EP0165951A1 - Arrangement for starting a synchronous motor - Google Patents

Arrangement for starting a synchronous motor

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Publication number
EP0165951A1
EP0165951A1 EP19850900059 EP85900059A EP0165951A1 EP 0165951 A1 EP0165951 A1 EP 0165951A1 EP 19850900059 EP19850900059 EP 19850900059 EP 85900059 A EP85900059 A EP 85900059A EP 0165951 A1 EP0165951 A1 EP 0165951A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
drive shaft
rotation
rotor
arrangement according
coupling part
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP19850900059
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Berthold Seng
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE19848400012 external-priority patent/DE8400012U1/de
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP0165951A1 publication Critical patent/EP0165951A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/10—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters
    • H02K7/118—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with starting devices
    • H02K7/1185—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with starting devices with a mechanical one-way direction control, i.e. with means for reversing the direction of rotation of the rotor

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for starting a synchronous motor according to the preamble of the main claim, as it is known for example from GB-PS 1 413 782.
  • the rotor of a synchronous motor is rigidly coupled to a drive shaft.
  • a pinion on the rotor shaft engages in a counterpart of a clutch with a backlash so that the full load on the rotor is not immediately effective.
  • difficulties can arise during the start-up of this known motor, because the settling process of the rotor is hindered by the masses coupled with it and by increased frictional moments.
  • a single-phase induction motor is known from DE-PS 1 199 390, the rotor of which is rotatably mounted on the drive shaft and is axially displaceable.
  • the rotor of which is rotatably mounted on the drive shaft and is axially displaceable.
  • the arrangement according to the invention for starting a synchronous motor with the characterizing features of the main claim has the advantage that, apart from small friction losses of the rotor during the starting and starting process, no further forces have to be overcome, which make it difficult to start the motor under load.
  • the masses to be accelerated are reduced to a minimum and no parts have to be moved which have high frictional losses or, for example after a long standstill, first have to be brought out of their rest position with high initial forces.
  • This can be the case, for example, when using the synchronous motor to drive a liquid pump, for example the drain pump of a washing machine, where after a long standstill seals on the drive shaft can stick in the pump housing and prevent the motor from starting.
  • the arrangement according to the invention makes it possible to clear stuck parts of the drive mechanism or the load when the rotor swings up, so that difficulties in starting the motor under load practically no longer occur.
  • the construction of the starter arrangement integrated in the engine has proven to be particularly advantageous because it enables a very compact design to be achieved without additional storage measures and with minimal design effort.
  • the torsional backlash of the rotor in relation to the load-loaded drive shaft should be a certain minimum, e.g. around 90o for a two-pole arrangement depending on the structure of the motor and the size and type of the connected load, so that the rotor does not start to swing and the greatest possible force to detach it is necessary Drive parts are available.
  • This torsional backlash is achieved in a particularly simple constructive manner in that, on the one hand, an axially projecting pin is arranged directly on the rotor, which pin forms a first coupling part which interacts with a second coupling part in the form of a stop on the drive shaft. With such an arrangement, the torsional backlash can be increased to over 300 without the operational safety of the clutch being endangered.
  • FIG. 1 shows a cross section through the arrangement according to the invention
  • FIG. 2 shows a spatial representation of the arrangement comprising the rotor and coupling device
  • FIG. 3 shows a longitudinal section through a first arrangement with a direction of rotation lock
  • FIG. 4 shows a longitudinal section through a second arrangement with a direction of rotation lock
  • Fig. 5 shows a section along the line VV in Fig. 4. Description of the embodiments
  • 10 denotes the stator of a synchronous motor, as can be used for example for the drain pump of a washing machine.
  • the stator 10 has two salient poles 1 1 and 12, which are wound with a single-phase AC winding 13.
  • the stator 1 0 is separated by an air gap 14 from the rotor 1 5, which is permanently magnetically excited by a two-pole arrangement with a north pole 16 and a south pole 17.
  • the rotor 1 5 sits on a hub 18 made of plastic, preferably of polytetrafluoroethylene, which is incorporated in the permanent magnetic material is glued or pressed.
  • the hub 18 forms the bearing for the rotor 1 5.
  • the air gap 14 has an air gap width that is variable over the rotor circumference, symmetrical to the longitudinal axis of the motor. This results in an equal, sometimes narrower or wider air gap at radially opposite points of the pole pieces, so that the permanent magnet rotor 15 assumes a defined rest position.
  • the area of large air gaps is 21, the Area of small air gap width designated 22.
  • the direction of magnetization of the rotor shown in FIG. 1 in its rest position deviates from the field direction of the stator 10, so that when the current flows in the stator winding 13 there is a torque between the rotor and the stator.
  • Figure 2 shows a spatial representation of the rotor 15 to which a first coupling part 24 is molded.
  • This is expediently formed in one piece with the hub 18 and accordingly expediently consists of the same plastic material as the hub. Instead, harder materials can also be used for the coupling part 24, which materials are then connected to the rotor 15 in a form-fitting manner and / or by gluing.
  • the coupling part 24 has the shape of a pin, which projects axially in the region of the rotor shell in the direction of a second coupling part 25, which is arranged on a disk 26. This in turn sits rigidly on a drive shaft 27 of the engine.
  • the second coupling part 25 is formed by a stop in the form of a sector of a circle, which is designed in one piece with the disk 26.
  • the two coupling parts 24 and 25 form a rigid coupling after essentially a load-free passage of a torsional backlash of approximately 300, they can be brought into play in both directions of rotation of the rotor 15, so that the motor can run in both directions of rotation.
  • the direction of rotation of the motor is generally arbitrary, since the pumps are designed accordingly.
  • the drive shaft 27 is offset with a thinner shaft section 28 and a thicker shaft section 29. More magnetic mass and thus stronger magnetic poles can be accommodated on the thinner shaft section 28.
  • the friction losses of the rotor 15 are lower on a thinner shaft than on a thicker shaft.
  • the drive shaft 27 can also be formed with the same thickness throughout, which is simpler in terms of production technology if the lower thickness of the shaft section 28 is not required.
  • FIG. 1 After application of an alternating voltage to the winding 13, a vertical alternating magnetic field is produced in FIG. 1, which is rotated by a predetermined angle in the rest position with respect to the permanent magnetic field of the rotor 15.
  • the permanent magnet rotor 15 orients itself in the rest position so that the flux finds the path of the least magnetic resistance, ie in the NS position shown in FIG.
  • the rotor 15 can carry out torsional vibrations on the section 28 of the drive shaft 27 until the acceleration is sufficient to rotate in synchronism with the network.
  • the rotor 15 must overshoot over the reversal point of the oscillation and must have been accelerated so strongly that it comes into synchronism with the stator field and continues in synchronism with it.
  • a mains frequency of 50 Hz of the current in the stator winding 13 a mains frequency of 50 Hz of the current in the stator winding 13 results.
  • the rotor 15 is not loaded by a connected load, so that there is nothing to prevent the motor from starting.
  • FIGS. 3 to 5 show two further embodiments of the invention, each of which additionally has a direction of rotation blocking device which only releases the rotation of the drive shaft in one direction of rotation of the rotor, while blocking the opposite direction of rotation of the drive shaft in order to force the motor to start in a given direction of rotation.
  • the same reference numerals as in FIGS. 1 and 2 are selected for matching parts in FIGS. 3 to 5, even if the individual parts are designed differently in terms of construction.
  • FIG. 3 shows a motor with stator 10 and rotor 15, in which the drive shaft 27 is mounted on the one hand in a grooved ball bearing 32 and on the other hand in a freewheel bearing 33.
  • the freewheel bearing is designed as a sleeve freewheel and is seated in a bearing shell 34, while the ball bearing 32 is held in a bearing shell 35.
  • the disc 26 is connected to the second coupling part 25 by a split pin 36 fixed and secure against rotation with the drive shaft 27.
  • FIGS. 4 and 5 show a further structural modification of the synchronous motor with a direction of rotation lock corresponding to FIG. 3, the reference symbols used there again having been adopted.

Abstract

Installation pour le démarrage d'un moteur synchrone, dont le rotor (15) excité par un aimant permanent est placé pour garantir la mise en marche du moteur en charge avec un jeu circonférentiel sur l'arbre de transmission (27). On obtient ainsi un processus de démarrage du rotor (15) pratiquement sans charge, qui attaque, après passage du jeu circonférentiel, par une première pièce de couplage (24) une seconde pièce de couplage (25) reliée à l'arbre de transmission (27) et entraîne l'arbre de transmission. Pour obtenir une direction de rotation prédéterminée du rotor est prévue une installation de blocage de la direction de rotation (33, 38) qui, dans une direction de rotation du rotor, libère la rotation de l'arbre de transmission (27), alors que la direction de rotation opposée de l'arbre de transmission est bloquée.Installation for starting a synchronous motor, the rotor (15) excited by a permanent magnet is placed to guarantee the starting of the motor under load with a circumferential clearance on the drive shaft (27). There is thus obtained a process of starting the rotor (15) practically without load, which attacks, after passage of the circumferential clearance, by a first coupling part (24) a second coupling part (25) connected to the drive shaft ( 27) and drives the drive shaft. In order to obtain a predetermined direction of rotation of the rotor, an installation for blocking the direction of rotation is provided (33, 38) which, in a direction of rotation of the rotor, releases the rotation of the drive shaft (27), while the opposite direction of rotation of the drive shaft is blocked.

Description

Anordnung zum Starten eines SynchronmotorsArrangement for starting a synchronous motor
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einer Anordnung zum Starten eines Synchronmotors nach der Gattung des Hauptanspruches, vie sie beispielsweise aus der GB-PS 1 413 782 bekannt ist. Bei dieser älteren Anordnung ist der Rotor eines Synchronmotors starr mit einer Antriebswelle gekoppelt. Um den Anlauf des Motors bei angeschlossener Last zu ermöglichen, greift ein auf der Rotorwelle sitzendes Ritzel mit Verdrehspiel in ein Gegenstück einer Kupplung ein, so daß die volle Last am Rotor nicht unmittelbar wirksam wird. Dennoch können beim Anlauf dieses bekannten Motors Schwierigkeiten auftreten, weil der Einschwingvorgang des Rotors durch die mit ihm gekuppelten Massen und durch erhöhte Reibungsmomente behindert wird. Aus der DE-PS 1 199 390 ist ein Einphasen-Induktionsmotor bekannt, dessen Rotor auf der Antriebswelle verdrehbar und axial verschiebbar gelagert ist. Bei dieser bekannten Anordnung behindern zwar kaum Lastmomente den Hochlauf des Motors, jedoch steht in der Anlaufphase nur ein Teil des Hauptflusses für die Beschleunigung des Rotors zur Verfügung, solange dieser nicht gegen die Kraft einer Feder in den Stator eingezogen und mit dem Kupplungselement gekoppelt ist.The invention relates to an arrangement for starting a synchronous motor according to the preamble of the main claim, as it is known for example from GB-PS 1 413 782. In this older arrangement, the rotor of a synchronous motor is rigidly coupled to a drive shaft. In order to enable the motor to start when the load is connected, a pinion on the rotor shaft engages in a counterpart of a clutch with a backlash so that the full load on the rotor is not immediately effective. Nevertheless, difficulties can arise during the start-up of this known motor, because the settling process of the rotor is hindered by the masses coupled with it and by increased frictional moments. A single-phase induction motor is known from DE-PS 1 199 390, the rotor of which is rotatably mounted on the drive shaft and is axially displaceable. In this known arrangement, hardly any load torques hinder the start-up of the motor, but only part of the main flow is available for the acceleration of the rotor in the start-up phase, as long as it is not drawn into the stator against the force of a spring and coupled to the coupling element.
Zur Erzeugung eines Anlauf-Drehmoment es zwischen Rotor und Stator eines Synchronmotors ist es aus "Feinwerktechnik und Meßtechnik" 87 (1979) 4 , Seite 163 bekannt, den Luftspalt über dem Rotorumfang veränderlich auszubilden. Hierdurch entsteht eine Ruhelage des Rotors, welche verschieden ist von der Hauptmagnetisierungsrichtung des Stators, so daß beim Anlegen des Statorfeldes auf den Rotor ein Moment ausgeübt wird zur Auslösung des Anschwingvorganges.To generate a starting torque between the rotor and stator of a synchronous motor, it is known from "Feinwerktechnik und Meßtechnik" 87 (1979) 4, page 163 to design the air gap to be variable over the circumference of the rotor. This creates a rest position of the rotor, which is different from the main magnetization direction of the stator, so that when the stator field is applied to the rotor, a moment is exerted to trigger the start-up process.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die erfindungsgemäße Anordnung zum Starten eines Synchronmotors mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches hat den Vorteil, daß außer geringen Reibungsverlusten des Rotors beim Anschwing- und Anlaufvorgang keine weiteren Kräfte zu überwinden sind, welche den Anlauf des Motors unter Last erschweren. Insbesondere sind die zu beschleunigenden Massen auf ein Minimum reduziert und es müssen keine Teile bewegt werden, welche hohe Reibungsverluste aufweisen oder, z.B. nach längerem Stillstand, aus ihrer Ruhelage zunächst mit hohen Anfangskräften herausgeführt werden müssen. Dies kann beispielsweise bei der Verwendung des Synchronmotors zum Antreiben einer Flüssigkeitspumpe der Fall sein, beispielsweise der Laugenpumpe einer Waschmaschine, wo nach längerem Stillstand auf der Antriebswelle sitzende Dichtungen im Pumpengehäuse festkleben können und ein Anlaufen des Motors verhindern. Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird es im Gegensatz zum geschilderten Stand der Technik möglich, festsitzende Teile des Antriebsmechanismus oder der Last beim Anschwingen des Rotors freizuschlagen, so daß Schwierigkeiten beim Anlauf des Motors unter Last praktisch nicht mehr auftreten.The arrangement according to the invention for starting a synchronous motor with the characterizing features of the main claim has the advantage that, apart from small friction losses of the rotor during the starting and starting process, no further forces have to be overcome, which make it difficult to start the motor under load. In particular, the masses to be accelerated are reduced to a minimum and no parts have to be moved which have high frictional losses or, for example after a long standstill, first have to be brought out of their rest position with high initial forces. This can be the case, for example, when using the synchronous motor to drive a liquid pump, for example the drain pump of a washing machine, where after a long standstill seals on the drive shaft can stick in the pump housing and prevent the motor from starting. In contrast to the described prior art, the arrangement according to the invention makes it possible to clear stuck parts of the drive mechanism or the load when the rotor swings up, so that difficulties in starting the motor under load practically no longer occur.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Anordnung möglich. Als besonders vorteilhaft hat sich die im Motor integrierte Bauweise der Startanordnung bewährt, weil sich hierdurch eine sehr kompakte Bauform erreichen läßt ohne zusätzliche Lagerungsmaßnahmen und mit minimalem konstruktivem Aufwand. Das Verdrehspiel des Rotors gegenüber der lastbeaufschlagten Antriebswelle sollte ein gewisses Mindestmaß betragen, z.B. etwa 90º bei einer zweipoligen Anordnung je nach Aufbau des Motors und Größe und Art der angeschlossenen Last, so daß das Anschwingen des Rotors nicht behindert und größtmögliche Kräfte zum eventuell notwendigen Losreißen festsitzender Antriebsteile zur Verfügung stehen. Dieses Verdrehspiel erreicht man in besonders einfacher Weise konstruktiv dadurch, daß einerseits direkt am Rotor ein axial vorspringender Zapfen angeordnet wird, welcher ein erstes Kupplungsteil bildet, das mit einem zweiten Kupplungsteil in Form eines Anschlages auf der Antriebswelle zusammenwirkt. Das Verdrehspiel kann bei einer derartigen Anordnung bis auf über 300 gesteigert werden, ohne daß die Betriebssicherheit der Kupplung gefährdet ist. ZeichnungAdvantageous further developments and improvements of the arrangement specified in the main claim are possible through the measures listed in the subclaims. The construction of the starter arrangement integrated in the engine has proven to be particularly advantageous because it enables a very compact design to be achieved without additional storage measures and with minimal design effort. The torsional backlash of the rotor in relation to the load-loaded drive shaft should be a certain minimum, e.g. around 90º for a two-pole arrangement depending on the structure of the motor and the size and type of the connected load, so that the rotor does not start to swing and the greatest possible force to detach it is necessary Drive parts are available. This torsional backlash is achieved in a particularly simple constructive manner in that, on the one hand, an axially projecting pin is arranged directly on the rotor, which pin forms a first coupling part which interacts with a second coupling part in the form of a stop on the drive shaft. With such an arrangement, the torsional backlash can be increased to over 300 without the operational safety of the clutch being endangered. drawing
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert . Es zeigen Fig. 1 einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Anordnung, Fig. 2 eine raumbildliche Darstellung der Anordnung aus Rotor und Kupplungsvorrichtung, Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine erste Anordnung mit Drehrichtungssperre, Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine zweite Anordnung mit Drehrichtungs sperre und Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V in Fig. 4. Beschreibung der AusführungsbeispieleAn embodiment of the invention is shown in the drawing and explained in more detail in the following description. 1 shows a cross section through the arrangement according to the invention, FIG. 2 shows a spatial representation of the arrangement comprising the rotor and coupling device, FIG. 3 shows a longitudinal section through a first arrangement with a direction of rotation lock, FIG. 4 shows a longitudinal section through a second arrangement with a direction of rotation lock and Fig. 5 shows a section along the line VV in Fig. 4. Description of the embodiments
In Figur 1 ist mit 10 der Stator eines Synchronmotors bezeichnet , wie er beispielsweise für die Laugenpumpe einer Waschmaschine verwendbar ist . Der Stator 10 besitzt zwei ausgeprägte Pole 1 1 und 12 , welche mit einer Einphasen-Wechselstromwicklung 13 bewickelt sind.In Figure 1, 10 denotes the stator of a synchronous motor, as can be used for example for the drain pump of a washing machine. The stator 10 has two salient poles 1 1 and 12, which are wound with a single-phase AC winding 13.
Den Stator 1 0 trennt ein Luftspalt 14 vom Rotor 1 5 , welcher permanentmagneterregt ist durch eine zweipolige Anordnung mit einem Nordpol 16 und einem Südpol 17. Der Rotor 1 5 sitzt auf einer Nabe 18 aus Kunststoff , vorzugsweise aus Polytetrafluoräthylen , welche in das permanentmagnetische Material eingeklebt oder eingepreßt ist . Die Nabe 18 bildet das Lager für den Rotor 1 5.The stator 1 0 is separated by an air gap 14 from the rotor 1 5, which is permanently magnetically excited by a two-pole arrangement with a north pole 16 and a south pole 17. The rotor 1 5 sits on a hub 18 made of plastic, preferably of polytetrafluoroethylene, which is incorporated in the permanent magnetic material is glued or pressed. The hub 18 forms the bearing for the rotor 1 5.
Der Luftspalt 14 besitzt eine über den Rotorumfang veränderliche Luftspaltbreite , symmetrisch zur Längsachse des Motors . So ergibt sich j eweils an radial gegenüberliegenden Punkten der Polschuhe ein gleicher , j eweils schmälerer oder breiterer Luftspalt , so daß der Permanentmagnetrotor 1 5 eine definierte Ruhelage einnimmt . Der Bereich großer Luftspaltbereite ist mit 21 , der Bereich kleiner Luftspaltbreite mit 22 bezeichnet. Die Magnetisierungsrichtung des in Figur 1 in seiner Ruhelage gezeigten Rotors weicht von der Feldrichtung des Stators 10 ab, so daß sich bei Stromfluß in der Statorwicklung 13 ein Drehmoment zwischen Rotor und Stator ergibt.The air gap 14 has an air gap width that is variable over the rotor circumference, symmetrical to the longitudinal axis of the motor. This results in an equal, sometimes narrower or wider air gap at radially opposite points of the pole pieces, so that the permanent magnet rotor 15 assumes a defined rest position. The area of large air gaps is 21, the Area of small air gap width designated 22. The direction of magnetization of the rotor shown in FIG. 1 in its rest position deviates from the field direction of the stator 10, so that when the current flows in the stator winding 13 there is a torque between the rotor and the stator.
Figur 2 zeigt in raumbildlicher Darstellung den Rotor 15, an den ein erstes Kupplungsteil 24 angeformt ist. Dieses ist zweckmäßigerweise einteilig mit der Nabe 18 ausgebildet und besteht demzufolge zweckmäßigerweise aus dem gleichen Kunststoffmaterial wie die Nabe. Stattdessen können für das Kupplungsteil 24 jedoch auch härtere Materialien verwendet werden, welche dann formschlüssig und/oder durch Verkleben mit dem Rotor 15 verbunden sind. Das Kupplungsteil 24 hat die Form eines Zapfens, welcher im Bereich des Rotormantels axial vorspringt in Richtung auf ein zweites Kupplungsteil 25, welches auf einer Scheibe 26 angeordnet ist. Diese wiederum sitzt starr auf einer Antriebswelle 27 des Motors. Das zweite Kupplungsteil 25 wird beim Ausführungsbeispiel von einem kreissektorförmigen Anschlag gebildet, welcher einteilig mit der Scheibe 26 gestaltet ist. Die beiden Kupplungsteile 24 und 25 bilden nach im wesentlichen lastfreiern Durchlaufen eines Verdrehspiels von ca. 300 eine starre Kupplung, sie sind in beiden Drehrichtungen des Rotors 15 mit Spiel in Eingriff bringbar, so daß der Motor in beiden Drehrichtungen laufen kann. Beispielsweise für Flüssigkeitspumpen ist in der Regel die Drehrichtung des Motors beliebig, da die Pumpen entsprechend gestaltet sind. Beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 ist die Antriebswelle 27 abgesetzt mit einem dünneren Wellenabschnitt 28 und einem dickeren Wellenabschnitt 29. Auf dem dünneren Wellenabschnitt 28 lassen sich innerhalb des Stators mehr Magnetmasse und somit stärkere Magnetpole unterbringen. Außerdem sind die Reibungsverluste des Rotors 15 auf einer dünneren Welle geringer als auf einer dickeren Welle. Dennoch kann die Antriebswelle 27 auch durchgehend in gleicher Stärke ausgebildet werden, was fertigungstechnisch einfacher ist, wenn die geringere Stärke des Wellenabschnittes 28 nicht erforderlich ist.Figure 2 shows a spatial representation of the rotor 15 to which a first coupling part 24 is molded. This is expediently formed in one piece with the hub 18 and accordingly expediently consists of the same plastic material as the hub. Instead, harder materials can also be used for the coupling part 24, which materials are then connected to the rotor 15 in a form-fitting manner and / or by gluing. The coupling part 24 has the shape of a pin, which projects axially in the region of the rotor shell in the direction of a second coupling part 25, which is arranged on a disk 26. This in turn sits rigidly on a drive shaft 27 of the engine. In the exemplary embodiment, the second coupling part 25 is formed by a stop in the form of a sector of a circle, which is designed in one piece with the disk 26. The two coupling parts 24 and 25 form a rigid coupling after essentially a load-free passage of a torsional backlash of approximately 300, they can be brought into play in both directions of rotation of the rotor 15, so that the motor can run in both directions of rotation. For liquid pumps, for example, the direction of rotation of the motor is generally arbitrary, since the pumps are designed accordingly. In the exemplary embodiment according to FIG. 2, the drive shaft 27 is offset with a thinner shaft section 28 and a thicker shaft section 29. More magnetic mass and thus stronger magnetic poles can be accommodated on the thinner shaft section 28. In addition, the friction losses of the rotor 15 are lower on a thinner shaft than on a thicker shaft. Nevertheless, the drive shaft 27 can also be formed with the same thickness throughout, which is simpler in terms of production technology if the lower thickness of the shaft section 28 is not required.
Die erfindungsgemäße Anordnung wirkt folgendermaßen:The arrangement according to the invention works as follows:
Nach dem Anlegen einer Wechselspannung an die Wicklung 13 entsteht ein in Figur 1 vertikales magnetisches Wechselfeld, welches gegenüber dem permanentmagnetischen Feld des Rotors 15 um einen vorgegebenen Winkel in der Ruhelage verdreht ist. Der Permanentmagnet-Rotor 15 richtet sich nämlich in der Ruhelage so aus, daß der Fluß den Weg des geringsten magnetischen Widerstandes findet, d.h. in der in Figur 1 gezeichneten N-S-Stellung. Nach dem Einschalten des Statorfeldes kann der Rotor 15 ungehindert auf dem Abschnitt 28 der Antriebswelle 27 Drehschwingungen ausführen, solange, bis die Beschleunigung ausreicht, daß er netzsynchron umläuft. Hierzu muß der Rotor 15 über den Umkehrpunkt der Schwingung überschwingen und so stark beschleunigt worden sein, daß er in Synchronismus zum Statorfeld gerät und synchron mit diesem weiterläuft. Bei der gezeichneten zweipoligen Bauweise von Stator und Rotor und einer Netzfrequenz von 50 Hz des Stromes in der Statorwicklung 13 ergibt sich eine synchrone Drehzahl des Rotors 15 von 3000 U/min. Der Rotor 15 ist nicht durch eine angeschlossene Last beaufschlagt, so daß dem Anlauf des Motors insofern nichts entgegensteht. Außerdem sind aber auch alle sonstigen Verluste wie Lagerreibungsmomente, Klebemomente und dgl. ebenso wie die zu beschleunigende Masse auf ein Minimum reduziert, so daß der Rotor, gegebenenfalls nach einem kurzen Anschwingen, den Kippunkt zum synchronen Lauf überwindet und über die Kupplung die angeschlossene Last anzutreiben vermag. Durch die erfindungsgemäße Bauweise mit einem ersten Kupplungsteil am frei verdrehbaren Rotor und einem diesem unmittelbar benachbarten, mit der Antriebswelle gekoppelten zweiten Kupplungsteil ergibt sich eine sehr kompakte und einfache Bauweise der Anordnung. Je nach der Ruhelage des zweiten 'Kupplungsteils 25. und der Antriebswelle 27 schlägt das erste Kupplungsteil 24 zunächst am zweiten Kupplungsteil 25 an und verschiebt dieses soweit, daß eine freie Schwingungsweite zur Verfügung steht zum Anlauf des Motors.After application of an alternating voltage to the winding 13, a vertical alternating magnetic field is produced in FIG. 1, which is rotated by a predetermined angle in the rest position with respect to the permanent magnetic field of the rotor 15. The permanent magnet rotor 15 orients itself in the rest position so that the flux finds the path of the least magnetic resistance, ie in the NS position shown in FIG. After the stator field has been switched on, the rotor 15 can carry out torsional vibrations on the section 28 of the drive shaft 27 until the acceleration is sufficient to rotate in synchronism with the network. For this purpose, the rotor 15 must overshoot over the reversal point of the oscillation and must have been accelerated so strongly that it comes into synchronism with the stator field and continues in synchronism with it. With the two-pole design of the stator and rotor shown and a mains frequency of 50 Hz of the current in the stator winding 13, a synchronous speed of the rotor 15 of 3000 rpm results. The rotor 15 is not loaded by a connected load, so that there is nothing to prevent the motor from starting. In addition, however, all other losses such as bearing friction moments, adhesive moments and the like are reduced to a minimum, as is the mass to be accelerated, so that the rotor, if necessary after a short start-up, overcomes the tipping point for synchronous running and drives the connected load via the clutch can The construction according to the invention with a first coupling part on the freely rotatable rotor and a second coupling part directly adjacent to it and coupled to the drive shaft results in a very compact and simple construction of the arrangement. Depending on the rest position of the second 'coupling part 25 and the drive shaft 27, the first coupling part 24 first strikes the second coupling part 25 and displaces it to such an extent that a free vibration range is available for starting the motor.
Bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Anordnung bei einer Flüssigkeitspumpe, beispielsweise bei der Laugenpumpe einer Waschmaschhine, kann eine notwendige Dichtung zwischen Motor und Pumpe auf dem dickeren Wellenabschnitt 29 zwischen dem zweiten Kupplungsteil 25 und dem Ende des Wellenabschnittes 29 vorgesehen werden. Selbst beim Festkleben einer derartigen Dichtung nach längerer Außerbetriebsetzung vermag der frei drehbare Rotor 15 eine festsitzende Dichtung zu lösen durch den ungehinderten Aufprall des ersten Kupplungsteils 24 auf das zweite Kupplungsteil 25, so daß Anlaufschwierigkeiten bekannter Anordnungen vermieden werden. In den Figuren 3 bis 5 sind zwei weitere Ausführungsformen der Erfindung dargestellt, welche zusätzlich jeweils eine Drehrichtungs-Sperrvorrichtung aufweisen, die nur in einer Drehrichtung des Rotors die Drehung der Antriebswelle freigibt, während die entgegengesetzte Drehrichtung der Antriebswelle blockiert wird zur Erzwingung eines Anlaufs des Motors in einer vorgegebenen Drehrichtung. Für übereinstimmende Teile sind in den Figuren 3 bis 5 gleiche Bezugszeichen wie in den Figuren 1 und 2 gewählt, auch wenn die einzelnen Teile konstruktiv anders gestaltet sind.When using the arrangement according to the invention in a liquid pump, for example in the drain pump of a washing machine, a necessary seal between the motor and pump can be provided on the thicker shaft section 29 between the second coupling part 25 and the end of the shaft section 29. Even when such a seal is stuck after a long shutdown, the freely rotatable rotor 15 can loosen a stuck seal due to the unimpeded impact of the first coupling part 24 on the second coupling part 25, so that start-up difficulties of known arrangements are avoided. FIGS. 3 to 5 show two further embodiments of the invention, each of which additionally has a direction of rotation blocking device which only releases the rotation of the drive shaft in one direction of rotation of the rotor, while blocking the opposite direction of rotation of the drive shaft in order to force the motor to start in a given direction of rotation. The same reference numerals as in FIGS. 1 and 2 are selected for matching parts in FIGS. 3 to 5, even if the individual parts are designed differently in terms of construction.
Die Anordnung gemäß Figur 3 zeigt einen Motor mit Stator 10 und Rotor 15, bei dem die Antriebswelle 27 einerseits in einem Rillen-Kugellager 32 und andererseits in einem Freilauflager 33 gelagert ist. Das Freilauflager ist als Hülsenfreilauf gestaltet und sitzt in einer Lagerschale 34, während das Kugellager 32 in einer Lagerschale 35 gehalten ist. Aus Figur 3 ist weiterhin ersichtlich, daß die Scheibe 26 mit dem zweiten Kupplungsteil 25 durch einen Splint 36 fest und verdrehsicher mit der Antriebswelle 27 verbunden ist.The arrangement according to FIG. 3 shows a motor with stator 10 and rotor 15, in which the drive shaft 27 is mounted on the one hand in a grooved ball bearing 32 and on the other hand in a freewheel bearing 33. The freewheel bearing is designed as a sleeve freewheel and is seated in a bearing shell 34, while the ball bearing 32 is held in a bearing shell 35. From Figure 3 it can also be seen that the disc 26 is connected to the second coupling part 25 by a split pin 36 fixed and secure against rotation with the drive shaft 27.
Aufbau und Wirkungsweise der Anordnung gemäß Figur 3 entsprechen grundsätzlich denjenigen der Figuren 1 und 2 mit dem Zusatz der Drehrichtungssperre durch das Freilauflager 33. Dieses bewirkt, daß die Welle 27 sich nur in einer Drehrichtung verdrehen kann, welche dann der Antriebsrichtung des Motors entspricht. Die entgegengesetzte Drehrichtung wird durch das blockierende Freilauflager 33 ausgeschlossen, so daß auch der Antrieb von Aggregaten mit vorgegebener Drehrichtung unter Nutzung der sonstigen Vorteile der Erfindung ohne großen Mehraufwand möglich ist. Die Figuren 4 und 5 zeigen eine weitere konstruktive Abwandlung des Synchronmotors mit Drehrichtungssperre entsprechend Figur 3, wobei wiederum die dort verwendeten Bezugszeichen übernommen worden sind. Die Anordnung gemäß den Figuren 4 und 5 hat jedoch eine andersartig gestaltete Drehrichtungs-Sperrvorrichtung mit einer Sperrklinke 38, welche schwenkbar an der Lagerschale 35 gehalten ist. Die Sperrklinke 38 gibt in einer Drehrichtung die Bewegung der Scheibe 26 und der Antriebswelle 27 frei, während sie in der entgegengesetzten Drehrichtung in die Verzahnung 39 eingreift und die Drehung der Scheibe 26 und der Antriebswelle 27 verhindert. Hierdurch wird wiederum erreicht, daß der Rotor nur in einer Drehrichtung anlaufen kann, so daß drehrichtungsgebundene Aggregate anschließbar sind. Das Freilauflager 33 entsprechend der Anordnung in Figur 3 ist bei der Anordnung in den Figuren 4 und 5 durch ein normales Rillen-Kugellager 40 ersetzt. Die verwendeten Teile können handelsübliche Teile sein, insbesondere sind auch Freilauflager nach Art des Lagers 33 im Handel erhältlich und können je nach Größe und Belastung des Motors ausgewählt werden. The structure and mode of operation of the arrangement according to FIG. 3 basically correspond to those of FIGS. 1 and 2 with the addition of the direction of rotation lock by the freewheel bearing 33. This has the effect that the shaft 27 can only rotate in one direction of rotation, which then corresponds to the drive direction of the motor. The opposite direction of rotation is excluded by the blocking freewheel bearing 33, so that the drive of units with a predetermined direction of rotation using the other advantages of the invention is possible without great additional effort. FIGS. 4 and 5 show a further structural modification of the synchronous motor with a direction of rotation lock corresponding to FIG. 3, the reference symbols used there again having been adopted. The arrangement according to FIGS. 4 and 5, however, has a differently designed direction of rotation locking device with a pawl 38 which is pivotably held on the bearing shell 35. The pawl 38 releases the movement of the disk 26 and the drive shaft 27 in one direction of rotation, while it engages in the toothing 39 in the opposite direction of rotation and prevents the rotation of the disk 26 and the drive shaft 27. This in turn ensures that the rotor can only start up in one direction of rotation, so that units bound by the direction of rotation can be connected. The freewheel bearing 33 corresponding to the arrangement in FIG. 3 is replaced by a normal grooved ball bearing 40 in the arrangement in FIGS. 4 and 5. The parts used can be commercially available parts, in particular freewheel bearings of the type of bearing 33 are commercially available and can be selected depending on the size and load of the motor.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Anordnung zum Starten eines Synchronmotors, dessen permanentmagnetisch erregter Rotor über eine Antriebswelle und über eine Kupplung mit Verdrehspiel mit einer Last, insbesondere mit einer Flüssigkeitspumpe, koppelbar ist, und dessen Stator durch ein elektrisches Wechselfeld erregt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (15) zur Erzeugung eines Einschwingvorganges auf der Antriebswelle (27) verdrehbar gelagert und mit einem ersten Kupplungsteil (24) versehen ist, welches nach Durchlaufen des Verdrehspieles an einem zweiten, mit der Antriebswelle (27) verbundenen Kupplungsteil (25) angreift.1. Arrangement for starting a synchronous motor, the permanent magnet excited rotor can be coupled via a drive shaft and a coupling with backlash with a load, in particular with a liquid pump, and the stator is excited by an alternating electrical field, characterized in that the rotor ( 15) for generating a transient action on the drive shaft (27) rotatably and is provided with a first coupling part (24) which, after passing through the backlash, engages a second coupling part (25) connected to the drive shaft (27).
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung ( 24, 25) im Motor (10, 15) integriert ist.2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the coupling (24, 25) in the motor (10, 15) is integrated.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsteile ( 24, 25) in beiden Drehrichtungen des Rotors (15) mit Spiel in Eingriff bringbar sind. 3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the coupling parts (24, 25) in both directions of rotation of the rotor (15) can be brought into play.
4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kupplungsteile (24, 25) nach im wesentlichen lastfreiem Durchlaufen des Verdrehspiels eine starre Kupplung bilden.4. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the two coupling parts (24, 25) form a rigid coupling after substantially no load passing through the backlash.
5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Kupplungsteil ( 24) am Rotor (15) einen axial vorspringenden Zapfen aufweist.5. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the first coupling part (24) on the rotor (15) has an axially projecting pin.
6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Kupplungsteil (25) von einem starr mit der Antriebswelle (27, 29) verbunden Anschlag gebildet ist.6. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the second coupling part (25) is formed by a stop rigidly connected to the drive shaft (27, 29).
7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Kupplungsteil (25) als kreissektorförmiger Anschlag auf einer mit der Antriebswelle (27 , 29) verbundenen Scheibe (26) ausgebildet ist.7. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the second coupling part (25) is designed as a sector shaped stop on a disk (26) connected to the drive shaft (27, 29).
8. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem zweiten Kupplungsteil (25) und/oder an der Antriebswelle (27) eine Drehrichtungs-Sperrvorrichtung (33, 38) vorgesehen ist, welche in einer Drehrichtung des Rotors (15) die Drehung der Antriebswelle (27) freigibt, während die entgegengesetzte Drehrichtung der Antriebswelle (27) blockiert wird zur Erzwingung eines Anlaufs des Motors in einer angegebenen Drehrichtung. 8. Arrangement according to claim 1, characterized in that on the second coupling part (25) and / or on the drive shaft (27) a direction of rotation locking device (33, 38) is provided, which in a direction of rotation of the rotor (15), the rotation the drive shaft (27) releases, while the opposite direction of rotation of the drive shaft (27) is blocked to force a start of the motor in a specified direction of rotation.
9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehrichtungs-Sperrvorrichtung von einem Freilauflager (33) gebildet wird, welches die Drehung der Antriebswelle (27) in einer Drehrichtung blockiert.9. Arrangement according to claim 8, characterized in that the direction of rotation locking device is formed by a freewheel bearing (33) which blocks the rotation of the drive shaft (27) in one direction of rotation.
10. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehrichtungs-Sperrvorrichtung von einer Sperrklinkenvorrichtung (38, 39) gebildet wird, welche an dem fest auf der Antriebswelle (27) sitzenden zweiten Kupplungsteil (25) angreift. 10. The arrangement according to claim 8, characterized in that the direction of rotation locking device is formed by a pawl device (38, 39) which engages the second coupling part (25) seated firmly on the drive shaft (27).
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