DE2642432C2 - Selbstanlaufender Synchronmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen selbstanlaufenden Synchronmotor entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei bekannten selbstanlaufenden Synchronmotoren, die insbesondere für Synchronuhren verwendbar sind, entspricht die Anzahl der Magnetpole des Läufers derjenigen des Stators und die Pole sind in den Magnetpol-Jl teilen konzentriert. Bei einer derartigen Konstruktion

'·'■ ist eine starke Koppelung zwischen dem Läufer und

fc dem Stator vorhanden, so daß der Motor nicht selbst-

Il startend ist. Deshalb ist ein besonderem Selbststarter

s-i erforderlich, um den Läufer in Drehung zu versetzen.

"^:- Da ferner nur eine verhältnismäßig kleine Einbuchtung

if, an dem Stator vorgesehen werden kann, ist die Bewe-

,JI gung des Läufers nicht sehr gleichmäßig, so daß der

\<{ Läufer aus dem Schritt fallen kann.

[j Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, einen selbstan-

h laufenden Synchronmotor der eingangs genannten Art

\\ derart zu verbessern, daß ein leichter Selbstanlauf durch

' eine kleine Eingangsgröße erzielt werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einem selbstanlaufenden Synchronmotor der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Es ist zwar bereits ein Uhrenmotor bekannt (GB-PS 87 948), dessen Statorarme gegenüberliegende Magnetpolteile aufweisen, wobei jeder Magnetpolteil zwei Pole aufweist, zwischen denen der Permanentmagnetläufer rotiert Dabei handelt es sich jedoch um einen Schrittmotor mit einem sechspoligen Läufer wobei der mit vier Polen versehene Stator sowohl statisch als auch dynamisch vierpolig ist

In Gegensatz dazu ist bei einem Synchronmotor gemäß der Erfindung der Stator statisch vierpoüg und dynamisch zweipolig. Ein besonderer Vorteil eines derartigen Synchronmotors wird darin gesehen, daß dessen kontinuierliche Rotation glatt und gleichmäßig erfolgt

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung beispielsweise näher erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 eine Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig.2 eine Schnittansicht entlang der Linie II-II in Fig. 1;

Fig.3 eine graphische Darstellung der Wellenform eines Eingangssigrals für dieses Ausführungsbeispiel und
F i g. 4 eine Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung.

Bei dem in den F i g. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein im wesentlichen U-förmiger Stator 1 mit zwei Armen 2,3 vorgesehen. Auf dem einen Arm 3 ist ein Spulenkörper 4a angeordnet auf den eine Spule 4 aufgewickelt ist An den vorderen Enden der Arme 2 und 3 sind Statorpolteile 5 bzw. 6 ausgebildet Der Statorpolteil 5 weist statische Magnetpole 5a und Sb auf, zwischen denen eine bogenförmige Einbuchtung 5c ausgebildet ist, sowie eine unter dem statischen Magnetpol 56 vorgesehene Einbuchtung 5d. Der Statorpolteil 6 ist symmetrisch zu dem Polteil 5 ausgebildet und weist statische Magnetpole 6a und 6b sowie Einbuchtungen 6c und 6d auf. In einer im Vergleich zu dem statischen Magnetpol zentralen Lage ist eine Welle 7 drehbar in Lagern 9 und 10 gelagert, an der ein zweipoliger Läufer 8 befestigt ist Der Nordpol Ndes Läufers ist gegenüber dessen Südpol S vorgesehen. Einstückig mit der Welle 7 ist ein Läuferritzel 11 ausgebildet

Die statischen Magnetpole 5a und 6a bzw. Sb und 6b sind unter einem Winkel λ angeordnet, dessen Scheitel in der Achse der Welle 7 des Läufers 8 liegt. Die statischen Magnetpole 5a und 5b bzw. 6a und 6b sind unter einem Winkel β angeordnet, dessen Scheitel ebenfalls in der Achse der Welle 7 liegt. Eine Linie A ist eine statisehe magnetische Mittellinie, welche die statischen Magnetpole 5a und 6b verbindet, und eine Linie B eine statische magnetische Mittellinie, welche die statischen Magnetpole 5b und 6a verbindet. Wenn der Spule 4 kein Eingangssignal zugeführt wird, befindet sich der Läufer

so 8 in der Lage, in der dessen Nordpol und Südpol den kürzesten Abstand von der< Statorpolteilen 5 und 6 aufweist also in einer Lage entsprechend der Linie A bzw. B. Dies ist deshalb der Fall, weil die Einbuchtungen 5c und 6c die magnetische Kopplungskraft mit dem Läufer 8 schwächen. Wenn der Spule 4 ein Eingangssignal zugeführt wird, liegt das dynamische magnetische Zentrum der Statorpolteile 5 und 6 auf einer Linie C, welche das Zentrum zwischen den statischen Magnetpolen 5a und 5b und das Zentrum zwischen den statischen Magnetpolen 6a und 6b verbindet, also auf einer Linie, durch die der Winkel /^halbiert wird.

Im folgenden soll die Arbeitsweise des Motors näher erläutert werden. Zunächst sei angenommen, daß der Spule kein Eingangssignal zugeführt wird, so daß der Läufer 8 stationär ist, wobei dessen Nordpol dem statischen Magnetpol 6a des Stators und dessen Südpol dem statischen Magnetpol 5b gegenüberliegt, wie in F i g. 1 dargestellt ist. Wenn der Spule 4 ein Eingangssignal mit

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einer in Fig.3 dargestellten Wellenform zugeführt wird, haben die Statorpolteile 5 und 6 Süd-Nordpole und Nord-Südpole, die abwechselnd auf der Linie C erzeugt werden. Wenn der Läufer 8 in der in F i g. 1 dargestellten stationären Lage sich befindet und der Spule 4 das anfängliche Eingangssignal zugeführt wird, wird der Statorpolteil 5 zu einem Südpol und der Statorpolteil 6 zu einem Nordpol magnetisiert Der Südpoi des Läufers wird dann vom Südpol des Statorpolteils 5 und der Nordpul des Läufers vom Nordpol des Statorpolteils 6 abgestoßen, so daß der Läufer im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird. Dann rotiert jedoch der Läufer nocht nicht Wenn dann der Magnetpolteil 5 zu einem Nordpol und der Magnetpolteil 6 zu einem Südpol durch das invertierte zweite Eingangssignal magnetisiert wird, wird der Südpol des Läufers durch den Magnetpolteil 5 und der Nordpol des Läufers durch den Magnetpolteil 6 angezogen, so daß der Läufer im Uhrzeigersinn gedreht wird. Wenn diese Arbeitsweise mehrmals wiederholt wird und der Läufer 8 sich über die Hälfte des Winkels β hinausdreht, überschreiten die Nord-Südpole des Läufers die dynamische magnetische Mittellinie Cdes Stators und drehen sich im Uhrzeigersinn zu der nächsten statischen magnetischen Mittel!^:nie A, so daß der Südpol des Läufers gegenüber dein statischen Magnetpol 5a und der Nordpol gegenüber dem statischen Magnetpol 66 liegt Dann erfolgt eine weitere Erregung durch das nächste invertierte Eingangssignal. Wenn der Statorpolteil 5 zu einem Südpoi und der Statorpoheil 6 zu einem Nordpol magnetisiert wird, vvird der Nord- bzw. Südpol des Läufers abgestoßen und der Läufer dreht sich weiter im Uhrzeigersinn zu der statischen magnetischen Mittellinie B. Danach erfolgt eine gleichmäßige Rotation in derselben Richtung jedem folgenden invertierten Eingangssignal. Wenn also der Lau- fer 8 über die Hälfte des Winkels β hinausgelangt beginnt der Läufe." sich in einer Richtung zu drehen. Die magnetische Kopplungskraft zwischen dem Stator und dem Läufer ist bei dieser Anordnung im stationären Zustand klein, so daß der Läufer bereits durch ein kleines Eingangssignal zu der Spule um einen Winkel gedreht werden kann. Durch Auswahl einer der Frequenz des Eingangssignals im wesentlichen entsprechenden Winke Ifrequenz des Läufers wird ein Resonanzzustand erreicht Wenn der Drehwinkel des Läufers fortschreitend erhöht und der Nord-Südpol des Läufers über das dynamische magnetische Zentrum des Stators hinausgelangen, beginnt der Motor als Synchronmotor zu rotieren.

Bei der Rotation des Läufers 8 sind die Einbuchtungen 5ä und 6d unter den statischen Magnetpolen 5b bzw. 6b wirksam. Wenn derartige Einbuchtungen nicht vorgesehen wären, wird der Läufer durch die Magnetkräfte der Teile der Arme 2 und 3 unter den statischen Magnetpolen 5i> und 6b beeinflußt, so daß es schwierig ist, von der Schwingbewegbng zu der Rotation zu gelangen. Dies ist deshalb der Fall, weil die Steuerkraft zur Bewirtung der Schwingbewegung des Läufers, die proportional der Drehzahl des Läufers ist, einen Übergang auf die rotierende Bewegung verhindert. Durch Ausbildung eier Einbuchtungen 5d und 6c/ werden jedoch die Magnetkräfte der Teile auf den Läufer verringert, so daß ein glatter Übergang von der Schwingbewegung zu der Rotation durch ein kleines Eingangssignal bewirkt werden kann.

Bei dem Ausführungsbeispiel in Fi g. 1 sind die statischen magnetischen Mittellinien des Stators 1 die Linien A und B. Es kann jedoch vorkommen, daß der Nordpol

40 und der Südpol des Läufers 8 im staüonären Zustand nicht genau auf der Linie A oder B liegen, sondern auf der neutralen Linie D bzw. £ Wenn die stationäre Lage der Linie D entspricht, ergibt sich keine Schwierigkeit Wenn jedoch die stationäre Lage der Linie £ entspricht, wird kein Drehmoment auf den Läufer 8 ausgeübt, wenn der Spule 4 ein Eingangssignal zugeführt wird, weil bei dem Ausfiihrungsbeispiel in F i g. 1 die Linie £ mit der dynamischen magnetischen Mittellinie C des Stators 1 zusammenfällt

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ermöglicht das in F i g. 4 dargestellte Ausführungsbeispiei, daß die Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines derartigen Totpunkts verringert wird. Der Unterschied gegenüber dem Ausführungsbeispiel in F i g. 1 besteht darin, daß Einbuchtungen 55c und 56c mit einer geänderten Form vorgesehen sind. Die Einbuchtung 55c hat einen kreisbogenförmigen Teil 55ci, dessen Mittelpunkt im Punkt Px liegt, sowie einen kreisbogenförmigen Teil 55ci, dessen Mittelpunkt im Punkt P₂ liegt. Die Einbuchtung 56c ist symmetrisch zu der Einbuchtung 55c in bezug auf eine Achse 57 ausgebildet Es wurde experimentell festgestellt daß selbst in einer derartigen Form der Einbuchtungen 55c und 56c die dynamische magnetische Mittellinie Cnicht beträchtlich beeinflußt oder geändert wird. Deshalb liegt wie bei dem Ausführungsbeispiel in F i g. 1 die dynamische magnetische Mittellinie auf der Linie C. Die statische magnetische neutrale Linie £ verläuft jedoch unter einem kleinen Winkel im Uhrzeigersinn gedreht relativ zu der Linie C wegen des Einflusses der Einbuchtungen 57c und 56c. Selbst wenn dann der Nordpol und der Südpol des Läufers 8 in eine stationäre Lage entsprechend der Linie £ gelangen, wird der Selbststart zuverlässig erzielt, da die Linie £ etwas von der dynamischen magnetischen Mittellinie C abweicht. Es sind auch andere Formen der Ausschnitte 55c und 56c in F i g. 4 möglich, solange diese derart ausgebildet sind, daß die statische magnetische neutrale Linie £der beiden Pole von der dynamischen magnetischen Mittellinie Cabweicht

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (4)

Patentansprüche:

1. Selbstanlaufender Synchronmotor, insbesondere für eine Synchronuhr, mit einem mit einer Erregerspule versehenen Stator, der zwei getrennte Statorarme mit gegenüberliegend ausgebildeten Magnetpolteilen an deren Enden aufweist, zwischen denen ein Permanentmagnetläufer rotiert, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Magnetpolteil zwei statische Magnetpole (5a, 5b; 6a, 6b) und eine dazwischen ausgebildete Einbuchtung (5c 6c) aufweist, und daß der Permanentmagnetläufer (8) zweipolig ist, so daß der Stator statisch quadripolar und dynamisch bipolar ist

2. Selbstanlaufender Synchronmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Siatorarm (2; 3) eine weitere Einbuchtung {5d; 6d) angrenzend an den am vorderen Ende vorgesehenen Magnetpolteil ausgebildet ist

3. Selbstanlaufender Synchronmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß die beiden Magnetpolteile symmetrisch zu einer Mittellinie zwischen den beiden Statorarmen (2; 3) ausgebildet sind.

4. Selbstanlaufender Synchronmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß die Einbuchtungen (55c, 56ς> zwischen den beiden Polstucken jedes Statorarms asymmetrisch zu einer Mittellinie zwischen den beiden Statorarmen und rotationssymmetrisch relativ zu der Drehachse des Permanentmagnetläufers (8) ausgebildet sind, und daß die statische magnetisch neutrale Linie (E) der Magnetpolteile (55,56) die dynamische magnetische Mittellinie (C) unter einem spitzen Wi nkel schneidet.