DE2558938B2 - Selbstanlaufender Synchronmotor mit einem Dauermagnetläufer - Google Patents
Selbstanlaufender Synchronmotor mit einem DauermagnetläuferInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Synchronmotor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei derartigen bekannten Synchronmotoren (DE-AS 16 13 780) ist die Selbstinduktion der Induktionsspule
verhältnismäßig gering. Um die Stromaufnahme zu begrenzen, müssen daher besondere Maßnahmen
getroffen werden; so muß man beispielsweise äußere Widerstands- oder kapazitive Elemente verwenden
und/oder eine Induktionsspule benützen, die einen erhöhten Widerstand hat, also insbesondere einen
emaillierten Kupferdraht mit nur geringem Durchmesser in der Größenordnung von 0,05 mm sowie eine
hinreichend große Windungszahl aufweist. Auf diese Weise muß jedoch ein verhältnismäßig großes Gewicht
des Spulendrahts in Kauf genommen werden, was Nachteile mit sich bringt, da insbesondere emaillierter
Kupferdraht mit geringem Durchmesser sehr kostspielig ist und ungefährt 50% des Herstellungspreises des
Motors ausmacht Da ferner die Spulenerwärmung dem Produkt RI2 proportional ist, wobei R den Widerstand
der Induktionsspule und /die Stärke des Spulenstroms bedeuten, ist man bei Verwendung eines erhöhten
Widerstands R gezwungen, den Strom / klein*zu halten,
um die maximale Motorerwärmung vernünftig zu begrenzen.
Diese beiden Hauptnachteile sollen anhand der F i g. 1 veranschaulicht werden, welche die Ständerpole
eines bekannten Synchronmotors nach der DE-AS 16 13 780 in abgewickelter Darstellung zeigt. Danach
weist dieser Motor einen ersten Flansch 1 mit Polen 3,4 und 5 und einen zweiten Flansch 2 mit Polen 6 bis 9 auf.
Die Breiten der Pole des Flansches 2 sind gleich groß und betragen je 3 mm, während die Pole des Flansches 1
eine Breite von 4 mm haben. Die Größen der Luftspalte zwischen den Enden der Pole 6 und 7 bzw. 8 und 9 des
Flansches 2 bzw. der Pole 3,4 und 5 des Flansches 1 und dem jeweils gegenüberliegenden 'Flansch betragen
6,4mm, 7,9mm bzw. 2,5mm. Die in Fig. 1 nicht
dargestellte Induktionsspule hat 10 200 Windungen eines emaillierten Kupferdrahts von 0,05 mm Durchmesser,
d.h. ein Gewicht von 18g. Der Widerstand dieser Spule beträgt 9 600 Ohm, und die Stromaufnahme
Hegt bei 14,1 mA. Der Wert RI2 beträgt 1,91 W und
das Motormoment an der Welle 0,066 cm · da N (da N - Deka-Newton).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Synchronmotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1
so zu gestalten, daß es möglich ist den Widerstandswert R der Induktionsspule zu verringern, was eine
Verkleinerung der Windungszahl der Spule und folglich des Gewichts des verwendeten emaillierten Kupferdrahts
um beispielsweise 15 bis 20% erlaubt, wodurch
sich natürlich die Kosten des Spulendrahtes im gleichen Verhältnis senken. Die Verringerung des Widerstandes
erlaubt gegebenenfalls die Verwendung eines emaillierten Kupferdrahtes mit einem größeren Durchmesser
von beispielsweise 0,07 mm, dessen Kosten ungefähr 25% geringer als die von Kupferdraht mit 0,05 mm
Durchmesser sind und dessen Anwendung sich wegen der erhöhten mechanischen Festigkeit einfacher gestaltet;
d. h. die Spule kann rascher gewickelt werden, und die Gefahr, daß der Draht reißt, ist geringer.
Ausgehend von einem Synchronmotor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 wird die erwähnte
Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Diese Ausbildung des Synchronmotors nach der Erfindung bewirkt eine Erhöhung der Selbstinduktion
der Motorspule und damit ihrer Impedanz, so daß bei sonst gleichen Verhältnissen die Windungszahl der
Spule verringert und/oder der Drahtquerschnitt der Spule erhöht werden kann, ohne die Stromaufnahme
des Motors in unerwünschter Weise zu erhöhen.
Es ist zwar bereits ein Synchronmotor bekannt (FR-PS 20 32148), bei welchem bestimmte Pole
verlängert sind, jedoch handelt es sich bei diesen Polen um Hilfspole, welche durch eine Kun:schlußwindung
eine geeignete Phasenverschiebung bewirken; Zweck der Polverlängerung bei diesem bekannten Motor ist
also die Erhöhung der Phasenverschiebung. Möglicherweise kann durch diese verlängerten Pole auch eine
gewisse Vergrößerung der Selbstinduktion der Spule hervorgerufen werden, obwohl das keineswegs beabsichtigt
ist, jedoch wird ein derartiger eventueller Effekt stark durch die Gegenwart des Kurzschlußringes
geschwächt.
Bei einem anderen bekannten Synchronmotor (DE-AS 12 93 324), welcher ebenfalls Hauptpole und mit
Kurzschlußringen versehene Hilfspole aufweist, sind bestimmte Hauptpole so weit in Richtung des
gegenüberliegenden Ständerflansches vorgezogen, daß ein enger Luftspalt entsteht Diese mit dem Gegenstand
der vorliegenden Anmeldung ähnliche qualitative Maßnahme betrifft jedoch nicht nur einen Synchronmotor
anderen Aufbaus, sondern zielt auch auf einen ganz anderen Effekt als die vorliegende Erfindung, nämlich
auf die Anpassung des Flußes der unbelasteten Hauptpole an den der belasteten Hilfspole, indem über
den engen Luftspalt ein unaktiver magnetischer
Nebenschluß gebildet wird, der den Fluß der Hauptpole
entsprechend schwächen soll. Daher vermag diese bekannte Maßnahme dem Fachmann keine Anregung
zur Lösung der der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe zu liefern. s
Eine Verlängerung der Pole gemäß der vorliegenden Erfindung kann unter Umständen eine gewisse Verringerung
der Leistungsfähigkeit des Motors mit sich bringen, jedoch spielt das bei zahlreichen Anwendungen,
insbesondere bei Uhrenmotoren oder beim Antrieb von Programmiergeräten in Waschmaschinen oder dgl.,
praktisch keine Rolle, weil bei diesen Anwendungen nur ein sehr kleines Motordrehmoment verlangt wird;
dagegen sind gerade bei diesen Anwendungen die durch die Erfindung er/ielten Vorteile von viel größerem
Interesse.
Die Leistung eines Synchronmotors nach der Erfindung läßt sich auf einfache Weise durch die im
Anspruch 3 angegebenen Maßnahmen steigern.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen an zwei Ausfuhrungsbeispielen näher erläutert Es zeigt
F i g. 1 die bereits erwähnte Abwicklung der Ständerpole eines bereits bekannten Synchronmotors,
F i g. 2 die perspektivische Ansicht eines Motors nach der Erfindung mit in Achsenrichtung voneinander
getrennt dargestellten Teilen,
Fig.3 die Ständerpole des Motors nach Fig.2 in
abgewickelter Darstellung und
F i g. 4 die gleiche Darstellung der Ständerpole einer zweiten Ausführungsform des Motors nach der
Erfindung.
Nach den F i g. 2 und 3 weist der Synchronmotor einen aus zwei metallischen Flanschen 11 und 12
bestehenden Ständer, eine von den Stäinderflanschen umgebene Induktionsspule 13 sowie den Läufer 17 auf.
Der eine Flansch U hat Pole 14, die sich axial in Richtung auf den anderen Flansch 12 erstrecken. Sie
greifen in die Zwischenräume zwischen den Polen dieses anderen Flansches 12 ein und werden im
betrachteten Bereich durch ausgestanzte und rechtwinklig umgebogene Zungen gebildet Der andere
Flansch 12 hat Pole 15 und 16, die sich in Richtung auf den Flansch 11 erstrecken und in gleicher Weise durch
ausgestanzte und rechtwinklig umgebogene Zungen gebildet sind. Alle Pole 14,15 und 16 ragen zwischen die
Induktionsspule 13 und den Läufer 17.
Der Läufer 17 besteht aus einem Dauermagneten 18 mit hoher Koerzitivkraft und sitzt auf einer Welle 19,
welche in entsprechenden Lagern 20 und 21 der beiden Flansche 11 und 12 gelagert ist.
Die Breiten der Pole 14, 15 bzw.16 sind für das betrachtete Ausführungsbeispiel in Fig.3 angegeben
und betragen 4 mm, 3 mm bzw. 3 mm. Die Luftspalte zwischen den Enden der Pole 14, 15 bzw. 16 und den
axial gegenüberliegenden Flanschen 12 bzw. 11 haben die Werte 0,7 mm, 6,4 mm bzw. 7,9 mm. Die Induktionsspule
13 besteht im befrachteten Beispiel aus einem emaillierten Kupferdraht von 0,05 mm Durchmesser
und weist 9000 Windungen auf, d. h. sie wiegt 153 g· Der
Spulenwiderstand beträgt 8200 Ohm, und die Stromaufnahme liegt bei 15,4 mA. Der Wert RI2 beträgt also
1,94 W. Das Motormoment an der Welle liegt bei 0,056 cm · da N (da N = Deka-Newton).
Wenn man diesen Synchronmotor nach der Erfindung mit dem in F i g. 1 dargestellten bekannten Motor
vergleicht, dann stellt man fest, daß die Flansche und die
Pole mit Ausnahme des einen Luftspalts, welcher von 23 mm auf 0,7 mm verringert wurde, unverändert sind.
Diese Verringerung des Luftspalts hat eine beträchtliche Vergrößerung des durch die Induktionsspule
erzeugten Flußes zur Folge, wodurch die Reluktanz des durch den Ständer gebildeten magnetischen Kreises
verringert wird. Das wiederum bewirkt eine Erhöhung der Selbstinduktion der Induktionsspule und gleichzeitig
eine Erhöhung ihrer Impedanz. Durch diese Impedanzerhöhung wird die Stromstärke in der Induktionsspule
und damit der Wert RI2 verringert Wenn man jedoch diesen Wert unverändert aufrecht zu erhalten wünscht,
dann ist es möglich, den Wert des Widerstandes der Induktionsspule zu verringern. Auf diese Weise wird das
Gewicht des emaillierten Kupferdrahts von 0,05 mm Durchmesser reduziert, und zwar in betrachteten
Beispiel um 17%, was eine sehr interessante Einsparung bedeutet Das Motormoment erfährt zwar eine Verringerung,
welche jedoch, wie vorstehend erwähnt, für die meisten Anwendungen durchaus akzeptabel ist und
ohne weiteres in Kauf genommen werden kann.
In Fig.4 ist eine zweite Ausführungsform des Synchronmotors nach der Erfindung mit dem einen,
Pole 34 tragenden Flansch 31 und dem anderen, die Pole
35 und 36 aufweisenden Flansch 32 dargestellt. In diesem Falle ist die Summe der Breiten zweier
aufeinanderfolgenden Pole 35 und 36 des Flansches 32 gleich der Breite eines Poles 34 des Flansches 31; im
betrachteten Beispiel beträgt die Breite der Pole 35 und
36 je 2,6 mm und die Breite der Pole 34 je 5,2 mm. Alle anderen Elemente sind die gleichen wie beim ersten
Ausführungsbeispiel.
Die Abmessungen der Pole im Beispiel nach F i g. 4 erlauben eine Verbesserung der Leistung bzw. des
Betriebsverhaltens des Motors, da der vom Läufer erzeugte Fluß und folglich das dazu proportionale
Motormoment vergrößert wird. Eine solche Flußerhöhung ist nur dann von Interesse, wenn das Moment
schwach ist, andernfalls würde eine solche Erhöhung unerwünschte oder gar nicht annehmbare Vibrationen
des Läufers hervorrufen.
Der Motor nach F i g. 4 erlaubt also eine beträchtliche Einsparung an Kupferdraht, wobei jedoch das Motormoment, das man bisher mit einem Motor nach F i g. 1
erhalten hat, praktisch unverändert bleibt.
Claims (4)
1. Selbstanlaufender Synchronmotor mit einem Dauermagnetläufer und mit einem Ständer, der
wenigstens zwei, eine Induktionsspule einschließende metallische Flansche aufweist, von denen jeder
radial zwischen die Induktionsspule und den Läufer eingreifende Pole hat, die in den Zwischenräumen
der Pole des anderen Flansches angeordnet sind, wobei in Umfangsrichtung abwechselnd jeweils zwei
an einen der Flansche angeordnete benachbarte Pole sowie ein am anderen Flansch angeordneter
Pol aufeinanderfolgen, dadurch gekennzeichnet,
daß beim letzterwähnten Flansch (11; 31) wenistens einige Pole (14; 34) in Richtung auf den
ersterwähnten Flansch (12; 32) so weit verlängert sind, daß der Luftspalt zwischen dem Ende dieser
Po'e (14; 34) und diesem Flansch (12; 32) maximal 1/10 der Polhöhe, höchstens jedoch 1,2 mm, beträgt
2. Synchronmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des erwähnten
Luftspalts 0,6 mm bis 0,8 mm, vorzugsweise 0,7 mm, beträgt
3. Synchronmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Breiten
der beiden erwähnten, aufeinanderfolgenden Pole (3(5, 36) des einen Flansches (32) gleich oder
wenigstens näherungsweise gleich der Breite eines Pols (34) des anderen Flansches (31) ist
4. Synchronmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der erwähnten
aufeinanderfolgenden Pole (35, 36) je ungefähr 2,6 mm beträgt
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