DE3818532A1 - Single-phase synchronous motor - Google Patents
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Abstract
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.The invention relates to a single-phase synchronous motor according to the preamble of claim 1; such an one phase synchronous motor is from DE-Z .: "Feinwerktechnik and Messtechnik "87 (1979), H.4. S.163-169 known.
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.Single-phase synchronous motors of the aforementioned known type with a two-pole version usually in an asymmetrical design Art with a U-shaped stator cut. The Pole arcs are shaped so that the stator coils after Winding can be pushed onto the two legs. Out for this reason, two coils are generally provided, the depending on the dimensioning connected in parallel or in series and are directly connected to the external supply voltage source.
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.The motor can only perform at average speed at synchronous speed submit. Despite this limitation, it is an independent attempt possible. It takes the form of a transient process, at which direction of rotation, speed and current change for as long selectively change until the synchronous state is reached. Also the torque constantly changes direction and size. The steady state becomes dependent on the phase angle of the chip voltage when switching on under certain circumstances only after several mains periods reached. The positive or set the negative direction of rotation as the final direction of rotation.
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.Two conditions must be met for an independent start-up and a run-up. The motor must first start moving at all when it is switched on and must then be accelerated so strongly in one direction of rotation within a certain time that it reaches the synchronous speed and can continue to follow the stator field. The first condition for an independent start-up is usually achieved by additional mechanical or electrical devices. As an electrical device, it is generally known to give the pole arcs an asymmetrical shape in such a way that the air gap is enlarged at opposite points of a pole pair. The result of this is that the permanent-magnet rotor rotates by an angle γ with respect to the position which it would take for symmetrical stator pole arcs until it has reached the position in which the magnetic resistance becomes minimal. When the stator excitation is switched on, the stator field then exerts a torque on the permanent-magnet rotor until the two fields are parallel. If the direction of the stator field is reversed at the right time and if the rotor moves slightly beyond this parallel position due to its kinetic energy, then it is accelerated again by half a turn, etc.
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.The object of the present invention is to constructively fold and still for a rough one, especially for use as a drive for drain pumps, suitably a high to create walking aid with the help of which the rotor of the single-phase Synchronous motor safely and quickly either in the positive or the negative direction of rotation remaining operationally steady can.
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.The task is solved with a single-phase Synchronous motor of the type mentioned by the teaching of Claim 1; advantageous embodiments of the invention are the subject of the subclaims.
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.Through the elastic intermediate member provided according to the invention on the one hand, it ensures that the single-phase synchronous motor the first time the stator excitation is switched on free from the burden of the load to be driven oscillation process can begin and on the other hand allows that the rotor is supported by the kine after a short time table energy of the springback, previously in the opposite direction of rotation stretched elastic pontic quickly and safely the syn Chrone speed in one of the two directions of rotation can. The design of the spring is essential Parameters such as the moment of inertia of the rotor, the Be load moment of the load to be driven and the size of the stator co-determination and is to be carried out in such a way that the ela sufficient intermediate kinetic energy in which spins one direction of rotation during the swinging-in process of the rotor and release in the other direction of rotation and on the other hand the occurring engine or acceleration torque on reaching the final speed safely on the end load is transferable. As a real start-up aid expediently by one at opposite points of a pair of poles enlarged air gap (stepped pole) in a known Way ensured that with unexcited stator excitation winding the field axis of the permanent magnet excited rotor by one certain angle from the position of the stator field axis at be the stator excitation, which is switched on in terms of drive, is rotated.
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. The elastic intermediate member can be used as a one-way clutch with be elastic end stop in both directions of rotation; according to a particularly advantageous embodiment of the invention is an elastic link in both directions flexible spring, especially a leg spring in screws form, provided on the one hand in a structurally narrow space Storage of the kinetic energy when the rotor settles partly in one direction and this energy in Spring back in the other direction of the rotor can release and on the other hand after reaching the final speed of the rotor also a safe transmission of the drive torque from the rotor guaranteed to the load to be driven.
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.In the sense of a particularly small and simple construction tion is provided according to a further embodiment that the Permanent magnet body of the rotor rotatably mounted on the rotor shaft and with its one axial end directly or indirectly as which is formed a coupling half of the coupling, the other coupling half in driving connection with the rotor shaft stands. To limit the travel of the elastic Intermediate member provided spring and in particular in the sense of a defined driving connection between that on the rotor shaft rotatable permanent magnet body and its first clutch half on the one hand and the second coupling half and the load to be driven, on the other hand, is the spring travel in one direction of rotation through direct or indirect investment to the rotor shaft inserted inside and in the other rotation Direction by contact with the outside of the spring overlapping dome lungs halves can be limited.
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. Become the single-phase synchronous motor designed according to the invention to drive a liquid pump, especially an alkali pump, used and the permanent magnet body and the clutch in a can with a rotor shaft bearing in at least one bearing on the pump side that closes off the can, it allows the entrainment connection provided according to the invention between permanent magnet rotatably mounted on the rotor shaft body and the pump wheel to be rubbed by means of the elastic Intermediate link in a simple way, which rotates on the rotor shaft bar-mounted permanent magnet body by a small axial dimension to be offset relative to the stator laminated core that on the Permanent magnet body operationally exerted such an axial pull is that the hub of the impeller to the hub of the bearing is pressed axially.
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.The invention and other advantageous embodiments in the following using a schematically illustrated embodiment example explained in more detail in the drawing in an axial Longitudinal section of a drain pump drive with a single-phase Synchronous motor shows.
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.The rotor shaft 6 of a single-phase synchronous motor for driving a drain pump is rotatably mounted in a can 1 via a first bearing 11 on the pump side and a second bearing 12 . A pump wheel 9 is fastened to the left end of the rotor shaft, which protrudes out of the first bearing 11 on the pump side and is surrounded by a pump housing 10, which is only indicated in part here. The stator consists of a horseshoe-shaped un symmetrical laminated core 7 , of which only the one U-shaped leg is visible in the axial longitudinal section of the single-phase synchronous motor shown, from the free end of which a stator excitation winding 8 is attached.
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.The permanent magnet body 2 is enclosed by a plastic extrusion 3 and rotatably mounted on the rotor shaft 6 . The right end of the plastic encapsulation 3 is at the same time designed as the first coupling half 31 firmly connected to the permanent magnet body 2 . The other coupling half 4 is firmly connected as a plastic part to the rotor shaft 6 , which is provided for formschlüssi conditions holder in the area of the other coupling half 4 with a corrugation 61 .
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.A helical leg spring 5 serves as an elastic intermediate member between the one coupling half 31 and the other coupling half 4 , which is inserted into slots of the two coupling halves that are open at the end face and is at least tangentially fixed in recesses at the slot ends with angled ends. The torsion spring 5 is radially of one coupling half 31 and the other coupling half 4 engages over the outside of a respective coupling half sleeve 311 and 41 so that the leg spring can 5 on the one hand expand during settling of the on the rotor shaft 6 rotatably mounted permanent magnet body 12, but the Travel can be limited by contacting the coupling half sleeves in such a way that when the final speed is reached, the second coupling half sleeve and thus the rotor shaft and the impeller can be taken safely. Too wide constriction of the leg spring 5 in the opposite direction is counteracted by the rotor shaft 6 and the lying between the rotor shaft 6 and the inner circumference of the leg spring 5 plastic parts of the other coupling half 4 or the plastic encapsulation 3 of the permanent magnet body 2 .
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. When switching on the stator excitation of the single phase synchronous motor according to the invention is first due to the rotor field axis phasenver pushed against the Statorfeldachse by an angle γ, a start-up of on the rotor shaft 6 rotatably mounted permanent magnet body 2 ensures in the transient. In this transient process, the torsion spring 5 is either expanded as elasti ULTRASONIC intermediate member or narrowed; kinetic energy is stored in the tensioned leg spring 5 ge. During the subsequent swinging back of the permanent magnet body 2 , this process is supported by the now relaxing leg spring 5 due to the return of the stored energy. After a short settling time, the permanent magnet body 2 reaches its final remaining speed in one direction or the other; it is then taken over the ela tical intermediate member in the form of the leg spring 5, the other coupling half 4 , where appropriate the leg spring 5 comes either to the outer coupling halves 311 or 41 or to the radially inner coupling halves tenhülsen to the system.
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.The permanent magnet body 2 is offset to the left by the axial dimension a with respect to the stator laminated core 7 , so that an axial magnetic pull is exerted on the permanent magnet body 2 and indirectly also on the rotor shaft 6 in such a way that the hub 91 of the pump wheel 9 seals against the hub 111 the first bearing 11 is pressed; thereby the elastic intermediate member can be accommodated in an advantageous manner against Grobhornverunrei protected within the sealed can.
Claims (9)
Priority Applications (1)
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DE3818532A1 true DE3818532A1 (en) | 1989-12-07 |
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ID=6355535
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Date | Code | Title | Description |
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