DE3638440A1

DE3638440A1 - Single-phase machine

Info

Publication number: DE3638440A1
Application number: DE19863638440
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl Ing Mueller
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1986-11-11
Filing date: 1986-11-11
Publication date: 1988-06-01
Also published as: DE3638440C2

Abstract

Published without abstract.

Description

State of the art

Die Erfindung geht aus von einer Einphasenmaschine, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.The invention is based on a single-phase machine, that defined in the preamble of claim 1 Genus.

Eine solche Einphasenmaschine ist in der DE-OS 34 20 370 beschrieben. Durch die Aufteilung des Rotors in einen freidrehenden, unbelasteten Rotorinnenteil, der Permanentmagnete trägt und mit dem an dem Stator anliegenden Wechselfeld synchron umläuft, und in einen mit der belasteten Motorwelle starr verbundenen, als einfacher Kupferzylinder aus gebildeten Rotoraußenteil, der mit dem Rotorinnenteil asynchron umläuft, wird ein hohes Anlaufmoment des Antriebsmotors erzeugt. Dadurch wird der Einsatz des Motors, der an und für sich ein hohes Betriebsmoment aufweist, nicht durch das üblichen Einphasensynchron motoren eigene zu geringe Anlaufmoment behindert. Es wird ein gleichförmiger asynchroner Hochlauf des Motors erzielt, dessen Schlupf von der Belastung der Motor welle abhängig ist. Der bekannte Einphasenmotor ist kurzschlußfest und weist eine hohe Lebensdauer auf.Such a single-phase machine is in the DE-OS 34 20 370 described. By dividing up of the rotor in a freely rotating, unloaded Inner rotor part that carries permanent magnets and with the alternating field applied to the stator rotates, and in one with the loaded motor shaft rigidly connected, as a simple copper cylinder formed rotor outer part, which with the rotor inner part rotates asynchronously, a high starting torque of the Drive motor generated. This will make the use of Motors, which in and of itself has a high operating torque not by the usual single-phase synchronous motors own starting torque too low impeded. It becomes a uniform asynchronous start-up of the motor achieved whose slip from the load on the engine wave is dependent. The well-known single phase motor is short-circuit proof and has a long service life.

Bei einem solchen Einphasenmotor kann jedoch nicht sichergestellt werden, daß der Rotor immer in die selbe Drehrichtung anläuft. Bei der bevorzugten Ver wendung des bekannten Motors als Pumpenantrieb für Laugenpumpen in Waschmaschinen spielt allerdings die Drehrichtung des Motors keine Rolle, weil die Pumpe so gestaltet ist, daß sie in beiden Drehrichtungen in gleicher Weise arbeitet.With such a single-phase motor, however, cannot ensure that the rotor is always in the same direction of rotation starts. In the preferred ver application of the known motor as a pump drive for However, drain pumps in washing machines play that Direction of rotation of the motor does not matter because of the pump is designed so that it is in both directions works the same way.

Bei Einsatz des Motors für Zwecke, in welchen nur eine Drehrichtung zugelassen wird, sind zusätzliche Maßnah men vorzusehen, um den Anlauf des Motors in die falsche Drehrichtung zu unterbinden. In der DE-OS 34 20 370 hat man hierzu bereits zwischen Rotorinnenteil und Rotor außenteil eine mechanische Drehrichtung-Sperrvorrichtung vorgesehen, welche eine Drehung des Rotorinnenteils in eine der beiden möglichen Drehrichtungen sperrt. Eine solche Sperrvorrichtung besteht beispielsweise aus einer am Rotoraußenteil schwenkbar gehaltenen Sperrklinke und einer am Rotorinnenteil vorgesehenen Verzahnung, in welche die Sperrklinke eingreift. Eine solche Sperrvorrichtung erfordert konstruktive Maßnahmen am Rotor und zusätz lichen Bauraum, was die Herstellungskosten und die Motor abmessungen nicht unbeträchtlich vergrößert. When using the engine for purposes in which only one Direction of rotation is permitted, additional measures are required to provide for the start of the motor in the wrong To prevent the direction of rotation. In DE-OS 34 20 370 has one already does this between the inner rotor part and the rotor outer part a mechanical direction locking device provided which a rotation of the inner rotor part in locks one of the two possible directions of rotation. A such a locking device consists, for example, of a on the outer rotor part pivotally held pawl and a toothing provided on the rotor inner part, into which the pawl engages. Such a locking device requires constructive measures on the rotor and additional Liche space, what the manufacturing costs and the engine dimensions not inconsiderably enlarged.

Advantages of the invention

Die erfindungsgemäße Einphasenmaschine mit den kenn zeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, mit rein schaltungstechnischen Mitteln, ohne Eingriff in die Maschine selbst, eine definierte Drehrichtung des Rotors sicherzustellen. Damit vermehren sich die Einsatzmöglichkeiten der konstruktiv unveränderten Maschine. Sie kann damit in großen Stückzahlen herge stellt werden - was ihre Fertigungskosten senkt - und je nach Anwendungsfall mit oder ohne elektrische Anlauf schaltung ausgerüstet werden. Die Anlaufschaltung wird elektrisch zwischen den Maschinenanschlußklemmen und den Wicklungsenden der Statorwicklung eingeschaltet, was keine konstruktive Änderung an der Einphasenmaschine erfordert.The single-phase machine according to the invention with the kenn Drawing features of claim 1 has the advantage with purely circuit-technical means, without intervention into the machine itself, a defined direction of rotation of the rotor. With that multiply Possible uses of the structurally unchanged Machine. It can be produced in large numbers are put - which lowers their manufacturing costs - and Depending on the application, with or without electrical start-up circuit. The start-up circuit will electrically between the machine terminals and the Winding ends of the stator winding turned on what no design change to the single-phase machine required.

Mit der erfindungsgemäßen Anlaufschaltung wird der Rotor vor Anlauf zunächst positioniert, d.h. unabhängig von seiner nach Abschalten der Einphasenmaschine eingenom menen Stellung in eine ganz bestimmte Lage gebracht, so daß der von den Permanentmagneten im Rotor erzeugte Magnetfluß räumlich immer in die gleiche Richtung weist. Zur Positionierung erhält die Statorwicklung einen Stromimpuls bestimmter, gleichbleibender Polari tät zugeführt. Da nun die Anlaufschaltung dafür Sorge trägt, daß nach Abklingen der durch die Positionierung des Rotors evtl. hervorgerufenen Rotorschwingungen das Stator-Wechselfeld mit einer immer gleichen Polarität, welche der des Positionierungs-Stromimpulses entgegen gesetzt ist, aufgeschaltet wird, läuft der Rotor immer in dieselbe Drehrichtung an. Die Polarität des Posi tionierungs-Stromimpulses kann dabei positiv oder nega tiv sein. Entsprechend wäre das Stator-Wechselfeld im ersten Fall immer mit negativer Polarität und im zweiten Fall immer mit positiver Polarität aufzu schalten.With the start-up circuit according to the invention, the rotor positioned before starting, i.e. independent of its taken after switching off the single-phase machine put them in a very specific position, so that that generated by the permanent magnets in the rotor Magnetic flux always spatially in the same direction points. The stator winding receives for positioning a current pulse of certain, constant polari act fed. Now that the start-up circuit ensure that carries that after the decay by positioning of the rotor, possibly caused rotor vibrations Alternating stator field with always the same polarity, which opposes that of the positioning current pulse the rotor is always running in the same direction. The polarity of the posi tioning current pulse can be positive or nega be active. The alternating stator field would be accordingly first case always with negative polarity and in second case always with positive polarity switch.

Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Ver besserungen der im Anspruch 1 angegebenen Einphasen maschine möglich.By those listed in the other claims Measures are advantageous further training and ver Improvements to the single phases specified in claim 1 machine possible.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich dabei aus Anspruch 2. Durch das Einhalten von Verzögerungszeiten zum kurzzeitigen Aufschalten der Wechselspannung auf die Statorwicklung zwecks Posi tionierung des Rotors bzw. zum endgültigen Aufschalten der Wechselspannung auf die Statorwicklung, jeweils vom Nulldurchgang der Wechselspannung an gerechnet, ist sichergestellt, daß auch bei größerer Phasenverschie bung zwischen Wechselspannung und Wechselstrom mit Aufschaltung der Wechselspannung jeweils ein Strom mit gleicher Polarität wie die Wechselspannung in der Statorwicklung zum Aufbau des elektromagnetischen Wechselfeldes fließt.An advantageous embodiment of the invention results yourself from claim 2. By complying with Delay times for short-term activation of the AC voltage on the stator winding for the purpose of posi tioning of the rotor or for final connection the AC voltage on the stator winding, each from Zero crossing of the AC voltage is included ensures that even with larger phase differences Exercise between AC voltage and AC current with Activation of the alternating voltage one current at a time with the same polarity as the AC voltage in the Stator winding to build the electromagnetic Alternating field flows.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich aus Anspruch 3, insbesondere in Verbindung mit Anspruch 4. Die Nulldurchgangsdetektoreinheit erzeugt bei jedem Nulldurchgang der Wechselspannung einen Steuerimpuls für den als Triac ausgebildeten elektro nischen Schalter. Durch die Triggerlogik werden diese Steuerimpulse so lange von dem Steuereingang des Triac ferngehalten, bis der Rotor durch den vom ersten Verzögerungsglied ausgelösten Steuerimpuls positioniert worden ist, die Rotorschwingungen in der von dem dritten Verzögerungsglied bestimmten Wartezeit abgeklungen sind und der Triac mit dem von dem zwei ten Verzögerungsglied nach Einhalten einer zweiten Verzögerungszeit erzeugten Stromimpuls erstmal leitend geschaltet worden ist.An advantageous embodiment of the invention results itself from claim 3, in particular in connection with Claim 4. The zero crossing detector unit generates at each zero crossing of the AC voltage Control pulse for the electro trained as a triac African switch. Through the trigger logic these control pulses so long from the control input of the triac until the rotor passes through the first delay element triggered control pulse has been positioned, the rotor vibrations in the waiting time determined by the third delay element have subsided and the triac with that of the two th delay element after compliance with a second Delay time generated current pulse first has been switched on.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich auch aus Anspruch 5. Mittels des Spannungsdetek tors kann sowohl der Nulldurchgang als auch die je weilige Polarität der Wechselspannung erfaßt werden. Zweckmäßigerweise ist dabei der Spannungsdetektor so ausgebildet, daß er nur die positiven oder negativen Halbwellen der Wechselspannung erfaßt.An advantageous embodiment of the invention results also from claim 5. By means of the tension detector tors can both the zero crossing as well as the ever because the polarity of the AC voltage is detected. The voltage detector is expediently so trained that he was only the positive or negative Half waves of the AC voltage detected.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich auch aus den Ansprüchen 6 und 7. Durch diese Be messung der Verzögerungszeiten wird in einfacher Weise sichergestellt, daß der Stromimpuls zur Positionierung des Rotors und die Stromrichtung in der Statorwick lung im Zeitpunkt des Aufschaltens der Wechselspan nung nach Ablauf der dritten Verzögerungszeit einander entgegengesetzte Polaritäten aufweisen.Advantageous embodiments of the invention result also from claims 6 and 7. By this Be Measuring the delay times is easy ensured that the current pulse for positioning of the rotor and the current direction in the stator winding at the time the AC voltage is switched on after the end of the third delay time have opposite polarities.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich auch aus Anspruch 8. Durch diese Maßnahme wird sichergestellt, daß die Betriebsspannung der Anlaufschal tung für deren einwandfreie Funktion ausreichend hoch ist. Die Anlaufschaltung wird gestartet, wenn 90% ihrer Be triebsspannung erreicht ist. An advantageous embodiment of the invention results also from claim 8. This measure will ensures that the operating voltage of the start-up scarf tion is sufficiently high for their proper function. The start-up circuit is started when 90% of its loading drive voltage is reached.

drawing

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dar gestellten Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:The invention is based on one in the drawing presented embodiment in the following Description explained in more detail. Show it:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Seitenansicht eines Einphasenmotors, Fig. 1 is a schematic representation of a side view of a single-phase motor,

Fig. 2 einen Längsschnitt des Rotors des Einphasenmotors gemäß Fig. 1 in schematischer Explosionsdarstellung, Fig. 2 is a longitudinal section of the rotor of the single-phase motor of FIG. 1 is a schematic exploded view,

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Anlaufschal tung für den Motor gemäß Fig. 1 und 2, Fig. 3 is a block diagram of a start TIC for the engine according to Fig. 1 and 2,

Fig. 4 ein Diagramm des zeitlichen Signalver laufs an eingetragenen Punkten des Blockschaltbildes in Fig. 3. Fig. 4 is a diagram of the temporal Signalver course at registered points of the block diagram in Fig. 3rd

Description of the embodiment

In Fig. 1 ist mit 10 der Stator eines Einphasenmotors bezeichnet, der zwei ausgeprägte Pole 11 und 12 auf weist. Der Stator 10 ist mit einer Einphasenwicklung 13 bewickelt, die auf einem die beiden Pole 11, 12 verbinden den Schenkel 14 des Stators 10 angeordnet ist.In Fig. 1, 10 denotes the stator of a single-phase motor, which has two salient poles 11 and 12 . The stator 10 is wound with a single-phase winding 13 which is arranged on one of the two poles 11, 12 connecting the leg 14 of the stator 10 .

Der Stator 10 ist durch einen Luftspalt von einem Rotor 16 getrennt, der auf einer drehbar gelagerten Motor welle 17 sitzt. Der Luftspalt 14 ist asymmetrisch aus gebildet, d.h. er besitzt eine über den Rotorumfang veränderliche Luftspaltbreite, symmetrisch zur Längs achse des Motors. So ergibt sich jeweils an radial gegenüberliegenden Punkten der Pole 11, 12 ein gleicher, jeweils schmalerer oder breiterer Luftspalt, wodurch der permanentmagnetbestückte Rotor 16 eine definierte Ruhelage einnimmt, in welcher die Richtungen der von den Permanentmagneten einerseits und von dem durch die Einphasenwicklung 13 hervorgerufenen Wechselfeld anderer seits erzeugten Magnetflüsse Φ _PM bzw. Φ _W im Rotor 16 gegeneinander um einen spitzen Winkel α gedreht sind. Die Magnetflüsse Φ _PM und Φ _W sind im Augenblick des Einschaltens des Einphasenmotors in Fig. 1 schematisch angedeutet, wobei der Rotor 16 sich noch in der definierten Ruhelage befindet.The stator 10 is separated by an air gap from a rotor 16 which sits on a rotatably mounted motor shaft 17 . The air gap 14 is formed asymmetrically, that is, it has a variable air gap width over the rotor circumference, symmetrical to the longitudinal axis of the motor. This results in an equal, respectively narrower or wider air gap at radially opposite points of the poles 11 , 12 , whereby the permanent magnet-equipped rotor 16 assumes a defined rest position in which the directions of the alternating field caused by the permanent magnets on the one hand and by the alternating field caused by the single-phase winding 13 other magnetic fluxes Φ _PM or Φ _W generated in the rotor 16 are rotated relative to one another by an acute angle α . The magnetic fluxes Φ _PM and Φ _W are indicated schematically in FIG. 1 when the single-phase motor is switched on, the rotor 16 still being in the defined rest position.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, besteht der Rotor 16 aus einem Rotorinnenteil 18 und einem Rotoraußenteil 19. Der Rotorinnenteil 18 trägt eine zentrische Nabe 20 aus Kunststoff, mit welcher der Rotorinnenteil 18 auf der Motorwelle 17 frei dreht. Der Rotorinnenteil 18 wird von einem massiven Permanentmagnetteil gebildet, wel ches zweipolig diametral magnetisiert ist. Der Rotor außenteil 19 wird von einem becherförmig ausgebildeten Hohlzylinder 21 aus Kupfer gebildet, welcher sich im Bereich des Becherbodens in einem Flansch 22 fortsetzt, der mittels eines Splintes 23 auf der Motorwelle 17 verdrehsicher gehalten ist. Der Hohlzylinder 21 über greift unter Belassung eines kleinen Luftspaltes den Rotorinnenteil 18, und dieser sitzt mit seiner Nabe 20 auf einem den Hohlzylinder 21 konzentrisch durchdrin genden, im Durchmesser reduzierten Wellenabschnitt 171 der Motorwelle 17. Am offenen Ende des becherförmigen Hohlzylinders 21 ist der Rotorinnenteil 18 mit einem Lüfter 24 starr verbunden.As can be seen from FIG. 2, the rotor 16 consists of an inner rotor part 18 and an outer rotor part 19 . The inner rotor part 18 carries a central hub 20 made of plastic, with which the inner rotor part 18 rotates freely on the motor shaft 17 . The inner rotor part 18 is formed by a solid permanent magnet part, which is magnetized diametrically bipolar. The rotor outer part 19 is formed by a cup-shaped hollow cylinder 21 made of copper, which continues in the area of the cup bottom in a flange 22 which is held against rotation by means of a split pin 23 on the motor shaft 17 . The hollow cylinder 21 engages the rotor inner part 18, leaving a small air gap , and this sits with its hub 20 on a concentrically penetrating the hollow cylinder 21 , reduced-diameter shaft section 171 of the motor shaft 17th At the open end of the cup-shaped hollow cylinder 21 , the inner rotor part 18 is rigidly connected to a fan 24 .

Die Wirkungsweise dieses an sich bekannten Einphasen motors ist in der DE-OS 34 20 370 ausführlich beschrie ben, so daß insoweit darauf verwiesen wird. Nach Anlegen einer Wechselspannung an die Einphasenwicklung 13 läuft der Rotorinnenteil nach Ausführung einiger Drehschwingungen in eine der beiden möglichen Dreh richtungen an und läuft dann netzsynchron um. Bei einer zweipoligen Bauweise von Stator 10 und Rotor 16 und einer Netzfrequenz von 50 Hz des Stromes in der Statorwicklung 13 sind dies 3000 U/min. Da der Rotor innenteil 18 nicht durch die angeschlossene Last be aufschlagt ist, steht dem Anlauf des Motors insofern nichts entgegen. Beim Drehen des Rotorinnenteils 18 wird nun ein Drehfeld erzeugt, welches in dem Rotor außenteil 19 Ströme induziert und diesen in Drehung versetzt. Der Rotoraußenteil 19 läuft dann asynchron mit einem von der an der Motorwelle 17 angeschlossenen lastabhängigen Schlupf um.The mode of operation of this known single-phase motor is described in detail in DE-OS 34 20 370 ben, so that reference is made to this extent. After applying an alternating voltage to the single-phase winding 13 , the inner rotor part runs after executing a few torsional vibrations in one of the two possible directions of rotation and then runs in synchronism with the mains. With a two-pole construction of stator 10 and rotor 16 and a mains frequency of 50 Hz of the current in the stator winding 13 , this is 3000 rpm. Since the rotor inner part 18 is not opened by the connected load, there is nothing to prevent the motor from starting. When rotating the inner rotor part 18 , a rotating field is now generated, which induces currents in the outer rotor part 19 and sets it in rotation. The rotor outer part 19 then runs asynchronously with a load-dependent slip connected to the motor shaft 17 .

Zur Festlegung der Umlaufrichtung des Rotors 16 ist eine Anlaufschaltung 25 vorgesehen, die in Fig. 3 im einzelnen dargestellt ist. Von dem Einphasenmotor sind in Fig. 3 der Stator 10 und der Rotor 16 schematisch angedeutet. Mit 26 und 27 sind die Wicklungsenden der Einphasenwicklung 13 bezeichnet. Diese sind über einen steuerbaren Schalter, der hier als Triac 28 ausgebildet ist, mit Anschlußklemmen 30, 31 verbunden, an welche beim Anschließen des Einphasenmotors an ein Netz eine Wechselspannung angelegt wird.A starting circuit 25 , which is shown in detail in FIG. 3, is provided for determining the direction of rotation of the rotor 16 . The stator 10 and the rotor 16 of the single-phase motor are indicated schematically in FIG. 3. With 26 and 27 , the winding ends of the single-phase winding 13 are designated. These are connected via a controllable switch, which is designed here as a triac 28 , to terminals 30 , 31 , to which an AC voltage is applied when the single-phase motor is connected to a network.

Die Anlaufschaltung 25 weist eine Nulldurchgangsdetekti onseinheit 32 auf, die bei jedem Nulldurchgang der an den Anschlußklemmen 30, 31 anliegenden Wechselspannung einen Steuerimpuls generiert. Hierzu weist die Null durchgangsdetektionseinheit 32 einen Spannungsdetek tor 33, der an die Anschlußklemmen 30, 31 angeschlossen ist, und einen diesem nachgeschalteten Frequenzverdopp ler 34 auf. Der Spannungsdetektor 33 generiert für die Dauer einer an seinem Eingang anliegenden, Null übersteigenden positiven Eingangsspannung eine etwa konstante Ausgangsspannung, so daß - wie in Fig. 4 im obersten Diagramm dargestellt ist - am Ausgang des Spannungsdetektors während jeder positiven Halb welle der an den Anschlußklemmen 30, 31 anliegenden Wechselspannung ein Rechteckimpuls erscheint. Am Ausgang des Frequenzverdopplers 34 stehen damit Steuerimpulse an, wie sie in Fig. 4 im Diagramm 2 dargestellt sind. Die Anstiegflanke eines jeden Steuer impulses fällt mit dem Nulldurchgang der Wechsel spannung zusammen. Der Ausgang des Frequenzverdopplers 34 ist mit einem Eingang einer Triggerlogik 35 ver bunden, deren Ausgang über einen Verstärker 36 an dem Steuereingang des Triac 28 angeschlossen ist.The start-up circuit 25 has a zero crossing detection unit 32 which generates a control pulse at each zero crossing of the AC voltage present at the connecting terminals 30 , 31 . For this purpose, the zero crossing detection unit 32 has a voltage detector 33 , which is connected to the connecting terminals 30 , 31 , and a frequency doubler 34 connected to it. The voltage detector 33 generates an approximately constant output voltage for the duration of a positive input voltage present at its input which exceeds zero, so that - as shown in FIG. 4 in the top diagram - at the output of the voltage detector during each positive half-wave of the terminals 30 , 31 applied AC voltage a rectangular pulse appears. Control pulses are thus present at the output of the frequency doubler 34 , as shown in FIG. 4 in diagram 2 . The rising edge of each control pulse coincides with the zero crossing of the AC voltage. The output of the frequency doubler 34 is connected to an input of a trigger logic 35 , the output of which is connected via an amplifier 36 to the control input of the triac 28 .

Mit dem Ausgang des Spannungsdetektors 33 sind ein erstes Verzögerungsglied 37 und ein zweites Verzögerungs glied 38 der Anlaufschaltung 25 verbunden. Das Verzögerungsglied 37 erzeugt nach einer Verzögerungszeit t ₁ einen ersten Steuerimpuls, und das zweite Verzögerungsglied 38 erzeugt nach einer Verzögerungszeit t ₂ einen zweiten Steuerimpuls. Beide Steuerimpulse sind der Trigger logik 35 zugeführt. Die Verzögerungszeit t ₁ bzw. t ₂ beginnt jeweils mit Anliegen der Anstiegflanke der Rechteckimpulse vom Ausgang des Spannungsdetektors 33 am Eingang der beiden Verzögerungsglieder 37, 38 an zu zählen. Die Steuerimpulse am Ausgang des ersten und zweiten Verzögerungsgliedes 37 bzw. 38 sind in Fig. 4 im Diagramm 3 bzw. 5 dargestellt.With the output of the voltage detector 33 , a first delay element 37 and a second delay element 38 of the starting circuit 25 are connected. The delay element 37 generates a first control pulse after a delay time t ₁ , and the second delay element 38 generates a second control pulse after a delay time t ₂ . Both control pulses are supplied to the trigger logic 35 . The delay time t ₁ or t ₂ begins to count when the rising edge of the rectangular pulses from the output of the voltage detector 33 at the input of the two delay elements 37 , 38 . The control pulses at the output of the first and second delay elements 37 and 38 are shown in FIG. 4 in diagrams 3 and 5 , respectively.

Die Anlaufschaltung 25 weist ferner ein drittes Verzögerungs glied 39 auf, dessen Ausgang mit dem zweiten Verzöge rungsglied 38 verbunden ist. Während einer dritten Verzögerungszeit t ₃ sperrt das dritte Verzögerungs glied 39 das zweite Verzögerungsglied 38, so daß trotz Anliegen der Rechteckimpulse vom Ausgang des Spannungsdetektors 33 die Generierung eines zweiten Steuerimpulses blockiert ist. Erst nach Ablauf der im dritten Verzögerungsglied 39 eingestellten dritten Verzögerungszeit t ₃ wird das zweite Verzögerungsglied 38 freigegeben, so daß mit dem folgenden Rechteckim puls am Eingang des zweiten Verzögerungsglied 38 nach der zweiten Verzögerungszeit t ₂ der zweite Steuerim puls generiert werden kann. Der Signalverlauf am Ausgang des dritten Verzögerungsglieds 39 ist in Fig. 4 im Diagramm 4 dargestellt.The start-up circuit 25 also has a third delay element 39 , the output of which is connected to the second delay element 38 . During a third delay time t _3, the third delay element 39 blocks the second delay element 38 , so that the generation of a second control pulse is blocked despite the rectangular pulses from the output of the voltage detector 33 . Only after the third delay time t ₃ set in the third delay element 39 is the second delay element 38 released, so that the second control pulse can be generated with the following rectangular pulse at the input of the second delay element 38 after the second delay time t ₂ . The signal curve at the output of the third delay element 39 is shown in FIG. 4 in diagram 4 .

Wie aus dem Diagramm 6 in Fig. 4 ersichtlich ist, ist die Triggerlogik 35 derart aufgebaut, daß sie sowohl den ersten Steuerimpuls des ersten Verzögerungsgliedes 37 (Diagramm 3 in Fig. 4) als auch den zweiten Steuer impuls des zweiten Verzögerungsgliedes 38 (Diagramm 5 in Fig. 4) nach Verstärkung unmittelbar auf den Steuer eingang des Triac 28 gibt, während sie die Steuerim pulse am Ausgang des Frequenzverdopplers 34 erst nach Ablauf der dritten Verzögerungszeit t ₃ und der zweiten Verzögerungszeit t ₂ zu dem Steuereingang des Triac 28 durchläßt. Der Signalverlauf am Ausgang der Trigger logik 35 ist im Diagramm 6 der Fig. 4 dargestellt.As can be seen from the diagram 6 in Fig. 4, the trigger logic 35 is constructed such that it both the first control pulse of the first delay element 37 (diagram 3 in Fig. 4) and the second control pulse of the second delay element 38 (diagram 5 in Fig. 4) after amplification directly to the control input of the triac 28 , while the Steuerim pulse at the output of the frequency doubler 34 only after the end of the third delay time t ₃ and the second delay time t ₂ passes to the control input of the triac 28 . The waveform at the output of the trigger logic 35 is shown in diagram 6 of FIG. 4.

Zum Starten der Anlaufschaltung 25 ist eine Spannungsüber wachungsvorrichtung 29 vorgesehen, die an den Anschluß klemmen 30, 31 angeschlossen ist und ausgangsseitig sowohl mit dem Spannungsdetektor 33 als auch mit dem zweiten Verzögerungsglied 37 und dem dritten Verzögerungsglied 39 verbunden ist. Die Spannungsüberwachungsvorrichtung 29 ist derart ausgebildet, daß sie die Anlaufschaltung 25 startet, nachdem 90% ihrer Versorgungs gleichspannung erreicht ist.To start the start-up circuit 25 , a voltage monitoring device 29 is provided, which is connected to the terminals 30 , 31 and is connected on the output side to both the voltage detector 33 and to the second delay element 37 and the third delay element 39 . The voltage monitoring device 29 is designed such that it starts the start-up circuit 25 after 90% of its DC supply voltage has been reached.

Dies ist im Zeitpunkt t ₀ (Fig. 4) der Fall. Von die sem Startzeitpunkt t ₀ an beginnt das dritte Verzöge rungsglied 39 das zweite Verzögerungsglied 38 zu sperren und die dritte Verzögerungszeit t ₃ einzustellen, nach deren Ablauf das zweite Verzögerungsglied 38 wie der freigegeben wird. Zum Zeitpunkt t ₀ werden außerdem der Spannungsdetektor 33 und das erste Verzögerungs glied 37 aktiviert.This is the case at time t ₀ ( FIG. 4). From this start time t ₀ on the third delay element 39 begins to block the second delay element 38 and set the third delay time t ₃ , after which the second delay element 38 is released again. At time t ₀ , the voltage detector 33 and the first delay element 37 are also activated.

Die Wirkungsweise der vorstehend beschriebenen Anlauf schaltung 25 ist nunmehr wie folgt:The operation of the starting circuit 25 described above is now as follows:

Bei abgeschaltetem Einphasenmotor nimmt der Rotor 16 infolge der Asymmetrie des Luftspaltes 15 eine Ruhe lage ein, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist. Der von dem Permanentmagneten erzeugte Magnetfluß Φ _PM hat dabei die in Fig. 1 dargestellte Flußrichtung oder ist zu dieser um 180° gedreht. Nach Anliegen einer Versor gungs-Wechselspannung an die Anschlußklemmen 30, 31 des Einphasenmotors wird die Anlaufschaltung 25 von der Spannungsüberwachungsvorrichtung 29 gestartet, nach dem 90% der Versorgungsspannung erreicht sind. Mit dem Starten der Anlaufschaltung 25 beginnt das dritte Ver zögerungsglied 39 das zweite Verzögerungsglied 38 zu sperren und der Spannungsdetektor 33 die Wechselspan nung an den Eingangsklemmen 30, 31 auf Nulldurchgang zu überprüfen. Mit jedem Nulldurchgang steht am Ausgang des Frequenzverdopplers 34 ein Steuerimpuls an, der jedoch nicht über die Triggerlogik 35 an den Triac 38 gelangen kann. Mit dem ersten Rechteckimpuls am Aus gang des Spannungsdetektors 33 wird das erste Zeit verzögerungsglied 37 gestartet, das nach der Verzö gerungszeit t ₁ einen ersten Steuerimpuls generiert, der über die Triggerlogik 35 den Triac 28 öffnet. Damit fließt für etwa eine Halbperiode ein positiver Strom in der Einphasenwicklung 13. Hat der Rotor 16 die in Fig. 1 dargestellte Ruhelage eingenommen, so stärkt der durch die stromdurchflossene Einphasenwicklung 13 erzeugte Fluß Φ _W den von den Permanentmagneten hervorgerufenen Fluß Φ _PM. Der Rotor 16 dreht sich demzufolge in Richtung seiner neutralen Lage, die in Fig. 1 strichpunktiert angedeutet und mit 40 bezeichnet ist. Hat jedoch der Rotor 16 eine Ruhelage eingenommen, bei welcher der Fluß Φ _PM um 180° gedreht ist, so wird der von den Permanentmagneten erzeugte Magnetfluß Φ _PM von dem Fluß Φ _W geschwächt. Der Rotor 16 dreht sich demzufolge noch weiter aus seiner neutralen Lage, so daß sich der Winkel α vergrößert, und dreht sich dann, bei genügend hohem Strom i in der Einphasenwicklung 13, schlagartig um eine halbe Umdrehung und verharrt dort nach einigen Pendelungen. Damit ist der Rotor 16 positioniert, d. h. er nimmt stets die in Fig. 1 dargestellte definierte Ruhelage ein, in welcher der von den Permanentmagneten erzeugte Fluß Φ _PM immer in die gleiche Richtung weist, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist.When the single-phase motor is switched off, the rotor 16 assumes a rest position as a result of the asymmetry of the air gap 15 , as is shown in FIG. 1. The magnetic flux Φ _PM generated by the permanent magnet has the direction of flow shown in FIG. 1 or is rotated by 180 ° to it. After a supply voltage AC supply to the terminals 30 , 31 of the single-phase motor, the starting circuit 25 is started by the voltage monitoring device 29 after 90% of the supply voltage has been reached. With the start of the start-up circuit 25 , the third delay element 39 begins to block the second delay element 38 and the voltage detector 33 checks the AC voltage at the input terminals 30 , 31 for zero crossing. With each zero crossing there is a control pulse at the output of the frequency doubler 34 which, however, cannot reach the triac 38 via the trigger logic 35 . With the first rectangular pulse at the output of the voltage detector 33 , the first time delay element 37 is started, which generates a first control pulse after the delay time t ₁ , which opens the triac 28 via the trigger logic 35 . A positive current thus flows in the single-phase winding 13 for about a half period. If the rotor 16 has assumed the rest position shown in FIG. 1, the flux Φ _W generated by the current-carrying single-phase winding 13 strengthens the flux Φ _PM caused by the permanent magnets. The rotor 16 consequently rotates in the direction of its neutral position, which is indicated by dash-dotted lines in FIG. 1 and is designated by 40 . However, if the rotor 16 has taken a rest position, in which the flux Φ _PM is rotated by 180 °, the magnetic flux Φ _PM generated by the permanent magnets is weakened by the flux Φ _W. The rotor 16 consequently rotates further from its neutral position, so that the angle α increases, and then, with a sufficiently high current i in the single-phase winding 13 , suddenly turns by half a turn and remains there after a few oscillations. The rotor 16 is thus positioned, ie it always assumes the defined rest position shown in FIG. 1, in which the flux Φ _PM generated by the permanent magnets always points in the same direction as is shown in FIG. 1.

Nach Ablauf der vom dritten Verzögerungsglied 39 vorge gebenen dritten Verzögerungszeit t ₃ wird die Sperrung des zweiten Verzögerungsgliedes 38 aufgehoben. Die Ver zögerungszeit t ₃ ist dabei so bemessen, daß durch die halbe Drehung des Rotors 16 hervorgerufene Rotorschwin gungen in dieser Zeit zuverlässig abgeklungen sind. Nach dem das zweite Verzögerungsglied 38 freigegeben wor den ist, wird mit dem nach Freigabe ersten Rechteck impuls am Ausgang des Spannungsdetektors 33 das zwei te Verzögerungsglied 38 gestartet und erzeugt nach einer Verzögerungszeit t ₂ einen zweiten Steuerimpuls, der über die Triggerlogik 35 an den Steuereingang des Triac 28 gelangt. Gleichzeitig wird mit dem zweiten Steuerimpuls die Sperrung der an dem Frequenzverdopp ler 34 anstehenden Steuerimpulse in der Trigger logik 35 aufgehoben, so daß in der weiteren Folge bei jedem Nulldurchgang der Wechselspannung der Triac 28 durchgeschaltet wird. Die erste Durchschal tung des Triac 28 nach Ablauf der Verzögerungszeit t ₃ wird von dem zweiten Steuerimpuls ausgelöst. Die zweite Verzögerungszeit t ₂ ist dabei so eingestellt, daß beim Durchschalten des Triac 28 die an der Einphasenwick lung 13 anliegende Wechselspannung negative Polarität aufweist (vergl. Fig. 4, Diagramm 7). Aufgrund des nunmehr anfänglich negativen Stromes beginnt sich der Rotor 16 im Uhrzeigersinn zu drehen und rastet sofort in den Synchronismus ein. Der auf diese Weise gestartete Einphasenmotor besitzt eine eindeutige Drehrichtung im Uhrzeigersinn.After expiry of the third delay time t _{3 given} by the third delay element 39 , the blocking of the second delay element 38 is canceled. The Ver delay time t ₃ is dimensioned such that by the half-rotation of the rotor 16 caused Rotorschwin conditions have subsided reliable at this time. Wor After released, the second delay element 38 the is is started with the first after release rectangular pulse at the output of the voltage detector 33, the two te delay element 38 and produces after a delay time t ₂ a second control pulse on the trigger logic 35 of the control input Triac 28 arrives. At the same time the blocking is the LER at the Frequenzverdopp 34 pending control pulses in the trigger logic canceled 35 so that the triac is turned 28 in the other row at each zero crossing of the AC voltage to the second control pulse. The first switching-through of the triac 28 after the delay time t ₃ has elapsed is triggered by the second control pulse. The second delay time t ₂ is set such that when the triac 28 is switched on, the AC voltage applied to the single-phase winding 13 has negative polarity (see FIG. 4, diagram 7 ). Because of the now initially negative current, the rotor 16 begins to rotate clockwise and immediately engages in synchronism. The single-phase motor started in this way has a clear clockwise direction of rotation.

Zur Erzielung eines positiven Stromimpulses zwecks Posi tionierung des Rotors 16 und zur anschließenden Aufschal tung der Wechselspannung nach Ablauf der Verzögerungs zeit t ₃ mit negativer Polarität ist die erste Verzöge rungszeit im ersten Verzögerungsglied 37 höchstens einer Viertelperiode der Wechselspannung bemessen oder beträgt ein ganzzahliges Vielfaches davon, und ist die zweite Verzögerungszeit des zweiten Verzögerungsgliedes 38 größer als eine Halbperiode und gleich oder kleiner einer Drei viertelperiode der Wechselspannung eingestellt oder be trägt ein ganzzahliges Vielfaches davon. Die Folge dieser Bemessung ist, daß zur Positionierung des Rotors 16 für etwa eine Halbperiode des von dem Strom i in der Einphasenwicklung 13 hervorgerufene Wechselfeldes der Stator 10 mit vorgegebener Polari tät erregt ist und nach Ablauf einer durch die Verzö gerungszeit t ₃ vorgegebenen Wartezeit das Wechsel feld mit umgekehrter Polarität auf den Stator 10 auf geschaltet wird (Fig. 4, Diagramm 7). Die Zeitver zögerungsglieder 37, 38, 39 werden vorzugsweise als monostabile Kippstufen (Monoflops) ausgeführt.In order to achieve a positive current pulse for the purpose of positioning the rotor 16 and subsequently connecting the AC voltage after the delay time t ₃ with negative polarity has elapsed, the first delay time in the first delay element 37 is measured at most a quarter period of the AC voltage or is an integral multiple thereof, and the second delay time of the second delay element 38 is set to be greater than a half period and equal to or less than a three quarter period of the AC voltage or be an integer multiple thereof. The consequence of this dimensioning is that for positioning the rotor 16 for about a half period of the alternating field caused by the current i in the single-phase winding 13 , the stator 10 is energized with a predetermined polarity and, after a waiting time given by the delay time t _3, the change Field with reversed polarity on the stator 10 is switched on ( Fig. 4, diagram 7 ). The time delay elements 37 , 38 , 39 are preferably designed as monostable flip-flops (monoflops).

Claims

1. Single-phase machine with a rotor, which consists of a permanent magnet carrying, on a rotor shaft freely rotating rotor inner part and a surrounding, rigidly connected to the rotor shaft, the rotor outer part, and with a stator electromagnetically excited by an alternating electrical field, which forms the rotor with a Asymmetrical air gap at least partially encloses, whose asymmetry is formed such that when the stator is not energized, the rotor inner part adjusts to a rest position in which the directions of the magnetic fluxes generated by the permanent magnets and the alternating field in the rotor are rotated relative to one another by an acute angle are characterized by a starting circuit (25), about energized for a half cycle of the alternating field of the stator (10) with a predetermined polarity and aufschaltet the alternating field with reversed polarity to the stator (10) after a predetermined waiting time may subside rotor oscillations.

2. Machine according to claim 1, characterized in that the stator ( 10 ) carries a single-phase winding ( 13 ) which is connected via a controllable switch ( 28 ) with terminals ( 30 , 31 ) for an electrical AC voltage, and that Excitation of the stator ( 10 ) and the connection of the alternating field by closing the switch ( 28 ) each time with delay times calculated from the zero crossing of the alternating voltage ( t ₁ , t ₂ ).

3. Machine according to claim 2, characterized in that at the terminals ( 30 , 31 ) a zero crossing detection unit ( 32 ) is connected, which generates a control pulse at each zero crossing of the AC voltage that a first delay element ( 37 ) one of a zero crossing of the alternating voltage at the current first delay time ( t ₁ ) and a second delay element ( 38 ) with one of a zero crossing of the alternating voltage at the second delay time ( t ₂ ) for generating a control pulse each are provided that a third delay element ( 39 ) is provided with a current from the application of the AC voltage to the third delay time ( t ₃ ) for generating an enable signal for the second delay element ( 38 ) and that with the zero crossing detection unit ( 32 ) and the first and second delay elements ( 37 , 38 ) a trigger logic ( 35 ) is connected, which the control pulses of the first and tw Eite delay element ( 37 , 38 ) and after the end of the second and third delay time ( t ₂ ; t ₃ ) the control pulses at the output of the zero crossing detection unit ( 32 ) on the control input of the electronic switch ( 28 ).

4. Machine according to claim 2 or 3, characterized in that the electronic cal switch is designed as a triac ( 28 ).

5. Machine according to claim 3 or 4, characterized in that the zero-crossing detection unit ( 32 ) generates a voltage detector ( 33 ), which for an indefinite duration at its input, exceeding or falling below the input voltage produces an approximately constant output voltage, and a connected to the output of the voltage detector ( 33 ) frequency doubler ( 34 ) that the voltage pulses at the output of the voltage detector ( 33 ) with an alternating voltage frequency corresponding pulse repetition frequency are present at the input of the first and second delay elements ( 37 , 38 ) and that the control pulses present at the output of the frequency doubler ( 34 ) with double AC voltage frequency are fed to the trigger logic ( 35 ).

6. Machine according to claim 5, characterized in that the first delay time ( t ₁ ) in the first delay element ( 37 ) corresponds to at most a quarter of the alternating voltage or an integral multiple thereof.

7. Machine according to claim 5 or 6, characterized in that the second delay time Ver ( t ₂ ) of the second delay element ( 38 ) is set greater than a half period and equal to or less than a three-quarter period of the AC voltage or an integer multiple thereof .

8. Machine according to one of claims 4-7, characterized in that a voltage monitoring device ( 29 ) is seen before, which generates an output pulse when the voltage is first reached after applying the AC value of the supply voltage of the starting circuit ( 25 ) Start pulse at the voltage detector ( 33 ) and the second and third delay elements ( 38 , 39 ).