DE1513891C3

DE1513891C3 - Selbstanlaufender Einphasensynchronmotor

Info

Publication number: DE1513891C3
Application number: DE1513891A
Authority: DE
Inventors: Ted Nick Elmwood Park Ill. Svarnias (V.St.A.)
Original assignee: International Register Co Chicago Ill (vsta)
Current assignee: International Register Co Chicago Ill (vsta)
Priority date: 1965-08-20
Filing date: 1966-01-19
Publication date: 1978-04-27
Also published as: GB1113402A; US3350589A; DE1513891A1; MC589A1; NL7411107A; SE318027B; NL6600281A; DE1513891B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen selbstanlaufenden Einphasensynchronmotor mit einem Permanentmagnetläufer, dessen Magnetpole abwechselnder Polarität mit gleichmäßigen Abständen am Umfang angeordnet sind, einem ersten und zweiten Ständerfeldteil aus ferromagnetischem Material und einer Ständerwicklung auf den Ständerfeldteilen zum Erzeugen eines magnetischen Flusses zwischen diesen, wodurch die Ständerpole des einen Ständerfeldteils die eine magnetische Polarität und die Ständerpole des anderen Ständerfeldteils die entgegengesetzte magnetische Polarität haben, und mit in der Ebene des Läufers angeordneten Polschuhen der Ständerfeldteile, wobei das erste Ständerfeldteil als Ständerfeldkorb und das zweite Ständerfeldteil mit zwischen den Polschuhen des ersten Ständerfeldteils angeordneten Polschuhen ausgebildet ist und die Polschuhe mit ungleichmäßig aufeinanderfolgenden Abständen am Umfang des Läufers angeordnet sind.

Ein derartiger Einphasensynchronmotor ist durch die GB-PS 9 86 088 bekannt geworden. Bei dem dort beschriebenen Motor wird das Problem des Selbstanlaufs mit einer Abschirmplatte zwischen den Ständerfeldteilen gelöst, was einen relativ aufwendigen Aufbau zur Folge hat und zu einem verringerten Wirkungsgrad des Motors führt.

Weiter ist durch die US-PS 31 49 256 ein Einphasensynchronmotor bekannt geworden, bei welchem die Abstände zwischen den Ständerpolen gleich, die Läuferpole des Permanentmagnetläufers dagegen unregelmäßig angeordnet sind. Eine genaue Magnetisierung des Läufers in ein unregelmäßiges Muster ist umständlich, aufwendig und bei kleinen Motoren nicht zu erreichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen selbstanlaufenden Einphasenmotor der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, welcher mit einfachem Aufbau einen zuverlässigen Anlauf gewährleistet. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Polschuhe beider Ständerfeldteile im zusammengebauten Zustand mit unregelmäßigen Abständen am Umfang des Läufers angeordnet sind.

Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 6.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung, in der Ausführungsbeispiele dargestellt sind, näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel eines Einphasensynchronmotor mit abgenommenem Deckel,

F i g. 2 eine Draufsicht auf ein anderes Ausführungsbeispiel des Einphasensynchronmotors, wobei der Deckel, der Läufer und das durch diesen getriebene Antriebsrad entfernt sind, um Einzelheiten der Anordnung zu zeigen,

Fig.3 einen senkrechten Schnitt entlang der Linie 3-3 in Fig. 2,

Fig.4 einen senkrechten Schnitt in vergrößertem Maßstab entlang der Linie 4-4 in F i g. 1,

F i g. 5 eine Draufsicht auf ein inneres Ständerfeldteil mit einem Ansatz zur Betätigung eines Summers auf einer Seite,

F i g. 6 einen Schnitt entlang der Linie 6-6 in F i g. 5, F i g. 7 eine Draufsicht auf ein inneres Ständerfeldteil mit einem Ansatz zur Betätigung des Summers, der von der gegenüberliegenden Seite absteht,

F i g. 8 einen Schnitt entlang der Linie 8-8 in F i g. 7 und

F i g. 9 eine Draufsicht auf ein äußeres Ständerfeldteil.

F i g. 1 und 3 zeigen einen Einphasensynchronmotor

10, der zur Betätigung verschiedener Zeitregler wie Uhren, Zeitschalter u. dgl. verwendet wird, in Draufsicht

und Schnitt. Der Einphasensynchronmotor 10 weist ein Gehäuse 11 mit im allgemeinen rechteckigem Querschnitt auf, das Raum für eine Vielzahl von Vorgelegegetrieben bietet, ohne daß irgendwelche Änderungen an der Motorkonstruktion selbst vorgenommen werden müssen.

Das Gehäuse 11 aus magnetischem Material besteht aus einer rechteckigen Montageplatte 12 mit einem flachen Boden 13 (Fig.3) und nach oben abstehenden parallelen Seiten, wodurch sich eine U-Form ergibt. Ein äußeres plattenförmiges Ständerfeldteil 19 wird beim Zusammenbau des Ständers 11 auf die oberen Kanten der parallelen Seiten aufgesetzt und befestigt. Das äußere Ständerfeldteil 19 vervollständigt nach Aufsetzen auf die rechteckige Montageplatte 12 nicht nur den Magnetkreis zwischen den parallelen Seiten, sondern deren Verlängerung sowie die Verlängerung des flachen Bodens 13 und die entsprechenden parallelen Seiten bilden auch ein rechteckiges Gehäuse für ein Zahnradvorgelege.

Das äußere Ständerfeldteil 19 ist mit diametral entgegengesetzten, verhältnismäßig schmalen Polschuhen 22, 23, 24 und 25 versehen, die radial nach innen ragen. Es weist ferner ein Paar verhältnismäßig breite, diametral entgegengesetzt angeordnete Polschuhe 26 auf.

Die Polschuhe 22 bis 26 sind, wie in F i g. 9 deutlich zu erkennen, entlang eines Kreises angeordnet, dessen Mittelpunkt mit 27 bezeichnet ist, durch den die Mittellinie 28 läuft. Die Winkelbeziehungen zwischen den verschiedenen Polschuhen sind wichtig, um zu sichern, daß der Läufer in der Ausgangsposition stark vibriert, wenn der Motor mit einer entsprechenden Stromquelle verbunden wird. Der Polschuh 23 ist mit seinem Mittelpunkt in einem Winkel von 26° 15' weg von der Mittellinie 28 angeordnet. Die Paare von benachbarten Polen 22 und 23 und 24 und 25 sind im Abstand von 30° voneinander angeordnet. Die Polschuhe 25 und 26 und 22 und 26 sind 35°45' und die Polschuhe 23 und 24 sind 48°30' voneinander entfernt.

Zum Ständer 11 gehört auch ein zylindrischer Magnetkern 31 (F i g. 3), der bei 32 am flachen Boden 13 der rechteckigen Montageplatte 12 angeschweißt ist. An dem anderen Ende des zylindrischen Magnetkerns ist ein inneres, überwiegend plattenförmiges Ständerfeldteil 33 aufgesteckt. Das Ständerfeldteil 33 weist einen verhältnismäßg schmalen Polschuh 34 und paarweise angeordnete, verhältnismäßig schmale Polschuhe 35, 36, 37 und 38 sowie einen Polschuh 39 auf (Fig. 1, 2). Die Polschuhe 34 bis 39 erstrecken sich im rechten Winkel zur Plattenebene des Ständerfeldteils 33 und liegen auf einem Kreis, dessen Mittelpunkt mit 40 (Fig.5 und 7) bezeichnet ist. Dieser Mittelpunkt fällt mit dem Mittelpunkt 27 der Polschuhe am äußeren Ständerfeldteil 19 zusammen. Eine Mittellinie 41 des inneren Ständerfeldteils 33 fällt mit der Mittellinie 28 des äußeren Ständerfeldteils 19 zusammen. Die Winkelverteilung der Polschuhe 34 bis 39 des inneren Ständerfeldteils 33 geht aus F i g. 5 hervor. Beide Mittellinien sind in derselben Ebene gelagert, wobei die Mittellinie für die innere Magnetplatte 33 etwas unterhalb der Mittellinie für die äußere Magnetplatte 19 liegt.

Zw'schen den Polschuhen 36 und 37 ist an einer Seite des inneren Ständerfeldteils 33 statt eines Polschuhes ein verhältnismäßig breiter Fortsatz 42 vorgesehen. Er erstreckt sich radial von dem Mittelteil des inneren Ständerfeldteils 33 nach außen. Angrenzend an das äußere Ende des Fortsatzes 42 ist ein Summerarm angebracht, der, wenn er freigegeben wird, unter der Einwirkung des magnetischen Wechselfeldes im Ständer 11 gegen den Fortsatz 42 schwingt und ein Signal gibt. Der Mittelteil des inneren Ständerfeldteils 33 weist weiter zwischen den Polschuhen 35 und 38 eine seitliche Verlängerung 46 auf, in der eine Achse 45 angebracht ist (F i g. 5,6 und 7), wie im folgenden näher erläutert wird.

Je nachdem, auf welche Seite der verhältnismäßig breite Fortsatz 42 ragen soll, um einen Summerarm an

ίο dieser Seite zu betätigen, werden die Polschuhe 34 bis 39 nach der einen oder nach der anderen Seite vom Ständerfeldteil 33 hochgebogen.

Beim Zusammenbau der Ständerfeldteile 19 und 33 wird das äußere Ständerfeldteil 19 mit der Unterseite nach oben gedreht. Um die Stellung des äußeren Ständerfeldteils 19 zu bezeichnen, ist eine Einkerbung 47 vorgesehen, die in den F i g. 1 und 2 an verschiedenen Stellen erscheint, und zwar unabhängig von der Gestalt des inneren Ständerfeldteils 33 und abhängig davon, ob der verhältnismäßig breite Fortsatz 42 für den Summer von der linken Seite (F i g. 1) oder von der rechten Seite (F i g 2) absteht.

F i g. 3 zeigt den Einphasensynchronmotor im Schnitt. Die Erregerwicklung 51 für den Ständer 11 besteht aus einer Spule 52 mit einer Vielzahl von Windungen aus dünnem Draht, der auf einen Spulenkörper 53 gewickelt ist. Der Spulenkörper 53 weist einen zylindrischen Mittelabschnitt 54 auf, der an dem zylindrischen Magnetkern 31 festsitzt. Er ist mit einem ringförmigen Bodenflansch 55 versehen. Eine zylindrische Wand 56 umgibt die Spule 52 und kann über den Umfang eines Bodenflansches 55 gezogen werden. Am oberen Ende des Spulenkörpers 53 befindet sich ein rechteckiger oberer Flansch 57, der unterhalb des inneren Ständerfeldteils 33 gelagert ist.

Eine feststehende Achse 66 ist mittig nach oben abstehend im zylindrischen Magnetkern 31 angeordnet. Die Mittellängslinie der Achse 66 fällt mit den Mittelpunkten 27 und 40 der Kreise zusammen, entlang derer die Pohchuhe an dem äußeren und dem inneren Ständerfeldteil 19 bzw. 33 (F i g. 5,7,9) angeordnet sind.

Am oberen Ende der Achse 66 ist drehbar ein Läufer

68 angeordnet, der aus permanent magnetisierbarem keramischem oder plastisch gebundenem Ferritmaterial besteht. Er ist entlang seines Umfangs mit einer Vielzahl von Permanentmagnet-Nord- und -Südpolen versehen, wobei 12 Nord- und 12 Südpole abwechselnd vorgesehen sein können.

Mit dem Läufer 68 dreht ein Antriebsrad 70, das mit einem auf der Achse 45 drehbaren Zahnrad 71 kämmt. Die Achse erstreckt sich von dem inneren Ständerfeldteil 33 zu dem äußeren Ständerfeldteil 19.

Einstückig mit dem Läufer 68 ausgebildet ist eine Nockenscheibe 72 (Fig. 1), die mit Vorsprüngen 73 und 74 versehen ist, die am Umfang in entgegengesetzter Richtung einander zugekehrt sind und in der Durchmesserlinie 75 des Läufers 68 liegen. Die Vorsprünge 73 und 74 bilden einen Teil eines Mechanismus, der die Drehung des Läufers 68 nur in einer Richtung sichert.

Der eine oder der andere der Vorsprünge 73 oder 74 ist so ausgebildet, daß er durch einen Anschlag 76 eines plattenartigen Armes 77 berührt wird.

Wie in F i g. 4 dargestellt, weist der Arm ein flaches Nabenteil 78 auf, das drehbar an einer Nabe 79 des Zahnrades 71 gelagert ist. Das flache Nabenteil 78 des Armes 77 ist mit einer ebenen Fläche 80 versehen, um die ebene Fläche 81 an der Nabe 79 reibend zu berühren, damit durch diese verhältnismäßig leichte Reibungsbe-

rührung der Arm 77 zusammen mit dem Zahnrad 71 dreht. Um den Arm 77 in der richtigen Lage gegen axiale Bewegung zu halten, ist eine Sicherungsscheibe 82 an der Nabe 79 befestigt.

Der Arm 77 wirkt mit dem Vorsprung 73 zusammen, um die Drehung des Läufers 68 im Uhrzeigersinn zu verhindern und dessen Bewegung in entgegengesetzter, durch einen Pfeil 85 (Fig. 1) angezeigten Richtung zu gestatten. Es wird angenommen, daß der Läufer 68 in einer anderen als der in Fig. 1 dargestellten Lage stehengeblieben ist. Falls dann aufgrund der Erregung der Erregerwicklung 51 der Läufer 68 dazu neigt, im Uhrzeigersinn zu drehen, treibt das Antriebsrad 70 das Zahnrad 71 und der Arm 77 dreht mit diesen, um den Anschlag 76, wie in ausgezogener Linie gezeigt, in den Weg des Vorsprungs 73 zu bringen. In dieser Stellung des Läufers 68 mit dem Vorsprung 73 in Berührung mit dem Anschlag 76 vibriert der Läufer 68 stark, und zwar wegen der bestimmten Abstände der Polschuhe an dem äußeren Ständerfeldteil 19 und dem inneren Ständer-' feldteil 33. Diese Wirkung ist derart, daß der Läufer 68 scharf zurückgeschlagen wird und in Gegenuhrzeigerrichtung in Richtung des Pfeils 85 dreht (F i g. 1). Diese Drehung wird durch die Drehung des Zahnrades 71 in entgegengesetzter Richtung begleitet und verschiebt den Arm 77, der mit dem Zahnrad dreht, in eine Stellung außerhalb des Weges des Vorsprungs 73. Wenn der Arm 77 die in F i g. 1 gestrichelt gezeigte Stellung einnimmt, wirkt der Anschlag 76 mit dem Vorsprung 74 zusammen, um die Drehung im Gegenuhrzeigersinn des Rotors zu hemmen und im Uhrzeigersinn zu gestatten.

Das äußere Ständerfeldteil 19 ist mit einer öffnung 90 mit einem verhältnismäßig großen, lichten Durchmesser versehen, durch den, wie in Fig. 3 dargestellt, ein mit dem Zahnrad 71 drehbares Antriebsrad 91 gesteckt ist. Auf diese Weise ist das Antriebsrad 91 unterhalb des äußeren Ständerfeldteils 19 gelagert, wo es ein Zahnradvorgelege 92 innerhalb des rechteckigen Zwischenraumes zwischen der rechteckigen Montageplatte 12 und dem äußeren Ständerfeldteil 19 treiben kann. Zahlreiche Kombinationen von Zahnradvorgelegen mit verschiedenen Übersetzungsverhältnissen können verwendet werden. Als Beispiel ist ein Zahnradvorgelege 92 dargestellt, das ein Zahnrad 93 und ein Antriebsrad 94 aufweist, die beide drehbar an einem von dem flachen Boden 13 abstehenden Stift 95 gelagert sind. Das untere Ende des Stiftes 95 ragt in eine öffnung % im flachen Boden 13. Das obere Ende des Stiftes 95, dessen Durchmesser verengt ist, um drehbar am Zahnrad und dem Antriebsrad 94 montiert zu werden, erstreckt sich durch eine öffnung 97 in dem äußeren Ständerfeldteil 19. Das Zahnradvorgelege kann auch ein Zahnrad 98 aufweisen, das durch das Antriebsrad 94 getrieben wird und an einer Abtriebswelle 99 angeordnet ist, die an ihrem unteren Ende in einem abgesetzten Lagerabschnitt 100 im flachen Boden 13 drehbar gelagert ist. Das andere oder obere Ende der Abtriebswelle 99 ist in einer öffnung 101 des äußeren Ständerfeldteils 19 drehbar gelagert. Ein Abtriebsrad _3<) 102 wird durch die Abtriebswelle 99 getrieben.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Selbstanlaufender Einphasensynchronmotor mit einem Permanentmagnetläufer, dessen Magnetpole abwechselnder Polarität mit gleichmäßigen Abständen am Umfang angeordnet sind, einem ersten und zweiten Ständerfeldteil aus ferromagnetischem Material und einer Ständerwicklung auf den Ständerfeldteilen zum Erzeugen eines magnetischen Flusses zwischen diesen, wodurch die Ständerpole des einen Ständerfeldteils die eine magnetische Polarität und die Ständerpole des anderen Ständerfeldteils die entgegengesetzte magnetische Polarität haben, und mit in der Ebene des Läufers angeordneten Polschuhen der Ständerfeldteile, wobei das erste Ständerfeldteil als Ständerfeldkorb und das zweite Ständerfeldteil mit zwischen den Polschuhen des ersten Ständerfeldteils angeordneten Polschuhen ausgebildet ist und die Polschuhe mit ungleichmäßig aufeinanderfolgenden Abständen am Umfang des Läufers angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Polschuhe (22 bis 26; 34 bis 39) beider Ständerfeldteile (19, 33) im zusammengebauten Zustand mit unregelmäßigen Abständen am Umfang des Läufers (68) angeordnet sind.

2. Synchronmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aufeinanderfolgende Polschuhe des ersten Ständerfeldteils (33) um einen von wenigstens drei diskreten Winkeln voneinander getrennt sind, ein erster dieser Winkel etwa gleich 360° geteilt durch die Hälfte der Gesamtpolzahl des Läufers (68), ein zweiter dieser Winkel etwa gleich V4 des ersten Winkels und der dritte Winkel etw;? gleich ⁵A des ersten Winkels ist.

3. Synchronmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß aufeinanderfolgende Polschuhe des zweiten Ständerfeldteils (19) um einen von drei diskreten Winkeln voneinander entfernt sind, wobei der kleinste der Winkel etwa gleich 360° geteilt durch die Hälfte der Gesamtpolzahl des Läufers (68) ist.

4. Synchronmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei benachbarte Polschuhe (35, 36) des ersten Ständerfeldteils (33) zwischen aufeinanderfolgenden Polschuhen (23, 24) des zweiten Ständerfeldteils (19) angeordnet sind.

5. Synchronmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei benachbarte Polschuhe (24, 25) des zweiten Ständerfeldteils (19) zwischen aufeinanderfolgenden Polschuhen (36,37) des ersten Ständerfeldteils (33) angeordnet sind.

6. Synchronmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der größte der drei diskreten Winkel des zweiten Ständerfeldteils (19) die Entfernung zwischen den Polschuhen (23, 24) des zweiten Ständerfeldteils (19) bildet, zwischen welchen die zwei aufeinanderfolgenden Polschuhe (35, 36) des ersten Ständerfeldteils (33) angeordnet sind.