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In bestimmter Drehrichtung selbstanlaufender polarisierter Synchronmotor
Die Erfindung bezieht sich auf einen in bestimmter Drehrichtung selbstanlaufenden
polarisierten Synchronmotor, mit einem an seinem Umfang Pole abwechselnder Polarität
aufweisenden Permanentmagnetläufer und einem durch eine Ständerwicklung erregten
Ständer mit Klauenpolen.
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Um bei polarisierten Synchronmotoren ohne Hilfsphase einen selbsttätigen
Ablauf zu erreichen, muß der Permanentmagnetläufer nach dem Abschalten des Motors
in eine bestimmte Ausgangslage gebracht werden, aus der er wieder anlaufen kann.
Hierzu ist es bekannt, zwischen den Klauenpolzacken und dem übrigen Ständerteil
einen Luftspalt vorzusehen, durch den der Widerstand des magnetischen Rückschlußkreises
so verändert wird, daß sich der Permanentmagnetläufer jeweils zur Halfte mit einem
Nor- und Südpol unter einen Klauenpolzacken stellt, da sich in dieser Stellung der
kleinste magnetische Widerstand für den Rückschluß der Feldlinien der Läuferpole
ergibt. Wird die Ständerwicklung eines solchen Motors an Spannung gelegt, so lauft
dieser Motor je nach Phasenlage der angelegten Spannung in der einen oder anderen
Drehrichtung an. Um einen Anlauf in einer bestimmten Drehrichtung zu erzielen, ist
es ferner bekannt, derartige Motoren mit einer mechanischen Rücklaufsperre zu versehen,
durch die die eine Drehrichtung gesperrt wird, so daß der Motor einen eindeutigen
Drehsinn bekommt.
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Durch den luftspalt zwischen den Klauenpolzacken und dem Ständerteil
ergibt sich ein umständlicherAufbau des kompletten Ständers, der noch dadurch erschwert
wird, daß der Luftspalt eine bestimmte Größe haben muß, um den für die richtige
Einstellung des Permanentmagnetläufers in seine Ausgangslage erforderlichen
magnetischen
Widerstand im Rückschlußkreis zu erreichen. Einen nicht unbeträchtlichen Aufwand
erfordern auch die mechanischen Rücklauföperren, die je nach Aufbau den Motor zusätzlich
belasten, erhebliche Laufgeräusche verursachen und einer mechanischen Abnutzung
unterworfen sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen in bestimmter Drehrichtung
selbstanlaufenden polarisierten Synchronmotor der eingangs beschriebenen Art zu
schaffen, der einen einfachen Ständeraufbau aufweist und der ohne mechanische Rücklaufsperren
&uskommt.
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Nach der Erfindung gelingt die Lösung der gestellten Aufgabe dadurch,
daß der Ständer vormagnetisiert und die Klauenpole in Umfangsrichtung unsymmetrisch
angeordnet und/oder ausgebildet sind. Die Vormagnetisierung des Ständers wird auf
einfache Weise dadurch erreicht daß im magnetischen Rückschlußteil des Ständers
mindestens ein Permanentmagnet angeordnet ist. Auf diesen Permanentmagneten kann
verzichtet werden, enn der Permanentmagnetläufer zusätzlich in axialer Richtung
magnetisiert ist und die Enden der Klauenpole in axialer Richtung gesehen einen
Abstand voneinander aufweisen. Entsprechend einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung
wird in vorteilhafter Weise eine unsymmetrische Anordnung der Klauenpole dadurch
erreicht, daß mindestens ein Klauenpolpaar eine ungleiche Polteilung aufweist.
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Anhand zweier in der Zeichnung schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele
wird der Gegenstand der Erfindung nachfolgend näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1
einen Synchronmotor nach der Erfindung mit einem Permanentmagneten im magnetischen
Rückschluteil des Ständers, Fig. 2 einen Synchronmotor nach der Erfindung, be lem
der Permanentmagnetläufer zusätzlich in axialer R2 ung magnetisiert ist.
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In Fig. 1 ist mit 1 ein auf einer Welle 2 angeordneter Permanentmagnetläufer
bezeichnet, dessen Pole mit N und S angedeutet sind.
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Von den den Permanentmagnetläufer umgebenden Klauenpolen ist nur ein
Klauenpolpaar dargestellt, das aus zwei sich in axialer Richtung überlappenden,
unterschiedlich breiten Klauenpolen 3 und 4 besteht. Durch Ständerbleche 5 und 6
sind die Klauenpole mit einem magnetischen Rückschlußteil 7 verbunden, auf dem eine
den Ständer erregende Ständerwicklung 8 angeordnet ist. Ferner ist im Rückschlußteil
ein Permanentmagnet 9 angebracht, der die über die Ständerbleche mit dem Rückschlußteil
verbundenen Klauenpole vormagnetisiert.
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In Fig. 2 ist ein mit einer Welle 12 verbundener, zusätzlich in axialer
Richtung magnetisierter Permanentmagnetläufer mit 11 gekennzeichnet. Die Pole am
Umfang des Permanentmagnetläufers sind wiederum mit N und S bezeichnet. Desgleichen
ist die Magnetisierung in axialer Richtung durch N und S in der Mitte der beiden
Stirnseiten angedeutet. Ebenfalls wie in Fig. 1 ist nur ein Klauenpolpaar dargestellt,
das aus den unterschiedlich breiten Klauenpolen 13 und 14 besteht. Im Gegensatz
zu den Klauenpolen des Motors nach Fig. 1 weisen die Enden dieser Klauenpole in
axialer Richtung einen Abstand voneinander auf. Durch die Ständerbleche 15 und 16
sind die Klauenpole mit dem magnetischen Rückschlußteil 17 verbunden. Durch eine
auf dem Rückschlußteil angeordnete Ständerwicklung 18 kann der Ständer erregt werden.
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Wegen der unterschiedlichen Breite der Klauenpole 3 und 4 bzw.
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13 und 14 steht das betreffende Polpaar des Permanentmagnetläufers
1 bzw. 11 nicht symmetrisch unter dem Klauenpolpaar 3, 4 bzw. 13, 14, so daß der
Motor beim Einschalten der StänderwicX-lung ein Drehmoment entwickeln und anlaufen
kann. Somit ist durch die unterschiedliche Breite der Klauenpole ein sicherer Anlauf
des Motors erreicht, der jedoch je nach Phasenlage der Spannung im Einschaltaugenblick
und je nachdem, ob ein Süd- oder Nordpol des Permanentmagnetläufers 1 bzw. 11 unter
dem breiteren Klauenpol 3 bzw. 13 steht, noch in beliebiger Drehrichtung erfolgen
kann.
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Durch die Vormagnetisierung wird den Klauenpolen nun eine bestimmte
Polarität eingeprägt, so daß nach dem Abschalten der Spannung beim Auslaufen des
Permanentmagnetläufers 1 bzw.
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11 jeweils ein Pol bestimmter Polarität unter dem breiteren Klauenpol
3 bzw. 13 stehenbleibt. Bei den in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen
ist der breitere Klauenpol 3 bzw. 13 als Nordpol und der schmälere Klauenpol 4 bzw.
14 als Südpol magnetisiert. Damit der magnetische Fluß bei dem Motor nach Fig. 2
seinen Weg nicht über den Luftspalt zwischen den beiden Klauenpolen 13 und 14, sondern
über die Ständerbleche und den magnetischen Rückschlußteil nimmt, weisen die Enden
der beiden Klauenpole einen axialen Abstand voneinander auf. Bei den dargestellten
Ausführungsbeispielen wird sich unter dem breiteren Klauenpol 3 bzw. 13 jeweils
ein Südpol und unter dem schmäleren Klauenpol 4 bzw. 14 ein Nordpol des Permanentmagnetläufers
1 bzw. 11 einstellen. Da die Breite des Klauenpoles 3 bzw. 13 größer als die Polteilung
ist, steht auch der dem Südpol folgende Nordpol noch in dem Wirkungsbereich des
breiteren Klauenpoles.
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Wird beim Einschalten der Ständerwicklung der Ständer entsprechend
der augenblicklichen Phasenlage der angelegten Spannung in der Richtung er Vormagnetisierung
magnetisiert, läuft der Motor noch nicht an, da sich im Ständer und Läufer ungleichnamige
Pole gegenüberstehen, deren Anziehungskräfte größer als die abstoßenden Kräfte zwischen
dem breiteren Klauenpol 3 bzw. 13 und dem in seinem Wirkungsbereich befindlichen
Läufernordpol sind. Erst bei der nächsten Spannungshalbwelle, bei der die Polarität
der Klauenpole wechselt, stehen sich jeweils gleichnamige Ständer-und Läuferpole
gegenüber, so daß eine Abstoßung der Läuferpole erfolgt. Der im Wirkungsbereich
des breiteren, nunmehr als Südpol magnetisierten Klauenpoles 3 bzw. 13 stehende
Läufernordpol wird von diesem angezogen und der Motor beginnt sich in Pfeilrichtung
zu drehen.
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Nach Abschalten der Spannung stellt sich infolge der Vormagnetisierung
wieder ein Südpol des Permanentmagnetläufers 1 bzw.
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11 unter den breiteren Klauenpol 3 bzw. 13, so daß für einen folgenden
Anlauf wieder die gleiche elektrische Ausgangsstellung gegeben ist und der Motor
somit auch wieder in der gleichen Drehrichtung anläuft.
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Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele
beschränkt. So kann beispielsweise die Unsymmetrie der Polanordnung auch dadurch
erreicht werden, daß die Reihenfolge von Nord- und Südpolen gestört wird, oder daß
eine ungleiche Anzahl von Nord- und Südpolen vorgesehen ist. Außerdem kann die Wirkung
der zusätzlichen axialen Magnetisierung des Permanentmagnetläufers auch dadurch
erzielt werden, daß auf der einen Stirnseite des Permanentmagnetläufers die Nordpol
und auf der anderen Stirnseite die Südpole stärker sind.
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4 Patentansprüche 2 Figuren