DE1788126C3 - Als Wechselstrom-Synchronmotor oder als Schrittschaltmotor betreibbarer Elektromotor. Ausscheidung aus: 1488747 - Google Patents

Description

Durch die verbesserte Rekonstruktion wurde es erstmals praktisch möglich, den Wirkungsgrad bei Kleinmotoren für Zeitgeber und sonstige Zwecke erheblich zu verbessern. So wurde beispielsweise bei einer bereits erprobten Ausführungsform eines Wech- 5 selstrom-Synchronmotors mit weniger als 1 W Eingangsleistung ein Ausgangsdrehmoment von beispielsweise 0,1 mkg bei 1 U/min erzielt. Diese Werte muß man mit Zeitgebermotoren üblicher Bauart vergleichen, die häufig Wirkungsgrade unter l°/o aufweisen » und normalerweise bei gleicher Drehzahl (1 U/min) eine Eingangsleistung von 2 bis 3 W benötigen, um nur ein Ausgangsdrehmoment von etwa 0,003 bis 0,03 mkg zu liefern. Ersichtlicherweise gestatten d.e verbesserten Wirkungsgrad- und Ausgangsdrehmo- ,5 ment-Eigenschaften der erfindungsgemäßen Wechselstrom-Synchronmotoren eine Größen- und Gewichtsreduzierung, und es werden durch die kühleren Betriebstemperaturen Wartungs- und Schmierungsprobleme wesentlich vereinfacht. «

Eine Erfindung wird im übrigen nur in der Gesamtheit der im Patentanspruch angegebenen Merkmale gesehen. Elementenschutz für die Kennzeichnungsmerkmale wird nicht begehrt.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsfor- *_{5 m}en der Erfindung an Hand der Zeichnung naher ^ ^Vorderansicht eines a,s Schrittschaltmotor verwendbaren Wechselstrom-Synchronmotors mit den Merkmalen der Erfindung und

F i g. 2 eine Vorderansicht einer abgewandelten Ausführungsform des Motors, die sich als dreipoliger Schrittschaltmotor eignet.

Die in den Figuren dargestellten Ausfuhrungsformen des erfindungsgemäßen Schrittschaltmotors weisen einen etwa C-förmigen Stator auf, dessen Schenkel mit 30a bzw. 3Qb bezeichnet s.nd und der beispielsweise aus Stanzblechpaketen, aus niedrig gekohltem oder weichem Silizium-Stahl bestehen kann. Die Blechpakete werden in üblicher Weise *> z.B. mittels Hohlnieten, zusammengehalten. Der Mittelabschnitt des Stators 30a, 30 b ist von einer Snulenhülse 42 mit aufgewickelter zweiklemmiger ι" 40 umgeben, di^ in noch zu beschreibender Weise durch eine e.ektrisciie Spannungsquelle erregt sollte das für ^^^j^ vorzugsweise auch ^hoh^ ^^s^"™_hendes Magnet-Einlesen Anforderungeuente.preJend ^J^

material _ρ ^{". ^"^eSSprozent Kobalt und prozent Platin und 23 Oewicnupro

besitzt

· j ι »· „ n_r fUOOGauß eine Restindukt.on, Br 6400 OcUU

_eine Koerzitivkraft, Hc 4300 Oersted

_m3v;_maies Enereie-
^n maximal« tnergie ^ _10üGauß._Oersted

proouKi, nu-n .... ,

Materialien sind in der Zeit-Beispiele fur solche Ma*™}™ surf «

schritt »Revue Generale de L weUnci«. 1960, S. 494, beschrieben

Bei Verwendung eines Rotors.aus ^d^^em_ ™_{fts u} wird der Rotormagnetfluß ™ » ^u ρ und dementsprechend das Motordrehmomeni _v

portional erhöht. . _{ich als beS}on-

Ein anderes Magnettnatena , das ^h

..Υ^ .^^„^rrhSSerial mit einem gradlinig onentierten B^umtemtm ^

T i isotrope

'f OrientieruneTachse Dieses anisotrope längs der Or enüerungsachse uie _für

^Motoren ^^^

Achse ,hrer ^^™°™$£££ _zsammen-Durchmesser des zylindrischen Rotors

fallen laßt schematisch angedeutet

Wieμπ den F ^^: ^etpole entgegen- ^ Polarität wobei die Form der beiden Ma-

Yli derart Rewählt ist, daß sie den i d ^w _lindrische

unterteilen Bei einem Rotor ^ Koerzitivkraft kön-

^ JfS ^ entgegengesetzter magnenen die be.den Gebiete tntgeg ß _{ku dn}.

nsctar Jolan« ohne^ schadU ^ ^ ^ ander^s^e'" ^nan^^{Dra ;} _{inen vcrh}ältnismäß.g b 'den PoJ^^^J¹^ _m? des Rotorgroßen Kreisbogen von ρΐικ

^^s-Anlaufcharak-

der Erfindung

^MScTStatorschenkeUO, endet am spulenfernen Ende in einem 5ί₃Ιο_Φο1 31 mit zwe. Armen 32a, 32b, und der rechte Statorschenkel 30a endet Γη einem Statorpol 33 mit zwei Armen 34a, 34b. Innerhalb des von den zusammenstoßenden Polarmen der Statorpole 31 und 33 umgrenzten, etwa kreisförmigen Raums ist ein Rotor 20 zentncrl, der von einer Welle 22 getragen wird, welch, in Lagern eines aus Messing oder ähnlichem N.chte.senmetall bestehenden Rotorgehäuse 24 gelagert ist.

Die Rotoranordnung besteht vomigswc.se aus einem verhältnismäßig schlanken Zylinder aus Magnetmaterial von hohem B-H-Lncrgieprodukt d. h hohem Restmagnetfluß und hoher Koerziuvkraft sowie anderen günstigen magnct.schcn Eigenschaften Bei diesem Magnetmaterial kommt es im Hinblick auf das magnetische Wechselfeld und ehe entmagnctisierenden Einflüsse, denen der Rotor sowohl >m Betrieb als auch im Stillstand ausgesetzt ist, vor allem auf hohe Koerzitivkraft an. Da d.c Große des

:^ sr ϊ der Motor mit zwei ^ζ^££$ um je einen Arm^32ft, 34fl de geg _umschUeßl

31 bzw. 33 ^versehLn \vie .r ife \_rm32ft

d,e KǪsch ȧ^k^

ijf'¹^^^^"!^"^ _rcchlen 5ΐ8ΐο_Φο1₅

36b den c*^erc" ^Arm _A ^34fl^ ™ _der abgeschirmten D.ese J'^ale Anordnung der g ^

Polarmc in ^^^„^,^ _durch den Rotor-

Richtung J« Staiormjgnc^ses _hinnten

Stato.-Luftspalt 35 ν on oe . _Armen

^A.™^en "^^^^Ji"^ sich der Magnet- ^J^,^» Diese Riditungs-

^fluB,^J₁ ^^d _v„,^S _e t_ctTn olge des verzögerten Magnet*° Verlagerung verleitet ^ statorpol-Armen flußaufb. us in d^n^ aog _{fei chaflen}. Andedem Mo or Ein K'^cnl^f _Abschalien des Motors rersc ts ""'^^'^^Sungen 36 a und 36 b den ^^^SeS Bremswirkung, Motor durch,die ciejι ,_{rzschlußwick}i_ungen vom

R nduzierten Strömen her-

5 6

durch die engen Luftspalte zwischen dem Rotor und 3.5 zwischen dem Rotor und den zugeordneten Gabeldiesen die Kurzschlußwicklungen tragenden Pol- enden der Statorpole 31, 33, wirken aber derart zuarmen verstärkt. sammen, daß ein Hochleistungsmotor mit schnellem

Wenn der Luftspalt 35 zwischen dem Rotor 20 AnI auf vermögen entsteht. Wie bereits erwähnt, ver- und den Statorpolen 31, 33 ungleichmäßig dimensio- 5 mag der Rotor infolge des erzielten hohen Drehniert wird, d. h. der Abstand des Rotors nach den moments und seiner niedrigen Eigenträgheit beim Flächen der abgeschirmten Polarme 32 ft, 34 α hin Anlassen äußerst schnell in Synchrontakt zu kommen wesentlich kleiner als nach den nicht abgeschirmten und außerdem beim Ausschalten der Feldspule 40 Polarnaen 32 a, 34 b gehalten wird, bleibt der Rotor fast augenblicklich anzuhalten, bei Energieunterbrechung bzw. Stromlosmachen des 10 F i g. 2 zeigt eine Abwandlung der Bauform gemäß Motors unweigerlich in der dargestellten Ruhelage Fig. 1, die sich als dreipoliger Schrittschaltmotoi stehen, da die Feldlinien des Rotormagnetflusses eignet. Zu diesem Zweck sind an Stelle der einzigen nämlich infolge der ungleichmäßigen Luftspaltform zweipoligen Spule zwei getrennte Feldspulen 44, 46 derart verlaufen, daß der Rotor unweigerlich eine oder wahlweise eine Einzelspule mit Mittelanzapfung Ruhestellung einnimmt, in welcher sich die Mittel- _i5 vorgesehen. Die Feldspulen 44, 46 werden abwechpunkte der beiden magnetisierten Rotorpolbereiche selnd getrennt über eine nicht dargestellte, herkömmunmittelbar an der Fläche der abgeschirmten und liehe äußere Logikschaltung mit elektrischen Stromnicht an der der nicht abgeschirmten Polarme befin- impulsen gespeist. Der hierdurch jeweils erzeugte den. Infolgedessen besitzt der Statormagnetfluß, der Magnetfluß durchläuft die Statorschenkel 30a, 3Oi anfänglich längs einer durch die unabgeschirmten 20 und wirkt mit dem zwischen den Statorpolen 31, 33 Polarme 32 a, 34 b gehenden Linie verläuft, während angeordneten Rotor 20 zusammen, des Anlaßvorgangs eine zu den Rotormagnetpolen Ein beispielsweise an die Spule 44 angelegter Imtangential gerichtete Komponente, die den Rotor in puls erzeugt Magnetflußlinien 45, die den Rotor 2t die gewünschte Richtung hineindreht. in vorgegebener Richtung durchlaufen und zu einerr

Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform kann 25 180°-Drehschritt veranlassen. Der nächste Impul;

als Wechselstrom-Synchronmotor betrieben werden, wird dann derart an die Spule 46 angelegt, daß zwi-

indem die Feldspule 40 an eine Wechselstromquelle sehen den Statorpolen 31, 33 ein entgegengesetzt ver

angeschlossen ist. Die in der Statoranordnung 30 α, laufender Magnetfluß erzeugt und dadurch ein weite

306 bei Erregen der Feldspule 40 erzeugten wech- rer 180°-Drehschritt des Rotors verursacht wird

selnden Magnetflußlinien 45 wirken auf den zwischen 30 Diese Richtungsumkehr des Feldspulen-Magnetflüsse;

den Statorpolen 31, 33 angeordneten Rotor 20 ein bei aufeinanderfolgenden Impulsen kann ohne weite

vnä setzen ihn nach üblicher Wechselstrom-Synchron- res durch Verwendung eines Umschaltkreises bewirk

motor-Technik in Drehung. Die Merkmale, wie die werden, der an eine Gleichstromquelle angeschlossei

schlankzylindrische Rotorbauform, die Abschirmringe ist. Jedes Impulspaar bewirkt somit eine volle 360°

36a, 36ft und der ungleichmäßige Luftspaltabstand 35 Drehung des Rotors 20.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. lungen einnehmen kann, wird ein hohes Anlaufdreh-Patentanspruch: moment, und zwar auch in ungünstigen Stellungen

   des Rotors erreicht, aus denen heraus der Motor

   Elektromotor zum Betrieb als Synchronmotor nicht sofort in Drehfeldrichfung beschleunigt. Dieser

   mit Wechselstrom oder als Schrittmotor mit Im- 5 Fall kann eintreten, wenn eine Spannung mit einer

   pulsen wechselnder Polarität, bestehend aus ei- im Vergleich zur zuvor angelegten Spannung um-

   nem durch eine Feldwicklung erregbaren Stator, gekehrten Polarität angelegt wird. Dann läuft der

   der mindestens zwei Statorpole aufweist, die Motor zunächst über einen kleinen Drehwinkel wäh-

   entsprechend einer Spaltpolausführung je in rend der ersten Halbwelle in der falschen Richtung

   zwei Polanne aufgeteilt sind, von denen je- io an, kehrt jedoch seine Drehrichtung beim Nulldurch-

   weils einer eine Kurzschlußspule trägt, und mit gang der Spannung sofort um und läuft dann mit

   einem permanentmagnetisierten Rotor mit min- Beginn der zweitei. Halbwelle in der richtigen Rich-

   destens einem Polpaar, dadurch gekenn- tung. Dieser Vorgang erfolgt so schnell, daß der Mo-

   zeichnet, daß die zu jedem Statorpol (31, tor für praktische Zwecke auch als »Einrichtungs-

   33) gehörenden zwei Polarme (32 a, 32 b; 34 a, 15 motor« bezeichnet werden kann.

   34 b) unterschiedliche Längen besitzen, derart, Der erfindungsgemäß verbesserte Motor eignet

   daß der Luftspalt (35) zwischtn dem Rotor (20) sich unter anderem gut für Schrittschaltmotoren, die

   und den die Kurzschlußspulen (36 a, 36 b) tragen- nach dem Prinzip von Wechselstrom-Synchronmoto-

   den Polarmen (32 b, 34 a) kleiner ist als der Luft- ren arbeiten. Insbesondere wird durch Verwendung

   spalt zwischen dem Rotor (20) und den anderen 20 eines Rotors aus permanentmagnetischem Material

   Polarmen (32 a, 34 b), und daß der Rotor (20) in Form eines Vollzylinders, dessen Axiallänge grö-

   aus einem einstückig ausgebildeten Zylinder aus ßer ist als sein Durchmesser, das Dreh-Trägheitsmo-

   magnetischem Material besteht und seine axiale ment unter entsprechender Erhöhung des Drehmo-

   Länge wesentlich größer ist als sein Durchmesser. ment-Trägheit-Verhältnisses merklich herabgesetzt.

   25 Gemäß der bei herkömmlichen Wechselstrom-Syn-

   chronmotoren üblichen Praxis wird beim erfindungsgemäßen Schrittschaltmotor die Feldspule durch eine Wechselstromquelle erregt und der Permanentma-

   Die Erfindung betrifft einen Elektromotor zum Be- gnet-Rotorteil einem vom Statorfluß erzeugten matrieb als Synchronmotor mit Wechselstrom oder als 30 gnetischen Wechselfeld ausgesetzt. Beim Anlassen Schrittschaltmotor mit Impulsen wechselnder PoIa- herkömmlicher Motoren, wie sie oben erwähnt wurrität, bestehend aus einem durch eine Feldwicklung den, sind häufig nach Erregung der Feldspule minerregbaren Stator, der mindestens zwei Statorpole destens einige volle Perioden nötig, bis der Motor aufweist, die entsprechend einer Spaltpolausführung synchrone Drehzahl errreicht. Bei der erfindungsgeje in zwei Polarme aufgeteilt sind, von denen jeweils 35 mäßen Bauart jedoch besitzt der Motor hauptsächeiner eine Kurzschlußspule trägt, und mit einem per- Hch wegen der verbesserten trägheitsarmen Rotormanentmagnelisierten Rotor mit mindestens einem gestalt sowie wegen des hohen Energieprodukts des Polpaar. Ein derartiger Motor ist aus der deutschen zu seinein Aufbau benutztem Magnetmaterials sowie Patentschrift 642 303 bekannt. wegen der Besonderheiten der Statorkonstruktion ein Es ist weiter bereits ein Wechselstrommotor be- 40 außerordentlich hohes Drehmoment-Trägheits-Verkanr.t (deutsche Patentschrift 597 982), dessen Sta- hältnis, das dem Motor ein äußerst schnelles In-Tritttorpole in jeweils zwei Arme unterschiedlicher Länge Fallen ermöglicht. Die Verwendung eines Rotormaunterteilt sind, von denen der jeweils längere eine terials mit hohem Energieprodukt bedeutet in Ver-Kurzschlußwicklung trägt. Durch die unterschied- bindung mit den erwähnten erfindungsgemäßen liehe Länge der Polarme wird ein gleichförmiges 45 Merkmalen, daß der Motor eine sehr kurze An-Drchfel'i erzielt. Sprechzeit aufweist und sehr schnell auf Synchron-Diese bekannten Motoren besitzen vergleichsweise drehzahl kommt, so daß er sich insbesondere als Imkleine Anlaufdrehmomente. pulsmotor eignet.

   Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, Der Motor beschleunigt bei den meisten erprobeinen Motor der eingangs genannten Gattung so aus- 50 ten Ausführungsformen bei Anlegen einer Wechselzugestalten, daß er ein großes Anlaufdrehmoment oder Impulsspannung von beispielsweise 60 Hz FoI-enlwickelt, um in kürzester Zeit auf Nenndrehzahl gefrequenz derart schnell aus dem Stillstand, daß er zu beschleunigen, und auch nach dem Abschalten schon beim ersten Spannungszyklus volle Synchronder Erregung schnell zum Stillstand kommt. drehzahl erreicht. Fernerhin kommt der Motor bei Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge- 55 Abschaltung der Erregung sehr schnell, und zwar löst, daß die zu jedem Siatorpol gehörenden zwei für gewöhnlich schon während einer einzigen Rotor-Polarme unterschiedliche Länge besitzen, derart, daß Umdrehung zum Stillstand, was auf die trägheitsder Luftspalt zwischen dem Rotor und den die Kurz- arme Rotorkonstruktion und die durch die Kurzschlußspulen tragenden Polarmen kleiner ist als der schlußwicklungen bewirkte elektrodynamische Ab-Luftspalt zwischen dem Rotor und den anderen Pol- 60 bremsung zurückzuführen ist.

   armen, und daß der Rotor aus einem einstückig aus- Zur weiteren Verbesserung der Anlaßbeschleunigebildcten Zylinder aus magnetischem Material be- gungsleistung des Motors ist die Rotorform erfinsteht und seine axiale Länge wesentlich größer ist als dungsgemäß so gewählt, daß die Axiallänge des Rosein Durchmesser. tors größer als dessen Durchmesser ist. Durch diese Durch die ungleichen Luftspalte zwischen dem Ro- 65 schlankzylindrische Form wird das Trägheitsmoment tor und den die Kurzschlußspulen tragenden Pol- des Rotor-, um seine Welle erheblich herabgesetzt armen in Verbindung mit dem permanentmagnet!-· und erhöht sich dementsprechend das Drehmomentsierten Rotor, der im Stillstand nur bestimmte Stel- Trägheits-Verhältnis des Motors beim Anlassen.