DE3609835A1

DE3609835A1 - SINGLE PHASE MOTOR

Info

Publication number: DE3609835A1
Application number: DE19863609835
Authority: DE
Inventors: Ruediger Dr Pfeiffer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1986-03-22
Filing date: 1986-03-22
Publication date: 1987-09-24
Also published as: IT8719779A0; FR2596217A3; FR2596217B3; IT1203389B

Description

State of the art

Die Erfindung geht aus von einem Einphasenmotor der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.The invention is based on a single-phase motor genus specified in the preamble of claim 1.

Bei einem bekannten Einphasenmotor dieser Art (DE-OS 34 20 370) ist zur Erzeugung eines Anlauf drehmoments der Luftspalt zwischen Rotor und den Statorpolen asymmetrisch in der Weise ausgebildet, daß er sich entgegen der gewünschten Drehrichtung zum Statorpolende hin vergrößert. Dadurch stellt sich der Permanentmagnetrotor in eine Ruhelage ein, in welcher die Ausrichtung des permanentmagnetisch erregten Rotor feldes von der Magnetisierungsrichtung des Stators ver schieden ist, wodurch beim Einschalten des Einphasenmo tors ein kleines Anlaßmoment in der gewünschten Dreh richtung auftritt. Die Unsymmetrie der Statorpole er fordert aber einen erhöhten Fertigungsaufwand.In a known single-phase motor of this type (DE-OS 34 20 370) is for generating a startup torque of the air gap between the rotor and the Stator poles are formed asymmetrically in such a way that it turns against the desired direction of rotation Stator pole end enlarged. This turns the Permanent magnet rotor in a rest position, in which the orientation of the permanent magnet excited rotor field from the magnetization direction of the stator is different, so when switching on the single-phase mo tors a small starting torque in the desired rotation direction occurs. The asymmetry of the stator poles but demands an increased manufacturing effort.

Advantages of the invention

Der erfindungsgemäße Einphasenmotor mit den kenn zeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegen über den Vorteil, daß eine Sonderanfertigung des Stators entfällt, vielmehr herkömmliche und preis werte Statoren von sog. Universalmotoren verwendet werden können. Durch den erfindungsgemäßen Aufbau des Rotors wird ein Reluktanz-Hilfsmoment erzeugt, das den Anlauf des Rotors sicherstellt.The single-phase motor according to the invention with the kenn drawing features of claim 1 has in contrast about the advantage that a special production of the Stators are eliminated, rather conventional and inexpensive valuable stators of so-called universal motors are used can be. Due to the structure according to the invention a reluctance auxiliary torque is generated for the rotor, that ensures the rotor starts up.

Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Ver besserungen des im Anspruch 1 angegebenen Motors möglich.By those listed in the other claims Measures are advantageous further training and ver Improvements of the engine specified in claim 1 possible.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich dabei aus Anspruch 2. Durch diese Maßnahme werden die Randfelder des von dem Stator erzeugten magneti schen Flusses mit zur Drehmomenterzeugung herangezogen, so daß die Verkleinerung des Permanentmagnetbereiches durch den Weicheisenhilfspol keine Drehmomentreduzierung zur Folge hat.An advantageous embodiment of the invention results yourself from claim 2. This measure the edge fields of the magneti generated by the stator flow used to generate torque, so that the reduction of the permanent magnet area no torque reduction due to the soft iron auxiliary pole has the consequence.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich auch aus Anspruch 3, insbesondere in Verbindung mit Anspruch 4. Diese Ausbildung des Stators ist bei Universalmotoren am weitesten verbreitet.An advantageous embodiment of the invention results also from claim 3, in particular in connection with claim 4. This training of the stator is at Universal motors most widely used.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich auch aus Anspruch 5. Durch den an sich bekannten Zwischenläufer wird trotz größeren Lastmoments an der Motorabtriebswelle der Anlauf des Rotors sichergestellt. Der Permanentmagnetrotor ist nicht von dem an der Abtriebswelle angreifenden Lastmoment beaufschlagt, so daß der Motor mit seinem im Verhältnis zum Last moment relativ kleinen Anlaufmoment hochlaufen kann. Bei Drehung des Rotors wird nunmehr ein Drehfeld er zeugt, welches in dem Zwischenrotor, an dem das Last moment angreift, Strom induziert und diesen damit in Drehung versetzt. Der Zwischenrotor läuft asyn chron mit einem von dem Lastmoment abhängigen Schlupf um.An advantageous embodiment of the invention results also from claim 5. By the known Intermediate runner is on the Motor output shaft ensures the start of the rotor. The permanent magnet rotor is not of that on the Load torque acting on the output shaft, so the motor with its in relation to the load torque can start up relatively small starting torque. When the rotor rotates, it now becomes a rotating field testifies which in the intermediate rotor on which the load moment attacks, current is induced and this Rotation offset. The intermediate rotor runs asyn chron with a slip dependent on the load moment around.

drawing

Die Erfindung ist anhand zweier in der Zeichnung dar gestellter Ausführungsbeispiele in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:The invention is illustrated by two in the drawing presented embodiments in the following Description explained in more detail. Show it:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Einphasenmotors, Fig. 1 is a side view of a single-phase motor,

Fig. 2 ausschnittweise eine Ansicht des Motors gemäß Pfeilrichtung II in Fig. 1 bei ent ferntem linken Statorschenkel, FIG. 2 1 a fragmentary view of the motor according to the arrow II in Fig. Ent at ferntem left stator legs,

Fig. 3 eine Explosionszeichnung des Rotors des Motors in Fig. 1 und 2, Fig. 3 is an exploded view of the rotor of the motor in Fig. 1 and 2,

Fig. 4 ausschnittweise einen Längsschnitt gemäß Pfeil IV-IV in Fig. 1 eines Einphasenmotors gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Fig. 4 detail of a longitudinal section according to arrow IV-IV in Fig. 1 of a single-phase motor according to a further embodiment.

Description of the embodiments

In Fig. 1 ist ein Einphasenmotor dargestellt, wie er beispielsweise für Laugenpumpen einer Waschmaschine oder für Lüfter verwendet wird. Der Motor weist einen Permanentmagnetrotor 10 und einen durch ein elektrisches Wechselfeld elektromagnetisch erregten Stator 11 auf. Der Stator 11 hat zwei Schenkel 12, 13, die über ein Joch 14 miteinander verbunden und zu ausgeprägten Statorpolen 15, 16 geformt sind, die am Rotor 10 unter Be lassung jeweils eines Luftspaltes 17, 18 diametral gegenüberliegen. Die Statorpole 15, 16 sind dabei so ausgebildet, daß die beiden Luftspalte 17, 18 symme trisch zur Polmitte der Statorpole 15, 16 ausgebildet sind und in Umfangsrichtung zu beiden Enden eines jeden Statorpoles 15 bzw. 16 hin sich vergrößern. Auf dem Joch 14 ist eine Einphasen-Wechselstromwicklung 19 aufgebracht, die bei Anlegen eines Wechselstromes im Stator 11 ein magnetisches Wechselfeld erzeugt, das den Rotor 10 und die Luftspalte 17, 18 an jedem Stator pol 15, 16 durchsetzt. Selbstverständlich ist der Sta tor 11 laminiert aus einem Blechpaket aufgebaut, wie aus Fig. 2 zu erkennen ist.In Fig. 1, a single-phase motor is shown, as it is used for example for drain pumps of a washing machine or for fans. The motor has a permanent magnet rotor 10 and a stator 11 which is electromagnetically excited by an alternating electrical field. The stator 11 has two legs 12 , 13 , which are connected to one another via a yoke 14 and are formed into pronounced stator poles 15 , 16 , which are diametrically opposed to the rotor 10 , each leaving an air gap 17 , 18 . The stator poles 15 , 16 are designed such that the two air gaps 17 , 18 are formed symmetrically to the pole center of the stator poles 15 , 16 and enlarge in the circumferential direction to both ends of each stator pole 15 and 16 . On the yoke 14 , a single-phase AC winding 19 is applied, which generates an alternating magnetic field when an alternating current is applied in the stator 11 , which passes through the rotor 10 and the air gaps 17 , 18 on each stator pole 15 , 16 . Of course, the sta tor 11 is laminated from a laminated core, as can be seen from Fig. 2.

Der Permanentmagnetrotor 10 weist eine Rotorwelle 20 auf, die in nicht dargestellten Lagern drehbar gehal ten ist. Auf der Rotorwelle 20 sitzen drehfest mit axialem Abstand voneinander zwei Permanentmagnetschei ben 21, 22, deren Magnetisierungsrichtungen zueinander parallel und quer zur Rotorachse 20 ausgerichtet sind. Die Magnetisierungsrichtungen der beiden Permanentmag netscheiben 21, 22 sind in Fig. 2 durch Pfeile 23, 24 symbolisiert. Zwischen den beiden Permanentmagnetschei ben 21, 22 ist ein Weicheisenhilfspol 25 relativ zu den Permanentmagnetscheiben 21, 22 unverdrehbar befestigt. Der Weicheisenhilfspol 25, dessen Form aus Fig. 3 gut zu erkennen ist, ist dabei so auf der Rotorwelle 20 befestigt, daß seine Längsachse 26 gegenüber den Mag netisierungsrichtungen 23, 24 der Permanentmagnetschei ben um einen Winkel α (Fig.3) verdreht ist. Der Winkel α ist kleiner als 90° bemessen. Wie aus Fig. 2 deut lich zu sehen ist, ist die axiale Länge des Rotors 10 größer bemessen als die des Stators 11, so daß die beiden Permanentmagnetscheiben 21, 22 jeweils in Achsrichtung über das stirnseitige Ende des Stators 11 vorstehen.The permanent magnet rotor 10 has a rotor shaft 20 which is rotatably held in bearings, not shown. On the rotor shaft 20 sit non-rotatably at an axial distance from one another two permanent magnetic disks ben 21 , 22 , the magnetization directions of which are aligned parallel and transverse to the rotor axis 20 . The magnetization directions of the two permanent magnet net disks 21 , 22 are symbolized in FIG. 2 by arrows 23 , 24 . Between the two permanent magnetic disks ben 21 , 22 , a soft iron auxiliary pole 25 is fastened non-rotatably relative to the permanent magnetic disks 21 , 22 . The soft iron auxiliary pole 25 , the shape of which can be clearly seen in FIG. 3, is fastened on the rotor shaft 20 in such a way that its longitudinal axis 26 is rotated by an angle α ( FIG. 3) relative to the magnetizing directions 23 , 24 of the permanent magnetic disks. The angle α is smaller than 90 °. As can be seen clearly from FIG. 2, the axial length of the rotor 10 is larger than that of the stator 11 , so that the two permanent magnet disks 21 , 22 each project in the axial direction over the front end of the stator 11 .

In Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Einphasenmotors ausschnittweise im Längsschnitt dar gestellt. Dabei entspricht der gewählte Längsschnitt einen Schnitt durch den Motor wie er in Fig. 1 durch die Schnittlinien IV-IV festgelegt ist. Soweit Bau teile mit den Bauteilen des Motors in Fig. 1 über einstimmen, sind sie mit gleichen, jedoch um 100 er höhten Bezugszeichen versehen.In Fig. 4, another embodiment of a single-phase motor is cut out in longitudinal section. The selected longitudinal section corresponds to a section through the motor as defined in FIG. 1 by section lines IV-IV. As far as construction parts agree with the components of the engine in Fig. 1, they are provided with the same, but by 100 he heightened reference numerals.

Der Rotor 110 des Motors in Fig. 4 ist in gleicher Weise aufgebaut, wie der Rotor des Motors gemäß Fig. 1-3. Die Permanentmagnetscheiben sind mit 121 und 122 bezeichnet und sitzen drehfest auf der Ro torwelle 120. Ebenfalls drehfest mit der Rotorwelle 120 verbunden ist der Weicheisenhilfspol 125, dessen Längsachse wiederum in einem spitzen Winkel zur Mag netisierungsrichtung der Permanentmagnetscheiben 121 und 122 ausgerichtet ist.The rotor 110 of the motor in FIG. 4 is constructed in the same way as the rotor of the motor according to FIGS. 1-3. The permanent magnet disks are designated 121 and 122 and are seated on the rotor shaft 120 in a rotationally fixed manner. Also connected to the rotor shaft 120 in a rotationally fixed manner is the soft iron auxiliary pole 125 , the longitudinal axis of which in turn is oriented at an acute angle to the direction of magnetization of the permanent magnet disks 121 and 122 .

Der Stator 111 besteht wiederum aus zwei durch ein Joch verbundene Schenkel, von welchen nur der Schenkel 112 mit dem daran ausgeprägten Statorpol 115 zu sehen ist. Die Rotorwelle 120 sitzt frei drehend auf einer Abtriebswelle 127, die in zwei im Motorgehäuse 128 gehaltenen Lagern 129 und 130 drehbar gehalten ist. Mit der Abtriebswelle 120 ist mittels eines die Abtriebswelle 127 durchstoßenden Stiftes 131 ein becherförmiger Zwischenrotor 132 drehfest verbunden, der den Permanentmagnetrotor 110 umschließt und in den zwischen den Statorpolen und dem Permanentmagnet rotor 110 vorhandenen Luftspalten, von denen in Fig. 4 lediglich der Luftspalt 117 zu sehen ist, relativ zum Permanentmagnetrotor 110 frei dreht. Der becher förmige Zwischenrotor 132 besteht aus Kupfer. Zwi schen dem Permanentmagnetrotor 110 und dem Zwischen rotor 132 ist ein als Drehrichtungs-Sperrvorrichtung wirkender Freilauf angedeutet, von welcher die beiden miteinander in Wirkverbindung tretenden Sperrklinken 133 und 134 zu sehen sind, die jeweils am Zwischen rotor 132 und am Permanentmagnetrotor 110 befestigt sind. Eine solche Drehrichtung-Sperrvorrichtung ist in der DE-OS 34 20 370 ausführlich beschrieben, so daß insoweit hierauf verwiesen werden kann.The stator 111 in turn consists of two legs connected by a yoke, of which only the leg 112 with the stator pole 115 pronounced thereon can be seen. The rotor shaft 120 is freely rotating on an output shaft 127 which is rotatably held in two bearings 129 and 130 held in the motor housing 128 . With the output shaft 120 by means of the output shaft 127 by abutting pin 131, a cup-shaped intermediate rotor 132 rotatably connected, encloses the permanent magnet rotor 110 and to the between the stator poles and the permanent magnet rotor 110 existing air gaps, of which in Fig. 4, only the air gap 117 to is seen, rotates freely relative to the permanent magnet rotor 110 . The cup-shaped intermediate rotor 132 is made of copper. Between the permanent magnet rotor 110 and the intermediate rotor 132 , a freewheel acting as a direction-locking device is indicated, from which the two pawls 133 and 134 , which are in operative connection, can be seen, each of which is attached to the intermediate rotor 132 and the permanent magnet rotor 110 . Such a direction of rotation locking device is described in detail in DE-OS 34 20 370, so that reference can be made to this extent.

Bei dem Motor in Fig. 4 greift das Lastmoment an der Abtriebswelle 127 an, und die Rotorwelle 120 ist nicht von dem Lastmoment beaufschlagt. Nach dem Einschalten der Einphasen-Wechselstromwicklung, die in gleicher Weise wie in Fig. 1 auf dem Joch des Stators 111 ange ordnet ist, kann der Permanentmagnetrotor infolge des von dem Weicheisenhilfspol 125 erzeugten Reluktanz- Hilfsmoments ungehindert anlaufen. Der Permanentmagnet rotor 110 läuft dabei bis zur synchronen Drehzahl hoch, die bei einer zweipoligen Bauweise von Stator 111 und Rotor 110 und einer Netzfrequenz von 50 Hz in der Wechselstromwicklung 3000 U/min beträgt. Beim Drehen des Permanentmagnetrotors 110 wird ein Drehfeld erzeugt, welches in dem Zwischenrotor 132 Ströme induziert und diesen in Drehung versetzt. Der Zwischenrotor 132 läuft asynchron mit dem vom Permanentmagnetrotor 110 erzeugten Drehfeld. Der Schlupf hängt dabei von der Größe des an der Abtriebswelle 127 angreifenden Lastmoments ab. Die Drehzahl des Zwischenrotors 132 liegt immer um diesen Schlupf niedriger als die syn chrone Drehzahl des Permanentmagnetrotors 110.In the motor in FIG. 4, the load torque acts on the output shaft 127 and the rotor shaft 120 is not acted upon by the load torque. After switching on the single-phase AC winding, which is arranged in the same way as in Fig. 1 on the yoke of the stator 111 , the permanent magnet rotor can start unhindered due to the reluctance auxiliary torque generated by the soft iron auxiliary pole 125 . The permanent magnet rotor 110 runs up to the synchronous speed, which is 3000 rpm in the AC winding with a two-pole construction of the stator 111 and rotor 110 and a mains frequency of 50 Hz. When the permanent magnet rotor 110 is rotated, a rotating field is generated which induces currents in the intermediate rotor 132 and sets it in rotation. The intermediate rotor 132 runs asynchronously with the rotating field generated by the permanent magnet rotor 110 . The slip depends on the size of the load torque acting on the output shaft 127 . The speed of the intermediate rotor 132 is always lower by this slip than the synchronous speed of the permanent magnet rotor 110 .

Die beschriebenen Einphasenmotoren können auch an einer Gleichspannung betrieben werden, wenn zwischen dem Gleichspannungsnetz und der Einphasen-Wechselstrom wicklung ein Transistorwechselrichter angeordnet wird. Die an der Einphasen-Wechselstromwicklung lie gende Wechselspannung hat hierbei Rechteckform und eine variable oder feste Frequenz. Der Vorteil eines solchen Gleichspannungsbetriebs liegt in der frei wählbaren Drehzahl, die nicht an die Netzfrequenz gebunden ist.The single-phase motors described can also be on one DC voltage operated when between the DC network and the single-phase alternating current winding arranged a transistor inverter becomes. The lie on the single-phase AC winding AC voltage has a rectangular shape and a variable or fixed frequency. The advantage of one such DC operation is free selectable speed that is not connected to the mains frequency is bound.

Bei dem Betrieb des Einphasenmotors an einer Gleich spannung mit Transistorwechselrichter muß dafür ge sorgt werden, daß der Schaltzeitpunkt des Transistor wechselrichters immer mit der Stellung des Permanent magnetrotors 110 snychronisiert ist. Vorteilhaft ist hierzu ein magnetischer Sensor, z.B. ein Hallelement oder magnetoresistiver Widerstand, der so angeordnet ist, daß er im wesentlichen von dem permanentmagneti schen Feld des Permanentmagnetrotors 110 gesteuert wird. Als Vorteil einer solchen Steuerung ergibt sich eine definierte Drehrichtung des Einphasenmotors.When operating the single-phase motor on a DC voltage with a transistor inverter, it must be ensured that the switching time of the transistor inverter is always synchronized with the position of the permanent magnet rotor 110 . For this purpose, a magnetic sensor, for example a Hall element or magnetoresistive resistor, which is arranged such that it is essentially controlled by the permanent magnetic field of the permanent magnet rotor 110 , is advantageous. The advantage of such a control is a defined direction of rotation of the single-phase motor.

Claims

1. single-phase motor with a permanent magnet rotor and with a-magnetically excited elec by an alternating electric field stator, characterized in that the permanent magnet rotor (10; 110) has two axially spaced from each other in a rotationally fixed to the rotor shaft (20; 120) seated permanent magnet discs (21, 22 ; 121 , 122 ) with magnetization directions ( 23 , 24 ) aligned transversely to the rotor axis and parallel to one another and a soft iron auxiliary pole ( 25 ; 125 ) arranged between them to the permanent magnet disks ( 21 , 22 ; 121 , 122 ), the longitudinal axis ( 26 ) relative to the magnetization directions ( 23 , 24 ) of the permanent magnet disks ( 21 , 22 ; 121 , 122 ) is rotated by an acute angle ( α ) about the rotor axis.

2. Motor according to claim 1, characterized in that the two permanent magnet magnetic disks ( 21 , 22 ) each project in the direction of the axis over the end face of the stator ( 11 ).

3. Motor according to claim 1 or 2, characterized in that the stator ( 11 ) carries salient poles ( 15 , 16 ) which are designed such that the between the poles ( 15 , 16 ) and the permanent magnet disks ( 21 , 22 ) remaining air gaps ( 17 , 18 ) are formed symmetrically to the pole center of the poles ( 15 , 16 ).

4. Motor according to claim 3, characterized in that each air gap ( 17 , 18 ) increases in the circumferential direction to both ends of a pole ( 15 , 16 ) of the stator ( 11 ).

5. Motor according to any one of claims 1-4, as by in that the permanent magnet rotor (110) is surrounded by a hollow cylindrical intermediate rotor (132), the magnet rotor in the air gap (117) between the permanent (110) and stator (111) independently of the permanent magnet rotor ( 110 ) rotates freely and with an output shaft ( 127 ) is connected in a rotationally fixed manner, and that the rotor shaft ( 120 ) is designed to be hollow-cylindrical and is freely rotating on the output shaft ( 127 ).