DE679780C - Mehrphasiger, asynchron anlaufender Synchronkleinmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Ausbildung eines Synchronmotors, der asynchron anlaufen und in Tritt fallen soll und dabei möglichst klein bemessen und sehr einfach S herzustellen sein muß. Solche Motoren sind beispielsweise verwendbar für Meßzwecke, etwa für die Fernübertragung von Drehzahlen. In solchen Fällen kann die Übertragung einer oder mehrerer Meßwellen zum Meß-

jo instrument mit Hilfe von Synchrongeneratoren und -motoren erfolgen, vorzugsweise mit Systemen ohne Fremderregung, also z. B. mit Permanentmagneten als Läufer. Die Ausbildung besonderer Generatoren für solche Zwecke ist an anderer Stelle vorgeschlagen. Für den Synchronmotor ist die Forderung zu stellen, daß er den Abmessungen eines Meßinstrumentes möglichst angepaßt, d. h. sehr klein bemessen ist, um etwa bei der Verwendung für die Drehzahlfernmessung von Flugmotoren auf oder hinter dem Schaltbrett mit geringstem Platzbedarf angeordnet werden zu können. Dies bedingt weiterhin, daß die Herstellungsweise möglichst einfach bleiben muß; vor allem aber ist von einem solchen' Motor zu verlangen, daß er mitsamt dem angeschlossenen Instrument, z. B. einem Drehzahlmesser, auch beim Anschalten an den laufenden Synchrongenerator sofort hochläuft und ohne Pendelungen in Tritt fällt. Nur dann ist es beispielsweise möglich, mit einem Instrument die Drehzahlen mehrerer Flugmotoren nach Belieben durch Umschaltung des Instrumentes nacheinander zu messen.

Bekanntlich wird nun ein Synchronmotor, der mit Sicherheit asynchron anlaufen und in Tritt fallen soll, zweckmäßig mit verteilter Ankerwicklung gebaut; denn eine Ankerwicklung, die in bekannter Weise mit ausgeprägten Polen ausgerüstet ist, hat den Nachteil, daß der Läuferteil bei 'der Drehung nicht in allen Lagen vom gleichen Fluß an den gleichen Stellen durchsetzt wird, sondern daß ζ. B. die gleiche Umfangsstelle -des Läufers

nacheinander den Höchstfluß und einen sehr kleinen Fluß (bis herab zum Fluß Null) führt. Die Feldkurve ist für den vorgenannten Zweck schlecht, führt zahlreiche Oberwellen usf. Hierdurch können sogenannte Schleichdrehzahlen auftreten, d. h. der Motor bleibt beim Anlauf bei untersynchronen Drehzahlen hängen, und das Drehmoment ist zwischen Stillstand und Synchronismus schlecht, ίο teilweise wegen der auftretenden Oberwellen sogar negativ, so daß der Motor zu Pendelungen neigen kann. Die großen Pulsationen an einzelnen Läuferstellen haben eine bremsende Wirkung, so daß unter Umständen überhaupt kein Anlauf zustande kommt.

Diese Nachteile des Motors mit ausgeprägten Polen lassen sich grundsätzlich, wie bekannt, zum Teil vermeiden durch Anwendung der Polschrägung. Jedoch ist diese mitRücksieht auf die Wicklung kaum anwendbar bei lamelliertenPolkörpern, besonders dannnicht, wenn der Motor mit kleinsten Abmessungen gebaut werden soll und aus eben demselben Grunde alle Eisenwege der Maschine lamelliert sein müssen.

Für den gedachten Verwendungszweck ist also der Motor mit ausgeprägten Polen normaler Bauart nicht brauchbar. Aber auch der Ständer mit verteilter Wicklung läßt sich nicht anwenden, da der Aufbau des Ständers und das Herstellen und Einbringen der Wicklung für einen Kleinstmotor viel zu verwickelt w^rird.

Die Erfindung geht nun von einem Motor aus, der zwar ausgeprägte Pole besitzt, .aber so ausgebildet ist, daß sowohl eine weitgehende Polschrägung als auch eine Lamellierung aller Eisemvege des Ständers ermöglicht und die Herstellung der Wicklung weitgehend vereinfacht wird. Der Ständer dieses mehrphasigen, asynchron anlatiienden Synchronmotors mit η Phasen bzw. Polpaaren ist aus 2 ti fertiggepackten, vor dem Zusammenbau bewickelten Teilpaketen aufgebaut. Es ist schon eine Anordnung bekannt, bei der der Ständer ebenfalls in der beschriebenen Weise . aus Teilpaketen zusammengesetzt ist. Hierbei muß jedoch die Wicklung auf jedem einzelnen Pol, Windungum Windung, aufgebracht werden. Im übrigen stoßen alle Bleche zweier benachbarter Pakete bei dieser bekannten Anordnung jeweils in einer einzigen Fläche stumpf aufeinander. Das Herstellen und Einbringen der Wicklung ist bei einer anderen bekannten Anordnung zwar insofern vereinfacht, als die fertiggewickelten Phasenspulen im Ganzen aufgeschoben werden können. Jedoch ist hierfür ein einheitlicher, mit ausgeprägten Polen versehener Ständerkörper vorgesehen, der nach dem Aufbringen der Wicklung in einen normalen ringförmigen Jochkörper eingebracht wird, an welchen sich die einzelnen Pole des Ständerkörpers jeweils mit stumpfem Stoß anlegen.

Demgegenüber wird der die Ankerwicklungen tragende Ständer bei dem hier vorgeschlagenen Motor erfindungsgemäß mit Hilfe eines zusammengesetzten Blechschnitts aus Teilpaketen solcher Ausbildung hergestellt, daß auf jedes fertiggepackte Teilpaket eine fertiggewickelte Phasenspule so überschiebbar ist, daß nach dem durch Ineinanderschachteln bewirkten Zusammenbau der Teilpakete zu einem durch Einbringen. in das Gehäuse in seiner Lage gehaltenen einheitlichen Blechkörper die einzelnen Phasenspulen die zwischen den einzelnen Polen befindlichen Jochverbindungen symmetrisch in tangen-.tialer Anordnung umfassen und daß die Einzelpole des Ständers sich am Läuferumfang bis auf schmale, insbesondere geschrägte Luftspalte einander nähern. Durch die genannte Anordnung wird unter Einhaltung eines kleinsten Durchmessers eine Verbreiterung der Einzelpole erreicht, so daß in an sich bekannter Weise eine weitgehend gleichbleibende Läuferüberdeckung entsteht und die Stelle größten bzw\ kleinsten magnetischen Flusses am Läuferumfang bei der synchron mit dem erzeugten Drehfeld erfolgenden Läuferdrehung so \venig wie möglich schwankt. Damit können also an einer beliebigen betrachteten Stelle des Läuferumfanges keine wesentlichen Flußpulsationen mehr auftreten.

Die Teilfugen zwischen den einzelnen Teilschnitten brauchen nur durch das ring- oder besser vieleckförmige Joch geführt zu sein und werden, um ein Ineinanderschachteln der Teilpakete zu erreichen, in bekannter Weise bei aufeinanderfolgenden Blechen versetzt angeordnet. Die Vieleckform der Joche empfiehlt sich, um Platz für die Wicklung zu sparen, d. h. den Gehäusedurchmesser bei gegebenen Wicklungsabmessungen so klein wie möglich zu machen.

Durch die Erfindung wird es also möglich, sämtliche Eisenteile zu lamellieren, dabei die einzelnen Teilpakete unter Vermeidung jeden stampfen Stoßes ineinanderzuschachteln, ferner fertiggewickelte Spulen aufzubringen, die Teilpakete ohne besondere Halteschrauben, Bolzen ü. dgl. zusammenzuhalten und schließlich einen kleinsten Durchmesser einzuhalten, all dies bei einer weitgehend gleichmäßigen Fluß verteilung am Umfang, wie sie für den asynchronen Anlauf erforderlich ist.

Die Erfindung erlaubt also die Vereinigung einer ganzen Reihe von Maßnahmen, die sich zunächst auszuschließen scheinen und die zusammen eine bedeutende Verbesserung der bisher bekannten Anordnungen ergeben, so-

wohl was die Eigenschaften des Motors als auch was die Einfachheit seiner Herstellung betrifft.

Als Läufer für diesen Synchronmotor kommt entweder ein fremderregter Läufer in Frage oder aber man sieht einen permanentmagnetischen Läufer bzw. einen Hystereseläufer oder einen Reluktanzläufer vor.
Der Erfindungsgedanke und seine Ausgestaltung soll im folgenden an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben werden.

Die Ausführungsform der Abbildung bezieht sich auf einen 4poligen, zweiphasig gespeisten Synchronmotor, der vorzugsweise mit einem unbewickelten Läufer arbeitet. Die Abbildung zeigt die wesentlichen Merkmale, die gemäß der Erfindung den Aufbau des Motors, insbesondere die Gestaltung des Blechschnitts bestimmen. Der Blechschnitt zerfällt in vier Teilschnitte 1, 2, 3, 4. Diese überdecken zusammen den Läufer auf seinem ganzen Umfang mit Ausnahme der Luftspalte 6, 7, 8, 9. Der Einfluß dieser Luftspalte auf die Gleichmäßigkeit der Läuferüberdeckung ist in an sich bekannter Weise durch Polschrägung praktisch beseitigt, d. h. der Luftspalt zwischen den Polen ist in jedem Blech an einer anderen Stelle angeordnet, so daß er imBlechpaket schräg unter dem Pol verläuft.

In Abb. ι ist z. B. der Luftspalt im vordersten Blech (6, 7, 8, 9) und gestrichelt die Lage des Luftspaltes im hintersten Blech des Pakets angegeben. Bei der Ausbildung des Blechschnitts nach der Erfindung können die Wicklungen nun trotz der Polschrägung in Form fertiger Spulen aufgebracht werden; denn die Schrägung wird nur beim Polschuh vorgenommen, während der Schnitt des PoI-kerns und der dazwischenliegenden Joche für alle einzelnen Bleche der gleiche bleibt. Um gleichzeitig Raum zu sparen und die Aufteilung des Blechschnitts sowie das Aufbringen der Spulen und das Zusammenfügen derTeilblechpakete möglichst einfach zu gestalten, sind die Wicklungen 10, 11 bzw. 12, 13 nicht in üblicher Weise auf den Polkernen, sondern in an sich bekannter Weiseauf den dazwischenliegenden Jochstücken der Teilbleche 1, 2, 3 bzw. 4 aufgebracht. Die Trennfuge zwischen den Einzelteilen des Blechschnitts 1 und 2 bzw. 2 und 3 usf. kann in allen Blechen, z. B. an der in Abb. 1 angegebenen Stelle, angeordnet sein. Vorteilhafter ist es jedoch, die'frennfugen der im Blechpaket nebeneinanderliegenden Bleche gegeneinander versetzt anzuordnen, so daß z. B. die Fugen zwischen Teilschnitt ι und 2 in einem Blech, wie in der Abb. i, auf der Seite des Polkerns 2 liegen, im folgenden Blech auf der Seite des Polkerns 1 usw. Zweckmäßig liegen die gegeneinander versetzten Trennstellen jeweils symmetrisch zueinander, so daß das Zerschneiden des Blechschnitts in die vier Teilschnitte bei allen Blechen durch denselben Stanzstempel erfolgen kann und nur die eine Hälfte der Bleche nach der Aufteilung umgedreht wird.

Die Trennfuge wird jeweils nur in das Joch gestanzt. Die Auftrennung des inneren Teiles des Blechschnitts erfolgt im ganzen Paket unter Vorsehung der gewünschten Schrägung.

Die Spulen der Wicklung können durch diese Bauweise als fertiggewickelte Rahmenspulen auf die Joche aufgeschoben werden. Bei versetzten Teilfugen wird ebenso auf das eine Joch jedes fertiggepackten Teilpakets eine Spule aufgeschoben. Dabei fehlt jedes zweite Blech im Joch und wird erst beim Zusammensetzen der Teilpakete durch Ineinanderschachteln in den Spulenkern eingeschoben,

Da die Spulen mit ihrer Achse tangential gerichtet sind, benötigen sie in radialer Richtung wenig Platz, d. h. die Maschine kann mit verhältnismäßig sehr kleinem Durchmesser ausgeführt werden. Die Länge des Polkerns kann sehr klein bleiben, da jeweils nur die Hälfte des Wickluiigsquerschnitts innerhalb der Jochverbindungen angeordnet ist. Die Polkerne sind zweckmäßig so weit ausladend ausgeführt, daß sie unmittelbar an der Gehäusewandung 5 anliegen können. Auf diese Weise wird das gesamte Blechpaket sehr einfach durch das Gehäuse selbst zusammengehalten.

Als Läufer für den angegebenen Synchronmotor kann, wie schon oben gesagt wurde, ein fremderregter Läufer dienen. Für Meßzwecke u. dgl. oder für die Anwendung an Bord von Fahrzeugen, etwa zu Übertragungszwecken, ist es aber ebenso wie beim Bau entsprechender Synchrongeneratoren häufig anzustreben, daß keine Hilfsstromquellen benötigt werden. In diesen Fällen kann in an sich bekannter Weise ein Permanentmagnet oder ein Hystereseläufer bzw. ein Reluktanzläufer Verwendung finden. Diese Läufer werden in der Grundform zylindrisch, z. B. als zylindrischer Stahlmagnet oder als unmagnetisierter Stahlzylinder mit hoher Koerzitivkraft oder als Weicheisenzylinder mit Abflachungen und mit oder ohne Käfig, ausgeführt. Bei Permanentmagnetläufern und Hystereseläufern wird das Drehmoment z. T. durch die im Läufer entstehenden Wirbelströme gebildet. Zur Unterstützung dieser Wirkung können Kreisscheiben aus gut leitendem Material, z. B. Kupfer, auf beiden Stirnseiten des zylindrischen Permanentmagneten oder des als Hystereseläufer dienenden Stahlzylinders vorgesehen, etwa aufgelötet sein.

Mit den angegebenen Mitteln läßt sich erreichen, daß der Motor beim Anschalten an eine mindest zweiphasige Wechselspannung auch unter Last sicher hochläuft bis zu der synchronen Drehzahl und daß er sofort ohne Pendelungen in Tritt fällt. So ist mit dem Gegenstand der Erfindung ein Kleinmotor geschaffen, der bei geringsten Abmessungen und einfachster Herstellung alle Eigenschaften to aufweist, die für seine Verwendung beispielsweise zur umschaltbaren Drehzahlfernmessung mehrerer Wellen notwendig sind, und dabei ohne Fremderregung betrieben werden kann.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Mehrphasiger, asynchron anlaufender Synchronkleinmotor mit «Phasen bzw. Polpaaren, dessen die Wicklungen tragender Ständer aus 2 η f ertiggepackten, vor dem Zusammenbau bewickelten Teilpaketen aufgebaut ist, gekennzeichnet durch eine derartige Ausbildung der Teilpakete, daß auf jedes fertiggepackte Teilpaket eine fertiggewickelte Phasenspule so überschiebbar ist, daß nach dem durch Ineinanderschachteln bewirkten Zusammenbau der Teilpakete zu einem durch Einbrin-' gen in das Gehäuse in seiner Lage gehaltenen einheitlichen Blechkörper die einzelnen Phasenspulen die zwischen den einzelnen Polen befindlichen Jochverbindungen symmetrisch in tangentialer Anordnung umfassen und daß die Einzelpole des Ständers am Läuferumfang sich bis auf schmale, insbesondere geschrägte Luftspalte einander nähern.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen