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Schrittweise umlaufender Elektromotor
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen schrittweise umlaufenden Elektromotor mit einem
Rotor, welcher einen ringförmigen Dauermagneten aufweist, der auf seinem äusseren Umfang mit einer geraden Anzahl wechselweise angeordneter Nord- und Südpole versehen ist.
Es ist bekannt, einen solchen
Elektromotor mit mindestens einer ringförmigen, zur Läuferachse zentrisch angeordneten Feldspule und einem ringförmigen, die Feldspule umhüllenden magnetischen Kreis auszubilden, der selbst aus zwei quer zur Rotorachse verlaufenden Magnetscheiben mit sich der Länge nach erstreckenden Polstücken besteht, welche zwischen der Feldspule und dem ringförmigen Dauermagneten des Rotors angeordnet sind, wobei diese Polschuhe aus rechtwinkelig wechselweise aus den beiden Magnetscheiben herausgebogenen Ansätzen bestehen, welche alle die gleiche Dreiecksform aufweisen.
Die Erfindung setzt sich zur Aufgabe, einen derartigen Elektromotor weiter zu verbessern und besteht im wesentlichen darin, dass jeweils die Spitze eines auf der einen Magnetscheibe angeordneten Polstücke ein gegenüberliegendes, an der andern Magnetscheibe angeordnetes Polstück berührt. Auf diese Weise wird eine Erhöhung des Anlaufm. omentes und des Synchronmomentes erzielt. Ausserdem wird die Impedanz des Ständers verringert, so dass der Motor auch mit höheren Frequenzen betrieben werden kann.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Anordnung so getroffen, dass die Spitze jedes auf der einen Magnetscheibe angeordneten Polstückes jeweils ein gegenüberliegendes, an der andern Magnetscheibe angeordnetes Polstück an der quer verlaufenden Seite dieses Polstücke in der Ebene der Stirnfläche des Rotors berührt. Es hat sich erwiesen, dass durch diese Bauweise die günstigsten Eigenschaften erzielt werden.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Elektromotors schematisch dargestellt.
Fig. l zeigt einen Längsschnitt durch einen Stator, welcher im Sinne der Erfindung ausgebildet ist.
Fig. 2 zeigt eine teilweise Abwicklung des Stators nach Fig. l. Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt durch einen im Sinne der Erfindung ausgebildeten Elektromotor.
Der Motor mit dem erfindungsgemässen Ständer gemäss Fig. l soll mit Impulsen wechselnder Polarität oder mit Schwingungen betrieben werden. Der Ständerfeldmagnet besteht aus einem äusseren Rohr 42 und zwei Magnetscheiben 43 und 44, die zwischen sich die Feldspule 41 einschliessen.
DiebeidenMagnetscheiben43und44sind mit Flanschen 43a und 44a versehen, die zur magnetischen Verbindung mit dem äusseren aus Stahl bestehenden Rohr 42 dienen. Diese Ausbildung gestattet ein genaues Einpassen und deshalb ein geräuschloses Arbeiten.
Die Polschuhe 47 und 48 (Fig. 2) bestehen aus rechtwinkeligen Dreiecken B,C, A, und A,, D, B., derenFüsseA, D. und B, C, die Länge einer Polteilung p des Läufers haben. In diesem Fall sind die Poldreiecke durch Ansätze 47a, 48a verlängert, die ausschliesslich zur Verbindung mit den Magnetscheiben 43 und 44 dienen.
Zur Erzielung einer Mindestveränderung des magnetischen Widerstandes zwischen den Polen berühren
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Gemäss Fig. 3 befindet sich der Motor in einem Gehäuse 51, das aus Magnetwerkstoff hergestellt und durch einen Lagerdeckel 52 geschlossen ist. Die Läuferwelle 53 läuft auf Kugellagern 54 und 55, die jeweils in den Gehäuseboden und in den Lagerdeckel 52 eingebaut sind. Der Läufer 56 besteht aus einem ringförmigen Dauermagnet 57, der etwa aus Ferrit hergestellt sein kann. Er ist auf dem äusseren Umfang mit einer geraden Anzahl von N- und S-Polen versehen. Der Dauermagnet 57 ist mit einer mittleren Büchse 58 durch einen Kupplungskörper 59 fest verbunden, der aus einem geeigneten Kunststoff oder einer beliebigen Legierung hergestellt sein kann. Die mittlere Büchse 58 ist mit der Läuferwelle 53 durch einen Splint 60 drehfest verbunden.
Eine Abstandsbüchse 61 bestimmt die axiale Lage des Läufers 56 in bezug auf das Kugellager 54.
Der Feldmagnet besteht aus zweischeiben. Die erste hat die Gestalt einer gepressten Blechscheibe 62, die mit einem Flansch in das Gehäuse 51 eingepasst ist und auf dem inneren Umfang der Länge nach durch rechtwinkelige Poldreiecke 63 verlängert ist. Die andere hat ebenfalls die Gestalt einer gepressten Blechscheibe 64, deren radiale Breite jedoch kleiner ist als diejenige der Scheibe 62. Die Scheibe 64 ist ebenfalls auf dem inneren Umfang der Länge nach durch rechtwinkelige Poldreiecke 65 verlängert. Die Poldreiecke 63 und 65 greifen wechselweise ineinander ein.
Die Feldspule 66 und der ringförmige Dauermagnet 67, der zum Vormagnetisieren dient, sind in den Raum zwischen dem Gehäuse 51 und den beiden Magnetscheiben eingebaut. Die Spule 66 wird durch Impulse gleicher Polarität erregt, die durch einen Magnetfluss 0 erzeugt werden, dessen Richtung durch mit vollen Strichen eingezeichnete Pfeile angedeutet ist.
Der Ringmagnet 67, der zentrisch zur Läuferwelle. 53 angeordnet ist, befindet sich neben der Feld-
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der Scheibe 64, den Poldreiecken 65 und dem Dauermagnet 67. Dieser Zentrierring dient zur Herstellung von Spaltene und e jeweils zwischen dem Dauermagnet 67, den Poldreiecken 65 und der Scheibe 64.
Der äussere Durchmesser der Scheibe 64 ist'viel kleiner als der innere Durchmesser des Gehäuses 51.
Der durch den Magnet 67 erzeugte Magnetfluss kann somit nicht durch die Scheibe 64 kurzgeschlossen werden.
Die Wirkungsweise dieses Motors ist folgende :
Infolge der gegenläufigen Erregung durch den Gleichstrom in der Feldspule wird der Fluss cf > 1 im St nderdauermagnet auf Null herabgesetzt und durch den entgegengesetzt gerichteten Fluss 0 2 zersetzt.
In diesem Augenblick ist die Magnetscheibe 64 N-polarisiert, demgemäss auch alle zugehörigen Poldreiecke, während die Magnetscheibe 63 S-polarisiert ist.
Der S-Pol sn wird deshalb von der Magnetscheibe 63 abgestossen, und von der in diesem Augenblick N-polarisierten Magnetscheibe 64 angezogen. Dieser Pol sn stellt sich unterhalb eines N-polarisierten Poldreieckes, das dem kleinsten magnetischen Widerstand entspricht. Der Pol N,, der durch das S-polarisiene Poldreieck der Magnetscheibe 63 angezogen wird, gleitet ebenfalls nach rechts.
Die Zweckmässigkeit der erfindungsgemässen Anordnung besteht darin, dass sofort nach Beendigung des durch den Fluss < p erzeugten Impulses die ursprünglichen Verhältnisse wieder hergestellt werden und nur der Vormagnetisierungsfluss ? 1 wirksam ist. Es entsteht dadurch ein erneutes Gleiten um eine Polteilung nach rechts. Durch das Aufdrücken eines Impulses auf die Feldspule 66 hat also der Pol s. die Lage von S., der Pol n die Lage von nz usw. eingenommen.
Das Relais arbeitet somit schrittweise, jedoch mit der Besonderheit, dass die Erzeugung eines Impulses das Weitergleiten um eine Polteilung bewirkt und dass die Unterbrechung des Impulses durch (P 1 das erneute Gleiten um einen weiteren Schritt in der gleichen Richtung bewirkt.
Dieses Ergebnis kann nur durch Poldreiecke erzielt werden, welche in der Ruhelage genau bestimmte Lagen herstellen, und in Abwesenheit von Impulsen ein magnetisches Haltemoment zwischen 1 und dem vielpoligen Magnet des Läufers erzeugen.
Esistinsbesondere ersichtlich, dass der Sinn des Impulsflusses. C'2 notwendigerweise dem Sinn des Flus- ses entgegengerichtet sein muss. Würde deshalb die Erregungsspule irrtümlicherweise im Sinn von q)
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Frequenz anspricht, wobei der Läufer auch schrittweise stets in der gleichen Richtung umläuft. Besteht der ringförmige Läufermagnet aus"Ferroxdur"mit zwölf Polen, so bewirkt der durch einen Impuls erzeugte Fluss #2 eine Verschiebung des Läufers um eine Polteilung, also um den zwölften Teileiner gan- zen Umdrehung.
Das Aufhören des Impulses gestattet dann auch die Wiederherstellung des Flusses 1, und
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der Laufer gleitet um eine weitere Polteilung, d. h. um einen weiteren zwölften Teil und stets in der gleichen Richtung.
Wird die Frequenz der einander folgenden Impulse grösser, so dreht sich auch der Läufer allmählich schneller und der Motor kann sich gegebenenfalls wie ein selbstanlaufender Synchronmotor verhalten, vorausgesetzt, dass die Feldspule mit einem 50-periodischen Einphasenstrom betrieben wird.
Das vorbeschriebene polarisierte Drehrelais kann zur Fernbedienung von Geráten dienen, die mehrere Winkellagen einnehmen sollen, etwa von Drehschaltern mit Kontaktscheiben, u. zw. mit einem sehr geringen Energieaufwand für die Impulse, denn die genaue Einstellung durch die Poldreiecke gestattet die Beseitigung der Sperr-und Schnappvorrichtungen, die in der Regel bei der Fernbedienung von Kontaktgeraten erforderlich sind.
Die durch den nicht magnetischen Zentrierring 68 gebildeten Spalten el und e gestatten es, das Rückzugsmoment des Dauermagneten 67 zu verändern.
Der Erfindungsgegenstand kann zahlreiche Änderungen erfahren, ohne vom Wesen der Erfindung abzuweichen. Insbesondere kann ohne Änderung der Wirkung die Richtung der beiden Magnetflüsse f 1 und t, gewechselt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schrittweise umlaufender Elektromotor mit einem Rotor, welcher einen ringförmigen Dauermagneten aufweist, der auf seinem äusseren Umfang mit einer geraden Anzahl wechselweise angeordneter Nord- und Südpole versehen ist, mindestens einer ringförmigen, zur Läuferachse zentrisch angeordneten Feldspule, einem ringförmigen, die Feldspule umhüllendm magnetischen Kreis, der selbst aus zwei quer zur Rotorachse verlaufenden Magnetscheiben mit sich der Länge nach erstreckenden Polstücken besteht, welche zwischen der Feldspule und dem ringförmigen Dauermagneten des Rotors angeordnet sind, wobei diese Polschuhe aus rechtwinkelig wechselweise aus den beiden Magnetscheiben herausgebogenen Ansätzen bestehen, welche alle die gleiche Dreiecksform aufweisen, dadurch gekennzeichnet,
dass jeweils die Spitze eines auf der einen Magnetscheibe angeordneten Polstücke ein gegenüberliegendes, an der andern Magnetscheibe angeordnetes Polstück berührt.