DE3810158A1

DE3810158A1 - Single-phase synchronous motor

Info

Publication number: DE3810158A1
Application number: DE19883810158
Authority: DE
Inventors: Berthold Dipl Ing Seng
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1988-03-25
Filing date: 1988-03-25
Publication date: 1989-10-12
Also published as: DE3810158C2

Abstract

A single-phase synchronous motor has a stator (10), which is energised electromagnetically by an electrical alternating field, and a permanent-magnet rotor (11) which is arranged such that it can rotate freely in a stator opening (15), which is bounded by at least two stator surfaces (16, 17) which are opposite one another on the rotor (11), leaving an air gap (19, 20) free. In order to make the motor suitable for increased powers, the opposite stator surfaces (15, 16) are aligned parallel to one another and a permanent-magnet auxiliary rotor (21), through which the stator field passes, is connected in a rotationally fixed manner to the rotor (11), the magnetisation direction of which auxiliary rotor (21) is electrically rotated through an angle (ss) of less than 90@ with respect to that of the rotor (11). <IMAGE>

Description

State of the art

Die Erfindung betrifft einen Einphasen-Synchronmotor der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.The invention relates to a single-phase synchronous motor in Preamble of claim 1 specified genus.

Bei einem bekannten Einphasen-Synchronmotor (Plaumann "Zweipoliger Einphasen-Synchronmotor", Feinwerktechnik & Meßtechnik 1985, S. 145-148) sind zur Erzielung eines Anlaufmoments die an die Krümmung des Rotors angepaßten kreisbogenförmigen Begrenzungsflächen der den Rotor aufnehmenden Statoröffnung unsymmetrisch ausgebildet, so daß sich an jeder Begrenzungsfläche ein Luftspalt ergibt, dessen Breite von Rotormitte nach außen hin zunimmt. Damit ergibt sich eine definierte Ruhelage des Rotors, die gegenüber der Magnetisierungsrichtung des Stators verdreht ist. Beim Anlegen des Statorfeldes wird dadurch auf den Rotor eine Kraft in Umfangsrichtung ausgeübt, so daß dieser, ggf. nach einer oder mehrerer Drehschwingungen, in Synchronismus zum Statorfeld kommt und mit diesem synchron rotiert.In a known single-phase synchronous motor (Plaumann "Two-pole single-phase synchronous motor", precision engineering & Messtechnik 1985, pp. 145-148) are to achieve a Starting torque that is adapted to the curvature of the rotor circular arcuate boundary surfaces of the rotor receiving stator opening asymmetrical so that there is an air gap at each boundary surface, the Width increases from the center of the rotor to the outside. So that results a defined rest position of the rotor, which is opposite the Magnetization direction of the stator is rotated. At the Applying the stator field is thereby a on the rotor Force exerted in the circumferential direction, so that this, if necessary after one or more torsional vibrations, in synchronism with the Stator field comes and rotates synchronously with it.

Bei diesen bekannten Einphasen-Synchronmotoren mit unsymmetrischem Luftspalt und bogenförmigem Blechschnitt des Ständerblechpakets tritt bei höheren Leistungen eine Entmagnetisierung an den bogenförmigen Polkanten der Permanentmagnetsegmente des Rotors und damit eine Leistungsreduzierung auf. Außerdem werden die Rückstellkräfte des Rotors bei größerer Dichtreibung zu gering, so daß kein oder kein ausreichendes Anlaufmoment vorhanden ist.With these known single-phase synchronous motors asymmetrical air gap and arcuate sheet metal cut of the Stand sheet metal package occurs at higher outputs Demagnetization on the arcuate pole edges of the Permanent magnet segments of the rotor and thus one Power reduction on. In addition, the Restoring forces of the rotor with greater sealing friction low, so that no or insufficient starting torque is available.

Advantages of the invention

Der erfindungsgemäße Einphasen-Synchronmotor mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß durch den von Polmitte nach außen sich etwa sinusförmig verbreiternden symmetrischen Luftspalt die Entmagnetisierung an den Polkanten der Permanentsegmente des Rotors stark reduziert wird, so daß der Motor auch problemlos für höhere Leistungen eingesetzt werden kann. Das durch die Symmetrie des Luftspaltes nunmehr fehlende Anlaufmoment wird durch den erfindungsgemäßen Hilfsrotor zur Verfügung gestellt, dessen Magnetisierungsrichtung von der des Statorfeldes abweicht. Der erfindungsgemäße Motor kann bei gleicher Auslegung größere träge Massen beschleunigen und höhere Reibmomente aufnehmen als die bekannten Motoren mit bogenförmiger Statoröffnung und asymmetrischem Luftspalt und kann damit höher belastet werden. Die einfache Form des Statorblechschnitts trägt zudem zur Reduzierung der Herstellungskosten bei.The single-phase synchronous motor according to the invention characteristic features of claim 1 has in contrast the advantage that about by the center of the pole to the outside sinusoidally widening symmetrical air gap Demagnetization on the pole edges of the permanent segments of the Rotor is greatly reduced, so the motor too can easily be used for higher performance. The missing due to the symmetry of the air gap Starting torque is due to the auxiliary rotor according to the invention Provided whose direction of magnetization of the of the stator field deviates. The motor according to the invention can accelerate larger inert masses of the same design and absorb higher friction torques than the known motors arc-shaped stator opening and asymmetrical air gap and can therefore be burdened higher. The simple form of the Stator sheet cut also helps reduce Manufacturing costs at.

Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Synchronmotors möglich.
Advantageous further developments and improvements of the synchronous motor specified in claim 1 are possible through the measures listed in the further claims.

drawing

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

Fig. 1 einen Längsschnitt eines Einphasen- Synchronmotors, Fig. 1 is a longitudinal section of a single-phase synchronous motor,

Fig. 2 eine schematische perspektivische Darstellung des Rotors des Motors gemäß Fig. 1, Fig. 2 is a schematic perspective view of the rotor of the motor of FIG. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt durch Stator und Rotor des Motors in Fig. 1. Fig. 3 shows a cross section through the stator and rotor of the motor in FIG. 1.

Description of the embodiment

Der in Fig. 1 im Längsschnitt dargestellte Einphasen- Synchronmotor weist in bekannter Weise einen durch ein elektrisches Wechselfeld elektromagnetisch erregten Stator 10 und einen zwei- oder mehrpoligen Permanentmagnet-Rotor 11 auf. Der Rotor 11 sitzt drehfest auf einer Rotorwelle 12, die in Drehlagern 13, 14 eines den Stator 10 aufnehmenden Gehäuses 26 gelagert ist, und ist freidrehend in einer axial sich erstreckenden Öffnung 15 des Stators 10 angeordnet. Die Statoröffnung 15 wird dabei von einander diametral am Rotor 11 gegenüberliegenden Statorflächen 16, 17 begrenzt, die in Umfangsrichtung des Rotors 11 sich möglichst weitgehend über 180° elektrisch erstrecken. Die Anzahl der Paare von gegenüberliegenden Statorflächen 16 entspricht der Anzahl von Polen des Rotors 11. Bei der hier gezeigten zweipoligen Ausführungsform des Permanentmagnet-Rotors 11 existieren nur die beiden Statorflächen 16, 17. Der elektrische und der räumliche Winkel fallen zusammen, so daß die Statorflächen 16, 17 sich jeweils über 180° des Rotorumfangs erstrecken. The single-phase synchronous motor shown in longitudinal section in FIG. 1 has, in a known manner, a stator 10 electromagnetically excited by an alternating electric field and a two-pole or multi-pole permanent magnet rotor 11 . The rotor 11 is seated in a rotationally fixed manner on a rotor shaft 12 , which is mounted in rotary bearings 13 , 14 of a housing 26 accommodating the stator 10 , and is arranged in a freely rotating manner in an axially extending opening 15 of the stator 10 . The stator opening 15 is delimited by diametrically opposite stator surfaces 16 , 17 on the rotor 11 , which extend in the circumferential direction of the rotor 11 as far as possible over 180 ° electrically. The number of pairs of opposing stator surfaces 16 corresponds to the number of poles of the rotor 11 . In the two-pole embodiment of the permanent magnet rotor 11 shown here, only the two stator surfaces 16 , 17 exist. The electrical and the spatial angle coincide, so that the stator surfaces 16 , 17 each extend over 180 ° of the rotor circumference.

Wie aus dem in Fig. 3 dargestellten Querschnitt von Stator 10 und Rotor 11 zu sehen ist, weist der Stator 10 ein Statorblechpaket 18 mit U-förmigem Blechschnitt auf. Die Schenkel 181, 182 des Blechpakets 18 sind bis zu ihrem freien Ende exakt parallel geführt und bilden in ihrem vorderen Bereich die den Rotor 11 aufnehmende Statoröffnung 15. Dadurch sind die beiden aneinander gegenüberliegenden Statorflächen 16, 17 zueinander exakt parallel ausgerichtet und verlaufen in einem konstanten Abstand voneinander, der um einen bestimmten Betrag größer ist als der Durchmesser des Rotors 11. Zwischen dem Rotor 11 und jeder der Statorflächen 16, 17 bildet sich damit ein Luftspalt 19, 20 aus, der in Rotormitte minimal ist und sich symmetrisch zu beiden Seiten in Umfangsrichtung des Rotors 11 sinusförmig vergrößert.As can be seen from the cross section of the stator 10 and the rotor 11 shown in FIG. 3, the stator 10 has a stator laminated core 18 with a U-shaped laminated section. The legs 181 , 182 of the laminated core 18 are guided exactly parallel up to their free end and form the stator opening 15 receiving the rotor 11 in their front region. As a result, the two mutually opposite stator surfaces 16 , 17 are aligned exactly parallel to one another and run at a constant distance from one another which is larger by a certain amount than the diameter of the rotor 11 . An air gap 19 , 20 is thus formed between the rotor 11 and each of the stator surfaces 16 , 17 , which is minimal in the center of the rotor and increases sinusoidally symmetrically on both sides in the circumferential direction of the rotor 11 .

Um trotz des symmetrischen Luftspaltes 19, 20 ein Anlaufmoment für den Rotor 11 zur Verfügung zu stellen, ist mit der Rotorwelle 12 ein Hilfsrotor 21 starr verbunden, der aus gleichen oder andersartigen Magnetmaterialien wie der Rotor 11 hergestellt ist. Die Polpaarzahl des Hilfsrotors 21 ist identisch der des Rotors 11 gewählt. Der Hilfsrotor 21 ist auf der Rotorwelle 12 jedoch so befestigt, daß die Richtung des von ihm erzeugten permanentmagnetischen Feldes gegenüber der Richtung des permanentmagnetischen Feldes des Rotors 11 um einen Winkel β (Fig. 2) verdreht ist. Je nach Größe des gewünschten Anlaufmoments kann der Winkel β größer oder kleiner gemacht werden, darf aber im Extremfall 90° elektrisch nicht überschreiten. Die axiale Länge des Hilfsrotors 21 beträgt nur einen Bruchteil der axialen Länge des Rotors 11. Vorzugsweise wird er mit geringem axialen Abstand vom Rotor 11 auf der Rotorwelle 12 befestigt.In order to provide a starting torque for the rotor 11 despite the symmetrical air gap 19 , 20 , an auxiliary rotor 21 , which is made of the same or different magnetic materials as the rotor 11 , is rigidly connected to the rotor shaft 12 . The number of pole pairs of the auxiliary rotor 21 is identical to that of the rotor 11 . The auxiliary rotor 21 is, however, fastened on the rotor shaft 12 in such a way that the direction of the permanent magnetic field generated by it is rotated by an angle β ( FIG. 2) with respect to the direction of the permanent magnetic field of the rotor 11 . Depending on the size of the desired starting torque, the angle β can be made larger or smaller, but in extreme cases it must not exceed 90 ° electrically. The axial length of the auxiliary rotor 21 is only a fraction of the axial length of the rotor 11 . It is preferably attached to the rotor shaft 12 with a small axial distance from the rotor 11 .

Der Hilfsrotor 21 ist entweder freidrehend in der Statoröffnung 15 selbst oder - wie im dargestellten Ausführungsbeispiel - in einer entsprechenden Öffnung 22 eines Hilfsstators 23 angeordnet. Zur Bildung des Hilfsstators 23 sind zwei Jochteile 24, 25 aus ferromagnetischem Material vorgesehen, die am Gehäuse 26 befestigt sind und das Statorblechpaket 18 axial auf der von dem Rotor 11 abgekehrten Rückseite übergreifen (Fig. 1). Im Bereich des Hilfsrotors 21 verlaufen diese Jochteile 24, 25 in Radialrichtung und überdecken unter Bildung der Öffnung 22 teilweise den Hilfsrotor 21 in dessen Umfangsrichtung. Auf diese Weise wird der Hilfsstator 23 mit einem Teil des Erregerflusses versorgt, der von einer elektrischen Erregerwicklung 27 im Statorblechpaket 18 induziert wird. In bekannter Weise ist die Erregerwicklung 27 auf zwei Erregerspulen 28, 29 aufgeteilt, die jeweils auf einem Spulenkörper 30, 31 aufgewickelt sind. Jeweils ein Spulenkörper 30 bzw. 31 ist auf einen Schenkel 181 bzw. 182 des Statorblechpakets 18 aufgeschoben.The auxiliary rotor 21 is either freely rotating in the stator opening 15 itself or - as in the exemplary embodiment shown - in a corresponding opening 22 of an auxiliary stator 23 . To form the auxiliary stator 23 , two yoke parts 24 , 25 made of ferromagnetic material are provided, which are fastened to the housing 26 and axially overlap the stator laminated core 18 on the rear side facing away from the rotor 11 ( FIG. 1). In the area of the auxiliary rotor 21 , these yoke parts 24 , 25 run in the radial direction and partially cover the auxiliary rotor 21 in its circumferential direction, forming the opening 22 . In this way, the auxiliary stator 23 is supplied with part of the excitation flux, which is induced by an electrical excitation winding 27 in the stator laminated core 18 . In a known manner, the excitation winding 27 is divided into two excitation coils 28 , 29 , each of which is wound on a coil former 30 , 31 . In each case one coil former 30 or 31 is pushed onto one leg 181 or 182 of the stator laminated core 18 .

Claims

1. Single-phase synchronous motor with a stator electromagnetically excited by an alternating electrical field and a permanent magnet rotor which is freely rotating while leaving an air gap in a stator opening which is delimited by at least two stator surfaces opposite one another on the rotor, characterized in that the opposite stator faces (15, 16) parallel to each other and in that the rotor (11) is a medium or from the stator directly by modifying the permanent magnetic auxiliary rotor (21) is rotationally fixedly connected, whose permanent magnetic field relative to the permanent magnetic field of the rotor (11) by an angle ( β ) is electrically rotated less than 90 °.

2. Motor according to claim 1, characterized in that the auxiliary rotor ( 21 ) on the rotor shaft ( 12 ) with a small axial distance from the rotor ( 11 ) is rotatably arranged and has an axial length which is very much smaller than that of the rotor ( 11 ) is.

3. Motor according to claim 1 or 2, characterized in that the rotor ( 11 ) and the auxiliary rotor ( 21 ) consist of the same permanent magnetic material.

4. Motor according to one of claims 1-3, characterized in that the stator ( 10 ) has an approximately U-shaped stator laminated core ( 18 ), the legs ( 181 , 182 ) of which are at a constant distance from one another and that the rotor ( 11 ) is arranged between the legs ( 181 , 182 ).

5. Motor according to claim 4, characterized in that the stator core ( 18 ) extends only over the axial length of the rotor ( 11 ) and its legs ( 181 , 182 ) on their rear side facing away from the rotor ( 11 ) each from an axially extending Yoke part ( 24 , 25 ) are overlapped and that the two yoke parts ( 24 , 25 ) form an auxiliary stator ( 23 ) for the auxiliary rotor ( 21 ).

6. Motor according to claim 4 or 5, characterized in that for electromagnetic excitation of the stator ( 10 ) at least one excitation coil ( 28 , 29 ) encloses the stator core ( 18 ), in the leg or web area.