DE1638302A1

DE1638302A1 - Elektromotor

Info

Publication number: DE1638302A1
Application number: DE19681638302
Authority: DE
Inventors: Haydon Arthur William
Original assignee: Tri Tech Inc
Current assignee: Tri Tech Inc
Priority date: 1967-02-21
Filing date: 1968-02-06
Publication date: 1972-01-27
Also published as: FR1555093A; DE1983114U; US3495113A; CH491525A; GB1219841A; NL6802020A

Description

rrl-*»ch_# Ine.

. FtB. 1961

Elektromotor

Dl« Erfindung betrifft einen elektrischen Kleinmotor, der infolge seiner einslgartigen Konstruktion und Xelleanordnung auf verschiedenartige Weise, beispielsweise «le selbstetartender Synchronmotor, als intermittierend arbeitender Schrittschaltmotor öder als bürstenloser Gleichstrommotor, su arbeiten vermag.

Motoren der erflndungsgemafien Art besitzen runde bsv. ringförmige Greetalt und können einen syllndrisehen, nichtausgeprtgte Pole enthaltenden. Rotor aus einen magnetischen Keraeikeaterial, einen aus mehreren susaamengepafiten Tel» len aus magnetischem Material bestehenden .Stator, eine die Polstüekteil· des Stators umgebende Ringepule, bestlovten Poletüekteilen auf erf orderliehe Welse angeordnete leitfähige, nioht magnetische Abschlrmglieder und Kittel sur Befestigung der Statorteile aneinander aufweisen.

In der Regel ist ea wünschenswert, dafi Slektronotore dieser allgemeinen Art von alleine anlaufen und eich immer nur In einer Richtung drehen. SIn schnell und zuverlässig selbst

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BAD ORIGiNAt

anlaufender Elektromotor Ist insbesondere für intermittierenden Betrieb bei Verwendung für Zeitsteuerzwecke vorteilhaft, wobei toitunter die förderung gestellt wird, daß er bereite Innerhalb der ersten. Pertode der angelegten Wechselspannung .die Synchrondrehzahl erreicht« Obgleich die Garantie einer einsigen Drehrichtung durch verschiedene mechanische, ein Rückwärtsdrehen verhindernde Vorrichtungen gegeben werden kann, erhöhen derartige Vorrichtungen die Herstellungskosten de» Motors und aeigen andere Nachteile auf, welche die Fähigkeit des Motors beeinträchtigen, praktisch augenblicklich in einer vorgegebenen Drehrichtung anzulaufen₀ Aus diesem Grund wurden bereits Versuche zur Verwendung von AbsohirorIngen, gedämpften Rotorpolen und anderen Vorrichtungen unternommen, welche die magnetischen Eigenschaften des Motore beeinflussen und das Anlaufen des Motors in der vorgeschriebenen Drehrichtung gewährleisten sollen. Diese früheren Versuche waren jedoch unter anderem deshalb nicht voll zufriedenstellend, well in der eingespeisten Spannung sowie in der Richtung des Stromflusses im Augenblick des Schließens des Stromkreises unweigerlich Schwankung gen auftreten können. Insbesondere in den Fällen, in welchen die erste Halbperiode oder eii·. Bruchteil der sei· ben zufällig die falsche Polarität besitzt, zeigen derartige Motoren die Senden«, den Einfluß der Abschirmringe,

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BAD ORIGINAL

der gedämpften Pole oder anderer, eine Bewegung nur in einer Richtung gewährleistender Vorrichtungen zu überwinden und in der faltchen Drehrichtung anzulaufen.

Sa dies· Motoren aus siealich kleinen Bauteilen bestehen, bestand ein anderer Haehieil bisher darin, daß diese herkömmlichen Motoren schwierig in der Weise zusammenzusetzen waren, daß die Einzelteile, insbesondere die Poletücke, in genauem Abstand und genauer Anordnung eingebaut waren. Zur Milderung dieses Nachteils können die Statorteile erfindungsgemäB aus zusammengepaßten bzw. ineinander einfügbaren Teilen bestehen, welche die Ausrichtung während des Zusammenbaus erleichtern und als Teil des Motorgehäuses dienen. Dieses Merkaal wird im folgenden noch näher erläutert werden.

Kleinmotoren dieser Art sollen mit Leistungen von einigen wenigen Watt "bis herab su Bruchteilen eines Watts und vorzugsweise mit vergleichsweise hohem Drehmoment arbeiten. Beispielsweise können die erfindungsgemäßen Motoren über ein Untersetzungsgetriebe ein AuBgangsdrehmoment von etwa 60 cm/g (70 inch/ounces) bei 1 U/min liefern.

Die Erfindung schafft einen Elektromotor mit einem magnetisierbaren, toroidförmigen Stator, einem koaxial zum

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BAD A

Stator angeordneten permanentmagnetisohen Rotor und einer den Stator umschließenden Feldspule, der dadurch gekennzeichnet ist, daß der Rotor größere Länge als Durchmesser besitzt, daß der Stator einander gleiche, gegenüberliegende Seile in Form von mit Öffnung versehenen Scheiben aufweist, von welchen Torragende Pole senkrecht abstehen und welche' unter Festlegung eines Teils des Stators einschließlich einer bogenförmigen, in. Radialrichtung Abetand vom Rotor besitzenden Anordnung von vorragenden Polen zusammengefügt sind, und eine Einrichtung aum Zusammenhalten 6lgt Scheiben vorgesehen iet.

Ein anderes Merkmal verschiedener bevorzugter Aueftihrungeformen der Erfindung besteht darin, daß der Rotor aus einem Keramikmaterial hoher Koersitivkraft, niedriger magnetischer Durchlässigkeit und niedriger Dichte besteht und einen länglichen Zylinder mit eineza einsigen Paar von nicht vorspringenden, dauerhaft magnetiaierten Pclen bildet und ein vorgegebenes Verhältnis von Länge zu Durchmesser aufweist. Durch Festlegung dieses Verhältnisses auf mindestens etwa 1,25:1 wird die Trägheit des Rotors auf oinen Punkt herabgesetzt, an welchem selbst bei Rotoren außergewöhnlich geringer Größe ein eehr hohes Drehmoment erzeugt wird. Von noch größerer Bedeutung 1st möglicherweise die Tatsache, daß ein diese Erfordernisse

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BADORJGiNAL' ^

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erfüllender Rotor bei Verwendung in Verbindung mit einer neuartigen Statorkonetruktion praktisch augenblicklich anläuft lind die Synchrendrehsiahl von beispielsweise 36OO U/min innerhalb der ersten Periode der angelegten Wellenform erreicht. Wenn die angelegte Wellenform dl» richtige Polarität besitzt, wird die Synehrondrehsahl innerhalb der ersten Halbporiode erreicht. Die niedrige Trägheit des Rotors verbessert außerdem seine Tendenz, iamer nur in einer vorgegebenen Richtung zu laufen, so AaJ der unabhängig von der Polarität dtr angelegten Wellenform und selbst in den Fällen» In welchen die Spannung der Wellenform die Kennspannung des Motors übersteigt, unweigerlich jedesmal in derselben Richtung anläuft*

Bin weiteres Merkmal bestimmter Ausführungsformen der Erfindung besteht in der Verwendung von zusammengepaßten magnetischen Statorteilen, die als Zusammenbauhilfen dienen und in gewissen Fällen einen Tell dee Motorgehäuses bilden.

Ib folgenden sind bevoraugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Ee zeigen:

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BAD ORIGiNAi.

1S3&S02

Fig. 1 «ine auseinandergebogene perspektivische Darstellung eines Elektromotors nit den Merkmalen der Erfindung,

Fig. 2 einen diametralen Schnitt durch die Zeile gem&Q Flg. T in susamaengebaute« Zustand sowie durch gewisse mit ihnen susanmenwirkende Bauteile, in vergrößerte» Maßstab,

Flg. 3 eine Aufsieht auf einen Seil des Stators,

Fig. 4 eine Aufsieht auf einen Abachiraring alt daran vorgesehenen Halterungelappen,

Fig. 5 einen Fig. 2 ähnelnden Schnitt durch die Bauteile nebst sugeordneten Bauteilen einer abgewandelten Aueführungefor» der Erfindung,

Fig. 6 eine aueeinandergesogene Darstellung nur des Stator» gem&8 Flg. 5 ohne die Feldspule,

Fig. ? eine perspektinsehe Sarstellung des Rotors, in

welcher die Lage der dauerhaft magnetisieren Abschnitte angedeutet ist,

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BAD ORtQINAt

flg. 8 eine teilweise sohematlsehe Sohnlttaneloht sss Veranschauliolmng der Anordnung der Statorpole,

Pig. 9 eine perspektivisch· Ansicht des Motors geslft fig. 6 eur Yeransokawlioaimg de« Halteband· sowie der Art und-Weise seiner Anbringung,

flg. IO einen Schnitt durch eine veiter abgewandelte λ Aueführungsfora des erflndungeges&een Elektromotor»,

flg. 11 eine Stirnseltenaneiont des Köters genftfi Yig. 1O₉

flg. 12 einen Schnitt dureh eine noch weiter abgewandelte Ausftthrnngsfon des erfindtingegeaaSen Slektromotors,

flg.13 eine den FIg» Z und $ ähnelnde Schnlttaasloht einer noch weiter abgewandelten Auaführungsfor» der Erfindung,

flg. 14 eine Innenaufsicht auf Teile des Motor« geaaß flg. 13t in welcher nit diesen Teilen susansenwirkende Seile strichpunktiert eingezeichnet sind.

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Pig,15 einen Schnitt längs der Linie 15-15 in Fig.16" durch eine weitere Abwandlung des erflndungsgemäßen Elektromotors,

Pig.16 eine Aufsicht auf den Motor gemäß Fig. 15,

Fig.17 eine Aufsicht auf einen der Abschirmringe dea ^ Motors geifläß Fig. 15»

Flg.13 einen diametralen Schnitt durch den Abschirmring gemäß Fig. 17 und

Fig.19 eine perspektivische Ansicht eines der Statorpole des Motors gemäß Fig. 15.

Zn Fig. 1 sind in aus«inandergezogen«r Darstellung dl· Teil· des St at or gehaust s für den erfindungsgeaäfien Elektro· motor in Verbindung mit einem Abschnitt 20 ein«s den Rotor enthaltenden Zusatsgehftuses veranschaulicht. Der Motor weist Statorpoletücke 10, 11, 12 und 13 auf, dl« jeweils aus einer Bit zentraler öffnung versehenen Sohelb· und einem senkrecht von der Kante eines Abschnitte der öffnung abstehenden Statorpol bestehen. Diese Statorpol· sind mit 10a, 11a, 12a bzw. 13a bemelohnet.

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BAD #^{?o V}

Gemfiß Fig. 3 weist die Scheibe 10 einen unterbro-Qhenen Flansch mit fünf Schenkeln 10-1 bit 10-5 auf, die um den Schelbenumfang herum auf gleiche Abstünde voneinander verteilt sind. Die restlichen Scheiben weisen ähnlich bezeichnete Schenkel 11-1, 12-1 usv. auf. Gemäß £ig. 1 weisen die die eine Genauβehalfte bildenden beiden Seheiben 10 und 11 in die eine und die die andere Gehäusehälfte bildenden Scheiben 12 und 13 in die andere Richtung, so dafi die beiden Gehäusehälften einander sugewandt sind. Die Polstück« und ihre Schenkel sind bo ausgebildet und angeordnet, daß die Schenkel jeder Gehäusehälft· ineinandergreifen und die Gehäusehälften ineinanderpassen. Die Schenkel bilden somit RUckfluBvege für den Magnetfluß. Dies· Bauteile können beispielsweise aus kaltgewalztem Stahl oder einem anderen Werkstoff bestehen, beispielsweise aus einem magnetischen Werkstoff, wie gepreßt·· BisenpulTfr. Wie aus der folgenden Beschreibung des Zusammenbaus des Stators noch deutlicher werden wird, wird durch das Ineinandergreifen der Schenkel benachbarter Statorscheiben eine einwandfreie Umfangsausrichtung der Pole beim Zusammenbau gewährleistet.

beiden Scheiben 10 und 13 1st jeweils ein Abschirm ring 14 bzw. 15 zugeordnet, der im wesentlichen aus einer Scheibe aus Kupfer, Aluminium, Silber oder einem anderen

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BAD

leitfähigen, aber im wesentlichen nicht-magnetischen Material besteht. Dar Abschirmring H ist zwischen den Polstückscheiben 10 und 11 eingespannt, während der Abschirmring 15 zwischen den Polstüekscheibeii 12 und 15 Verspannt ist» Bei der Ausführungsform der Erfindung gemäß den Pig. 1 bis 4 "*t. der Abschirmring 14 mit einander gegenüberliegenden Anbau- bzw* Halterungelappen 14a und 14b versehe», von denen der Lappen 14a solche Breite besitzt, daß er mit engem Sitz wischen zwei Statorschenkel, wie die Schenkel 10*3 und 10-4 einpaßbär ist. Der Halterungelappen Hb ist an seinem übergang in die Kreisform des Abschirmung« 14 breiter und bei He Bit einem Schiit« sux Aufnahme eines der Flansch-Schenkel, im vorliegenden Fall des Sehenkels 10-1, versehen· Der andere

und Abechlrmring kann ähnlieh ausgebildet auf Ähnliche Weise eingesetzt sein, falls weitere Halterungslappen benötigt werden, obgleich bei der dargestellten Ausführungsform die üalterungslappen aa Absofclrarlag 15 weggelassen elnd, so daß letzterer Kreiefor» besitzt. Di· Absehlraringe 14 und 15 sind jeweils am Umfangerand ihrer zentralen öffnungen mit Ausnehaungon Hd bzw. 15d zur Aufnahme dor Pole 10a und 15a versehen.

In flg. 2 sind der Rotor 16 und die zwischen die Ständerscheiben 11 und 12 eingesetzte Feldspule 17 des Motors

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BAD ORIGINAL

dargestellt. Der Rotor 16 ist in einer Verlängerung 20 eines Zusatsgehauees 21 gekapselt und eltet auf einer in Abstand Toneinander besitzenden Legern 25 und ZA gelagerten Welle 22· Di« Verlängerung 20 ist herausnehmbar in den durch die susamnengeeetsten Statorecheiben umgrenzten svlindrisehen, Hohlraum eingeeetst· Das Lager 23 kann mittels einer in Pig» 2 nicht sichtbaren Kapillar-Zwischenacheibe gesehaiert werden» die sieh vom Inneren des Gehäuse· 21 lang· des lauf ere sum abstehen*» den. Ende der Verlängerung 20 erstreckt, wobei das nor* aalenreise im Gehäuse für das Getriebe und das Lager 24 dee Motors vorhandene SchmierSl durch die Zwiechenseheibe su» Lager 23 geführt wird.

Der Zusammenbau dee Motors wird in folgender Weise vorgenommen: Zunächst wird der Abechirmring H in die mit Plansch versehene Scheibe 10 eingesetzt_y so daß der Sehenkel 10-1 den seiner Form angepaßten Schlitz 14e durchsetzt und sich der Lappen 14a zwischen den Schenkel 10-3 und 10-4 hindurcherstreokt. Daraufhin wird die Seheibe 11 so auf den Abschirmring 14 aufgesetzt, daß ihre Schenkel 11-1 usw. zwischen die Schenkel 10-1 und. 10-5 usw. der Scheibe 10 zu liegen kommen und somit ein praktisch ununterbrochener Flansch gebildet wird. Die Schenkel besitzen sämtlich gleiche Länge, bg daß die

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De di# Schenkel der feeidefi Polstüetegruppen IBMg χαιά ki?rg ßind, k8nnen die beiden, StatcrhSlft®a ineinandergreifend zusammengefügt werden. Die kturscs Schenkel dee Polstücks 10 legen sich gegen die eß%sp2?©° chenden langen Schenkel des Polstüoks 12 an, wäteeeä sieli die Schenkel des Polstücke 11 an die Schenkel des Pel»

BAD ORföiNÄT° "

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BAD ORIGINAL

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Der Rotor 16 "besteht aus einem länglichen Zylinder aus sagnetischea Keraiaikinateriel, das gemäß Fig. ? mit einander gegenüberliegenden Nord«* und StMpölen 1Ϊ fesw. S dauerhaft magnetisiert ist«. Hierfür wird ein im magneti-Dohen Sinn verhältnismäßig "hsrtef" Material verwendet.

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das hohe Koerzitivkraft, niedrige Durchlässigkeit _t ein hohes magnetisches Energieprodukt und niedriges spezifisches Gewicht besitzt. Beispiele für derartige Werkstoffe sind das -von der Pirma Staßkpole Garbon Company, Electronic Component Division, St. Kaz»ys_f Pa./USA, hergestellte Ceraiaagnet A, A19 und A7O sowie das von der Firma Indiana General Corporation, Yalparaiso, Ind./USA, φ herge§t©llte Indox I und Indox Y. Diese Werkstoffe bestehen aus Bariumferrit mit der Zusammensetzung BaFe₁₂ ⁰IQ- ^Ein anderes brauchbares Material ie.t des von der Firma Leyman Corporation, Cincinnati, Ohio/USA, erhältliche Piastiform. Der Läufer kann auch aus einen von dar Firma Hamilton Watch Company, Lancaster, Pa./USA, gelieferten Werkstoff aus 77$ Platin und 23# Kobalt «ag©·» fertigt werden. Dieses letztgenannte Material besitzt ' eine Rest induktion von 6400 Grause, eine Koerzitivkraft Ton 430G Oersted und ein maximales Energieprodukt von 9,0 χ 10 Gauss-Oersted.

Der Rotor 16 weist eine Axialbohrung auf, in welcher die Welle 22 durch Kleben, Eingießen oder anderweitig befestigt ist. In manchen Fällen, insbesondere bei Verwendung von Piastiform als Läufermaterial, wird eine Anzahl vergleichsweise dünner Scheiben aus diesem Material in • Stapelanordnung unter Bildung des Rotors miteinander ver-

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klebt. Bei anderen "bevorzugten Ausführungsformen kann der Plastiforra-Werkstoff in Rohrform strangepreßt, auf Länge eureeingeschnitten und darm auf die Welle aufgepreßt sein«

!Bei Verwendung einea laugen Läufers erhöht sich das im Betrieb des Motors gelieferte Drehmoment* Ein verhältnismäßig hohes Drehmoment wird erzeugt, wenn das Verhältnis von Rotorl&nga »u Durchmesser im Bereich von etwa 1,25:1 bis etwa 2:1 liegt. Bin Verhältnis von 1,5:1 scheint besonders vorteilhaft zu sein, während andererseits das gelieferte Ge samt-.Drehmoment bei Annäherung dieses Verhältnisses an den Wert von 1:1 in beträchtlichem Haß abfällt, Bei Aufrechterhaltung eines Verhältnisses von. etwa 1,25:1 gewährleistet außerdem die geringe Trägheit des Rotors ein praktisch augenblickliches Anlaufen und Stehenbleiben des Iiotors. Dieses letztgenannte Merkmal ist insbesondere in den Fällen vorteilhaft, in welchen der Motor für Intermittierenden. Zeit- bsw„ Taktsteuerbetrieb oder für andere Anwendungefälle eingesetzt ist, in welchen die Einführung eines kumulativen Fehlers . in die, Stellung der Rotorwelle nach wiederholtem Anlaufen und Stehenbleiben vermieden werden sollte„

Flg. 5 zeigt einen Sohnitt durch eine abgewandelte Aua-

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8A0 original'

führungsform der Erfindung, bei welcher die Statorpolstücke 110, 111, 112 und 113 die Form von mit Flanschen versehenen Scheiben besitzen, die in Fig. 6 in ihren richtigen Relativsteilungen zueinander dargestellt sind. Die Magnetglieder können aus kaltgewalztem Stahl der rieh» tigen Dicke gepreßt oder aus Eisenpulver hergestellt sein_e Bei einer speziellen Ausführungsform der Erfindung ^ kann das magnetische Material im Fall von Scheiben mit etwa 25,4 mm Durchmesser eine Dicke von etwa 1,14 mm besitzen. Zwei Scheiben 110 und 113 sind einander identisch und mit. aentralen Offnungen sowie mit Statorpolen 110a bzw. 113a versehen, dl· unter einem rechten Winkel von den Umfangerändern der öffnungen abstehen, und weisen außerdem einstückig mit ihren Umfangsabschnitten ausgebildete zylindrisch· flansch· 11Ob bzw. 113b auf.

Innerhalb der Flansch· 110b und 113b dieser Scheiben 110 " bzw. 113 ist jeweils ein Abeohirmring 114 bzw* 115 engeordnet, so daß die Pole 11Oa und 113» die abgeschirmten Pole des Motors bilden. Obgleich die Absohirmringe 114 und 115 in den Flg. 5 und 6 ohne Halterungelappen dargestellt sind, können solche Halterungslappen erforderlichenfalls vorgesehen sein, wobei die einander gegenüberliegenden Lappen, entsprechend den kleineren Halt«rungelappen 14a gemäß Fig. 4, einander gleich sein sUBten.

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die Halterungelappen naefe &u@en herausragen zu lassen, mußten die Flansch« 11Ob tmä 1151s sit Ausschnitten zur Aufnahm© der Lappen versehen sein»

Die Ständeracheiben 111 und 112 weisen sur Aufnahm© des felöapule 117 etwas tiefer© Flansche! auf als &i© Scheiben 110 w&d. 113, Kleineren DerdismeBser besitzend© Ateslmitte uni 112e der Scheiben 111 bsw. 112 dienen ssm Sin-

s>et ssen in die Flanßclie 11Cb b.*w. 1l3*b. Sie Peldepiu® 117 weist einen anstehenden ÄnschlizSansatz 1173. mx£_t an welchem elektrische AnBGhltiEse Torgenomsen werden können, während die Plans eh® 4sr Scheiben 111 und 112 hei 111b bzw. 112b aur Aufnahme dieses Aneataes mit Aitsspa« rungen versehen sind.

Die Bauteile des Stators werden mit dem Rotor 116 (Fig. 5} zusammengesetzt, welcher in einer ein geschlossenes Ende aufweisenden zylindrischen Verlängerung 120 eines angreii« senden Getriebegehäuses 121 untergebracht ist. Die Rotorwelle 122 ist in Abstand voneinander besitzenden Lagern 123 und 124- gelagert, wodurch ihre Stabilität verbessert wird. Obgleich die Verwendung des Lagers 124 in Verbindung mit dem Lager 123 besonders vorteilhaft ist, kann die Rotorwelle auch innerhalb des 'Getriebegehäuses, d_oh_o gemäß Pig. 5 links vom Lager 123« gelagert sein, so daß

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BAD ORIGINAL

das !Lager 124 nicht erforderlich ist.

Wie am &®ut liehst en aus Fig. 9 hervorgeht , werden das S-etrisb@geliKiase 121 sowie die Plansche der Statorecheiben 11O₉ 111^ 112 und 115 durch ein Band 125 zusammengehalten» ds,e vorzugsweise aus einen metallischen Streifen be· steht, welcher durch Ankleben befestigt ist·

Die Feldspulen 17 und 117 der beiden vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung weisen jeweils swsl Ansehlußkabel auf, die von einer üblichen Stromquelle aus mit Wechselstrom beschickt werden· Bsi anderen Auefiihrungsformen können die Feldspulen mit einer Mittelanzapfung* versehen sein und alt Gleichetroxaimpulsen abwechselnder Polarität gespeist werden, so daß der Motor beispielsweise als dreipoliger Schrittschaltmotor betrieben werden kann. Zur Erhöhung der Induktanz des Magnet« kreises des Motors unter Vermeidung einer Sättigung der Polstücke können die Feldspulen mit Stahlbändern oder geschlitzten Eisenringen versehen sein, die mit einem Isolierlack überzogen sind. Eine andere Möglichkeit kann darin bestehen, die Feldspulen mit Isolierlack zu . bestreichen, der mit einer ausreichenden Menge an Eisenpulver o.dglο ferromagnetisehern Material versetet worden ist _o

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Der Motor gemäß den Pig. 10 und 11 ähnelt im Aufbau den vorher beschriebenen Ausführungsformen das erfindungsgemäßen. Elektromotors, v/eist jedoch- einen Stator auf, bei welchen die abgeschirmten Pole weggelassen und nur ein einaiges Paar xiichi; abgeschirmter Pole 211 und 212 vorgesehen ist. Diese Polstücke liegen einander gegenüber und umschließen einen Rotor 216 aus laagnotiseheja Material mit einem Einzelpaar nicht herausragender Polo« Die Polstiicke 211 und 212 besitzen die Form von mit Planschen versehenen Scheiben und sind mit einwärts abstehenden Polen 211a bssw. 212a versehen, die von einer Feld* cpule 217 umschlossen sind. Der Rotor 216 sitsst auf einer Welle 222, die eine mit einer fedarbelasteten Rast© 231 sugammenwirkende Stufenkurve 230 trägt. Die Raste 231 ist am Motorgehäuse bzw. an der Ständers ehe ib<? 212 angebracht und durch eine Feder 252 gegen die Kurve 230 vorbelastet, so daß sie eine mechanische Binweg-Kupplungsvorrichtung bildet. Die Stafcorpolstücke können jeweils eine Umfangsausdehnung von 90° oder mehr besitzen. Die dargestellte Vorrichtung dient in Verbindung mit dei* mechanischen J3inweg~Kupplung als Synchron-Induktionsmotor. Zur weiteren Verbesserung der Anlaufeigenschaften des Motors können die Poletücke 211 und 212 so angeordnet sein, daß ihre Pole 211a bzw. 212a unter einem Winkel von 120^ö zueinander liegen, so daß bei Erregung der PaId-

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SAD ORlQtNAL

spule eine das Anlaufen unterstützende Drehschwingung erzeugt wird.

Der Elektromotor gemäß Pig, 12 kann ala Schritt3ehalt-Servomotor, als zweiphasiger Synchron-Induktionsmotor oder als bürstenloser Gleichstrommotor dienen, wenn er in passender Weise an die entsprechende Spannungsquelle angeschlossen wird» Venn beispielsweise eine der beiden Feldspulen 317 oder 417 des Motors Bit einem Kondensator in Reihe geschaltet wird, ergibt eich ein zveiphaslgar Synchron-Induktionsmotor, dessen Drehrichtung durch Itaachalten des Kondensators, so daß dieser mit der anderen Feldspule in Reihe liegt, umkehrbar ist. Dieser Motor weist zwei identische Feldspulen&nordnungen 311 und 411 auf, die jeweils derjenigen dee Motor« gemäS den Fig. 10 und 11 ähneln, nur mit dem Unterschied, daß keine meehanisehen Einweg-Vorrichtungen vorgesehen sind. Diese Feldspulenanordnungen sind mit jeweils einem Rotor 316 bzw. 416 für jeden Abschnitt nebeneinander angeordnet. Wahlweise kann auch ein Einzelrotor vorgesehen sein, der mit beiden Statoranordnungen zusammenwirkt. Die Rotorwelle 322 ist in zu beiden Seiten der Statoranordnung vorgesehenen Lagern 340 und 440 gelagert.

An der Statoranordnung ist ein napfförmiges Gehäuse 450

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, welches zur Aufnehme der verschiedenes Bu-

, wie des Kondensator» ffe einen sw@ipfeaeigen Indnlctloneaotor» der logischen Sohaltuagstemteile für den Betrieb als Sahyittsstalt-Sarromotar ©des» erforderlichen. Umformer usw_o füi? den B@triefe als

g£ge ordnet en Sehaltimgea köimea dl· ^elöspmlea 317 417 Jeweils mit zwei Leitungen, einer Hittel®a,s§apfungs·

BIe Roterpol· kunnen entweder sit mal einer Seit® der Welle liegenden Norpolen snfeinander ausgerieht©t oder VM 90° oder 180° geg®sxeimami®r Tereetst sein. Rotorpol· aufeinander imsf^Xfieätet od«r xsa 180° sind, befinden eich die Pole des einen Stator&bseknitte unter einem Winkelabstand von 90° gegenüber den Polen dee anderen Abschnitts, Sei um 90° gegeneinander versetsten Rotorpolen sind die Statorpole dagegen aufeinander aus» gerichtet.

In den Fig. 13 und H ist eine besondere Torteilhafte Aus» führungeforat eines Elektromotors dargestellt, bei welcher die Statorsoheiben 510, 511» 512 und 513 paarweise Busam« mengefügt sind, wobei jedes Paar jeweils mit einem Ab-

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schirmring 514 und 515 zusammengesetzt Ist, die zwischen dia Scheiben 510 und 511 b2w. 512 und 513 eingesetzt sind. Die Statorpole 51Oa und 5"11a (iig. 14) stehen von ' der zentralen Öffnung der betreffenden Scheibe 510 bzw. 511 ab und greifen unter Bildung des eines Segment's der Polstückaaordnung ineinander, während die Statorpole 512a und 513a auf ähnliche Weise Ton den betreffenden ^ Scheiben 512 bzw. 515 abstehen und unter Bildung des ge~ genüberliegen&en Segmente zusammengefügt sind. Innerhalb der ßusammengesetzten Statorpole ist ein Rotor 516 und außerhalb der Statorpole ist eine Feldspule 517 angeordnet. Der Rotor 516 sitzt auf einer Welle 521, die von swei jeweils an den äußeren Polstücken 510 und 513 angeordneten kreisförmigen Lagergliedern 522 b«w. 523 getragen wird, welche unter Bildung eines Rotorgehätt*es durch ei ail Hülse 520 miteinander verbunden sind.

w Sie abgeschirmten äußeren Polstüeke 510 und 513 besiteen napfförmige Gestalt und weisen Flansche 510b bzw. 513b auf, die miteinander in Berührung stehen und als Motor» abdeckung dienen, während die nicht abgeschirmten inneren Poletücke 511 und 512 flach ausgebildet sind und über den größten Teil ihres Umfange etwas kleineren Durchmesser besitzen als der Innendurchmesser der Plansche 510b und 513b beträgt. Jedes der Poletücke 511 und 512

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weist vier auf gleiche Abstände voneinander verteilte Anaätze 525 auf» welche die Flansche 51Ob und 513b berühren und die Bahn für den magnetischen Kraftfluß über die nicht abgeschirmten Pole und die Motorabdeckung achließen. Infolge der Zwischenräume zwischen den Ansätzen unterscheidet sich der magnetische Widerstand dee Rückflußpfads für die nicht abgeschirmten Pole von demjenigen der abgeschirmten Pole» so.daß pin.äußeret wirksames Magnetfluß-Verhältniß awisehen den beiden Poleätzen gewährleistet wird.

Die Fig. 16 bis 19 veranschaulichen einen Wechselstrommotor gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungeform der Erfindung. Die Statorpolstücke 610, 611, 612 und 615 dieses Motors ähneln in gewisser Hinsicht den verschiedenen vorstehend beschriebenen Poletücken, besitzen 3·- doch keine kreisförmige, sondern keil- bzw. kreiseegmentförmige Gestalt, Wie am besten aus Pig. 16 hervorgeht, ' nehmen die Polstück« 610 und 613 3«weile «ine Winkelausdehnung von 90° ein und Bind mit abgeschirmten Polen 610a bzw. 613a versehen, welche sieh unter einem rechten Winkel zu den Hauptteilen der Polstück» in Axialriehtung erstrecken. Die Polstücke 611 und 612 umschreiben jeweils einen Winkel von 75° und weisen nicht abgeschirmte Pol· 611a bzw. 612a auf, die auf ähnliche Weise gegenüber den

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Hauptteilen der Polstück© angeordnet» jedoch geringfügig weiter von der Motorachse entfernt sind, so daß ein ungleichförmiger Luftspalt gebildet wird.

Zwischen die Polstück« 610, 611 und 612, 613 let ein aus Aluminium bestehender Abschirmring 614- bew. eingefügt. Wie am besten aus der Sarstellung des Absehirmrings 614 gemäß den Fig. 17 und 18 hervorgeht, weist jeder dieser Abschirnrlnge eine diaaetrale Stufe 626 und acht abstehende Vorsprünge 627 auf, von denen vier von der einen Stirnfläche jedes Abschirmrings an der einen Seite der Stufe nach außen hervorragen, während die anderen vier Vorsprünge an der anderen Seite der Stufe von der and$ren Stirnfläche abstehen. Die Vorsprünge stehen ein der Höhe der Stufe entsprechendes Stück von der betreffenden Stirnfläche ab und wirken mit in den HauptkSrperteilen der Polstücke 610, 611, 612 und 613 vorgesehenen Auerichtbohrungen 630 (Fig. 19) zusammen. Jeder Abschirmring ist mit einer zentralen öffnung 631 versehen, die bei 632 eine Aussparung zur Aufnahme des betreffenden abgeschirmten Pols 610a oder 613a aufweist.

Die Rotoranordnung ähnelt im wesentlichen derjenigen des Motors gemäß den Eig. 13 und 14 und weist einen schmalen zweipoligen Rotor 616, eine Rotorwelle 621 sowie »we!

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G©trIetesg©Mi2B© 620 für den Mofer _s während das lager 625 In der Bohrung 651 615 neben einem ferroiaag^etiscliesi angeordnet let.

Wann £1® Rotoranord&ung c^ ^etrle^ögeMnss 620 e&g@1iraoht , ksna Si® Statcra^oräamsig ssnsasusengebaut werds-a_? indem

swel der Vorsprung© 627 des Absehirmrlngs 614 in die zugeordneten Behrxjages. 630 des abgeschirmten PoI-istücks 610 eingesetzt und ai.ee® feile asisehließend auf -das Getriebegehäuse aufgesetzt werden. Das Polstüek 610 und die eine Hälfte des Absclalnnrings 614 ruhen auf dsm Getriebegehäuse, w'ährend Sie andere Hälfte d®s AbechJLrmringe durch die Polstücke und seine beiden anderen Voreprünge 627 im Abstand vom Getriebegehäuse gehalten wird. Danach wird das nicht abgeschirmte Polstück 611 in der Winkelauerichtung gem&B Fig. 16 auf zwei der Torsprünge an der ersten Hälfte des Absehirmrings 614 ausgerichtet. Die Feldspule 617 wird dann um die sueammengesetzten Statorpole 610a und 611a der Polstücke herum aufgesetzt, wobei sie durch das Polstück 611 und die restlichen Vorsprünge 627 im Abstand von der ersten Hälfte des Absehirmrings 614- gehalten wird. Sodann können das

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ni@ht abgeschirmte Polstück 612, der Abschirmring 615 und das abgeschirmte Polstück 613 auf ähnliche Weise dre R@ihe nach eingebaut werden. Schließlich wird der Deckel 628 um die zusammengesetzten Poletücke und Ab« ßöhinsrlnge herum aufgesetzt und am Getriebegehäuse 620 befestigt, so daß sowohl der Deckel als auch das Getriebage&Sus® ©inen Seil des magnetischen RüekfluSpfads für den Motor bilden.

JDuroh die vorstehend beschriebene Anordnung wird einerseits ein keilförmiger bsw. kreissegmentförmiger Zwischen* raw 640 zwischen dem Abschirmring 615 und dem Deckel 628 festgelegt und andererseits ein in den Zeichnungen nicht sichtbarer ähnlicher Zwischenraum zwischen den Ab- «ehirmring 614 und dem Getriebegehäuse gebildet. Zur Schmierung der Lager kann ein im wesentlichen dreieckiger, mit entsprechenden öffnungen zur Aufnahme der Vorsprünge versehener Filzstreifen in einen oder mehrere dieser

Zwischenräume eingelegt werden.

Jeder Motor gemäß den Torstehend dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen dor Erfindung bee it st runde Gestalt und weist einen länglichen Rotor mit nur einem Paar von nicht vorragenden Polen auf. Außerdem enthält er nur zwei nicht abgeschirmte, vorragende Statorpole sowie

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zwei abgeschirmte, vorragende Statorpole. Die erfindungsgemäßen Elektromotoren liefern ein hohes Drehmoment und

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gewährleisten einen Betrieb mit niedrigen Temperaturen und lassen sieh ohne weiteres in gedrängt gebauten Einheiten kapseln.

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Claims

Patentansprüche

Elektromotor ait einem magnetisierbarer toroidför- «igen Stator, einem koaxial sum Stator angeordneten .permanentmagnetiaehen Rotor und einer den Stator WMchlioeeaden Feldeptrle, dadurch gekennseiehnet, daB der Rotor größere Länge als Durehmesser beeitst, daß der Stator einander gleiohe, gegenüberliegende Teile in Form ron mit öffnung versehenen Scheiben aufweist, von welchen vorragende Pole senkrecht abstehen und welche unter Festlegung eines Teils des Stators einschließlich einer bogenförmigen, in Radial· richtung Abstand vom Rotor besitzenden Anordnung von vorragenden Polen zusammengefügt sind_e und eine Einrichtung sum Zusammenhalten der Scheiben vorgesehen ist.

Elektromotor naoh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator aus stapelartig susammengesetsten Teilen aufgebaut ist, von denen jeder eine mit zentraler öffnung versehene Scheibe sowie einen an. der Öffnung angeordneten vorragenden Statorpol aufweist,

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daß jeweils die Hälfte der Scheiben mit in entgegengseetist© Richtungen weisenden und mter Festlegung einer zylindrischen Anordnung einander diametral gegenüberliegenden Statorpolen stapelartig giasesuaen« gesetzt ist und daß einander entsprechende Scheiben jeweils gleiche Konfiguration liesitsem.

3„ Elektromotor nach Anspruch 1 oder Z₉ dadurch gekennzeichnet _t daß $@ae Scheid© einen parallel zvl ihrem Pol aufrecht abat@li@nden_s unterbrochenen Flansch aufweist und daß die Seile ^edes Flausches unter Feat' legung eines Gehäuß®e füy den Statar in die entsprechenden Teile eineo anderen Flansches eingreifen.

4. Elektromotor nach einem der Torangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet ₃ daS der eine der vorragenden Pole jedee Statorteile näher am Rotor angeordnet ist als die anderen Pole, so daß zwischen dem Rotor. und dem Stator ein ungleichförmiger Luftspalt festgelegt ist.

5. Elektromotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor ein einziges Paar von entgegengesetzten Magnetpolen aufweist«

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6. Elektromotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Lttage 2U Durchmesser- des Rotore im Bereich von etwa 1,25:1 bis etwa 2:1 liegt.

7· Elektromotor nach einem der vorangehenden Aneprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator mindestens zwei Paare von einander gegenüberliegenden Polstücken mit Jeweils einem senkrecht vom Umfangerand der Statoröffnung abstehenden, vorragenden Statorpol sowie einen Jeweils einem Polstück jedes Paars augeordneten leitfähigen Abschirmring aufweist, daß die Poletücke jedes Paars so zusammengefügt sind, daß ihre Statorpole nebeneinander liegen und in dieselbe Richtung weisen, daß die PolstUckpaare ebenfalls so zusammengefügt sind, daß die Statorpole jedes Paars in entgegengesetzte Richtungen weisen und unter Bildung einer den Rotor umschließenden zylindrischen Anordnung einander diametral gegenüberliegen, daß der Rädialabstand zwischen dem Rotor und den benachbarten Polstücken jeweils unterschiedlich groß, aber genauso groß ist wie der Abstand an den gegenüberliegenden Polstücken und daß die Abschirmringe den den kleineren Abstand besitzenden Polstücken zugeordnet sind.

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8. Elektromotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, da£ jedes Polstück tue einer mit sentraler öffwmg versehenen und einen zylindrischen flansch, tragenden Scheibe mit mehreren Abstand voneinander besitsenden, den sylindrlachen Plansch bildenden. Sohenkeln besteht, daß die Schenkel der Scheiben jedes Polstück* , unter Bildung eines praktisch ununterbrochenen Zylinders sussoaenvirkend alt den Schenkeln des je* veils anderen Polstück* susaaaengafügt *ind und daß jeveHe einander abwechselnde Sohenkel der Scheiben jede* Paars axial Über die swisohengefügten Schenkel der Scheiben des anderen Paars hinausragen und endweise mit dessen Sohenkeln ausammengeiügt sind.

9. Elektromotor nach Anspruoh 7 oder 8, dadurch gekennseichnet, daß mindestens einer der Abschirmringe mit auewärts über die Statoranordnung hinausragenden, als Halterungsmittel dienenden Abschnitten versehen ist.

10. Elektromotor nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Polstück einen zylindrischen Flansch aufweist und daß die Einrichtung zum Zusammenhalten der Polstückö aus einem mit den Planschen verklebten Halteband besteht.

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11« Elektromotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor aus einem leramikraaterial von hoher magnetischer Koerzitivkraft, niedriger Durchlässigkeit und niedrigen spezifischen Gewicht besteht.

12. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet_v daß der Stator nur ein einziges Paar von abgeschirmten Statorpolen und nur ein einziges Paar von nicht abgeschirmten Statorpolen aufweist, die zusammen nit dem Rotor die Beim für den magnetischen Kraftfluß festlegen, und daß der Rotor eine Anhalte* stellung aufweist; in welcher jeder der abgeschirmten Statorpole einem der Rotorpole unmittelbar gegenüberliegt , so daß der Motor bei Erregung der feidspule ein einseitig gerichtetes Selbststartvermögen erhält*

13. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator ein einsiges Paar von vorragenden Polen aufweist und daß eine mit dem Rotor zusammenwirkende mechanische Einwegkupplungs-Vorrichtung vorgesehen ist.

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14« Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor aus zwei Teilen besteht» τοη denen jeder mindestens ein Paar von magnetischen Rotorpolen enthält, wobei einander benachbarte Pole 3*~ welle entgegengesetzt magnetisiert sind, daß die Rotorteile jeweils in der Öffnung eines von zwei Statorteilen drehbar gelagert sind und auf ein und derselben Welle sitzen und daß ihre Pole so angeordnet sind, daß der HagnetfIuS durch jeden Rotorteil in jedem Augenblick jeweils unterschiedlich ist.

15« Elektromotor nach Anspruch 14» dadurch gekennzeichnet, da8 die Rotorteile mit um 90° gegeneinander vereetsten Polen auf ein und derselben Veil« eitsen und daß die Statorpole der beiden Statorteile aufeinander ausgerichtet sind.

16. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennmeiohnet, daß der Stator einander gegenüberliegende Paare von im wesentlichen flachen Polstücken aufweist, von denen jeweils ein Statorpol in magnetischer Kopplung mit der Feldspule senkrecht absteht, daß die Polstücke jedes Paars so zusammengefügt sind, daß die Statorpole der beiden Paare in entgegengesetzte Richtungen

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gegeneinander weisen und somit eine den Rotor «ohließende und Radialabetand τοη diesem besitsend· unterbrochene zylindrische Anordnung voa Stator* polen bilden, daß wischen die FoletUcke jedes Patt» ein Absehlrmglled eur Abschirmung des einen Stator« pole jedes Paars eingesetzt ist und daß Mittel sur Modlfisierung des magnetischen Widerstands des _ Hagnetkreises für die nicht abgesehirmten StatorpoXe Torgeiehen sind, um «wlacaen den Magnetkreisen für die abgeschirmten trad die nicht abgesdhiraten Statorpole einen Unterschied ia Magnetlsohen Widerstand sm ereeugen.

17. Elektromotor nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dal die Polstüoke für die abgeschirmten Statorpolt napffuroige Gestalt besitzen und die Poletücke für die nicht abgeschirmten Statorpole flache Scheiben w sind, die jeweils in den zugeordneten napfförmigen

Poletücken angeordnet sind, und daß die den magnetischen Widerstand modifizierenden Mittel Abstand τοηβinander besitzende radiale Vorsprünge an den Scheiben sind.

18· Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator einander gegenüberliegende Paare von

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im wesentlichen kreissegmentförmige Gestalt besitzenden Polstücken, aufweist, die jeweils einen senkrecht von ihnen abstehenden und in magnetischer Kopplung mit der Feldspule etehenden Statorpol tragen, daß die Polstücke jedes Paars so zusammengefügt sind, daß die Statorpol« der betreffenden Paare entgegengesetzt zueinander gegeneinander weisen und eine den Rotor alt Radialabstand von diesem umschliessende unterbrochene zylindrische Anordnung von Statorpolen bilden, und daß Mittel «um Abeehisrsien eines der Statorpole jede* Polstückpaara vorgesehen sind.

19. Elektromotor nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmmittel zwischen die Polstücke jedes Paars eingesetzte kreisförmige Abschirmringe sind.

20. Elektromotor nach Anspruch 18 oder 19» dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmmittel zwischen die Polstücke jedes Paare eingesetzte, im wesentlichen flache Abschirmglieder sind und dad jedes Abschirmglied zur Aufnahme der betreffenden Polstück· mit einer Stufe versehen ist.

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*· '•rrer *·

21« Elektromotor mit einem anzutreibenden, In ein Gehäuse eingebauten Zusat»gerät, dadurch gekenueelohnet, daß in einem ringförjaigea Stator koaxial ein Rotor nebst Rotorwelle angeordnet 1st. daß das Zusategeaäuee eine mit einem geeehloßsenen Ende versehene, in des ringförmigen Stator eingesetzte syllndrleehe Terlänger?mg but Aurnahme des Rotors auiWf ist uad dad iwei A^atamd voneinander befeitawnö.· Leger svat Lagerung d@r RotorvelXe Totgeeshen sind, Ton denen mindestens eines in Bteaategel&uee montiert lit.

22. Slftktromqto? nmh M.s^r'iQh 21, dadictroA

daS dae «adtre L*«»r in der »ylindrlachen Terlfing·- nahe deren geeohlo/esenea find· nontlert let,

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