DE1923586A1 - Kleinsynchronmotor - Google Patents

Description

Dipl.-Ing. R. H. BAHR

Dipl-Phys. E. BETZLER D.pl.-ing. VV. HERHMANN-TReNTEPOHL

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8000 München^ El»„ch.r 8|,_ββ. „

07. Mai 1369

Saia AG, ' Murten (Schweiz)

Kleinsynchronmotor

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kleinsynchronmotor mit Dauermagnet-Läufer und käfigartigem, ringförmig geschlossenem Stator, der eine Spule uiaschliesst und an der Innenseite Gruppen von Hauptpolen und von mittels Kurzschlusscheiben belasteten Hilfspolen aufweist. Solche Kleinsynchronmo"coren, die dank des durch die Gruppen von Hauptpolen und Hilfspolen erzeugten Drehfeldes ohne mechanisches Gesperre in einer bestimmten Drehrichtung selbst anlaufen, sind bekannt.

Bei besonders kleinen Synchron-Motoren bietet es Schwierigkeiten, den totalen Fluss in den Hilfspolen in der richtigen Grosse und richtigen zeitlichen Verschiebung gegenüber dem Tluss ir. den Hauptpolen zu erzeugen. Zur Erzielung eines kräftigen, richtungsbestimmten Anlaufdrehmomentes muss nämlich das Drehfeld derart ausge-

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bildet werden, dass die vektorielle Aufzeichnung über einen V7inkel von 360° möglichst einem Kreis entspricht, üra dieses Ziel zu erreichen, nuss die geometrische Verschiebung der Kiifspole zu den Hauptpolen in einem bestirnten Verhältnis zur Flussverschiebung in den Hilfspolen sein. Zudem geht; aus der Theorie hervor, dass die Flussverschiebung in den Hilfspolen möglichst gross sein muss, was entscheidend von der Ausbildung der Kurzschlussringe abhängig ist, in der Weise, dass durch grosse Leiterquerschnitte möglichst kräftige Kurzschlusströme erzeugt v/erden.

Durch die geometrische Verschiebung der Hilfspolgruppen gegenüber den Hauptpolgruppen (im aligemeinen ca. 135 elektr.) entsteht einseitig zwischen benachbarten Polen einer Hauptpolgruppe und einer Hilxspolgruppe ein verhäl^nismässig geringer Abstand, so dass der Querschnitt der Kurzschiusscheiben zwischen diesen benachbarten Polen nur noch gering ausfällt.

Da ferner bei bekannten Synchronmotoren dieser Art je zwei über Kreuz angeordnete Gruppen von Haupt- und Kiifspoien vorhanden sind, entstehen solche, verhältnismässig enge Lücken zwischen benachbarten Haupt- und Hilfpolen an zwei Steilen. Um zwischen den Gruppen von Haupt- und Hilfspolen genügend Raura für eine Xurzschlusscheibe zu schaffen, ist es ebenfalls bereits bekannt, je den der benachbarten Hilfspolgruppe näher liegenden äussersten Hauptpol einfach wegzulassen, das heisst, eine kleinere Zahl von Hauptpolen als Hilfspole vorzusehen. 2»Ian sah in dieser Massnahme den weiteren Vorteil, dass der Hauptpolfiuss etwa gleich dem Eiifspolfluss gemacht werden kann.

Gemäss vorliegender Erfindung wird nun eine wesentliche Verbesserung der Verhältnisse dadurch erzielt, dass nur je eine Gruppe

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von Hauptpolen und Hilfspolen vorgesehen ist, welche Gruppen sich je annähernd über die Hälfte des Statorunifangs erstrecken. Die Zahl der zwischen Hauptpol- und Hilfspolgruppen erforderlichen Lücken in welchen genügende Kurzschlusscheibenquerschnitte untergebracht werden können, reduziert sich damit auf zwei, sodass gesamthaft gesehen,die Zahl der Pole erhöht werden kann, womit in allen Fällen der gesamte Haupt- und Kilfspolfluss und damit die erzielbaren Drehmomente erhöht v/erden können. Vorzugsweise können die Kurzschlusscheiben je einen alle Eilfspole aufnehmenden, etwa halbkreisförmigen Schlitz aufweisen, wodurch eine besonders wirksame Verkettung zwischen den Kurzschlusscheiben und dein Hilfspolfluss erzielt wird.

Die Anordnung der Hilfs- und Hauptpole in zwei gegenüberlie-

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gende Polgruppen erlaubt zudem noch, auf einfache Weise das Verhältnis zwischen Hilfspolfluss und Hauptpolfluss optimal einzustellen, indem der Rotor in der Weise exzentrisch zum Statorpolkreis gelagert wird, dass der mittlere Luftspalt Rotor - Hilfspole kleiner wird als derjenige Rotor - Hauptpole.

Es ist zwar bekannt (deutsche Patentschrift 826 767), bei einer Synchronmaschine mit Weicheiseniäufer und getrennten, entgegengese'tzt vormagnetisieren Statorteilen, jeden Statorteil ausschliesslich mit Haupt- oder Hilfspolen zu versehen. Da bei diesem bekannten Motor zwischen den einzelnen Statiorteilen ohnehin ein gewisser Abstand zur Vermeidung eines magnetischen Nebenschlusses erforderlich ist, bietet dort das Unterbringen genügender Kurzschlusscheibenquerschnitte keine Probleme, sodass weder die Aufgabestellung noch die Lösung gemäss der Erfindung vorlag.

Im folgenden ist die Erfindung anhand einiger in der Zeich- '

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nung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Axialschnitt durch die erste Ausführungsform,

Fig. 2 und 3 zeigen die Statorteile der ersten Ausführungsform,

Fig. 4 zeigt einen Axialschnitt durch die zweite Ausführungs-' form,

Fig, 5 zeigt eine Ansicht des einen Statorteils der Ausführung gemäss Fig.4,

Fig. 6 zeigt einen Teilaxialschnitt einer dritten Ausführungsform und

Fig. 7 zeigt eine Teilansicht des Stators der Ausführung nach Fig. 6.

Der in Fig. 1 dargestellte Synchronmotor weist einen scharenartigen Gehäuseteil 1 und einen deckelartigen Gehäuseteil 2 aus

Weicheisen auf. Die Teile 1 und 2 sind zu einem geschlossenen Gehäuse vernietet. Wie die Fig. 2 und 3 zeigen, sind aus den Gehäuseteilen 1 und 2 Statorpole ausgeklinkt und in axiale Lage gebogen. Der Statorteil 1 weist eine Gruppe von fünf Hauptpolen 3 und fünf Hilfspolen 3a und fünf Hilfspolen 4a auf. Ausserhalb der Statorpole ist eine ringförmige Spule 5 angeordnet. Die Hilfspole 4 bzv/. 4a treten durch einen etwa halbkreisförmigen Schlitz 6 je einer Kurzschlusscheibe 7 aus Kupfer durch. Diese Kurzschlusscheiben v/eisen innerhalb des Schlitzes eine die Motorwelle aufnehmende Oeffnung 8,· bzw. zwei die Motorwelle umschliessende Rückocnlusstege 9, bzw. 10 auf. Durch diese verhältnissmässig kurzen parallel geschalteten Rückschlusstege 9 und 10 wird der elektrische Gesamtwiderstand des Kurzschlussleiters erheblich herabgesetzt.

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Mit Oeffnungen des Gehäuseteile 1 und 2 sind Lager 11 vernietet, in welchen die Motorwelle 12 gelagert ist. Auf der Welle 12 sitzt eine Nabe 13, welche die beiden gezahnten Polbleche 14 und 15, und zwischen denselben gehalten, den axialmagnetisierten Permanentmagneten 16 des Läufers trägt. Die Nabe 13, die aus einem zylindrischen Rohr hergestellt wird, das mit Schiebesitz auf die Welle 12 aufgeschoben werden kann und auf das die Polbleche 14 und 15 ebenfalls mit Schiebesitz aufgeschoben werden können, wird nachträglich durch Axialdruck gestaucht, sodass Stauchstellen 17 und 18 entstehen, durch welche die Polbleche 14 und 15 auf der Nabe 13 und die Nabe 13 auf der Welle 12 befestigt werden. Wie bereits erwähnt, besteht das Hauptziel der Erfindung darin, zum Anbringen möglichst vieler Statorpole, sowie zur Erzeugung eines möglichst intensiven Hilfspolflusses nur je eine einzige geschlossene Gruppe von Hauptpolen und Hilfspblen vorzusehen. Diese Anordnung ist aus den Fig. 2 und 3 ohne weiteres ersichtlich, das heisst die Hauptpole 3 und 3a der beiden Statorteile 1 und 2 bilden im zusammengebauten Zustand des Motors eine geschlossene Gruppe von ineinandergreifenden, abwechslungsweise entgegengesetzt polarisierten Haupt- / polen, während die 'ineinandergreifenden Hilfspole 4 und 4a ebenfalls eine geschlossene Gruppe bilden. Jede Gruppe ertreckt sich über ungefähr die Hälfte des Umfangs. Die zum Unterbringen genügenden Kupferquerschnitts zwischen den äussersten Polen jeder Gruppe, besonders auf der einen Seite erforderlichen grösseren Polabstände treten nur an zwei Stellen auf, sodass der verfügbare Raum gesarathaft so vorteilhaft als möglich ausgenutzt ist. Dazu kommt die besonders hohe Wirksamkeit der Kurzschlusscheiben, indem infolge der fortlaufenden Schlitze 6 derselben der gesamte Hilfspolfluss mit

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dem gesamten Stromfluss in den Kurzschlusscheiben verkettet ist. Die Konzentration der Hilfspole auf eine Motorhälfte ergibt verglichen mit der erzielten Wirkung verhältnismässig kleine Abmessungen der Kurzschlusscheiben verglichen mit den Kurzschiusscheiben bekannter Motoren, welche je zwei diametral gegenüberliegende . Polgruppen umfassen müssen.

Bei bekannten Motoren mit je zv/ei diametral gegenüberliegenden Gruppen von Haupt- und Hilfspolen wäre jede exzentrische Anordnung des Rotors v/irkungslos, das heisst, es wäre nicht möglich, durch eine solche Anordnung das Verhältnis zwischen Haupt- und Hilfsfluss zu beeinflussen. Es liegt daher ein besonderer Vorteil vorliegender Erfindung darin, dass eine optimale Beeinflussung bzw. Einstellung des Flussverhältnisses, durch passende exzentrische Versetzung des Rotors gegen die Hilfspole hin möglich ist. unter sonst gleichen Voraussetzungen, das heisst, gleicher totaler Polfläche und gleichem mittleren Luftspalt zwischen Statorpolen und Läufer ist der Hilfspolfluss schwächer. Durch Versetzung des Läufers gegen die Hilfspolgruppe hin kann jedoch der totale magnetische Widerstand auf diese Seite reduziert und zugleich auf der Seite der Hauptpolgruppe erhöht v/erden, wodurch eine einfache Einstellung des Verhältnisses zwischen Hilfsfluss und Hauptfluss auf einen beliebigen optimalen Wert, zum Beispiel den Wert 1:1 möglich ist. Alle Hilfs- und Hauptpole können dabei auf einer gemeinsamen Zylinderfläche liegen, was einen einfache Herstellung ermöglicht. Da für einen bestimmten Motortyp immer dieselbe Exzentrizität erforderlich ist, können die Montagelöcher fürdie Lager mit exzentrischer Lagerbohrung eingesetzt werden. Im zweiten Falle sind auch Orientierungsmittel vorzusehen, die die Einbaulage der Lager fest-

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legen.

Bei exzentrischer Anordnung des Läufers können gleiche Zah·- len von Haupt- und Hilfspolen vorgesehen werden. Wie in Fig. 2 und 3 in punktierten Linien angedeutete ist, ist es aber auch möglich je einen zusätzlichen Hilfspol 4c bzw. 4d anzubringen. Auch in diesem Falle verbleibt zwischen diesen zusätzlichen Hilfspolen und den benachbarten äussersten Hauptpolen 3 bzw. 3a noch eine genügende Lücke zur Unterbringung eines grosses Kupferquerschnitts.

In den Fig. 4 und 5, die eine weitere Ausführungsform darstellen, sind entsprechende Teile gleich bezeichnet wie in Fig. 1. Der wesentliche Unterschied dieser Ausführüngsform gegenüber der- f jenigen nach Fig. 1 bis 3 besteht darin, dass die Kurzschlusscheiben 7 durchsetzende Axialteile 20 der Hilfspole 4 bzw. 4a radial nach innen "versetzt sind, derart, dass die Kurzschlusscheiben 7 radial und axial ganz innerhalb der Spule 5 angeordnet werden kön^J nen. Die Hilfspole sind Z-förmig ausgebildet und weisen abgesehen vom axialen Teil 20 einen an der Innenseite der Kurzschlussscheiben 7 radial nach aussen verlaufenden Teil 21 und einen äusseren axialen Endteil 22 auf.

Diese Ausführung hat den Vorteil, dass, wie erwähnt, die Kurzschlusscheiben 7 radial und axial innerhalb der Spule 5 angeordnet sein können, das heisst für die Spule steht wesentlich mehr Raum zur Verfügung als bei der Ausführung gemäss Fig. 1. Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht darin, dass auch zwischen den radialen Teilen 21 der Hilfspole und dem Läufer eine gewisse zusätzliche Flussverkettung stattfindet. Mit anderen Worten führt diese Massnahme zu der an sich sehr erwünschten Vergrösserung der wirksamen Oberfläche der Hilfspole gegenüber derjenigen der Ha

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pole, die gemäss Fig. 1-3

ausgeführt sind. Es 1st also bei der Ausführung gemäss Fig. 4 und 5 durchaus möglich bei gleicher Zahl von Haupt- und Hilfspolen praktisch gleichen Haupt- und Hilfspolfluss zu erzielen. Um den magnetischen Widerstand in den Z-formigen Hilfspolen möglichst gering zu halten, kann der im Schlitz 6 der Kurzschlusscheibe 7 liegende Teil 20 des Hilfspols in Umfangsrichtung breiter ausgeführt werden als die Teile 21 und 22 des Hilfspols.

In gewissen Fällen kann es zu erheblichen Schwierigkeiten führen, wenn das gesamte Material für die Z-förirtigen Hilfspole nach Fig· 4 und 5 aus dem Material der Statorteile ausgestanzt und geformt werden muss. Diese Schwierigkeiten können umgangen werden, wenn gemäss Fig. 6 und 7, zwei Kränze von Hilfspolen 20, 22, vorgesehen werden, die durch Stege 23 miteinander verbunden und mit dem Statorteil 1 bzw. 2 vernietet sind. Der Steg 23 soll möglichst weit innen liegen und könnte gegebenenfalls auch in den Schlitz 6 der Kurzschlusscheibe 7 verlegt werden.

Bei der Ausführung nach Fig. 1 bis 3, wo die Kurzschlusscheiben seitlich teilweise zwischen Spule und Stator liegen, können die Kurzschlusscheiben vorzugsweise uneben gestaltet, zum Beispiel in der Art von Blatt- oder Tellerfedern vorgebogen sein, derart, dass sie in eingebautem Zustand leicht elastisch verformt sind und dadurch sich selbst und die Spule in axialer Richtung durch Klemmung fixieren.

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Claims (11)

1. Patentansprüche:

   (I))Kleinsynchronmotor mit Dauermagnet-Läufer und käfigartigem, ringförmig geschlossenem Stator, der eine Spule umschliesst und an der Innenseite Gruppen von Hauptpolen und von mittels Kurzschlusscheiben belasteten Hilfspolen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass nur je eine Gruppe von Hauptpolen (3, 3a) und Hilfspolen (4, 4a) vorgesehen ist, welche Gruppen sich über je annähernd die Hälfte des Statorumfanges erstrecken.
2. 2) Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Haupt-(3, 3a) und Hilfspole (4, 4a) auf einer gemeinsamen zylindrischen Fläche angeordnet sind und dass der Läufer (15, 16) exzentrisch gegen die Hilfspolgruppe (4, 4a) hin versetzt ist, wobei das Verhältnis zwischen Hauptfluss und Hilfsfluss durch Wahl der Exzentrizität und somit des Verhältnisses zwischen der mittleren Luftspaltweite zwischen Hauptpolen und Läufer bzw. zwischen Hilfspolen und Läufer optimal eingestellt ist.
3. 3) Motor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator koaxial zum Kranz von Polen angeordnete Montagelöcher für die Lager aufweist, in welche Lager mit exzentrisch zu ihrer äusse- ren Montagefläche liegenden Lagerbohrungen eingesetzt sind.
4. 4) Motor nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass alle Hilfspole (4 bzw«4a) je einer Polung in einem etwa halbkreisförmigen Schütz (β) einer ihnen gemeinsamen Kurzschlussscheibe (7) angeordnet sind.
5. 5) Motor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet^ dass r'is KursschLusscheihen (7) innerhalb der Gruppen von Hilfspolen (4,-la) einß JLs I-iOfcOiWslle (Ii) aufnehmend;.; üeri::-mq (8) ,- bzr.-i. -'/weL Ji^

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6. 6) Motor nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfspole (4, 4a) innerhalb der Kurzschlusscheiben (7) seitlich des Läufers (15, 16) radial nach aussen und zwischen Läufer (15_r 16) und Spule (5) axial verlaufende Teile (21 bzw.22) aufweisen.
7. 7) Motor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass auch die die Gruppe von Hilfspolen (4, 4a) aufnehmenden Teile der Kurzschlusscheiben (7) axial und radial innerhalb der Spule (5) liegen.
8. 8) Motor nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfspole (4, 4a) aus dem Statorblech (1, 2) ausgeklinkt und Z-förmig gebogen sind.
9. 9) Motor nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Hilfspolkränze als längs eines Steges (23) zusammenhängende Stanzteile ausgebildet und mit den Statorseiten Xl, 2) vernietet sind.
10. 10) Motor nach einem der. Ansprüche 1-9, wobei zwei einen ringförmigen Dauermagneten einschliessende Polbleche des Läufers auf einer Nabe sitzen, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabenenden

    auf der Nabe (13) und die Nabe auf der Motorwelle (12) befestigt I

    sind.
11. 11) Motor nach einem der Ansprüche 1 - 10, dadurch gekenn" zeichnet, dass die Kurzschlusscheiben {?) uneben gestaltet, sum Beispiel vorgebogen sind, wodurch sie in dar Art von Blatt- oder Tellarfedern die Spule (5) und die Kurzschlusscheiben (7) in axia-Isr Richtung durch Klemmung gegenüber dem Stator (1, 2) fixieren.

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