DE2923033C2

DE2923033C2 - Synchronmotor

Info

Publication number: DE2923033C2
Application number: DE2923033A
Authority: DE
Inventors: Hubert Dipl.-Ing. Cham Lechner; Benedikt Dr.Phil. Zug Steinle
Original assignee: LGZ Landis and Gyr Zug AG
Current assignee: Siemens Building Technologies AG
Priority date: 1979-05-30
Filing date: 1979-06-07
Publication date: 1983-01-13
Also published as: IT1130655B; FR2458170A1; IT8022256A0; CH647107A5; FR2458170B1; DE2923033A1; GB2052882B; US4355252A; GB2052882A

Description

Die Erfindung be/ieht sich auf einen in einer Richtung selbstanlaufenden Synchronmotor der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 genannten Gattung.

Ein derartiger Sjnchronmotor ist bereits bekannt (GB PS 13 07 532). Zwischen den Polen der Hauptpolgruppe und der Hilfspolgruppe des Ständers (Stators) werden Wechselfelder erzeugt, die zeitlich in der Phase und räumlich im Winkel gegeneinander verschoben sind und sich /u einem auf den Läufer (Rotor) wirkenden Drehfeld überlagern. Bei üblichen Synchronmotoren entsteht ein elliptisches Drehfeld, so daß der Motor unter Kleinlast. d. h. bei geringer Belastung, auch rückwärts anlaufen kann. Außerdem trelen starke Schwankungen der Winkelgeschwindigkeit des Läufers auf, die dann das Drehmoment vermindern. Das auch im Synchronlauf wirksame Rastmoment trägt ebenso wie das elliptische Drehfeld zu solchen Schwankungen der Winkelgeschwindigkeit und zu Verminderungen des Drehmomentes bei. Bei dem vorbekannten Synchronmotor werden die Pole, damit der Motor immer nur in einer Richtung selbst anläuft, auf dem Umfang des

Stators ungleichmäßig verteilt, und zwar sollen die Hilfspole um einen Winkel λ = 180"el minus (P versetzt werden. Darüber hinaus wird auch die Breite desjenigen Randpoles, bei dem die Winkelversetzung ein Zusammenrücken der Hauptpolgruppe und der Hilfspolgruppe bedingt, um etwa 12% vermindert und aus der symmetrischen Lage um 20 bis 30°el so versetzt, daß diese Randpole verminderter Breite noch in den Zwischenraum der benachbarten Vollpole ohne Berührung mit diesen hineinpassen. Der Nacnteil dieser Ausbildung besteht darin, daß ein höchst unerwünschtes Streufeld entsteht.

Darüber hinaus sind Pole kreisförmigen Querschnitts sowie sich verjüngende Pole an sich bereits bekannt \FR-PS 11 95 481 und DE-GM 19 15 193).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen selbstanlaufenden Synchronmotor der eingangs genannten Gattung dahingehend zu verbessern, daß er innerhalb jeder Polgruppe eine regelmäßige räumliche Feldverteilung aufweist und Engstellen für die Kurzschluünnge weitgehend vermieden sind.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Im Unterschied zum eingangs genannten Stand der Technik ist bei der Erfindung die Breite von Randpolen um 50% gegenüber den Vollpolen ver.nindert und ist nicht nur die Breite eines Randpoles der betreffenden Polgruppe, sondern die Breite beider Randpole jeder Polgruppe entsprechend halbiert. Obwohl bei der Erfindung symmetrische Verhältnisse geschaffen werden, gelingt es weitgehend, Engstellen für die Kurzschlußringe zu vermeiden und die vorliegende Aufgabe zu lösen.

Sofern auch das Rastmoment verkleinert werden soll, empfiehlt es sich, die übrigen Pole durch je zwei gleiche Polarme mit einem Mittenabstand von ca. 90" el auszubilden.

Die gestellte Aufgabe ist durch Merkmale des ersten Patentanspruches gelöst.

Nachfolgend werden zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Lösung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. I eine Ständerpolanordnung bei bekannten Synchronmotoren.

F i g. 2 und 3 zwei Ausführungsbeispiele der Ständeranordnung nach der Erfindung.

Allen in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Anordnungen der .Ständerpole Ikgt 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 Hauptpolen und durch Kurzschlußringe abgeschirmten Hilfspolen bilden.

Eine bekannte Ständerpolanordnung ist in der F i g. 1 gezeigt. Sie weist zwei Hauptpolgruppen 1, 2 und zwei Hilfspolgruppen 3, 4 mit zusammen 14 Polarmen von einheitlichem rechteckigem Querschnitt auf, aus denen

6 Haupipole und H Hilfspolo gebildet sind. Von den insgesamt 28 Polhälften stehen 8 Polnälften 5 bis 12 in den Randgebieten zwischen den Polgruppen einer regelmäßigen räumlichen Feldverteilung 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 ctie Kurzschlußringe auf. Ein Synchronmotor mit derart gebildeter Ständerpolanordnung zeigt alle erwähnten Nachteile.

Die in der F'. g. 2 dargestellte Ständerpolan^rdnung 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 7 Hauptpole, d. h. 2.5 Hauptpolpaare, und 9 Hilfspole, d. h. 3,5 Hilfspolpaare, erkennen lassen. Erfindungsgemäß besitzen dabei die Pole 5 bis 12 in den Randgebieten zwischen den Polgruppen 1, 3; 1, 4; 2, 3; 2, 4 nur die halbe Breite gegenüber den öbrigen Polen. In jeder Polgruppe ist somit dem Pol halber Breite und jeder Polhälfte ein Partner zugeordnet, und zwar in Fonr. der Hälfte eines anderen benachbarten Poles.

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 Φ ermöglicht.

Bei der Wahl einer bevorzugten Dimensionierung wird von der Gleichung λ + Ψ = 180° el ausgegangen. Der Winkel λ berechnet sich nach der Formel a = arc ■ cos (—h/s) \md der Phasenwinkel Ψ nach der Formel Ψ = acr · cos (h/s), wobei Λ < 5 und h die Anzahl der Hauptpolpaare und s die Anzahl der Hilfspolpaare bedeutet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel betragen <\ = 136°el und Ψ = 44°el. Die Wahl der nützlichen Polhälften ist hier 24, gegenüber 20 nach der Fig. 1. Im gleichen Verhältnis wächst auch das Kippmoment. An den Polgruppenrändern liegen nun ungleichnamige Pole nichi mehr so nahe beieinander, daß störende Streufelder auftreten, und die Engsteilen 13, 14 für die Anordnung von Kurzschlußringen sind gegenüber den Engstellen nach der F i g. 1 erweitert

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 Mitienabstand von ca. 90°ei bildet. Eine solche rastmomentarme Siänderpolanordnung 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 Hilfspolpaart· gegliedert sind. Da jeder Pol nunmehr durch zwei Polarme gebildet ist. weist die Ausführung insgesamt 28 Polarme auf. Entsprechend der bevorzugten Dir ,nsionierung beträgt die Winkelverschiebung χ = ΐ3.°·°ε! und die Phasenverschiebung'/¹ = 42° el.

Das Rastmoment des erfindungsgemäßen Synchronmotors gemäß Fig. 2 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 f^r.ann es vorteilhaft sein, den Polarmen der Halbpole einen kreisförmigen Querschnitt zu geben.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. In einer Richtung selbstanlaufender Synchronmotor mit einem dauermagnetisohen Läufer mit Läuferpolen und mit einem Ständer, der eine Spule umgibt und mit durch Polarme gebildeten Polen versehen ist, die sich von beiden Seiten des Ständers in axialer Richtung in den Raum zwischen der Spule und dem Läufer erstrecken und Gruppen von Hauptpolen und von durch Kurzschlußringe abgeschirmten Hilfspolen bilden, bei dem die Hilfspole gegenüber den Hauptpolen räumlich um einen Winkel α und deren Magnetflüsse zeitlich in der Phase um einen Winkel Ψ verschoben und in Randgebieten Pole geringerer Breite angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die Randpole (5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12) der zueinander um den Winkel α räumlich verschobenen Polgruppen M, 3; 2,3; 2,4; 1,4) des Ständers mit der zeitlichen Phasenverschiebung Φ der entsprechenden Magnetflüsse die halbe Breite der übrigen Pole mit dem ursprünglichen Polabstand aufweisen.

2. Synchronmotor nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die übrigen Pole durch je zwei gleiche Polarme mit einem Mittenabstand von ca. 90° el gebildet werden.

3. Synchronmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelverschiebung λ der Hilfspolgruppen (3, 4) gegenüber den Hauptpolgruppen (1, 2) in der Drehrichtung nach der Formel * = arc · cos ( — h/s) und die Phasenverschiebung f* der entsprechenden Felder nach der Formel Ψ = arc · cos (h/s) berechnet ist. wobei h < s und h die A; cahl der Hauptpol- und idie Anzahl der Hilfspolpaare bedeutet.

4. Synchronmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarme des Ständers einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen.

5. Synchronmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarme des Ständers vom Grund aus zum Polend«. hin verjüngt sind.