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Synchronmotor mit vorbestimmter Anlaufrichtung Die Erfindung bezieht
sich auf einen in vorbestimmter Anlaufrichtung selbstanlaufenden Synchroninotor
mit einem eine Vielzahl unabgeschirmter und durch Flußverzögerungsmittel abgeschirmter,
magnetisierbarer Pole aufweisenden Stator und einem mit diesem Stator zusammenwirkenden
aus ferritischem Material bestehenden, im wesentlichen homogenen, ringförmigen Rotor,
der an seinem Umfang in Umfangsrichtung eine der Anzahl der Statorpole entsprechende
Anzahl von permanentmagnetisehen Polen aufweist, deren Polarität in Umfangsrichtung
des Rotors von Pol zu Pol wechselt, wobei zur Erzielung des Selbstanlaufens in vorbestimmter
Anlaufrichtung Unsymmetrien im Feldverlauf der Rotorpolanordnung vorgesehen sind.
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Bei bekannten bzw. vorgeschlagenen Motoren wurden in verschiedener
Weise solche Unsymmetrien im Feldverlauf der Rotorpolanordnung dazu ausgenutzt,
sicherzustellen, daß ihr Rotor stets nur in der gewünschten Drehrichtung anläuft.
Bei einem der be-
kannten Einphasensynchronmotoren sind an mindestens einem
der Rotorpole geometrische Unsymmetrien gegenüber der gleichmäßigen Polteilung der
übrigen Rotorpole vorgesehen, indem die Polflächen verbreitert oder schmäler ausgeführt
sind als die Polflächen der übrigen Pole. Für die Rotoren verwendet man dabei ein
Material hoher Koerzitivkraft, damit sich die auf ihnen aufmagnetisierten Magnetbereiche
nicht gegenseitig löschen oder auf den Rotor einwirkende Felder die Stärke der Magnete
bleibend heruntersetzen können.
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Solche Anordnungen haben den Nachteil, daß sich durch die Änderung
der geometrischen Ab-
messungen der Polfläche auch der Streufluß und die Kopplung
mit den benachbarten und gegenüberliegenden Polen ändert, die dabei entstehenden
Verhältnisse undurchsichtig werden und nur durch Versuche jeweils günstige geometrische
Größen und Formen des betreffenden Pols festgelegt werden können.
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Die Erfindung setzt sich zur Aufgabe, eine Polanordnung anzugeben,
bei der sich, abgesehen von der Magnetisierungsstärke, der grundsätzliche Verlauf
der magnetischen Felder der einzelnen Pole nicht ändert, um so übersichtliche Magnetisierungsverhältnisse
zu erhalten und außerdem Pole anzugeben, die unter Einhaltung enger Toleranzen schnell
und einfach aufmagnetisiert werden können. Vor allem können schon bestehende Aufmagnetisieranlagen
mit nur geringen Änderungen dazu benutzt werden, die Lehre nach der Erfindung zu
verwirklichen. Ebenso wie bei der bekannten Anordnung kann dabei auch auf Änderungen
auf der Statorseite des Motors verzichtet werden.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß alle Rotorpole in gleichem
Abstand voneinander angeordnet sind und mindestens ein Rotorpol eine sich von den
übrigen gleich stark aufmagnetisierten Rotorpolen wesentlich unterscheidende Aufmagnetisierungsstärke
aufweist. Die Lage der Rotorpole ändert sich also nicht, sondern nur seine magnetische
Stärke.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Rotorausbildung
und der zugeordneten, an sich bekannten Statorausbildung dargestellt. Es zeigt F
i g. 1 eine Ansicht der Teile eines zerlegten Synchronmotors und die relative
Stellung der Teile zueinander, F i g. 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht
des Motors nach F i g. 1, nach dem Zusammensetzen, F i g. 3 eine Ansicht
des Rotors in vergrößertem Maßstab in Richtung seiner Drehachse, F i g. 4
eine schematische Ansicht einer Einrichtung zum Induzieren der magnetisierten Bereiche
des Rotors gemäß F i g. 3.
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Der in den F i g. 1 und 2 dargestellte Motor weist in übereinstimmung
mit einer an sich bekannten Motorausführung ein napfförmiges, gleichzeitig als erstes
abgeschirmtes Polglied dienendes Motorgehäuse 1 aus magnetischem, # metallischem
Material, einen ersten nicht magnetischen metallischen Ab-
schirinring
2, ein erstes magnetisches, metallisches, nicht abgeschirmtes Polglied
3, eine Wechselstromfeldspule 4, ein zweites magnetisches, metallisches,
nicht abgeschirmtes Polglied 5, einen zweiten nicht magnetischen, metallischen
Abschirmring 6 und eine magnetische, metallische Gehäuseverschlußscheibe
7
auf, die auch als zweites abgeschirmtes Polglied dient. Der Motor weist
ferner einen keine mechanisch ausgeprägten Pole aufweisenden Rotor 8 auf.
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Die Wechselstromfeldspule4 ist mit ihren Windungen 14 auf einem Spulenkörper
12 mit einer zentralen Öffnung 13 angeordnet. Die Anschlußleitungen zum Anschluß
der Spule an eine geeignete Wechselstromquelle sind bei 15 angedeutet.
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Die zentrale Öffnung 13 der Spulenfonn ist kreisförmig und
hat einen Durchmesser, der etwas größer als der Durchmesser des Rotors
8 ist. Der Rotor läuft innerhalb der Öffnung 13, wenn der Motor gemäß
F i g. 2 zusammengebaut ist.
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Die Rotorwellenlager 16 und 17 sind in die Mittelöffnungen
an der flachen Endwand 11 des Gehäuses 1
und in den Gehäusedeckel
7 eingesetzt.
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Die zentralen öffnungen 9, 10 der nicht abgeschirmten Polglieder
3 und 5 haben Durchmesser, die im wesentlichen gleich dem Durchmesser
der zentralen Öffnungen 13 des Spulenkörpers 12 sind. An den Umfängen der
Öffnungen 9 bzw. 10 sind Langpole 22 und 23 angeordnet, die
senkrecht zur Ebene der ringförTnigen Glieder angeordnet sind. Die Pole 22 und
23 der Glieder 3 und 5 sind so angeordnet und von einer solchen
Länge, daß beim Zusammenbau der Glieder mit der Spule gemäß F i g. 2 die
Pole 22 und 23 ineinandergreifen. Damit ist an der Oberfläche der Spulenöffnung
13 abwechselnd ein Pol 22 und dann ein Pol 23 angeordnet.
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In ähnlicher Weise greifen beim Zusammenbau der abgeschirmten Polglieder
11 und 7 die Pole 24 und 25 ineinander, so daß ebenfalls an
der Oberfläche der Spulenöffnung 13 abwechselnd ein Pol 24 und dann ein Pol
25 angeordnet ist.
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Der Stator ist mit einer größeren Zahl von abgeschirmten Polen als
nicht abgeschirmten Polen versehen, welche in an sich bekannter Weise abwechselnd
ineinandergreifen. Und zwar sind diese Pole einerseits in zwei einander diametral
entgegengesetzten Gruppen von je vier im gleichmäßigen Ab--stand angeordneten,
nicht abgeschirmten Polen 22 .und 23 angeordnet. In ähnlicher Weise sind
andererseits zwei diametral entgegengesetzte Gruppen von je
acht abgeschirmten
Polen 24 und 25 vorgesehen, die sich jeweils von den Gliedern 11 und
7 aus erstrecken.
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Die beiden Gruppen von abgeschirmten Polen sind räumlich entlang dem
Stator über ein ganzzahliges Vielfaches von 3601 el. hinaus um einen gewissen
Betrag in der Richtung der gewünschten Rotordrehung verschoben. Der Betrag, um den
die abgeschirmten Pole in bezug auf die nicht abgeschirmten Pole verschoben sind,
ergibt sich aus an sich bekannten Regeln derart, daß eine maximale Abschwächung
solcher Drehfeldkomponenten des Flusses vorgesehen ist, die eine Richtung entgegengesetzt
zu der gewünschten Rotordrehrichtung haben.
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Der Rotor 8 weist gemäß F! g. 3 eine Welle
29
und einen zylindrischen Ring 28 aus ferritischem Material auf, das
aus einer isotropen, keramischen, magnetischen Form eines Ferrits mit einer verhältnismäßig
geringen spezifischen Dichte besteht, eine Penneabilität ungefähr gleich der Luft
und eine sehr hohe Koerzitivkraft hat. Welle 29 und Ring 28 sind durch
eine Vergußmasse 30 miteinander verbunden.
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Auf dem Umfang des aus ferritischem Material bestehenden Rotors wird
in an sich bekannter Weise (vgl. die französische Patentschrift 1078 388)
durch geeignete Mittel eine Vielzahl von Polen wechselnder Polarität induziert.
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Gemäß der Erfindung sind nun alle mit Ausnahme eines dieser Bereiche
von entgegengesetzter Polarität auf die gleiche Stärke magnetisiert. Die auf die
gleiche Stärke magnetisierten Bereiche sind in F i g. 3 nicht schraffiert.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Rotors gemäß der Erfindung sind zwei benachbarte
Pole 35 und 36, die in F i g. 3 schraffiert dargestellt sind,
von entgegengesetzter Polarität auf ungefähr 50% der Stärke der anderen Rotorpole
magnetisiert. Wenn daher alle Pole, außer 35 und 36, auf die maximal
mögliche Stärke magnetisiert wurden, so ist das Drehmoment, das der Rotor im Zusammenwirken
mit einem bestimmten Stator hergeben kann, nur ganz unerheblich durch die Reduktion
der Stärke von nur zwei von vierundzwanzig Polen herabgesetzt.
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Eine Variante mit der bevorzugten Ausführungsform würde darin bestehen,
daß alle außer einem der Rotorpole im wesentlichen auf die gleiche Stärke magnetisiert
sind, wenn auch nicht auf die maximal mögliche Stärke, und zwei benachbarte Pole
35 und 36 sind auf eine wesentlich größere Stärke als die anderen
Pole magnetisiert.
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Eine weitere Variante der bevorzugten AusfÜhrungsforin besteht darin,
daß zwei Pole von verschiedener magnetischer Stärke keine unmittelbar benachbarten
Pole sind, sondern beispielsweise ein Nordpol wie bei 36 in F i
g. 3 und ein Südpol 34 oder 34', der 1650 im Uhrzeigersinn oder entgegengesetzt
dem Uhrzeigersinn vom Nordpol 36 entfernt ist. In einer Variante dieser Art
würden selbstverständlich zwei Pole verschiedener Stärke auf eine geringe Stärke
oder auf eine größere Stärke als die anderen Pole magnetisiert sein.
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Eine weitere, wenn auch nicht so günstige Ab-
wandlung besteht
darin, daß nur ein Pol, beispielsweise der Nordpol 36 in F i g. 3,
auf eine andere Stärke als alle anderen Pole magnetisiert ist. Auch hier kann dieser
einzelne unterschiedliche Pol auf eine wesentlich größere oder wesentlich geringere
Stärke als alle anderen Pole magnetisiert sein.
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F i g. 4 zeigt eine praktische Methode, um die magnetisch orientierten
Bereiche zu induzieren, die die Pole des Rotors darstellen. Der ferritische Ring
wird innerhalb einer Vorrichtung angeordnet, die allgemein mit 38 bezeichnet
ist. Diese besteht aus einem oberen Ring 40 und einem unteren Ring 41, die beide
aus Isoliennaterial hergestellt sind. Diese sind in geeigneter Weise in koaxialem
Abstand gehalten. Ein kräftiger Leitungsdraht 42 wird um den Ober- und Unterring
so oft herumgewickeit, daß so viele einzelne überbrückungen 43 zwischen den Ringen
vorhanden sind, wie Pole auf dem Umfang des Rotors gebildet werden sollen. Die Drahtwindungen
sind so geformt, daß alle DrahtüberbrÜckungen zwischen den Ringen im wesentlichen
parallel zur Achse der Vorrichtung sind und alle Überbrückungen gleichmäßig um die
Ringe herum angeordnet sind. Mit Hilfe von Leitungen 44 kann der die Windungen bildende
Draht an eine geeignete Gleichstromquelle angeschlossen werden, die einen verhältnismäßig
hohen Strom kurzzeitig liefern kann.
Wenn Strom durch die Drahtwindungen
hindurchfließt, werden starke magnetische Felder an den einzelnen Drahtüberbrückungen
erzeugt, wodurch das innerhalb des Feldes beeinflußte Material magnetisch entlang
den Feldkraftlinien orientiert wird. Da der Strom in den benachbarten überbrückungen
entgegengesetzt gerichtet ist, d. h., daß der Strom in der einen überbrückung
nach oben und in der benachbarten nach unten fließt, sind die gebildeten Felder
benachbarter überbrückungen entgegengesetzt gerichtet. Damit werden die Teile des
Rotormaterials entsprechend dem Einfluß dieser Felder magnetisch entgegengesetzt
orientiert und bilden Pole entgegengesetzter Polarität.
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Um nun zwei Pole von geringer magnetischer Kraft, wie in dem Ausführungsbeispiel
nach F i g. 3
angegeben, zu bilden, werden Nebenschlußbögen 45 und 46 vorgesehen.
Wie in F i g. 4 angegeben, ist der Nebenschlußbogen 45 zwischen den benachbarten
Drahtwindungen an den Stellen angebracht, wo sie zum Oberring übergehen bzw. sonstwie
dort befestigt sind, und der Nebenschlußbogen 46 ist in ähnlicher Weise an Stellen
befestigt, wo benachbarte Windungen unter dem Unterring 41 hindurchgehen oder dort
anderweitig befestigt sind. Die Nebenschlußbögen sollten sich vom Rotor in der Weise
weg erstrecken, daß das magnetische Feld, das durch den Strom der Nebenschlußbögen
gebildet wird, das Rotormaterial nicht beeinflußt oder die Felder ändert, die von
den Überbrückungen herrühren. Wenn gemäß der bevorzugten Ausführungsform die magnetische
Stärke von zwei unterschiedlichen Polen 35 und 36 im wesentlichen
50% der Stärke aller anderen Pole sein soll, so ist vorteilhaft der Widerstand der
Nebenschlußbögen derart proportional zum Widerstand der Magnetisierwindungen, daß
ungefähr der halbe Magnetisierstrom den Nebenschlußbögen zufließt, während die andere
Hälfte in den Magnetwindungen verbleibt.