DE3818532A1 - Einphasen-synchronmotor - Google Patents
Einphasen-synchronmotorInfo
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- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
- H02K7/10—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters
- H02K7/118—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with starting devices
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
- H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
- H02K5/12—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof specially adapted for operating in liquid or gas
- H02K5/128—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof specially adapted for operating in liquid or gas using air-gap sleeves or air-gap discs
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Einphasen-Synchronmotor
gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1; ein derartiger Ein
phasen-Synchronmotor ist aus der DE-Z.: "Feinwerktechnik und
Meßtechnik" 87 (1979), H.4. S.163-169 bekannt.
Einphasen-Synchronmotoren der vorgenannten bekannten Art werden
bei zweipoliger Ausführung üblicherweise in unsymmetrischer Bau
art mit einem U-förmigen Statorblechschnitt ausgeführt. Die
Polbögen sind dabei so geformt, daß die Statorspulen nach dem
Wickeln auf die beiden Schenkel aufgeschoben werden können. Aus
diesem Grunde werden im allgemeinen zwei Spulen vorgesehen, die
je nach Dimensionierung parallel oder in Reihe geschaltet und
direkt mit der äußeren Speisespannungsquelle verbunden sind.
Der Motor kann nur bei synchroner Drehzahl im Mittel Leistung
abgeben. Trotz dieser Einschränkung ist ein selbständiger Anlauf
möglich. Er erfolgt in Form eines Einschwingvorganges, bei wel
chem sich Drehrichtung, Geschwindigkeit und Strom so lange wech
selweise ändern, bis der synchrone Zustand erreicht ist. Auch
das Drehmoment wechselt dabei ständig seine Richtung und Größe.
Der stationäre Zustand wird abhängig vom Phasenwinkel der Span
nung beim Einschalten unter Umständen erst nach mehreren Netzpe
rioden erreicht. Dabei kann sich schließlich die positive oder
die negative Drehrichtung als endgültige Drehrichtung einstellen.
Zwei Bedingungen müssen für einen selbständigen Anlauf und
einen Hochlauf erfüllt sein. Der Motor muß beim Einschalten zu
nächst überhaupt in Bewegung kommen und muß danach im weiteren
Verlauf der Bewegung innerhalb einer bestimmten Zeit in eine
Drehrichtung so stark beschleunigt werden, daß er die synchrone
Geschwindigkeit erreicht und auch weiterhin dem Statorfeld
folgen kann. Die erste Bedingung für einen selbständigen Anlauf
wird üblicherweise durch zusätzliche Vorrichtungen mechanischer
oder elektrischer Art erreicht. Als Vorrichtung elektrischer
Art ist es allgemein bekannt, den Polbögen eine unsymmetrische
Form derart zu geben, daß der Luftspalt an gegenüberliegenden
Stellen eines Polpaares vergrößert ist. Dies hat zur Folge, daß
der dauermagnetische Rotor sich um einen Winkel γ gegenüber
der Stellung verdreht, die er bei symmetrischen Stator-Polbögen
einnehmen würde, bis er die Stellung erreicht hat, in welcher
der magnetische Widerstand minimal wird. Beim Einschalten der
Statorerregung übt dann das Statorfeld auf den dauermagnetischen
Rotor ein Drehmoment solange aus, bis die beiden Felder parallel
sind. Wird die Richtung des Statorfeldes zur rechten Zeit umge
polt und bewegt sich der Rotor infolge seiner kinetischen Ener
gie geringfügig über diese Parallelstellung hinaus, so wird er
wiederum eine halbe Umdrehung weiter beschleunigt usw.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, auf konstruktiv ein
fache und trotzdem für einen rauhen, insbesondere zur Verwen
dung als Antrieb von Laugenpumpen, geeignete Weise eine Hoch
laufhilfe zu schaffen, mit Hilfe derer der Rotor des Einphasen-
Synchronmotors sicher und schnell entweder in die positive oder
die negative betriebsmäßig verbleibende Drehrichtung einschwin
gen kann.
Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt bei einem Einphasen-
Synchronmotor der eingangs genannten Art durch die Lehre des
Patentanspruchs 1; vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung
sind Gegenstand der Unteransprüche.
Durch das erfindungsgemäß vorgesehene elastische Zwischenglied
wird einerseits gewährleistet, daß der Einphasen-Synchronmotor
im ersten Augenblick des Einschaltens der Statorerregung noch
frei von der Belastung durch die anzutreibende Last den Ein
schwingvorgang beginnen kann und andererseits ermöglicht, daß
der Rotor bereits nach kurzer Zeit unterstützt durch die kine
tische Energie des rückfedernden, zuvor in Gegendrehrichtung ge
spannten elastischen Zwischengliedes schnell und sicher die syn
chrone Drehzahl in einer der beiden Drehrichtungen erreichen
kann. Die Auslegung der Feder ist dabei von den wesentlichen
Parametern wie dem Massenträgheitsmoment des Läufers, dem Be
lastungsmoment der anzutreibenden Last und der Größe der Stator
erregung mitbestimmt und ist derart vorzunehmen, daß das ela
stische Zwischenglied eine hinreichende kinetische Energie in
der einen Drehrichtung beim Einschwingvorgang des Rotors spei
chern und in der anderen Drehrichtung wieder abgeben kann und
andererseits das auftretende Motor- bzw. Beschleunigungsmoment
bei Erreichen der endgültigen Drehzahl sicher auf die anzutreib
ende Last übertragbar ist. Als eigentliche Anlaufhilfe ist
zweckmäßigerweise durch einen an gegenüberliegenden Stellen
eines Polpaares vergrößerten Luftspalt (Stufenpol) in bekannter
Weise dafür gesorgt, daß bei unerregter Statorerregerwicklung
die Feldachse des dauermagnetisch erregten Rotors um einen
bestimmten Winkel aus der Lage der Statorfeldachse bei be
triebsmäßig eingeschalteter Statorerregung verdreht ist.
Das elastische Zwischenglied kann als Freilaufkupplung mit in
beiden Drehrichtungen elastischem Endanschlag ausgebildet sein;
gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
ist als elastisches Zwischenglied eine in beiden Drehrichtungen
biegsame Feder, insbesondere eine Schenkelfeder in Schrauben
form, vorgesehen, die einerseits auf baulich engem Raum eine
Speicherung der kinetischen Energie beim Einschwingen des Rotor
teils in der einen Richtung ermöglicht und diese Energie beim
Rückfedern in der anderen Rotorrichtung wieder abgeben kann und
andererseits nach Erreichen der endgültigen Drehzahl des Rotors
auch eine sichere Übertragung des Antriebsmomentes vom Rotor
auf die anzutreibende Last gewährleistet.
Im Sinne einer besonders kleinbauenden und einfachen Konstruk
tion ist nach einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen, daß der
Dauermagnetkörper des Rotors drehbar auf der Rotorwelle gelagert
und mit seinem einen axialen Ende mittel- bzw. unmittelbar als
die eine Kupplungshälfte der Kupplung ausgebildet ist, deren
andere Kupplungshälfte in Mitnahmeverbindung mit der Rotorwelle
steht. Zur Begrenzung des Federweges der als elastisches
Zwischenglied vorgesehenen Feder und insbesondere im Sinne einer
definierten Mitnahmeverbindung zwischen dem auf der Rotorwelle
drehbar gelagertem Dauermagnetkörper und dessen erster Kupp
lungshälfte einerseits und der zweiten Kupplungshälfte und der
anzutreibenden Last andererseits ist der Federweg der Feder in
der einen Drehrichtung durch mittel- bzw. unmittelbare Anlage
an die innen durchgesteckte Rotorwelle und in der anderen Dreh
richtung durch Anlage an außen die Feder übergreifende Kupp
lungshälftenhülsen begrenzbar.
Werden der erfindungsgemäß ausgebildete Einphasen-Synchronmotor
zum Antrieb einer Flüssigkeitspumpe, insbesondere einer Laugen
pumpe, verwendet und der Dauermagnetkörper und die Kupplung in
einem Spaltrohr mit einer Rotorwellenlagerung in zumindest einem
pumpenseitigen, das Spaltrohr abschließenden Lager vorgesehen,
so erlaubt es die erfindungsgemäß vorgesehene Mitnahmeverbin
dung zwischen auf der Rotorwelle drehbar gelagertem Dauermagnet
körper und dem anzureibenden Pumpenrad mittels des elastischen
Zwischengliedes auf einfache Weise, den auf der Rotorwelle dreh
bar gelagerten Dauermagnetkörper um ein geringes Axialmaß derart
gegenüber dem Statorblechpaket versetzt anzuordnen, daß auf den
Dauermagnetkörper betriebsmäßig ein solcher Axialzug ausgeübt
wird, daß die Nabe des Pumpenrades an die Nabe des Lagers
dichtend axial angedrückt ist.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden
im folgenden anhand eines schematisch dargestellten Ausführungs
beispiels in der Zeichnung näher erläutert, die in einem axialen
Längsschnitt einen Laugenpumpenantrieb mit einem Einphasen-
Synchronmotor zeigt.
In einem Spaltrohr 1 ist über ein erstes, pumpenseitiges Lager
11 und ein zweites Lager 12 die Rotorwelle 6 eines Einphasen-
Synchronmotors zum Antrieb einer Laugenpumpe drehbar gelagert.
Auf dem linken, aus dem ersten, pumpenseitigen Lager 11 heraus
ragenden Rotorwellenende ist ein Pumpenrad 9 befestigt, das von
einem hier nur ausschnittweise angedeuteten Pumpengehäuse 10
umgeben ist. Der Stator besteht aus einem hufeisenförmigen un
symmetrischen Blechpaket 7, von dem in dem dargestellten
axialen Längsschnitt des Einphasen-Synchronmotors nur der eine
U-förmige Schenkel sichtbar ist, von dessen freiem Ende her
eine Statorerregerwicklung 8 aufgesteckt ist.
Der Dauermagnetkörper 2 ist von einer Kunststoffumspritzung 3
eingefaßt und drehbar auf der Rotorwelle 6 gelagert. Das rechte
Ende der Kunststoffumspritzung 3 ist gleichzeitig als die mit
dem Dauermagnetkörper 2 fest verbundene erste Kupplungshälfte
31 ausgebildet. Die andere Kupplungshälfte 4 ist als Kunststoff
teil fest mit der Rotorwelle 6 verbunden, die zur formschlüssi
gen Halterung dazu im Bereich der anderen Kupplungshälfte 4 mit
einer Riffelung 61 versehen ist.
Als elastisches Zwischenglied zwischen der einen Kupplungshälfte
31 und der anderen Kupplungshälfte 4 dient eine schraubenförmige
Schenkelfeder 5, die in axiale stirnseitig geöffnete Schlitze
der beiden Kupplungshälften eingesteckt und in Vertiefungen an
den Schlitzenden mit abgewinkelten Enden zumindest tangential
formschlüssig festgelegt ist. Die Schenkelfeder 5 ist radial
außen von je einer Kupplungshälftenhülse 311 bzw. 41 der einen
Kupplungshälfte 31 bzw. der anderen Kupplungshälfte 4 derart
übergriffen, daß sich die Schenkelfeder 5 einerseits beim
Einschwingen des auf der Rotorwelle 6 drehbar gelagerten Dauer
magnetkörpers 12 aufweiten kann, jedoch der Federweg durch
Anlage an die Kupplungshälftenhülsen derart begrenzbar ist, daß
bei Erreichen der endgültigen Drehzahl die zweite Kupplungs
hälftenhülse und damit die Rotorwelle und das Pumpenrad sicher
mitgenommen werden. Einer zu weiten Einschnürung der Schenkel
feder 5 in Gegenrichtung wird durch die Rotorwelle 6 und die
zwischen der Rotorwelle 6 und dem Innenumfang der Schenkelfeder
5 liegenden Kunststoffteile der anderen Kupplungshälfte 4 bzw.
der Kunststoffumspritzung 3 des Dauermagnetenkörpers 2 entgegen
gewirkt.
Beim Einschalten der Statorerregung des erfindungsgemäßen Ein
phasen-Synchronmotors wird zunächst aufgrund der phasenver
schobenen Rotorfeldachse gegenüber der Statorfeldachse um einen
Winkel γ ein Anlauf des auf der Rotorwelle 6 drehbar gelagerten
Dauermagnetkörpers 2 in den Einschwingvorgang gewährleistet. Bei
diesem Einschwingvorgang wird die Schenkelfeder 5 als elasti
sches Zwischenglied entweder aufgeweitet oder verengt; dabei
wird kinetische Energie in der gespannten Schenkelfeder 5 ge
speichert. Beim anschließenden Rückschwingen des Dauermagnet
körpers 2 wird dieser Vorgang durch die nunmehr sich entspan
nende Schenkelfeder 5 aufgrund der Rückgabe der gespeicherten
Energie unterstützt. Nach kurzer Einschwingzeit erreicht der
Dauermagnetkörper 2 seine endgültige verbleibende Drehzahl in
der einen oder anderen Richtung; dabei wird dann über das ela
stische Zwischenglied in Form der Schenkelfeder 5 die andere
Kupplungshälfte 4 mitgenommen, wobei gegebenenfalls die Schen
kelfeder 5 entweder an den äußeren Kupplungshälftenhülsen 311
bzw. 41 oder an den radial innen untergreifenden Kupplungshälf
tenhülsen zur Anlage kommt.
Der Dauermagnetkörper 2 ist um das Axialmaß a gegenüber dem
Statorblechpaket 7 nach links versetzt angeordnet, so daß ein
axialer magnetischer Zug auf den Dauermagnetkörper 2 und
mittelbar auch auf die Rotorwelle 6 derart ausgeübt wird, daß
die Nabe 91 des Pumpenrades 9 dichtend gegen die Nabe 111 des
ersten Lagers 11 gedrückt ist; dadurch kann das elastische
Zwischenglied in vorteilhafter Weise gegen Grobhornverunrei
nigungen geschützt innerhalb des abgedichteten Spaltrohres
untergebracht werden.
Claims (9)
1. Einphasen-Synchronmotor mit dauermagnetischem Rotor und einer
Kupplung mit Verdrehspiel, deren eine Kupplungshälfte mit
zumindest einem Teil des Rotors und deren andere Kupplungs
hälfte mit einer anzutreibenden Last, insbesondere einem Pumpen
rad einer Laugenpumpe, gekoppelt ist, dadurch ge
kennzeichnet, daß als Hochlaufhilfe die eine
Kupplungshälfte (31) mit der anderen Kupplungshälfte (4) über
ein in beiden Drehrichtungen elastisches Zwischenglied
(Schenkelfeder 5) in Mitnahmeverbindung steht.
2. Einphasen-Synchronmotor nach Anspruch 1, gekenn
zeichnet durch einen an gegenüberliegenden Stellen
eines Polpaares vergrößertem Luftspalt zwischen den Polbögen
des Stators und dem Außenumfang des Rotors.
3. Einphasen-Synchronmotor nach Anspruch 2, gekenn
zeichnet durch einen stufenförmigen Übergang vom
kleinen zum vergrößerten Luftspalt (Stufenpol).
4. Einphasen-Synchronmotor nach Anspruch 1 bis 3, da
durch gekennzeichnet, daß als elastisches
Zwischenglied eine Freilaufkupplung mit in beiden Drehrich
tungen elastischem Endanschlag vorgesehen ist.
5. Einphasen-Synchronmotor nach Anspruch 1 bis 3, da
durch gekennzeichnet, daß als elastisches
Zwischenglied eine in beiden Drehrichtungen biegsame Feder vor
gesehen ist.
6. Einphasen-Synchronmotor nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, daß eine schraubenförmige
Schenkelfeder (5) vorgesehen ist.
7. Einphasen-Synchronmotor nach Anspruch 5 oder 6, da
durch gekennzeichnet, daß der Dauer
magnetkörper (2) des Rotors drehbar auf der Rotorwelle (6)
gelagert und mit seinem einen axialen Ende mittel- bzw.
unmittelbar als die eine Kupplungshälfte (31) der Kupplung
ausgebildet ist, deren andere Kupplungshälfte (4) in Mitnahme
verbindung mit der Rotorwelle (6) steht.
8. Einphasen-Synchronmotor nach Anspruch 7, dadurch
gekennzeichnet, daß der Federweg der Feder
(Schenkelfeder 5) in der einen Drehrichtung durch mittel- bzw.
unmittelbare Anlage an die innen durchgesteckte Rotorwelle (6)
und in der anderen Drehrichtung durch Anlage an eine außen die
Feder übergreifende Kupplungshälftenhülse (311; 41) begrenzbar
ist.
9. Einphasen-Synchronmotor zum Antrieb einer Flüssigkeitspumpe,
insbesondere einer Laugenpumpe, mit in einem Spaltrohr über
zumindest ein pumpenseitiges Lager gelagertem Rotor, auf dessen
aus dem Lager herausragenden freien Rotorwellenende das
Pumpenrad der Flüssigkeitspumpe gelagert ist, nach Anspruch 1
bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß
die Kupplungshälften (31; 4) mit dem elastischen Zwischenglied
(Schenkelfeder 5) innerhalb des Spaltrohres (1) angeordnet und
der auf der Rotorwelle (6) drehbar gelagerte Dauermagnetkörper
(2) im Sinne eines magnetischen Axialzuges zur dichtenden
Anlage der Nabe (91) des Pumpenrades (9) an der Nabe des Lagers
(11) um ein geringes Axialmaß (a) gegenüber dem Statorblech
paket (7) versetzt angeordnet ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19883818532 DE3818532A1 (de) | 1988-05-31 | 1988-05-31 | Einphasen-synchronmotor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19883818532 DE3818532A1 (de) | 1988-05-31 | 1988-05-31 | Einphasen-synchronmotor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3818532A1 true DE3818532A1 (de) | 1989-12-07 |
Family
ID=6355535
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19883818532 Withdrawn DE3818532A1 (de) | 1988-05-31 | 1988-05-31 | Einphasen-synchronmotor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3818532A1 (de) |
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- 1988-05-31 DE DE19883818532 patent/DE3818532A1/de not_active Withdrawn
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Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8141 | Disposal/no request for examination |