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Elektromagnetischer Schwingankermotor Die Erfindung bezieht sich auf
einen elektromagnetischen Schwingankermotor mit einem aus lamelliertem Eisen gebildeten
rahmenförmigen Joch, das aus je zwei sich gegenüberstehenden Jochlängs- und Jochquerseiten
besteht, und einem zwischen den Jochquerseiten längs beweglich angeordneten Anker,
der durch zwei konzentrisch zu ihm axial übereinanderliegende, wechselstromdurchflossene
Spulen magnetisiert wird, zwischen denen ein oder mehrere Polschenkel den magnetischen
Fluß über einen Luftspalt dem Anker zuführen, über dessen Stirnflächen der magnetische
Fluß zu den Jochquerseiten übertritt.
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Gegenüber den bekannten Schwingankermotoren dieser Gattung kennzeichnet
sich der Erfindungsgegenstand dadurch, daß die beiden wechselstromdurchflossenen
Spulen jeweils ein magnetisches Feld in gleicher Richtung hervorrufen und daß zwischen
jeder Jochquerseite und dem Polschenkel Dauermagnete so angeordnet sind, daß gleichnamige
Pole am Polschenkel anliegen und daß zwischen dem Polschenkel und den Dauermagneten
einerseits und den Jochlängsseiten andererseits ein wesentlicher Luftspalt bleibt.
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Es sind zwar schon Schwingankermotoren bekannt, bei denen zur Erzeugung
des magnetischen Feldes innerhalb eines rahmenförmigen Magnetjochs neben zwei wechselstromdurchflossenen
Spulen noch zwei gleichstromgespeiste Erregerspulen vorgesehen sind.
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Diese bekannte Anordnung hat aber den Nachteil, daß sie für den normalen
Betrieb auf eine Gleichstromquelle oder aber zumindest auf das Vorhandensein eines
Gleichrichters angewiesen ist, also auf Betriebsmittel, die den Betrieb und den
Aufbau verteuern und komplizieren.
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Durch die der Erfindung zugrunde liegenden Maßnahmen werden diese
Nachteile in ihrer Gesamtheit behoben, wobei außerdem noch erreicht wird, daß das
Wechselfeld das Feld der Dauermagnete nicht abschwächt, sondern dies im Gegenteil
verstärkt, was sich günstig auf die Lebens- und Gebrauchsdauer der Dauermagnete
auswirkt.
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Vorteilhaft wird der Anker an Federn schwingbar aufgehängt, die so
bemessen sind, daß ihre Zugkraft die von den Dauermagneten auf den Anker ausgeübte
Kraft in seinen Endlagen kompensiert. Dadurch erreicht man, daß die vom Wechselfeld
herrührende Kraftkomponente in den Endstellungen des Ankers ihren Höchstwert erreicht.
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Zwecks Erzielung eines möglichst hohen Wirkungsgrades wird im Rahmen
der Erfindung schließlich noch vorgeschlagen, die vorerwähnten Federn, die Masse
des schwingenden Systems und seine eventuelle Belastung derart abzustimmen, daß
die Eigenschwingungszahl des Gesamtsystems gleich der Frequenz oder gleich dein
Vielfachen der Frequenz des an die Spulen gelagerten Wechselstromes ist.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung seien an Hand der Zeichnung erläutert,
in der Ausführungsbeispiele des neuen Schwingankermotors wie folgt veranschaulicht
sind: Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt des Motors, schematisch, Fig. 2 ein praktisches
Ausführungsbeispiel in der Draufsicht, Fig. 3 einen Längsschnitt parallel zur Ebene
des Jochs und Fig. 4 einen gegenüber Fig. 3 um 90° versetzten Längsschnitt.
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In Fig. 1 isst schematisch ein Schwingankermotor gezeigt, bestehend
aus einem rahmenförmigen Joch 1 aus lamelliertem, weichem Eisen mit je zwei sich
gegenüberstehenden Tochlängs- und Jochquerseiten 1c, 1 d und 1 a, 1 b und einem
Anker 2 aus demselben Werkstoff. Der Anker 2 ist von zwei Spulen 3 umgeben, welche
mit Wechselstrom gespeist werden. Die
Spulen sind durch hervorstehende
Polschenkel 4 mit Polschuhen 5 voneinander getrennt.
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Zwischen den hervorstehenden Polschenkeln 4 und den oberen und unteren
Querseiten 1 a, 1 b des Joches 1 sind Dauermagnete 7 derart angebracht, daß die
Polschuhe 5 eine bestimmte Polarität erhalten, während die Querseiten 1 a, 1 b des
Joches 1 eine andere Polarität erhalten. Zwischen Polschenkel 4 und Dauermagneten
7 einerseits und den Jochlängsseiten 1 c, 1 d andererseits ist ein erheblicher Luftspalt
S gelassen.
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Wenn der Polschuh 5 ein Nordpol ist, bilden sich im Schwingankermotor
mindestens zwei magnetische Kreise aus, wobei die Kraftlinien von dem Polschuh in
die zylindrische Fläche des Ankers und durch die Stirnflächen des Ankers zu den
oberen und unteren Querseiten des Joches übergehen und sich über die Dauermagnete
7 und die Polschenkel 4 schließen.
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Der Anker 2 sitzt auf einer Welle 8, die in den Jochquerseiten
l a, 1 b so gelagert ist, daß der Anker in axialer Richtung der Welle frei
schwingen kann. Wenn die Spulen 3 mit Wechselstrom gespeist werden, wird der Anker
in gleichem Takt mit dem Wechselstrom hin und her schwingen. Jedoch werden die Dauermagnete
7 nicht so großen entmagnetisierenden Kräften ausgesetzt, wie es bei den bekannten
Konstruktionen der Fall ist, was jetzt näher erläutert werden soll. Geht man davon
aus, daß das Feld der Spulen 3 während einer Periodenhälfte des Wechselstromes so
gerichtet ist, daß es die Magnetisierung der oberen Magnete verstärkt, so wird der
Anker 2 gleichzeitig in seine obere Lage gezogen, woraufhin das von der oberen Spule
erzeugte Feld einen Kraftlinienweg mit relativ kleinem Luftspalt passiert und daher
verhältnismäßig stark sein wird. Die Kraftlinien verlaufen durch die obere Querseite
1 a des Joches und teilen sich auf in einen Teil, der durch die oberen Dauermagnete
abwärts geht, und einen anderen Teil, der durch die Längsseiten 1 c, 1 d des Joches
geht. Von den Längsseiten des Joches gehen die Kraftlinien zu den unteren Enden
der unteren Dauermagnete. Ein Teil der Kraftlinien geht von hier aus durch die unteren
Dauermagnete nach oben und trifft bei den Polschenkeln 4 mit den Kraftlinien zusammen,
welche die oberen Dauermagnete passiert haben, wonach sie sich durch die Polschenkel
4, die Polschuhe 5 und den Anker 2 schließen. Derjenige Teil der Kraftlinien, welcher
nicht die Dauermagnete 7 passiert, wird durch die untere Querseite 1 b des Joches
und über einen verhältnismäßig großen Luftspalt zwischen der unteren Querseite des
Joches zum Anker weitergeführt. Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß die Kraftlinien
um die obere Spule 3, wenn das obere Ende des Ankers z. B. ein Nordpol ist, die
Dauermagnete von den oberen und unteren Querseiten des Joches her in Richtung auf
den Polschenkel derart durchfließen werden, daß die Magnetisierung der Dauermagnete,
die in diesem Fall mit ihrem Südpol an den oberen und unteren Querseiten des Joches
und mit ihrem Nordpol am Polschenkel anliegen, verstärkt werden wird. In dem von
der unteren Spule geschaffenen Kreislauf sind die Verhältnisse ähnlich mit der Ausnahme,
daß die erzeugten Felder hier die Dauermagnete zu schwächen suchen; diese Felder
sind aber von geringer Stärke, weil der magnetische Kreis hier für alle Kraftlinien
die große Luftstrecke zwischen der unteren Stirnseite des Ankers und der unteren
Querseite des Joches enthält, weshalb die Felder, welche die Dauermagnete zu verstärken
suchen, größer sein werden als die Felder, welche die Dauermagnete zu schwächen
suchen. Wenn der Wechselstrom seine Richtung wechselt. wird der Anker in seiner
Mittellage sein, auf dem Wege in seine untere Grenzlage, so daß die Verhältnisse
für die oberen Dauermagnete ähnlich sein werden, wie zuvor für die unteren Dauermagnete
beschrieben.
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In Fig. 2, 3 und 4 ist gezeigt, wie der Schwingankermotor praktisch
aufgebaut wird. Das Joch 1 und die Dauermagnete 7 sind hier, wie in Fig. 2 gezeigt,
in winkelrechten Ebenen angeordnet, damit der Schwingankermotor einen gedrängten
Aufbau erhält. An den oberen und unteren Querseiten des Joches 1 sind Endplatten
6 so angebracht, daß die Dauermagnete 7 zwischen den Endplatten 6 und den Polschenkeln
4 eingespannt sind. Die Welle 8 ist an Federn 9 aufgehängt, welche zwischen den
Jochquerseiten 1 a, 1 b und Muttern 10, die auf die Enden der Welle 8 aufgeschraubt
sind, eingespannt sind. Hierdurch wird erzielt, daß die Spannkraft, die recht groß
ist, auf zwei Federn verteilt wird, was ein Vorteil ist, da eine einzige Feder für
eine solche Kraft zu umfangreich werden würde. Diese Federn 9 sind so abgestimmt,
daß sie zusammen mit der Masse des schwingenden Systems und einer eventuellen äußeren
Beeinflussung, herrührend von der Belastung des Schwingankermotors, dem schwingenden
System eine eigene Schwingungszahl geben werden, die entweder gleich der Frequenz
des Wechselstromes oder ein Vielfaches derselben ist.
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Ebenso können die Federn 9 eine solche Spannung haben, daß sie, wenn
der Anker sich in einer der Grenzlagen befindet, die Zugkraft aufheben, die von
dem Feld der Dauermagnete herrührt. Der Wechselstrom erhält hierdurch eine günstigere
Kurvenform, da der Strom keine Energie liefert, um den Anker aus der Grenzlage in
die Mittellage zurück und wegen des Trägheitsmomentes weiterzubefördern. Auch wird
hierdurch der Einfluß des Luftspalts auf die Zugkraft vermindert, weil der Anker
praktisch dem Wechselstrom »voraus«-schwingen kann.