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Synchronkleinmotor mit Dauermagnetläufer Da eine einphasige Magnetständeranordnung
grundsätzlich nur ein Wechselfeld und kein Drehfeld erzeugt, hat man bei Einphasenmotoren
zur Erzeugung eines Drehfeldes (beispielsweise zum Zwecke des Anlaufes in der gewünschten
Richtung) Ständer mit Spaltpolen eingeführt. Bei größeren Wechselstrommotoren ordnet
man die Hauptpole und Hilfspole in einem Abstand von 90° elektrischen Graden an
und führt dem Hilfspol eine um 90° (beispielsweise mittels Kondensator) gegenüber
der Netzspannung verschobene Spannung zu. Da der Phasenvcrschiebungswinkel und der
Winkel zwischen Haupt- und Hilfspol 90° betragen, ergibt diese Anordnung ein kreisförmiges
Drehfeld.
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Bei Kleinmotoren ist der Aufwand eines Kondensators zur Erzeugung
der zwischen Haupt- und Nebenpol erforderlichen Phasenverschiebung aus wirtschaftlichen
Gründen nicht vertretbar. Man hat daher nach dem bereits erwähnten Spaltpol-Prinzip
für kleine Motoren Nebenpole mit Kurzschlußringen umgeben (»belastet«), so daß der
Fluß in diesen Nebenpolen gegenüber dem Hauptpol phasenverschoben ist. Es läßt sich
jedoch nicht erreichen, daß diese Phasenverschiebung der beiden Flüsse 90° wird,
sie bleibt vielmehr erheblich unter diesem Betrag, beispielsweise bei 40°. Sind
nun die Haupt- und Nebenpole gleichmäßig auf dem Umfang des Polzackenkäfigs angeordnet,
so daß zwischen Haupt- und Nebenpolen jeweils ein Winkel von 90 elektrischen Graden
liegt, dsnn wird kein kreisförmiges, sondern ein elliptisches Drehfeld erzeugt.
Um bei einer zeitlichen Phasenverschiebung, welche weniger als 90° beträgt, ein
kreisförmiges Drehfeld zu erhalten, ist es erforderlich - wie sich analvtisch beweisen
läßt, -den Abstand zwischen dem Hauptpol und dem zugehörigen Nebenpol mit (180 -g9)
elektrischen Graden festzusetzen. Der Hilfspol der einen Ständerhälfte käme hierbei
sehr nahe an den Hauptpol der nächsten Ständerhälfte heran, denn wenn der Abstand
zwischen zwei entgegengesetzten Hauptpolen 180° beträgt, würde der Nebenpol der
einen Ständerhälfte von dem Hauptpol der anderen Ständerhälfte nur um 40° entfernt
sein. Dieser Abstand ist für die zur Erzielung eines ausreichenden Flusses erforderliche
Breite der Polzinken unzureichend.
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Es sind Magnetständerpolanordnungen bekanntgeworden, bei welchen die
Gesamtpolzahl des Ständers gegenüber der Läuferpolzahl auf etwa die Hälfte herabgesetzt
ist und die belasteten sowie unbelasteten Polzinken jeder Ständerhälfte in mehreren
Gruppen von aufeinanderfolgenden gleichartigen Polen (nämlich Gruppen, bestehend
lediglich aus Hauptpolen und ebenso Gruppen aus Nebenpolen) zusammengefaßt sind.
Dabei sind die Teilpole entweder in beiden Ständerhälften unregelmäßig verteilt,
oder sie haben Polflächen, die teils axial, teils radial gerichtet sind. Bei diesen
Anordnungen sind die Hauptpole und Nebenpole so gegeneinander versetzt, daß zwischen
Haupt- und Nebenpolen der gleichen Ständerhälften ein Abstand von (180-<9+n-360)
elektrischen Graden liegt; darin. ist gg =zeitliche Phasenverschiebung zwischen
den Kraftflüssen in den belasteten und unbelasteten Polzinken; iz=beliebige ganze
Zahl oder Null.
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Die genannte Gruppeneinteilung hat den Nachteil, daß mindestens an
zwei Stellen Einzelpole der beiden aufeinanderfolgen.den Gruppen sich überlappen.
Um diese Schwierigkeit zu verhindern, hat man einfach an diesen Grenzstellen jeweils
einen Pol weggelassen, so daß die Gesamtzahl der Ständerpole noch geringer wird,
als die Hälfte der Läuferpole, wodurch eine Drehmomentverringerung verursacht wird.
Um nun die Ständerpolzahl genau auf die Hälfte der Läuferpolzahl zu bringen, wurden
bei einer anderen bekannten Anordnung die Polflächen unsymmetrisch angeordnet, d.
h., die verschiedenen Ständerpole sind beim gleichen Motor teils axial, teils radial
gerichtet. Diese Lösung bringt den Nachteil einer komplizierten Fertigung mit sich.
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Durch die Erfindung wird, eine Ständeranordnung angegeben, bei welcher
die Polzahl 500!o der Läuferpolzahl beträgt und trozdem eine einfache Herstellungsweise
ermöglicht wird. Die, Erfindung betrifft einen Synchronkleinmotor mit Dauermagnetläufer,
dessen Anzahl der am Umfang verteilten Pole durch vier teilbar ist, und mit einem
aus zwei Hälften jeweils entgegengesetzter Polarität zusammengesetzten Ständer,
von welchen sowohl unbelastete Polzinken als auch durch Kurzschlußrin.ge belastete
Polzinken
ausgehen und zu einem Polzinkenkäfig angeordnet sind,
wobei der Abstand zwischen einem Hauptpol und dem zugehörigen Nebenpol in der Drehrichtung
180 - cp -I- n # 360 elektrische Grade beträgt (worin cW=zeitliche Phasenverschiebung
zwischen den Kraftflüssen in den belasteten und unbelasteten Polzinken; it=beliebige
ganze Zahl oder Null). Die neue Anordnung gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß der Polzackenkäfig in Polbogen von 720° unterteilt ist, welche durch Hauptpole
der einen Polarität begrenzt sind, und daß innerhalb dieses Bogens ein Hauptpol
der entgegengesetzten Polarität sowie zwei unmittelbar aufeinanderfolgende Nebenpole
verschiedener Polarität angeordnet sind.
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Ein Ausführungsbeispiel des Motors nach der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt, und zwar zeigt
Fig. 1 die Abwicklung der Polanordnung des Motors,
während Fig. 3 und 4 schematische Darstellungen der beiden Ständerhälftzn sind;
Fig. 2 bringt zum Vergleich des Motors gemäß der Erfindung einen »theoretischen«
Motor, bei velchein die Zahl der Ständerpole gleich ist der Zahl der Läuferpole.
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Es handelt sich um einen 16poligen Motor, dessen Läufer mit L und
dessen beide Ständerhälften mit A bzw. B bezeichnet sind. Die Dauermagnetläuferpole,
welche mit Ar (Nord) und S (Süd) bezeichnet sind, dienen in ihrer Abwicklung als
»Maßstab« für die Ständerpolanordnung. Die Läuferpole sind in gleichmäßigen Abständen
von 180 elektrischen Graden am Läuferumfang verteilt, d. h. also, der Abstand zwischen
zwei Läuferpolen beträgt 180°. Bei den Polen der Ständerhälften A und
B dienen die Bezugszeichen H und N für die Kennzeichnung des Hauptpols bzw.
Nebenpols. Zur klareren Veranschaulichung, der Nebenpole sind diese (AN und
BN) in Kreise gefaßt, welche die Kurzschlußringe andeuten. Die die beiden Ständerhälften
magnetisierende gemeinsame Ankerspule, welche der Einfachheit halber nicht dargestellt
ist, erregt die Ständerbleche so, daß in jedem Zeitpunkt in den beiden Ständerhälften
Magnetpole entgegengesetzter Polarität erzeugt werden; in dem Augenblick, in welchem
AH ein Südpol ist, wird. in BH ein Nordpol induziert.
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Wenn man von rechts den Ständerpol:en folgt, so findet man, daß der
erste in Fig. 1 dargestellte Pol ein Hauptpol der Ständerhälfte A ist (AH). Die
Polbezeichnung AH wiederholt sich nach je vier Läuferpolteilungen, welche
zusammen einem Polbogen von 4-180'= 720° entsprechen. Innerhalb eines jeden solchen
Bogens wiederholt sich die im ersten Bogen dargestellte Reihe.
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AH-BH-BN-AN-AH. Selbstverständlich kann die Reihe von rechts angefangen
auch anders verlaufen, z. B.
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AH-AN-BI\T-BH-AH. Eine dritte Möglichkeit ist eine Kombination der
beiden Polanordnungen, welche folgenden Verlauf hat: AH-BH-BN-AN-AH-AN-BN-BH-AH.
Wenn die diametral gegenüberliegenden Pole einer Ständerhälfte durch Linien verbunden
werden (Fig. 3 und 4), so bilden sowohl die belasteten als auch die unbelasteten
Pole unter sich einen symmetrischen Polstern. Die beiden Kupfer-Kurzschlußringe
sind mit KA bzw. KB bezeichnet. Die einzelnen Pole sind bei jedem Stern gleichmäßig
im Abstand von vier Polteilungen = 720° elektrisch =
räumlich am Umfang verteilt. Beide Sterne einer Ständerhälfte sind gegeneinander
um einen Winkel versetzt, der bei der einen Ständerhälfte m = (180 - (p) elektrisch
räumlich, bei der anderen Ständerhälfte n = (180 -I- q9) ° elektrisch
räumlich. Die beiden Ständerhälften werden so zusammengesteckt, daß jeweils zwei
belastete Pole entgegengesetzter Polarität im Abstand einer halben Polteilung q
=180' elektrisch
räumlich aufeinanderfolgen. Die Erzeugung annähernd gleich großer Kraftflüsse in
den Spaltpolzinken geschieht durch entsprechende Verkleinerung des magnetischen
Widerstandes im Pfad für den Kraftfluß des belasteten Polzinkens. Dies kann man
erreichen durch an sich bekannte Mittel wie Querschnittsvergrößerung, Polflächenvergrößerung
oder Luftspaltverkleinerung.
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Für vorliegende Beispiele ergeben sich für die drei Winkel folgende
räumliche Größen: m =17,5°,n = 27,S° und q = 22,5°.
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Die in Fig.2 dargestellte Abwicklung des »theoretischen« Motors soll
veranschaulichen, daß der ausführende Motor nach Fig. 1 in seiner Wirkungsweise
äquivalent denn theoretisch vollkommenen Motor ist. Der Motor nach Fig. 2 weist
außer den nur angedeuteten sechzehn Läuferpolen zweiunddreißig Ständerpole auf,
und zwar sechzehn Hauptpole (AH, BI-I) und sechzehn Nebenpole (belastete
Pole A N , BN). Zunächst ist aus der Zeichnung zu entnehmen, daß zahlreiche
Polzinken sich mit benachbarten Polzinken überdecken. Um den dabei auftretenden
magnetischen Kurzschluß zu vermeiden, kann man jeweils den einen der beiden sich
bedeckenden Pole durch eine Verschiebung um n - 3E0° (elektrisch) in eine andere,
für diesen Zweck freigehaltene Polteilung verschieben. Das derartige Verschiebungen
(Periodenversatz) möglich und `zweckmäßig. sind;. ergibt sich aus folgender Betrachtung:-
-- Bei gewöhnlichen Spaltpolmotoren entsteht das ellil,-tischeDrehfelddurch Spaltpolgruppen
von jedelmal vier Kraftflüssen, die z. B. in der Reihenfolge BN'-BT-7-AN
AH aufeinanderfolgen. Berücksichtigt man, daß bei vielpoligen Motoren jede
Polpaarteilung eine solche drehfeldbildende Spaltpolgruppe erfaßt, daß jede Spaltpolgruppe
bei einem gleichmäßig geteilten Magnetläufer anteilig an der Drehmomentbildung beteiligt
ist und daß man ganze Spaltpolgruppen weglassen kann, ohne daß sich, abgesehen von
einer entsprechenden Verminderung des Drehmomentes. grundsätzlich etwas ändert,
so ergibt sich die Möglickeit, durch Entfernung einer entsprechenden Anzahl von
Spaltpolgruppen den nötigen Platz zur Unterbringung der zu verschiebenden Pole bereitzustellen.
Die auf diese Weise entfallenden Pole sind in Fig. 2 schraffiert.
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Bei dem Motor, auf den sich die Erfindung bezieht, ist es in Anwendung
des Periodenversatzes durch planmäßige Polverschiebungen der genannten Art gelungen,
zu erreichen, daß sich der Ring über den
vollen Umfang des Ständerpolkreises
zwanglos schließt (Fig. 1, 3, 4). Dabei wurde die Hälfte der normalerweise vorhandenen
Ständerpolpaarteilungen für den Versatz frei gemacht. Die nicht schraffierten Pole
in Fig.2 entsprechen der Polanordnung nach Fig. 1. Weiterhin läßt sich aus Fig.
2 erkennen, daß die versetzten Pole (schraffiert) nacheinander in regelmäßige: Folge
die Pole einer vollen Spaltpolgruppe umfassen. Da diese Pole jeweils um 360° oder
um ein Vielfache von 360° versetzt worden sind und da eine Polverschiebung tim eine
volle Spaltpolgruppe auf einen gleichmäßig geteilten Magnetläufer wieder dieselbe
Wirkung ausübt wie in der Anfangsstellung, so muß der Läufer genau so reagieren,
als ob ein Kreisdrehfeld vorhanden wäre.