DE3246596C1 - Synchronmotor - Google Patents

Description

• Die Ausbildung von Rastmomenten kann zusätzlich dadurch beeinflußt werden, daß der Luftspalt für die Rotorpole verschieden groß ist Durch einzelne oder mehrere der yorbeschriebenen Maßnahmen lassen sich erhöhte Rastmomente erzielen, dennoch aber bei richtiger Abstimmung ein Synchronmotor herstellen, der genügend gute Anlaufeigenschaften und Rundlaufeigenschaften hat. Darüber hinaus läßt sich ein solcher Motor leicht auch in einen Synchronmotor ohne stärker ausgeprägte Raststellen umwandeln, indem einfach der Rotor oder einzelne Rotorpole ausgetauscht werden.
• Nachstehend ist die Erfindung mit ihren als wesentlich zugehörenden Einzelheiten anhand der Zeichnung noch näher erläutert. Es zeigt in schematisierter Darstellung F i g. 1 einen Querschnitt durch einen kleinen Synchronmotor mit sechs Magnetpolen im Rotor und acht jeweils einzeln gewickelten Zähnen im Stator, wobei der Stator zweiphasig gewickelt ist, F i g. 2 eine abgewickelte Stator- und Rotorkontur gemäß Stand der Technik, z. B. DE-AS 22 08 854 mit allenfalls schwach ausgeprägten Raststellungen, Fig.3 eine abgewickelte Stator und Rotorkontur gemäß der Erfindung mit unterschiedlich breiten Rotorpolen, Fig.4 eine abgewickelte Stator- und Rotorkontur mit einzelnen in Umfangsrichtung geteilten Rotorpolen sowie F i g. 5a bis e einige Beispiele anderer Rotortypen, an denen die Erfindung angewendet werden könnte.
• Ein im ganzen mit 1 bezeichneter Synchronmotor ist in Fig.1 mit seinem Stator 2 und seinem Rotor 3 schematisch dargestellt. Dabei ist in diesem Ausführungsbeispiel ein permanentmagnetischer Rotor 3 vorgesehen. Der Rotor 3 hat insgesamt sechs Magnetpole 4 und 5 und der Stator hat im Ausführungsbeispiel acht einzeln gewickelte Zähne 6. Polzahl und Zähnezahl sind also verschieden.
• Man erkennt, daß der Rotor 3 ungleichmäßig dadurch ausgebildet ist, daß die Breite der Pole 4 und 5 verschieden ist. Infolge dieser Abweichung von der Gleichmäßigkeit besitzt dieser Rotor 3 auch eine zweipolige magnetische Erregung, deren Maxima bei den sich in diesem Ausführungsbeispiel gegenüberliegenden breiteren Polen 4 liegen. Das hierdurch hervorgerufene Rastmoment hat acht Raststellungen und ist stark ausgeprägt, obwohl die zweipolige Erregung an sich kleiner als die sechspolige Erregung ist. Die große sechspolige Erregung bleibt dagegen bestimmend für das Laufverhalten des Motors.
• Durch die einfache Maßnahme, einzelne Rotorpole gegenüber den anderen in ihrer Breite zu ändern, können also in gewünschter Weise bestimmte Raststellungen betont werden, ohne das Laufverhalten des Motors erheblich zu verschlechtern.
• Demgegenüber würde ein analoger Synchronmotor 1, dessen Abwicklung in F i g. 2 dargestellt ist, nur relativ schwach ausgeprägte Raststellungen ergeben, von denen eine in Fig.2 dargestellt ist Es leuchtet ohne weiteres ein, daß die jeweiligen Kräfte auf die einzelnen Pole sich an den Statorzähnen zumindest teilweise aufheben, so daß die Rastmomente entsprechend gering sind.
• F i g. 3 zeigt die Abwicklung des in F i g. 1 dargestellten Synchronmotors in einer Raststellung, woraus erkennbar wird, daß in diesem Falle die von den Polen jeweils ausgehenden magnetischen Erregungen jeweils auf entsprechende Statorzähne wirken, wobei der Einfluß auf Nachbarstatorzähne entsprechend gering ist.
• In F i g. 4 ist eine abgewandelte Lösung dargestellt, bei der die Pole 4 unterteilt sind.
• Je nach Art der Unregelmäßigkeit im Rotor kann man das Verhältnis der Ausprägungen der zwei- und sechspoligen magnetischen Rotorerregung gezielt steuern. In gewissen Grenzen lassen sich so die Eigenschaften des Motors im Stillstand und beim Lauf voneinander unabhängig beeinflussen.
• Eine weitere Beeinflussungsmöglichkeit besteht darin, daß der Luftspalt bei zwei diametral liegenden Polen entweder größer oder kleiner als bei den übrigen Polen gemacht wird. Man erhält dann wiederum eine der Zähnezahl des Stators entsprechende Anzahl ausgeprägter Raststellungen Man kann aber auch zusätzlich oder statt dessen an gegenüberliegenden Statorzähnen eine Kürzung vornehmen, wodurch infolge der dann auftretenden zusätzlichen Reluktanzschwankungen zusammen mit der Rotorerregung ein Rastmoment entsteht, das dann aber zu einer der Zahl der Pole entsprechenden Anzahl von Raststellungen, im Ausführungsbeispiel zu sechs Rastellungen führt. Dabei ist es zweckmäßig, wenn die verkürzten Zähne den Statorwicklungssträngen gleichmäßig zugeordnet sind.
• Die Erfindung kann auch mit anderen Verhältnissen zwischen Zähnezahl des Stators und Polzahlen des Rotors verwirklicht werden, wobei die Anzahl der Statorzähne aber kein ganzes Vielfaches der Rotorpolzahl sein darf. Je nach Unterschiedlichkeit der Zähne-und Polzahlen kann es zweckmäßig sein, die erfindungsgemäßen Ungleichmäßigkeiten und Unsymmetrien von Rotorpolen und/oder Statorzahnlängen auch so zu gestalten, daß sich vier- oder mehrpolige Erregungen zur Erzeugung der Rastmomente ergeben Die erfindungsgemäß ungleichmäßige Ausführung der Rotorpole ist nicht auf Rotoren 3 mit Dauermagnetpolen 4 und 5 beschränkt Sie kann prinzipiell auf alle Rotortypen angewendet werden, von denen F i g. 5a bis d einige Beispiele zeigt. Dabei ist in F i g. 5a ein Vollpolrotor aus Magnetmaterial dargestellt, dessen Pole durch unterschiedliche Magnetisierung gebildet werden, während F i g. 5b einen auch dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 entsprechenden Rotor zeigt.
• F i g. 5c ist ein Beispiel für einen elektrisch erregten Rotor, dessen Pole ebenfalls unsymmetrisch oder ungleichmäßig angeordnet werden können, um die erfindungsgemäße Lehre zu erfüllen.
• F i g. 5d zeigt schließlich einen Rotor mit weichmagnetischen Polabdeckungen. Auch hier können Ungleichmäßigkeiten zur Ausprägung von Rastmomenten vorgesehen werden.
• Insgesamt ergibt sich ein Synchronmotor, der bei guten Laufeigenschaften dennoch ausgeprägte Rastmomente haben kann, wobei diese durch verschiedene, teils einzeln, teils aber auch gemeinsam anwendbare Unregelmäßigkeiten vor allem an den Rotorpolen je nach gewünschter Größe und Ausprägung beeinflußt werden können.
• Alle in der Beschreibung, den Ansprüchen, der Zusammenfassung und der Zeichnung dargestellten Merkmale und Konstruktionsdetails können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
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Claims (7)

1. Patentansprüche: 1. Synchronmotor mit mehrpoligem Rotor und mit ein Drehfeld erzeugendem Stator, welcher eine von der Rotor-Polzahl abweichende Zähnezahl aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einzelne Pole (4) des Rotors (3) geringfügig unsymmetrisch angeordnet und/oder magnetisch verschieden ausgebildet sind.
2. 2. Synchronmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorpole (4, 5) ungleichmäßig angeordnet und/oder unterschiedlich breit und/oder mit unterschiedlichem Luftspalt ausgeführt sind.
3. 3. Synchronmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Ungleichheiten oder Abweichungen der Rotorpole (4) in Umfangsrichtung wiederholen, vorzugsweise regelmäßig mehrfach wiederholen.
4. 4. Synchronmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der Rotorpole (5) oder alle Rotorpole (5) in Umfangsrichtung geteilt aufgebaut sind.
5. 5. Synchronmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftspalt für die Rotorpole (4,5) verschieden groß ist
6. 6. Synchronmotor nach Anspruch 1 oder 2, mit einem sechspoligen Rotor und einem Stator mit acht Zähnen, dadurch gekennzeichnet, daß zwei einander gegenüberliegende Pole (4) des Rotors (3) breiter als die übrigen Pole(4) sind.
7. 7. Synchronmotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ungleichmäßigkeiten von Rotorpolen und/oder Statorzahnlängen so gestaltet sind, daß sich vier- oder mehrpolige Erregungen zur Erzeugung von Rastmomenten ergeben.

   Die Erfindung betrifft einen Synchronmotor mit mehrpoligem Rotor, gegebenenfalls mit permanentmagnetischem Rotor, und mit ein Drehfeld erzeugendem Stator, welcher eine von der Rotor-Polzahl abweichende Zähnezahl aufweist Derartige Synchronmotoren sind bereits bekannt Sie besitzen im allgemeinen bei elektrisch unerregtem Stator in bestimmten Stellungen ein Rastmoment Die Anzahl der möglichen Raststellungen ergibt sich bei symmetrischem Aufbau als kleinstes gemeinsames Vielfaches aus der Anzahl der Rotorpole und der Anzahl der Statorzähne. Die Größe dieses für manche Anwendungen erwünschten Rastmoments hängt ganz erheblich vom Verhältnis der Anzahl der Statorzähne zur Anzahl der Rotorzähne sowie von den Breitenverhältnissen Zahn-Nut im Stator und Pol-Lücke im Rotor ab. Während die Zahn- und Polzahlen durch Randbedingungen wie Drehzahl, Phasenzahl, optimale Wickelraumnutzung usw. häufig weitgehend festliegen, kann das Rastmoment durch Variation der Breitenverhältnisse allenfalls begrenzt beeinflußt werden. Diese Möglichkeit wird jedoch in ihrer praktischen Auswirkung unter anderem durch die unvermeidliche magnetische Streuung vor allem bei einer großen Anzahl von Raststellungen und Dauermagnetrotoren vor allem nach F i g. 5a, bei denen sich die permanentmagnetischen Pole direkt am Luftspalt befinden, stark eingeschränkt Es ist bereits ein Versuch zur Erzeugung von erhöhten Rastmomenten aus DE-AS 2842 195 bekannt, bei dem am Stator einzelne Zähne abgeschrägt sind, was jedoch wegen der daraus resultierenden unterschiedlichen Blechschnitte verhältnismäßig aufwendig ist.

   Es besteht deshalb die Aufgabe, einen Synchronmotor der eingangs erwähnten Art etwa gemäß DE-AS 2208 854 zu schaffen, bei dem das Rastmoment erhöht ist, auf einfache Weise jedoch eine bestmögliche Laufruhe erzielt werden kann. Es soll möglich sein, beide Varianten eines Motors ohne erhöhten großen zusätzlichen fertigungstechnischen Aufwand herstellen zu können.

   Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Motor der eingangs erwähnten Art dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einzelne Pole des Rotors geringfügig unsymmetrisch angeordnet und/oder magnetisch verschieden ausgebildet sind. Dadurch wird der mehrpoligen magnetischen Erregung des Rotors eine Erregung mit geringerer Polzahl überlagert, die ein Rastmoment mit einer geringeren Anzahl von Raststellungen zur Folge hat. Dieses Rastmoment ist in seiner Ausprägung stark von der Art der Unregelmäßigkeit oder Unsymmetrie des Rotors abhängig. Die erreichbaren Werte sind jedoch wesentlich größer als bei der bisher üblichen gleichmäßigen Ausführung aller Rotorpole.

   Dabei ist es überraschend, daß die Maßnahmen zur Beeinflussung des Rastmomentes am Rotor und nicht wie im Stand der Technik am Stator getroffen werden.

   Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Rotor.

   pole ist es möglich, den Rastmoment mindernden Einfluß des Anteils des magnetischen Feldes, dessen Feldlinien im Luftspalt nicht radial zum Stator übertreten und damit die Reluktanz bildenden Zahn-und Polkonturen magnetisch verschleifen, erheblich zu verringern. Wichtig ist für den Rasteffekt außerdem, daß sich in Umfangsrichtung der Maschine an möglichst vielen Stellen Kanten von Rotorpolen und Statorzähnen gegenüberstehen können, ohne daß dazu die Anzahl von Polen und Zähnen geändert wird. Auch dies läßt sich durch die erfindungsgemäße Anordnung und Ausführung der Rotorpole erreichen.

   Soll eine Änderung des Rastverhaltens erzielt werden, brauchen nicht verschiedene Blechschnitte verwendet zu werden, sondern es genügt, den Rotor oder einzelne Rotorpole auszutauschen. Der Stator bleibt für beide Varianten vollkommen identisch, wodurch die Herstellung solcher Synchronmotoren erleichtert und rationalisiert werden kann.

   Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Rotorpole ungleichmäßig angeordnet und/oder unterschiedlich breit und/oder mit unterschiedlichem Luftspalt ausgeführt sind. Einzelne oder alle der vorerwähnten Maßnahmen ergeben in erwünschter Weise je nach Wahl der verschiedenen Ungleichmäßigkeiten einen unsymmetrischen Rotor, d. h. magnetisch verschieden ausgebildete Pole und somit erwünschte Rastmomente.

   Die Ungleichheiten oder Abweichungen der Rotorpole können sich in Umfangsrichtung wiederholen, vorzugsweise regelmäßig mehrfach wiederholen. Dies kommt der Laufruhe des Motors zugute und ergibt dennoch ausgeprägte Rastmomente.

   Die unterschiedliche Breite der Rotorpole in Umfangsrichtung wurde bereits erwähnt. Ferner ist es möglich, daß ein Teil der Rotorpole oder alle Rotorpole in Umfangs richtung geteilt aufgebaut sind.