DE1061425B

DE1061425B - Gear arrangement for synchronous micro motors

Info

Publication number: DE1061425B
Application number: DEL28963A
Authority: DE
Inventors: Hans Huettig
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1957-10-30
Filing date: 1957-10-30
Publication date: 1959-07-16

Description

Getriebanordnung für Synchronkleinstmotoren Der Selbstanlauf von Synchronkleinstmotoren wird manchmal durch einen zu hohen Getriebewiderstand in Frage gestellt, sofern z. B. nach längerer Betriebszeit durch verschiedene Ursachen bedingte Widerstände im Getriebe auftreten. Diese Hemmungen sind im allgemeinen nur während des Anlassens wirksam, während bei Dauerbetrieb der Motor störungsfrei arbeiten kann.Gear arrangement for synchronous micro-motors The automatic start of synchronous micro-motors is sometimes called into question by too high a gear resistance, provided z. B. after a long period of operation due to various causes resistances occur in the transmission. These escapes are generally only during cranking effective, while the motor can work without problems during continuous operation.

Wie sich nn durch eingehende Untersuchungen gezeigt hat, ist diese Erscheinung darin begründet, daß das Anlaufdrehmoment von Synchronkleinstmotoren in hohem Maße von der Anfangslage des permanentmagnetischen Läufers abhängt, und zwar wie folgt: Innerhalb einer doppelten Polteilung gibt es im allgemeinen zwei Maxima und zwei Minima. Es wäre natürlich am günstigsten für den Anlauf, wenn sich der Läufer in diejenige Lage einstellt, welche dem Maximaldrehmoment entspricht. Dies ist im allgemeinen kaum erreichbar. Der Läufer bleibt, sobald der Ständerstrom abgeschaltet ist, in einer solchen Lage stehen, welche durch die Form des Magnetsystems (Dauermagnetläufer und Ständerpolanordnung) gegeben ist. Diese Haltelage bei unbelastetem Läufer ist sogar vorausbestimmbar, da sie dem Gesetz der magnetischen Anziehung, d. h. dem Bestreben der magnetischen Kraftlinien, sich im Luftspalt zu verkürzen, folgt. Es ist hierbei vorausgesetzt, daß eine mechanische Gegenkraft nicht vorhanden ist. Man kann nun das Magnetsystem eines Motors so auslegen und bemessen, daß dieser eindeutig fixierte Haltepunkt in der Nähe des maximalen Anlaufdrehmomentes liegt. Unbelastete oder unterbelastete Antriebe sind aber die Ausnahme; in der Regel hat man es mit voll belasteten Motoren zu tun. In dem Augenblick, da der Ständer abgeschaltet wird und das während des Betriebes wirksame Moment, sogenannte Synchronmoment, aufhört, sind zwei Kräfte im Spiel, nämlich die Magnetkraft, welche bestrebt ist, den Läufer in eine günstige Anlauflage zu ziehen, und die Gegenkraft (Reibung) des angeschlossenen Getriebes (wenn man die Massenkräfte vernachlässigen will). Es ist keineswegs eine Gewähr dafür vorhanden, daß die Magnetkraft ausreicht, um den Läufer tatsächlich entgegen der Getriebereibung in die für den Wiederanlauf günstige Stellung zu ziehen. Von dieser Voraussetzung geht eine bekannte Anordnung aus, mittels welcher die Magnetwirkung so verstärkt wird, daß die Magnetkräfte bei allen Betriebsbedingungen ausreichen, um den Läufer in die gewünschte Lage zu bringen. Die Lösung der Aufgabe wird also durch eine Verteuerung des Motors erkauft. Man hat nämlich, um dem Läufer die nötige Kraft zum Einstellen in die günstige Anfangslage zu erteilen, den Motor im ganzen verstärkt, d. h. ein Betriebsmoment (Synchrondrehmoment) erzielt, welches nach Maßgabe der Verhältnisse nicht erforderlich wäre.As nn has shown through detailed investigations, this is Appearance is based on the fact that the starting torque of synchronous micro motors depends to a large extent on the initial position of the permanent magnet rotor, and as follows: Within a double pole pitch there are generally two Maxima and two minima. It would of course be best for a start if the rotor adjusts to the position that corresponds to the maximum torque. In general, this is hardly achievable. The runner stops as soon as the stator current is switched off, stand in such a position, which is due to the shape of the magnet system (Permanent magnet rotor and stator pole arrangement) is given. This holding position with unloaded Runner is even predictable because it follows the law of magnetic attraction, d. H. the endeavor of the magnetic lines of force to shorten in the air gap, follows. It is assumed here that there is no mechanical counterforce is. You can now design and dimension the magnet system of a motor so that this clearly fixed stopping point is close to the maximum starting torque. Unloaded or underloaded drives are the exception; usually has you have to do it with fully loaded engines. The moment the stand switched off and the torque effective during operation, the so-called synchronous torque, ceases, there are two forces at play, namely the magnetic force which tends to stimulate the runner to pull into a favorable starting position, and the counterforce (friction) of the connected Transmission (if you want to neglect the inertia forces). It is by no means one There is a guarantee that the magnetic force is sufficient to actually move the rotor to pull against the gear friction in the favorable position for the restart. A known arrangement, by means of which the magnetic effect, is based on this requirement is strengthened so that the magnetic forces are sufficient under all operating conditions, to bring the runner into the desired position. So the solution to the task will be bought by an increase in the price of the engine. You have to give the runner the necessary Force to adjust to the favorable starting position to give the engine as a whole reinforced, d. H. an operating torque (synchronous torque) achieved, which according to the circumstances would not be necessary.

Eine von allen hergebrachten Methoden abweichende Lösung gibt die vorliegende Erfindung an. Der Motor wird nicht stärker gebaut, als es für das Synchronmoment erforderlich ist. Dagegen wird das Einspielen in die günstige Anlaufstellung durch eine Getriebeanordnung für Synchronkleinstmotoren mit permanentmagnetischem Läufer, bei denen- das Anlaufdrehmoment von der Anfangslage des Läufers abhängt dadurch erzielt, daß der Läufer gegenüber dem Ständer frei drehbar angeordnet und mit dem Abtrieb über einen Totgang verbunden ist, bei welchem ein fester Mitnehmerteil in einen in der Drehrichtung verlaufenden Schlitz eingreift. Bei dem mit geringem Werkstoffaufwand gebauten Motor kann sich also der Läufer - ungehindert von seiten des Getriebes - in die durch die Magnetkräfte gegebene Lage einspielen.There is a solution that differs from all conventional methods present invention. The motor is not built stronger than it is for the synchronous torque is required. In contrast, the import into the favorable start-up position is carried out by a gear arrangement for synchronous micro motors with permanent magnetic rotor, where- the starting torque depends on the starting position of the rotor achieved that the rotor relative to the stand is freely rotatable and with the Output is connected via a backlash, in which a fixed driver part in engages a slot running in the direction of rotation. In the one with little material expenditure The built motor can therefore move the rotor - unhindered by the gearbox - play in the position given by the magnetic forces.

Es sind Antriebe bekanntgeworden, bei denen gleichfalls zwischen dem Motorläufer und der Arbeitswelle keine starre Verbindung besteht. Bei diesen Anordnungen wird aber kein Totgang benutzt, sondern eine elastische Verbindung, welcher auch nicht die Aufgabe zugrunde liegt, den Motorläufer selbsttätig in die für den Wiederanlauf günstige Ruhelage zu bewegen, sondern das Intrittfallen beim Anwurf zu erleichtern. Die bekannten Motoren laufen mit niedrigem Drehmoment an, wobei die Anfangsstellung des Läufers gegenüber dem Ständer nebensächlich ist. Die Erzielung der erforderlichen Anlaufbedingungen erfolgt während der Anfahrbewegung des Läufers. Der Anlauf wird dadurch sichergestellt, daß die Motoren ohne Last anlaufen können und bei Erreichen einer bestimmten Drehzahl, d. h. nach Aufspeicherung einer genügenden Menge lebendiger Energie, mit der Last gekuppelt werden.There are drives known, which also between the There is no rigid connection between the motor rotor and the output shaft. With these arrangements but no backlash is used, but an elastic connection, which one too it is not the task of the motor runner to automatically switch to the restart to move convenient rest position, but to facilitate the fall in step when throwing. The known motors start with low torque, the starting position of the runner compared to the stand is irrelevant. Achieving the required Start-up conditions take place during the approach movement of the rotor. The run-up is this ensures that the motors can start without load and when they are reached a certain speed, d. H. after storage a sufficient one Amount of living energy to be coupled with the load.

Die Erfindung beruht demgegenüber auf der Erkenntnis, daß die Synchronkleinstmotoren einen sogenannten magnetischen Haltepunkt haben, d. h. eine Anfangslage des Läufers, in die der letztere sich von selbst bewegt, sobald er freies Spiel hat und wenn die Ständerwicklung abgeschaltet ist. Diese selbsttätige Einstellung in der Lage des magnetischen Haltepunktes wird dadurch veranlaßt, daß der Läufer permanentmagnetisch ist und daher in eine gegenüber dem Eisen des Ständers eindeutig bestimmte Lage gebracht wird. Eine weitere Erkenntnis, auf der die Erfindung beruht, ist die, daß dieser magnetische Haltepunkt stets außerhalb des Bereiches des geringsten Einlaufdrehmomentes des Motors liegt, d. h. also, daß beim Einschalten der Ständerspule der Motor ein hohes Anlaufdrehmoment entwickelt, sofern der Läufer sich in diesem Zeitpunkt in der Lage des magnetischen Haltepunktes befindet. Dieses Moment ist erfahrungsgemäß genügend hoch, um das allenfalls auftretende Widerstandsmoment des Getriebes mit Sicherheit zu überwinden.In contrast, the invention is based on the knowledge that the synchronous micro motors have a so-called magnetic breakpoint, d. H. an initial position of the runner, into which the latter moves by itself as soon as it has free play and when the stator winding is switched off. This self-adjusting is capable of of the magnetic stop point is caused by the fact that the rotor is permanently magnetic is and therefore in a clearly defined position with respect to the iron of the stator is brought. Another finding on which the invention is based is that this magnetic stop point is always outside the range of the lowest running-in torque of the engine, d. H. so that when the stator coil is switched on, the motor turns on high starting torque is developed, provided the rotor is in the location of the magnetic breakpoint. This moment is based on experience sufficiently high to withstand any resistance moment of the gearbox that may occur Overcoming security.

Dadurch, daß nun gemäß der Erfindung ein Totgang vorgesehen ist, hat der Läufer die Möglichkeit, nach dem Stillsetzen des Motors sich in eine Lage zu bewegen, welche dem magnetischen Haltepunkt nahe liegt. Der Winkel des Totganges muß dabei mindestens so groß sein, daß der Läufer, sofern er beim Stillsetzen zufällig in der Nähe des niedrigsten Drehmomentes ankommt, genügend Spielraum hat, sich aus diesem für den Wiederanlauf ungünstigen Bereich in Richtung zum magnetischen Haltepunkt herauszubewegen. Es hat sich gezeigt, daß für diesen Zweck 40 elektrische Grade (d. h. bei einem 16poligen Läufer 5 Bogengrade) ausreichen. Will man aber das höchsterreichbare Drehmoment für den Wiederanlauf sicherstellen, so wird man den Totgang mit 180 elektrischen Graden (bzw. 22,5 Bogengraden) bemessen. Es ist klar, daß die genannten Winkel auf den Läufer zu beziehen sind. Wenn also mit einer Übersetzung gearbeitet wird, so wird man den Winkel mit dem Übersetzungsverhältnis multiplizieren.The fact that a backlash is now provided according to the invention has the rotor has the opportunity to move into a position after the motor has stopped move, which is close to the magnetic stop point. The angle of the lost motion must be at least so large that the runner, if it happens to be when it comes to a standstill in the vicinity of the lowest torque arrives, has enough leeway to choose from this area, which is unfavorable for the restart, in the direction of the magnetic stop point to move out. It has been shown that for this purpose 40 electrical degrees (i.e. 5 degrees of arc for a 16-pole rotor) are sufficient. But if you want the highest achievable Ensure torque for the restart so you will get the backlash with 180 electrical Degrees (or 22.5 degrees of arc). It is clear that the said angles are based on are available for the runner. So if you work with a translation, so one will multiply the angle with the transmission ratio.

Man kann den Totgang künstlich durch Bemessung der Zahnflanken des Läuferritzels herstellen. Arbeitet man z. B. mit zehn Zähnen mit einem Abstand von 36° von Zahn zu Zahn, so wird man das Spiel zwischen den Zähnen mit 5 bis etwa 12° bemessen.The backlash can be artificially determined by dimensioning the tooth flanks of the Manufacture the rotor pinion. Do you work z. B. with ten teeth with a spacing of 36 ° from tooth to tooth, the play between the teeth will be 5 to about 12 ° measured.

Günstiger arbeitet die in der Zeichnung dargestellte Freilaufkupplung, bei der eine Scheibe mit einem kreissektorartigen Schlitz versehen ist. Der Läufer 1 (Fig. 1) läuft frei auf der Welle 2, auf welcher die Kupplungsscheibe 3 fest aufgesetzt ist. In den Schlitz 4 greift ein Bolzen 5, welcher fest am Läufer sitzt. Von der Welle 2 erfolgt der nicht dargestellte Abtrieb zu dem zu treibenden Gerät, z. B. Uhr, Anzeigevorrichtung usw. Wird nun das Getriebe stillgesetzt und kommt der Läufer in der dem niedrigsten Drehmoment entsprechenden Lage zum Stillstand, so erlaubt das Spiel im Schlitz 4 eine Ausrichtung des Läufers, welcher sich aus dieser ungünstigen Lage hinweg in Richtung zum magnetischen Haltepunkt bewegt. Wie weit er an diesen günstigen Punkt herankommt, ist lediglich von der Größe des Schlitzes abhängig, also eine Bemessungsfrage, die je nach den gegebenen Betriebserfordernissen zu lösen ist. Fig. 2 zeigt eine Getriebeanordnung, bei welcher die Kupplung unmittelbar hinter dem Abtrieb liegt. 6 ist das vom nicht dargestellten Läufer angetriebene Ritzel, welches das Zahnrad 7 antreibt. Das letztere läuft mit seiner Buchse 8 frei auf der Getriebewelle 9. Das Zahnrad 7 greift mit dem Bolzen 5 in eine Aussparung 10 der Kupplungsscheibe 11, die das fest auf der Welle 9 sitzende Ritzel 12 und darüber das Zahnrad 13 antreibt, welches den Antrieb auf eine nicht dargestellte Welle weitergibt.The overrunning clutch shown in the drawing works more favorably, in which one disc is provided with a slit in the shape of a sector of a circle. The runner 1 (Fig. 1) runs freely on the shaft 2, on which the clutch disc 3 is firmly attached is. A bolt 5, which is firmly seated on the runner, engages in the slot 4. Of the Shaft 2 is the output, not shown, to the device to be driven, for. B. Clock, display device, etc. If the gear is now stopped and the runner comes in the position corresponding to the lowest torque to a standstill, so allowed the game in the slot 4 an orientation of the runner, which is unfavorable from this Layer moved away in the direction of the magnetic breakpoint. How far he is at this the most favorable point depends only on the size of the slot, thus a question of dimensioning that has to be solved depending on the given operational requirements is. Fig. 2 shows a gear arrangement in which the clutch is immediately behind the downforce. 6 is the pinion driven by the rotor, not shown, which drives the gear 7. The latter runs freely with its socket 8 of the gear shaft 9. The pin 5 of the gear 7 engages in a recess 10 the clutch disc 11, which is the pinion 12, which is firmly seated on the shaft 9, and above the gear 13 drives, which passes the drive on to a shaft, not shown.

Die in Fig. 2 dargestellte Anordnung der Kupplung hinter dem Abtrieb ist insofern besonders günstig, als man durch einen verhältnismäßig kleinen Winkel einen großen Freilaufwinkel für den Läufer erzielen kann, da das Übersetzungsverhältnis - im vorliegenden Falle 1 : 7 - den dem Läuferspiel zur Verfügung stehenden Winkel entsprechend erhöht. Man erhält z. B. bei einem Totgang von nur 3 Bogengraden bei acht Polpaaren ein Spiel für den Läufer von drei, geteilt durch Übersetzungsverhältnis mal Polpaarzahl, d. h. also 3 . 7 . 8=168 elektrische Grade.The arrangement of the clutch shown in Fig. 2 behind the output is particularly favorable in that it is possible to go through a relatively small angle can achieve a large freewheel angle for the runner, as the gear ratio - in the present case 1: 7 - the angle available for the runner play increased accordingly. One obtains z. B. with a backlash of only 3 degrees of arc eight pole pairs one game for the runner of three divided by the gear ratio times the number of pole pairs, d. H. so 3. 7th 8 = 168 electrical degrees.

Besonders vorteilhaft wirkt sich die Erfindung bei solchen Antrieben aus, die mit einer Rücklaufsperre versehen sind. Eine solche Sperre ist im allgemeinen eine läuferangelenkte Klinke, welche bei einer Bewegung in der falschen Richtung eine Sperrung bewirkt, indem sie durch Fliehkraft in hierzu bestimmte Teile des Ständers eingreift. Es wurde vorgeschlagen, eine derartige Sperre so zu bemessen, daß sie den Läufer in der Stellung des höchsten Anlaufdrehmomentes festhält. Wird beim Gegenstand der vorliegenden Erfindung eine solche Sperre benutzt, dann wird die Anordnung besonders wirksam, da der Läufer in der falschen Richtung durch die Rücklaufsperre gehemmt ist, dagegen durch den Freilauf die Möglichkeit hat, vollkommen widerstandslos in der vorgeschriebenen Richtung anzulaufen, und zwar hat er dabei das maximale Anlaufdrehmoment.The invention is particularly advantageous in such drives which are equipped with a backstop. Such a lock is generally a runner-steered pawl, which when moved in the wrong direction a lock is caused by centrifugal force in certain parts of the Stand intervenes. It has been proposed that such a barrier be dimensioned that it holds the rotor in the position of the highest starting torque. Will in the subject matter of the present invention, such a lock is used the arrangement is particularly effective as the runner is in the wrong direction by the The backstop is inhibited, while the freewheel has the option of completely to run in the prescribed direction without resistance, and he has it with him the maximum starting torque.

Für den Fall, daß der Läufer sofort in der gewünschten Drehrichtung anläuft, ist die Wirkungsweise des Getriebes so, wie bei den in den Figuren dargestellten Anordnungen beschrieben wurde, auch wenn eine Sperrklinke vorgesehen ist.In the event that the rotor immediately rotates in the desired direction starts, the mode of operation of the transmission is the same as that shown in the figures Arrangements has been described, even if a pawl is provided.

Es ist übrigens besonders vorteilhaft, bei Benutzung einer Sperrklinke (und auch ohne diese) den Freilauf über 288 elektrische Grade (entsprechend 36 Bogengraden bei einem 16poligen Läufer) festzusetzen. Dieser Winkel entspricht dem Abstand zwischen der Läuferlage bei Höchstdrehmoment bis zu dem übernächsten magnetischen Haltepunkt.Incidentally, it is particularly advantageous when using a pawl (and even without this) freewheeling over 288 electrical degrees (corresponding to 36 degrees of arc for a 16-pole rotor). This angle corresponds to the distance between the rotor position at maximum torque up to the next but one magnetic stop point.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Gear arrangement for synchronous micro motors with permanent magnet rotor, in which the starting torque depends on the starting position of the rotor depends, characterized in that the rotor opposite the stator is arranged freely rotatable and connected to the output via a backlash, at which a fixed driver part in a slot running in the direction of rotation intervenes.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the starting torque in a certain range of rotor starting positions below the section modulus of the Transmission lies and that the angle of the backlash is at least as large as the called area.

3. Gear arrangement according to claim 1 and 2, characterized in that that the backlash is about 40 electrical degrees, based on the rotor.

4. Gear arrangement according to claim 1 to 3, characterized in that the backlash 180 electrical degrees, based on the runner.

5. Gear arrangement according to claim 1 to 4, characterized by a freewheel clutch in the output of the engine.

6. Gear arrangement according to claim 1 to 5, characterized in that the clutch disc with a the slot (4) corresponding to the backlash angle is provided, in which a on the Runner (1) seated driver pin (5) engages.

7. Gear arrangement according to claim 1 to 5, characterized in that the driving pin (5) is mounted in a running at reduced speed part (7, 11) of the transmission. B. gear arrangement according to claim 1 to 7, characterized in that a backstop is provided with such a dimension that it holds the rotor when starting in the wrong direction of rotation in the position of the highest starting torque. Considered publications: German Patent Nos. 588197, 605 364, 649 031, 823 758, 894 281; French Patent No. 391 202; U.S. Patent No. 1535,639; "E and M", 1944, p. 319.