Polarisierter Synchron-Kleinstmotor Die Erfindung bezieht sich auf einen polarisierten Synchron-Kleinstmotor mit zwei konzentrisch zueinan der angeordneten Ständern in Klauenpolbauart und einem dazwischen angeordneten Dauermagnetläufer.
Nach einem älteren Vorschlag wird ein solcher pola risierter Synchron-Kleinstmotor zur Umkehr der Dreh richtung benutzt. Hierbei sind die beiden konzentrisch angeordneten Ständer in der Phasenlage um 90 elek trisch gegeneinander versetzt. Zur Einschaltung einer bestimmten Drehrichtung wird die eine Ständerwicklung unmittelbar und die zweite Ständerwicklung mittelbar über einen Kondensator erregt. Der Kondensator dient hierbei zur zeitlichen 90 -Verschiebung der beiden Ständerflüsse. Ein derartiger Motor hat einen sehr guten Wirkungsgrad.
Nachteilig ist aber die Verwendung eines an sich teueren Kondensators, ohne den ein Betrieb weder in der einen noch in der anderen Drehrichtung eindeutig möglich ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen polarisierten Synchron-Kleinstmotor mit zwei konzen trisch zueinander angeordneten Ständern in Klauenpol- bauart und einem dazwischen angeordneten Dauerma- gnetläufer derart auszubilden, dass er eindeutig in der ge wünschten Drehrichtung anläuft, und dass er ohne be sondere Hilfsmittel in der Drehrichtung umkehrbar ist.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die bei den Ständer gegeneinander derart versetzt oder versetz bar und die Pole des äusseren oder inneren Ständers durch Kurzschliessungs-Belastungsmittel derart belastet sind, dass bei gleichzeitiger Erregung beider Ständer mit der gleichen Phase ein eindeutiges Ständerdrehfeld ent steht. Vorzugsweise sind die zwei konzentrischen Stän der gegeneinander um 90 elektrisch mechanisch ver setzt. Z. B. durch Kupferbrillen o. dgl. kann der innere oder der äussere Ständer so belastet werden, dass beide Flüsse zeitlich um 9p elektrische Grade gegeneinander phasenverschoben sind.
Auf diese Weise entsteht ein ein deutiges Ständerdrehfeld. Erfahrungsgemäss wird der Winkel (p gleich 45" oder grösser gewählt.
Ein Vorteil gegenüber den bisher bekannten polari- sierten Synchron-Kleinstmotoren mit Kurzschluss-Hilfs- phase besteht vor allem darin, dass sich bei konzentri scher Bauweise nun mehr als. 2 p Pole unterbringen las sen. Durch ,die Erfindung ist es sogar möglich, die ideale Polanzahl 4 p zu erreichen.
Die Kupferbelastungen können einfach gestaltet und leicht montiert werden. Es können beispielsweise die belasteten Pole auf dem äusseren Ständer mit dem grös- serer Polkreis, und die unbelasteten Pole auf dem inne ren Ständer mit dem kleineren Polkreis angeordnet sein.
Das hat den Vorteil, dass ,die belasteten Pole bei gleicher Blechdicke einen grösseren Querschnitt aufweisen kön nen, und dass sich infolgedessen auch bei Serienschal tung der beiden Ständererregerwicklungen die notwen dige elektrische Phasenverschiebung von<B>99</B> = 45 oder mehr und die für das Drehfeld erforderliche Amplitu- dengleichheit von belastetem und unbelastetem Ständer fluss praktisch verwirklichen lassen.
Ferner kann durch einfache Gestaltung der Kupferbelastungen erheblich an Arbeitsaufwand gespart werden,. Bisher war es bei den Kupfer-Kurzschlussbrillen üblich, kleine Löcher mit dem Profil der Polzacken zum Aufstecken auf die Pol zacken auszustanzen.
Diesen .den Motor verteuernden Arbeitsvorgang kann man einsparen., indem man vor- teilhafterwesse einfache flache Kupferringe oder Kupferscheiben als phasenschiebende Sekundärbela stung verwendet, die vollständig innerhalb des konzen trischen Ständers liegen und daher vollständig von des sen Magnetfelid umschlungen werden.
Gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfin dung kann der Motor auch durch mechanisches Verdre hen eines,der beiden Ständer als Umkehrmotor benutzt werden.
Bei d fiesem Aufbau sind die beiden Ständer um 180 elektrisch (= 1 Polteilung) verdreht und zusätzlich um 9p elektrisch verdrehbar. Dabei ist (p mög lichst gleich der zeitlichen Phasendifferenz zwischen un belastetem und belastetem Fluss zu wählen, vorzugs weise ist (p -¯ <I>45 </I> elektrisch. Dur-eh zwei feste Anschläge kann die mechanische Verdrehung begrenzt werden.
Weitere Einzelheiten ergeben sich aus der nachfol- genden Beschreibung zweier in der Zeichnung darge- stellter Ausführungsbeispiele.
Fig. 1 und Fig. 2 zeigen eine Schnittansicht eines zum Teil .dargestellten Motors, wobei nur die zum Ver ständnis der Erfindung wesentlichen Teile dargestellt sind-.
Mit 1 ist die Läuferachse bezeichnet, auf der ein glockenförmiger Läufer 2 befestigt ist. Der Läufer be sitzt am Umfang axial angeordnete und radial magneti- sierte Pole 3, die in Bewegungsrichtung so ,angeordnet sind, dass am Aussen- und Innenmantel des zylinderför migen Läufers Nord- und Südpole abwechseln. Der Läufer kann aus einzelnen Dauermagneten oder als Ringzylinder mit aufmagnetisierten Polen bestehen.
Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Polring oder Polzylinder 3 durch einen :scheiben förmigen Flansch 4 gehalten. Er kann aus .einem unma- gnetischen Werkstoff bestehen oder aber er kann aus Ferrit bestehen, so dass sich ein Läufertopf ergibt.
Konzentrisch zum Läufer 2 sind in ringförmigen Spulenträgern 5 und 6 mit U-förmigem Querschnitt die Ständerspulen 7 und 8 angeordnet. Die Spulenkörper 5 und 6 bestehen aus unmagnetischem Material, z. B. Pressspan o. dgl. Zu beiden Seiten des äusseren Spulen trägers 5 sind Belastungsbrillen 9 und 10 aus Kupfer für die äusseren Pole angeordnet. Die Kupferbrillen 9 und 10 sind hierbei bis in die Nähe der Läuferachse 1 gezo gen.
Mit 11 und 12 sind die beiden äusseren Ständerpol- bleche bezeichnet, die in bekannter Weise in Klauenpol- bauart ausgeführt sind, und mit ihren, dem Zwischen raum 13 :der beiden Ständerspulen zugewandten Polzak- ken 14 in bekannter Weise verzahnt ineinandergreifen.
Mit 15 und 16 sind die inneren Ständerpolbleche bezeichnet, die in gleicher Weise wie ,die Polbleche 11 und 12 der äusseren Ständeranordnung in Klauenpol- bauart ausgeführt sind. Die Innenpole sind mit 17 be zeichnet.
Der äussere und der innere Ständer sind von einer auf der Achse 1 angeordneten Nabe 18 aus Weicheisen gehalten. Mit 19 und 20 sind Folienlager angedeutet. Der untere Teil der Kupferbrille 10 hat eine kreissektor- förmige Aussparung 21, in der eine Stellschraube 22 geführt ist, die in einer Gewindebohrung d es Ständerble- ches 16 eingeschraubt ist. Nach Lösen der Schraube 22 kann der äussere Ständer gegenüber dem inneren um einen bestimmten Winkel verdreht werden.
Der Winkel ist hierbei so ausgelegt, dass sich in den beiden Endstel- lungen die Drehrichtung umkehrt. Werden beide Stän der in eine neutrale Lage zueinander gebracht, so schwingt der Läufer auf der Stelle oder entscheidet sich willkürlich für eine Drehrichtung.
Bei dem Ausführungsbzispiel nach Fig. 1 müssen die Kupferbril en 9 und 10 mit Stanzlöchern versehen sein, damit die Kupferbrillen auf die Pole des Aussenständers aufgeschcben werden können.
Fig. 2 zeigt eine Ausführung, bei ;der die Kupferbe lastungen für den Aussenständer in einfacher Weise her gestellt und aufgebracht werden können. Wirkungsmäs- sig gleiche Teile sind wieder mit gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 1 versehen. Während der Innenständer in gleicher Weise wie in Fig. 1 aufgebaut ist, sind die axia len Pole 24 .des Aussenständers aus den schalenförmigen Aussenpartien 25, 26 neben den Flanschen der Spule herausgearbeitet.
Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 sind bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 die Kupferbelastungen aus einfachen planen Kupferkreis ringscheiben 27 oder aus einem Zylindermantel 29 aus Kupfer, was mit gestrichelten Linien angedeutet ist, ge fertigt. Derartige Kupferbelastungen können auf relativ einfache Weise hergestellt und einmontiert werden.
Bei beiden Ausführungsbeispielen ist der Polrad- läufer beispielsweise aus Sechszehn Parallelmagneten hergestellt. Die. einzelnen Magnete können mit Aral- dit oder mit einem anderen Klebstoff .am Läuferflansch 4 angeklebt sein. Wie schon zuvor ausgeführt, kann an Stelle eines Magnetradläufers ein zylinderförmiger Läu fer mit aufmagnetisierten Polen verwendet werden.
Fer ner können bei Verwendung eines Polläufers :die Zwi schenräume zwischen den Polen .durch einen Kunststoff ausgegossen sein.
In den beiden Ausführungsbeispielen wird die rela tive Stellung der beiden Ständer durch eine Stell schraube 22 gesichert. Es können selbstverständlich auch andere Feststellmittel verwendet werden, insbeson dere dann, wenn @die Steilbewegung beispielsweise mit Hilfe eines Magneten oder dgl. ausgeführt werden soll.
Polarized synchronous miniature motor The invention relates to a polarized synchronous miniature motor with two concentrically arranged columns of claw pole design and a permanent magnet rotor arranged between them.
According to an older proposal, such a polarized synchronous micromotor is used to reverse the direction of rotation. Here, the two concentrically arranged stands are electrically offset from one another in the phase position by 90. To switch on a certain direction of rotation, one stator winding is excited directly and the second stator winding indirectly via a capacitor. The capacitor is used to shift the two stator fluxes by 90 times. Such a motor is very efficient.
The disadvantage, however, is the use of a capacitor, which is expensive per se, without which operation is clearly not possible in either one or the other direction of rotation.
The invention is based on the object of a polarized synchronous micromotor with two concentrically arranged columns in claw pole design and a permanent magnet rotor arranged between them so that it clearly starts in the desired direction of rotation and that it can be run without any special aids is reversible in the direction of rotation.
The invention is characterized in that the stator staggered or relocated to each other in such a way and the poles of the outer or inner stator are loaded by short-circuit loading means that a clear stator rotating field is ent when both stator are excited at the same phase. The two concentric stands are preferably electrically and mechanically offset from one another by 90. For example, the inner or the outer stand can be loaded by copper glasses or the like in such a way that the two flows are temporally shifted in phase by 9p electrical degrees.
In this way, a clear stator rotating field is created. Experience has shown that the angle (p equal to 45 "or greater) is chosen.
One advantage over the previously known polarized synchronous miniature motors with short-circuit auxiliary phase is above all that with a concentric design, more than. Allow 2 p poles to be accommodated. With the invention it is even possible to achieve the ideal number of poles 4 p.
The copper loads can be designed simply and easily installed. For example, the loaded poles can be arranged on the outer stator with the larger pole circle and the unloaded poles on the inner stator with the smaller pole circle.
This has the advantage that the loaded poles can have a larger cross-section with the same sheet metal thickness, and that, as a result, the necessary electrical phase shift of 99 = 45 or more and even when the two stator excitation windings are connected in series the equality of amplitudes required for the rotating field of loaded and unloaded stator flux can be practically realized.
Furthermore, a simple design of the copper loads can save a considerable amount of work. Up to now, it was common practice for copper short-circuit goggles to punch out small holes with the profile of the pole prongs to be attached to the pole prongs.
This work process, which makes the motor more expensive, can be saved by using simple flat copper rings or copper disks as phase-shifting secondary loads, which are located completely within the concentric stator and are therefore completely wrapped in its magnetic field.
According to a further embodiment of the invention, the motor can also be used as a reversing motor by mechanically twisting one of the two stands.
With this structure, the two stands are electrically rotated by 180 (= 1 pole pitch) and can also be electrically rotated by 9p. In this case, (p is to be selected as equal to the temporal phase difference between the unloaded and loaded flux, preferably (p -¯ <I> 45 </I>). The mechanical rotation can be limited by two fixed stops.
Further details emerge from the following description of two exemplary embodiments shown in the drawing.
Fig. 1 and Fig. 2 show a sectional view of a partially .darierter engine, with only the essential parts for understanding the invention are shown-.
1 with the rotor axis is referred to, on which a bell-shaped rotor 2 is attached. The rotor be seated on the circumference axially arranged and radially magnetized poles 3, which are arranged in the direction of movement in such a way that north and south poles alternate on the outer and inner surface of the cylindrical rotor. The rotor can consist of individual permanent magnets or as a ring cylinder with magnetized poles.
In the embodiment shown in the drawing, the pole ring or pole cylinder 3 is held by a: washer-shaped flange 4. It can consist of a non-magnetic material or it can consist of ferrite, so that a rotor cup results.
The stator coils 7 and 8 are arranged concentrically to the rotor 2 in annular coil carriers 5 and 6 with a U-shaped cross section. The bobbins 5 and 6 are made of non-magnetic material, e.g. B. Pressboard o. The like. On both sides of the outer coil carrier 5 load glasses 9 and 10 are arranged made of copper for the outer poles. The copper glasses 9 and 10 are here drawn up to the vicinity of the rotor axis 1 gene.
The two outer stator pole plates are designated with 11 and 12, which are designed in a known manner in claw pole design and with their pole prongs 14 facing the intermediate space 13 of the two stator coils interlock in a known manner.
The inner stator pole plates are designated by 15 and 16, which are designed in the same way as the pole plates 11 and 12 of the outer stator arrangement in claw pole design. The inner poles are marked with 17 be.
The outer and the inner stand are held by a hub 18 made of soft iron, which is arranged on the axis 1. With 19 and 20 foil bearings are indicated. The lower part of the copper glasses 10 has a circular sector-shaped recess 21 in which an adjusting screw 22 is guided, which is screwed into a threaded hole d of the stator plate 16. After loosening the screw 22, the outer stand can be rotated by a certain angle with respect to the inner one.
The angle is designed in such a way that the direction of rotation is reversed in the two end positions. If both stands are brought into a neutral position to each other, the rotor swings on the spot or arbitrarily decides on a direction of rotation.
In the embodiment according to FIG. 1, the copper glasses 9 and 10 must be provided with punched holes so that the copper glasses can be pushed onto the poles of the outer stand.
Fig. 2 shows an embodiment in which the copper loads for the outer stand can be made and applied in a simple manner. Effectively identical parts are again provided with the same reference numerals as in FIG. While the inner stand is constructed in the same way as in FIG. 1, the axia len poles 24 of the outer stand are worked out from the shell-shaped outer parts 25, 26 next to the flanges of the coil.
In contrast to the embodiment of FIG. 1, in the embodiment of FIG. 2, the copper loads from simple flat copper circular ring disks 27 or from a cylinder jacket 29 made of copper, which is indicated by dashed lines, ge manufactures. Such copper loads can be produced and installed in a relatively simple manner.
In both exemplary embodiments, the rotor is made from sixteen parallel magnets, for example. The. Individual magnets can be glued to the rotor flange 4 with araldite or another adhesive. As stated previously, a cylindrical rotor with magnetized poles can be used instead of a magnetic wheel rotor.
Furthermore, when using a pole runner: The spaces between the poles can be filled with plastic.
In the two exemplary embodiments, the rela tive position of the two stands is secured by an adjusting screw 22. Of course, other locking means can also be used, especially when the steep movement is to be carried out, for example, with the aid of a magnet or the like.