DE1488074B2 - Elektrischer motor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Motor, der mit Wechselstrom oder Impulsen wechselnder Polarität erregbar ist, bestehend aus je einem, jeweils mindestens ein magnetisches Hauptpolpaar besitzenden Ständer und Läufer, bei dem die zusammengehörenden Pole des Ständers oder Läufers jeweils durch Schenkel gebildet sind, die durch ein eine Wicklung tragendes, aus magnetisch leitendem Material bestehendes Joch miteinander verbunden sind, und mit Hauptpolen zugeordneten Mitteln zur Festlegung der Drehrichtung.

Ein derartiger Motor ist in der deutschen Auslegeschrift 1 124 591 beschrieben und dargestellt. Der aus einem Magnetkern mit Schenkeln bestehende Ständer dieses Motors ist mit einer Ausnehmung für einen Läufer versehen, deren Wände so ausgebildet sind, daß sie zwei gegenüberliegende, mit dem Kern fest zusammenhängende Polschuhe bilden. Der Läufer dieses Motors besteht aus einem Permanentmagneten mit zwei Polen, während die den Polschuhen des Ständers zugeordneten Mittel zur Festlegung der Drehrichtung des Läufers aus einem jedem Pol benachbarten Materialbereich des Ständers in Form einer Verbreiterung des betreffenden Poles an dieser Stelle bestehen. Die zum Läufer hin gerichtete Wand dieser Verbreiterung hat einen größeren Abstand vom Läufer als der zugehörige Pol, d. h., die Luftspalte an den Polen und an den Verbreiterungen sind verschieden groß. Somit handelt es sich bei dem bekannten Motor um die symmetrische Anordnung eines Ständerpolpaares, die den Läufer fast ganz umschließt.

Der bekannte Motor hat den Nachteil, daß es zu einer Totpunktlage kommen kann, denn das Anlaufdrehmoment ist auf Grund der gewählten Ausführung nur schwach.

In der belgischen Patentschrift 550 943 ist ebenfalls ein elektrischer Motor der eingangs genannten Art dargestellt, welcher dem vorstehend beschriebenen Motor sehr ähnlich ist, so daß das für diesen Gesagte auch für den Motor nach der belgischen Patentschrift gilt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Motor der eingangs genannten Art derart auszubilden, daß er bei einfacherer Ausgestaltung des magnetischen Eisenkreises trotzdem ein kräftiges Anlaufdrehmoment besitzt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jedes durch ein Joch verbundene Hauptpolpaar einen einzigen über einen Steg mit dem zugehörigen Hauptpol verbundenen ausgeprägten Nebenpol besitzt und dieser derart angeordnet ist, daß zwischen ihm und dem Hauptpol am Arbeitsluftspalt ein magnetisch schlecht leitender Abstand verbleibt.

Hiermit ist der Vorteil verbunden, daß der Motor infolge des Weglassens des zweiten Nebenpoles einen einfacheren Aufbau im magnetischen Eisenkreis hat, wodurch weniger Eisen magnetisiert werden muß, und daß durch die ausgeprägte Ausbildung des Nebenpoles gegenüber den bekannten Polschuhverbreiterungen mit schwacher Feldverteilung ein kräftiges Anlaufdrehmoment hervorgerufen wird. Insbesondere wenn es sich um mehrpolige Maschinen handelt, ist dieser Vorteil von besonderer Bedeutung.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der Nebenpol sich außerhalb des durch die Schenkel und das Joch gebildeten Raumes befindet. Diese Ausgestaltung des Erfindungsgedankens erbringt noch den besonderen Vorteil, daß der Wickelraum zwischen den Hauptrollen nicht durch einen zusätzlichen Hilfspol beengt ist.

Weitere Ausführungsformen der Erfindung bestehen darin, daß der Ständer in Form einer langgestreckten Schiene und der Läufer als katzenartig längs dieser Schiene bewegliches Polpaar mit Nebenpol ausgebildet sind, wobei der Läufer auf dem Ständer reitend angeordnet sein kann. Durch diese Ausgestaltung ergibt sich ein Transport-, Schalt- oder sonstiges Gerät, bei welchem durch Stromstöße oder längere Einschaltperioden lineare Bewegungsvorgänge erzielt werden können.

Schließlich umfaßt die Erfindung noch eine Ausführungsform, bei der sowohl der Läufer als auch der Ständer elektrisch erregt und die Läuferwicklung an eine Gleichspannungsquelle und die Ständerwicklung an eine Wechselspannungsquelle angeschlossen sind. Dieser Ausgestaltung steht der Vorschlag gegenüber,

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den Läufer durch einen Permanentmagneten zu bil- eine ganze Umdrehung, welche genau einer vollständen, digen Schwingung der Wechselspannung entspricht.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Bei einer Frequenz von 50 Hertz macht der Läufer

Erfindung wiedergegeben, welche nachstehend be- also 50 Umdrehungen in der Sekunde. Somit läßt

schrieben werden. Es zeigt 5 sich die Drehzahl der Maschine über die Frequenz

Fig. 1 einen elektrischen Motor mit Ständer und steuern.

Läufer, schematisch dargestellt, in einer ersten Phase F i g. 5 zeigt einen mehrpolpaarigen Elektromotor,

seiner Magnetisierung, bei dem das vorstehend erläuterte Prinzip verwirk-

F i g. 2 bis 4 den Motor gemäß F i g. 1 in drei wei- licht ist. Der Motor besteht wiederum aus einem

teren Magnetisierungsphasen, io Ständer 1 und einem Läufer 2, welcher auf einer

F i g. 5 einen radialen Querschnitt durch einen Welle 3 in nicht dargestellten Lagern umläuft. Der

Motor in schematischer Darstellung, Läufer 2 ist ein massiver Zylinder und weist eine

F i g. 6 bis 8 je einen Ausschnitt aus dem Quer- Dauermagnetisierung auf.

schnitt gemäß Fig. 5, und zwar ebenfalls in drei ver- Am Umfang des Läufers 2 sind im gegenüberlie-

schiedenen Magnetisierungsphasen, 15 genden Ständer 1 Polgruppen 8 angeordnet, an denen

F i g. 9 eine elektrische Maschine mit schienenarti- jeweils drei Pole ausgebildet sind, nämlich jeweils ne-

gem Ständer und katzenartigem Läufer, schematisch beneinander zwei gleichnamige Pole und an dritter

dargestellt. Stelle ein zu den beiden gleichnamigen Polen un-

Der Motor (Fig. 1 bis 4) besteht aus einem Stan- gleichnamiger Pol. An der Polgruppe 8α sind neben-

der 1 und einem Läufer 2, welcher auf einer Welle 3 20 einander beispielsweise zwei Südpole 9 und ein

umläuft. Der Ständer 1 hat im wesentlichen die Ge- Nordpol 10 oder umgekehrt ausgebildet. In gegen-

stalt eines Joches, wobei der eine Schenkel als Steg ständlicher Hinsicht wird dies erreicht durch einen

verlängert ist, um einen weiteren, zwischen den im wesentlichen U-förmig gebogenen Stahlkern 11,

Schenkelenden gelegenen Pol auszuprägen, zwischen dessen einer Schenkel 11 α über einen Steg mit einem

dem und dem Pol am Beginn des Steges ein nicht 25 Parallelschenkel 12 verbunden ist, der entweder in

magnetisch leitender Abstand vorhanden ist. Auf die- einem Stück mit dem Teil 11 hergestellt sein oder

se Weise hat der Ständer 1 die Pole 4, 5 und 6, von auch als getrennter Teil an dem Kern 11 befestigt,

denen die Pole 5 und 6 benachbart angeordnet und z. B. angenietet sein kann. Der Kern 11 ist mit einer

magnetisch parallel geschaltet sind, so daß der Pol 6 elektrischen Spule 13 mit Anschlüssen 14 und 15

als Nebenpol zum Hauptpol 5 bezeichnet werden 30 umwickelt. Die übrigen Polgruppen des Ständers 1

kann. Der Ständer 1 ist zwischen den Hauptpolen 4 sind in entsprechender Weise ausgebildet. Die Spulen

und 5 mit einer Spule 7 versehen, an die eine Wech- 13 können parallel oder in Serie miteinander geschal-

selspannung angelegt ist. Der Läufer 2 ist ein Per- tet sein. Bei einer Versuchsausführung, welche die

manentmagnet. Durchführbarkeit des Erfindungsgedankens erwiesen

In der ersten Phase gemäß F i g. 1 ist im Ständer- 35 hat, waren lediglich zwei Polgruppen mit Parallelpo-

pol 4 ein Nordpol und in den Ständerpolen 5 und 6 len 12 als Ständer am Umfang eines permanentma-

jeweils ein Südpol ausgebildet. Diese Pole ziehen die gnetischen Läufers angeordnet. Die eine Polgruppe

entsprechend ungleichnamigen Pole des Läufers 2 an, war abschaltbar, und es hat sich herausgestellt, daß

so daß dieser sich in der dargestellten Weise einstellt. die Versuchsmaschine auch nur mit einer Polgruppe

Erfolgt nun im Zuge der Frequenz der Wechselspan- 40 als Motor lief. Sie wurde an eine 220 V-Wechsel-

nung an der Spule 7 eine Umpolung der Ständerpole, stromquelle angeschlossen.

so ergibt sich die in F i g. 2 dargestellte Phase, bei Aus den F i g. 6 bis 8 ergibt sich die Wirkungsweiwelcher sich jeweils gleichnamige Pole von Ständer se der Nebenpole bei dem Motor nach F i g. 5. Es und Läufer gegenüberstehen. Diese Pole stoßen sich sind am Umfang des Läufers 2 magnetische Kraftlizwar ab, aber in der neutralen Stellung des Läufers 45 nien 16 gestrichelt angedeutet, die in F i g. 6 auf die zum Ständer, ohne Nebenpol 6 betrachtet, ergibt sich Pole der Polgruppe gerichtet sind. Die Pole sind zu-— zumindest theoretisch — keine Vorzugsrichtung nächst als Nord- und Südpole ausgebildet, wie es aus des Abstoßens, d. h., die nach beiden Seiten gerichte- der Zeichnung ersichtlich ist, und der Nebenpol 12 ten Abstoßkräfte sind gleich groß und heben sich ist dementsprechend auch ein Südpol. Die Polarität auf, so daß der Läufer in der neutralen Stellung ver- 50 der Pole auf der Seite des Läufers entspricht der Pobleibt. Da nun jedoch der ausgeprägte Nebenpol 6 larität auf der Seite des Ständers,
vorgesehen ist, wird der Läufer 2 aus seiner neutra- Da sich die gleichnamigen Pole abzustoßen und len Lage durch diesen Nebenpol herausgezogen; der die ungleichnamigen anzuziehen bestrebt sind, ergibt Nebenpol vermittelt dem Läufer 2 eine bevorzugte sich als Folge der in F i g. 6 dargestellten Phase ein Bewegungsrichtung, und zwar im Uhrzeigersinn. Ge- 55 Zustand gemäß F i g. 7, d. h. ein Bewegungsschritt maß F i g. 3 zieht der Nordpol im Nebenpol 6 den des Läufers 2 in Uhrzeigerrichtung. Diese Vorzugs-Südpol des Läufers an, und dieser macht eine Vier- richtung bei der Bewegung ist ein Ergebnis der Neteldrehung. Da am Ende derselben die anziehenden benpole am Ständer, denn diese stoßen den jeweils Kräfte der Pole 4 und 5 wieder zu wirken beginnen, gleichnamigen Pol am Läufer ab und ziehen den undreht sich der Läufer 2 weiter und vollendet eine hai- 60 gleichnamigen an. Eine Bewegung im Gegenuhrbe Umdrehung (F i g. 4). zeigersinn ist ausgeschlossen.

Die halbe Drehung entspricht dem halben Verlauf Die nächste Phase, die in Fig. 8 veranschaulicht einer ganzen Schwingung der angelegten Wechsel- ist, entspricht der vierten Phase gemäß Fig. 4.
spannung, und wenn die zweite Hälfte der Schwin- Als dann erfolgt die Umpolung der Polgruppen des gung einsetzt, beginnt die Ummagnetisierung des 65 Ständers, die sich bei Wechselstrom als Speisespan-Ständers 1 und damit der Zyklus gemäß Fig. 1 von nung infolge der sinusförmigen Perioden von selbst vorn, lediglich mit umgekehrter Polarität der Pole. ergibt. In diesem Falle läuft die Maschine als Syn-Auf diese Weise vollendet der Läufer 2 schließlich chron-Motor.

Nach erfolgter Umpolung sieht der betrachtete Ausschnitt entsprechend F i g. 5 aus, lediglich die Polarität der einzelnen Magnetköpfe hat gewechselt, und infolgedessen wird der Läufer zu seinem nachsten Schritt in der Vorzugsrichtung des Uhrzeigersinnes gezwungen, da die jeweiligen Nebenpole eine andere Richtung ausschließen. Bei ununterbrochener Folge der Schritte, deren Zustandekommen vorstehend erläutert worden ist, ergibt sich ein gleichmäßiger Umlauf des Läufers 2 um seine Welle 3 und die Möglichkeit zum Antrieb entsprechender Vorrichtungen, wie es bei Elektromotoren allgemein üblich ist.

Der Magnetismus im Läufer kann auch auf elektrischem Wege erzeugt werden, indem der Läufer durch Einbau von Wicklungen, die über Schleifringe an eine Gleichstromquelle angeschlossen sind, mit den erforderlichen magnetischen Wirkungen ausgestattet wird.

In Fig. 9 ist ein weiteres Anwendungsbeispiel für das erfindungsgemäße Prinzip veranschaulicht, und zwar handelt es sich um einen geradlinig verlaufenden Ständer 17, in welchem fortlaufend Nord- und Südpole ausgebildet sind, und um einen auf dem Ständer reitenden Läufer 18. Dieser beinhaltet ein Polpaar mit Nebenpol 19, durch welchen dem Läufer 18 auf dem Ständer 17 eine bevorzugte Bewegungsrichtung vermittelt wird. Beim Einführen eines elektrischen Impulses in das System rückt der Läufer um einen Schritt auf dem Ständer weiter vorwärts, beispielsweise um einen Schritt von 1 cm Länge. Mit zehn Impulsen wechselnder Polarität kann also der Läufer zum Vorrücken um zehn Zentimeter veranlaßt werden. Hierfür ergeben· sich mannigfaltige Verwendungszwecke.

Eine weitere Anwendungsmöglichkeit für den Erfindungsgedanken besteht in der Ausbildung der Maschine als Zählwerk. In diesem Falle werden dem Ständer elektrische Impulse zugeführt, die von zu zählenden Gegenständen ausgelöst werden, woraufhin die an Hand der F i g. 1 bis 4 erläuterten Bewegungsschritte diskontinuierlich erfolgen und beispielsweise den ruckartigen Fortschritt eines Zeigers auf einer Meßskala oder eines Walzenzählwerkes hervorrufen.. Als Stromquelle für die Elektromagnete im Ständer kann in diesem Falle ein Gleichstromerzeuger dienen, z. B. eine Akkumulatoren-Batterie. Die Wirksamkeit des Zählwerkes beruht wiederum auf der einzigen Vorzugsrichtung, die der jeweilige Nebenpol zuläßt. Handelt es sich beispielsweise um das Zählen von Flaschen, so können diese durch einen Lichtstrahl hindurch gefördert werden, der das Ansprechen einer Fotozelle auslöst, welche auf ein Relais einwirkt, das Gleichstromimpulse von regelmäßig wechselnder Polarität an die Ständerwicklung der Maschine weiterleitet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Elektrischer Motor, der mit Wechselstrom oder Impulsen wechselnder Polarität erregbar ist, bestehend aus je einem, jeweils mindestens ein magnetisches Hauptpolpaar besitzenden Ständer und Läufer, bei dem die zusammengehörenden Pole des Ständers oder Läufers jeweils durch Schenkel gebildet sind, die durch ein eine Wick- ίο lung tragendes, aus magnetisch leitendem Material bestehendes Joch miteinander verbunden sind, und mit Hauptpolen zugeordneten Mitteln zur Festlegung der Drehrichtung, da durchgekennzeichnet, daß jedes durch ein Joch verbundene Hauptpolpaar (4, 5) einen einzigen über einen Steg mit dem zugehörigen Hauptpol (6, 12, 19) verbundenen ausgeprägten Nebenpol besitzt und dieser derart angeordnet ist, daß zwischen ihm und dem Hauptpol am Arbeitsluftspalt ein magnetisch schlecht leitender Abstand verbleibt.

2. Elektrischer Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Nebenpol (6, 12. 19) sich außerhalb des durch die Schenkel und das Joch gebildeten Raumes befindet.

3. Elektrischer Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ständer (17) in Form einer langgestreckten Schiene und der Läufer (18) als katzenartig längs dieser Schiene bewegliches Polpaar mit Nebenpol (19) ausgebildet sind (F i g. 9).

4. Elektrischer Motor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer (18) auf dem Ständer (17) reitend angeordnet ist.

5. Elektrischer Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer (2; 18) durch einen Permanentmagneten gebildet ist.

6. Elektrischer Motor nach einem der Ansprüehe 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der Läufer (2; 18) als auch der Ständer (1; 17) elektrisch erregt und daß die Läuferwicklung an eine Gleichspannungsquelle und die Ständerwicklung an eine Wechselspannungsquelle angeschlossen sind.