DE9108456U1

DE9108456U1 - Synchronmotor

Info

Publication number: DE9108456U1
Application number: DE9108456U
Authority: DE
Original assignee: Max Stegmann Antriebstechnik - Elektronik 7710 Donaueschingen De GmbH
Current assignee: Max Stegmann Antriebstechnik - Elektronik 7710 Donaueschingen De GmbH
Priority date: 1991-07-09
Filing date: 1991-07-09
Publication date: 1991-09-19
Anticipated expiration: 2001-07-10

Description

Synchronmotor

Die Erfindung betrifft einen Synchronmotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei Synchronmotoren hat die Polausbildung einen funktionsbedingten Polsprung zur Folge, der sich in einem ständigen Beschleunigen und Abbremsen des Rotors auswirkt. Diese wechselnde Rotor-Drehgeschwindigkeit wird auf ein von dem Synchronmotor angetriebenes Getriebe übertragen und macht sich je nach Getriebeaufbau und -belastung mehr oder weniger stark durch Laufgeräusche bemerkbar.

Bisher wurde versucht, diese Laufgeräusche durch Maßnahmen an dem Getriebe zu dämpfen. Beispielsweise wurden elastomere Werkstoffe für das Getriebe verwendet, die Getriebestufen wurden mechanisch über Federn verspannt, es wurden besondere Zahn- oder Radformen verwendet, das Zahnspiel wurde verringert usw. . Durch diese Maßnahmen und insbesondere durch die Kombination mehrerer dieser Maßnahmen kann zwar eine gute Geräuschdämpfung erzielt werden. Diese Maßnahmen haben jedoch teilweise eine ungünstige Auswirkung auf den Wir-

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kungsgrad des Antriebs. Insbesondere aber beeinträchtigen diese Maßnahmen die Lebensdauer des Antriebs, so daß sich nach einer bestimmten Betriebszeit die Laufgeräusche wieder verstärken.

Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, die durch die ungleichmäßige Rotordrehung bewirkten Laufgeräusche des Synchronmotors dauerhaft zu dämpfen.

Dieses Problem wird bei einem Synchronmotor der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Anspruchs 1.

Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei dem erfindungsgemäßen Synchronmotor ist der Rotor nicht starr mit der Rotorwelle verbunden, sondern über ein federndes Element. Der Rotor kann sich daher in gewissem Maße gegen die Rotorwelle drehen, wodurch das federnde Element gespannt wird, so daß dessen Federkraft zusätzlich zu der Magnetkraft beschleunigend auf die Rotorwelle und damit auf das mit dieser verbundene Getriebe einwirkt. Eine solche Federkopplung zwischen Rotor und Rotorwelle ist an sich bereits zur Erhöhung des Anlaufmoments von Synchronmotoren bekannt.

Erfindungsgemäß wird diese Federkopplung zwischen Rotor und Rotorwelle jedoch zusätzlich zur Geräuschdämpfung ausgenutzt. Hierzu ist die Rotorwelle mit einer zusätzlichen trägen Masse versehen. Diese träge Masse bewirkt eine Drehung der Rotorwelle mit hoher Konstanz der Drehgeschwindig-

keit, während die Federkopplung die durch den Polsprung bedingten Änderungen der Drehgeschwindigkeit des Rotors aufnimmt.

Die träge Masse ist dabei so gewählt, daß ihr Rotationsträgheitsmoment größer ist als das Anlaufmoment, das der Synchronmotor bei starr mit der Rotorwelle verbundenem Rotor liefern könnte. Der Synchronmotor könnte daher nicht anlaufen, wenn der Rotor starr und nicht über das federnde Element mit der Rotorwelle verbunden wäre. Das über dem Anlaufmoment des Motors liegende Trägheitsmoment bewirkt, daß die durch den Polsprung bedingten Beschleunigungen und Abbremsungen des Rotors sich nicht auf die Drehgeschwindigkeit der Rotorwelle auswirken können und nicht auf das nachgeschaltete Getriebe übertragen werden können.

Die Ausbildung und Anordnung der Federkopplung zwischen Rotor und Rotorwelle sowie der trägen Masse kann in unterschiedlicher Weise realisiert werden, sofern die vorstehend genannte Bedingung erfüllt ist. Das Rotationsträgheitsmoment der trägen Masse und die Federkraft der Federkopplung werden dabei so aufeinander abgestimmt, daß der Synchronmotor im Lauf die geforderten Leistungsdaten, wie Drehzahl, Drehmoment und Wirkungsgrad erfüllt.

Die träge Masse wird vorzugsweise durch ein fest auf der Rotorwelle sitzendes Rad gebildet. Dieses kann innerhalb des Motorgehäuses angeordnet sein, was einen kompakten Aufbau des Synchronmotors begünstigt. Das Rad kann aber auch außerhalb des Motorgehäuses auf der Rotorwelle sitzen, so daß ein größerer Durchmesser des die träge Masse bildenden Rades und damit ein größeres Trägheitsmoment gewählt werden können. Gegebenenfalls kann das Rad dabei auch gleichzeitig als das auf der Rotorwelle sitzende Antriebszahnrad des Getriebes

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dienen.

Das den Rotor mit der Rotorwelle koppelnde federnde Element kann entsprechend den geforderten Baumaßen des Synchronmotors und entsprechend der notwendigen Federcharakteristik gewählt werden. Beispielsweise kann das federnde Element durch eine koaxial innerhalb des Rotors angeordnete Schraubendrehfeder gebildet sein, wodurch sich eine Integration in das Motorgehäuse ergibt. Ebenso kann das federnde Element durch im wesentlichen radiale Federarme gebildet sein, wobei sich eine besonders preisgünstige Herstellung des federnden Elements als Kunststoff-Spritzteil ergibt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen

Figur 1 einen Axialschnitt durch den Synchronmotor in einer ersten Ausführung,

Figur 2 eine axiale Stirnansicht des federnden Elements dieses Synchronmotors und

Figur 3 einen Axialschnitt durch den Synchronmotor in einer zweiten Ausführungsform.

Der Synchronmotor in der Ausführungsform der Figuren 1 und 2 weist in herkömmlicher Weise ein Motorgehäuse 10 auf, das zwei Statorwicklungen 12 trägt. Koaxial innerhalb der Statorwicklungen 12 ist ein permanentmagnetischer Rotor 14, z.B. aus einem Sintermagneten, angeordnet.

Der Rotor 14 wird koaxial von einer Rotorwelle 16 durchsetzt und ist gegenüber dieser drehbar. Die Rotorwelle 16 ragt beiderseits aus dem Motorgehäuse 10 heraus. Das eine Ende, in der Zeichnung das linke Ende der Rotorwelle 16, ist in einer in das Motorgehäuse 10 eingesetzten Lagerbuchse 18 drehbar gelagert. Dieses Ende der Rotorwelle 16 dient als Abtriebswelle des Synchronmotors und treibt ein nicht dargestelltes Getriebe an.

Das andere, in der Zeichnung rechte Ende der Rotorwelle ist in einer Buchse 20 drehbar gelagert. Die Buchse 20 weist einen axialen Stutzen 22 auf, der in den Rotor 14 eingepreßt oder vorzugsweise eingeklipst ist. Die Buchse 20 ist wiederum in einer in das Motorgehäuse 10 eingesetzten Lagerbuchse 24 drehbar gelagert.

Der Rotor 14 stützt sich axial über ein axiales Gleitlager 2 6 an der Lagerbuchse 24 ab. An der entgegengesetzten Stirnfläche weist der Rotor 14 eine sacklochartige koaxiale Aufnahme 28 auf, in welche eine die Rotorwelle 16 umschließende Schraubendruckfeder 30 eingesetzt ist. Die Schraubendruckfeder 30 stützt sich einerseits an dem Rotor 14 und andererseits über ein axiales Gleitlager 32 an der Lagerbuchse 18 ab. Die Schraubendruckfeder 30 weist nur eine geringe axiale Druckkraft auf und dient dazu, den Rotor 14 axial positioniert in dem Motorgehäuse 10 zu halten.

An dem über die Buchse 20 hinausragenden freien Wellenstummel der Rotorwelle 16 ist ein Rad 34 als träge Masse mit einem vorgegebenen Rotationsträgheitsmoment befestigt. Der Radius des Rades 34 ist etwas größer als der Radius des Rotors 14.

Zwischen die äußere axiale Stirnfläche der drehfest in dem

Rotor 14 sitzenden Buchse 20 und das Rad 34 ist ein axiales Gleitlager 36 eingesetzt, welches eine gegenseitige Verdrehung von Buchse 20 und Rad 34 ermöglicht.

Die Buchse 20 weist an ihrem über die Lagerbuchse 24 hinausragenden freien Ende zwei diametrale Federarme 38 auf, die spiralförmig gebogen von der Buchse 20 nach außen verlaufen. Die freien Enden der Federarme 38 sind jeweils mit einem Auge 40 an einem Stift 42 befestigt, der an dem Rad 34 nahe dessen Außenumfang angeordnet ist.

Die Buchse 20 mit dem Stutzen 22 und den Federarmen 38 mit den Augen 40 sind einstückig als Kunststoff-Spritzteil hergestellt.

Werden die Statorwicklungen 12 erregt, so wird der Rotor 14 in Drehung versetzt. Aufgrund des hohen Trägheitsmomentes des Rades 34 bleibt die mit diesem Rad 34 drehfest verbundene Rotorwelle zunächst stehen. Die mit dem Rotor 14 drehfest verbundene Buchse 20 dreht sich somit gegenüber dem Rad 34, und die Federarme 38 werden gespannt. Die elastische Kraft der Federarme 38 übt ein mit dem Drehwinkel ansteigendes Drehmoment auf das Rad 34 aus, welches dieses Rad 34 und damit die Rotorwelle 16 in Drehung versetzt, so daß das an die Rotorwelle 16 angekuppelte Getriebe angetrieben wird.

Sobald das Rad 34 und damit die Rotorwelle 16 durch die Federarme 38 auf die Drehzahl des Rotors 14 beschleunigt sind, läuft die Rotorwelle 16 aufgrund des hohen Trägheitsmomentes des Rades 34 mit konstanter Drehzahl. Die durch die Polsprünge des Synchronmotors verursachten Beschleunigungen und Abbremsungen des Rotors 14 werden durch die Federarme 38 aufgefangen und beeinflussen die konstante Drehgeschwindig-

keit der Rotorwelle 16 nicht.

In Figur 3 ist ein zweites Ausführungsbeispxel des Synchronmotors dargestellt. Soweit dieses Ausführungsbeispiel mit dem vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispiel der Figuren 1 und 2 übereinstimmt, sind dieselben Bezugszeichen verwendet und auf die vorangehende Beschreibung wird bezug genommen.

In dem Ausführungsbeispiel der Figur 3 ist die Rotorwelle 16 an beiden Enden mittels Lagerbuchsen 18 bzw. 24 drehbar in dem Motorgehäuse 10 gelagert.

Zur Federkopplung des Rotors 14 mit der Rotorwelle 16 ist koaxial in den Rotor 14 eine Hülse 44 drehfest eingesetzt, insbesondere eingepreßt oder eingeklipst. Die Hülse 44 stützt sich einerseits mit einem radial überstehenden Außenflansch 46 an der in der Zeichnung linken Stirnfläche des Rotors 14 und andererseits über ein axiales Gleitlager 26 an der Lagerbuchse 18 ab. Von dem entgegengesetzten axialen Ende ist koaxial in den Rotor 14 und die Hülse 44 drehfest eine Verschlußbuchse 48 eingesetzt, die sich mit einem radial abstehenden Außenflansch 50 axial an der in der Zeichnung rechten Stirnfläche des Rotors 14 abstützt. In eine Aufnahme 28 der Verschlußbuchse 48 ist eine Schraubendruckfeder 30 eingesetzt, die sich mit einem Ende an der Verschlußbuchse 48 und mit dem anderen Ende über ein axiales Gleitlager 32 an der Lagerbuchse 24 abstützt. Die Schraubendruckfeder 30 positioniert auf diese Weise auch hier den Rotor 14 in axialer Richtung.

Die Hülse 44 sitzt mit ihrem in der Zeichnung linken Ende in Form einer Buchse 52 drehbar auf der Rotorwelle 16. Die Buchse 52 bildet innerhalb der Hülse 44 einen koaxial in die

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Hülse 44 ragenden Vorsprung, auf welchen drehfest das eine Ende einer Schraubendrehfeder 54 aufgesetzt ist. Das andere Ende der Schraubendrehfeder 54 sitzt drehfest auf einer Nabe 56, die wiederum drehfest auf der Rotorwelle 16 aufgebracht ist. Der Rotor 14 ist auf diese Weise über die Hülse 44, die Buchse 52, die Schraubendrehfeder 54 und die Nabe 56 mit der Rotorwelle 16 elastisch gekoppelt.

Das Rad 34 mit hohem Trägheitsmoment sitzt fest auf dem in der Zeichnung rechts aus der Lagerbuchse 24 herausgeführten Stummel der Rotorwelle 16.

Die Funktionsweise des Synchronmotors in der Ausführungsform der Figur 3 entspricht der Funktionsweise, die in Verbindung mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben ist. Die Ausführungsform der Figur 3 hat gegenüber der Ausführungsform der Figur 1 den Vorteil, daß die die Federkopplung bewirkende Schraubendrehfeder 54 vollständig gekapselt in das Innere des Synchronmotors integriert ist. Die Ausführungsform der Figuren 1 und 2 hat den Vorteil der kostengünstigeren Herstellung der Buchse 20 mit den Federarmen 38.

Claims

1. Synchronmotor mit einem Rotor, der drehbar auf der Rotorwelle sitzt und mit dieser durch ein federndes Element verbunden ist, und mit einem durch die Rotorwelle angetriebenen Getriebe, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorwelle (16) starr mit einer tragen Masse verbunden ist, deren Rotationsträgheitsmoment größer ist als das Anlaufmoment des Synchronmotors bei starr mit der Rotorwelle (16) verbundenem Rotor (14).

2. Synchronmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die träge Masse ein fest auf der Rotorwelle (16) sitzendes Rad (34) ist.

3. Synchronmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die träge Masse innerhalb des Motorgehäuses (10) auf der Rotorwelle (16) angeordnet ist.

4. Synchronmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die träge Masse an einem aus dem Motorgehäuse (10) herausragenden Abschnitt der Rotorwelle (16) angeordnet ist.

5. Synchronmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das die träge Masse bildende Rad (34) ein auf der

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Rotorwelle (16) sitzendes Getrieberad ist.

6. Synchronmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das die träge Masse bildende Rad (34) auf dem dem Getriebe entgegengesetzten Ende der Rotorwelle (16) angeordnet ist.

7. Synchronmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das federnde Element wenigstens einen radialen Federarm (38) aufweist.

8. Synchronmotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Federarm spiralförmig gebogen ist und vorzugsweise zwei Federarme (38) diametral angeordnet sind.

9. Synchronmotor nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das federnde Element eine koaxial auf der Rotorwelle (16) angeordnete Buchse (20) aufweist.

10. Synchronmotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse (20) mit den Federarmen (38) ein einstückiges Kunststoff-Spritzteil ist.

11. Synchronmotor nach den Ansprüchen 2 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse (20) auf der Rotorwelle (16) frei drehbar und mit dem Rotor (14) fest verbunden ist und daß das radial äußere Ende der Federarme (38) an dem die träge Masse bildenden Rad (34) befestigt ist.

12. Synchronmotor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse (20) mit einem axialen Stutzen (22) in den Rotor (14) eingepreßt oder eingeklipst ist.

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13. Synchronmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das federnde Element eine zur Rotorwelle (16) koaxiale Schraubendrehfeder (54) ist.

14. Synchronmotor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubendrehfeder (54) koaxial innerhalb des Rotors (14) angeordnet ist.

15. Synchronmotor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ende der Schraubendrehfeder (54) auf einer fest auf der Rotorwelle (16) sitzenden Nabe (56) und das andere Ende auf einer fest in dem Rotor (14) sitzenden Buchse (52) befestigt ist.

16. Synchronmotor nach Anspruch 11 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse (20 bzw. 52) als Gleitlager für die Rotorwelle (16) ausgebildet ist.