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Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Einphasenmotor mit
einem magnetisierten Läufer und sichergestelltem Anlaufdrehmoment.
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Ein bekannter Synchronkleinstmotor dieser Art (deutsche Patentschrift
1091662) hat einen Ständerpolzackenkäfig, bei welchem zur Erzielung eines
sicheren Selbstanlaufs des Läufers aus allen möglichen Ruhelagen die axialen Projektionen
der Profile der Ständerpolzacken größer als die halbe Polteilung sind. Der auf diese
Weise erzielte Effekt einer Änderung der effektiven Luftspalte zwischen Läufer-
und Ständerpolen als Funktion der Läuferwinkelstellung wird bei diesem bekannten
Motor noch dadurch vergrößert, daß man die zweiseitige Verkettung, also den magnetischen
Flüß über das Ständereisen von der einen zur anderen Ständerpolhälfte, durch einen
Umfangsluftspalt, welcher beide Ständerhälften trennt, herabsetzt. Diese in Umfangsrichtung
verlaufenden Ständerspalte stellen jedoch nur einen konstanten magnetischen Widerstand
dar, der allein einen durch die Winkellage des Läufers bestimmten Magnetfluß nicht
verändern kann.
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Um auch bei einfacher aufgebauten Einphasenmotoren mit einem magnetisierten
Läufer, mit auf den Ständerpolschuhen angeordneten Erregerwicklungen und mit einem
konstanten Luftspalt zwischen den Polschuhen und dem Läufer das Anlaufdrehmoment
aus jeder Ruhelage des Läufers sicherzustellen, wurde bereits vorgeschlagen (deutsches
Patent 1263 914, Fig. 8), im Bereich des Ständerteiles Mittel vorzusehen, welche
die möglichen Ruhestellungen des Läufers unter Ausnutzung von dessen magnetischem
Fluß sa festlegen, daß bei Einschalten der Erregung stets ein Anlaufdrehmoment vorhanden
ist. Gemäß diesem Vorschlage werden, wie schematisch auch in der vorliegenden F
i g. 2 gezeigt, Zusatzmagnete in der Nähe des Läuferumfangs so angeordnet, daß der
Läufer stets in 'eine Ruhestellung außerhalb der toten Zone bewegt wird, die durch
das Zusammenfallen der polaren Achsen von Ständer und Läufer bestimmt ist. Eine
andere bereits vorgeschlagene Lösung (Fig. 7 des Patents 1263 914) besteht gemäß
der schematischen Darstellung nach vorliegender F i g. 1 darin, die gekrümmten Flächen
der Ständerpolschuhe exzentrisch derart zur Achse des Läufers anzuordnen; daß die
Luftspalte zwischen Läuferumfang und Ständerpolflächen längs des Läuferumfangs progressiv
abnehmen. Dadurch wird erreicht, daß sich der Läufer in seiner Ruhestellung stets
so einstellt, daß seine polare Achse auf den Bereich des kleinsten Luftspaltes gerichtet
ist und damit aus der toten Zone herausgedreht wird.
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Während die erste dieser vorgeschlagenen Lösungen Zusatzmagnete und
die zweite Lösung eine besondere Ausbildung .und Anordnung der Ständerpole mit ungleichmäßigem
Luftspalt zwischen Ständerpolen und Läufer erfordert, liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, einen Einphasenmotor mit in Umfangsrichtung in ihrer Polarität abwechselnden
Ständerpolen und mit konstantem Luftspalt zwischen den Polschuhen und dem Läufer
so weiterzuentwikkeln, daß eine optimale Geometrie der Ständerpole - daß heißt,
mit sich praktisch über den genannten Läuferumfang erstreckenden und eng aneinanderpressenden
Polen - erreichbar und das Anlaufdrehmoment ohne Verwendung zusätzlicher Bauteile
sichergestellt ist. .
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Ausgehend von einem elektrischen Einphasenmotor mit einem magnetisierten
Läufer und sichergestelltem Anlaufdrehmoment mit auf den Ständerpolschuhen angeordneten
Erregerwicklungen, mit einem konstanten Luftspalt zwischen den Polschuhen und dem
Läufer und mit Mitteln im Bereich des Ständerteiles, welche die möglichen Ruhestellungen
des Läufers unter Ausnutzung von dessen magnetischem Fluß so festlegen, daß bei
Einschaltung der Erregung stets ein Anlaufdrehmoment vorhanden ist, ist die Erfindung
zur Lösung dieser Aufgabe dadurch gekennzeichnet, daß der Ständer mit magnetischen
Widerständen versehen ist, die als den Ständer in seinen zwischenpolaren Grenzflächen
diametral trennende Spalte ausgebildet sind.
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Durch diese einfache Maßnahme wird erreicht, daß sich der magnetisierte
Läufer in seiner Ruhestellung mit seiner polaren Achse stets in Richtung der zwischenpolaren
Ständerpolachse außerhalb der toten Zone einstellt, weil das magnetische Läuferfeld
bestrebt ist, sich über einen magnetischen Pfad kleinsten magnetischen Widerstands
zu schließen.
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Der geringe Mehraufwand an Erregerleistung, welcher infolge der Erhöhung
des magnetischen Widerstandes im Ständerkreis erforderlich ist, fällt praktisch
nicht ins Gewicht und wird durch die optimale Geometrie des Ständers mehr als aufgewogen,
dessen Pole sich praktisch über den gesamten Läuferumfang erstrecken und nur durch
den kleinen Ständerspalt voneinander getrennt sind. Es genügt, wenn die Breite dieses
Ständerspalts ungefähr 10 % der Breite des diametralen Luftspaltes, d. h. also der
doppelten Breite des radialen Luftspalts zwischen Läufer und Ständer, beträgt; dann
wird bereits ein den Motor in eine Selbstaufstellung treibendes. Drehmoment erreicht,
das größenordnungsmäßig etwa 20% des Motornennmoments @ entspricht. Die Erhöhung
der Verluste ist hierbei derjenigen äquivalent, die man erhält, wenn man bei Abwesenheit
von Ständerspalten den Luftspalt zwischen Läufer und Ständer um 10 % erhöht. Erfahrungsgemäß
fällt eine derartige Luftspalterhöhung, insbesondere bei Verwendung von dauermagnetisierten
-Läufern mit hoher Koerzitivkraft, nicht ins Gewicht.
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Auch die Mehrteiligkeit des Ständers, die übrigens sowohl bei dem
eingangs erwähnten, bekannten Motor als auch bei der früher vorgeschlagenen Lösung
gemäß F i g. 2 in Kauf zu nehmen ist, bedeutet wegen des einfachen und gleichen
Aufbaus der Ständerteile keinen ins Gewicht fallenden Mehraufwand bei der Fertigung.
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Der Einphasenmotor nach 'der Erfindung wird vorzugsweise mittels bekannter
elektronischer Leistungsstufen derart betrieben, daß die Ein- und Ausschaltung der
Erregerwicklungen bzw. die Stromrichtungsumkehr in den Erregerwicklungen durch ein
auf dem Läufer angebrachtes Organ elektromagnetisch, photoelektrisch oder auf andere
bekannte Weise als Funktion der Winkelstellung des Läufers gesteuert wird. .
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Während die F i g. 1 und 2, wie erwähnt, zwei bereits vorgeschlagene
Lösungen zeigen, stellt F i g. 3 schematisch einen Motor nach der Erfindung dar.
Danach besitzt der Motor einen diametral in Pfeilrichtung magnetisierten Läufer
3, bei dem es sich entweder um einen Dauermagneten mit den Polen N und S oder um
einen elektromagnetisch erregten Läufer mit den entsprechenden Polen handeln kann,
sowie einen zweipoligen Ständer, der längs seiner
zwischenpolaren
Achsen diametral unter Bildung der kleinen Spalte 4 in zwei Hälften 1 und
2 aufgeschnitten ist. Die zwischen den Ständerpolen vorgesehenen Aussparungen
5 dienen zum Einlegen der nicht dargestellten Ständerwicklung.
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Wenn der Motor außer Betrieb ist, nimmt der Läufer 3 die dargestellte
Ruhestellung ein, in welcher seine polare Achse mit der zwischenpolaren Achse der
Ständerpole zusammenfällt, wobei sich sein Feld, wie schematisch durch Pfeillinien
angedeutet, direkt über jeweils einen Ständerpol schließt. Dieser magnetische Kreis
hat einen geringeren magnetischen Widerstand als ein in jeder anderen Stellung des
Läufers vorhandener und .den übergang zwischen den Ständerpolen über einen der Spalte
4 einschließender magnetischer Kreis.
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Der Ständer nach der Erfindung kann mit Polen optimaler Geometrie,
d. h., mit sich praktisch über den gesamten Läuferumfang erstreckenden und eng aneinandergrenzenden
Polen, ausgebildet werden, da der ganze Bereich um den Läufer für die Ständerpole
zur Verfügung steht. Im Beispiel nach F i g. 3 erstrecken sich die Polflächen des
zweipoligen Ständers über nahezu 180 °. Selbstverständlich ist die Erfindung auch
auf Ständer beliebiger Polzahl P anwendbar, wobei dann jeder Polschuh einen Winkelbereich
von praktisch nahezu 360 °/P einnehmen kann. Dadurch wird bei der Kommutierung bzw.
der periodischen Erregung der Ständerwicklung die erstrebenswerte theoretische Rechteckspannung
auf optimale Weise angenähert.