DE69811205T2

DE69811205T2 - Mehrphasenmotor, insbesondere zum antrieb eines zeigers einer anzeige

Info

Publication number: DE69811205T2
Application number: DE69811205T
Authority: DE
Inventors: Daniel Prudham
Original assignee: MMT SA
Current assignee: MMT SA
Priority date: 1996-10-21
Filing date: 1998-04-07
Publication date: 2003-11-27
Anticipated expiration: 2018-04-08
Also published as: FR2754953B1; EP0949747A1; ES2191911T3; DE69811205D1; FR2754953A1; JPH10215560A; JP4129309B2; EP0949747B1; US5880551A

Description

Die Erfindung betrifft einen Dreiphasenwechselstrommotor, besonders zum Antrieb eines Zeigers einer Anzeige.
Solche Motoren sind beispielsweise beschrieben im europäischen Patent EP 587 685 der Anmelderin. Ziel der Erfindung ist es, solche Motoren so zu verbessern, daß das Moment erhöht wird und auf das Schließstück für den Fluß verzichtet wird, ohne den Vorteil der einfachen Herstellung und die Möglichkeiten der Integration zugehörige Mechanismen, wie Untersetzungen zu verlieren.
Im Stand der Technik sind Dreiphasenwechselstrommotoren mit einem Rotor mit 4 oder 5 Polpaaren und einem Statorteil mit jeweils 12 oder 15 Magnetpolen bekannt. Beispielsweise beschreibt das französische Patent FR 220 01 575 einen Motor mit 4 Polpaaren, einem Stator mit 12 Magnetpolen und 6 elektrischen Spulen. Diese Motoren weisen den Nachteil eines zu hohen Moments ohne Strom auf und eignen sich daher nicht für bestimmte Anwendungen.
Eine Methode zur Verringerung der Momente ohne Strom durch Neigung der Pole des Rotors oder Stators wird im Stand der Technik angewendet, erfordert jedoch ein teures Herstellungsverfahren mit dem Nachteil, daß es fallweise angepaßt werden muß.
Ein anderes Verfahren zur Kompensation der harmonischen Zwischenphasen oder innerhalb ein und dergleichen Phase ist im Patent FR 2 742 940 beschrieben, betrifft jedoch nur Zweiphasen-Motoren mit 8 Statorpolen und 3 oder 5 Polpaaren am Rotor. Dieses Verfahren ist nur für die Harmonischen der Stufe 2 und 4 anwendbar und daher nicht anwendbar für Dreiphasen-Motoren, welche ein Moment ohne Strom aufweisen, das hauptsächlich aus einer 6. Harmonischen besteht.
Ein Ziel der Erfindung ist es, eine Lösung vorzuschlagen, welche die Verringerung des Moments ohne Strom von Dreiphasen-Wechselstrommotoren ohne irgendwelche zusätzlichen Kosten ermöglicht.
Zu diesem Zweck betrifft die Erfindung einen Dreiphasen-Wechselstrommotor nach Anspruch 1.
Ein solcher Motor entspricht den Zielen der Erfindung durch eine höhere Anzahl von aktiven Zähnen (9 statt 4) und durch eine Verringerung der Luftstrecken der Feldlinien. Die W-Form des Statorkreises sorgt für den Schluß der Feldlinien zwischen dem Mittelpol, welcher die Spule auf nimmt, und den zwei nebeneinander liegenden Polen.
In einer bevorzugten Ausführungsform betrifft die Erfindung einen Motor mit geringen Kosten des Zusammenbaus und sehr geringer Dicke. Der Stator weist drei W-förmige Stromkreise auf, deren Mittelschenkel in einem Winkel von 120º gespreizt sind und elektrische Spulen tragen, welche durch um 120º phasenversetzte Signale gespeist sind.
Die Schrittmotoren nach dem Stand der Technik weisen im übrigen eine ruckartige Verschiebung auf, da ein magnetisierter Pol des Rotors eine privilegierte Gleichgewichtsstellung findet, wenn er sich gegenüber einem Statorzahn befindet oder wenn ein Übergang zwischen zwei Magnetpolen sich gegenüber einem Statorzahn befindet. Das Entspannungsmoment bildet dadurch eine periodische Funktion der Winkelposition, deren Frequenz von der Zahl der Magnetpole und der Zahl der Statorpole abhängt. Man hat im Stand der Technik versucht, diese Funktion zu "glätten" indem man die Anzahl der Pole erhöht. Das führt jedoch zu einer größeren mechanischen Komplexität und hohen Kosten der Herstellung und des Zusammenbaus.
Ein zweites Ziel der, vorliegenden Erfindung ist es, diesen Nachteil zu beheben, indem eine Konstruktion vorgeschlagen wird, die mit einer vernünftigen Anzahl von Magnetpolen und Statorpolen eine merkliche Begrenzung des Entspannungsmoments erreicht.
Zu diesem Zweck betrifft die Erfindung eine Ausführungsform, welche drei W-förmige Stromkreise aufweist, die so einen Stator mit 9 Polen bilden. Die Mittelschenkel der W- förmigen Kreise sind radial ausgerichtet und bilden miteinander Winkel von 120º. Sie tragen elektrische Spulen, die durch drei Signale vom Typ sin ρ, sin ρ+120º, sin ρ-120º gespeist sind.
Diese Struktur ermöglicht es, daß ein Entspannungsmoment durch Annullierung der 2., 4. und 6. Harmonischen der Funktion (Entspannungsmoment, Winkelstellung) wesentlich zu verringern. Der erfindungsgemäße Motor weist so eine nicht ruckweise Verschiebung auf, obgleich die Zahl der Magnetpole oder Statorpole verringert ist.
Vorteilhafterweise besteht der Stator aus einem einzigen Stück, das ausgeschnitten ist, so daß es zwei Paare von W-förmigen Stromkreisen aufweist, die diametral entgegengesetzt sind und deren Polenden gleiche Winkelalbstände voneinander haben.
Vorteilhafterweise erstrecken sich die Schenkel, welche die elektrischen Spulen aufnehmen, in einem ausgenommenen Mittelteil, dessen Abmessungen die Einführung einer elektrischen Spule in die Ebene der Schenkel und durch Translation den Einsatz um den entsprechenden Schenkel herum ermöglichen. Die Spulen können so getrennt nach billigeren Verfahren hergestellt werden als das Wickeln um einen komplexen Statorteil und anschließend auf die entsprechenden Schenkel aufgezogen werden.
Der Stator kann so nach einfachen und billigen Methoden hergestellt werden. Die Tatsache, daß er aus einem einzigen ausgeschnittenen Stück gebildet ist, vermeidet die Probleme des genauen Zusammenbaus und der Verstellung.
Die die elektrischen Spulen tragenden Schenkel erstrecken sich vorzugsweise radial. Gemäß einer besonderen Ausführungsform besteht der Stator aus einem Stapel dünner Bleche. Diese Ausführungsform ermöglicht die Anwendung billiger Bearbeitungsmethoden für das Ausschneiden des Stators und die Verbesserung der magnetischen Leistungen des Stators.
Vorzugsweise liegt das Vorderende der Polausweitung in der Ebene der inneren Vorderseite der Spule.
Gemäß einer besonderen abgewandelten Ausführungsform wird der Rotor durch einen Magnet gebildet, der in einer Richtung senkrecht zu der Statorebene magnetisiert und zwischen zwei Rastenscheiben angeordnet ist, welche versetzte Zähne aufweisen.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform weist der Mehrphasen-Motor ein Hilfsstück zum Schließen des Flusses aus einem weichen Material koaxial zum Rotor auf.
Gemäß einer ersten Ausführungsform ist das Stück zum Schließen des Magnetflusses ein ringförmiges Zylinderstück. Dieser Ring kann bezüglich des Rotors feststehend oder mit dem Magneten fest verbunden sein.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform ist das Stück zum Schließen des Magnetflußes ein ringförmiges Zylinderstück mit Rillen, die Zähne bilden, die gegenüber den Statorzähnen angeordnet werden.
Die Erfindung wird erläutert durch die folgende Beschreibung, welche sich auf die beigefügten Zeichnungen bezieht, worin.
- die Fig. 1 und 2 jeweils Ansichten von oben und im Querschnitt eines erfindungsgemäßen Motors zeigen;
- Fig. 3, eine Ansicht im Querschnitt eines Rotors für den erfindungsgemäßen Motor zeigt.
Die Fig. 1 und 2 zeigen jeweils Anzeichen von oben und im Querschnitt eines erfindungsgemäßen Motors. Der Motor weist einen Stator (1) und einen Rotor (2) auf. Der Stator (1) ist hergestellt durch Ausschneiden aus einem Metallblech mit einer Dicke von 2 mm oder durch Stapeln mehrerer Metallbleche aus magnetisch weichem Material. Der Stator weist drei W- förmige Stromkreise (3, 4 und 4') auf, die jeder einen Mittelschenkel (5, 6) und zwei Seitenschenkel (7, 8 und 9, 10) aufweisen. Die Mittelschenkel (5, 6) enden jeder in einer Polausweitung (11 bzw. 12). Die Seitenschenkel weisen ebenfalls Polausweitungen auf (14 bis 17). Der Stator (1) weist im übrigen Bohrungen (18, 19) für den Durchtritt des Elements zur Befestigung an einem Träger, beispielsweise von Schrauben oder Nieten auf.
Die Mittelschenkel (5, 6 und 6') nehmen jeweils elektrische Spulen (20, 21 und 21') auf. Diese drei Schenkel (5, 6 und 6') sind radial ausgerichtet. Die Spulen werden mit phasenversetzten elektrischen Signalen gespeist, beispielsweise einem Signal Usin (ρt), einem Signal Usin (ρt+120º) und einem Signal Usin' (ρt-120º).
Der Rotor (2) wird gebildet von einem Zylinderstück (25), das radial magnetisiert ist, um an der Außenfläche (26) abwechselnd Südpole (S) und Nordpole (N) aufzuweisen. Der magnetisierte Teil kann gebildet werden durch Zusammensetzen von 10 dünnen Magneten in Form von (Mönch-) Ziegeln, die auf einen zylindrischen Kern geklebt sind, oder durch Magnetisierung von Rohrsektoren.
Eine andere Lösung besteht noch darin, ein Zylinderstück oberflächlich bogenförmig zu magnetisieren, so daß zwei entgegengesetzte Pole durch nebeneinander liegende Umfangsflächen gebildet werden, verbunden durch eine kreisbogenförmige Zone, welche in das Innere des Zylinderelements eindringt.
Der Rotor (2) wird in bekannter Weise von Zapfen (26, 27) getragen, die in Fig. 2 sichtbar sind.
Die Mittelschenkel (5, 6 und 6') der zwei entgegengesetzten Phasen, welche die elektrischen Spulen (20, 21 und 21') tragen, sind so ausgerichtet, daß wenn ein Magnetpol (30) gegenüber einer der Polausweitungen (12) liegt, die andere Polausweitung (42) sich gegenüber einem Übergang (31) befindet.
Der Rotor (2) weist ein Ring (32) mit Rasten auf, der geeignet ist, ein Rädergetriebe (33 bis 35) anzutreiben. Dieses Rädergetriebe überträgt die Drehbewegung auf eine Ausgangswelle (36).
Der Stator (1) sitzt im beschriebenen Beispiel in einem von zwei komplementären Schalen (37, 38) gebildeten Gehäuse, welche im übrigen die Achsen des Rädergetriebes (32 bis 35) halten.
Der Mittelteil (45) des Stators (1) ist ausgehöhlt. Die Einführung der elektrischen Spulen (20, 21 und 21') erfolgt durch eine erste Verschiebung, gemäß einer Richtung senkrecht zur Ebene des Stators entsprechend der Ebene der Fig. 3 und dann durch radiale Verschiebung um die Spule um den einen der Mittelschenkel (5, 6 und 6') herum gleiten zu lassen. Dieser Arbeitsgang wird selbstverständlich durchgeführt, bevor der Rotor (2) eingesetzt wird. Die Spule kann auf einem Kern (46, 47 und 47') gebildet sein, dessen Querschnitt komplementär zu dem der Schenkel (5, 6 und 6') ist und der eine Vorderseite (48, 49) aufweist, die bündig mit dem Ende der Polausweitung (11, 12 und 42, 49) des entsprechenden Schenkels (5, 6) ist.
Fig. 3 zeigt eine Ansicht im Querschnitt einer anderen Variante des Rotors. Der Rotor weist einen Ring (99) aus einem magnetisch weichen Material mit zehn Zonen (100 bis 109) auf, die bogenförmig magnetisiert sind, so daß an der Oberfläche des Ringes (99) abwechselnde Pole liegen.

Claims

1. Dreiphasenwechselstrommotor, bestehend aus einem Statorteil (1), der von elektrischen Spulen und von einem magnetisierten Rotor (2) erregt wird, wobei der Rotor (2) N Polpaare aufweist, die radial in abwechselnder Richtung magnetisiert sind, wobei N gleich 4 oder 5 ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Statorteil (1) neun Magnetpole und drei W-förmige Stromkreise aufweist, welche die Schließung der Feldlinien zwischen dem Mittelpol und den beiden nebeneinander liegenden Polen eines W-förmigen Stromkreises gewährleisten und jeweils eine elektrische Spule (21) umfassen, welche den Mittelschenkel (11) umgibt, wobei die W-förmigen Stromkreise (3) derart angeordnet sind, daß ihre Mittelschenkel in einem Winkel von 120º gespreizt sind, und daß, wenn sich einer der Mittelschenkel einem magnetischen Übergang gegenüber befindet, die anderen Mittelschenkel sich im Wesentlichen einem Magnetpol gegenüber befinden, wobei die Polausweitungen der Mittelschenkel von zwei W-förmigen Stromkreisen (3) winkelig um einen elektrischen Winkel von 120º gespreizt sind.

2. Mehrphasenmotor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Spulen von um 120º phasenverschobenen Signalen gespeist werden.

3. Mehrphasenmotor gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator aus einem einzigen Stück besteht, das ausgeschnitten wird, um drei W-förmige Stromkreise aufzuweisen.

4. Mehrphasenmotor gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (1) einen ausgehöhlten Mittelteil aufweist, dessen Abmessungen die Einführung einer elektrischen Spule in die Ebene der Schenkel und durch Translation den Einsatz um den entsprechenden Schenkel herum ermöglichen.

5. Mehrphasenmotor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Schenkel, welche die elektrischen Spulen tragen, radial erstrecken.

6. Mehrphasenmotor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator aus einem Stapel dünner Bleche besteht.

7. Mehrphasenmotor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorderende der Polausweitung sich in der Ebene der inneren Vorderseite der Spule befindet.

8. Mehrphasenmotor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (2) durch einen Magnet gebildet wird, der in einer Richtung senkrecht zu der Statorebene (1) magnetisiert und zwischen zwei Rastenscheiben (81, 82), die versetzte Zähne aufweisen, angeordnet ist.

9. Mehrphasenmotor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (2) aus einem geschweift magnetisierten Ring (99) gebildet wird.

10. Mehrphasenmotor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor ein Hilfsstück zum Schließen des Flusses aufweist.

11. Mehrphasenmotor gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Stück zum Schließen des Magnetflusses ein ringförmiges Zylinderstück ist, das Rillen aufweist, die Zähne bilden, die gegenüber von Statorzähnen angeordnet werden.

12. Dreiphasenwechselstrommotor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (2) vier Polpaare aufweist.