DE1091662B

DE1091662B - Small synchronous motor with permanent magnet rotor

Info

Publication number: DE1091662B
Application number: DEL29678A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Hans Eisler
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1958-02-14
Filing date: 1958-02-14
Publication date: 1960-10-27

Description

Synchronkleinstmotor mit permanentmagnetischem Läufer Die Erfindung betrifft einen Synchronkleinsttnotor, welcher einen Ständerpolzackenkäfig besitzt, der von einer Ständerspule erregt ist. Derartige Motoren zeigen oftmals, wenn sie nicht mit Kurzschlußringen auf den Ständerpolen versehen sind, Schwierigkeiten beim Anlauf. Selbst in Fällen, in denen im allgemeinen ein sicherer Anlauf erzielt wird, treten bei dem einen oder anderen Motor Anlaufschwierigkeiten auf, welche durch geringfügige, kaum zu beherrschende Mängel im Werkstoff verursacht werden.Synchronous micro motor with permanent magnet rotor The invention relates to a synchronous micro-motor, which has a stator pole cage, which is excited by a stator coil. Such engines often show when they are not provided with short-circuit rings on the stator poles, difficulties with Start-up. Even in cases where a safe start-up is generally achieved, start-up problems occur with one or the other motor, which result minor, hardly controllable defects in the material are caused.

Die Erfindung gibt nun eine Konstruktion an, durch welche der Anlauf mit Sicherheit erzielt werden kann. Die Erfindung betrifft einen Synchronkleinstmotor mit permanentmagnetischem Läufer, welcher in einem aus zwei Ständerblechen zusammengesetzten Ständerpolzackenkäfig umläuft, zu dessen Polzacken der von der Ständerspule aufgebrachte magnetische Fluß geleitet wird und welcher dadurch gekennzeichnet ist, daß die axialen Projektionen der Profile der Ständerpolzacken größer sind als die halbe Polteilung. Ist beispielsweise das Profil des Ständerpols ein Reckteck, so ist die in Umfangsrichtung verlaufende Kante desselben größer als die halbe Polteilung. Bei einem derartigen Motor kann man die beim Anlauf wirksamen Kräfte genau vorher bestimmen, da durch entsprechende Bemessung der Pole dem Drehmoment die erforderliche Stärke gegeben werden kann.The invention now specifies a construction through which the start-up can be achieved with certainty. The invention relates to a synchronous micro motor with permanent magnetic rotor, which is in a composite of two stator sheets Stator pole prong cage revolves, to whose pole prongs the one applied by the stator coil magnetic flux is conducted and which is characterized in that the axial Projections of the profiles of the stator pole prongs are greater than half the pole pitch. For example, if the profile of the stator pole is a rectangle, it is in the circumferential direction running edge of the same larger than half the pole pitch. With such a Motor can be used to determine the forces that are effective when starting up beforehand Corresponding dimensioning of the poles gives the torque the required strength can be.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß Motoren mit permanentmagnetischem Läufer bestrebt sind, im urerregten Zustand eine bestimmte Stellung einzunehmen. Die Kraft, mit welcher der Läufer versucht, in diese Stellung zu gelangen, wird durch die magnetische Verkettung der Läuferpole mit dem Ständereisen bestimmt; mit anderen Worten, die Haltekraft versucht, den Läufer im urerregten Zustande des Ständers in eine bestimmte Stellung gegenüber den Ständerpolen zu bringen. In dieser Haltestellung befindet sich der Läufer in dem Zeitpunkt, in welchem die Ständerspule zwecks Anlassers des Motors an Spannung gelegt wird. Die von den Ständerpolen ausgehende Erregung ist nun bestrebt, den Läufer aus dieser Haltestellung herauszuziehen. Die Erfindung hat nun den Weg gewiesen, auf welche Weise man dieses Anlaufmoment so beeinflussen kann, daß °s gerade dann besonders groß ist, wenn der Läufer sich in seiner Haltestellung befindet. Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Anordnung der Pole ist aus der Zeichnung zu entnehmen.The invention is based on the knowledge that motors with permanent magnetic Runners strive to take up a certain position when they are excited. The force with which the runner tries to get into this position becomes determined by the magnetic linkage of the rotor poles with the stator iron; with In other words, the holding force tries to keep the runner in the excited state of the stator to bring into a certain position with respect to the stator poles. In this holding position the rotor is at the point in time in which the stator coil for the purpose of starter voltage is applied to the motor. The excitement emanating from the stator poles is now trying to pull the runner out of this holding position. The invention has now shown the way how to influence this starting torque can that ° s is especially large when the runner is in his holding position is located. The mode of operation of the arrangement of the poles according to the invention is from Refer to drawing.

Fig. 1 stellt die Abwicklung einer Ausführungsform eines Motors gemäß der Erfindung dar. Die Pole des permanentmagnetischen Läufers sind mit ihrer Polarität bezeichnet, d. h. mit N bzw. S, und außerdem mit den Bezugszahlen für jedes Polpaar, und zwar 1 bis 5. Es handelt sich also um den Ausschnitt der Abwicklung eines vielpoligen, z. B. mit acht Polpaaren versehenen Motors, von welchem nur fünf Polpaare gezeichnet sind. Die Ständerpole sind durch die Polzacken der beiden Hälften des Ständers dargestellt. Der Einfachheit halber wurden nur je zwei Polzacken, nämlich 11, 12 und 21, 22, mit Bezugszeichen versehen. In der Stellung gemäß Fig. 1 hat der Motor die größte Haltekraft. Er ist auch im stabilen Gleichgewicht, während bei der Stellung gemäß Fig. 2 nur labiles Gleichgewicht herrscht. Wie diese Kräfte zustande kommen, ist aus den Magnetverkettungen gemäß Fig. 3 und 4 zu entnehmen. Wenn man ein Läuferpolpaar, z. B. N2, S., betrachtet, so ergeben sich zwei Kraftlinienwege, welche durch die in radialer Richtung aus den Läuferpolen austretenden Kraftlinien gebildet werden. Die einseitige Verkettung ist aus der perspektivischen Darstellung gemäß Fig. 4 zu entnehmen. Die Kraftlinie 1 verläßt den Läuferpol N2, geht durch den Ständerpol 22 und tritt wieder von diesem in radialer Richtung in den Läufer (Läuferpol S2) ein. Diese einseitige Verkettung ruft eine Haltekraft hervor, welche in der Schaulinie gemäß Fig. 5 in Abhängigkeit von der Läuferauslenkung dargestellt ist. Die Abszisse stellt die Läuferauslenkung L im Winkelmaß dar, während die Ordinate ein Maß für die Haltekraft ist. Die Polleitung ist mit t" bezeichnet. Die in Fig. 4 dargestellte Lage des Läufers entspricht dem Punkt 2 auf der Abszisse; die Haltekraft in diesem Punkt ist H2. Bei dieser maximalen Haltekraft ist die Wirkung der einseitigen Verkettung vorherrschend. Wie nun aus Fig.4 zu entnehmen ist, wird diese Kraft geringer, sowie der Läufer aus der dargestellten Lage ausgelenkt wird, denn die dem Magnetweg zur Verfügung stehende Ständerpolfläche 22 wird mit zunehmender Auslenkung kleiner. Dementsprechend ist die Kurve 3 der Haltekraft für einseitige. Verkettung stark abfallend in die Schaulinie der Fig. 5 eingetragen. Erreicht nun durch fortgesetzte Auslenkung der Läufer den Punkt 4, d. h. einen Punkt, bei welchem einem Läuferpol kein Ständermagneteisen 'gegenüberliegt, dann hat die einseitige Verkettung den Wert Null erreicht, und die Haltekraft ist dementsprechend auf Null gesunken. Bei dem in Fig. 5 mit 5 bezeichnetem Punkte ist die in Fig.2 dargestellte Lage des Läufers erreicht. Er hat dort, wenn er überhaupt eine Haltekraft besitzt, nur labiles Gleichgewicht.Fig. 1 shows the development of an embodiment of a motor according to of the invention. The poles of the permanent magnet rotor are with their polarity denotes, d. H. with N or S, and also with the reference numbers for each pole pair, namely 1 to 5. It is therefore the section of the processing of a multi-pole, z. B. provided with eight pole pairs motor, of which only five pole pairs are drawn are. The stator poles are represented by the pole prongs of the two halves of the stator. For the sake of simplicity, only two pole points, namely 11, 12 and 21, 22, provided with reference numerals. In the position according to FIG. 1, the motor has the largest Holding power. He is also in stable equilibrium while in the posture according to Fig. 2 only unstable equilibrium prevails. How these forces come about is from the magnet linkages according to FIGS. 3 and 4. If you have a pair of rotor poles, z. B. N2, S., considered, there are two lines of force, which through the Lines of force emerging in the radial direction from the rotor poles are formed. The one-sided chaining is from the perspective illustration according to FIG. 4 refer to. The line of force 1 leaves the rotor pole N2 and goes through the stator pole 22 and emerges from this in the radial direction into the rotor (rotor pole S2) a. This one-sided chaining creates a holding force which is in the sight line is shown in accordance with FIG. 5 as a function of the rotor deflection. The abscissa represents the rotor deflection L in the angular measure, while the ordinate is a measure for the holding force is. The pole line is denoted by t ″. The one shown in FIG The position of the rotor corresponds to point 2 on the abscissa; the holding power in this Point is H2. At this maximum holding force, the effect of the one-sided chaining is predominant. As can now be seen from Figure 4, this force is less, as well the rotor is deflected from the position shown, because the magnetic path to The available stator pole area 22 becomes smaller with increasing deflection. Correspondingly, curve 3 is the holding force for one-sided. Concatenation markedly sloping in the viewing line of FIG. 5. Achieved now through continued Deflection of the runners point 4, d. H. a point at which a rotor pole no stator magnet 'is opposite, then the one-sided linkage has the Value reached zero, and the holding force has accordingly decreased to zero. at the point denoted by 5 in FIG. 5 is the position of the rotor shown in FIG achieved. There, if he has any holding power at all, his equilibrium is unstable.

Ein weiterer Kraftlinienweg schließt sich über das Ständergehäuse gemäß Fig.3 (beidseitige Verkettung). Die beiden Schalenseiten des Ständergehäuses sind mit 6 bzw. 7 bezeichnet. Sie schließen im peripheren Teile die Ständerspule 8 ein. Der Kraftlinienfluß der beidseitigen Verkettung verläuft gemäß der Linie 9. Die Kraftlinien verlassen den Läufer durch den Pol S, in radialer Richtung und treten in die Ständerpolzacke 22 ein, verlaufen von dort über die Ständergehäusehälften 6 und 7 zur Ständerpolzacke 12 und von dort in den Läuferpol lV3. Es ist aus der Fig. 1 zu erkennen, daß bei einer Auslenkung diese beidseitige Verkettung zunächst unverändert bleibt. Erst im Punkt 4 (Fig. 5) ergibt sich eine allmähliche Verkleinerung der Haltekraft (Schaulinie 10).Another path of the lines of force closes via the stator housing according to Fig. 3 (concatenation on both sides). The two shell sides of the stand housing are denoted by 6 and 7, respectively. They close the stator coil in the peripheral part 8 a. The line of force flow of the two-sided concatenation runs according to the line 9. The lines of force leave the rotor through the pole S, in the radial direction and enter the stator pole prong 22, run from there over the stator housing halves 6 and 7 to the stator pole prong 12 and from there into the rotor pole IV3. It's from the Fig. 1 can be seen that when there is a deflection this bilateral concatenation initially remains unchanged. Only at point 4 (FIG. 5) is there a gradual reduction in size the holding force (viewing line 10).

Die in Fig. 1 und 2 dargestellte Ständerpolbreite beträgt etwa 1,13 Polteilungen; die Läuferpolbreite beträgt 0,4 Polteilungen. Der Verkettungsfaktor, welcher der Quotient dieser beiden Größen ist, beträgt demnach Wenn man für die Polbreite andere Verhältnisse wählt, z. B. so erhält man eine Schaulinie der Haltekraft gemäß Fig. 6, worin die Schaulinie der einseitigen Verkettung mit 13, die der zweiseitigen Verkettung mit 14 bezeichnet ist.The stator pole width shown in Fig. 1 and 2 is about 1.13 pole pitches; the rotor pole width is 0.4 pole pitches. The concatenation factor, which is the quotient of these two quantities, is accordingly If you choose other ratios for the pole width, z. B. a viewing line of the holding force according to FIG. 6 is thus obtained, in which the viewing line of the one-sided linkage is denoted by 13, and that of the two-sided linkage is denoted by 14.

Der Läufer hat also das Bestreben, sich in die in F ig. 1 angedeutete Lage zu bewegen und dort zu bleiben, sowie die Erregerspule ausgeschaltet wird. Diese Lage ist nun für einen Wiederanlauf außerordentlich günstig, denn in diesem Falle ist der Kraftlinienverlauf so, daß ein starkes Moment wirksam wird, welches bestrebt ist, den Läufer aus der Ruhelage herauszuwegen. Es sei angenommen, daß während der ersten Halbwelle die Ständerhälfte 6 gegenüber der Ständerhälfte 7 ein magnetischer Nordpol wird, d. h. also, daß die Ständerpolzacken 21, 22 Nordpole sind, während die Ständerpolzacken 11, 12 als Südpole magnetisiert werden. Der Nordpol 22 hat nun seinen magnetischen Schwerpunkt genau in der Mitte zwischen den beiden Läuferpolen N2 und S2. Er übt daher auf den Pol SZ eine Anziehungskraft und auf den Pol N2 eine ebenso starke Abstoßung aus. Der Läufer befindet sich somit in der für einen Wiederanlauf günstigsten Lage und beginnt sich zu bewegen. Während der ersten Viertelwelle des Stromstoßes wirkt also die Magnetkraft im gleichen Sinne und erteilt dem Motor einen Impuls, welcher bei entsprechender Bemessung der Ständerspulen stark genug ist, um den Läufer über den nunmehr folgenden Totpunkt herauszubewegen.So the runner endeavors to get into the f ig. 1 indicated Able to move and stay there as soon as the excitation coil is switched off. This situation is now extremely favorable for a restart, because in this one Trap, the line of force is such that a strong moment becomes effective, which strives to get the runner out of the rest position. Assume that the stator half 6 opposite the stator half 7 during the first half-wave magnetic north pole becomes, d. H. so that the stator pole prongs 21, 22 north poles are, while the stator pole prongs 11, 12 are magnetized as south poles. The north pole 22 now has its magnetic center of gravity exactly in the middle between the two Rotor poles N2 and S2. It therefore exerts a force of attraction on the pole SZ and on the pole N2 exerts an equally strong repulsion. The runner is thus in the favorable position for a restart and begins to move. During the first quarter wave of the current impulse, the magnetic force acts in the same way and gives the motor a pulse, which if the stator coils are appropriately sized is strong enough to move the runner out of the now following dead center.

Das dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt die Polzacken der beiden Ständerhälften um eine halbe Polteilung gegeneinander versetzt (Überlappung). Sie können aber auch einander gegenüberstehen, so daß die Mittellinien zusammenfallen. Statt der dargestellten Rechtecke kann man auch dreieckige oder trapezförmige Pole verwenden. Es ist besonders günstig, Trapezformen die sich in axialer Richtung überlappen, zu verwenden, wie sie in Fig. 11 dargestellt sind. Die Läuferpole sind durchweg in gleicher Aufteilung und vollzählig angeordnet und in ihrer Form symmetrisch. Dabei kann man Läufer aus magnetisch hartem Werkstoff verwenden, denen die Pole aufgeprägt sind, oder aber Polzacken, die aus Abdeckblechen umgebogen werden, welche einem axialmagnetisierten Läufer aufgesetzt sind.The illustrated embodiment shows the pole prongs of the two Stand halves offset from one another by half a pole pitch (overlap). she but can also face each other so that the center lines coincide. Instead of the rectangles shown, you can also use triangular or trapezoidal poles use. It is particularly advantageous to use trapezoidal shapes that overlap in the axial direction, as shown in FIG. 11. The runner poles are consistently arranged in the same distribution and in full and symmetrical in shape. You can use runners made of magnetically hard material, which have the poles are embossed, or pole prongs that are bent from cover plates, which are placed on an axially magnetized rotor.

Um die zweiseitige Verkettung herabzusetzen, kann man den Magnetweg über das Ständereisen (zweiseitige Verkettung) in seinem magnetischen Widerstand erhöhen, z. B. durch Aussparungen oder durch innerhalb der Trennfuge der Läuferhälfte angebrachte nichtmagnetische Streifen, z. B. Messing- oder Kupferband oder eine galvanische Schicht.To reduce the two-sided chaining, you can use the magnetic path via the stator iron (two-sided chaining) in its magnetic resistance increase e.g. B. through recesses or within the parting line of the rotor half attached non-magnetic strips, e.g. B. brass or copper tape or a galvanic layer.

Eine weitere Ausführungsform ist in F ig. 7 dargestellt, in welcher V-förmig angeordnete Läuferpole Verwendung finden. Die Läuferpole sind mit N8... N11 bzw. S8 ... S11 bezeichnet. Die entsprechende Schaulinie der Haltekraft zeigt Fig. 8, in welcher die beiden Verkettungen in einer einzigen Schaulinie 15 vereinigt sind. H3 zeigt die größte Haltekraft an.Another embodiment is shown in FIG. 7, in which rotor poles arranged in a V-shape are used. The rotor poles are labeled N8 ... N11 and S8 ... S11. The corresponding viewing line of the holding force is shown in FIG. 8, in which the two linkages are combined in a single viewing line 15. H3 indicates the greatest holding force.

Die gegenseitige Schränkung der Läuferpole bewirkt eine verstärkte Verkettung zwischen Läufer und Ständer. Außerdem wird das Aufsuchen des Haltepunktes gegenüber den anderen Ausführungsformen intensiviert.The mutual twisting of the rotor poles causes an increased Linking between the rotor and the stand. In addition, the visit to the breakpoint is intensified compared to the other embodiments.

Die Schränkung (s) wird ausgedrückt durch das Verhältnis des Schränkungswertes (h) zur Polteilung (t,) und ist durch folgende Gleichung gegeben: Wenn der Schränkungswert h den nachstehend angegebenen Wert hat dann ist der günstigste Wert für die Wirkungsweise des Motors erzielt.The twist (s) is expressed by the ratio of the twist value (h) to the pole pitch (t,) and is given by the following equation: When the skew value h has the value given below then the most favorable value for the operation of the motor is achieved.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig.9 sind nur Teile der Ständerhälften mit Polzacken versehen, wobei die Polzacken im allgemeinen sich nicht gegenüberstehen. Den Ständerpolen 23, 24, 25 der einen Ständerhälfte stehen keine Pole der anderen Ständerhälfte gegenüber. In gleicher Form sind die Pole der gegenüberliegenden Ständerhälfte angeordnet. In Fig. 10 sind die Schaulinien für die einseitige Verkettung (17) und die zweitseitige Verkettung (18) dargestellt.In the embodiment according to FIG. 9, only parts of the stand halves are present provided with pole prongs, the pole prongs generally not facing each other. The stator poles 23, 24, 25 of one stator half have no poles of the other Stand half opposite. The poles of the opposite half of the stator are in the same shape arranged. In Fig. 10 are the sight lines for the one-sided chaining (17) and the second-sided concatenation (18) is shown.

Claims

CLAIM-1. Small synchronous motor with permanent magnet Rotor, which is in a stator pole cage composed of two stator pole plates revolves, to whose pole prongs the magnetic flux applied by the stator coil is directed, characterized in that the axial projections of the profiles of the Stator pole prongs are larger than half the pole pitch.

2. Synchronous micro motor according to Claim 1, characterized in that the pole prongs of a stator plate opposite those of the other stator plate are offset by half a pole pitch (overlap).

3. Small synchronous motor according to Claims 1 and 2, characterized in that the individual Pole prongs formed symmetrically to their axes lying parallel to the motor shaft are e.g. B. as rectangles, trapezoids, triangles.

4. Small synchronous motor according to claim 1 to 3, characterized in that the rotor poles consistently have the same distribution and arranged in full and symmetrical in shape to their parallel to the motor shaft lying axes are shaped.

5. synchronous micro motor according to claim 1 to 4. characterized characterized in that the rotor poles are magnetized in the radial direction.

6. Synchronous micro motor according to claim 1 to 5, characterized in that the rotor is one of magnetic hard material shaped cylinder is on which the preferably rectangular trained poles are impressed.

7. Small synchronous motor according to claim 1 to 6, characterized in that under the condition of an unexcited stator the magnetic path of the rotor poles, which leads over the stator iron, is known per se Means, such as recesses, is increased in its magnetic resistance.

S. synchronous miniature motor according to claims 1 to 7, characterized in that the two Rotor halves (6, 7) by a magnetic interruption running over the entire circumference, for example an air gap, are separated from each other.

9. Small synchronous motor according to claim 1 to 7, characterized in that the two rotor halves (6, 7) are pushed together and on their contact surfaces by a non-magnetic Strips, such as brass, copper, plastic, or magnetic through a galvanic layer are separated from each other.

10. Small synchronous motor according to claim 1 to 9, characterized characterized in that each rotor pole has an angle of, for example, 30 ° with the includes plane laid by the motor axis to the pole in question.

11. Synchronous micro motor according to claims 1 to 10, characterized in that two adjacent rotor poles Are arranged in a V-shape to one another.

12. Small synchronous motor according to claim 1 to 11, characterized in that the sequence of the poles is sawtooth-shaped Model represents.

13. Small synchronous motor according to claim 1 to 12. Small synchronous motor according to claim 1 up to the stator pole width to the pole pitch is 1.1 to 1.5.

14. Small synchronous motor according to claim 1, characterized in that the end faces of the stator pole prongs are greater than half the pole pitch.

15. Small synchronous motor according to claim 1, characterized in that the end halves are only partially provided with pole prongs are and that these pole points are arranged on different parts of the circumference (Fig. 9).

16. Small synchronous motor according to claim 1 to 15, characterized in that that the rotor consists of a permanent magnet magnetized in the axial direction, at both ends of the cover plates are attached, the pole prongs in an axial Are bent in the direction.