DE3215376C2

DE3215376C2 - Selbstanlaufender zweipoliger Einphasensynchronmotor

Info

Publication number: DE3215376C2
Application number: DE3215376A
Authority: DE
Inventors: Leo 5190 Stolberg Bertram; Romuald Leander Klagenfurt Bukoschek
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1981-05-21
Filing date: 1982-04-24
Publication date: 1986-11-27
Also published as: HK2486A; GB2099234A; FR2506534A1; JPS57199463A; ES8304380A1; IT1151760B; CA1169462A; KR890000029B1; GB2099234B; AT373743B; SE454636B; SE8203100L; US4948999A; DE3215376A1; ATA228681A; AU550417B2; JPH02103770U; FR2506534B1; IT8221328A0; CH663299A5

Abstract

Bei einem selbstanlaufenden zweipoligen Einphasensynchronmotor (1) mit dauermagnetischem Läufer (6), der durch diametrale Magnetisierung (9) an seiner Umfangsfläche (10) zwei einander gegenüberliegende Polflächen aufweist, besteht der Läufer aus einem kunststoffgebundenen anisotropen Magnetmaterial, wobei die beiden einander gegenüberliegenden Polflächen (14, 15) je auf einen von der Achse des Läufers ausgehenden Winkelbereich der Umfangsfläche des Läufers von weniger als 90 ° beschränkt sind.

Description

ist. Der U-förmig ausgebildete Stator 4 besitzt Schenkel 7 und 8, die den Läufer 6 unter Bildung von Luftspalten je teilweise bogenförmig umschließen. Der zylindrische, aus einem magnetisierbaren dauermagnetischen Material bestehende Läufer 6 ist zweipolig ausgeführt wozu er in einer Durchmesserrichtung diametral magnetisiert ist. wie dies mit dem Pfeil 9 schematisrh angedeutet ist Somit weist der Läufer 6 an seiner Umfangsfläche 10, einander diametral gegenüberliegend, je einen N-PoI und einen S-PoI auf, die zusammen ein Polpaar bilden. Hierdurch gibt es zwei um 180° gegeneinander versetzte Lagen des Läufers 6, in welchen das Antriebsmoment des Synchronmotors den Wert Null durchläuft. Diese Lagen liegen dann vor, wenn das Magnetfeld des Läufers 6 quer zu den Schenkeln 7 und 8 des Stators 4 verläuft wie dies in F i g. 1 für eine Lage durch den Pfeil 9 angegeben ist Dies hat zur Folge, daß der Läufer 6 zwei, ebenfalls um 180° gegeneinander versetzte, definierte Ruhelagen benötigt, die jeweils von den Lagen des Läufers, in welchen das Antriebsmoment den Wert Null durchläuft winkelmäßig etwas abweichen, damit er von selbst anlaufen kann. Da die beiden Lagen des Läufers, welche dem Antriebsmoment Null entsprechen, und auch die beiden Ruhelagen des Läufers um 180° gegeneinander versetzt sind, sind sie vollkommen gleichwertig, so daß jeweils nur auf je eine dieser Lagen Bezug genommen werden muß.

In der Praxis liegt die winkelmäßige Abweichung der Ruhelagen des Läufers 6, von denen eine in F i g. 1 durch den mit strichlierten Linien gezeichneten Pfeil 11 angedeutet ist, von den Lagen des Läufers, in welchen das Antriebsmoment den Wert Null durchläuft, in der Größenordnung von 10° bis 25°, wie dies auch der Fig. 1 durch die gegenseitige Winkellage der beiden Pfeile 9 und 11 zu entnehmen ist. Bewirkt werden diese Ruhelagen durch entsprechende Formgebung der Schenkel 7 und 8, in ihren dem Läufer 6 gegenüberliegenden Bereichen, so daß sich ungleichmäßige Luftspalte ergeben, wozu beispielsweise an den Schenkeln Ansätze 12 und 13 vorgesehen sind, wie dies in F i g. 1 dargestellt ist. Auf diese Weise entsteht im Zusammenhang mit dem magnetischen Feld des Läufers ein sogenanntes Klebemomenl, welches bewirkt, daß beim Abschalten des Motors vom Wechselstromnetz der Läufer 6 mit Sicherheit in eine der beiden definierten Ruhelagen übergeht und nicht in einer Lage stehenbleibt, in welcher das Antriebsmoment den Wert Null durchläuft aus der er dann nicht mehr von selbst anlaufen könnte.

Bei einem solchen bekannten selbstanlaufenden zweipoligen Einphasensynchronmotor mit dauermagnetischem Läufer besteht dieser aus einem gesinterten anisotropen Magnetmaterial, wobei sich die eingangs angeführten Schwierigkeiten hinsichtlich der erforderlichen Nachbearbeitung des Läufers ergeben. Demgegenüber ist nunmehr vorgesehen, daß der Läufer aus einem kunststoffgebundenen anisotropen Magnetmaterial besteht. Durch die Verwendung eines kunststoffgebundenen anisotropen Magnetmaterials zur Bildung des Läufers gestaltet sich dessen Herstellung besonders einfach, da ein solches Material keine Neigung zu einem Verziehen zeigt Fin solcher Läufer kann daher unmittelbar absolut maßhaltig hergestellt werden, so daß keine Nachbearbeitung notwendig ist. Das anisotrope Magnetmaterial an sich kann dabei in bekannter Weise z. B. aus Bariumferrit bestehen.

Durch die Kunststoffbindung des anisotropen Magnetmaterials ist jedoch der Anteil des anisotropen Ma-Kiietmaterials im Läufer geringer, als wenn der Läufer durch Sintern nur aus einem anisotropen Magnetmateriai hergestellt wird. Dies bedeutet aber, daß die erreichbare remanente Induktion ebenfalls geringer ist. was sich insbesondere auf das Anlaufverhalten eines Synchronmotors nachteilig auswirk¹.. Es war daher nicht von vornherein anzunehmen, daß kunststoffgebundenc anisotrope Magnetmaterialien sich für die Herstellung von Läufern für derartige Synchronmotoren eignen werden. Um diesen Nachteil auszugleichen, ist nun weiter vorgesehen, daß die im Inneren des Läufers verlaufenden Feldlinien derart gekrümmt sind, daß sich Pole mit höherer Felddichte ausbilden, wobei die beiden einander gegenüberliegenden Polflächen des Läufers je auf einen von der Achse desselben ausgehenden Winkelbereich seiner Umfangsfläche in der Größenordnung von 65° beschränkt sind. Auf diese Weise erfolgt an den flächenmäßig kleineren Polflächen eine Konzentration des Magnetfeldes, wodurch das Klebemoment erhöht und damit das Anlaufverhalten entscheidend verbessert wird. Durch diese Maßnahme wird daher der Einfluß der sich bei kunststoffgebundenen anisotropen Magnetmaterialien ergebenden geringeren remanenten Induktion auf das Anlaufverhalten des Synchronmotors wieder ausgeglichen, so daß wieder ein absolut sicheres Anlaufen gewährleistet ist. Eine solche Ausbildung der Polflächen wird während der diametralen Magnetisierung des Läufers erreicht und zwar dadurch, daß zur Magnetisierung ein entsprechend schmales Magnetfeld verwendet wird, welches nur den gewünschten Winkelbereich der Umfangsfläche des Läufers erfaßt. Im Läufer selbst breitet sich dieses Magnetfeld dann wieder aus, so daß in seinem Inneren die Feldverteilung inhomogen ist. Dieser Art der Magnetisierung des Läufers liegt die Erkenntnis zugrunde, daß eine solche inhomogene Feldbildung bei kunststoffgebundenen anisotropen Magnetmaterialien möglich ist, weil sich bei diesen die zu magnetisierenden Partikel im gesamten Gefüge entsprechend orientieren können, ohne daß es dabei zu einer Rißbildung im Material kommt, wie dies unter gleichen Umständen bei gesinterten anisotropen Magnetmaterialien der Fall wäre. In F i g. 2 ist eine solche Magnetisierung des Läufers 6 verdeutlicht, wobei die auf einen von der Achse 5 des Läufers ausgehenden Winkelbereich der Umfangsfläche 10 des Läufers beschränkten Polflächen schematisch durch verstärkt gezeichnete Linien 14 und 15 angegeben sind. Der Verlauf der Magnetisierung innerhalb des Läufers 6 ist dabei durch strichlinierte Linien 16 angedeutet. Wie ersichtlich, entsteht eine Feldkonzentration an den einander diametral gegenüberliegenden Polflächen. die auf einen Winkelbereich der Umfangsfläche von 65° beschränkt sind.

Für die Verarbeitung eines kunststoffgebundenen anisotropen Magnetmaterials in einem Läufer kann auf verschiedene, an sich bekannte Verfahren zurückgegriffen werden, wie beispielsweise Extrudieren oder Pressen. Im vorliegenden Zusammenhang hat sich für eine derartige Verarbeitung das ebenfalls an sich bekannte Spritzgußverfahren als einfach und zweckmäßig erwiesen.

Die Magnetisierung des Läufers erfolgt unmittelbar beim Spritzgußvorgang, wobei im noch plastischen Zustand die einzelnen Partikel des anisotropen Magnetmaterials magnetisiert und entsprechend dem Magnetfeld ausgerichtet werden, welche Lage sie dann im verfestigten Zustand des Materials beibehalten. Zufolge der vorstehend erwähnten bestimmten Wahl der Breite der Polschuhe 28 und 29 wird der in Fig. 2 dargestellte Verlauf der Magnetisierung des Läufers erhalten.

Eine Nachbearbeitung zufolge der Verwendung des kunststoffgebundenen anisotropen Magnetmaterials ist nicht erforderlich. Die Wahl des Winkelbereiches der Umfangsflächen des Läufers, auf weiche die Polflächen beschränkt sein sollen, dies innerhalb des angegebenen Bereiches von weniger als 90°, unterliegt nach kleineren Winkeln hin keiner Beschränkung, sondern richtet sich danach, welche Leistung der Synchronmotor abgeben soll. An sich wird nach kleineren Winkeln hin das Anlaufverhalten verbessert, wobei aber die Leistungsabgabe sinkt. Wie erwähnt, hat sich in der Praxis ein Winkelbereich in der Größenordnung von 65° als sehr günstig erwiesen, da hierbei bei guter Leistungsabgabe ein absolut sicheres Anlaufen erreicht wird.

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Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentanspruch:

Selbstanlaufender zweipoliger Einphasensynchronmotor mit einem zylindrischen, dauermagnetisehen Läufer, der durch diametrale Magnetisierung an seiner Umfangsfläche zwei einander gegenüberliegende Polflächen aufweist und der zwischen zwei Schenkeln eines mit einer Erregerwicklung versehenen Stators angeordnet ist wobei die Enden dieser Schenkel unter Bildung je eines Luftspaltes den Läufer teilweise bogenförmig umschließen, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem in an sich bekannter Weise aus einem kunststoffgebundenen anisotropen Magnetmaterial bestehenden Läufer die inneren Feldlinien derart gekrümmt sind, daß sich Pole mit höherer Felddichte ausbilden, wobei die beiden -einander gegenüberliegenden Polfiächen je auf einen Winkelbereich der Läuferumfangsfläche in der Größenordnung von 65° beschränkt sind.

Die Erfindung betrifft einen selbstanlaufenden zweipoligen Einphasensynchronmotor mit einem zylindrischen, dauermagnetischen Läufer, der durch diametrale Magnetisierung an seiner Umfangsfläche zwei einander gegenüberliegende Polflächen aufweist und der zwischen zwei Schenkeln eines mit einer Erregerwicklung versehenen Stators angeordnet ist, wobei die Enden dieser Schenkel unter Bildung je eines Luftspaltes den Läufer teilweise bogenförmig umschließen.

An einen solchen Motor, wie er beispielsweise dem Prinzip nach in der DE-AS 14 88 270 beschrieben ist, werden die Anforderungen gestellt, daß er in der Lage ist, bei gutem Wirkungsgrad eine möglichst hohe Leistung abzugeben, wobei gewährleistet sein muß, daß der Läufer mit Sicherheit aus seiner Ruhelage heraus anläuft. Für ein solches sicheres Anlaufen ist es erforderlieh, daß die betreffende Ruhelage des Läufers von den Lagen des Läufers, in welchen das Antriebsmoment den Wert Null durchläuft, winkelmäßig abweicht. Diese Lagen des Läufers, in welchen das Antriebsmoment den Wert Null durchläuft, liegen dann vor, wenn sein Magnetfeld parallel zum Statorfeld gerichtet ist, wobei es entsprechend der diametralen Magnetisierung zwei um 180° versetzte derartige Lagen für den Läufer gibt, die aber einander vollkommen gleichwertig sind, weil sie sich nur durch die Orientierung des Magnetfeldes voneinander unterscheiden. Demgemäß weist ein solcher Läufer auch zwei um 180° gegeneinander versetzte Ruhelagen auf, die ebenfalls einander vollkommen gleichwertig sind. Eine solche winkelmäßige Abweichung der Ruhelage des Läufers von den Lagen, in welchen das Antriebsmoment den Wert Null durchläuft, wird in bekannter Weise durch eine solche Formgebung der Enden der Schenkel des Stators erreicht, daß ungleichmäßige Luftspalte gegenüber dem Läufer gebildet werden, wozu beispielsweise an den Enden der Schenkel asymmetrisch winkelversetzt vorspringende Ansätze vorgesehen sein können. Auf diese Weise entsteht im Zusammenhang mit dem magnetischen Feld des Läufers ein sogenanntes kritisches Klebemoment, welches bewirkt, daß beim Abschalten des Motors vom Wechselstromnetz der Läufer mit Sicherheit in eine der beiden gewünschten Ruhelagen übergeht und nicht in einer von den beiden Lagen stehenbleibt, in welchen das Antriebsmoment den Wert Null durchläuft, so daß er dann nicht mehr von selbst anlaufen könnte.

Es ist aus der GB-PS 14 03 310 bekannt, den dauermagnetischen Läufer eines zweipoligen Einphascnsynchronmotors aus anisotropem Magnetmaterial herzustellen. Infolge einer diametralen Magnetisierung bilden sich an seiner Umfangsfläche zwei einander gegenüberliegende Polflächen aus. Der Läufer ist zwischen zwei Schenkeln eines mit einer Erregerwicklung versehenen Stators angeordnet, wobei die Enden dieser Schenkel unter Bildung je eines Luftspaltes den Läufer teilweise bogenförmig umschließen. Der aus einem anisotropen Magnetmaterial bestehende Läufer weist zwei einander gegenüberliegende Polflächen auf, die bei einer Ausführungsform auf einen von der Achse des Läufers ausgehenden Winkelbereich der Umfangsfläche des Läufers von weniger als 90° beschränkt sind.

Aus der US-PS 38 72 334 ist es darüber hinaus bekannt, den Läufer eines Synchronmotors aus kunststoffgebundenem anisotropem Material zu bilden. Aufgrund des Kunststoffanteils sinkt aber die remanente Induktion, und es verschlechtert sich das Anlaufverhalten.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen selbstanlaufendcn zweipoligen Einphasensynchronmotor der eingangs angeführten Art so auszubilden, daß sich seine Herstellung einfach und preisgünstig gestaltet und daß er eine möglichst hohe Leistungsabgabe bei sicherein Anlaufen gewährleistet.

Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei dem in an sich bekannter Weise aus einem kunststoffgebundenen anisotropen Magnetmaterial bestehenden Läufer die inneren Feldlinien derart gekrümmt sind, daß sich Pole mit höherer Felddichtc ausbilden, wobei die beiden einander gegenüberlicgcnden Polflächen je auf einen Winkelbereich der Läuferumfangsfläche in der Größenordnung von 65° beschränkt sind.

Läufer aus kunststoffgebundenen anisotropen Magnetmaterialien lassen sich relativ einfach maßhaltig herstellen und zeigen keine Neigung zu einem Verziehen. Die Läufer sind hinsichtlich ihrer gewünschten Abmessungen relativ genau, und es ist daher keine Nachbearbeitung notwendig. Die Herstellungskosten sind damit relativ gering. Der Verlust an remanenlcr Induktion und der damit verbundene Nachteil eines schlechten Anlaufverhaltens werden dadurch behoben, daß an den Polen eine ausgeprägte Feldbündelung eingestellt wird, wodurch das kritische Klebemoment erhöht wird. So werden wieder definierte Ruhelagen für den Läufer erzielt, und bei guter Leistungsabgabe wird ein sehr günstiges und sicheres Anlaufverhalten erreicht.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, auf welches sie jedoch nicht beschränkt sein soll, näher erläutert.

Fig. 1 zeigt in Draufsicht einen selbstanlaufendcn zweipoligen Einphasensynchronmotor. In

Fig.2 ist in vergrößertem Maßstab der Rotor des Synchronmotors nach F i g. 1 dargestellt, wobei schcmatisch der innere Feldlinienverlauf der Magnetisierung des Rotors angegeben ist.

In Fig. 1 ist mit 1 ein selbstanlaufender zweipoliger Einphasensynchronmotor bezeichnet, der einen mit einer aus zwei Spulenhälften 2 und 3 bestehenden F.rre-

M gcrwicklung versehenen Stator 4 und einen mittels einer Achse 5 drehbar gelagerten Läufer 6 aufweist, wobei der Einfachheit halber die Lagerung des Läufers, die in bekannter Weise erfolgen kann, nicht näher dargestellt