DE2558938C3

DE2558938C3 - Selbstanlaufender Synchronmotor mit einem Dauermagnetläufer

Info

Publication number: DE2558938C3
Application number: DE2558938A
Authority: DE
Inventors: Maurice Cluses Mazuir
Original assignee: Carpano and Pons SA
Current assignee: Carpano and Pons SA
Priority date: 1975-01-20
Filing date: 1975-12-29
Publication date: 1984-09-13
Also published as: US4059780A; DE2558938B2; IT1050350B; JPS51119913A; FR2298222A1; FR2298222B1; DE2558938A1

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 am Beispiel eines gemäß der Lehre nach der DE-AS 16 13 780 konzipierten, bekannten Synchronkleinmotors und der an diesem erhaltenen Meßergebnisse veranschaulicht werden. F i g. 1 zeigt die Ständerpole dieses bekannten Synchronmotors in abgewinkelter Darstellung. 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. 3 und 9 des Flansches 2 bzw. der Pole 3,4 und 3 des Flansches 1 und dem jeweils gegenaberliegenden Flansch betragen 6,4 inm, 7,9 mm bzw. 2J5 mm. Die in F i g. 1 nicht dargestellte Induktionsspule hat 10 200 Windungen eines emaillierten Kupferdrahts von 0,05 mm Durchmesser, d.h. ein Gewicht von 18g. Der Widerstand

ίο dieses- Spule beträgt 9 600 Ohm, und die Stromaufnahme liegt 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

is Synchronmotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so zu gestalten, daB 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 i 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 2032 148), bei welchem bestimmte Pole verlängert sind, jedoch handelt es sich bei diesen Polen um Hilfspole, welche durch eine Kurzschlußwindung 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

so 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, daB 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 Ober 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.

Eine Verlängerung der Pole gemäß der vorliegenden Erfindung kann unter Umstanden eins gewisse Verringerung der Leistungsfähigkeit des Motors mit sich bringen, jedoch spielt das bei zahlreichen Anwendungen, insbesondere bei Uhrenmotoren oder beim Anvrieb von Programmiergeräten in Waschmaschinen oder dgL, ι ο praktisch keine Rolle, weil bei diesen Anwendungen nur ein sehr kleines Motordrehmoment verlangt wird; dagegen sind gerade bei diesen Anwendungen die durch die Erfindung erzielten 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 Ausführungsbeispielen 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 Fig.2 und 3 weist der Synchronmotor einen aus zwei metallischen Flanschen 11 und 12 bestehenden Ständer, eine von den Ständerflanschen umgebene Induktionsspule 13 sowie den Läufer 17 auf. Der eine Flansch 11 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 U 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 so 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. U haben die Werte 0,7 mm, 6,4 mm bzw. 7,9 mm. Die Induktions- 5 ■> spule 13 besteht im bettrachteten 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 2,5 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 Stander 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 Flausches 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

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Selbstanlaufender Synchronmotor mit einem Dauermagnetläufer und mit einem Stander, der 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, daB beim letzterwähnten Flansch (11; 31) wenigstens einige Pole (14; 34) in Richtung auf den ersterwähnten Flansch (12; 32) so lang sind, daß der Luftspalt zwischen dem Ende dieser Pole (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, daB 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, daB die Summe der Breiten der beiden erwähnten, aufeinanderfolgenden Pole (35, 36) des einen Flansches (32) gleich oder wenigstens näherungsweise gleich der Breite eines Pols (34) des anderen Flansches (31) ist