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Synchron-Kleinstmotor mit Verschiebeläufer Auf dem Gebiet der Kleinstmotoren
hat die Elektrotechnik einen beachtlich hohen Entwicklungsstand erreicht. Elektrische
Kleinstmotoren werden daher zum Antrieb feinmechanischer Getriebe aller Art auf
verschiedensten Gebieten viel angewendet. Besonders günstig sind dabei in vielen
Fällen, z. B. als motorischer Antrieb in Zeitrelais, die Synchron-Kleinstmotoren
wegen ihrer durch die Frequenz des elektrischen Wechselstromnetzes bestimmten gleichbleibenden
Drehzahl. Sowohl die Hysteresis-Synchron-Kleinstmotoren als auch die Synchron-Kleinstmotoren
mit einem polarisierten Läufer, insbesondere einem Dauermagnetläufer, zeichnen sich
im mechanischen Aufbau durch besondere Einfachheit aus.
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Viele feinmechanische Getriebe erfordern indessen statt oder neben
einer umlaufenden Antriebsbewegung auch geradlinige Antriebsbewegungen. Auch hierfür
werden vielfach Kleinstmotoren, insbesondere Synchron-Kleinstmotoren, verwendet,
indem diese mit Getriebemitteln versehen werden, die die umlaufende Antriebsbewegung
des Motorläufers in eine geradlinige Antriebsbewegung umwandelt. Meistens bestehen
diese Getriebemittel aus einer Nockenscheibe auf der Läuferachse und .aus von der
Nockenscheibe betätigten Stößeln. In der überwiegenden Anzahl der Bedarfsfälle werden
indessen zur Erzeugung einer geradlinigen Antriebsbewegung Elektromagnete verwendet,
also eine als Magnet wirkende elektrische Wicklung mit einem dieser vorgelagerten
beweglichen Anker, der durch die Magnetkraft der Wicklung angezogen wird.
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Als eine besondere Ausführungsform solcher Zugmagnete zur Erzeugung
einer geradlinigen Antriebsbewegung sind auch Motoren mit einem sogenannten Verschiebeläufer
bekannt. Man versteht darunter einen Motor, dessen Läufer in axialer Richtung gegenüber
dem Ständer verschiebbar ist und der in seiner Ruhestellung z. B. mittels einer
Federkraft außerhalb der magnetischen Mitte des Ständerfeldes festgehalten wird
und der erst beim Inbetriebsetzen des Motors vom Ständerfeld entgegen der genannten
Federkraft od. dgl. in die magnetische Mitte des Ständerfeldes hineingezogen wird.
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Es ist auch. schon bekannt, einen solchen Motor mit Verschiebeläufer
in der Ausführung als Kleinstmotor anzuwenden. Bekannt ist beispielsweise die Anwendung
eines solchen Kleinstmotors zum Antrieb von Kontaktwählern in Fernsteueranlagen,
die nach dem Start-Stopp-Prinzip arbeiten, wobei die Umlaufbewegung des Motors zum
Antrieb des Kontaktwählers dient und wobei die Axialbewegung des Motorläufers eine
Bremsvorrichtung zum raschen Stillsetzen des Motors und des Kontaktwählers betätigt.
Dazu ist an der Innenseite einer den Läufer abdeckenden Kappe ein Bremsring angeordnet,
gegen den bei Entregung - des Motors die Stirnfläche des Läufers durch Federkraft
gedrückt wird. Die Bremskraft wird also von der Federkraft aufgebracht, während
die vom Ständerfeld auf den Läufer ausgeübte Schubkraft zum Lösen der Bremsvorrichtung
dient. Häufig ist aber in der Praxis eine größere Schubkraft erwünscht. 3e kleiner
der Motor ist, um so schwächer ist das die Schubbewegung des Läufers bewirkende
Ständerfeld des Motors; je schwächer die Schubbewegung ist, um so schwächer muß
die von ihr zu überwindende Federkraft sein; je schwächer aber die Federkraft ist,
um so schwächer und um so unzuverlässiger ist auch die Bremswirkung. Ein weiterer
Mangel eines Kleinstmotors mit Verschiebeläufer ist für viele Anwendungsfälle, insbesondere
bei feinmechanischen Getrieben, daß bei der geringen Schubkraft die Schubbewegung
sehr schleichend ist. Wollte man beispielsweise die Schubkraft zum Ein-oder Ausrücken
einer Stirnzahnradkupplung durch Axialbewegung eines der beiden Kupplungs-Stirnzahnräder
nutzbar machen, so würde das Ein- bzw. Ausrücken nur sehr schleichend erfolgen können.
Ähnliche Schwierigkeiten können sich bei der Nutzbarmachung der Schubkraft zum Betätigen
auch andersartiger Getriebeglieder ergeben. Die geringe Schubkraft und als Folge
davon die schleichende Schubbewegung sind die Gründe dafür, weshalb
Synchronmotoren
mit Verschiebeläufer in der Ausführung als Kleinstmotör in der-Praxis bislang kaum
Eingang gefunden haben.
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Sogar bei größeren Motoren mit Verschiebeläufer, die hauptsächlich
zum Betätigen von Bremsen und Kupplungen, z. B. bei Hebezeugen, angewendet werden,
ist die Schubkraft des Verschiebeläufers vielfach nicht ohne weiteres ausreichend,
und es müssen in solchen Fällen noch zusätzliche Mittel zum Aufbringen der Schubkraft
vorgesehen werden. Vielfach verzichtet man in solchen Fällen auf die Anwendung eines
Verschiebeläufers, indem man wieder auf Zugmagnete zurückgreift und den damit bedingten
höheren Aufwand in Kauf nimmt. Es ist aber auch bekannt, einen Zugmagneten in einer
solchen Weise mit einem Antriebsmotor baulich und wirkungsmäßig zu kombinieren,
daß man bei einem Motor mit Verschiebeläufer zusätzlich einen Magnetanker anbringt,
der, in Form eines den Verschiebeläufer umschließenden und an ihm befestigten Ringes,
zusammen mit dem Verschiebeläufer verschiebbar ist und der sich in einer solchen
Lage in dem magnetischen Anzugsbereich des Magnetfeldes des Motorständers befindet,
daß beim Erregen der Ständerwicklung der Verschiebeläufer nicht nur durch die Wechselwirkung
zwischen Läufer und Ständer in seine Betriebsstellung hineingezogen wird, sondern
zusätzlich auch durch die vom Ständer auf den genannten Magnetanker ausgeübte Anzugskraft.
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Diese bekannte Ausführungsform eines Motors größerer Leistung mit
Verschiebeläufer ist aber nicht geeignet, ohne weiteres auch bei einem Kleinstmotor
angewendet zu werden; es müßten konstruktionsmäßig erhebliche, wenn nicht gar undurchführbare
Änderungen vorgenommen werden, wenn man versuchen wollte, die bekannte Ausführungsform
eines derartigen Motors mit Verschiebeläufer bei einem Hysteresis-Synchron-Kleinstmotor
oder auch bei einem Synchron-Kleinstmotor mit polarisiertem Läufer zü verwenden,
um einen solchen Motor zu seinen elektrischen und aufbaumäßigen Vorteilen noch den
Vorteil einer erhöhten Schubkraft zu verleihen. Es ist zwar auch schon bekannt,
an einem der Kontaktbetätigung in Steuerkreisen dienenden Synchronmotor einen Magnetanker
vorzusehen, der durch die Anziehungskraft des Ständerfeldes des Motors eine Schubbewegung
in der Achsrichtung des Motors ausführt, doch handelt es sich hierbei nicht um einen
Synchronmotor mit Verschiebeläufer. Es ist also nicht der Läufer verschiebbar, sondern
allein der vorerwähnte Anker, der auf einer den Läufer axial durchgreifenden, sich
nicht drehenden Schubstange befestigt ist und mittels dieser eine im Abtrieb des
Läufers vorgesehene Kupplung betätigt.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen Synchron-Kleinstmotor zu schaffen,
bei dem alle geschilderten Schwierigkeiten beseitigt sind. Auch die Erfindung verwendet
dabei einen in der erwähnten, an sich bekannten Weise zusammen mit einem Verschiebeläufer
verschiebbaren Magnetanker, doch bei einer baulich ganz anderen Ausführungs- und
Anordnungsform nicht nur des Magnetankers, sondern auch des Motorständers.
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Synchron-Kleinstmotor mit einem
Ständereisen, das aus beiderseits der Ständerwicklung angeordneten ferromagnetischen
Klauenpolblechen und einem diese Klauenpolbleche magnetisch ' miteinander verbindenden,
axial verlaufenden ferromagnetischen rohrförmigen Verbindungsteil besteht, und mit
einem in der Motorachsrichtung verschiebbaren Verschiebeläufer. Erfindungsgemäß
ist ein solcher Motor dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines ferromagnetischen
Ankers, der zusammen mit dem Verschiebeläufer verschiebbar ist und vom Magnetfeld
des Ständers in der Richtung der Eimückbewegung des Verschiebeläufers magnetisch
angezogen wird, das Ständereisen im Wege seines im wesentlichen ferromagnetisch
geschlossenen Magnetflußkreises außer dem zwischen seinen Polblechzacken vorhandenen
Hauptluftspalt einen Hilfsluftspalt aufweist, in solcher Zueinanderordnung und Ausbildung
dieses Hilfsluftspaltes und des Ankers, daß während des Einrückens des Verschiebeläufers
in seine Betriebsstellung der Anker in das magnetische Kraftfeld des Hilfsluftspaltes
hineingezogen wird und diesen mindestens teilweise magnetisch schließt. Wie hieraus
ersichtlich ist, braucht an dem Aufbau des Motorständers nur eine Kleinigkeit geändert
zu werden. Es ist lediglich erforderlich, an dem Ständereisen des Motors, dessen
magnetischer Kraftlinienkreis bei den bekannten Motoren nur an den Polzacken der
Ständerbleche unterbrochen -ist, zusätzlich zu diesem Hauptluftspalt einen Hilfsluftspalt
vorzusehen, derart, daß bei dem bekannten Einrücken des Verschiebeläufers in das
Ständerfeld gleichzeitig ein Magnetanker in das Kraftlinienfeld dieses Hilfsluftspaltes
hineingezogen wird.
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Durch diese Maßnahme wird ein an einem Synchron-Kleinstmotor mit Verschiebeläufer
anzubringender, der Erhöhung der Schubkraft des Verschiebeläufers dienender ferromagnetischer
Anker mit dem Motor organisch zu einem sehr einfachen Ganzen vereinigt. Besonders
wesentlich ist aber, daß bei dem Motor nach der Erfindung, bei dem also der der
Schubkrafterhöhung dienende ferromagnetische Anker dem genannten Hilfsluftspalt
zugeordnet ist, die Schubkraft des Läufers ganz außerordentlich größer ist als die
Schubkraft des Läufers bei einem Motor, der bei sonst gleichem Aufbau und gleicher
Größe einen solchen Hilfsluftspalt mit Anker nicht aufweist. Die vom Hilfsluftspalt
auf den Anker und über diesen auf den Läufer wirkende Schubkraft erreicht einen
Wert, der etwa hundertfach größer ist als die Schubkraft, die allein der Läufer
durch das Hineingezogenwerden in das Ständerfeld beim Nenndrehmoment erfährt; gegenüber
der erstgenannten Schubkraft ist die zweitgenannte Schubkraft beim Motor nach der
Erfindung praktisch vernachlässigbar klein.
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An Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele eines
Motors nach der Erfindung wird diese näher erläutert.
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In F i g. 1 besteht der Ständer eines Hysteresis-Kleinstmotors aus
der Erregerwicklung 1, den diese Wicklung in bekannter Weise außen klauenförmig
umgreifenden Polblechen 2, den zwischen je zwei Polblechen eingefügten Kupferscheiben
3 und dem die Polbleche 2 miteinander verbindenden, axial angeordneten rohrförmigen
Verbindungsteil 4 aus ferromagnetischem Werkstoff. Der Verbindungsteil 4 hat einen
ringförmigen Luftspalt als Hilfsluftspalt. Die hierdurch magnetisch und elektrisch
voneinander getrennten Stücke des Verbindungsteiles 4 werden von einem Zwischenstück
5' aus Isolierstoff mechanisch zusammengehalten. Der Läufer 6 des Motors trägt
einen
Blechstreifen 7 aus Hysteresiswerkstoff und ist auf der Achse 8 befestigt, die in
den beiden Lagern 9 gelagert ist.
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Im Inneren des Verbindungsteiles 4 ist auf der Achse 8 ein zylindrischer
ferromagnetischer Anker 10 mit einem konischen Ansatz 10' fest angebracht. Außerdem
kann der Innenraum des Verbindungsteiles 4 auch als Ölvorratsraum für die Schmierung
der Lager 9 dienen.
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Eine nicht mitgezeichnete Feder od. dgl. drückt die Läuferachse 8
und somit den ganzen Läufer 6 nach rechts, hält also den Läufer in seiner in der
Zeichnung dargestellten ausgeschobenen Endstellung. Im Bereich des vom Hilfsluftspalt
5 des axialen Rohres 4 gebildeten magnetischen Engpasses befindet sich hierbei der
konische Ansatz 10' des Ankers 10, während sich der zylindrische Teil des Ankers
10 außerhalb des Engpasses befindet.
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An dem freien Ende der Läuferachse 8 können irgendwelche nicht mitgezeichnete,
durch die Läuferverschiebung zu betätigende Vorrichtungen angeschlossen werden.
Ferner ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel an dem einen Ende der Läuferachse
8 noch ein Zahnrad 11 angebracht, das, wenn es nach links gerückt wird, mit dem
Zahnrad 12 in Eingriff kommt. Dieses Zahnrad 12 kann als Abtrieb des Motors nutzbringend
angewendet werden, beispielsweise zum Betätigen elektrischer Kontakte oder zur Verwendung
des Motors als Zeitmotor bei Zeitrelais, bei denen der Zeitzeiger vom Getriebe entkuppelt
wird, um wieder in seine Nullage zurückfallen zu können.
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Die Wirkungsweise des Ausführungsbeispiels der Fig. 1 ist folgende:
Wird die Erregerwicklung 1 an Spannung gelegt, so erfolgen der Anlauf und das Einrücken
des Läufers wie bei jedem bekannten Motor mit Verschiebeläufer durch die Wechselwirkung
zwischen Ständer und Läufer; d. h., der Läufer wird entgegen der nicht mitgezeichneten
Feder od. dgl. in seine magnetisch günstigste Lage gegenüber dem Ständerfeld hineingezogen.
Da aber im vorliegenden Falle beim Einrücken des Läufers gleichzeitig der Anker
10 in den Streufeldbereich des Hilfsluftspaltes 5 gelangt, wie dies in der F i g.
2 andeutungsweise dargestellt ist, so erfolgt das Einrücken des Läufers mit wesentlich
größerer Kraft und Geschwindigkeit. Durch den konischen Ansatz 10' des Ankers wird
diese günstige Wirkung noch gefördert; an sich könnte der Ansatz 10' jedoch auch
fehlen.
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Praktisch ist also der dargestellte Erfindungsgegenstand ein die Einschiebebewegung
fördernder Zugmagnet, bestehend aus dem Hilfsluftspalt 5 als Erregerteil und dem
Anker 10. Die dargestellte Verwendung eines Hilfsluftspaltes in dem ohnehin vorhandenen
axialen Verbindungsteil des Motorständers als Magneterregung bedingt aber einen
viel geringeren Aufwand bei unveränderten Außenmaßen des Motors als etwa das Anbauen
einer zusätzlichen Magnetwicklung außen am Motor, die vom Erregerfeld des Motors
unabhängig ist und lediglich mittels Kontakten od. dgl. jeweils gleichzeitig mit
der Motorerregung ein- und ausgeschaltet wird.
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Der Erfindungsgegenstand ist an die baulichen Einzelheiten des in
Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels nicht gebunden, soweit sich seine Abwandlungen
im Rahmen des offenbarten Erfindungsgedankens halten. Beispielsweise kann der Motor
auch einen polarisierten Läufer haben, sofern auch dieser an seinen Stirnseiten
klauenförmige Polbleche hat, die durch einen axial verlaufenden ferromagnetischen
rohrförmigen Verbindungsteil miteinander verbunden sind. Ferner kann der Motor nach
der Erfindung statt mit einem Außenläufer auch mit einem Innenläufer versehen werden,
wie es noch in F i g. 3 andeutungsweise gezeigt ist. Die Teile 101, 102 usw. entsprechen
hier in ihrer Bedeutung und Wirkungsweise den Teilen 1, 2 usw. in F i g. 1, so daß
sich eine weitere Erläuterung dieses Beispiels erübrigt.