Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Synchronmotor zum Betreiben an einem Gleichspannungsnetz der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.

Bei einem bekannten Synchronmotor dieser Art (DE 30 42 819 AI) wird die erforderliche Kommutierung der einzelnen Wicklungsphasen der Ankerwicklung in Übereinstimmung mit der Drehstellung des Rotors elektronisch vorgenommen. Hierzu weist die Kommutierungsvorrichtung eine Anzahl von Leistungstransistoren auf, von denen jeweils eine in Reihe mit einer Wicklungsphase der Ankerwicklung geschaltet ist. Die Leistungstransistoren werden von einer Kommutierungslogik gesteuert, die durch Spannungskomparatoren, durch logische Verknüpfungsglieder und durch einen Ringzähler realisiert ist, dessen parallele Zählausgänge mit den Basen der Transistoren verbunden sind.

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T/DE91/00124

In den Spannungskomparatoren werden jeweils die infolge gesperrter Transistoren in zyklisch aufeinanderfolgenden Wicklungsphasen induzierten Spannungen miteinander verglichen und jeweils ein Ausgangssignal ausgegeben, wenn die in der zyklisch folgenden Wicklungsphase induzierte

Spannung größer ist als die in der zyklisch vorhergehenden Wicklungsphase induzierte Spannung. Diese Ausgangssignale der Spannungskomparatoren sind mit den Zählerausgangssignalen des Ringzählers logisch "UND"- verknüpft, und zwar derart, daß ein Schaltsignal an ein

Monoflop dann gelangt, wenn die der Wicklungsphase mit der höheren induzierten Spannung zyklisch folgende Wicklungsphase durch öffnen des zugeordneten Transistors stromdurchflossen ist. Der mit der Basis dieses Transistors verbundene Ausgang des Ringzählers führt hierzu H-Potential. Mit der positiven Flanke des Ausgangsimpulses des Monoflops wird der Ringzähler weitergezählt, so daß nunmehr H-Potential an dem nächsten Zählerausgang liegt und der momentan geöffnete Transistor gesperrt und der zyklisch folgende Transistor geöffnet wird.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Synchronmotor zum Betreiben an einem Gleichspannungsnetz mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß die erfindungsgemäße mechanische Kommutierung der Ankerwicklung einfach und preiswert und durch Wegfall der elektronischen Bauteile auch kompakt ist. Im Vergleich zu dem beschriebenen bekannten EC-Motor ist der erfindungsgemäße mechanisch kommutierte Synchronmotor weit unempfindlicher gegenüber hohen Temperaturen.

Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im

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Anspruch 1 angegebenen Synchronmotors möglich.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Kommutator drehfest auf einer von der Rotorwelle getrennten, mit dieser fluchtenden Kommutatorwelle angeordnet und die - Kopplung zwischen Rotor des Synchronmotors und dem

Kommutator mittels einer Magnetkupplung hergestellt. Eine solche Trennung von Rotor und Kommutator ist besonders vorteilhaft wenn der Synchronmotor als Naßläufermotor, z.B. zum Antrieb von Wasserpumpen in Kraftfahrzeugen, verwendet ° werden soll. Dann läßt sich in einfacher Weise der elektrische Teil des Kommutators von dem flüssigkeitsumspülten Rotor trennen. Gegenüber Kupplungen zwischen Pumpenrad und Rotor bei herkömmlichen Wasserpumpen hat die erfindungsgemäße konstruktive Gestaltung den 5 Vorteil, daß die Magnetkupplung gewichtsmäßig leichter hergestellt werden kann, da sie lediglich das geringe Kommutierungsmoment übertragen muß. Damit ist die Magnetkupplung preiswerter und unempfindlicher gegenüber Anlaufhemmnissen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht die Magnetkupplung aus einer drehfest auf der Kommutatorwelle sitzenden Magnetanordnung aus Dauermagneten und zwei an der Magnetanordnung einander diametral gegenüberliegenden, die Magnetanordnung axial übergreifenden weichmagnetischen Polstücken, die jeweils an zueinander diametral liegenden Polen des Rotors befestigt sind. Durch diese konstruktive Gestaltung der Magnetkupplung wird ein winkelgenauer Mitlauf des Kommutators mit dem Rotor sichergestellt, wobei auch unter den schwierigsten Startbedinungen der Synchronismus zwischen Rotor und

Kommutator nicht verlorengeht. Durch Einbeziehung eines Teils der Rotormagnete in den Magnetkreis der -Magnetkupplung ist die Magnetkupplung volumensparend und fertigungstechnisch preiswert herzustellen.

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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besteht die kommutatorseitige Magnetanordnung aus zwei parallelen, in Radialrichtung sich erstreckenden Polblechen und zwei dazwischen gehaltenen Dauermagneten, deren Magnetisierungsrichtung quer zu den Polblechen und der Achse der Kommutatorwelle verläuft. Durch diese Ausbildung der Magnetanordnung weist die Magnetkupplung abtriebsseitig ein geringes Trägheitsmoment auf und besitzt in der Vorzugsdrehrichtung eine hohe Steifigkeit.

Zeichnung

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig . 1 einen Längsschnitt eines Synchronmotors zum Betreiben an einem Gleichspannungsnetz,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Der in Fig. 1 im Längsschnitt dargestellte Synchronmotor zum Betreiben an einem mit "+" und "-" gekennzeichnetem Gleichspannungsnetz weist einen Stator 10 und einen darin koaxial angeordneten Rotor 11 auf. Der Stator 10 besteht aus einem Blechpaket 12 mit darin vorgesehenen axialen Nuten 13, an dem durch Umspritzung mit Kunststoff ein stirnseitig offenes Gehäuserohr 14 angeformt ist. Mit Herstellung des Gehäuserohrs 14 wird zugleich ein Lagergehäuse 15 einer

Lagerstelle 16 des Rotors 11 angeformt, das von radial von der Innenwand des Gehäuserohrs 14 wegstehenden Lagerstege 17 einstückig gehalten wird. Mit Umspritzung des Blechpakets 12 sind gleichzeitig die Nuten 13 des Blechpakets 12 an der dem

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Rotor 11 zugekehrten Oberfläche mit einer Nutisolation 18 verschlossen. In den Nuten 13 ist eine Ankerwicklung 19 eingelegt, die hier als Dreiphasenwicklung in bekannter Wickeltechnik ausgeführt ist. Nach der Bewicklung wird außen auf das Blechpaket 12 ein laminiertes Rückschlußjoch 20 aufgesetzt, wodurch der Magnetkreis des Stators 10 geschlossen ist. Die Wicklungsenden der drei Wicklungsphasen der Ankerwicklung 19 sind einerseits zu eine Sternpunkt zusammengefaßt und andererseits zum Anschluß von noch zu beschreibenden Stromabnehmern herausgeführt.

Der zweipolig ausgeführte Rotor 11 besitzt zwei Permanentmagnetsegmente 21,22, die mittels einer Messinghülse 23 drehfest auf einem weichmagnetischen Zylinder 24 aufgespannt sind, der seinerseits drehfest mit einer Rotorwelle 25 verbunden ist. Der Rotor 11 ist so ausgeführt, daß der Zylinder 24 und die darauf befestigten Permanentmagnetsegmente 21,22 an dem einen Ende des Rotors 11 über das Blechpaket 12 vorstehen. In diesem Vorstehbereich liegt auf den Permagnetmagnetsegmenten 21,22 jeweils ein Polsegment 26,27 auf, das mit einem zahnartigen Polfortsatz 28 bzw. 29 sich in Axialrichtung erstreckt. Die beiden Polsegmente 26,27 werden ebenfalls durch die Messinghülse 23 auf den Permanentmagnetsegmenten 21,22 aufgespannt und damit drehfest gehalten.

Für die Rotorwelle 25 ist eine zweite Lagerstelle 59 an einem topfförmigen Lagerschild 30 aus Kunststoff ausgebildet, das von der offenen Stirnseite des Gehäuserohrs 14 her eingesetzt ist und mit einem am oberen Topfrand angeordneten radial vorstehenden Bund 31 auf der Stirnseite des Gehäuserohrs 14 aufliegt. Der Bund 3-1 ist mittels eines Dichtrings 32 gegenüber der Innenwand des Gehäuserohrs 14 abgedichtet. Der zylinderförmige Abschnitt 301 des topfförmigen Lagerschilds 30 liegt unmittelbar unter den diametral angeordneten Polfortsätzen 28,29, so daß sich

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diese unter Belassung eines Luftspaltes über diesen Abschnitt 301 des Lagerschilds 30 unbehindert drehen können. Das Lagergehäuse 33 der zweiten Lagerstelle 59 ist außen am Topfboden 302 angeformt und ragt in eine koaxiale zylindrische Ausnehmung 34 im weichmagnetischen Zylinder 24 des Rotors 11 hinein. In den beiden Lagergehäusen 15,33 ist die Rotorwelle 25 mittels Wälz- oder Gleitlager 35,36 drehbar gehalten.

Nach Einbringen des Rotors 11 und des Lagerschildes 30 in das Gehäuserohr 14 wird auf dessen Stirnseite eine Gehäusekappe 37 aus Kunststoff aufgesetzt, die eine Lagerstelle 38 für eine koaxial zur Rotorwelle 11 angeordnete Kommutatorwelle 40 trägt. Die zweite Lagerstelle 39 für die Kommutatorwelle 40 wird durch eine ^' Ausnehmung 41 im Topfboden 302 des Lagerschildes 30 gebildet. Die

Kommutatorwelle 40 wird jeweils endseitig mittels Wälz- oder Gleitlager 42,43 in den beiden Lagerstellen 38,39 drehbar gehalten. Auf der Kommutatorwelle 40 sitzt drehtest ein Kommutator 44, der aus zwei gegeneinander elektrisch isolierten Lamellen 45,46 aus elektrisch leitendem Material zusammengesetzt ist. Jede Lamelle 45,46 ist elektrisch leitend mit einem Schleifring 47 bzw. 48 verbunden, die starr auf der Kommutatorwelle 44 befestigt sind. Ist die Kommutatorwelle 40 aus einem elektrisch leitfähigen Material, z.B. Bronze, hergestellt, so sitzt der Schleifring 47 elektrisch isoliert auf der Kommutatorwelle 40 und der Schleifring 48 wird von der Kommutatorwelle 40 selbst gebildet. Auf jedem Schleifring 47,48 liegt eine Schleifringbürste 49 bzw. 50 auf, die in einem Bürstenhalter 51 bzw. 52 aufgenommen ist und von einer Bürstenandruckfeder 53 bzw. 54 gegen den Schleifring 49 bzw. 50 gepreßt wird. Beide Bürstenhalter 51,52 sind in der Gehäusekappe 37 befestigt. Auf dem Außenmantel des Kommutators 44 sitzen entsprechend der Phasenzahl der Ankerwicklung 19 drei

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Kommutatorbürsten, die mit einem Drehversatz von 120° zueinander angeordnet sind. Jede Kommutatorbürste ist mit einer Wicklungsphase der Ankerwicklung 19 elektrisch leitend verbunden, in einem Bürstenhalter axial verschieblich geführt und von einer Bürstenandruckfeder an den Kommutator 44 angedrückt. Von den insgesamt drei Bürstenhaltern 56 ist in Fig. 1 lediglich der eine Bürstenhalter 56 mit Kommutatorbürste 55 und Bürstenandruckfeder 57 zu sehen.

Der Kommutator 44 ist mittels einer Magnetkupplung 60 an den Rotor 11 angekuppelt, so daß er synchron mit diesem umläuft. Der abtriebsseitige Kupplungsteil der Magnetkupplung 60 wird dabei von den beiden Polfortsätzen 28,29 in Verbindung mit den Permanentmagnetsegmenten 21,22 des Rotors 11 gebildet. Der andere Kupplungsteil besteht aus einer drehfest auf der Kommutatorwelle 40 sitzenden Magnetanordnung 61. Diese Magnetanordnung 61 besteht aus zwei in Achsrichtung der Kommutatorwelle 40 und radial dazu sich erstreckenden parallelen Polblechen 62,63 aus weichmagnetischem Material, zwischen denen zwei Dauermagnete 64,65 gehalten sind. Die beiden Dauermagnete 64,65 sind dabei so angeordnet, daß ihre Magnetisierungsrichtung quer zu den Polblechen 62,63 und jeweils in gleicher Richtung verläuft.

Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. So kann der Synchronmotor allgemein mit einer m-phasigen Ankerwicklung ( ^ 3) versehen und der Rotor 11 2p-polig (p = 1,2,3...) ausgebildet werden. Die Anzahl der Lamellen des Kommutators 44 entspricht dann der Polzahl 2p des Rotors 11. Die Anzahl der erforderlichen Kommutatorbürsten entspricht der Zahl m der Wicklungsphasen der Ankerwicklung und der rä-umlche Drehwinkelversatz der Kommutatorbürsten am Umfang des Kommutators 44 entspricht einem durch m dividierten Vollwinkel von 360°.

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Die dreiphasige Ankerwicklung 19 kann auch als Dreieckschaltung ausgeführt werden. In diesem Fall sind die Verbindungspunkte jeweils zweier Wickungsphasen an den Kommutatorbürsten angeschlossen.

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