Synchronkleinstmotor mit reifenförmigem Läufer Um beim Einphasenwechselstrommotor einen Anlauf zu gewährleisten, ordnet man jedem Ständer- pol einen Hilfspol zu, welcher durch Belastung mittels einer Kurzschlusswindung einen gegenüber dem an deren Pol phasenverschobenen Magnetfluss führt. Hierdurch wird ein Drehfeld erzeugt, welches ein Anlaufmoment bildet.
Ein wichtiges Problem besteht darin, dass durch das Drehfeld auch die jeweils gewünschte Drehrich tung gewährleistet wird. Dies ist ohne weiteres bei Verwendung eines Hystereseläufers möglich. Es sind Hystereseläufer bekannt geworden, deren Ständer aus Hauptpolen und durch Kurzschlusswindungen bela steten Hilfspolen besteht; zwischen den Ständerpolen entgegengesetzter Polarität ist ein reifenförmiger Läufer aus hartmagnetischem Werkstoff angeordnet. Die Anlaufrichtung ist hierbei zwar gewährleistet, doch entwickelt ein derartiger Motor ein zu niedriges Drehmoment.
Ein höheres Drehmoment erhält man durch die Verwendung von Motoren mit Dauermagnetläufer. Es sind Läufer bekannt geworden, welche aus einer auf der Achse sitzenden Kunststoffscheibe als Träger und einem auf diesem, Träger aufgesetzten hartmagne tischen Körper bestehen. Auf diesen Hartmagnet- körper werden die Pole radial aufgeprägt.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese mit einem hohen Moment arbeitenden Syn- chronkleinstmotoren weiter zu verbessern, indem der magnetische Widerstand auf ein Minimum herabge setzt wird. Der niedrige magnetische Widerstand er möglicht einen hohen Fluss und damit eine weitere Erhöhung des Drehmoments.
Der Synchronkleinstmotor, dessen Ständer aus Hauptpolen und durch Kurzschlusswindungen bela steten Hilfspolen besteht und bei welchem zwischen den Ständerpolen entgegengesetzter Polarität ein aus hartmagnetischem Werkstoff gefertigter reifenför- miger Läufer angeordnet ist, hat erfindungsgemäss das Kennzeichen, dass auf dem Reifen des Läufers die Läuferpole radial aufgeprägt sind, und dass die innerhalb ,
des Läufers angebrachten Ständerpole mit den entsprechenden ausserhalb des Läufers ange brachten Ständerpolen in radialer Richtung fluchten.
Bei derartigen Motoren mit hohem Drehmoment - erzeugt durch Dauermagnetläufer - ist im allge meinen eine eindeutige Anlaufrichtung nicht gegeben, da diese Läuferbauart für eine eindeutige Anlaufrich- tung ein vollkommenes Kreisdrehfeld erfordert. Die Grundbedingung für das Kreisdrehfeld ist:
Abstand zwischen Ständerhauptpol und belastetem Ständer- hilfspol = (180- Phasenverschiebungswinkel der beiden Magnetflüsse) e1. Diese Bedingung konnte man bisher nur dadurch erfüllen, dass man -die Zahl der Ständerpole gegenüber der der Läuferpole herab setzte, was wieder eine Verminderung des Drehmo mentes zur Folge hatte.
Es sind nun weitere Motoren mit Hauptpolen und belasteten Hilfspolen bekannt geworden, bei denen ein - zumindest fiktives - Kreisdrehfeld erzeugt wird. Dies wird aber durch eine Minderung des Drehmomentes erkauft, da die Zahl der Ständerpole herabgesetzt werden muss, um die theoretisch vorge schriebenen, im vorstehenden angedeuteten Winkel abstände einzuhalten. Auch diese Drehmomentver- minderung wird durch vorliegende Erfindung auf ein fache Weise beseitigt.
Ein weiterer Vorteil der radial fluchtenden Stän- derpole besteht nämlich darin, dass man den theore tisch geforderten und nur sehr selten realisierbaren Abstand zwischen Hauptpol und zugeordnetem bela steten Hilfspol ohne Schwierigkeit einhalten kann. Die genannten Vorteile werden durch die im nachste henden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Zeichnung eingehend erläutert.
Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausfüh rungsbeispiel ist ein Synchronmotor verwendet, des sen Spule ausserhalb des Läuferumfanges angeordnet ist. Fig. 1 stellt einen Schnitt senkrecht zur Achse, Fig. 2 einen Schnitt durch die Achse dar. Bei dem Schnitt der Fig. 1 ist die Spule der Einfachheit halber herausgenommen. Fig. 3 ist ein Schema der Polan ordnung.
Der Motor besteht aus zwei Weicheisenständer- hälften 1 und 2. Es handelt sich um einen 16-poligen Motor, dessen Polzahl und Polteilung durch den aus hartmagnetischem Werkstoff gefertigten Läufer 3 gegeben sind. Der magnetisch aktive Teil 31 des Läufers hat die Form eines Reifens, auf welchen die Pole radial aufgeprägt sind, wie aus Fig. 1 ersichtlich. Der Reifen 31 sitzt auf der Läufernabe 33, welche aus ummagnetischem Werkstoff, beispielsweise Kunst stoff, gefertigt und auf der Motorwelle 32 angebracht ist.
Aus dem Ständerblech 1 sind acht Hauptpole 11 herausgeschnitten, vom Ständerblech 2 acht Haupt pole 21. Die Erregerspule 4 umfasst die Ständerpole und den Läufer. Im Ständerblech 1 ist die Buchse 13 angeordnet, welche die Lagerwelle 22 trägt. Dies hat den Vorteil, dass die Zentrierung des Läufers ausser- ordentlich einfach ist. Die Buchse und der zusätzli che Kernmantel 14 sind aus Weicheisen hergestellt und tragen das Polblech 15, an welches die belasteten Polzacken 12 angesetzt sind.
Die Belastung erfolgt durch einen Kurzschluss- ring 16, welcher vorteilhafterweise aus mehreren Ku pferscheiben zusammengesetzt ist. Der Kurzschluss- ring ist so bemessen, dass er eine Belastung im übli chen Sinne für jeweils zwei Polzacken bildet, d. h.
er ist etwa doppelt so gross wie jede der beiden einzel nen Kurzschlusswindungen bei herkömmlichen Mo toren (Fig.3). Die durch die Belastung mittels Kurzschlussring in der Polzacke 12 hervorgerufene magnetomotorische Kraft ist also gross genug, um die Phasenverschiebung von etwa 40 e1 sowohl in der Polzacke 12 als auch in der ihr gegenüberliegenden Polzacke 22 hervorzurufen, welche aus dem Polblech 2 herausgeschnitten ist, aber keine eigene Kurz- schlusswindung aufweist.
Durch die neuartige Anordnung, der Hauptpole 11 der einen Ständerhälfte gegenüber den Hauptpo len 21 der anderen Ständerhälfte, wobei der Läufer kranz 33 zwischen den Polen liegt, sind mehrere Vorteile infolge der neuartigen Magnetwege erreicht, welche nachstehend des näheren erläutert werden.
Zunächst ist ein ausserordentlich kurzer Magnet weg zwischen den Hauptpolen verschiedener Polari tät 11 und. 21 möglich geworden. Der Magnetweg führt nämlich vom Luftspalt durch die dünne Wand des Läuferreifens 31 direkt in den anderen Hauptpol über den entsprechenden Luftspalt. Der magnetische Widerstand ist auf ein Minimum herabgesetzt, näm- lieh Läuferreifen und Luftspalte; er verläuft nicht wie bei herkömmlichen Motoren durch zusätzliche Teile (Nabe usw.) des Läufers.
Die Streuung ist auf ein Minimum herabgesetzt, da keine Parallelführung von magnetischen Teilen entgegengesetzter Polarität vorkommt. Die Pole 11 und 12 sind von den Polzaken 21, 22 nicht nur durch einen verhältnismässig grossen Abstand, sondern auch durch die Läuferreifen getrennt. Der Streupfad hat also einen ausserordentlich hohen Widerstand.
Die Polzacken 11 bzw. 21 haben ihre Wurzeln an entgegengesetzten Enden (Fig.2), so dass eine Streuung vor dem Eintritt zum Motorluftspalt voll kommen ausgeschaltet ist.
Durch die Anordnung, dass die Polzacken der einen Ständerhälfte 11, 12 mit den Polzacken 21 bzw. 22 der anderen Ständerhälfte fluchten, kann die vereinfachte Ausführung mittels eines Kurzschluss- ringes zur Belastung beider Polzacken ermöglicht werden. Der durch die Belastung 16 entstehende Ge- genfluss in 12 ist genau wie der Hauptfluss beiden Polen 12, 22 gemeinsam.
Ein weiterer Vorteil der radial fluchtenden Stän- derpole besteht darin, dass man den theoretisch ge- forderten und nur sehr selten realisierbaren Abstand zwischen Hauptpol 11, 21 und zugeordnetem belaste ten Hilfspol 12 bzw. 22 ohne Schwierigkeit einhalten kann. Der Abstand beträgt bekanntlich: (180 - zeit liche Phasenverschiebung im belasteten Pol) e1.
In Fig. 3 sind diese Zusammenhänge schematisch dargestellt. Der Abstand p (Polteilung) entspricht einem Winkel von 180 e1. Der Phasenverschiebungs- winkel (zwischen Hauptfluss und Hilfsfluss) ist 99 be zeichnet. Die Einhaltung dieses Masses ist bei den meisten herkömmlichen Motoren mit polarisiertem Läufer nicht möglich, da der Abstand zwischen dem belasteten Hilfspol und. dem folgenden Hauptpol ent gegengesetzter Polarität nicht ausreichen würde, um genügend breite, d. h. brauchbare Pole unterbringen zu können.
Beim Erfindungsgegenstand, bei welchem die Pole auf verschiedenen Kreisradien liegen, spielt diese Erwägung keine Rolle, denn der nächste (nicht zugeordnete) Hauptpol 11 ist von dem Hilfspol 12 um<I>(p</I> + cp) e1 entfernt. Um die Amplitude der Flüsse im Hauptpol 21 und Hilfspol 22 gleich gross zu ma chen, ist der Querschnitt des letztgenannten grösser ausgeführt.