DE2923033A1

DE2923033A1 - Synchronmotor

Info

Publication number: DE2923033A1
Application number: DE2923033A
Authority: DE
Inventors: Hubert Dipl Ing Lechner; Benedikt Dr Phil Steinle
Original assignee: Landis and Gyr AG
Current assignee: Landis and Gyr AG
Priority date: 1979-05-30
Filing date: 1979-06-07
Publication date: 1980-12-04
Also published as: GB2052882A; FR2458170A1; IT1130655B; DE2923033C2; CH647107A5; FR2458170B1; IT8022256A0; US4355252A; GB2052882B

Description

Patentanwälte

Dipl. Ing. Hans-Jürgen Hüller Dr. rer. nat Thomas Bereadt Dr.-Ing. Haus Leyh

Luclle-Grahn-Stra&e3e D8M0ndien80 «

UNDlS S GYR) LGZ LANDlS & GYR ZUG AG CH-6301 ZUG. Schweiz

Synchronmotor

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Synchronmotor

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen in einer Richtung selbstanlaufenden Synchronmotor der im ersten Patentanspruch definierten Art.

Solche Synchronmotoren sind bekannt. Zwischen den Polen der Hauptpolgruppe sowie der Hilfspolgruppe des Ständers werden Wechselfelder gebildet, die zeitlich in der Phase und räumlieh im Winkel gegeneinander verschoben sind und die sich zu einem auf den Läufer des Synchronmotors wirkenden Drehfeld überlagern. Die Pole des Ständers des bekannten Synchronmotors weisen einen einheitlichen rechteckigen Querschnitt auf und werden durch Polarme gebildet. Da innerhalb einer Polgruppe jeweils zwei benachbarte ungleichnamige, d.h. von verschiedenen Ständerhälften ausgehende Polhälften zusammenwirken sollen, befinden sich in Randgebieten zwischen den Polgruppen Polhälften, denen der Partner innerhalb der Polgruppe fehlt. Demzufolge ist bei bekannten Synchronmotoren keine regelnlässige räumliche Feldverteilung innerhalb der Polgruppe vorhanden, so dass ein elliptisches Drehfeld vorliegt. Der Motor kann damit unter Kleinlast sogar rückwärts anlaufen. Ebenfalls treten starke Schwankungen der Winkelgeschwindigkeit des Läufers auf, die das Drehmoment vermindern. Das Rastmoment, welches auch im Synchronlauf wirkt, trägt ebenso wie das elliptische Drehfeld zu Schwankungen der Winkelgeschwindigkeit und Einbussen am Drehmoment bei. Zwischen den Polgruppen ergeben sich beim Aufeinandertreffen von gleichnamigen Polen Engstellen für die Kurzschlussringe, welche deren Wirksamkeit herabsetzen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen rastmomentarmen Synchronmotor zu schaffen, der innerhalb jeder Polgruppe eine regelmässige räumliche Feldverteilung aufweist und bei dem Engstellen für die Kurzschlussringe weitgehend vermieden sind.

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Die gestellte Aufgabe ist durch Merkmale des ersten Patentanspruches gelöst.

Nachfolgend werden zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Lösung anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen: Fig. 1 eine Ständerpolanordnung bei bekannten Synchronmotoren,

Fig. 2 und 3 zwei Ausführungsbeispiele der Ständerpolanordnung nach der Er

findung.

Allen in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Anordnungen der Ständerpole liegt eine Läuferpolpaarzahl ρ = 8 zugrunde. Nichtschraffierte Pole sind Hauptpole, schraffierte Pole Hilfspole. In gleichartiger Färbung (schwarzer bzw. weisser Grund) dargestellte Pole sind magnetisch gleichnamig. Hell eingezeichnete Pole gehören zur einen, dunkel dargestellte zur anderen Hälfte des Ständers.

Wie bekannt, weisen Synchronmotoren einen dauermagnetischen, auf einer Welle angeordneten Läufer sowie einen aus einem schalenartigen Gehäuseteil und aus einem Deckel zusammengesetzten, eine elektrische Spule umgebenden Ständer auf. Der Gehäuseteil sowie der Deckel sind mit durch Polarme gebildeten Polen versehen, die in axialer Richtung in den Raum zwischen der Spule und dem Läufer hineinragen und Gruppen von ungeschirmten Hauptpolen und durch Kurzschlussringe geschirmten Hilfspolen bilden.

Eine bekannte Ständerpolanordnung ist in der Fig. 1 gezeigt. Sie weist zwei Hauptpolgruppen 1, 2 und zwei Hilfspolgruppen 3, 4 mit zusammen 14 Polarmen von einheitlichem rechteckigem Querschnitt auf, aus denen drei Hauptpolpaare und vier Hilfspolpaare gebildet sind. Von den insgesamt 28 Polhälften stehen 8 Polhälften 5 bis 12 in den Randgebieten zwischen den Polgruppen einer regelmässigen räumlichen Feldverteilung

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innerhalb der Polgruppen 1, 2 und 3, 4 im Wege. Zwischen den Polgruppen 2, 3 und 1, 4 treten an Stellen, wo gleichnamige Pole aufeinandertreffen, zwei Engstellen 13, 14 für die Kurzschlussringe auf. Ein Synchronmotor mit derart gebildeter Ständerpolanordnung zeigt alle erwähnten Nachteile.

Die in der Fig. 2 dargestellte Ständerpolanordnung nach der Erfindung enthält ebenfalls zwei Hauptpolgruppen 1, 2 und zwei Hilfspolgruppen 3, 4, diesmal mit insgesamt 16 Polarmen, die zum Unterschied zu der Ausführung nach der Fig. 1 einen unterschiedlichen Querschnitt besitzen und 2,5 Hauptpolpaare und 3,5 Hilfspolpaare erkennen lassen. Erfindungsgemäss sind dabei die Pole jeder Polgruppe in Randgebieten zwischen den Polgruppen 1,3; 2,4; 2,3; 1,4 als Halbpole aus Polarmen 5 bis 12 gebildet. Jeder Polhälfte ist somit ein Partner in der Polgruppe zugeordnet. Die Erzielung eines kreisförmigen Drehfeldes, welches dem Synchronmotor einen eindeutigen Drehsinn und ein erhöhtes Kippmoment verleiht, ist nun bei geeigneter Wahl der Winkelverschiebung α und der Phasenverschiebung ψ ermöglicht.

Bei der Wahl einer bevorzugten Dimensionierung wird von der Gleichung α + ψ = 180 el ausgegangen. Der Winkel α berechnet sich nach der Formel α = arc.cos (-h/s) und der Phasenwinkel \ψ nach der Formel Ψ = arc.cos (h/s), wobei h< s und h die Anzahl der Hauptpolpaare und s die Anzahl der Hilfspolpaare bedeutet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel betragen α = 136° el und ψ = 44° el. Die Wahl der wirksamen Polhälften ist hier 24, gegenüber 20 nach der Fig. 1. Im gleichen Ver-

^O hältnis wächst auch das Kippmoment. An den Polgruppenrändern liegen nun ungleichnamige Pole nicht mehr so nahe beieinander, dass störende Streufelder auftreten, und die Engstellen 13, 14 für die Anordnung von Kurzschlussringen sind gegenüber den Engstellen nach der Fig. 1 erweitert.

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Das bei der Ausführung gemäss der Fig. 2 noch auftretende Rastmoment kann erheblich vermindert werden, wenn man die Ständervollpole durch je zwei Polarme mit einem Mittenabstand von 90 el bildet. Eine solche rastmomentarme Ständerpolanordnung ist in der Fig. 3 gezeigt. Sie weist ebenfalls zwei Hauptpolgruppen 1, 2 und zwei Hilfspolgruppen 3, 4 mit Polarmen von einheitlichem Querschnitt auf, die in 3 Hauptpolpaare und 4 Hilfspolpaare gegliedert sind. Da jeder Pol nunmehr durch zwei Polarme gebildet ist, weist die Ausführung insgesamt 28 Polarme auf. Entsprechend der bevorzugten Dimensionierung beträgt die Winkelverschiebung α = 138° el und die Phasenverschiebung Ψ = 42 el.

Das Rastmoment des erfindungsgemässen Synchronmotors kann weiterhin herabgesetzt werden, wenn sich die Ständerpolarme vom Grund des Ständergehäuseteiles sowie des Deckels aus zum Ende verjüngen oder wenn die Läuferpole schräg in der Form eines Schneckenrades angeordnet sind.

Aus fertigungstechnischen Gründen kann es vorteilhaft sein, den Polarmen der Halbpole einen kreisförmigen Querschnitt zu geben.

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Claims

PATENTANSPRUECHE

1. J In einer Richtung selbstanlaufender Synchronmotor mit Ariern dauermagnetischen Läufer mit Läuferpolen und mit einem Ständer, der eine Spule umgibt und mit durch Polarme gebildeten Polen versehen ist, die sich von beiden Teilen des Ständers in axialer Richtung in den Raum zwischen der Spule und dem Läufer erstrecken und Gruppen von ungeschirmten Hauptpolen und durch Kurzschlussringe geschirmten Hilfspolen bilden, wobei die Hilfspole gegenüber den Hauptpolen verschoben sind, dadurch gekennzeichnet, dass die zueinander um einen Winkel α räumlich verschobenen Polgruppen (1,3; 2,4) des Ständers mit einer zeitlichen Phasenverschiebung ψ der entsprechenden Felder mindestens in Randgebieten zwischen den Polgruppen (1,3; 2,3; 2,4; 1,4) als Halbpole durch Polarme (5 bis 12) gebildet sind.

2. Synchronmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pole der Polgruppen (1 bis 4) des Ständers durch je zwei, Halbpole erzeugenden Polarme mit einem Mittenabstand von 90 el gebildet sind.

3. Synchronmotor nach Anspruch 1 oder 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelverschiebung α der Hilfspolgruppen (3, 4) gegenüber den Hauptpolgruppen (1, 2) in der Drehrichtung nach der Formel α = arc.cos (-h/s) und die Phasenverschiebung ψ der entsprechenden Felder nach der Formel ψ = arc.cos (h/s) berechnet ist, wobei h< s und h die Anzahl

der Hauptpol- und s die Anzahl der Hilfspolpaare bedeutet. 30

4. Synchronmotor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarme des Ständers einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen.

5. Synchronmotor nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarme des Ständers vom Grund aus zum Polende hin verjüngt sind.

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