DE1538039A1 - Synchronmotor,insbesondere Schrittmotor - Google Patents
Synchronmotor,insbesondere SchrittmotorInfo
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Description
"Synchronmotor, insbesondere Schrittmotor"
Die Erfindung betrifft einen Synchronmotor, insbesondere einen Sehrittmotor mit Statorpolgruppen und einem Rotor mit
weichmagnetischen Zähnen, die mit zahnförniig aufgeteilten Statorpolen zusammenwirken, wobei jeder Statorpol mehr als
einen Zahn besitzt, in der Weise, daß der Winkel zwischen zwei Statorzähnen gleich dem Winkel cc zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Rotorzähnen ist und der Winkel zwischen den Statorzähnen von zwei aneinander angrenzenden Statorpoleii (a + b/n)cc
beträgt, wobei a eine positive ganze Zahl, η die Anzahl von Gruppen Statorpolen und b_ die Differenz zwischen den Ordnungszahlen
in der Reihenfolge der Erregung der Statorpole bezeichnen
Unter einer Gruppe von Statorpolen sollen diejenigen Statorpole
verstanden werden, die zu den gleichen Zeitpunkten und während der gleichen Zeitintervalle erregt werdeno
Solche Motoren, die unter anderem zur numerischen Steuerung benutzt werden, können einerseits eine sehr große Anzahl von
Schritten pro Umdrehung vollführen, d0 h. η-mal die Anzahl
von Rotorzähnen» Andererseits sollen oft die von diesem Motor angetriebenen Einzelteile schnell bewegt werden bis nahezu
eine bestimmte Stellung erreicht ist, worauf diese gewünschte Stellung langsam eingenommen wird. Diese Schnellbewegung läßt
PHN 625
Du/8
Du/8
90.9 8 27/ÜÖ 8 5
^-* ·» tar"
sich, jedoch mit diesem Motor nicht durchführen, so daß zu
diesem Zweck ein gesonderter, Schnellaufender Motor zum Antrieb
der gleichen Einzelteile benutzt wird.
Der Rotor des Motors nach der Erfindung ist mit einer Wicklung für Asynchronlauf versehen. Bei diesem Motor ist die
Drehzahl von der Anzahl und der Erregungsweise der Statorpole abhängig. Wenn die Statorpole derart erregt -werden, daß
sich der magnetische Widerstand zwischen den miteinander zusammenwirkenden Nord- und Südpolen praktisch nicht ändert,
erhält man eine asynchrone Drehzahl, die nur von der Anzahl eingeschalteter Pölpaare und nicht von der Anzahl der
Zähne jedes Statorpoles abhängig ist, so daß der Motor bedeutend schneller läuft als er als Schrittmotor laufen könnte0
Dadurch kann der Schnellantriebsmotor weggelassen werden, so daß auch die von dem Schrittmotor zu beschleunigende Gesamtmasse,
einschließlich der Rotormasse des gesonderten Motors, bedeutend geringer ist und somit die maximale Anzahl von
Schritten pro Sekunde größer sein kann<>
Bei einer Ausführungsform eines Motors nach der Erfindung
besteht die Wicklung für den asynchronen Lauf aus einem
Käfigankerο ·
Bei einer weiteren Ausfuhrungsform des Motors wird der Käfig
dadurch, erhalten, daß der Raum zwischen den Rotorzähnen mindestens
teilweise mit nicht-magnetischem Material hoher elektrischer Leitfähigkeit ausgefüllt wird, wobei die Strombahnen in dem nicht magnetischen Material auf beiden Seiten
des Magnetfeldes durch gegeneinander isolierte Ringe des gleichen Materials geschlossen werden, wobei jeder dieser
Ringe mit je einer Anzahl möglichst regelmäßig längs des Umfanges verteilter Nocken versehen sind, durch welche sie
zwischen zwei Zähnen an dem Rotor anliegen, während die Nocken der unterschiedlichen Ringe jeweils über mindestens
BAD ORIGINAL
909827/0885 ■ ' „ 5 _
einen Zahn versetzt sinde
Diese Ausführungsform ist besonders interessant, wenn der
Schrittmotor mit Zähnen versehen ist, deren Lamellen in
axialer Richtung verlaufen^ Wenn außerdem das Feld axial verläuft, so kann der Rotor ζ ο B· aus einer Kupferseheibe
bestehen, in der die weichmagnetischen Zahnlamellen in axialen
Schlitzen befestigt sind, die am Seheibenumfang in radialer
Richtung vorgesehen sind. Flache Kupferringe mit einer Anzahl möglichst regelmäßig längs des Umfanges verteilter,
radial nach innen gerichteter Nocken, deren Abmessung in TJmfangsrichtung kleiner als der Abstand zwischen zwei Rotorzähnen
oder gleich diesem Abstand ist, werden durch Preßpassung auf der Kupferscheibe befestigt, wobei die Zähne
der gegeneinander isolierten Scheiben jeweils um einen oder mehr Rotorzähne versetzt sind. Diese Versetzung der Ringnocken
stellt sicher, daß in jeder lage des Rotors das asynchrone Antriebsmoment praktisch gleich bleibtb
Bei einer anderen Ausbildung dieses Motors wird der Abstand
zwischen den Hocken eines Ringes derart gewählt, daß die Momente anderer Felder als des Feldes der Grundwelle fast
vollständig unterdrückt werden,, Infolgedessen werden diejenigen
Momente, welche dem Moment der G-rundwelle periodisch
entgegenwirken, ze B6 die von der dritten Harmonischen,
mögliehst vermieden, so daß ein regelmäßiger Lauf mit
größerem Moment entsteht„ Dabei können die Ringe mit Nocken
auch durch einfache drahtförmige Verbindungen ersetzt werden0
Bei Motoren, deren Feld zwischen den Polen eines Polpaares
axial gerichtet ist, ist es besonders vorteilhaft, den Rotor aus flachen, gegeneinander isolierten Scheiben aus nicht
magnetischem Material hoher elektrischer Leitfähigkeit aufzubauen, die durch eine kreisförmige Innenscheibe gebildet
werden, die mit einem zu ihr konzentrischen Ring durch die
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ι« lpeitiien ausgebildeten Hetien dtt Ring·· Vtibundtn let,
wobti lovthl die krtitför»±etn Teile dtr !antuttite de·
Ringet wie auch die dtr AuSenteite dtr Innentcheibe mit
radial verlaufenden Ioοken versehen ttin können, dertn
gegeattltift? Aittand in i«r BmfattftTioktuiit wenigstens
naht·« fleitfa dtr Dicke tint· Iotonahna itt·
Die Rotortcheiben latttn eich auf dittt Weise ausstancen, so
daf tiefe tat teitrauben·e fräsen der Httortchlittt erübrigt·
Mt Speichen jeder Rotortobtibt verschieben sich jeweilt um
mindttttnt eimern Botor»aim und die Retortähne werden in den
entetandenen Räumen befeetigi.
In einer weiteren Autbildtrag de· Notort nach der Erfindung
besteht der Kttfig aut tintr lntahl ron Stäben hoher elektrischer Leitfähigkeit, die in radialer Richtung innerhalb der
Rotorzähne in Löchern det Rotors liegen, bei dem Gruppen
dieser Stäbe beiderseits des Rotors durch je einen Kurz»
Bohlufiring kurzgeschlossen werden. Dabei sind die Stäbe
jedes Ringet regelmäßig über den Umfang des Ringes verteilt. E« ist auf diese Weite möglich, bei einem Motor,
bei dem die Statorpole um den Rotor angeordnet sind, diesen Rotor in üblicher Weise mit Kursschlußstäben zu versehen,
während dit Rotor»leehe leieht aut tiats Mattrial g·βtauet
wtrdtn ktinntn» ·
Vorsugtweitt bilden die getomdtrttn Kurstcblutringt auf tintr
Seite det Rotors ein Ganees, wodurch die Konttruktion erheb·
lieh vereinfacht wird·
Bei einer weiteren Ausführungeform dieses Rotors wird der
Abstand zwischen den Stäben einer Gruppe ao gewählt, daß das Moment anderer leider als des Feldes der Grundwelle wenigstens größtenteils unterdrückt wird·
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AuBführungsbeisplele ds$ Sriindung sind In dta itichnuzigen
dargestellt und werden in folgenden albir beschrieben. Ss
zeigtni
Fig· 1 «inen Motor mit einem radial gerichteten felde, bei
dem die Kursiohludringe auf den Stirnflächen de» Rotora angebracht sind,
Fig. 2 einen Motor mit einem axialen Felde, bei dta die Kurs*
sohlußriagt um die Rotoriähne angebracht eind,
Fig. 3 einen Rotor n*e& flg. 2 WMi Xlftöhea Scheiben,
Flg. 4 einen Rotor mit Kurzsohlufletibtn.
angebracht, der mit weiaiuaagnetisohen Zähnen 6 Ytraehen iatf
die mit den Statorpolen 1, 2, 3 und 4 eueaewRvirken. Auf
jedem Statorpol ist mehr als ein Zahn T derart angebracht,
daß der Winkel twiaoiien zwei Zähnea gleioh dem Winkel et
iwlaoiien zwei aufeinanderfolgenden lotereähaen let» Pit Zähne
von iwel aufeinanderfolgenden »tat«rf«len «imd
um einen Wi&lEel (a + \/n)a rtnohtben, volwl § tia*
ganze Zahl, η die Amxahl von etato*>elgrupp*ai xaA % ti« $£££**
rens zwischen den Ordaungesahlen in der leiheafolge der Sew
regung der ewei 8tatorpel· btseiolawn.
In dem gezeigten Beispiel hat der Stator acht ?tle, Tom demen
jeweils zwei einander diametral g*gentiberliei;ende foX« «j.
einem Polpaar gehören· Venn swtl aneinander aagreafta&de 1t·-.
torpole 1 und 2 nacheinander erregt werden, ist b * 1t wätre.od
η * 4 ist, so daß die GresamtYerschiebuag ■ (a + 4c£ Beträgt*
Gegenüber den Zähnen 6 sind auf der Innenseite des Rotors 5
Pole 8 auf gleiche Weise angeordnet. Der Rotor 5 besteht aus einer Kupferscheibe 9» in der eine Bohrung zur Aufnahme
909827/0885 bad
dtr Inntn-Statorpol· t tQ*$*§*h$n i#t. Ib tinte Kragen 10 eind
1» axialer Richtung r#4tal v#rlauftnd· Sehlit·· angebracht,
ill dtntn di« ai^.al ytrlauffnltn gabalaatlltn tint· Botoriahn·
6 befestigt »lad. An dir mit Zähntn Tersthtnen Stirnfläche
dta Rotor· «in4 but Achse koasentrisolit Kupferringe 12, 13
angebracht, die sit axial rerlaufenden locken 14» 13 rersehen sind, dii in regelmäßigen Abetanden läng· dea Umfange»
der Hinge 12, Ij angebracht und elektrisch alt der Kupferscheibe 9 durch dit Berührung sswltoatn ewti Zähnen 6 Terbun*
dtn sind. Dit Ho eic en tor «wel tiaaadtr ua^abetiden Ringen 12
und 13» die durch einen dünnen Ring 16 aus laolitrmaterial
gegenüber Iselitrt flad, sind gtgtntinfindtr ue einen lotor-
»ahn derart Tersehobtn, daß die Sahne des Innenringβa 17 in
Buhe der Zähne des Außenringe» 12 liegen· Pies· Verschiebung
der Nocken bewirkt» daß daa auf den Botor wirkende asynchrone Moment in jeder Rotorlage praktisch gleloh ist· Außerdem
ist der Abstand zwischen den Nocken des gleichen Binges derart gewählt» dai die Momente anderer feider als des Grundwellenf eldes fast rolle tändig ruaterdrüökt werden.
Nach Pig. 2 sind die Polt 1, 2, 3 » 4 und 1», 2», 3», 41 auf
beiden Seiten de· Rotors 5 angeordnet« Der Rotor 5 besteht aus
einer Kupfer scheibe 9, in der dit weiolaeagnetisohen Zahnlamellen 11 in axialen Sohlitsen untergebracht «ind, die am Umfang
der Scheibe 9 in radialer Richtung Torgeeehen sind· Die Zahnluttlltn 11 bilden dit wtieheagnetiaohtn Zähne &, die mit
dta ftatorpolen 1» 11» 2, 21, 3» V und 4» 4' bub«amenwirken,
Auf jeden Statorpol iet mehr als ein Sahn 1 angttracht» so daß
itr Winkel »wischen zwei Zähnen gleich dta Winkel ec «wischen
iwei aufeinanderfolgenden IotorBahnen ist. Die Zähne von zwei
auftinanderfolgenden Statorpolen sind gegeneinander u» einen
Winkel ton (a + »/n)fc T*rechebta, wobei a eine positire
ganse Zahl» £ die Anzahl von Statorpolgruppen und b die Differenz swlsohen den Ordnungszahlen in der Reihenfolge der
Erregung der zwei Statorpole bezeichnen« Der Stator nach
. . ■ ■ ■ BAD ORI
909827/0885 „ 7. ..
Fig· 2 hat 16 Pole, von denen leweile cw*i einander gegenüberliefende fole 1, 1«, 2, 2«, 3» 3», 4, 4« ein Polp·« bildtn,
während ditottr»! einander gegenüberliegende Pel« au einer
Gruppe von ßtatcrpelen gehören. Wenn swti aneinander angrtnsen*e ftattrpolpanre 1,1« und 2, 2» aaoheinejider trrtgt
werdenc ist b « 1 und η « |, te daß die GtsamtTtriehitbuag
der zwei 8tatcrpol«(a + 1/4 fr) totträgt· Flachs Kupferringe 12,
13 mit einer AnieJLl rtgtlaiBif»uf i«a Umfang verteilter,
radial naofa insta gerichteter I«ok«n t4, 15» deren Abmessung·*
am tfmiang gUioh 4em Abet and eviechen iwei Io tor fahnen 6
oder kleiner ale dieser ist, werden durch Preßpaseung an der
Kupfereeheibe befestigt, wobei die Zähne 14» 15 der gegeneinander durch Scheiben aus Isoliematerial 16 isolierten
Scheiben 14» 15 jeweils um einen oder mehr Eotorzähne ver-•choisn sind, so daß die Nocken des letzten Ringes 17 wieder
in Höhe der des ersten Hinges 12 liegen· Auch in diesem Falle
wird durch das Verschieben der Hocken 14, 15 der Hinge 12, 13,
17 erreicht, daß das ftsynohrone Antriebsmoment in jeder Lage
des Rotors praktisch gleich bleibt» während der Abstand zwischen den locken 14» 15 des gleiches Ringes so gewählt ist,
daß die Momente anderer Felder als des Crrundwellenfeldes fast
vollständig unterdrückt werden.
Werden z. B. die Pole 1f t» und 3* 31 und die Pole 2, 2» und
4f 4(cl*ionseitie errtgt, se 1st nUfersttfl As« asynchron·*
Xtftttf· der «ftgnttiteh· Kreis ätrftrt» ftf 4er Magnet ie ehe Wider»
stand als funktion des Drehwinkels des Rotors praktieoh konstant bleibt. Dabei ist das Feld der feit 2, 2», 4, 4( gegenüber ftem feld dtr Pol« 1, 1', 3t 3* ua 90° Ttrsehoben und
der Motor ist als Titrpoligtr Asynehromittor wirksam.
fig. 3 zeigt eine andere Konstruktion des Rotors nach fig. 2·
Der Rotor besteht hier aus flachen, nichtmagnetiechen Scheiben 20 aus einem Material hoher elektrischer leitfähigkeit,
die durch Ringe 21 aus Isoliermaterial gegeneinander isoliert
BAD
90982 7/088 5 » β -.
J?
sinde Die Scheiben 20 bestehen aus einer kreisförmigen Innenscheibe
22, die mit einem zu ihr konzentrischen Ring 23 durch die zu Speichen ausgebildeten Hocken 24 verbunden ist» Sowohl
die kreisförmigen Teile der Innenseite des Ringes 23 als auch die der Außenseite der Innenscheibe 22 sind mit Nocken 25, 26
versehen. Die Speichen der einzelnen Scheiben 20 werden beim Zusammenbau gegeneinander um einen Rotorzahn verschoben und
die Rotorzähne 27 werden in dem verbleibenden Raum befestigt* Diese Rotorzähne können aus einem Eisenlamellenpaket bestehene
Nach Fig* 4 ist der Rotor aus runden, gezahnten Blechen 30
zusammengebaut. Der Käfig besteht aus einer Anzahl runder Stäbe 32 hoher elektrischer leitfähigkeit, die in axialer
Richtung innerhalb der Rotorzähne in den Bohrungen 31 der Rotorbleche 30 liegen, wobei die erste Gruppe dieser Stäbe
auf einer Seite durch einen Kurzschlußring 33 kurzgeschlossen wirdβ Die Stäbe der anderen Gruppen ragen durch Bohrungen<#*C
dieser Kurzschlußringe hindurch, wobei der Durchmesser der Bohrungen Jj/C größer ist als der Durchmesser der Stäbe 32·
Die zweite Gruppe von Stäben 32 wird durch den Kurzschlußring 34 kurzgeschlossen, durch den die Stäbe der verbleibenden
Gruppen hinragen. Die Bohrungen dieses Kurzschlußringee 34 haben auch einen größeren Durchmesser als die Stäbe 32»
Die verbleibenden Gruppen werden in gleicher Weise durch die Kurzschlußringe 35 und 36 kurzgeschlossen·
Auf der anderen Seite des Rotors bilden die Kurzschlußringe
ein Ganzes, so daß die Stäbe 32 hier elektrisch leitend mit
dem gemeinsamen Kurzschlußring 37 verbunden sind·
Der Abstand zwischen den Stäben jeder Gruppe ist so gewählt,
daß die Momente anderer Felder als das des Feldes der Grundwelle praktisch vollkommen unterdrückt werden«
Patentansprüche:
909827/0885
Claims (1)
153803S
Pat ent ansprüche:
Μ»] Synchronmotor, insbesondere Schrittmotor, "bei dem der
Rotor mit weiehmagnetischen Zähnen versehen ist, die mit
zahnförniig aufgeteilten Statorpolen zusammenwirken und bei
dem auf jedem Statorpol mehr als ein Zahn derart angebracht
ist, daß der Winkel zwischen zwei Statorzähnen gleich dem Winkel cc zwischen zwei aufeinanderfolgenden Rotorzähnen ist
und der Winkel zwischen den zwei aneinander angrenzenden Statorpolen (a + b/n)a: beträgt, wobei a eine positive ganze
Zahl, η die Anzahl von Statorpolgruppen und b die Differenz zwischen den Ordnungszahlen in der Reihenfolge der Erregung
der zwei Statorpole bezeichnen, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (5) mit einer Wicklung (12 bis 17, 20 bis 23, 31
bis 37) für Asynchronlauf versehen ist, dessen Drehzahl von
der Anzahl und der Erregungsweise der Statorpole (1 bis A9
1' bis 4«) abhängte
2ο Synchronmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Wicklung (12 bis(17, 20 bis 23, 31 bis 37) für den Asyn-•chronlauf
aus einem JEäfiganker bestehto
3ο Synchronmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
der Käfig dadurch erhalten wird, daß der Raum zwischen den
Rotorzähnen (6) ganz oder teilweise mit nicht magnetischem Material hoher elektrischer Leitfähigkeit ausgefüllt wird,
wobei- die Strombahnen in dem nicht magnetischen Material
auf beiden Seiten des Magnetfeldes durch gegeneinander iso»-
lierte Ringe (12, 13, 17) des gleichen Materials geschlossen werden und jeder dieser Ringe (12, 13» 17) mit einer Anzahl
regelmäßig auf dem Umfang verteilter Nocken (14, 15)' versehen ist, durch welche sie zwischen zwei Zähnen (6) an dem Rotor
(5) anliegen und die Hocken (14, 15) der unterschiedlichen Ringe (12, 13, 17) jeweils über einen oder mehr Rotorzähne
(6) versetzt sinde
ORIGINAL INSPECTED 909827/0885 „ 10 „
153803S
4ο Synchronmotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Nocken (14 oder 15) eines Ringes (12 oder 13) derart gewählt ist, daß die Momente anderer Felder als das des Grundwellenfeldes
fast vollständig unterdrückt werden»
5 ο Synchronmotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Feld zwischen den Polen eines Polpaares axial gerichtet ist und daß der Rotor
(5) aus flachen, gegeneinander isolierten Scheiben (20) ι aus nicht magnetischem Material hoher elektrischer Leitfähigkeit
aufgebaut ist, die aus einer kreisförmigen Innenscheibe
(22) bestehen, die mit einem zu ihr konzentrischen Ring (25)
durch die zu Speichen (24) ausgebildeten Mocken des Ringes
(23) verbunden ist, und sowohl die kreisförmigen Teile am inneren Umfang des Ringes (23) als auch die am äußeren Umfang
der Innenscheibe (22) mit radial verlaufenden Nocken (25 j 26) versehen sein können, deren gegenseitiger Abstand
in radialer Richtung der Dicke eines Rotorzahns (6) entspricht»
6. Synchronmotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Käfig aus einer Anzahl
von Stäben (32) hoher elektrischer Leitfähigkeit besteht, die in axialer Richtung innerhalb der Rotorzähne (6 bzw» 30)
in Bohrungen (31) des Rotors (5) liegen, wobei Gruppen dieser Stäbe (32) auf beiden Seiten des Rotors (5) durch je einen
gesonderten Kurzschlußring (33 bis 36) kurzgeschlossen werden, wobei die Stäbe (32) jedes Ringes (33 bis 36) gleichmäßig
über den Umfang verteilt sinde
J0 7» Synchronmotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
° die gesonderten Kurzschlußringe (33 bis 36) auf einer Seite
to des Rotors (5) ein Ganzes (37) bilden,,
"^ 8» Synchronmotor nach einem oder mehreren, der vorhergehenden
oo Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen
cn den Stäben (32) einer Gruppe derart gewählt wird, daß die
Momente anderer Felder als das des Feldes der Grundwelle fast vollständig unterdrückt werden«
Leerseite
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