DE1438631A1

DE1438631A1 - Synchroner Induktionsmotor

Info

Publication number: DE1438631A1
Application number: DE19621438631
Authority: DE
Inventors: Snowdon Arthur Earl
Original assignee: Superior Electric Co
Current assignee: Superior Electric Co
Priority date: 1962-04-20
Filing date: 1962-11-22
Publication date: 1969-03-20
Also published as: DE1438631B2; US3206623A; GB993878A; CH403065A

Description

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M'.; <·} C H E N - 22 -—-~—----—«-—-——.

22. November I962

The Superior Electric fiouipany, BRIiTOL (Connecticut, l.'-i ,'

synchroner Induktionsmotor.

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Iotor und insbesondere einen synchronen Induktionsmotor· lotoron dieser \rt h.ibon die charakteristische Eigenschaft, mit einer Geschwindigkeit su rotieren, die in einer festen Beziehung zur Frequenz des Krregerstromes steht, der entweder ein gewöhnlicher Wechselstrom oder ein pulsierender wechselstrom *^in kann. Eine weitere Eigenschaft ist, dass der Umdrehungssinn des Iotors leicht geändert werden kann durch Umkehrung der Polarität der (ürrvgung ; ferner kann der Motor praktisch momentan stillgesetzt werden, wobei er im Stillstand gebremst ist. Diese Motoren arbeiten in sehr befriedigender Weise ; ihre zunehwende Benutzung hat

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Bedürfnis fUr einen derartigen ifotor gedeckt, der ein j?r«ssares λu»gangsdrehmoment abgibt, wirtschaftlich hergestellt werden kann und doch die oben erwähnten Eigenschaften hat·

i£s ist demnach »in Zweck der vorliegenden Erfindung, oinon liliiktroRiotor vobi Typ der synchronen Induktionsmotore su schaffen, der obige charakteristisch« Eigenschaften hat, abtir gegenüber ähnlich dimensionierten Motoren eine grosser« Ausgangsleistung besitzt«

Bin weiterer Zweck d$r vorliegenden Erfindung 1st die Schaffung eines Motors des genannten Typs, der trotx einer starken Zunahme des Drehmomentes infolge einer Verbesserung des Vi rkungsgradü« int wesentlichen nur die gleiche lingangsleistutig aufnimmt wie ein bisheriger Motor von viel kleineren Drehmoment·

Kin zusätzlicher Zweck der Erfindung ist die Erreichung obiger Vorteile bei einem Elektromotor, der die gewünschten Charakteristiken beibehält, aber wirtschaftlich herstellbar ist und im Betrieb zuverlässig arbeitet.

Kin weiterer Zweck der Erfindung ist dl« Schaffung eines Elektromotors der «in« wesentlich« Anzahl von Teilen aufweist, die bisher bei kleineren Motoren gebraucht wurden, und doch die obigen Zwecke erfüllt·

Zur Ausführung der Erfindung wird «in Elektromotor vorgesehen, der ein Statoraggregat hat, das ein erstes Pole bildendos Glied und ein zweites Pole bildendes Glied ist, das dem ersten gleich ist, wobei beide Glieder in axialem

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Abstand voneinander, aber axial miteinander ausgerichtet, in eine» Gehäuse angeordnet sind. Die Pole bildenden Glieder werden durch ihnen zugeordnete wicklungen magnetisiert ; wobei geotss der Erfindung jede wicklung induktiv mit beiden Pole bildende« Gliedern gekoppelt ist. Mit den. stator arbeitet ein Rotoraggregat susaia&en, das eine drehbare Welle aufweist, auf der ein erster permanenter Magnet montiert ist, der an jedem Ende mit einer Endkappe versehen ist, so dass dar Magnet jede Endkappe mit einer anderen Polarität magnetisiert» Auf der gleichen tfelle ist ferner ein zweiter permanenter Magnet montiert, der ebenfalls mit Endkappen versehen ist· Die beiden Magnete und alle Endkappen sind untereinander gleich. Die Endkappen und die Pole bildenden Glieder sind axial ausgerichtet, sodass aufeinander passende Zähne an der Peripherie der Endkappen und an d*r inneren Peripherie der Pole bildenden Glieder magnetisch susamacnarbelten, um die Welle bei Wechsel der Erregung der Wicklungen au drehen·

Der Motor nach der Erfindung scheint bei oberflächlicher Betrachtung lediglich eine Vervielfachung des bekannten, kleineren Motors darzustellen, wobei dieser Motor einen Stator mit nur einem Pole bildenden Glied und einem Rotor mit nur einem Magneten und KUgehttrlgen ftndkappen aufweist ; der vorliegende Motor hat aber in ganz unerwarteter «feise einen viel besseren Wirkungsgrad als die bisher bekannten kleinen Motoren, denn «r erxeugt ein wesentlich

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höheres Drehmoment bzw. eine wesentlich grüssere Ausgangs* leistung, während er im wesentlichen nur den. gleichen Strom bzw. die gleiche Kingangsleistung benötigt.

Beispielsweise hat ein Motor nach der vorliegenden Erfindung ein Drehmoment von 400 or»»in « 28,8 kg.cn bei einem Strom von 0,6 Amp. und einer Spannung von 120 Volt,, während der von» gleichen Hersteller reit vielen identisch gleichen Teilen hergestellte kleinere Motor, der nur ein Drehmoment von 18 kg.cm liefert, ebenfalls 0,6 Amp. bei 120 V benötigt. Der Meter nach dar Erfindung braucht also im wesentlichen den gleichen Strora, bzw, die gleiche Eingangsleistung wie ein Motor mit einem Nenndrehmoment von 18 kg·cm, hat aber Überraschenderveise ein Nenndrehetoment von 28,8 kg,cm. Babel sind die erwünschten Eigenschaften des kleineren Motors nSmlich konstante bsw. frequenzpropertionale Geschwindigkeit, Reversibilität und praktisch momentane Stillsetzung beibehalten* Andere Merkmale und Vorteile werden aus der folgenden Beschreibung hervorgehen«

In der Zeichnung ist «in Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Ss ist :

Fig. 1 ein Axialschnitt durch einen Synchrone©tor, wobei Jedoch ein Ende desselben in Seitenansicht dargestellt 1st,

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Fig. 2 ein· itimanaicht dee Motor» «it einer Wegbrechung des Gehäuses,

Fig. 3 eine schemati«ehe Ansicht des Kotoraggrcgates, Fig. 4 eine Einzelheit, zur Darstellung einer Lage der Rotor- und Statorzähne, gomäss einer der Linien 4Λ oder 4O₉ die einander gleich sind, und
Fig· 5 ein Schema der elektrischen Verbindungen des

Motors·

In der Zeichnung ist der elektrische Motor nach der Erfindung als Ganze· «it 10 bezeichnet J er umfasst einen Stator 11 und einen Rotor 12. Sin Gehäuse 13 umfasst einen rlngfBrmigen Mantel 14, an dessen Ünden Abschlusshauben 15 und 16 angeschlossen sind« Die Abschlusshaube IS umfasst eine Isolierseheibe 17, auf welcher Klemmen 18 montiert sind· Die ζ*·! Abschlusshauben und der Mantel 14 werden durch Schraubenbolzen 20 zusammengehalten, diu nit Muttern 21 zusammenarbeiten·

Auf der Innenseite des ringförmigen Mantels 14 des Gehäuses 13 sind ein erstes, Pole bildendes Glied 22 und ein zweites, Pole bildendes Glied 23 befestigt· Beide Pole bildende Glieder 22 und 23 bestehen je aus einer Mehrzahl von einander gleichen Lamellen 24 aus magnetisierbarem Material, die durch Nieten 25 zu einem Paket zusammengehalten werden.

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I T \J fj V \J

Fig. 2 hat das Pole bildende Glied 22 eine ringförmige Gestalt, die eine Mehrzahl ro» sieh einwärts erstreckenden Polstücken 26 bildet« In vorliegenden speziellen 1*11 sind acht Polstück« in gleichen Abständen längs der innere» Peripherie des Polo bildenden Gliedes 22 verteilt. Me innere Peripherie eines jaden Polstückes 26 ist bogenförmig und mit gislehmSssig verteilten Zähnen 27 versehen* Dabei sind die FoIstücke genügend weit voneinander entfernt, um t/icklungsschlit'se 28 su bilden, in denen Wicklungen 2ίί angeordnet sind· Jede Wicklung 29 besteht in vorliegenden Falle aus oinom Stück Draht, do!¹ in Form einer rechteckigen Schleife «dt einer Mehrzahl von Windungen gewickelt ist· Die Wicklung kann aber trenn g «y an seht *> auch aus svei rechteckigen Schleifen bestehen. Eine Wicklung 2Se diant «ur Magnetisierung des Feldstückes 26a, ein« Wicklung 29b dient zur Magnetisierung des Polstückes 26b usw»ι @8 ist für jedes Polstück eine «'icklung vorhanden, wobei sich jvsties Polstück in der Schleif ta der Wicklung befindet·

Bas Pole bildende Glied 21 ist dem Pole bildenden Gliad 22 gleich und im Gehäuse 13 so montiert, aa*s es mit dem Pol* bildenden Glied 22 ausgerichtet ist? so dass entsprechende Pole dor beiden Cli&dur und ihre Zähne ebenfalls axial ausgerichtet sind.

Mi& aus Fig« 1 ersichtlich, werden die beiden Pole bildenden Glieder 22 und 23 durch tine kleine, ringförmige,

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»le \nschlag dienende Rippe 30 in eine» kleinen Abstand voneinander gehalten, wobei diese Hippe 30 aus eine» Stück wit dem Hantel 14 besteht und sich von demselben einwärts erstreckt· Vorzugsweise sind die Pole bildenden Glieder durch Press-Sitx »it de» Mantel 14 verbunden, doch kann auch eine andere Befestigungsart angewendet werden. Da das FoIe bildende Glied 23 de» Pole bildenden Glied 22 gleich ist, weist es Polstücke und Wicklungsschlitxe auf, und ge&ftss der vorliegenden Erfindung umschlingt jede der Wicklungen 29a und 29b, usw. nicht nur ein Polstück des Pole bildenden Gliedes 22, sondern auch das identische Polstück des i'ole bildenden Gliedes 23 ; jede Wieklung wird also »it der gleichen Polarität sowohl ein Polιtück des Gliedes 22 als auch ein Polstück des Gliedes 23 Magnetisieren·

Bas Rotoraggregat 12 umfasst eine Welle 31, die drehbar in Kitgellagern 32 und 33 gelagert ist, die in den Abschlusshauben 16 bzw· 15 angebracht sind· Auf der Welle ist eia pemanenter Magnet 34 Montiert, der axial Magnetisch ist, um eine Magnetisierung von der einen Polarität an einer Endkappe 35 zu erzeugen, die auf der Welle 31 neben eine» finde des Magneten 34 befestigt ist, und um eine Magnetisierung von der anderen Polarität in einer Endkappe 36 su erzeugen, die ebenfalls auf der Well· 31, aber neben de» anderen Ende des Magneten 34 befestigt ist. Jede End-

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kappe besteht bei der speziellen in Fig. 2 und 3 gezeigten Ausführungsfor» der Erfindung au· einem einzigen Stück von gesintertem, paraaiagne ti «ehe» Eisen ; wenn erwünscht, kann die Endkappe jedoch auch aus aneinander befestigten Blechlamellen yon magnetisierbarer Eisen bestehen. Jede Endkappe weist an ihrer Peripherie Zahne auf, wobei die Zlhne der. Kappe 36 »it 37 und diejenigen der Kappe 35 mit 36 bezeichnet sind. Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, sind die Sinne 37 und einander gleich und weisen gleiche Teilunglabstände auf ; die Kappe 35 ist aber auf der Welle 31 so befestigt, dass ihre Zfihne in Umfangsrichtung um eine halbe Zahnteilung gegenüber denjenigen der Kappe 35 versetzt sind.

Das Rotoraggregat umfasst ferner einen anderen permanenten Magneten 39, der auf der Welle 31 befestigt ist, und neben welchem Endkappen 40 und 41 angeordnet sind, wobei diese Elemente 39, 40 und 41 dem Magneten 34 und den findkappen 35 und 36 gleich sind. Die Zähne der Kappe 40 sind durch entsprechendes Anbringen der Kappen auf der Welle um eine halbe Zahnteilung gegenüber den Zähnen der Kappe 41 versetzt ; dabei sind die Zähne der Kappe 41 mit denjenigen der Kappe 36 axial ausgerichtet und ebenso die ZIhne der Kappen 35 mit denjenigen der Kappe 40. Infolge der Polarität der Magnete 34 und 39 haben die Kappen 35 und 40 die gleiche Polarität, und ebene« dl« Kapptn 36 und 41.

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Obwohl dl« Bndkappen und Magnete auf jede gewünschte Veise auf dtr Welle befestigt itin können, ist di· Welle 31 erfindu»gsge»tss Mit einer Nab· 42 versehen, an der dl· Kapp« 36 anliegt, während eint alt einer Unterlegscheibe 44 versehen· Mutter 43 auf eine» Gewindeteil 45 der Welle 31 aufgeschraubt ist, so dass die Endkappen und Magnete in axialer Richtung aufeinander gepresst sind. Es ist auch erwünscht·', dass die Indkappen in Press-Sitz auf der Welle befestigt sind, um eine relative Bewegung zwischen den Kappen und der «felle au vermeiden. Ferner ist geaftss der Erfindung zwischen den Kappen 35 und 41 eine als Abstandshalter dienende Scheibe 4t» angeordnet. Die Abstandsscheibe 46 besteht aus nichtaagnetisierbar·» Material, z.B. Alusiinlun, und erstreckt sich isi wesentlichen Ober die ganze Oberfläche der Stirnfliehen der Kapp» 35 und 41, an denen sie anliegt. Die Abstandsscheibe 46 dient einerseits dazu, eine Verkantung der auf der Welle angeordneten Magnete und Sedkappcn zu verhindern und andererseits dazu, die Kappen 35 und 41 Magnetisch voneinander zu isolieren·

Wie Fig. 1 zeigt, ist der Rotor in Stator so !kontiert, dass die Zähne der Sndkappen 35 und 36 radial «it de« Pole bildenden Glied 22 ausgerichtet sind, während die Oafangsfllchen, auf denen die ZIhne der Sndkappen 40 und 41 gebildet sind, radial alt de» Pole bildenden Glied 23 ausgerichtet sind·

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dem elektrischen Sckeaa nach fig» S si ei Kinga^gsxlsssaen 47 und 48 nit der Wicklung 2t verbunden« Dit Singangskleame 47 ist nit «in·» Am 4t ·1η·ι Sehalter· $0 verbunden, der einen Kontakt 51 aufweist» der mit einen •Vicklungisat* 52 verbunden iat, wahrend ein anderer Kontakt

53 des »Schalters 50 mit einem fefieklungisats 54 verbunden 1st* Zwischen den Kontakten 51 und 53 ist ein phasensehie« bcndag Mittel angeordnet, das aus eine» Kondensator 55 und eine» vfidsrst&ad 56 besteht* Bei des beschriebenen Motor sind «>eht Wicklungen 29 vorhanden und sealt hat der Wicklung*« 3:iti 52 vier Wicklungen, ηSmIich 2<*a, 29c, 29* und 29g, Ehrend der i#ickli«sgs8ats 54 ebenfalls vier Wicklungen hat, nämlich 29b, 2Sd, 29f und 29h. Sie Wicklungen des Wicklung» satses 52 sind indtsktiv gekoppelt« indesi si« i« Uhrxeigersinne aisf dl« Pol stücke der ?cl« bildenden Glieder 22 uüd 23 angeordnet sind, während die Wicklungen des tfieklungssatses

54 auf den damrisehenliegeiiäNm Pols tür ken angeordnet sind·

lsi Betrieb ar%«9ltet ύ·τ vorliegende Motor in gleicher Weise vie der bekannte Typ von kleineren Motoren ; venn stan die Singangskleasten 47 und 48 mit einer Wechsel* spannung oder einer Quell« von abwechselnd entgegengesetiten Impulsen verbindet und am Kontaktam 49 auf den Kontakt 51 legt, so wird sieh der Mc tor in der ein»it Ülehtung drehen, beim Umlege® des Kont&fct&fmes 4f auf den Kontakt SS dagegen in dsr anderen Richtung* Beide Brel&tsngen erfolgen mit lionatanter_f von der freqise&s ά·ν Sfrem^uelle

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BAD

S HO ÖDÖ I • 11 -

Ss liegt auch in Bereich der vorliegenden Erfindung, dass man - «renn erwünscht - Schaltetronkreise benütz«» kann, im StrSme von richtiger Phase für die Erregung der Wicklungen zu erzeugen·

Der erfindungsgemäsae Motor benutzt Teile« die mit denjenigen identisch sind, die in dem früher erwähnten Motor benützt werden, der ein Drehmoment von 18 kg.cm erzeugt· So sind z.B. die Magnete 34 und 39, die Bndkappen 35, 36, 40 und 41, sowie die Pole bildenden Glieder alle den Teilen des früheren Motors gleich. Trotz dieser Gleichheit der Teile ist der erfindungagemSsse Motor imstande ein Drehmoment von 28,8 kg.cm zu liefern, was eine 60^-ige Zunahme des Drehmomentes in Bezug auf den kleinen Motor mit gleichen Teilen bedeutet. Wie schon früher hervorgehoben, benötigt aber überraschenderweise der erfindungsgemässe Motor im wesentlichen nur den gleichen Eingangsetrom wie der kleinere Motor. Sie vorliegende Erfindung schafft somit einen Elektromotor, der Teile eines bisher bekannten, kleinen Motors benützt, aber eine erhöhte Ausgangsleistung hat, ohne Zunahme des Stromverbrauches bei gleicher Spannung.

Ss ist somit ein elektrischer Motor vom Typ der synchronen Induktionsmotoren beschrieben worden, der die erwünschten Charakteristiken dieses Motorstyps beibehält, nämlich die Fähigkeit synchron mit der Erregerfrequenz zu

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rotieren, rerersierbaren Drehsinn zu haben, und bei Stillstand gebreKst zu sein» dabei erzeugt der Motor aber ein wesentlich grösaeres Drehmoment als die bisher bekannten, kleineren Motoren« Während viele Teile des erfindungsgemässen Motors mit denjenigen des kleineren Motors identisch sind, benötigt der erfindungsgeiiässe Motor praktisch nur den gleichen Stross wie der kleinere Motor, obwohl er ein um etwa <aQ% höheres Drehmoment liefert·

Varianten und Aenderangen können im Rahmen der Ansprüche vorgenommen werden und Teile der Verbesserungen können ohne andere Teile derselben benütxt werden·

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■JP.I3JNAL

Claims

Patentansprüche

y Synchroner Induktionsmotor alt a in β» Gestell, das «inen Stator trSgt, dtr ein tretet und tin zweite» Pole bildendes Glied aufweist, welche Glieder einen axialen Abstand voneinander haben und durch mit ihnen gekoppelte, durch einen elektrischen Strom erregte Wicklungen Magnetisiert werden, wobei jedes Pole bildende Glied eine Mehrzahl τοη radial nach innen vorragenden Polstücken aufweist, die in glüichnlssigen Abitande» nit auf einen zur Motoraxe kornentriechen Boden arge ordne ten ZIhnen versehen sind, und ir.it einen Motor, der eine /eile aufweist, die pe man en te Vagnetwittel trtgt und an der Kappen für diese Magnetwittel befestigt sind, welche Kappen nach aussen ragende ZIhne aufweisen, die in gleich-KtSssi gen Abstanden konzentrisch zu den Z ihren des Stators angeordnet und magnetisch »it denselben gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die permanenten Magnet taittel einen ersten und einen zweiten pemanenten Magneten (34* 39) umfassen, die auf der Welle (31) einen axialen Abstand voneinander haben, und dats ein erstes Paar von Abschlusskappen (35, 36) vorgesehen igt, die von entgegengesetzten Enden des ersten pemanenten Magneten (34) angeordnet sind, und daai ei« zweites Paar ven Abschlusskappen (40, 41) vorgesehen ist, die an entgegengesetzten Enden des zweiten pemanenten

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Magneten (39) angeordnet sind, vobei der Hotor Im Stator eine solche Lage hat, dass das erste Paar von Abschluss* kappen (34, 39) radial uit den ersten Pole bildenden Glied (22) und das zweite Paar von Abschlusskappen (40, 41) radial mit dem zweiten Pole bildenden Glied (23) ausgerichtet 1st»
2.) Synchroner Induktionsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekeniisaichnet, dass die Zähne tor abwechselnden Entkappen (35, 40 ; 3δ, 41) parallel *ur Wellenaxe ausgerichtet sind, wahrend die Zähne (37, 38) von nebeneinander liegenden Endkappen (36, 35) in Umfangsrich tutig um eine halbe Zahnteilung gegeneinander versetzt sind·
3.) Synchroni;r Induktionsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das« eine nichtmagnetisch^! Scheibe (43) zwischen den benachbarten ändkappen (35, 41) des ersten und JUs zweltan permanenten Magneten (34, J9) angeordnet ist, um dieselben magnetisch Yonainander su trennen«
4.) Synchroner Induktionsmotor nach Anspruch 1, gekanmeichnet durch eine Mehraahi von in Umfangsricatuag τοη-einander einuii Abstand habende Wicklungen {29), vmn den·· jede mit beiden Pole bildenden Gliedern (22, 23) 4·» Staters Magnetisch gekoppelt ist.

5«) Synchroner Induktionsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und 4er aweite permanent- Magnet (34, 39) auf der VeULe (31) so montiert sind, dass ihre gleichnamigen Pole nach derselben axialen Richtung gerichtet sind .

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