DE3609835A1 - Einphasenmotor - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Einphasenmotor der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.

Bei einem bekannten Einphasenmotor dieser Art (DE-OS 34 20 370) ist zur Erzeugung eines Anlauf­ drehmoments der Luftspalt zwischen Rotor und den Statorpolen asymmetrisch in der Weise ausgebildet, daß er sich entgegen der gewünschten Drehrichtung zum Statorpolende hin vergrößert. Dadurch stellt sich der Permanentmagnetrotor in eine Ruhelage ein, in welcher die Ausrichtung des permanentmagnetisch erregten Rotor­ feldes von der Magnetisierungsrichtung des Stators ver­ schieden ist, wodurch beim Einschalten des Einphasenmo­ tors ein kleines Anlaßmoment in der gewünschten Dreh­ richtung auftritt. Die Unsymmetrie der Statorpole er­ fordert aber einen erhöhten Fertigungsaufwand.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Einphasenmotor mit den kenn­ zeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegen­ über den Vorteil, daß eine Sonderanfertigung des Stators entfällt, vielmehr herkömmliche und preis­ werte Statoren von sog. Universalmotoren verwendet werden können. Durch den erfindungsgemäßen Aufbau des Rotors wird ein Reluktanz-Hilfsmoment erzeugt, das den Anlauf des Rotors sicherstellt.

Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Ver­ besserungen des im Anspruch 1 angegebenen Motors möglich.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich dabei aus Anspruch 2. Durch diese Maßnahme werden die Randfelder des von dem Stator erzeugten magneti­ schen Flusses mit zur Drehmomenterzeugung herangezogen, so daß die Verkleinerung des Permanentmagnetbereiches durch den Weicheisenhilfspol keine Drehmomentreduzierung zur Folge hat.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich auch aus Anspruch 3, insbesondere in Verbindung mit Anspruch 4. Diese Ausbildung des Stators ist bei Universalmotoren am weitesten verbreitet.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich auch aus Anspruch 5. Durch den an sich bekannten Zwischenläufer wird trotz größeren Lastmoments an der Motorabtriebswelle der Anlauf des Rotors sichergestellt. Der Permanentmagnetrotor ist nicht von dem an der Abtriebswelle angreifenden Lastmoment beaufschlagt, so daß der Motor mit seinem im Verhältnis zum Last­ moment relativ kleinen Anlaufmoment hochlaufen kann. Bei Drehung des Rotors wird nunmehr ein Drehfeld er­ zeugt, welches in dem Zwischenrotor, an dem das Last­ moment angreift, Strom induziert und diesen damit in Drehung versetzt. Der Zwischenrotor läuft asyn­ chron mit einem von dem Lastmoment abhängigen Schlupf um.

Zeichnung

Die Erfindung ist anhand zweier in der Zeichnung dar­ gestellter Ausführungsbeispiele in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Einphasenmotors,

Fig. 2 ausschnittweise eine Ansicht des Motors gemäß Pfeilrichtung II in Fig. 1 bei ent­ ferntem linken Statorschenkel,

Fig. 3 eine Explosionszeichnung des Rotors des Motors in Fig. 1 und 2,

Fig. 4 ausschnittweise einen Längsschnitt gemäß Pfeil IV-IV in Fig. 1 eines Einphasenmotors gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist ein Einphasenmotor dargestellt, wie er beispielsweise für Laugenpumpen einer Waschmaschine oder für Lüfter verwendet wird. Der Motor weist einen Permanentmagnetrotor 10 und einen durch ein elektrisches Wechselfeld elektromagnetisch erregten Stator 11 auf. Der Stator 11 hat zwei Schenkel 12, 13, die über ein Joch 14 miteinander verbunden und zu ausgeprägten Statorpolen 15, 16 geformt sind, die am Rotor 10 unter Be­ lassung jeweils eines Luftspaltes 17, 18 diametral gegenüberliegen. Die Statorpole 15, 16 sind dabei so ausgebildet, daß die beiden Luftspalte 17, 18 symme­ trisch zur Polmitte der Statorpole 15, 16 ausgebildet sind und in Umfangsrichtung zu beiden Enden eines jeden Statorpoles 15 bzw. 16 hin sich vergrößern. Auf dem Joch 14 ist eine Einphasen-Wechselstromwicklung 19 aufgebracht, die bei Anlegen eines Wechselstromes im Stator 11 ein magnetisches Wechselfeld erzeugt, das den Rotor 10 und die Luftspalte 17, 18 an jedem Stator­ pol 15, 16 durchsetzt. Selbstverständlich ist der Sta­ tor 11 laminiert aus einem Blechpaket aufgebaut, wie aus Fig. 2 zu erkennen ist.

Der Permanentmagnetrotor 10 weist eine Rotorwelle 20 auf, die in nicht dargestellten Lagern drehbar gehal­ ten ist. Auf der Rotorwelle 20 sitzen drehfest mit axialem Abstand voneinander zwei Permanentmagnetschei­ ben 21, 22, deren Magnetisierungsrichtungen zueinander parallel und quer zur Rotorachse 20 ausgerichtet sind. Die Magnetisierungsrichtungen der beiden Permanentmag­ netscheiben 21, 22 sind in Fig. 2 durch Pfeile 23, 24 symbolisiert. Zwischen den beiden Permanentmagnetschei­ ben 21, 22 ist ein Weicheisenhilfspol 25 relativ zu den Permanentmagnetscheiben 21, 22 unverdrehbar befestigt. Der Weicheisenhilfspol 25, dessen Form aus Fig. 3 gut zu erkennen ist, ist dabei so auf der Rotorwelle 20 befestigt, daß seine Längsachse 26 gegenüber den Mag­ netisierungsrichtungen 23, 24 der Permanentmagnetschei­ ben um einen Winkel α (Fig.3) verdreht ist. Der Winkel α ist kleiner als 90° bemessen. Wie aus Fig. 2 deut­ lich zu sehen ist, ist die axiale Länge des Rotors 10 größer bemessen als die des Stators 11, so daß die beiden Permanentmagnetscheiben 21, 22 jeweils in Achsrichtung über das stirnseitige Ende des Stators 11 vorstehen.

In Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Einphasenmotors ausschnittweise im Längsschnitt dar­ gestellt. Dabei entspricht der gewählte Längsschnitt einen Schnitt durch den Motor wie er in Fig. 1 durch die Schnittlinien IV-IV festgelegt ist. Soweit Bau­ teile mit den Bauteilen des Motors in Fig. 1 über­ einstimmen, sind sie mit gleichen, jedoch um 100 er­ höhten Bezugszeichen versehen.

Der Rotor 110 des Motors in Fig. 4 ist in gleicher Weise aufgebaut, wie der Rotor des Motors gemäß Fig. 1-3. Die Permanentmagnetscheiben sind mit 121 und 122 bezeichnet und sitzen drehfest auf der Ro­ torwelle 120. Ebenfalls drehfest mit der Rotorwelle 120 verbunden ist der Weicheisenhilfspol 125, dessen Längsachse wiederum in einem spitzen Winkel zur Mag­ netisierungsrichtung der Permanentmagnetscheiben 121 und 122 ausgerichtet ist.

Der Stator 111 besteht wiederum aus zwei durch ein Joch verbundene Schenkel, von welchen nur der Schenkel 112 mit dem daran ausgeprägten Statorpol 115 zu sehen ist. Die Rotorwelle 120 sitzt frei drehend auf einer Abtriebswelle 127, die in zwei im Motorgehäuse 128 gehaltenen Lagern 129 und 130 drehbar gehalten ist. Mit der Abtriebswelle 120 ist mittels eines die Abtriebswelle 127 durchstoßenden Stiftes 131 ein becherförmiger Zwischenrotor 132 drehfest verbunden, der den Permanentmagnetrotor 110 umschließt und in den zwischen den Statorpolen und dem Permanentmagnet­ rotor 110 vorhandenen Luftspalten, von denen in Fig. 4 lediglich der Luftspalt 117 zu sehen ist, relativ zum Permanentmagnetrotor 110 frei dreht. Der becher­ förmige Zwischenrotor 132 besteht aus Kupfer. Zwi­ schen dem Permanentmagnetrotor 110 und dem Zwischen­ rotor 132 ist ein als Drehrichtungs-Sperrvorrichtung wirkender Freilauf angedeutet, von welcher die beiden miteinander in Wirkverbindung tretenden Sperrklinken 133 und 134 zu sehen sind, die jeweils am Zwischen­ rotor 132 und am Permanentmagnetrotor 110 befestigt sind. Eine solche Drehrichtung-Sperrvorrichtung ist in der DE-OS 34 20 370 ausführlich beschrieben, so daß insoweit hierauf verwiesen werden kann.

Bei dem Motor in Fig. 4 greift das Lastmoment an der Abtriebswelle 127 an, und die Rotorwelle 120 ist nicht von dem Lastmoment beaufschlagt. Nach dem Einschalten der Einphasen-Wechselstromwicklung, die in gleicher Weise wie in Fig. 1 auf dem Joch des Stators 111 ange­ ordnet ist, kann der Permanentmagnetrotor infolge des von dem Weicheisenhilfspol 125 erzeugten Reluktanz- Hilfsmoments ungehindert anlaufen. Der Permanentmagnet­ rotor 110 läuft dabei bis zur synchronen Drehzahl hoch, die bei einer zweipoligen Bauweise von Stator 111 und Rotor 110 und einer Netzfrequenz von 50 Hz in der Wechselstromwicklung 3000 U/min beträgt. Beim Drehen des Permanentmagnetrotors 110 wird ein Drehfeld erzeugt, welches in dem Zwischenrotor 132 Ströme induziert und diesen in Drehung versetzt. Der Zwischenrotor 132 läuft asynchron mit dem vom Permanentmagnetrotor 110 erzeugten Drehfeld. Der Schlupf hängt dabei von der Größe des an der Abtriebswelle 127 angreifenden Lastmoments ab. Die Drehzahl des Zwischenrotors 132 liegt immer um diesen Schlupf niedriger als die syn­ chrone Drehzahl des Permanentmagnetrotors 110.

Die beschriebenen Einphasenmotoren können auch an einer Gleichspannung betrieben werden, wenn zwischen dem Gleichspannungsnetz und der Einphasen-Wechselstrom­ wicklung ein Transistorwechselrichter angeordnet wird. Die an der Einphasen-Wechselstromwicklung lie­ gende Wechselspannung hat hierbei Rechteckform und eine variable oder feste Frequenz. Der Vorteil eines solchen Gleichspannungsbetriebs liegt in der frei wählbaren Drehzahl, die nicht an die Netzfrequenz gebunden ist.

Bei dem Betrieb des Einphasenmotors an einer Gleich­ spannung mit Transistorwechselrichter muß dafür ge­ sorgt werden, daß der Schaltzeitpunkt des Transistor­ wechselrichters immer mit der Stellung des Permanent­ magnetrotors 110 snychronisiert ist. Vorteilhaft ist hierzu ein magnetischer Sensor, z.B. ein Hallelement oder magnetoresistiver Widerstand, der so angeordnet ist, daß er im wesentlichen von dem permanentmagneti­ schen Feld des Permanentmagnetrotors 110 gesteuert wird. Als Vorteil einer solchen Steuerung ergibt sich eine definierte Drehrichtung des Einphasenmotors.

Claims (5)

1. Einphasenmotor mit einem Permanentmagnetrotor und mit einem durch ein elektrisches Wechselfeld elek­ tromagnetisch erregten Stator, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanent­ magnetrotor (10; 110) zwei mit axialem Abstand von­ einander drehfest auf der Rotorwelle (20; 120) sitzende Permanentmagnetscheiben (21, 22; 121, 122) mit quer zur Rotorachse ausgerichteten und zuein­ ander parallelen Magnetisierungsrichtungen (23, 24) und einen dazwischen zu den Permanentmagnetscheiben (21, 22; 121, 122) unverdrehbar angeordneten Weich­ eisenhilfspol (25; 125), dessen Längsachse (26) gegenüber den Magnetisierungsrichtungen (23, 24) der Permanentmagnetscheiben (21, 22; 121, 122) um einen spitzen Winkel (α) um die Rotorachse ver­ dreht ist, aufweist.

2. Motor nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die beiden Perma­ nentmagnetscheiben (21, 22) jeweils in Achsrich­ tung über das stirnseitige Ende des Stators (11) vorstehen.

3. Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (11) ausgeprägte Pole (15, 16) trägt, die derart ausgebildet sind, daß die zwischen den Polen (15, 16) und den Permanentmagnetscheiben (21, 22) verblei­ benden Luftspalte (17, 18) symmetrisch zur Polmitte der Pole (15, 16) ausgebildet sind.

4. Motor nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß jeder Luft­ spalt (17, 18) sich in Umfangsrichtung zu beiden Enden eines Pols (15, 16) des Stators (11) hin vergrößert.

5. Motor nach einem der Ansprüche 1-4, da­ durch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnetrotor (110) von einem hohl­ zylindrischen Zwischenrotor (132) umschlossen ist, der im Luftspalt (117) zwischen Permanent­ magnetrotor (110) und Stator (111) unabhängig von dem Permanentmagnetrotor (110) frei dreht und mit einer Abtriebswelle (127) drehfest ver­ bunden ist, und daß die Rotorwelle (120) hohlzylin­ drisch ausgebildet ist und auf der Abtriebswelle (127) freidrehend gelagert ist.