DE637327C

DE637327C - Self-starting synchronous small motor with single-phase excitation winding and artificially phase-shifted auxiliary phase

Info

Publication number: DE637327C
Application number: DEA68467D
Authority: DE
Inventors: Dr Richard Schachenmeier; Dipl-Ing Wilhelm Streb
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1933-01-28
Filing date: 1933-01-28
Publication date: 1936-10-26

Description

Es sind bereits Synchronmotoren bekannt, die aus einem nach Art eines Elektromagneten ausgebildeten Feld und einem als Zahnrad ausgebildeten Läufer bestehen. Diese Motoren laufen mit einer der Zähnezahl entsprechenden niedrigen Drehzahl, haben aber den Nachteil, daß sie nicht von selbst anlaufen.Synchronous motors are already known, which consist of a type of electromagnet formed field and a runner designed as a gear. These engines run at a low speed corresponding to the number of teeth, but have the Disadvantage that they do not start by themselves.

Die Erfindung betrifft eine Weiterbildung dieser bekannten Motoren, um in bekannter Weise unter Verwendung einer Hilfsphase einen Selbstanlauf zu ermöglichen. Erfindungsgemäß sind bei gleicher Polteilung im Ständer und Läufer bei einer durch drei teilbaren Polpaarzahl die zur Drehfeldbildung vorgesehenen Hilfspole gegenüber den zugehörigen Hauptpolen gleicher Polarität weiter entfernt angeordnet als gegenüber den Hauptpolen entgegengesetzter Polarität, wobei der Abstand zwischen den HauptpolenThe invention relates to a further development of these known motors in order to be used in known Way to enable a self-start using an auxiliary phase. According to the invention are with the same pole pitch in the stator and rotor with one divisible by three Number of pole pairs the auxiliary poles provided for the formation of the rotating field compared to the associated poles Main poles of the same polarity arranged further away than compared to the main poles of opposite polarity, wherein the distance between the main poles

zo und den Hilfspolen entgegengesetzter Polarität der Läuferpolteilung entspricht. Dadurch erreicht man, daß auch die zur Erzeugung der Hilfsphase vorgesehenen Pole mit den Hauptpolen zusammen ein synchronisierendes Moment auf den Anker ausüben, so- daß also durch die phasenverschobenen Hilfspole das synchrone Moment verstärkt wird. Gemäß der weiteren Erfindung können zwischen Hauptpol und dem Hilfspol gleicher Polarität noch Nebenpole entgegengesetzter Polarität angeordnet werden, die das synchrone Moment verstärken, ohne jedoch das Drehfeld zu stören, und die zu diesem. Zwecke vorzugsweise verkürzt ausgeführt sind. Als reiner Synchronmotor betrachtet, also unter Außerachtlassung der Phasenverschiebung zwischen Haupt- und Hilfspolen, folgen dann am Ständer abwechselnd Pole verschiedener Polarität aufeinander, die in ihrer Anzahl mit der Anzahl der Läuferzähne übereinstimmen oder in einem ganzzahligen Verhältnis zu ihnen stehen. Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung dient zur Erregung mehrerer je aus Haupt- und Hilfspolen bestehender Polpaare, die zur Erzeugung eines mehrpoligen Drehfeldes dienen, in an sich bekannter Weise eine gemeinsame Erregerwicklung.zo and the auxiliary poles of opposite polarity of the rotor pole pitch corresponds. Through this one achieves that also the poles provided for generating the auxiliary phase with the main poles together exert a synchronizing moment on the armature, so that the synchronous torque is amplified by the phase-shifted auxiliary poles. According to the further invention can between the main pole and the auxiliary pole of the same polarity still secondary poles of opposite polarity are arranged, which is the synchronous moment amplify, but without disturbing the rotating field, and to this. Purposes preferably are shortened. Regarded as a pure synchronous motor, so disregarded The phase shift between the main and auxiliary poles is then followed alternately by poles of different polarity on the stator on top of each other, the number of which corresponds to the number of rotor teeth or in have an integer relationship to them. According to a further embodiment of the invention serves to excite several pairs of poles, each consisting of main and auxiliary poles, which are used to generate a multi-pole rotating field serve, in a manner known per se, a common excitation winding.

Es ist zwar schon ein selbstanlaufender Synchronmotor bekanntgeworden, bei dem der Abstand zwischen einem Hauptpol und dem benachbarten Hilfspol entgegengesetzter Polarität mit der Polteilung des Läufers übereinstimmt. Der gleiche Abstand ist aber auch bei der bekannten Anordnung zwischen demA self-starting synchronous motor has already become known in which the distance between a main pole and the neighboring auxiliary pole is opposite Polarity corresponds to the pole pitch of the rotor. But the same distance is also in the known arrangement between the

*) Von aem Patentsucher sind als die Erfinder angegeben worden:*) Aem patent seeker stated that the inventors were:

Dr. Richard Schachenmeier in Berlin-Grunewald und Dipl.-Ing. Wilhelm Streb in Berlin-Reinickendorf.Dr. Richard Schachenmeier in Berlin-Grunewald and Dipl.-Ing. Wilhelm Streb in Berlin-Reinickendorf.

Hauptpol und dem zugehörigen Hilfspol vorhanden. Im Gegensatz dazu soll beim Erfindungsgegenstand der Abstand zwischen den Hilfspoleni "lind "den zügehörigen Hauptpöl&i.. gleicher Polarität größer sein als der Abstatte^ H Pl^Main pole and the associated auxiliary pole available. In contrast, in the subject matter of the invention the distance between the auxiliary poles "lind" the associated main poles & i .. same polarity be greater than the Abstatte ^ H Pl ^

von dem Hauptpol entgegengesetzter tat. Dies ist, wie einleitend bereits vermerkt" wurde, eine wesentliche Voraussetzung für die erfindungsgemäße Verstärkung des synchronisierenden Momentes. Bekannt ist ferner ein Motor, bei dem ebenfalls eine Annäherung der Hilfspole zu den Hauptpolen entgegengesetzter Polarität im Verhältnis zur Entfernung von Haupt- und Hilfspolen gleieher Polarität erzielt wird. Ganz abgesehen davon, daß die mit Kurzschlußwicklüngen versehenen Pole bei den beiden Motoren völlig verschiedenartig angeordnet sind, so fehlt dem bekannten Sychronmotor auch ein wesentliches Merkmal der Erfindung, daß nämlich der Abstand zwischen Haupt- und Hilfspol entgegengesetzter Polarität der Polteilung des Läufers entspricht.from the main pole did the opposite. This is, as already noted in the introduction " became an essential prerequisite for the inventive amplification of the synchronizing A moment. Also known is a motor in which the auxiliary poles approach the main poles in opposite directions Polarity is the same in relation to the distance between the main and auxiliary poles Polarity is achieved. Quite apart from the fact that the poles provided with short-circuit windings in the two motors are completely are arranged in different ways, the known synchronous motor is also missing an essential one Feature of the invention, namely that the distance between the main and auxiliary poles of opposite polarity of the pole pitch of the Runner corresponds.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Bei der Anordnung nach Abb. Ί ist ein sechspoliger Läufer vorgesehen, und der Motor nimmt eine Drehzahl von 1000 Touren an.Two exemplary embodiments of the invention are shown schematically in the drawing. In the arrangement according to Fig. Ί, a six-pole rotor is provided and the motor takes a speed of 1000 tours.

Bei der Anordnung nach Abb. 2 hat der Läufer 24 Zähne und infolgedessen eine synchrone Drehzahl von 250 Umdrehungen. Abb·. 3 zeigt eine Einzelheit des Motors nach Abb. 2, während Abb. 4 eine Abwicklung der Ständer- und Läuferpole der Anordnung nach Abb. 2 darstellt.In the arrangement according to Fig. 2, the rotor has 24 teeth and consequently one synchronous one Speed of 250 revolutions. Fig. 3 shows a detail of the engine according to Fig. 2, while Fig. 4 shows a development of the Stator and rotor poles of the arrangement according to Fig. 2 represents.

Der Ständer der Anordnung nach Abb. 1 besitzt vier Polvorsprünge I, 2, 3, 4, von denen die Polvorsprünge 2 und 4 je mit einer Kurzschlußwicklung 2' bzw. 4' versehen sind und als Hilfspole dienen, während die Pole 1 und 3 als Hauptpole angesprochen werden sollen. Mit 5 ist die Erregerwicklung bezeichnet, die in einem bestimmten Augenblick den Stator so erregt, daß ι und 2 Nordpole, 3 und 4 dagegen Südpole sind. Da die Hilfspole 2 und 4 mit Kurzschlußwicklungen versehen sind, ist der Fluß der Hilfspole gegenüber dem Fluß der Hauptpole verzögert. Der Läufer 6 des Motors besitzt sechs Polvorsprünge, deren Abstand bzw. Polteilung' dem Abstand zwischen dem Hauptpol r und dem Hilfspol 4 bzw. dem Hauptpol 3 und dem Hilfspol 2 entspricht. Der Läufer 6 kann noch in an sich bekannter Weise mit einer Käfigwicklung versehen sein oder einen als Ferrarisläufer wirkenden Teil besitzen, um den asynchronen Anlauf des Motors zu erleichtern. Wie die Abb. 1 ohne weiteres erkennen läßt^sind die Pole 1, 2, 3, 4 räumlich und zeitlich gegeneinander verschoben, so daß sie ein Drehfeld erzeugen, das einen asynchronen Lauf des Läufers 6 herbeiführt. Zugleich be-■wirkt, vorzugsweise bei noch nicht vollerregten Haupt- und Hilfspolen, ein Haupt- *-poi:,emer Polarität mit dem benachbarten llfspol der entgegengesetzten Polarität eine ^:'der übereinstimmenden Polteilung des Stators und des Läufers entsprechende synchrone Drehzahl. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit sechs Läuferpolen und einem entsprechenden Abstand der Ständerpole ergibt sich eine synchrone Drehzahl von 1000 Umdrehungen.The stator of the arrangement according to Fig. 1 has four pole projections I, 2, 3, 4, of which the pole projections 2 and 4 are each provided with a short-circuit winding 2 'and 4' and serve as auxiliary poles, while poles 1 and 3 as Main poles should be addressed. With 5 the excitation winding is referred to, which excites the stator at a certain moment so that ι and 2 north poles, 3 and 4, however, are south poles. Since the auxiliary poles 2 and 4 are provided with short-circuit windings, the flux of the auxiliary poles is delayed compared to the flux of the main poles. The rotor 6 of the motor has six pole projections whose spacing or pole pitch 'corresponds to the spacing between the main pole r and the auxiliary pole 4 or the main pole 3 and the auxiliary pole 2. The rotor 6 can also be provided with a cage winding in a manner known per se or have a part acting as a Ferrari rotor in order to facilitate the asynchronous start-up of the motor. As Fig. 1 clearly shows, the poles 1, 2, 3, 4 are spatially and temporally shifted from one another, so that they generate a rotating field which causes the rotor 6 to run asynchronously. At the same time loading ■ acts, preferably at not yet fully energized main and auxiliary poles, a main * -poi: emer polarity with the adjacent llfspol the opposite polarity a ^'of matching the pole pitch of the stator and the rotor corresponding to synchronous speed. In the illustrated embodiment with six rotor poles and a corresponding distance between the stator poles, a synchronous speed of 1000 revolutions results.

Bei der Anordnung nach Abb. 2 bestellt der Ständer aus einem die Erregerspule 5 umgebenden topfförmigen Teil 7 und einer Gegenplatte 8. Mit 9 ist der die Erregerspule 5 tragende Eisenkern bezeichnet, dessen eines Ende mit der Kopfplatte 8 und dessen anderes Ende mit dem topf f örmig ausgebildeten Teil 7 des Stators magnetisch leitend verbunden ist. Der mantelförmige Teil des Topfes und die Kopfplatte sind mit als Pole wirkenden Zähnen versehen, die einander gegenstehen oder in die Lücken zwischen den Polen des.gegenüberliegenden Teiles hineinragen. Die Anordnung der Pole der Kopfplatte ist aus der Abb. 3 zu erkennen, die des topfförmigen Teiles 7 aus der Abwicklung der Abb. 4, in der auch die an der Kopfplatte sitzenden Pole nochmals in ihrer Lage zu den Polen des topfförmigen Teiles eingezeichnet sind. Wie insbesondere Abb. 3 und 4 erkennen lassen, weist der Ständer vier in gleicher Weise ausgebildete Sektoren auf, bei denen die Anordnung und Reihenfolge der Pole der in Abb. 1 dargestellten Anordnung entspricht. Die Hauptpole der Kopfplatte sind 81, 81', 8 t", 81'" bezeichnet. Die mit einer Kurzschlußwicklung versehenen Hilfspole der Kopfplatte sind mit 82, 82', 82", 82'" bezeichnet. Außerdem sind an der Kopfplatte schwächer wirkende Nebenpole 83, 83', 83", 83'" vorgesehen. Die Nebenpole können auch durch Abbiegungen hergestellt sein, wie dies die Abb. S erkennen läßt, oder man kann auch die Pole der Kopfplatte gemäß Abb. 6 ausführen und dabei die ■ Nebenpole verkürzen und ebenfalls nach außen abbiegen. noIn the arrangement according to Fig. 2, the stator orders from a field coil 5 surrounding it cup-shaped part 7 and a counter plate 8. With 9 is the excitation coil 5 bearing iron core, one end of which with the head plate 8 and the other The end is connected to the pot-shaped part 7 of the stator in a magnetically conductive manner. The shell-shaped part of the pot and the head plate have teeth that act as poles provided that stand opposite each other or in the gaps between the poles of the opposite Protrude part. The arrangement of the poles of the top plate is from the Fig. 3 can be seen that of the cup-shaped part 7 from the development of Fig. 4, in which also the poles sitting on the head plate again in their position to the poles of the pot-shaped Part are drawn. As can be seen in particular in Figs. 3 and 4, the stand has four in the same way Sectors in which the arrangement and order of the poles are as shown in Fig. 1 Arrangement corresponds. The main poles of the head plate are designated 81, 81 ', 8 t ", 81'". The auxiliary poles of the top plate, which are provided with a short-circuit winding, are denoted by 82, 82 ', 82 ", 82'". Also are secondary poles 83, 83 ', 83 ", 83'" which act weaker on the head plate are provided. The secondary poles can also be made by turning, as can be seen in Fig. S or you can also make the poles of the top plate as shown in Fig. 6 with the ■ Shorten secondary poles and also bend outwards. no

Die Hauptpole des topfförmigen Teiles sind mit 71, 71', 71", 71'" bezeichnet. Die mit der Kurzschlußwicklung versehenen Hilfspole des topfförmigen Teiles tragen die Bezeichnung 72, 72', 72" usw. Außerdem sind auch an dem Mantel als Nebenpole wirkende schwächere Pole vorgesehen, die mit 73, 73', 73" usw. bezeichnet sind und auch in gleicher Weise ausgebildet sein können wie die Nebenpole der Kopfplatte, also wie Abb. 5 und 6 erkennen lassen. Wie aus Abb. 4 zu ersehen ist, sind am Ständer zwischen einem Haupt-The main poles of the cup-shaped part are denoted by 71, 71 ', 71 ", 71'". The auxiliary poles of the cup-shaped part, which are provided with the short-circuit winding, are designated 72, 72 ', 72 ", etc. In addition, weaker poles acting as secondary poles are also provided on the jacket, which are designated 73, 73', 73" etc. and also in can be designed in the same way as the secondary poles of the top plate, that is, as shown in FIGS. 5 and 6. As can be seen from Fig. 4, on the stand between a main

pol, ζ. B. 7i, und einem Hilfspol 72 gleicher Polarität je ein Nebenpol entgegengesetzter Polarität 83 angeordnet, und es sind ferner die Hilfspole, z. B. 72, gegenüber den zugehörigen Hauptpolen 71 gleicher Polarität weiter entfernt als gegenüber dem Hauptpol 81 entgegengesetzter Polarität. Im übrigen liegen die Hilfspole zwischen einem Hauptpol und einem Xebenpol entgegengesetzter Polarität.pol, ζ. B. 7i, and an auxiliary pole 72 the same Polarity each a secondary pole of opposite polarity 83 is arranged, and there are also the auxiliary poles, e.g. B. 72, compared to the associated main poles 71 of the same polarity removed as opposite to the main pole 81 opposite polarity. Otherwise lie the auxiliary poles between a main pole and an auxiliary pole of opposite polarity.

Der Abstand zwischen dem Hauptpol einer Polarität und dem benachbarten Hilfspol entgegengesetzter Polarität ist gleich dem Abstand der Zähne bzw. Pole des Läufers 10. Der Läufer 10 ist topfförmig ausgebildet und besteht vorzugsweise aus elektrisch gut leitendem Material. Er trägt in seinem Innern einen aus magnetischem Material mit Zähnen bzw. Polen versehenen Ring 11, und zwar besitzt dieser Ring bei der Anordnung nach Abb. 2 24 Zähne. Auf der Außenseite des topfförmigen Läufers 10 ist ein aus magnetischem Material bestehender Ring-12 angeordnet, vorzugsweise auf den Läufer 10 aufgeschrumpft. Der Ring 12 dient als magnetischer Rückschluß.The distance between the main pole of one polarity and the adjacent auxiliary pole of opposite polarity is equal to the distance between the teeth or poles of the rotor 10. The rotor 10 is cup-shaped and is preferably made of a material with good electrical conductivity. In its interior it has a ring 11 made of magnetic material with teeth or poles, and this ring has 24 teeth in the arrangement according to FIG. A ring 12 made of magnetic material is arranged on the outside of the cup-shaped rotor 10, preferably shrunk onto the rotor 10. The ring 12 serves as a magnetic return path.

In den einzelnen Sektoren des Stators folgen ein Hauptpol und ein Hilfspol gleicher Polarität und ein Hauptpol und ein Hilfspol entgegengesetzter Polarität jeweils aufeinander, so daß ein Drehfeld entsteht, das einen asynchronen Lauf des Läufers 10 bewirkt. Da vier Sektoren angeordnet sind, entspricht das entstehende Drehfeld einem Motor mit acht Polen bzw. vier Polpaaren, während entsprechend den 24 Polen des Läufers und des Stators bzw. den entsprechenden Polabständen zwischen Hauptpolen und Hilfspolen entgegengesetzter Polarität die synchrone Geschwindigkeit 250 Umdrehungen bei 5operiodischem Wechselstrom beträgt.A main pole and an auxiliary pole of the same type follow in the individual sectors of the stator Polarity and a main pole and an auxiliary pole of opposite polarity each on top of each other, so that a rotating field is created which causes the rotor 10 to run asynchronously. There four sectors are arranged, the resulting rotating field corresponds to a motor with eight Poles or four pole pairs, while corresponding to the 24 poles of the rotor and the stator or the corresponding pole distances between main poles and auxiliary poles opposite Polarity the synchronous speed is 250 revolutions with 5operiodic alternating current.

Das von dem Ständer erzeugte Drehfeld kann man sowohl auf einen elektrisch gut leitenden Läuferteil zur Erzeugung von \¥irbelströmen wirken lassen wie bei dem beschrie· benen Ausführungsbeispiel als auch auf einen ferromagnetischen Teil, durch dessen Hystereseeigenschaften ebenfalls ein asynchrones Drehmoment erzeugt wird. Bei der beschriebenen Anordnung wirken auch die Teile der Kopfplatte und des Mantels, die keine ausgeprägten Pole besitzen, also die als Nebenpole bezeichneten Stellen, als Pole für den synchronen Lauf des Motors und sind deshalb bei der Abwicklung des Staiors nach Abb. 2 punktiert eingezeichnet. Die Polfolge in den einzelnen Sektoren wiederholt sich in gleicher Weise, so daß die Wirkung der übrigen Sektoren der des Sektors I entspricht. Es ist ohne weiteres möglich, an Stelle von vier Sektoren eine größere Anzahl von Sektoren vorzusehen, und es ist ferner auch möglich, die einzelnen Pole innerhalb der Sektoren noch unsymmetrisch anzuordnen, insbesondere wenn die Phasenverschiebung zwischen Haupt- und Hilfspolen einen von der 90⁰ Ver-Schiebung abweichenden Wert, beispielsweise durch Einschaltung von Widerständen, besitzt. Zweckmäßig werden die Kopfplatte und der topfförmige Teil aus Blechen ausgestanzt, wobei auch der topfförmige Teil aus einem gestanzten Mantel und einer Bodenplatte zusammengesetzt werden kann. Der gezahnte Teil des Läufers 2 kann aus gehärtetem oder nichtgehärtetem Material bestehen. Auch wenn der Läufer nicht vorher polarisiert ist, nehmen die einzelnen Zacken im Lauf eine bestimmte Polarität an. Ein Umpolen findet dabei nicht statt.The rotating field generated by the stator can act both on an electrically conductive part of the rotor to generate eddy currents, as in the exemplary embodiment described, and on a ferromagnetic part whose hysteresis properties also generate an asynchronous torque. In the arrangement described, the parts of the top plate and the jacket that do not have pronounced poles, i.e. the points designated as secondary poles, also act as poles for the synchronous running of the motor and are therefore shown in dotted lines in the development of the stator according to Fig. 2. The pole sequence in the individual sectors is repeated in the same way, so that the effect of the other sectors corresponds to that of sector I. It is easily possible to provide a larger number of sectors instead of four sectors, and it is also possible to arrange the individual poles within the sectors asymmetrically, especially if the phase shift between main and auxiliary poles is one of the 90 ⁰ Ver Shift has a different value, for example by switching on resistors. The top plate and the pot-shaped part are expediently punched out of sheet metal, it also being possible for the pot-shaped part to be composed of a punched jacket and a base plate. The toothed part of the rotor 2 can consist of hardened or non-hardened material. Even if the runner is not polarized beforehand, the individual points in the run take on a certain polarity. A polarity reversal does not take place.

Claims

Patent claims:

1. Self-starting synchronous small motor with single-phase excitation winding and artificially, in particular by short-circuit rings, phase-shifted auxiliary phase, thereby characterized that with the same pole pitch in the stator and rotor with a number of pole pairs divisible by three Auxiliary poles provided for the generation of rotating fields opposite the associated main 9 " poles of the same polarity are arranged further away than opposite the main poles opposite polarity, the distance between the main poles and the auxiliary poles of opposite polarity corresponds to the rotor pole pitch.

2. Self-starting synchronous small motor according to claim 1, characterized in that that further poles (secondary poles) are arranged in a corresponding pole pitch and so by bends, shortenings o. The like. Are dimensioned that they amplify the synchronous moment without that generated by the main and auxiliary poles To disturb the rotating field. .

3. Self-starting synchronous iron motor according to claim 1 and 2, characterized in that for the excitation of several Each of the main and auxiliary poles consisting of pole pairs that are used to generate a multi-pole Serve rotating field, a common field winding is provided.

4. Self-starting synchronous small motor according to claim 1 to 3, characterized in that that the main poles and the auxiliary poles and possibly secondary poles of one polarity on the jacket of one cup-shaped stator, the main, auxiliary and secondary poles of the other polarity are arranged on a counter plate, and that inside the jacket between the bottom of the pot and the counter plate is a magnetic one

There is a connection which, in a "known manner," has a concentric excitation winding wearing.

5. Self-starting synchronous small motor according to claim 1 to 4, characterized in that that on the stator circumference a secondary pole of opposite polarity on a main pole of one polarity and another auxiliary pole of the first polarity follows.

6.Self-starting synchronization

Motor according to claims i to 5, characterized in that that the rotor, which is preferably made of a material with good electrical conductivity, is cup-shaped and inside the toothed rotor made of magnetic material.

7. Self-starting synchronous small motor according to claim 1 to 6, characterized in that that the cup-shaped runner carries a ring made of magnetic material on its outside.

For this purpose ι sheet of drawings