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Anordnung zur Verbesserung der Anlaufeigenschaften selbstanlaufender
Synchronkleinmotoren Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur
Verbesserung der Anlaufeigenschaften selbstanlaufender Synchronkleinmotoren, insbesondere
mit permanentmu gnetischem Läufer, bei denen aufeinanderfolgenden Ständerpolen Läuferpöle
abwechselnder Polarität gegenüberstehen.
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Eine der Schwierigkeiten, die bei dem Bau von Synchronkleinmotoren
immer wieder auftritt, ist die, daß eine bestimmte Anlaufrichtung nicht sichergestellt
ist. Die bisher bekanntgewordenen Synchronkleinmotoren sind daher mit zusätzlichen
Gesperren ausgerüstet, die den Anlauf in falscher Richtung verhindern. Das Bestreben
geht nun dahin, durch geeignete Ausbildung der Synchronkleinmotoren diese Gesperre
überflüssig zu machen. Bei einem bekannten Synchronkleinmotor mit einem Ständer
der sogenannten Klauentype, dessen Läufer aus einer Reihe von Dauermnagnetstäben
besteht, die durch urmagnetisches Material zusammengehalten werden, hat man versucht,
des dadurch zu erreichen, daß einerseits die D.auermagnetstäbe 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 stehen
jedoch die beiden Polflächen der Läuferdauermagnetstäbe mit gleichem Gewicht zwei
Ständerpolflächen gegenüber, so daß auch dabei wiederum eine gewisse Symmetrie erzielt
wird. Ein derartiger Läuferaufbau erfordert jedoch einen recht erheblichen fabrikatorischen
Aufwand, so daß derartige Läufer sich Bricht durchsetzen konnten. Insbesondere ist
diese Lösung nicht anwendbar, wenn als Dauermagnetkörper eine axialm@agnetisierte
Scheibe dient, die auf ihren Stirnseiten weichmagnetische Deckscheiben trägt, von
denen die Polflächen abgehen.
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Eine andere bekanntgewordene Lösung setzt das Vorhandensein von Ständerhauptpolen
und Ständerhilfspolen voraus. Dabei erhält wenigstens einer der Stän:derhauptpole
oder der Ständerh@ilfspole eine andere tangentlale Polstirnenlänge als die übrigen
Pole. Diese Lösung ,ist jedoch nicht anwendbar bei in reinem Wechselfeld anlaufenden
Synchronmotoren, bei denen Hilfspole nicht vorhanden sind.
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Es sind auch Synchronkleinstmotoren mit einschwingendem Anlauf bekannt,
deren Läufer aus einem dauermagnetischen Werkstoff bestehen. Der Läufer besteht
dabei -aus einer Reihe von Doppelzacken und isst so magnetisiert, d aß aufeinanderfolgende
Doppelzacken unterschiedliche Polarität besitzen. Dabei wird die Polteilung des
Läufers so gewählt, daß sie nicht mit der Teilung der Ständerpole übereinstimmt,
sondern abwechselnd um ungefähr eine halbe Ständerpolbreite versetzt ist. Durch
diese bewußte Ursymmetrie wird nun 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, und dann die schwingende Bewegung
des Läufers in eine Drehbewegung übergeht. Bei .diesen Läufern ist daher die Drehrichtung
nicht eindeutig bestimmbar. Sie müssen also gleichfalls mit einer Rücklaufhemmung
versehen werden.
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Es wurde nun gefunden, daß .es in bestimmten Fällen möglich ist, die
Mängel der bekannten Motoren zu vermeiden und ebenfalls durch Anwendung einer Ursymmetrie
die Anlaufwahrscheinlichkeit des Motors in einer vorherbestimmten Richtung wesentlich
zu erhöhen. Dies ist mit einer Anordnung zur Verbesserung der Anlaufeigenschaften
selbstanlaufender Synchronkleinmotoren, insbeondere mit permanentmagnetschem Läufer,
bei. denen aufeinanderfo,l@genden Ständerpolen Läuferpole abwechselnder Polarität
gegenüberstehen, möglich, deren erfinderische Merkmale .darin bestehen, daß wenigstens
einer der Läufer-oder der Ständerpole breiter und ein ihm nicht unmittelbar benachbarter
Läufer- oder Ständerpol um einen entsprechenden Wert schmaler ist als die anderen
Pole. Zum Ausgleich der durch die unterschiedliche Polbreite bedingten Mas:senunsymmetrie
ist es zumindest bei sehr kleinen und leichten Läufern vorteilhaft, mit ihnen zusätzliche
Massen, beispielsweise in Scheibenform, zu verbinden. Diese zusätzlichen Massen
bewirken auch zugleich einen ruhigen Lauf. Gerade bei sehr trägheitsarmen Läufern
bestellt die Gefahr eines unruhigen Anlaufes, die dadurch überwunden wird.
In
der Zeichnung ist an Hand schematischer Figuren (Polabwicklungen) die Wirkungsweise
des neuen Motors nach der Erfindung erläutert. Die Fig. 1 bis 3 zeigen die Verhältnisse
bei herkömmlichen Motoren, während Fig. 4 und 5 Abwicklungen des neuen Motors darstellen.
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In Fig. 1 sind .die acht dauermagnetisierten Läuferpole durch entsprechende
Schattierung der Flächen erkennbar. Die ihnen gegenüberliegenden Weicheisen-Ständerpole
sind nicht erregt, und daher stellt sich der Läufer in die in der Zeichnung angegebene
Lage :ein: die Dauermagnete stellen sich gleichachsdig zu den Wescheisenpolen.
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Wird nun der Ständer dadurch erregt, daß die Ständerspule an Spannung
gelegt wird, so ergeben sich für den Anlauf grundsätzlich zwei. Möglichkeiten, je
nachdem die sofort nach dem Einschalten auftretende Halbwelle ein magnetisches Feld
in dem einen. oder anderen Sinne hervorruft. Betrachtet man .den in Fig. 2 .dargestellten
Zustand, so ist diejenige Halbwelle wirksam, welche in den Ständerpolen die den
gegenüberstehenden Läuferpolen entgegengesetzte Polarität erzeugt. Die in Fig. 1
dargestellte Stillstandwi.rkung wird hierdurch nur erhöht, und der Motor läuft nicht
an, solare die Halbwelle dauert. Das in Fig. 2 dargestellte System ist mithin stabil.
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Sowie die nächste Halbwelle beginnt, herrscht der in Fig. 3 dargestellte
Zustand. Im Ständer werden Magnetfelder induziert, welche in den Ständerpolen eine
den jeweils gegenüberliegenden Läuferpolen gleichnamige Polarität erzeugen. Die
Ständerpole trachten also die Läuferpole abzustoßen, und zwar grundsätzlich in radialer
Richtung. Diese Abstoßungskraft hat keine tangentiale Komponente, so daß rein theoretisch
keine Drehbewegung zustande kommt. Es ist aber klar, -daß bei der geringsten Auslenkung
des Läufers aus der dargestellten Anfangslage die Abstoßungskräfte eine tangentiale
Komponente aufweisen, welche eine Drehbewegung in Richtung der Auslenkung und damit
eine Vergrößerung .der tangentialen Komponente verursachen, so daß der Anlauf des
Motors bewirkt wird; je nachdem, ob der erste Anstoß in der einen oder anderen Richtung
erfolgt, läuft der Motor in dem einen oder anderen Drehsinne an. Das System befindet
sich also in einer labilen Lage.
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In den Fig. 4 und 5 .ist die Anfangslage eines Motors gemäß der Erfindung
dargestellt. Der Motor unterscheidet sich von den herkömmlichen dadurch, daß der
Läuferpol 3 schmaler und der Läuferpol 6 breiter als die übrigen Pole ausgebildet
.ist. Der Läufer steht in Fig. 4 etwa in der in Fig. 1 angedeuteten Anfangslage,
welche vor dem Einschalten der Ständerspule eingenommen wird. Entstehen nun bei
Erregung der Ständerspule Pole mit -den Läuferpolen entgegengesetzter Polarität,
so ist, da die meisten Pole (1, 2, 4 usw.) sich festhalten, praktisch ein stabiler
Zustand vorhanden. Die Läuferpole 3 und 6 werden zwar versuchen, sich im Pfeilsinne
zu bewegen, da ihre magnetischen Schwerpunkte nicht unmittelbar unter den Schwerpunkten
der entsprechenden Ständerpole stehen. Selbst wenn die Kraft der Pole 3 und 6 stark
genug ist, die Haltekraft .der übrigen Pole zu überwinden und eine Bewegung im Pfeilsinne
zu bewirken, so muß diese Bewegung bald aufhören, :denn sowie die Läuferpole 3 und
6 mit ihren entsprechenden Ständerpolen gleichachsig sind, üben sie keine im Pfeilsinne
gerichtete magnetische Zugkraft mehr Suds, sie halten sich in dieser Lage fest.
Hinzu kommt, daß die anderen Pole weiterhin gegen den Pfeilsinn wirken und daß der
zurückgelegte Weg zu kurz war, um genügend lebendige Energie im Läuferkörper ausreichend
zum Durchlaufen des Totpunktes zu speichern. Es herrscht also bei dieser Halbwelle
dauernd ein stabiler Zustand.
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Wird nun, wie in Fig. 5 dargestellt, .die zweite Halbwelle wirksam,
so daß gegenüber den dauermagnetischen Läuferpolen jeweils gleichnamige Ständerpole
erzeugt werden, dann ist der in Fig. 3 beschriebene labile Zustand hergestellt,
und nunmehr wird durch die Ausführungsform gemäß der Erfindung ein Impuls -in der
gewünschten, durch den Pfeil dargestellten Richtung erteilt, welcher den Anlauf
im Sinne des Pfeiles bewirkt.
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Die hierbei in Betracht kommenden Kräfte sind folgende 1. Ständer-
und Läuferpo13 stoßen einander ab; da ihre magnetischen Mittelpunkte auf verschiedenen
Radien liegen, hat die Abstoßungskraft eine tangentiale Komponente im Sinne des
Pfeiles. Dasselbe gilt für Ständer- und Läuferpol 6.
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2. Die Ständerpole 2 und 4 üben eine Zugkraft auf den Läuferpol 3
aus, wobei jedoch infolge der unsymmetrischen Form des Läuferpoles ein Kräfteüberschuß
im Sinne des Pfeiles entsteht.
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3. Die Ständerpole5 und 7 üben eine Zugkraft auf den Läuferpol 6 aus,
wobei - wieder infolge der unsymmetrischen Form -ein Kräfteüberschuß im Sinne der
Pfeilrichtung .auftritt.
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Die Summe der genannten Effekte bewirkt eine Auslenkung des Läufers
im Pfeilsinne, und da es sich um ein labiles System handelt, werden sofort die zwischen
den einander gegenüberstehenden Polen vorhandenen Abstoß:ungskräfte dadurch wirksam,
daß infolge der Anfangsverschiebung des Läufers bei sämtlichen Polen Tangentialkompornenten
entstehen und dem Läufereinen kräftigen Impuls erteilen. Gleichzeitig erhöhen sich
.die Zugkräfte, welche die Ständerpole auf die benachbarten (nicht die gegenüberstehenden)
Läuferpole ausüben, nämlich die Zugkraft des Ständerpols 1, 2, 3, 4 usw. auf den
Läuferpol 2 bzw. 3, 4, 5 usw.
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Somit ist der Anlauf in der gewünschten Richtung gewährleistet.