrisch zur Achse liegen, wobei die Gehäuseteile magnetisch verbunden sind und mit den Polen einen ringförmigen Raum bilden, in dem eine Spule so angeordnet ist, daß sie im Falle ihrer Erregung mit Wechselstrom in jeder der Gruppen von Polen magnetische Felder alternierender Polarität erzeugt, und wobei ein Rotor zur Drehung auf der Achse montiert ist, der an seinem Umfang eine Vielzahl von Polen wechselnder Polarität besitzt.

Es ist seit langem bekannt, daß Permanentmagnet-Synchronmotoren ein unsymmetrisches Magnetmuster bzw, unsymmetrische Magnetfelder zur Erzeugung ungleichmäßiger Kräfte zum Starten der Drehung des Motors besitzen müssen. Es gibt viele Wege um dies zu erreichen, jedoch wird bei vielen Lösungen das Drehmoment in unannehmbarer Weise reduziert. Eine Aufgabe der vorliegenden

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Erfindung ist es daher, einen kleinen einfachen Permanentmagnet-Synchronmotor mit guten Start- und Laufeigenschaften zu schaffen.

Diese Aufgabe wird bei einem Synchronmotor der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Pole einer Gruppe in bezug auf die Pole der anderen Gruppe so angeordnet sind, daß sich Arbeitsluftspalte zweier verschiedener Größen abwechseln, wobei die Luftspalte gleicher Größe im gleichen Abstand voneinander angeordnet sind.

Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung wird ein sehr zufriedenstellender Motor mit lediglich sechs oder neun Statorpolen erhalten.

Die Erfindung wird im folgenden im einzelnen anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Vertikal-Querschnitt eines Motors gemäß der Erfindung,

Fig. 2 die Ansicht des auseinandergezogenen Motors von Fig. 1, wobei ein Gehäuseteil weggebrochen ist, um die Orientierung der Pole besser zu zeigen,

Fig. 3 eine Darstellung zur Erläuterung der Anordnung einer Sechs-Pol-Version der vorliegenden Erfindung, wobei gleichzeitig das Polarisätionsmuster des Rotors und zum Teil das Feldlinienmuster (flux pattern) zwischen den Polen entgegengesetzter Polarität gezeigt ist, und

Fig. Zf die gleiche Darstellung wie Fig. 3 jedoch in bezug auf eine Neun-Pol-Konstruktion.

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Das Motorgehäuse 1o besitzt drei Pole 12, die aus seinem Boden ausgeschnitten und nach innen gebogen sind, so daß gebogene, zur Motorachse konzentrische Flächen geschaffen werden. Das Getriebegehäuse 18 ist in das Motorgehäuse gepreßt und wird von ihm zentriert. Dadurch erhält das Getriebegehäuse seine Position in bezug auf das Motorgehäuse. Die drei Pole 2o, die aus dem Getriebegehäuse ausgeschnitten und geformt sind, passen zwischen die Pole 12 des Motorgehäuses. Die drei Pole 2o sind ebenso wie die Pole 12 gegeneinander um 12o versetzt angeordnet. Eine Welle 22 ist in die Mitte des Motorgehäuses gepreßt und dient zur Befestigung der Rotoranordnung 24» die einen Permanentmagneten 26 auf einem Plastikglied, das eine Nabe oder Hülse 28 aufweist, ein Zahnrad 3° und das flügelähnliche Glied 32 besitzt; das flügelähnliche Glied 32 ist Teil des Antireversiermechanismus, dessen Einzelheiten nicht gezeigt und nicht Teil dieser Erfindung sind. Der Rotor selbst ist ziemlich klein, sein Durchmesser beträgt etwa 11/16'· (17,46 cm), und ist so magnetisiert, daß dreißig Pole mit gleichem Abstand um den Umfang des Rotors mit wechselnder Polarität geschaffen werden. Die Rotorpole sind daher um 12° gegeneinander versetzt.

Das Zahnrad 3o erstreckt sich in das Innere des Getriebe gehäuses, wo es (nicht gezeigte) Reduktionszahnräder antreibt,, um die jeweils gewünschte Mot or geschwindigkeit zu liefern; die Geschwindigkeit des Zahnrads 3o beträgt bei 6o Hz 24o U/min (3600/15), da fünfzehn

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Paare von Rotorpolen vorhanden sind.

Die Spule 34 ist zwischen dem Getriebegehäuse und dem Motorgehäuse angeordnet und umgibt die Polstücke; die Zuleitungen zur Spule sind durch ein Loch 36 nach

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außen geführt, so daß die Spule mit einem 60 Hz-Strom erregt werden kann, um in gewohnter Weise das Magnetfeld in den Polstücken zu induzieren.

Aus Fig. 3 ist zu erkennen, daß die schmalen Pole 2o, die sich vom Getriebegehäuse in das Motorgehäuse erstrecken, zwischen den breiten Polen 12 liegen, die sich vom Motorgehäuse erstrecken. In Fig. 3 ist im Uhrzeigersinn ein schmaler Pol 2o von einem großen Pol 12 durch einen Spalt Qp getrennt, der größer als der Spalt G. ist, der den breiten Pol 12 von dem im Uhrzeigersinn nächsten schmalen Pol 2o trennt. Die relative Größe der Spalte G, und Gp kann ohne Einfluß auf die Betriebseigenschaften umgekehrt werden. Dieses Muster wiederholt sich um die gesamte Sechs-Pol-Anordnung herum. Das Muster ist in Fig. 3 nur zum Teil dargestellt. «Jeder Pol 12 ist angenähert zweimal so breit oder zweimal so groß wie der wirksame Bereich jedes schmalen Poles 2o. Infolge der größeren Flußdichte und -tiefe, die mit einem schmalen Pol verbunden ist, erzeugt diese Anordnung unausgeglichene Magnetkräfte, was zur Erzielung guter Starteigenschaften erwünscht ist. Die Arbeitsluftspalte G. und G_ sind ungleich und erzeugen daher ungleiche Amplituden oder Tiefen der Magnetkräfte, wodurch die Starteigenschaften auch verbessert werden. Die Spalte G. sind ebenso wie die Spalte G_? 12o versetzt Die Winkelabstände (Mitte zu Mitte) der Arbeitsluftspalte sind abwechselnd ij.2⁰ und- 78°, was bei einem Dreißig-Pol-Rotor bedeutet, daß sie 3 1/2 bzw. 6 1/2 Eotorpole umfassen und auch darin einen ungleichen Zustand hervorrufen.

Mit dieser Anordnung werden bei Beibehaltung guter Laufeigenschaften gute Starteigenschaften erzielt, ohne

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daß damit eine Drehinomentenreduzierung verbunden wäre.

Bei der Iieun-Pol~Anordnung, die schematisch in Fig. /f gezeigt ist, ist im Effekt jeder der vorherigen breiten Pole 12 in zwei Pole 112 aufgespalten, die zwischen den Polen 2o des Getriebgehäuses liegen. Alle Pole 112 sind gleich und besitzen die gleiche Breite wie jeder Pol 2o, der sich vom Getriebegehäuse erstreckt. Die Spalte G₂ und G₁ bleiben wie zuvor. Der Spalt G^ taucht in dieser Konstruktion zusätzlich auf. Die relative Größe der Spalte G₁ und G~kann auch hier ohne Einfluß auf die Betriebseigenschaften umgekehrt v/erden. Der Spalt G, jedoch ist kein Arbeitsluftspalt, wie aus der Teilzeichnung der Feldlinien in Fig. 4 hervorgeht. Die Spalte G bleiben größer als die Spalte G₁. Die Spalte Gp sind wie die Spalte G₁ um 12o° versetzt. Die Umfassung der Rotorpole zwischen den Arbeitsluftspalten bleibt wie vorher, da die Spalte G, keine Arbeitsluftspalte sind. Das Feldlinienmuster bleibt im wesentlichen das gleiche und. auch die.Ausführung ist gleich. Die Neun-Pol-Version hat einige Herstellung-svorteile in bezug auf die genaue Ausbildung der kleineren Pole 112.

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Claims

Patentansprüche

1. Synchronmotor mit einem ersten Gehäuseteil, aus.

—^ dem eine Gruppe von Polen ausgeschnitten und so geformt ist, daß sie konzentrisch zu einer Achse liegt, mit einem zweiten Gehäuseteil, mit einer Gruppe von. Polen, die aus ihm ausgeschnitten und so geformt sind, daß sie konzentrisch zur Achse liegen, wobei die Gehäuseteile magnetisch verbunden sind und mit den Polen einen ringförmigen P.aum bilden, in dem eine Spule so angeordnet ist, daß sie im Falle ihrer Erregung mit Wechselstrom in jeder der Gruppen von Polen magnetische Felder alternierender Polarität erzeugt, und wobei einRotor zur Drehung auf der Achse montiert ist, der an seinem Umfang eine Vielzahl von Polen vrechselnder Polarität besitzt, dadurch gekennzsLchnet, daß die Pole einer Gruppe in bezug auf die Pole der anderen Gruppe so angeordnet sind, daß sich Arbeitsluftspalte zweier verschiedener Größen abwechseln,, wobei die Luftspalte gleicher Größe im gleichen Abstand voneinander angeordnet sind.

2. Synchronmotor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuseteile schalenförmig sind, wobei das eine in das andere eingepaßt ist.

3. Synchronmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pole der einen Gruppe einen zweimal so großen wirksamen Bereich wie die Pole der anderen Gruppe haben.

— 2 —

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i}.. Synchronmotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftspalte gleicher Größe um 12o° versetzt sind.

5. Synchronmotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Pol einer Gruppe mit 31/2 Rotorpolen in Verbindung steht, während jeder Pol der anderen Gruppe mit 6 1/2 Eotorpolen desselben Rotors in Verbindung steht.

6. Synchronmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Gruppe drei Pole besitzt.

7· Synchronmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da- . durch gekennzeichnet, daß die eine Gruppe drei Pole und die andere Gruppe sechs Pole besitzt.

8. Synchronmotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Gruppe von Polen aus dem Metall, aus dem das Gehäuseteil gebildet ist, ausgeschnitten und herausgebogen ist.

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