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Selbstanlaufender Synchronkleinmotor Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf einen selbstanlaufenden Synchronkleinmotor mit permanentmagnetischem Läufer,
der auf seinem Umfang weichmagnetische Polzacken abwechselnder Polarität besitzt.
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Wie bei den bekannten Läufern dieser Art wird auch bei diesem die
abwechselnde Polarität der Läuferpolzacken durch einen axial magnetisierten Oxydmagneten
erzielt, auf dem an den Stirnflächen jeweils eine weichmagnetische Platte mit den
abgewinkelten Polzacken befestigt ist. Bei den bekannten Synchronmotoren steht jeder
der Polzacken einem Ständerpol gegenüber. Schwierigkeiten treten bei derartigen
Synchronmotoren dadurch auf, daß eine bestimmte Anlaufrichtung nicht sichergestellt
ist.
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Aus anderen Gründen ist es für Schrittmotoren zur Umwandlung elektrischer
Impulse in eine Drehbewegung mit einem permanent ferromagnetischen Läufer, auf dessen
Umfang sich Läuferpole in der Ständerpolzahl entsprechender Anzahl befinden, bereits
vorgeschlagen worden, die Läuferpole als Polflügel derart auszubilden, daß bei Ruhe
des Läufers im gesamten Bereich zwischen zwei Ständerpolen in wechselnder Reihenfolge
nur eine ihre Polstärke kontinuierlich ändernde Polarität vorhanden ist und im Bereich
der Ständerpole in wechselnder Reihenfolge die Polstärke einer Polarität überwiegt.
Dadurch erreicht man für Schrittmotoren, daß die Schaltmittel überflüssig werden,
die sonst erforderlich sind, um die eintreffenden Impulse abwechselnd aufeinanderfolgenden
Ständerpolen zuzuführen.
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Es sind auch Synchronkleinmotoren mit einem Ständer der sogenannten
Klauentype, dessen Läufer aus einer Reihe von Dauermagnetstäben besteht, die durch
unmagnetisches Material zusammengehalten werden, bekannt, bei denen einerseits die
Dauermagnetstäbe längs der Ständerpole verlaufen, so daß sie mit ihren beiden Polen
den Ständerpolen gegenüberliegen, andererseits die Polklauen des Ständers oder die
Magnetstäbe oder beide Teile derart zur Motorachse angeordnet sind, daß jeweils
das eine Ende eines Magnetstabes einer Ständerklaue anderer Polarität gegenüberliegt
als das andere Ende. Dabei können entweder die Dauermagnetstäbe im Läufer oder die
Ständerpolflächen schräg angeordnet werden. In jedem Fall stehen aber die beiden
Polflächen jedes Läuferdauermagnetstabes zwei Ständerpolflächen mit gleichem Gewicht
gegenüber, so daß diese Anordnung keine bevorzugte Anlaufrichtung erkennen läßt.
Es wurde auch vorgeschlagen, diese bekannte Anordnung durch Unsymmetrie zum Selbstanlauf
zubringen, doch Einzelheiten baulicher Art, wie eine solche Unsymmetrie erzielt
werden soll oder welche Teile des Motors dafür in Frage kommen, sind nicht angegeben
worden. Bei Synchronkleinmotoren, deren Ständer neben ausgeprägten Hauptpolen Hilfspole
mit künstlich phasenverschobenen Feldern haben, ist es bekannt, zur Verbesserung
des Anlaufs wenigstens einem der Ständerhaupt- oder Hilfspole eine andere tangentiale
Polstirnenlänge zu geben als den übrigen Polen. Diese Anordnung verbessert zwar
bei Motoren mit Spaltpolen die Anlaufeigenschaften; sie ist aber nicht in der Lage,
ein stets gleichbleibende Anlaufleistung bei in' reinem Wechselfeld anlaufenden
Motoren sicherzustellen. Diese Schwierigkeiten bestehen auch bei einem anderen bekannten
Synchronkleinstmotor mit einschwingendem Anlauf, dessen Läufer aus einem dauermagnetischen
Werkstoff besteht und die Form eines Doppelzackensternes hat. Die Magnetisierung
des Läufers erfolgt dabei in der Weise, daß aufeinanderfolgende Doppelzacken unterschiedliche
Polarität besitzen. Die Polteilung dieses Läufers ist nun so gewählt, daß sie nicht
mit der Teilung der Ständerpole übereinstimmt, sondern abwechselnd um ungefähr eine
halbe Ständerpolbreite versetzt ist. Durch diese bewußte Unsymmetrie wird der Läufer
in eine zunächst hin und her schwingende zappelnde Bewegung versetzt, bis diese
in irgendeiner Richtung eine solche Größe angenommen hat, daß sie eine Polbreite
ausmacht. Erst dann geht die schwingende Bewegung des Läufers in eine Drehbewegung
über, deren Richtungssinn aber vorher nicht festgelegt ist. Es ist daher auch bei
diesem bekannten Motor eine besondere Rücklaufhemmung erforderlich, wenn die Gewähr
gegeben sein soll, daß er stets in der gleichen Richtung anläuft.
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Die genannten Schwierigkeiten lassen sich bei dem den Gegenstand der
vorliegenden Erfindung bildenden selbstanlaufenden Synchronkleinmotor mit permanentmagnetischem
Läufer, der auf seinem Umfang weichmagnetische Polzacken abwechselnder Polarität
besitzt, vermeiden, der dadurch gekennzeichnet ist, daß
eine Spitze
jedes Polzackens, dessen magnetischer Schwerpunkt einem Ständerpol gegenübersteht,
in den Wirkungsbereich des in Drehfeldrichtung benachbarten Ständerpols hineinragt.
Bei einer derartigen Ausbildung der Läuferpolzacken benötigt man für, den Anlauf
kein Ständerdrehfeld. Der Anlauf wird auch bei einem Pulsationsfeld gewährleistet.
Dementsprechend sind auch keine Spaltpole für den Ständer erforderlich. Die Ständerpole
können vielmehr unter Verzicht auf Kurzschlußringe als einfache Pole ausgeführt
werden, die unmittelbar und unbelastet mit den Polflächen der Erregerspule im Ständer
in Verbindung stehen.
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Die Wirkungsweise eines derartigen Synchronkleinmotors sei an Hand
des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert.
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Der Ständer des Motors wird von der Erregerwicklungl gebildet, an
deren Stirnseiten die Ständerpole 2 und 3 geführt sind. Im Innern des von den Ständerpolen
gebildeten Käfigs befindet sich der auf der Welle 4 sitzende Läufer aus einem axialmagnetisierten
Oxydmagneten 5, auf dessen Stirnflächen weichmagnetische Drehscheiben 6 und 7 gesetzt
sind, die zu den Läuferpolzacken 8 und 9 ausgebildet sind. Im stromlosen Zustand
stehen die magnetischen Schwerpunkte der Läuferpole den Ständerpolen so gegenüber,
daß sich die magnetischen Kreise der »Läufermagnete« über möglichst kleine Luftspalte
über die Ständerpole und das Außenjoch 10 schließen. Wird ein Ständerstrom eingeschaltet,
so wird, je nach der Polung, die Lage des Läufers annähernd beibehalten, oder aber
der Läufer dreht sich um eine Polteilung weiter. Steht nämlich beim Stromschluß
etwa der Nordpol des Läufers einem Südpol des Ständers gegenüber, dann ziehen sich
beide Pole an. Das so entstehende Haltedrehmoment überwiegt auch dasjenige Drehmoment,
welches dadurch auftritt, daß der weichmagnetische Läuferpolzacken vom Ständerpolfeld
in eine »Brückenlage« für benachbarte Ständerpole hineingezogen wird. Diesem letzteren
kleineren Drehmoment wirkt außerdem ein noch kleineres Drehmoment entgegen, das
dadurch auftritt, daß die Spitze des Läuferpoles gleichpolig zu dem Ständerpol ist,
in dessen Wirkungsbereich sie sich befindet, und daher abgestoßen wird. Beim Kommutieren
des Ständerstromes stehen sich nun gleichnamige Ständer- und Läuferpole gegenüber.
Hätten die Läuferpole nicht die erfinderische Form, so würden sie nach irgendeiner
Seite mit zuerst sehr geringem, aber mit dem Auslenkungswinkel wachsendem Drehmoment
ausweichen. Durch die Formgebung bedingt, werden die Läuferpole nun in eine Brückenlage
zu benachbarten Ständerpolen hineingezogen. Dieses Drehmoment wird noch durch die
Anziehungskraft verstärkt, die zwischen den Läuferpolspitzen und den ihnen gegenüberstehenden
entgegengesetztpoligen Ständerpolen vorhanden und bestrebt ist, sie weiter in den
Ständerpolwirkungsbereich hineinzuziehen, zumal sich dabei die wirksamen Läuferpolflächen
der Spitzenform entsprechend laufend vergrößern. Der Läufer wird also mit großem
Drehmoment bei günstigem Drehmomentverlauf nur in einer Richtung gedreht. Bei Wechselstrombetrieb
läuft der Motor auf diese Weise mit hohem Drehmomentan, um dann im Synchronismus
als Pulsationsmotor weiterzulaufen.