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Elektromotor.
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Einen weiteren Gegenstand der Erfindung bildet infolgedessen ein nicht selbstanlaufender Motor mit einem Rotor ohne ausgeprägte Pole, bei welchem die magnetischen Pole imstande sind, sieh durch seine Masse hindurch zu verschieben und auf diese Weise in das richtige Phasenverhältnis zum Feld zu
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wenn ersterer auf die Synchrongeschwindigkeit nach erfolgtem Anwerfen durch äussere Mittel ausläuft.
In der Zeichnung sind Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes veranschaulicht. Fig. 1 zeigt einen lotrechten Schnitt durch einen Motor nach der Erfindung und Fig. 2 eine Seitenansicht zu Fig. 1 in teilweisem Schnitt. Fig. 3 zeigt teilweise im Schnitt eine Ansieht einer andern Ausführung- form des Motors. Fig. 4 ist ein Diagramm, welches die Charakteristiken (Geschwindigkeitsdrehmoment) veranschaulicht.
Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Motor enthält einen Rotor 23 auf der Welle 6. Dieser Rotor kann die Form eines Speichenrades haben, das einen ringförmigen Anker 24 trägt. Der Rotor oder zumindest der Ankerteil desselben ist vorzugsweise aus gehärtetem Stahl oder einem andern Material hergestellt, welches einen hohen Hysteresiskoeffizienten besitzt, so dass er also einer Ummagnetisiernng beträchtlichen Widerstand entgegensetzt.
Der Rotoranker liegt knapp bei zwei Sätzen von Feldpolen 25 und 26. Diese zwei Sätze von Polkörpern 25, 26 sind je von einem der Teile 27 und 28 eines Feldgehäuses getragen. Der Gehäuseteil 27 besteht aus einer Scheibe mit seitlichen Vorsprüngen, deren Enden die Polkörper 25 bilden. Der Gehäuseteil 28 besteht aus einer Scheibe mit radialen, die Polkörper 26 bildenden Vorragungen, oder mit andern Worten, der Rand dieser Scheibe 28 ist ausgezackt und bildet dadurch eine Serie von Vorragungen, welche die Polkörper 26 abgeben ; der Zwischenraum zwischen diesen Vorragungen ist gerade so gross, dass die Polkörper 25 des andern Gehäuseteiles 27 dahin eintreten können.
Der Anker 24 des Rotors umgibt die Polkörper, und es ist klar, dass die wirksamsten Teile dieser Polkörper von ihren unmittelbar dem Rotoranker gegenüberliegenden Teilen gebildet werden. Die äusseren Teile der Polkörper sind so angeordnet, dass benachbarte Teile derselben annähernd miteinander in Kontakt stehen ; diese benachbarten Teile bilden die Polspitzen.
Zwischen den Gehäuseteilen 27 und 28 liegt eine Drahtspule 29, der von irgendeiner Stromquelle durch die Zuleitungen Einphasenweehselstrom zugeführt werden kann. Die Gehäuseteile liegen zu beiden Seiten der Spule und demzufolge werden sie in irgendeinem Zeitpunkte derart magnetisiert, dass ihre Vorragungen entgegengesetzte Polarität erhalten. Weil der Spule 29 ein Wechselstrom zugeführt wird, wechselt auch die Polarität jedes einzelnen Polkörpers in Synchronismus mit dem Strom. Auf diese Weise entsteht ein Wechselfeld zum Unterschied von einem Drehfeld ; mit andern Worten, das Feld ist ein solches mit ortsfester Achse.
Die Wirkungsweise des Motors ist leicht verständlich, wenn man annimmt, dass in irgendeinem Zeitpunkte der in der Spule 29 fliessende Strom eine solche Richtung hat, dass er die Polkörper 25 zu Nordpolen und die Polkörper 26 zu Südpolen werden lässt. Die Nordpole induzieren in den benachbarten Teilen des Ankers 24 Südpole. Wenn man nun den Rotor von Hand aus oder in beliebig anderer Weise dreht, so werden sich die induzierten Südpole des Rotorankers gegen die Südpole der Polkörper 26 bewegen.
Rotiert der Rotor mit einer Geschwindigkeit unter der Synchrongeschwindigkeit, so werden die Polkörper 26 schon zu Nordpolen, bevor noch die induzierten Südpole im Rotoranker den Nordpolen 26 gegenüberzuliegen kommen ; im gleichen Zeitpunkte sind auch die Polkörper 25 zu Südpolen geworden, die bestrebt sind, die Südpole des Rotorankers in dem gleichen Zeitpunkte abzustossen, wo diese durch die Nordpole der Polkörper 26 angezogen werden. Dadurch entsteht ein Drehpaar, welches bestrebt ist, die Drehung des Ankers zu beschleunigen, und dieses Drehpaar oder Drehmoment entsteht wegen des Umstandes, dass der Anker aus einem Material von grosser Hysteresis hergestellt ist und dadurch dem Bestreben der Feldpole zu widerstehen vermag, die Polarität der hier betrachteten Ankerteile plötzlich umzukehren.
Die Wirkungsweise des Motors ist durch die Gesehwindigkeitsdrehmomentkurven der Fig. 4 veranschaulicht. Die Kurve H stellt das Drehmoment der Hysteresis bei Geschwindigkeiten zwischen Null und der Synchrongeschwindigkeit dar. Dies ist das Drehmoment, welches, wie oben beschrieben, durch die Wechselwirkung zwischen dem primären und sekundären Flux hervorgebracht wird, wobei der Sekundärflux in bezug auf den Primärflux wegen des hohen Hysteresiskoeffizienten des Rotorankers phasenungleich ist. In Fig. 4 ist das von den Wirbelströmen erzeugte Drehmoment durch E dargestellt.
Dieses Drehmoment ist bei allen Geschwindigkeiten negativ und nimmt mit zunehmender Geschwindigkeit gleichfalls zu, u. zw. deshalb, weil kein rotierender Primärflux vorhanden ist, der mit dem Wirbelstromflux unter Bildung eines positiven Drehmomentes zusammenwirken würde. Die Kurve R der Fig. 4 stellt das resultierende Drehmoment dar und man sieht, dass dieses bei Geschwindigkeiten etwas über der halben Synchrongeschwindigkeit positiv ist. Mit andern Worten, das Hysteresismoment ist innerhalb dieses Bereiches der Anlassperiode des Motors kräftiger als das Wirbelstrommoment.
Bei Geschwindigkeiten unterhalb der halben Synchrongeschwindigkeit ist das Wirbelstrommoment grösser als das kleine positive Hysteresismoment, und daher ist es notwendig, dem Motor einen Initialimpuls
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zu geben, der ihn auf eine Geschwindigkeit bringt, die etwa die Hälfte bis zwei Drittel der Synchrongeschwindigkeit beträgt. Nach einem solchen Primärímpuls fällt der Motor in Synchronismus ein und läuft mit der Synchrongesehwindigkeit weiter. Bei Geschwindigkeiten über die Synchrongeschwindigkeit hinaus ist das Hysteresisdrehmoment negativ, nimmt an Grösse ab und wird bei der doppelten Synchroni geschwindigkeit gleich Null. Dieses Moment ist durch die Kurve H'in Fig. 4 veranschaulicht.
Das aus der Wirkung der Hysteresis und des Wirbelstroms entstehende resultierende Drehmoment zwischen Synchrollgesehwindigkeit und der doppelten Grösse der letzteren ist durch R'angedeutet, und dieses Moment ist, wie ersichtlich, ein durchwegs negatives.
Wie oben erwähnt, muss für den Anker ein Material mit hohem Hysteresiskoeffizienten gewählt werden. Als solches sind verschiedene Stahlsorten, z. B. Kohlenstoff-, Wolfram-, Chrom-, Nickel-oder Kobaltmagnetstahl, bekannt und eignen sich für die erfindungsgemässen Zwecke. Stoffe, die die erwähnten magnetischen Eigenschaften besitzen, werden gewöhnlich als magnetisches Material bezeichnet.
Die vorstehende Beschreibung der Wirkungsweise des Motors gilt für alle in den Zeichnungen veransehaulichten Ausführungsformen desselben. Es ist klar, dass im Rahmen des Prinzips Einzelheiten der Konstruktion geändert werden können. Zur Veral1sehauliehung von typischen Abänderungen des Motors diene das Ausführungsbeispiel der Fig. 3.
Der Rotor 44 der Fig. 3 ist ähnlich jenem nach den Fig.] und 2 insofern, als er aus einem Speielhenrad mit einem Ring 45 besteht, der den Anker bildet und mit den Polkörpern zusammenarbeitet, die radial nach aussen schauen. Der Teil des rückwärtigen Feldgehäuses ist mit seitlichen, gespaltenen VorI ragungen 41 versehen, welche Polkörper bilden. Der vordere Gehäuseteil 48 ist mit hakenartigen Vorragungen ausgestattet, welche radiale Polkörper 49 ergeben. Wie ersichtlich, sind korrespondierende Teile jedes der Vorragungen 49 abgeschnitten, so dass diese Polspitzen beträchtlich weit von den benachbarten Polkörpern 47 abstehen, wie dies bei 50 dargestellt ist. Die andern Polspitzen 51 liegen dagegen knapp bei den Polkörpern 47.
Es erwies sich, dass selbst bei dieser Bauweise die Polkörper doch noch ausreichend nahe beisammen sind, um einen Flux von allmählich sich ändernder Intensität rund um den Feldaufbau zu erzeugen und dass eine genügende Streuung zwischen den Polspitzen vorhanden ist, um die gewünschte Drosselung hervorzubringen, welche die Net7stromel1tnahme beschränkt. Es ist jedoch klar, dass diese Drosselwirkung dort noch mehr ausgesprochen ist, wo alle Polspitzen knapp beieinanderliegen oder einander wirklich berühren.
Alle Arten des erfindungsgemässen Motors können mit Vorteil zum Antrieb von Uhrwerken verwendet werden. Aus den vorangeführten Gründen ist der Motor für diesen Zweck ganz besonders geeignet, weil er imstande ist, Synchronismus herzustellen, nachdem der Rotor einen Impuls erhalten hat, der ihn auf eine Geschwindigkeit bringt, die etwas über der halben Synehrongeschwindigkeit liegt.
Die Erfindung ist nicht auf die besonderen, hier dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern umfasst auch jene, die in den Rahmen der Ansprüche fallen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Elektrischer Weehselfeldmotor mit Weehselpolanordnung im Primärteil (Stator), gekennzeichnet durch einen unbewickelten Sekundärteil (Rotor) aus magnetischem Material hoher Remanenz oder hoher Hysteresis mit über den Umfang gleichmässigem magnetischem Widerstand.
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