DE3246596C1

DE3246596C1 - Synchronous motor

Info

Publication number: DE3246596C1
Application number: DE19823246596
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Ing.(grad.) 7630 Lahr Eick; Ralf Dipl.-Ing. 6654 Altstadt Gfrörer
Original assignee: Berger Lahr 7630 Lahr De GmbH; Berger Lahr 7630 Lahr GmbH; Berger Lahr GmbH and Co KG
Current assignee: Gerhard Berger & Co KG Fabrik Elektrischer Ge GmbH
Priority date: 1982-12-16
Filing date: 1982-12-16
Publication date: 1984-04-19

Abstract

A synchronous motor having a multi-pole rotor and having a stator which produces a rotating field and has a number of teeth different from the number of poles, is slightly asymmetric or non-uniform with respect to the individual poles of the rotor, in particular being constructed in a magnetically different manner. In consequence, in addition to the excitations caused by the individual poles for the rotation of the machine, there are superimposed magnetic excitations which lead to impressed latching torques on the motor. For example, individual poles of the rotor may have a different width to others or may be distributed differently, or may also be provided with different air gaps.

Description

Die Ausbildung von Rastmomenten kann zusätzlich dadurch beeinflußt werden, daß der Luftspalt für die Rotorpole verschieden groß ist Durch einzelne oder mehrere der yorbeschriebenen Maßnahmen lassen sich erhöhte Rastmomente erzielen, dennoch aber bei richtiger Abstimmung ein Synchronmotor herstellen, der genügend gute Anlaufeigenschaften und Rundlaufeigenschaften hat. Darüber hinaus läßt sich ein solcher Motor leicht auch in einen Synchronmotor ohne stärker ausgeprägte Raststellen umwandeln, indem einfach der Rotor oder einzelne Rotorpole ausgetauscht werden. The formation of cogging torques can also be influenced be that the air gap for the Rotor poles is different in size Increased cogging torques can be achieved by means of one or more of the measures described above achieve, but with the right coordination produce a synchronous motor that has sufficiently good start-up properties and concentricity properties. Furthermore Such a motor can easily be used in a synchronous motor without a more pronounced one Convert rest points by simply exchanging the rotor or individual rotor poles will.

Nachstehend ist die Erfindung mit ihren als wesentlich zugehörenden Einzelheiten anhand der Zeichnung noch näher erläutert. Es zeigt in schematisierter Darstellung F i g. 1 einen Querschnitt durch einen kleinen Synchronmotor mit sechs Magnetpolen im Rotor und acht jeweils einzeln gewickelten Zähnen im Stator, wobei der Stator zweiphasig gewickelt ist, F i g. 2 eine abgewickelte Stator- und Rotorkontur gemäß Stand der Technik, z. B. DE-AS 22 08 854 mit allenfalls schwach ausgeprägten Raststellungen, Fig.3 eine abgewickelte Stator und Rotorkontur gemäß der Erfindung mit unterschiedlich breiten Rotorpolen, Fig.4 eine abgewickelte Stator- und Rotorkontur mit einzelnen in Umfangsrichtung geteilten Rotorpolen sowie F i g. 5a bis e einige Beispiele anderer Rotortypen, an denen die Erfindung angewendet werden könnte. The following is the invention and its essential features Details are explained in more detail with reference to the drawing. It shows in schematic Illustration F i g. 1 shows a cross section through a small synchronous motor with six Magnetic poles in the rotor and eight individually wound teeth in the stator, whereby the stator is wound in two phases, FIG. 2 a developed stator and rotor contour according to the prior art, e.g. B. DE-AS 22 08 854 with at most weakly pronounced Locking positions, FIG. 3 a developed stator and rotor contour according to the invention with rotor poles of different widths, Fig. 4 a developed stator and rotor contour with individual rotor poles divided in the circumferential direction and FIG. 5a to e some Examples of other types of rotors to which the invention could be applied.

Ein im ganzen mit 1 bezeichneter Synchronmotor ist in Fig.1 mit seinem Stator 2 und seinem Rotor 3 schematisch dargestellt. Dabei ist in diesem Ausführungsbeispiel ein permanentmagnetischer Rotor 3 vorgesehen. Der Rotor 3 hat insgesamt sechs Magnetpole 4 und 5 und der Stator hat im Ausführungsbeispiel acht einzeln gewickelte Zähne 6. Polzahl und Zähnezahl sind also verschieden. A synchronous motor designated as a whole by 1 is shown in FIG Stator 2 and its rotor 3 shown schematically. It is in this embodiment a permanent magnetic rotor 3 is provided. The rotor 3 has a total of six magnetic poles 4 and 5 and the stator has eight individually wound teeth in the exemplary embodiment 6. The number of poles and the number of teeth are therefore different.

Man erkennt, daß der Rotor 3 ungleichmäßig dadurch ausgebildet ist, daß die Breite der Pole 4 und 5 verschieden ist. Infolge dieser Abweichung von der Gleichmäßigkeit besitzt dieser Rotor 3 auch eine zweipolige magnetische Erregung, deren Maxima bei den sich in diesem Ausführungsbeispiel gegenüberliegenden breiteren Polen 4 liegen. Das hierdurch hervorgerufene Rastmoment hat acht Raststellungen und ist stark ausgeprägt, obwohl die zweipolige Erregung an sich kleiner als die sechspolige Erregung ist. Die große sechspolige Erregung bleibt dagegen bestimmend für das Laufverhalten des Motors. It can be seen that the rotor 3 is formed unevenly, that the width of the poles 4 and 5 is different. As a result of this deviation from the Uniformity, this rotor 3 also has a two-pole magnetic excitation, their maxima at the wider, opposite one another in this exemplary embodiment Poland 4 lie. The detent torque caused by this has eight detent positions and is very pronounced, although the bipolar excitation itself is smaller than that six-pole excitation is. The large six-pole excitation, on the other hand, remains decisive for the running behavior of the engine.

Durch die einfache Maßnahme, einzelne Rotorpole gegenüber den anderen in ihrer Breite zu ändern, können also in gewünschter Weise bestimmte Raststellungen betont werden, ohne das Laufverhalten des Motors erheblich zu verschlechtern. By the simple measure, individual rotor poles opposite the other to change in their width, so can certain locking positions in a desired manner can be emphasized without significantly impairing the running behavior of the engine.

Demgegenüber würde ein analoger Synchronmotor 1, dessen Abwicklung in F i g. 2 dargestellt ist, nur relativ schwach ausgeprägte Raststellungen ergeben, von denen eine in Fig.2 dargestellt ist Es leuchtet ohne weiteres ein, daß die jeweiligen Kräfte auf die einzelnen Pole sich an den Statorzähnen zumindest teilweise aufheben, so daß die Rastmomente entsprechend gering sind. In contrast, an analog synchronous motor 1, its processing in Fig. 2 is shown, result in only relatively weak locking positions, one of which is shown in FIG Forces on the individual poles at least partially cancel each other out at the stator teeth, so that the cogging torques are correspondingly low.

F i g. 3 zeigt die Abwicklung des in F i g. 1 dargestellten Synchronmotors in einer Raststellung, woraus erkennbar wird, daß in diesem Falle die von den Polen jeweils ausgehenden magnetischen Erregungen jeweils auf entsprechende Statorzähne wirken, wobei der Einfluß auf Nachbarstatorzähne entsprechend gering ist. F i g. 3 shows the development of the process shown in FIG. 1 synchronous motor shown in a detent position, from which it can be seen that in this case those of the poles respectively outgoing magnetic excitations respectively on corresponding stator teeth act, whereby the influence on neighboring stator teeth is correspondingly small.

In F i g. 4 ist eine abgewandelte Lösung dargestellt, bei der die Pole 4 unterteilt sind. In Fig. 4 shows a modified solution in which the Poles 4 are divided.

Je nach Art der Unregelmäßigkeit im Rotor kann man das Verhältnis der Ausprägungen der zwei- und sechspoligen magnetischen Rotorerregung gezielt steuern. In gewissen Grenzen lassen sich so die Eigenschaften des Motors im Stillstand und beim Lauf voneinander unabhängig beeinflussen. Depending on the type of irregularity in the rotor one can determine the ratio specifically control the characteristics of the two- and six-pole magnetic rotor excitation. The properties of the motor at standstill and independently influence each other while running.

Eine weitere Beeinflussungsmöglichkeit besteht darin, daß der Luftspalt bei zwei diametral liegenden Polen entweder größer oder kleiner als bei den übrigen Polen gemacht wird. Man erhält dann wiederum eine der Zähnezahl des Stators entsprechende Anzahl ausgeprägter Raststellungen Man kann aber auch zusätzlich oder statt dessen an gegenüberliegenden Statorzähnen eine Kürzung vornehmen, wodurch infolge der dann auftretenden zusätzlichen Reluktanzschwankungen zusammen mit der Rotorerregung ein Rastmoment entsteht, das dann aber zu einer der Zahl der Pole entsprechenden Anzahl von Raststellungen, im Ausführungsbeispiel zu sechs Rastellungen führt. Dabei ist es zweckmäßig, wenn die verkürzten Zähne den Statorwicklungssträngen gleichmäßig zugeordnet sind. Another possibility of influencing is that the air gap with two diametrically located poles either larger or smaller than with the others Poland is made. One then again obtains a number corresponding to the number of teeth on the stator Number of pronounced locking positions You can also use it in addition to or instead of it make a shortening on opposite stator teeth, which then as a result of occurring additional reluctance fluctuations together with the rotor excitation Cogging torque arises, but then in a number corresponding to the number of poles of locking positions, in the exemplary embodiment leads to six locking positions. It is it is useful if the shortened teeth of the stator winding strands evenly assigned.

Die Erfindung kann auch mit anderen Verhältnissen zwischen Zähnezahl des Stators und Polzahlen des Rotors verwirklicht werden, wobei die Anzahl der Statorzähne aber kein ganzes Vielfaches der Rotorpolzahl sein darf. Je nach Unterschiedlichkeit der Zähne-und Polzahlen kann es zweckmäßig sein, die erfindungsgemäßen Ungleichmäßigkeiten und Unsymmetrien von Rotorpolen und/oder Statorzahnlängen auch so zu gestalten, daß sich vier- oder mehrpolige Erregungen zur Erzeugung der Rastmomente ergeben Die erfindungsgemäß ungleichmäßige Ausführung der Rotorpole ist nicht auf Rotoren 3 mit Dauermagnetpolen 4 und 5 beschränkt Sie kann prinzipiell auf alle Rotortypen angewendet werden, von denen F i g. 5a bis d einige Beispiele zeigt. Dabei ist in F i g. 5a ein Vollpolrotor aus Magnetmaterial dargestellt, dessen Pole durch unterschiedliche Magnetisierung gebildet werden, während F i g. 5b einen auch dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 entsprechenden Rotor zeigt. The invention can also be used with other ratios between the number of teeth of the stator and number of poles of the rotor are realized, the number of stator teeth but not a whole multiple of the number of rotor poles. Depending on the difference the number of teeth and poles, it can be useful to remove the irregularities according to the invention and to design asymmetries of rotor poles and / or stator tooth lengths in such a way that that there are four- or multi-pole excitations for generating the cogging torques The irregular design of the rotor poles according to the invention does not apply to rotors 3 with permanent magnet poles 4 and 5 limited. In principle, it can be used on all rotor types are applied, of which F i g. 5a to d show some examples. In F i g. 5a shows a full pole rotor made of magnetic material, the poles of which by different Magnetization are formed while F i g. 5b also corresponds to the exemplary embodiment according to FIG. 1 shows a corresponding rotor.

F i g. 5c ist ein Beispiel für einen elektrisch erregten Rotor, dessen Pole ebenfalls unsymmetrisch oder ungleichmäßig angeordnet werden können, um die erfindungsgemäße Lehre zu erfüllen.F i g. 5c is an example of an electrically excited rotor whose Poles can also be arranged asymmetrically or unevenly around the to meet teaching according to the invention.

F i g. 5d zeigt schließlich einen Rotor mit weichmagnetischen Polabdeckungen. Auch hier können Ungleichmäßigkeiten zur Ausprägung von Rastmomenten vorgesehen werden. F i g. Finally, FIG. 5d shows a rotor with magnetically soft pole covers. Here, too, irregularities can be provided for the development of cogging torques will.

Insgesamt ergibt sich ein Synchronmotor, der bei guten Laufeigenschaften dennoch ausgeprägte Rastmomente haben kann, wobei diese durch verschiedene, teils einzeln, teils aber auch gemeinsam anwendbare Unregelmäßigkeiten vor allem an den Rotorpolen je nach gewünschter Größe und Ausprägung beeinflußt werden können. Overall, the result is a synchronous motor with good running properties can still have pronounced cogging torques, these being due to different, partly individually, but sometimes also jointly applicable irregularities, especially on the Rotor poles can be influenced depending on the desired size and characteristics.

Alle in der Beschreibung, den Ansprüchen, der Zusammenfassung und der Zeichnung dargestellten Merkmale und Konstruktionsdetails können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein. All in the description, claims, abstract and The features and construction details shown in the drawing can be used individually as well as being essential to the invention in any combination with one another.

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Claims

Claims: 1. Synchronous motor with a multi-pole rotor and with a Rotating field generating stator, which has a number of teeth that differs from the number of rotor poles has, characterized in that at least individual poles (4) of the rotor (3) arranged slightly asymmetrically and / or magnetically different are.

2. Synchronous motor according to claim 1, characterized in that the Rotor poles (4, 5) arranged unevenly and / or of different widths and / or are designed with different air gaps.

3. Synchronous motor according to claim 1 or 2, characterized in that that the inequalities or deviations of the rotor poles (4) in the circumferential direction repeat, preferably repeat several times regularly.

4. Synchronous motor according to one of claims 1 to 3, characterized in that that at least some of the rotor poles (5) or all rotor poles (5) in the circumferential direction are divided.

5. Synchronous motor according to one of claims 1 to 4, characterized in that that the air gap for the rotor poles (4,5) is of different sizes

6. Synchronous motor according to claim 1 or 2, with a six-pole rotor and a stator with eight teeth, characterized in that two opposing poles (4) of the rotor (3) are wider than the remaining poles (4).

7. Synchronous motor according to one of the preceding claims, characterized in that that the irregularities of rotor poles and / or stator tooth lengths so designed are that there are four- or multi-pole excitations for generating cogging torques.

The invention relates to a synchronous motor with a multi-pole rotor, possibly with a permanent magnet rotor, and with a rotating field generating Stator which has a number of teeth that differs from the number of rotor poles Such Synchronous motors are already known. They generally have electrical power unexcited stator a cogging torque in certain positions The number of possible With a symmetrical structure, latching positions are the smallest common multiple from the number of rotor poles and the number of stator teeth. The size of this for some applications desired cogging torque depends quite significantly on the ratio of Number of stator teeth to the number of rotor teeth and the width ratios Tooth groove in the stator and pole gap in the rotor. While the tooth and pole numbers go through Boundary conditions such as speed, number of phases, optimal use of winding space, etc. are common largely fixed, the detent torque can be achieved by varying the widths at best be influenced to a limited extent. However, this option is practical in its own right Effect, among other things, due to the inevitable magnetic scattering in particular with a large number of detent positions and permanent magnet rotors, especially after F i g. 5a, in which the permanent magnetic poles are located directly at the air gap, severely restricted An attempt has already been made to generate increased cogging torques from DE-AS 2842 195 known, in which individual teeth are beveled on the stator, what however, due to the resulting different sheet metal cuts, relatively is expensive.

There is therefore the task of creating a synchronous motor of the initially mentioned type about to create according to DE-AS 2208 854, in which the detent torque increases is, but the best possible smoothness can be achieved in a simple manner. It should be possible to use both variants of an engine without increased large additional to be able to produce manufacturing effort.

To solve this problem, a motor of the type mentioned at the beginning characterized in that at least individual poles of the rotor are slightly asymmetrical arranged and / or magnetically designed differently. This makes the multipole Magnetic excitation of the rotor is superimposed on an excitation with a lower number of poles, which results in a detent torque with a smaller number of detent positions. This detent moment is strongly influenced by the type of irregularity or asymmetry of the rotor. However, the achievable values are essential larger than with the previously common uniform design of all rotor poles.

It is surprising that the measures for influencing the Cogging torque on the rotor and not on the stator as in the prior art.

The inventive design of the rotor.

pole it is possible to reduce the cogging torque by the proportion of the magnetic field, whose field lines in the air gap are not radial to the stator step over and thus magnetically grind the tooth and pole contours that create reluctance, to decrease significantly. It is also important for the latching effect that it is in the circumferential direction edges of rotor poles and stator teeth in as many places as possible on the machine can face each other without changing the number of poles and teeth. This can also be achieved by the arrangement and design of the rotor poles according to the invention reach.

If a change in the latching behavior is to be achieved, there is no need different sheet metal cuts to be used, but it is sufficient to use the rotor or to exchange individual rotor poles. The stator remains perfect for both variants identical, which simplifies and streamlines the manufacture of such synchronous motors can be.

It is particularly useful if the rotor poles are arranged unevenly and / or designed with different widths and / or with different air gaps are. Some or all of the aforementioned measures result in a desired manner depending on the choice of the various irregularities, an asymmetrical rotor, d. H. magnetically different poles and thus desired cogging torques.

The inequalities or deviations of the rotor poles can be expressed in Repeat circumferential direction, preferably repeat several times regularly. this the smooth running of the engine benefits and still results in pronounced cogging torques.

The different widths of the rotor poles in the circumferential direction was already mentioned. It is also possible that some of the rotor poles or all of the rotor poles are divided in the circumferential direction.