DE3641743C1

DE3641743C1 - Single-phase synchronous motor having an eddy-current intermediate rotor

Info

Publication number: DE3641743C1
Application number: DE19863641743
Authority: DE
Inventors: Leo Bertram; Hugo Dr Schemmann
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1986-12-06
Filing date: 1986-12-06
Publication date: 1988-02-18
Also published as: IT213143Z2; JPS63120570U; FR2607982A3; IT8722830V0; FR2607982B3

Abstract

The invention relates to a single-phase synchronous motor (1) having an eddy-current intermediate rotor (13) which is connected in a rotationally fixed manner to the motor shaft (9) and can rotate between the stator iron poles and the permanent-magnet rotor (15) which can be rotated freely on the motor shaft (9). The intermediate rotor (13) is provided with a centrifugal-force clutch (27 to 41) which acts on the rotor (15), coupling it to the intermediate rotor (13). <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Einphasensynchron motor mit einem Wirbelstrom-Zwischenläufer, der verdreh fest mit der Motorwelle verbunden ist und der zwischen den Ständereisenpolen und dem dauermagnetischen, auf der Motorwelle frei drehbaren Rotor umlauffähig ist.The invention relates to a single-phase synchronous motor with an eddy current intermediate rotor that twists is firmly connected to the motor shaft and between the Stand iron poles and the permanent magnetic on the Motor shaft freely rotatable rotor is fit for circulation.

Ein derartiger Motor ist aus der DE-GmS 84 00 013 bekannt, der dort wegen seiner Antriebscharakteristik als Induktionsmotor bezeichnet ist. Dieser Motor hat einen zylindrischen Eisen ständer, in dessen Inneres diametral gegenüberliegend zwei Ständerpole hineinreichen. Die Ständerpole sind mit Hilfe von elektrischen Spulen durchflutbar. In der Ständer bohrung sind um eine Motorachse ein Wirbelstrom-Zwischen läufer und ein dauermagnetischer Rotorzylinder angeord net. Der Wirbelstrom-Zwischenläufer besteht aus einem Becher, der einseitig verdrehfest mit der Motorwelle verbunden ist, und der dauermagnetische Rotorzylinder ist um die Motorwelle selbst noch einmal frei drehbar gelagert.Such a motor is from DE-GmS 84 00 013 known, because of its drive characteristics as an induction motor is designated. This motor has a cylindrical iron stand, inside of which diametrically opposite two Reach in the stator poles. The stator poles are with the help flooded by electrical coils. In the stand holes are an eddy current intermediate around a motor axis rotor and a permanent magnetic rotor cylinder arranged net. The eddy current intermediate rotor consists of a Cup that is twist-proof on one side with the motor shaft is connected, and the permanent magnet rotor cylinder freely rotatable around the motor shaft itself stored.

Ein derartiger Motor mit Wirbelstrom- Zwischenläufer hat den Vorteil, daß er ein echtes asynchrones Anlauf verhalten hat. Sein Anlaufmoment ist in der Lage, auch größere Reibungsmomente sowie große Last-Massenträgheits momente zum Anlauf zu bringen. Als bedeutender Nachteil stellt sich jedoch heraus, daß die von dem Wirbelstrom- Zwischenläufer abnehmbare Antriebsleistung nur ein Bruch teil - ca. 10% - der synchronen Kippleistung beträgt. Dies läßt sich u. a. auf die Schlupfabhängigkeit des Wirbel strom-Läufermomentes und auf Rotorverluste zurückführen.Such a motor with eddy current Intermediate runner has the advantage that it a real asynchronous start behaved. Its starting torque is able to, too greater friction moments as well as large load mass inertia to get moments started. As a major disadvantage however, it turns out that the eddy current Intermediate removable drive power only a fraction part - approx. 10% - of the synchronous tipping power. This can u. a. on the slip dependence of the vertebra current rotor torque and lead back to rotor losses.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Motor der eingangs erwähnten Art zu schaffen, der das hohe synchrone Kipp moment des Einphasensynchronmotors mit dem hohen asynchro nen Anzugsmoment des asynchronen Wirbelstromläufers verbindet.It is an object of the invention to provide an engine mentioned type to create the high synchronous tilt torque of the single-phase synchronous motor with the high asynchro torque of the asynchronous eddy current rotor connects.

Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Zwischenläufer mit einer Fliehkraftkupplung versehen ist, die auf den Dauermagnet-Rotor, diesen mit dem Zwischenläufer kuppelnd, einwirkt.The object is achieved according to the invention in that that the intermediate rotor with a centrifugal clutch is provided on the permanent magnet rotor, this with clutching the intermediate, acts.

Durch die Einführung einer derartigen Fliehkraftkupplung, deren Einfluß bei stillstehendem Wirbelstromläufer gering ist und den Dauermagnetrotor nahezu unbeeinflußt anlaufen läßt, wird mit zunehmender Wirbelstrom-Läuferdrehzahl die Kupplung verstärkt, so daß die Leistung mehr und mehr vom Dauermagnetrotor übernommen wird. Vorzugsweise wird schließlich eine feste Kupplung erreicht, bei der auch der Wirbelstromläufer synchron läuft, wodurch Betriebs geräusche und Verschleiß vermindert werden. By introducing such a centrifugal clutch, their influence is small when the eddy current rotor is stationary is and start the permanent magnet rotor almost unaffected leaves, with increasing eddy current rotor speed Coupling reinforced so that the performance more and more from Permanent magnet rotor is taken over. Preferably finally reached a fixed coupling, in which the Eddy current rotor runs synchronously, making it operational noise and wear are reduced.

An sich ist eine Fliehkraftkupplung in Verbindung mit einem Einphasensynchronmotor aus der DE-PS 26 14 266 bekannt. Das Problem des asynchronen Anlaufes ist dabei aber nicht angesprochen.In itself, a centrifugal clutch is in connection with a single-phase synchronous motor from DE-PS 26 14 266 known. The problem of asynchronous start-up is here but not addressed.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorge sehen, daß die Fliehkraftkupplung aus federbelasteten Fliehgewichten besteht, die in radialen Führungskräften verschieblich und in Richtung auf eine Kupplungsfläche des Rotors federbelastet angeordnet sind. Eine solche Flieh kraftkupplung ist einfach, wirkungsvoll und darüber hinaus auch noch günstig herzustellen.According to a further embodiment of the invention is pre see that the centrifugal clutch is spring-loaded Centrifugal weights exist in radial executives displaceable and towards a coupling surface of the Rotor are arranged spring-loaded. Such a run Power clutch is simple, effective and beyond also cheap to manufacture.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorge sehen, daß am Rotor ein nicht-metallischer Außenkragen vorgesehen ist, der rings um die Rotormantelfläche eine Ringnut ausbildet, in die ein nicht-metallischer Innen kragen der Zwischenläuferscheibe eingreift, der die Führungskäfige für die nach außen federbelasteten Flieh gewichte aufweist. Solche anspritzbaren Teile belasten den Herstellungsaufwand nur wenig.According to a further embodiment of the invention is pre see that on the rotor a non-metallic outer collar is provided, one around the rotor lateral surface Ring groove forms in which a non-metallic interior collar engages the intermediate disc, which the Guide cages for the externally spring-loaded flees has weights. Such sprayable parts burden the Little manufacturing effort.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorge sehen, daß der Rotor und der Zwischenläufer scheibenförmig ausgebildet sind und beide Scheiben als Scheibenanordnung vom Statorfeld axial durchflutbar sind über Ständereisen pole, die sich axial beiderseits der Scheibenanordnung befinden. Bei einem solchen scheibenförmigen Motor ergibt sich ein gutes Verhältnis von Reibung und Fliehkraft. According to a further embodiment of the invention is pre see that the rotor and the intermediate rotor are disc-shaped are formed and both discs as a disc arrangement are axially flowable through the stator field via stator iron poles that are axially on either side of the disc assembly are located. With such a disc-shaped motor results there is a good relationship between friction and centrifugal force.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Ständerspulen auf Eisenjochen angeordnet sind, die außerhalb der Scheibenanordnung die Ständereisenpole verbinden, wobei die Ständereisenpole die Lager der Motorwelle tragen.In a further embodiment of the invention, that the stator coils are arranged on iron yokes, the the stator iron poles outside the disk arrangement connect, the stator iron poles bearing the Carry the motor shaft.

Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung dargestell ten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigtThe invention is illustrated by the in the drawing th embodiment explained. It shows

Fig. 1 einen Einphasensynchronmotor mit Wirbelstrom- Zwischenläufer und Fig. 1 shows a single-phase synchronous motor with eddy current intermediate rotor and

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung der Fliehkraftkupplung zwischen dem dauermagnetischen Rotor und dem Zwischen läufer. Fig. 2 is an enlarged view of the centrifugal clutch between the permanent magnet rotor and the intermediate rotor.

Fig. 1 zeigt einen Einphasensynchronmotor 1, der als Zwischenläufermotor ausgebildet ist. Der Einphasen synchronmotor 1 hat zwei streifenförmige, im Abstand voneinander angeordnete Weicheisenpole 3, die an voneinander abliegenden Seiten über Eisenjoche 5 verbunden sind. Über diese Eisenjoche 5 sind Erregerspulen 7 gewickelt. Der Einphasensynchronmotor hat eine Motorwelle 9, die in den Eisenpolen 3 mittels Lagern 11 drehbar gelagert ist. Verdrehfest auf der Motorwelle 9 ist eine Kupferscheibe 13 angeordnet, die als Wirbelstrom-Zwischen läufer dient. Achsparallel neben der Kupferscheibe 13 befindet sich eine dauermagnetische Rotorscheibe 15, die in axialer Richtung (durch Pfeile 17 angedeutet) magneti siert ist und die über ein Lager 19 frei um die Motorwelle 9 drehbar gelagert ist. Auf der Motorwelle 9 ist eine Last 21 angedeutet. Fig. 1 shows a single-phase synchronous motor 1 , which is designed as an intermediate rotor motor. The single-phase synchronous motor 1 has two strip-shaped soft iron poles 3 which are arranged at a distance from one another and which are connected on opposite sides via iron yokes 5 . Excitation coils 7 are wound over these iron yokes 5 . The single-phase synchronous motor has a motor shaft 9 which is rotatably supported in the iron poles 3 by means of bearings 11 . A copper disk 13 is arranged on the motor shaft 9 in a manner fixed against rotation, which serves as an eddy current intermediate rotor. Axially parallel to the copper disc 13 is a permanent magnetic rotor disc 15 , which is magnetized in the axial direction (indicated by arrows 17 ) and which is freely rotatable about the motor shaft 9 via a bearing 19 . A load 21 is indicated on the motor shaft 9 .

Es sei noch einmal hervorgehoben, daß die als Wirbelstrom läufer eingesetzte Kupferscheibe 13 unmittelbar neben der dauermagnetischen Rotorscheibe 15 angeordnet ist und beide zusammen eine drehbare Scheibenanordnung 23 bilden, die dem Antreiben der Last 21 dient.It should be emphasized once again that the copper disc 13 used as an eddy current rotor is arranged directly next to the permanent-magnet rotor disc 15 and both together form a rotatable disc arrangement 23 which serves to drive the load 21 .

Beim Erregen der Spulen 7 werden die Zwischenläuferscheibe 13 und die Rotorscheibe 15 in axialer Richtung durch flutet, wobei die Durchflutung der beiden Motorhälften in entgegengesetzten Richtungen verläuft, wie sich aus den Pfeilen 17 und 17 a ergibt. Infolge dieser Durchflutung läuft der Rotor 15 in seine synchrone Drehzahl hoch. In der Zwischenläuferscheibe 13 bilden sich Wirbelströme aus. Die mit der Last 21 belastete Zwischenläuferscheibe 13 dreht mit großem Anzugsmoment damit langsam hoch und erreicht abhängig von der Last eine Drehzahl, die unterhalb der Synchrondrehzahl liegt.Upon energization of the coil 7, the intermediate rotor disc 13 and the rotor disk 15 in the axial direction to be flooded, the magnetomotive force of the two engine halves runs in opposite directions, as is a 17 and 17 seen from the arrows. As a result of this flooding, the rotor 15 runs up to its synchronous speed. Eddy currents form in the intermediate rotor disk 13 . The intermediate rotor disc 13 loaded with the load 21 thus rotates slowly with a high tightening torque and, depending on the load, reaches a rotational speed which is below the synchronous rotational speed.

Es ist dabei selbstverständlich zu beachten, daß die Statorpole, wie bekannt, asymmetrisch ausgebildet sind.It should be noted that the Stator poles, as known, are asymmetrical.

Damit im Idealfall das volle synchrone Kippmoment des dauermagnetischen Rotors auf die Last übertragen werden kann, wird erfindungsgemäß eine Fliehkraftkupplung eingesetzt. Diese Fliehkraftkupplung, die in Fig. 1 nur angedeutet ist, ist in Fig. 2 vergrößert für eine Motorhälfte dargestellt. Die Mantelfläche 25 der Rotorscheibe 15 ist mit einem angespritzten Kragen 27 versehen, der einen Außenzylinder 29 aufweist, zwischen dem und der Mantelfläche 25 sich eine Nut 31 ausbildet. Der angespritzte Kragen 27 besteht vorzugsweise aus einem nicht-metallischen Material, wie Kunststoff. An den äußeren Rand 33 der Zwischenläuferscheibe 13 ist eben falls ein Kragen 35, beispielsweise aus Kunststoff, ange spritzt, der in die Nut 31 frei eingreift. Dieser Kragen 35 ist mit Führungskräften 37 versehen, die in radialer Richtung verlaufen. In den Führungskräften sind Flieh gewichte 39 radial verschiebbar geführt. Federn 41 sind bestrebt, die Fliehgewichte 39 aus den Führungskäfigen 37 heraus gegen die Außenzylinder 29 zu drücken.According to the invention, a centrifugal clutch is used so that the full synchronous tilting moment of the permanent-magnet rotor can ideally be transferred to the load. This centrifugal clutch, which is only indicated in FIG. 1, is shown enlarged in FIG. 2 for one engine half. The outer surface 25 of the rotor disk 15 is provided with a molded collar 27 which has an outer cylinder 29 , between which and the outer surface 25 a groove 31 is formed. The molded collar 27 is preferably made of a non-metallic material, such as plastic. At the outer edge 33 of the intermediate disc 13 is just if a collar 35 , for example made of plastic, is injected, which engages freely in the groove 31 . This collar 35 is provided with guiding forces 37 which run in the radial direction. In the executives centrifugal weights 39 are guided radially. Springs 41 endeavor to press the flyweights 39 out of the guide cages 37 against the outer cylinders 29 .

Die Federn 41 drücken die Fliehgewichte 39 ständig gegen den Außenzylinder 29 der Rotorscheibe 15. Der Andruck ist aber im Stillstand der Zwischenläuferscheibe 13 so minimal, daß eine spürbare Bremswirkung auf die Rotor scheibe 15 nicht feststellbar ist. Läuft die Zwischen läuferscheibe 13 hoch, dann verstärkt sich die Kraft der Fliehgewichte 36 auf den Außenzylinder 29 der Rotorscheibe 15. Die Reibwirkung zwischen der Rotorscheibe 15 und der Zwischenläuferscheibe 13 nimmt damit zu. Allmählich wird deshalb die Zwischenläuferscheibe 13 zusätzlich zu der Wirbelstromwirkung von dem Dauermagnet-Rotor 15 mitgenommen. Dreht die Zwischenläuferscheibe 13 schnell genug und ist die Wirkung der Fliehkraft auf die Flieh gewichte 39 groß genug, dann kommt eine vollständige starre Kupplung zwischen der Zwischenläuferscheibe 13 und der Dauermagnetscheibe 15 zustande, was zur Folge hat, daß die Zwischenläuferscheibe 13 bis auf die Synchrondrehzahl hoch beschleunigt wird.The springs 41 constantly press the flyweights 39 against the outer cylinder 29 of the rotor disk 15 . The pressure is so minimal when the intermediate disc 13 is at a standstill that a noticeable braking effect on the rotor disc 15 cannot be determined. If the intermediate rotor disk 13 runs up, the force of the centrifugal weights 36 on the outer cylinder 29 of the rotor disk 15 increases . The friction effect between the rotor disk 15 and the intermediate rotor disk 13 thus increases. Therefore, in addition to the eddy current effect, the intermediate rotor disk 13 is gradually taken along by the permanent magnet rotor 15 . Rotating the intermediate rotor disc 13 fast enough and the effect of centrifugal force on the centrifugal weights 39 is large enough, then a complete rigid coupling between the intermediate rotor disc 13 and the permanent magnet disc 15 into existence, with the result that the intermediate rotor disc 13 to the synchronous speed high is accelerated.

Claims

1. Single-phase synchronous motor with an eddy current intermediate rotor, which is non-rotatably connected to the motor shaft and which is rotatable between the stator iron poles and the permanent magnetic rotor which can freely rotate on the motor shaft, characterized in that the intermediate rotor ( 13 ) with a centrifugal clutch ( 27 to 41 ) is provided, which acts on the rotor ( 15 ), which couples it with the intermediate rotor ( 13 ).

2. Single-phase synchronous motor according to claim 1, characterized in that the centrifugal clutch ( 27 to 41 ) consists of spring-loaded flyweights ( 39 ) which are displaceable in radial guiding forces ( 37 ) and spring-loaded in the direction of a coupling surface ( 29 ) of the rotor ( 15 ) are arranged.

3. Single-phase synchronous motor according to one or both of claims 1 and 2, characterized in that on the rotor ( 15 ) a non-metallic outer collar ( 27, 29 ) is provided, which forms an annular groove ( 3 ) around the rotor lateral surface ( 25 ) , into which a non-metallic inner collar ( 35 ) of the intermediate disc ( 13 ) engages, which has the executives ( 37 ) for the centrifugal weights ( 39 ) which are spring-loaded to the outside.

4. Single-phase synchronous motor according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that the rotor ( 15 ) and the intermediate rotor ( 13 ) are disk-shaped ausgebil det and both disks as a disk arrangement ( 23 ) on the stator field are axially floodable via stator iron poles ( 3 ) , which are located axially on both sides of the disk arrangement ( 23 ).

5. single phase synchronous motor according to claim 4, characterized in that the stator coils (7) are arranged on iron yokes (5) which connect the stator poles (3) outside the disc assembly (23).

6. single phase synchronous motor according to claims 4 and 5, characterized in that the stator poles (3) carry the bearings (11) of the motor shaft (3).