DE3810158C2 - - Google Patents

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft einen Einphasen-Synchronmotor der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art, welcher beispielsweise aus der DE-PS 11 06 857 bekannt ist. Diese Druckschrift zeigt einen selbstanlaufenden Einphasen-Synchron-Kleinstmotor mit einem permanentmagnetischen Läufer in einem von den Ständerpolen ausgehenden Wechselfeld, wobei der Läufer zusätzlich zu seinen Hauptpolen Hilfspole aufweist, welche gegenüber den Hauptpolen um eine viertel Polteilung versetzt sind, um den Anlauf des Motors sicherzustellen. Angaben über die spezielle bauliche Gestaltung des Stators enthält diese Druckschrift nicht. Die Hilfspole sind auf einer Scheibe ausgebildet, welche in ihrem Durchmesser der die Hauptpole tragenden Scheibe entspricht und unmittelbar an dieser anliegt.The invention relates to a single-phase synchronous motor in the preamble of claim 1 specified type, which for example from the DE-PS 11 06 857 is known. This document shows a self-starting single-phase synchronous miniature motor with a permanent magnetic Rotor in an alternating field originating from the stator poles, the rotor has auxiliary poles in addition to its main poles, which is offset from the main poles by a quarter of a pole pitch to ensure that the motor starts up. Details of the special This publication contains the structural design of the stator Not. The auxiliary poles are formed on a disc, which in their diameter corresponds to the disk bearing the main poles and directly on this.

Weiterhin ist es bei bekannten Einphasen-Synchronmotoren (Plaumann "Zweipoliger Einphasen-Synchronmotor", Feinwerktechnik & Meßtechnik 1985, S. 145-148) bekannt, zur Erzielung eines Anlaufmoments die an die Krümmung des Rotors angepaßten kreisbogenförmigen Begrenzungsflächen der den Rotor aufnehmenden Statoröffnung unsymmetrisch auszubilden, so daß sich an jeder Begrenzungsfläche ein Luftspalt ergibt, dessen Breite von Rotormitte nach außen hin zunimmt. Damit ergibt sich eine definierte Ruhelage des Rotors, die gegenüber der Magnetisierungsrichtung des Stators verdreht ist. Beim Anlegen des Statorfeldes wird dadurch auf den Rotor eine Kraft in Umfangsrichtung ausgeübt, so daß dieser, ggf. nach einer oder mehrerer Drehschwingungen, in Synchronismus zum Statorfeld kommt und mit diesem synchron rotiert.Furthermore, it is in known single-phase synchronous motors (Plaumann "Two-pole single-phase synchronous motor", precision engineering & measuring technology 1985, pp. 145-148), to achieve a starting torque the curvature of the rotor adapted circular arc-shaped boundary surfaces to design the stator opening receiving the rotor asymmetrically, so that there is an air gap at each boundary surface, whose width increases from the center of the rotor to the outside. So that results a defined rest position of the rotor, which is opposite to the direction of magnetization of the stator is twisted. When creating the stator field if a force is exerted on the rotor in the circumferential direction,  so that this, if necessary after one or more torsional vibrations, comes into synchronism with the stator field and rotates synchronously with it.

Bei diesen bekannten Einphasen-Synchronmotoren mit unsymmetrischem Luftspalt und bogenförmigem Blechschnitt des Ständerblechpakets tritt bei höheren Leistungen eine Entmagnetisierung an den bogenförmigen Polkanten der Permanentmagnetsegmente des Rotors und damit eine Leistungsreduzierung auf. Außerdem werden die Rückstellkräfte des Rotors bei größerer Dichtreibung zu gering, so daß kein oder kein ausreichendes Anlaufmoment vorhanden ist.In these known single-phase synchronous motors with asymmetrical Air gap and arcuate sheet metal cut of the stator core occurs demagnetization of the arcuate at higher powers Pole edges of the permanent magnet segments of the rotor and thus a reduction in performance on. In addition, the restoring forces of the rotor with greater sealing friction too low, so that no or insufficient Starting torque is present.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Einphasen-Synchronmotor der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß die magnetischen Eigenschaften des Motors durch die Maßnahme, welche zur Sicherstellung des Anlaufs des Motors aus jeder beliebigen Rotorstellung heraus getroffen werden, möglichst wenig beeinträchtigt werden. Hierzu ist es notwendig, eine gegenseitige Beeinflussung von Hauptfeld und Hilfsfeld des Rotors so gering wie möglich zu halten und eine Entmagnetisierung an den Polkanten der Permanentmagnetsegmente des Rotors weitgehend zu vermeiden.The invention has for its object a single-phase synchronous motor of the type mentioned so that the magnetic Properties of the engine by the measure, which to ensure starting the motor from any rotor position be hit as little as possible. This is it necessary, a mutual influencing of main field and auxiliary field of the rotor as low as possible and demagnetization largely on the pole edges of the permanent magnet segments of the rotor avoid.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1, wobei die räumlichen und magnetischen Gestaltungsmaßnahmen und die räumliche Anordnung gemeinsam zur Lösung der gestellten Aufgabe beitragen.This object is achieved by the characterizing Features of claim 1, wherein the spatial and magnetic design measures and the spatial arrangement together to solve contribute to the task.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Der erfindungsgemäße Einphasen-Synchronmotor hat den Vorteil, daß durch den von Polmitte nach außen sich etwa sinusförmig verbreiternden symmetrischen Luftspalt die Entmagnetisierung an den Polkanten der Permanentsegmente des Rotors stark reduziert wird, so daß der Motor auch problemlos für höhere Leistungen eingesetzt werden kann. The single-phase synchronous motor according to the invention has the advantage that due to the widening of the sinusoidal shape from the center of the pole to the outside symmetrical air gap demagnetization at the pole edges of the permanent segments of the rotor is greatly reduced, so that the motor can also be used without problems for higher outputs.  

Das durch die Symmetrie des Luftspaltes nunmehr fehlende Anlaufmoment wird durch den erfindungsgemäßen Hilfsrotor zur Verfügung gestellt, dessen Magnetisierungsrichtung von der des Statorfeldes abweicht. Der erfindungsgemäße Motor kann bei gleicher Auslegung größere träge Massen beschleunigen und höhere Reibmomente aufnehmen als die bekannten Motoren mit bogenförmiger Statoröffnung und asymmetrischem Luftspalt und kann damit höher belastet werden. Die einfache Form des Statorblechschnitts trägt zudem zur Reduzierung der Herstellungskosten bei.The starting torque that is now missing due to the symmetry of the air gap is provided by the auxiliary rotor according to the invention, whose direction of magnetization differs from that of the stator field. The Motor according to the invention can larger inertial masses with the same design accelerate and absorb higher friction torques than the known motors with curved stator opening and asymmetrical air gap and can be burdened with higher. The simple shape of the stator sheet cut also helps to reduce manufacturing costs.

Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Synchronmotors möglich.The measures listed in the further claims are advantageous Developments and improvements to that specified in claim 1 Synchronous motor possible.

Zeichnungdrawing

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigtThe invention is based on an embodiment shown in the drawing explained in more detail in the following description. It shows

Fig. 1 einen Längsschnitt eines Einphasen- Synchronmotors, Fig. 1 is a longitudinal section of a single-phase synchronous motor,

Fig. 2 eine schematische perspektivische Darstellung des Rotors des Motors gemäß Fig. 1, Fig. 2 is a schematic perspective view of the rotor of the motor of FIG. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt durch Stator und Rotor des Motors in Fig. 1. Fig. 3 shows a cross section through the stator and rotor of the motor in FIG. 1.

Beschreibung des AusführungsbeispielsDescription of the embodiment

Der in Fig. 1 im Längsschnitt dargestellte Einphasen-Synchronmotor weist in bekannter Weise einen durch ein elektrisches Wechselfeld elektromagnetisch erregten Stator 10 und einen zwei- oder mehrpoligen Permanentmagnet-Rotor 11 auf. Der Rotor 11 sitzt drehfest auf einer Rotorwelle 12, die in Drehlagern 13, 14 eines den Stator 10 aufnehmenden Gehäuses 26 gelagert ist, und ist freidrehend in einer axial sich erstreckenden Öffnung 15 des Stators 10 angeordnet. Die Statoröffnung 15 wird dabei von einander diametral am Rotor 11 gegenüberliegenden Statorflächen 16, 17 begrenzt. Die Anzahl der gegenüberliegenden Statorflächen 16 entspricht der Anzahl von Polen des Rotors 11. Bei der hier gezeigten zweipoligen Ausführungsform des Permanentmagnet-Rotors 11 existieren nur die beiden Statorflächen 16, 17. The single-phase synchronous motor shown in longitudinal section in FIG. 1 has, in a known manner, a stator 10 electromagnetically excited by an alternating electrical field and a two-pole or multi-pole permanent magnet rotor 11 . The rotor 11 is seated in a rotationally fixed manner on a rotor shaft 12 , which is mounted in rotary bearings 13 , 14 of a housing 26 accommodating the stator 10 , and is arranged in a freely rotating manner in an axially extending opening 15 of the stator 10 . The stator opening 15 is delimited by diametrically opposite stator surfaces 16 , 17 on the rotor 11 . The number of opposing stator surfaces 16 corresponds to the number of poles of the rotor 11 . In the two-pole embodiment of the permanent magnet rotor 11 shown here, only the two stator surfaces 16 , 17 exist.

Wie aus dem in Fig. 3 dargestellten Querschnitt von Stator 10 und Rotor 11 zu sehen ist, weist der Stator 10 ein Statorblechpaket 18 mit U-förmigem Blechschnitt auf. Die Schenkel 181, 182 des Blechpakets 18 sind bis zu ihrem freien Ende exakt parallel geführt und bilden in ihrem vorderen Bereich die den Rotor 11 aufnehmende Statoröffnung 15. Dadurch sind die beiden einander gegenüberliegenden Statorflächen 16, 17 zueinander exakt parallel ausgerichtet und verlaufen in einem konstanten Abstand voneinander, der um einen bestimmten Betrag größer ist als der Durchmesser des Rotors 11. Zwischen dem Rotor 11 und jeder der Statorflächen 16, 17 bildet sich damit ein Luftspalt 19, 20 aus, der in Rotormitte minimal ist und sich symmetrisch zu beiden Seiten in Umfangsrichtung des Rotors 11 sinusförmig vergrößert.As can be seen from the cross section of the stator 10 and the rotor 11 shown in FIG. 3, the stator 10 has a stator laminated core 18 with a U-shaped laminated section. The legs 181 , 182 of the laminated core 18 are guided exactly parallel up to their free end and form the stator opening 15 receiving the rotor 11 in their front region. As a result, the two opposing stator surfaces 16 , 17 are aligned exactly parallel to one another and run at a constant distance from one another which is larger by a certain amount than the diameter of the rotor 11 . An air gap 19 , 20 is thus formed between the rotor 11 and each of the stator surfaces 16 , 17 , which is minimal in the center of the rotor and increases sinusoidally symmetrically on both sides in the circumferential direction of the rotor 11 .

Um trotz des symmetrischen Luftspaltes 19, 20 ein Anlaufmoment für den Rotor 11 zur Verfügung zu stellen, ist mit der Rotorwelle 12 ein Hilfsrotor 21 starr verbunden, der aus gleichen oder andersartigen Magnetmaterialien wie der Rotor 11 hergestellt ist. Die Polpaarzahl des Hilfsrotors 21 ist identisch der des Rotors 11 gewählt. Der Hilfsrotor 21 ist auf der Rotorwelle 12 jedoch so befestigt, daß die Richtung des von ihm erzeugten permanentmagnetischen Feldes gegenüber der Richtung des permanentmagnetischen Feldes des Rotors 11 um einen Winkel β (Fig. 2) verdreht ist. Je nach Größe des gewünschten Anlaufmoments kann der Winkel β größer oder kleiner gemacht werden, darf aber im Extremfall 90° elektrisch nicht überschreiten. Die axiale Länge des Hilfsrotors 21 beträgt nur einen Bruchteil der axialen Länge des Rotors 11. Vorzugsweise wird er mit geringem axialen Abstand vom Rotor 11 auf der Rotorwelle 12 befestigt.In order to provide a starting torque for the rotor 11 despite the symmetrical air gap 19 , 20 , an auxiliary rotor 21 , which is made of the same or different magnetic materials as the rotor 11 , is rigidly connected to the rotor shaft 12 . The number of pole pairs of the auxiliary rotor 21 is identical to that of the rotor 11 . The auxiliary rotor 21 is, however, fastened on the rotor shaft 12 in such a way that the direction of the permanent magnetic field generated by it is rotated by an angle β ( FIG. 2) with respect to the direction of the permanent magnetic field of the rotor 11 . Depending on the size of the desired starting torque, the angle β can be made larger or smaller, but in extreme cases it must not exceed 90 ° electrically. The axial length of the auxiliary rotor 21 is only a fraction of the axial length of the rotor 11 . It is preferably attached to the rotor shaft 12 with a small axial distance from the rotor 11 .

Der Hilfsrotor 21 ist entweder freidrehend in der Statoröffnung 15 selbst oder - wie im dargestellten Ausführungsbeispiel - in einer entsprechenden Öffnung 22 eines Hilfsstators 23 angeordnet. Zur Bildung des Hilfsstators 23 sind zwei Jochteile 24, 25 aus ferromagnetischem Material vorgesehen, die am Gehäuse 26 befestigt sind und das Statorblechpaket 18 axial auf der von dem Rotor 11 abgekehrten Rückseite übergreifen (Fig. 1). Im Bereich des Hilfsrotors 21 verlaufen diese Jochteile 24, 25 in Radialrichtung und überdecken unter Bildung der Öffnung 22 teilweise den Hilfsrotor 21 in dessen Umfangsrichtung. Auf diese Weise wird der Hilfsstator 23 mit einem Teil des Erregerflusses versorgt, der von einer elektrischen Erregerwicklung 27 im Statorblechpaket 18 induziert wird. In bekannter Weise ist die Erregerwicklung 27 auf zwei Erregerspulen 28, 29 aufgeteilt, die jeweils auf einem Spulenkörper 30, 31 aufgewickelt sind. Jeweils ein Spulenkörper 30 bzw. 31 ist auf einen Schenkel 181 bzw. 182 des Statorblechpakets 18 aufgeschoben.The auxiliary rotor 21 is either freely rotating in the stator opening 15 itself or - as in the exemplary embodiment shown - in a corresponding opening 22 of an auxiliary stator 23 . To form the auxiliary stator 23 , two yoke parts 24 , 25 made of ferromagnetic material are provided, which are fastened to the housing 26 and axially overlap the stator laminated core 18 on the rear side facing away from the rotor 11 ( FIG. 1). In the area of the auxiliary rotor 21 , these yoke parts 24 , 25 run in the radial direction and partially cover the auxiliary rotor 21 in its circumferential direction, forming the opening 22 . In this way, the auxiliary stator 23 is supplied with part of the excitation flux, which is induced by an electrical excitation winding 27 in the stator laminated core 18 . In a known manner, the excitation winding 27 is divided into two excitation coils 28 , 29 , each of which is wound on a coil former 30 , 31 . In each case one coil former 30 or 31 is pushed onto one leg 181 or 182 of the stator laminated core 18 .

Claims (5)

1. Einphasen-Synchronmotor mit einem durch ein elektrisches Wechselfeld eletromagnetisch erregten Stator und einem Permanentmagnet-Rotor, der unter Belassung eines Luftspaltes in einer Statoröffnung freidrehend angeordnet ist, die von mindestens zwei einander am Rotor gegenüberliegenden Statorflächen begrenzt ist, wobei mit dem Rotor ein vom Statorfeld mittel- oder unmittelbar durchsetzter permanentmagnetischer Hilfsrotor drehfest verbunden ist, dessen permanentmagnetisches Feld gegenüber dem permanentmagnetischen Feld des Rotors um einen Winkel (β) kleiner 90° elektrisch verdreht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenüberliegenden Statorflächen (15, 16) zueinander parallel verlaufen und daß der Hilfsrotor (11) auf der Rotorwelle (12) mit geringem axialen Abstand von dem Rotor (11) drehfest angeordnet ist und eine axiale Länge aufweist, die sehr viel kleiner als die des Rotors (11) ist.1. A single-phase synchronous motor with a stator electromagnetically excited by an alternating electrical field and a permanent magnet rotor which is freely rotating while leaving an air gap in a stator opening which is delimited by at least two stator surfaces opposite one another on the rotor, one with the rotor Stator field is directly or indirectly penetrated permanent magnetic auxiliary rotor, the permanent magnetic field of which is electrically rotated by an angle (β) of less than 90 ° relative to the permanent magnetic field of the rotor, characterized in that the opposite stator surfaces ( 15 , 16 ) run parallel to one another and that the auxiliary rotor ( 11 ) on the rotor shaft ( 12 ) with a small axial distance from the rotor ( 11 ) is rotatably arranged and has an axial length that is much smaller than that of the rotor ( 11 ). 2. Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (11) und der Hilfsrotor (21) aus dem gleichen permanentmagnetischen Werkstoff bestehen.2. Motor according to claim 1 or 2, characterized in that the rotor ( 11 ) and the auxiliary rotor ( 21 ) consist of the same permanent magnetic material. 3. Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (10) ein im Schnitt etwa U-förmiges Statorblechpaket (18) aufweist, dessen Schenkel (181, 182) einen konstanten Abstand voneinander aufweisen und daß der Rotor (11) zwischen den Schenkeln (181, 182) angeordnet ist. 3. Motor according to claim 1 or 2, characterized in that the stator ( 10 ) has an approximately U-shaped stator laminated core ( 18 ), the legs ( 181 , 182 ) of which are at a constant distance from one another and that the rotor ( 11 ) is arranged between the legs ( 181 , 182 ). 4. Motor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ständerblechpaket (18) sich nur über die axiale Länge des Rotors (11) erstreckt und seine Schenkel (181, 182) auf ihrer vom Rotor (11) abgekehrten Rückseite jeweils von einem axial verlaufenden Jochteil (24, 25) übergriffen sind, und daß die beiden Jochteile (24, 25) einen Hilfsstator (23) für den Hilfsrotor (21) bilden.4. Motor according to claim 3, characterized in that the stator core ( 18 ) extends only over the axial length of the rotor ( 11 ) and its legs ( 181 , 182 ) on their rear side facing away from the rotor ( 11 ) each from an axially extending Yoke part ( 24 , 25 ) are overlapped, and that the two yoke parts ( 24 , 25 ) form an auxiliary stator ( 23 ) for the auxiliary rotor ( 21 ). 5. Motor nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur elektromagnetischen Erregung des Stators (10) mindestens eine Erregerspule (28, 29) das Ständerblechpaket (18) in dessen Schenkel- oder Stegbereich umschließt.5. Motor according to claim 3 or 4, characterized in that for electromagnetic excitation of the stator ( 10 ) at least one excitation coil ( 28 , 29 ) encloses the stator core ( 18 ) in its leg or web area.