DE3608566A1

DE3608566A1 - Anordnung zum starten eines synchronmotors

Info

Publication number: DE3608566A1
Application number: DE19863608566
Authority: DE
Inventors: Joachim Ruehlemann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1986-03-14
Filing date: 1986-03-14
Publication date: 1987-09-17

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Anordnung zum Starten eines Synchronmotors nach der Gattung des Hauptan spruchs, wie sie beispielsweise aus der britischen Pa tentschrift 14 13 782 bekannt ist. Bei der bekannten Anordnung ist der Motor eines Synchronmotors starr mit einer Antriebswelle gekoppelt. Um den Anlauf des Motors bei angeschlossener Last zu ermöglichen, greift ein auf der Rotorwelle sitzendes Ritzel mit Verdrehspiel in ein Gegenstück einer Kupplung ein, so daß die volle Last am Rotor nicht unmittelbar wirksam wird. Dennoch können beim Anlauf dieses bekannten Motors Schwierig keiten auftreten, weil der Einschwingvorgang des Ro tors durch die mit ihm gekuppelten Massen und durch erhöhte Reibungsmomente behindert wird.

Aus der DE-Patentschrift 11 99 390 ist ein Einphasen- Induktionsmotor bekannt, dessen Rotor auf der Antriebs welle verdrehbar und axial verschiebbar gelagert ist. Bei dieser bekannten Anordnung behindern zwar kaum Last momente den Hochlauf des Motors, jedoch steht in der An laufphase nur ein Teil des Hauptflusses für die Beschleu nigung des Rotors zur Verfügung, solange dieser nicht gegen die Kraft einer Feder in den Stator eingezogen und mit dem Kupplungselement gekoppelt ist. Zur Erzeu gung eines Anlauf-Drehmoments zwischen Rotor und Sta tor eines Synchronmotors ist es aus "Feinwerktechnik und Meßtechnik" 87 (1979) 4, Seite 163 bekannt, den Luftspalt über den Rotorumfang veränderlich auszubil den. Hierdurch entsteht eine Ruhelage des Rotors, welche verschieden ist von der Hauptmagnetisierungsrichtung des Stators, so daß beim Anlegen des Statorfeldes auf den Rotor ein Moment ausgeübt wird zur Auslösung des Anschwingvorganges.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Anordnung zum Starten eines Syn chronmotors mit den kennzeichnenden Merkmalen des Haupt anspruchs hat den Vorteil, daß außer geringen Reibungs verlusten des Rotors beim Anschwing- und Anlaufvorgang keine weiteren Kräfte zu überwinden sind, welche den Anlauf des Motors unter Last erschweren. Insbesondere sind die zu beschleunigenden Massen auf ein Minimum reduziert und es müssen keine Teile bewegt werden, welche hohe Reibungsverluste aufweisen, oder z. B. nach längerem Stillstand aus ihrer Ruhelage zunächst mit hohen Anfangskräften herausgeführt werden müssen. Dies kann beispielsweise bei der Verwendung des Syn chronmotors zum Antreiben einer Flüssigkeitspumpe der Fall sein, beispielsweise der Laugenpumpe einer Wasch maschine, wo nach längerem Stillstand auf der Antriebs welle sitzende Dichtungen im Pumpengehäuse festkleben können und ein Anlaufen des Motors verhindern. Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird es im Gegensatz zum geschilderten Stand der Technik möglich, festsitzende Teile des Antriebsmechanismus oder der Last beim An schwingen des Rotors durch die als Klemmkupplung ausge bildete Kupplung ohne störende Geräuschentwicklung für beide Drehrichtungen freizuschlagen, so daß Schwierig keiten beim Anlauf des Motors unter Last praktisch nicht mehr auftreten.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Anordnung möglich.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeich nung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer Anordnung mit einem Synchronmotor, der über eine Kupplung mit einer als Förderpumpe ausgebildeten Last koppelbar ist,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II durch die zwischen dem Synchronmotor und der För derpumpe angeordnete Klemmkupplung, wobei die eine Kupp lungshälfte in Ansicht und die andere Kupplungshälfte im Schnitt dargestellt sind, in vergrößerter Darstellung,

Fig. 3 eine vergrößerte Teildarstellung der in Fig. 2 im Schnitt gezeigten Kupplungshälfte und ein zur anderen Kupplungshälfte gehörender Klemmkörper in zwei ver schiedenen, strichpunktiert gezeigten Betriebsstellungen und

Fig. 4 einen Schnitt gemäß Fig. 2, durch eine an ders ausgebildete Klemmkupplung.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 ist eine Anordnung dargestellt, zu der ein elektrischer Synchronmotor 10 gehört, der einen perma nentmagnetisch erregten Rotor 12 aufweist und der wei ter mit einem Stator 14 versehen ist, der über eine entsprechende Einrichtung ein elektrisches Wechselfeld zum Erregen des Motors erzeugt. Weiter weist die An ordnung gemäß Fig. 1 eine Förderpumpe 16 auf, die je einen Saugstutzen 18 und einen Druckstutzen 20 hat. Die Förderpumpe 16 wird durch den Synchronmotor 10 betrieben. Da die Förderpumpe 16 als Last wirkend den Anlauf des Synchronmotors verhindert, ist zwischen der Förderpumpe 16 und dem Synchronmotor 10 eine ein Verdrehspiel auf weisende Kupplung 22 angeordnet. Die eine Kupplungshälfte 24 ist mit dem Rotor 12 des Synchronmotors 10 drehfest verbunden. Die andere Kupplungshälfte 26 hat im Bereich einer Schnittlinie II-II einen hülsenförmigen Querschnitt, und ist fest mit einem zur Förderpumpe 16 gehörenden Flügelrad 28 zusammengebaut. Zur scheibenförmigen Kupp lungshälfte 26 gehört ein T-förmiger Klemmkörper 30 (Fig. 2), der mit dem freien Ende 32 seines Mittelstegs 34 an der der Pumpe 16 abgewandten Stirnfläche der Kupp lungshälfte 26 pendelbar angelenkt ist. Die Pendelachse 36 des Klemmkörpers 30 liegt mit Abstand von der Dreh achse 38 der Kupplungshälfte 26. Die Drehachse 38 ist identisch mit der Motordrehachse. Die von der Pendel achse 36 abgewandte Seite des Querstegs 40 des Klemm körpers 30 ist gekrümmt und dient als Klemmfläche 42, die mit einer Gegenklemmfläche 44 zusammenwirkt, welche durch die Bohrungswand der hülsenförmigen, Kupplungshälfe 24 gebildet ist. Der Klemmkörper 30 ist von dem hülsen förmigen Abschnitt der Kupplungshälfte 24 umgeben. Die Drehachse des Flügelrades 28 der Förderpumpe 16 und auch die Drehachse der Kupplungshälften 24, 26 sind völlig koaxial zur Motordrehachse 38 angeordnet. Die Klemmfläche 42 des Klemmkörpers 30 weist einen Krümmungsradius 46 auf, der kleiner ist als der Krümmungsradius 48 der Gegenklemm fläche 44. Dies geht besonders aus Fig. 2 klar hervor, wo der Klemmkörper 30 in einer Mittelstelung gezeichnet ist, in welcher kein Zusammenwirken von Klemmfläche 42 und Gegenklemmfläche 44 erfolgt. Aus der bisherigen Er läuterung wird klar, daß das Krümmungszentrum 38 der Klemmfläche 42 näher an der Klemmfläche liegt als die Pendelachse 36 des Klemmkörpers 30. Weiter ist noch festzuhalten, daß das Zentrum 38 der beiden Krümmungsra dien 46, 48 auf der Drehachse 38 des Motors 10 liegt.

Die Kupplungshälfte 24 weist ferner einen zur Drehachse 38 gerichteten Vorsprung 50 auf, der sich in die Boh rung der hülsenförmigen Kupplungshälfte 24 erstreckt. An dem Vorsprung 50 sind zwei Anschläge 52 und 54 gebildet, die in Umfangsrichtung der hülsenförmigen Kupplungshälfte 26 gesehen, gegeneinander gerichtet sind und die sich zur Drehachse 38 erstrecken. Weiter ist ersichtlich, daß sich zwischen den beiden Anschlägen 52 und 54 in Umfangsrich tung gesehen, der Quersteg 40 des Klemmkörpers 30 befindet. Die beiden Endflächen 56 und 58 des Querstegs 40 bilden Gegenanschläge, welche den Anschlägen 52 und 54 des Vor sprungs 50 zugeordnet sind.

In Fig. 3 ist dargestellt, wie sich der Klemmkörper 30 zwischen zwei strichpunktiert dargestellten Pendel- Umkehrstellungen bewegen kann. Die in Fig. 2 gezeigte Mittelstellung des Klemmkörpers 30 ist dabei durch eine Linie 60 angedeutet.

Im folgenden sei die Wirkungsweise der erfindungsge mäßen Anordnung insbesondere anhand von Fig. 3 näher erläutert. Wenn der Synchronmotor in Richtung des in Fig. 2 gezeigten Pfeiles 62 (Gegenuhrzeigersinn) anläuft, erfolgt zunächst keine Drehmitnahme des Flügel rades 28 der Pumpe. Erst wenn die Endfläche 52 des Vor sprungs 50 an der Endfläche 58 des Klemmkörpers 30 zur Anlage kommt, wird der Klemmkörper 30 um einen Winkel α um seine Pendelachse 36 geschwenkt, bis die Klemmfläche 42 mit ihrem Randbereich 41 an der Gegenklemmfläche 44 der Kupplungshälfte 24 zur Anlage kommt. Die nun erfolgte Klemmwirkung zwischen Klemmfläche 42 und Gegenklemm fläche 44 bewirkt die Verbindung der beiden Kupplungs hälften 24 und 26, so daß der Kraftfluß vom Motor aus gehend folgenden Verlauf hat: Rotor 12, Kupplungshälfte 24 und Anschlagfläche 52 über Anschlagfläche 58 des Steges 40 zum Klemmpunkt 41 zwischen den Klemmflächen 42 und 44. Danach vom Klemmkörper 30 über die Pendelachse 36, über die Kupplungshälfte 26, der Pumpenwelle zum Flügelrad 28 der Förderpumpe 16. In Fig. 3 ist dabei die in dieser Situation wirksame Betriebsstellung - erreicht durch Ver schwenken des Klemmkörpers 30 um einen Schwenkwinkel α - mit 130 bezeichnet.

Wenn der Synchronmotor 10 jedoch im Uhrzeigersinn an läuft (Pfeil 64 in Fig. 2), drückt der Anschlag 54 des Vorsprungs 50 den Klemmkörper 30 durch Zusammen wirken von Anschlag 54 und Endfläche 56 des Querstegs 40 um den Winkel β (Fig. 3) aus der Mittellage, bis die Klemmfläche 42 des Quersteges 40 mit einer Stelle 43 an der Gegenklemmfläche 44 zur Anlage kommt. Der Kraft fluß vom Sychronmotor 10 zur Förderpumpe 16 hat nun einen Verlauf, der dem oben geschilderten Lauf entspricht. Allerdings erfolgt nun der Kraftübergang von der Kupp lungshälfte 24, an der Stelle 43, an welcher die Klemm fläche 42 des Klemmkörpers 30 an der Gegenklemmfläche 44 der anderen Kupplungshälfte 24 angedrückt ist. Diese Betriebsstellung des Klemmkörpers ist ebenfalls in Fig. 3 strichpunktiert eingezeichnet, wobei der Klemmkör per mit der Bezugszahl 230 versehen ist. Um ein selb ständiges Lösen der Klemmkupplung im Bereich von Klemm fläche 42 und gegen Klemmfläche 44 zu gewährleisten, ist die Abstimmung zwischen diesen beiden Flächen so zu wäh len, daß keine Selbsthemmung zwischen Klemmkörper 30 und Gegenklemmfläche 44 stattfindet. Das heißt, daß Klemm fläche und Gegenklemmfläche entsprechend stark diver gieren. Dieser Winkel ist in Fig. 3 mit γ bezeichnet.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Klemmkupplung gemäß Fig. 4 sind alle die mit dem Beispiel nach Fig. 3 überein stimmenden Bauteile mit den dort verwendeten Bezugszeichen versehen. Vom Beispiel gemäß Fig. 3 weicht lediglich der mit 130 bezeichnete Klemmkörper ab, der U-förmig aus gebildet ist. An den freien Enden der U-Schenkel 132, 134 sind Gegenanschläge 156, 158 ausgebildet, die in der schon beschriebenen Weise mit den Anschlägen 52, 54 des Vorsprungs 50 zusammenarbeiten. Der Vorteil dieser Ausführung gegen über der Ausführung nach Fig. 2 ist darin zu sehen, daß das Lagerelement (Welle oder Achse) für den Motoranker bzw. für das Flügelrad 28 der Pumpe als einstückiges Bau teil ausgebildet werden kann, weil es den Klemmkörper 130 in dem U-Kanal 140 durchdringt. Die Klemmflächen 142 sind an den freien Enden der U-Schenkel 132, 134 ausge bildet.

Claims

1. Anordnung zum Starten eines Synchronmotors, dessen per manentmagnetisch erregter Rotor über eine ein Verdreh spiel aufweisende Kupplung mit einer Last, beispielsweise einer Förderpumpe, koppelbar ist, und dessen Stator durch ein elektrisches Wechselfeld erregt ist, dadurch gekenn zeichnet, daß an der einen Kupplungshälfte (26) ein in beiden möglichen Motordrehrichtungen pendelbarer Klemm körper (30 bzw. 130) exzentrisch zur Motordrehachse (38) angelenkt ist, der in beiden Pendelrichtungen mit einer Klemmfläche (42) mit einer Gegenklemmfläche (44) zu sammenwirkt, die durch eine den Klemmkörper (30) um gebende Wand der im Querschnitt abschnittsweise hülsen förmigen, anderen Kupplungshälfte (24) gebildet ist, deren Achse auf der Motordrehachse (38) liegt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Klemmkörper (30) T-förmig ausgebildet und mit dem freien Ende (32) des Mittelstegs (34) an der einen Kupplungshälfte (24) angelenkt ist und daß die vom Mittelsteg (34) abgewandte Seite des Querstegs (40) die Klemmfläche bildet.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmfläche (42) gekrümmt ist und daß deren Krümmungszentrum (38) näher an der Klemmfläche (42) liegt als die Pendelachse (36) des Klemmkörpers (30).

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius (46) der Klemmfläche (42) kleiner ist als der Krümmungsradius (48) der Gegen klemmfläche (44) und daß diese beiden Krümmungsradien (46, 48) ein gemeinsames Zentrum (38) aufweisen.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Zentrum (38) der beiden Krümmungsradien (46, 48) auf der Drehachse (38) des Motors (10) liegt.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenklemmfläche (44) einen in deren Umfangsrichtung weisenden, zur Drehachse (38) vorspringenden Anschlag (52 bzw. 54) hat, dem ein Ge genanschlag (58 bzw. 56) am Quersteg (40) des Klemm körpers (30) zugeordnet ist.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenklemmfläche (44) zwei in deren Umfangs richtung weisende, zur Drehachse (38) vorspringende, gegeneinandergerichtete Anschläge (52, 54) aufweist, zwischen denen sich der Quersteg (40) des Klemmkör pers (30) befindet und daß die beiden Endflächen (56, 58) des Querstegs (40) Gegenanschläge bilden, die mit den Anschlägen (54, 52) der Gegenklemmfläche (44) zu sammenwirken.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Anschläge (52, 54) an einem nockenför migen Vorsprung (50) der hülsenförmigen Kupplungshälfte (24) gebildet sind.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Pendelweg des Klemmkörpers (30) in beiden Pendelrichtungen durch die Gegenklemmfläche (44) der anderen Kupplungshälfte (24) begrenzt ist, wo bei, ausgehend von der Berührungsstelle (41 bzw. 43) zwischen Klemmfläche (42) und Gegenklemmfläche (44) diese Flächen (42, 44) derart divergieren, daß eine Selbsthemmung zwischen den beiden Kupplungshälften (24, 26) vermieden ist.

10. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Klemmkörper (130) eine Durchdringungsöffnung (140) für das Lagerelement (Welle, Achse) des Motorankers (12) bzw. des Pumpen-Flügelrades (28) aufweist.

11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Klemmkörper (130) U-förmig ausgebildet ist, daß die Klemmflächen (142) an den freien U-Schenkeln (132, 134) angeordnet sind und daß die Durchdringungsöffnung durch den U-Kanal (140) gebildet ist.

12. Anordnung nach einem der Ansprüche 10 oder 11, da durch gekennzeichnet, daß an den U-Schenkeln (132, 134) Gegenanschläge (156, 158) ausgebildet sind, die mit an einem nockenförmigen Vorsprung (50) der hülsenförmigen Kupplungshälfte (24) ausgebildeten Anschlägen (52, 54) zusammenarbeiten.