DE1788126C3 - Als Wechselstrom-Synchronmotor oder als Schrittschaltmotor betreibbarer Elektromotor. Ausscheidung aus: 1488747 - Google Patents
Als Wechselstrom-Synchronmotor oder als Schrittschaltmotor betreibbarer Elektromotor. Ausscheidung aus: 1488747Info
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Description
Durch die verbesserte Rekonstruktion wurde
es erstmals praktisch möglich, den Wirkungsgrad bei Kleinmotoren für Zeitgeber und sonstige Zwecke
erheblich zu verbessern. So wurde beispielsweise bei einer bereits erprobten Ausführungsform eines Wech- 5
selstrom-Synchronmotors mit weniger als 1 W Eingangsleistung ein Ausgangsdrehmoment von beispielsweise
0,1 mkg bei 1 U/min erzielt. Diese Werte muß man mit Zeitgebermotoren üblicher Bauart vergleichen,
die häufig Wirkungsgrade unter l°/o aufweisen » und normalerweise bei gleicher Drehzahl (1 U/min)
eine Eingangsleistung von 2 bis 3 W benötigen, um nur ein Ausgangsdrehmoment von etwa 0,003 bis
0,03 mkg zu liefern. Ersichtlicherweise gestatten d.e verbesserten Wirkungsgrad- und Ausgangsdrehmo- ,5
ment-Eigenschaften der erfindungsgemäßen Wechselstrom-Synchronmotoren
eine Größen- und Gewichtsreduzierung, und es werden durch die kühleren Betriebstemperaturen
Wartungs- und Schmierungsprobleme wesentlich vereinfacht. «
Eine Erfindung wird im übrigen nur in der Gesamtheit
der im Patentanspruch angegebenen Merkmale gesehen. Elementenschutz für die Kennzeichnungsmerkmale
wird nicht begehrt.
Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsfor- *5
men der Erfindung an Hand der Zeichnung naher
^ ^Vorderansicht eines a,s Schrittschaltmotor
verwendbaren Wechselstrom-Synchronmotors mit den Merkmalen der Erfindung und
F i g. 2 eine Vorderansicht einer abgewandelten Ausführungsform des Motors, die sich als dreipoliger
Schrittschaltmotor eignet.
Die in den Figuren dargestellten Ausfuhrungsformen des erfindungsgemäßen Schrittschaltmotors
weisen einen etwa C-förmigen Stator auf, dessen Schenkel mit 30a bzw. 3Qb bezeichnet s.nd und der
beispielsweise aus Stanzblechpaketen, aus niedrig gekohltem oder weichem Silizium-Stahl bestehen
kann. Die Blechpakete werden in üblicher Weise *>
z.B. mittels Hohlnieten, zusammengehalten. Der Mittelabschnitt des Stators 30a, 30 b ist von einer
Snulenhülse 42 mit aufgewickelter zweiklemmiger ι" 40 umgeben, di^ in noch zu beschreibender
Weise durch eine e.ektrisciie Spannungsquelle erregt
sollte das für ^^^j^ vorzugsweise auch hoh^ ^s^"™hendes Magnet-Einlesen
Anforderungeuente.preJend ^J^
material ρ {". ^"^eSSprozent Kobalt und
prozent Platin und 23 Oewicnupro
besitzt
· j ι »· „ nr fUOOGauß
eine Restindukt.on, Br 6400 OcUU
eine Koerzitivkraft, Hc 4300 Oersted
m3v;maies Enereie-
^n maximal« tnergie ^ 10üGauß.Oersted
^n maximal« tnergie ^ 10üGauß.Oersted
proouKi, nu-n .... ,
Materialien sind in der Zeit-Beispiele
fur solche Ma*™}™ surf «
schritt »Revue Generale de L weUnci«.
1960, S. 494, beschrieben
Bei Verwendung eines Rotors.aus d^em_ ™fts u
wird der Rotormagnetfluß ™ » ^u ρ
und dementsprechend das Motordrehmomeni v
portional erhöht. . ich als beSon-
Ein anderes Magnettnatena , das ^h
..Υ^ .^^„^rrhSSerial mit einem
gradlinig onentierten B^umtemtm ^
T i isotrope
'f OrientieruneTachse Dieses anisotrope
längs der Or enüerungsachse uie für
^Motoren ^^^
Achse ,hrer ^^™°™$£££ zsammen-Durchmesser
des zylindrischen Rotors
fallen laßt schematisch angedeutet
Wieμπ den F ^^: ^etpole entgegen-
^ Polarität wobei die Form der beiden Ma-
Yli derart Rewählt ist, daß sie den
i d ^w lindrische
unterteilen Bei einem Rotor ^ Koerzitivkraft kön-
^ JfS ^ entgegengesetzter magnenen
die be.den Gebiete tntgeg ß ku dn.
nsctar Jolan« ohne^ schadU ^ ^ ^
ander^se'" nan^Dra ; inen vcrhältnismäß.g
b 'den PoJ^^^J1^ m? des Rotorgroßen
Kreisbogen von ρΐικ
^^s-Anlaufcharak-
der Erfindung
^MScTStatorschenkeUO, endet am spulenfernen
Ende in einem 5ί3ΙοΦο1 31 mit zwe. Armen
32a, 32b, und der rechte Statorschenkel 30a endet
Γη einem Statorpol 33 mit zwei Armen 34a, 34b. Innerhalb des von den zusammenstoßenden Polarmen
der Statorpole 31 und 33 umgrenzten, etwa kreisförmigen Raums ist ein Rotor 20 zentncrl, der
von einer Welle 22 getragen wird, welch, in Lagern eines aus Messing oder ähnlichem N.chte.senmetall
bestehenden Rotorgehäuse 24 gelagert ist.
Die Rotoranordnung besteht vomigswc.se aus
einem verhältnismäßig schlanken Zylinder aus Magnetmaterial
von hohem B-H-Lncrgieprodukt d. h
hohem Restmagnetfluß und hoher Koerziuvkraft
sowie anderen günstigen magnct.schcn Eigenschaften
Bei diesem Magnetmaterial kommt es im Hinblick auf das magnetische Wechselfeld und ehe entmagnctisierenden
Einflüsse, denen der Rotor sowohl >m Betrieb als auch im Stillstand ausgesetzt ist, vor
allem auf hohe Koerzitivkraft an. Da d.c Große des
:^ sr ϊ
der Motor mit zwei ^ζ^££$
um je einen Arm^32ft, 34fl de geg umschUeßl
31 bzw. 33 versehLn \vie .r ife \rm32ft
d,e KǪsch ȧ^k^
ijf'1^^^^"!^"^ rcchlen 5ΐ8ΐοΦο15
36b den c*erc" Arm A 34fl^ ™ der abgeschirmten
D.ese J'^ale Anordnung der g ^
Polarmc in ^^^„^,^ durch den Rotor-
Richtung J« Staiormjgnc^ses hinnten
Stato.-Luftspalt 35 ν on oe . Armen
A.™en "^^^^Ji"^ sich der Magnet-
^J^,^» Diese Riditungs-
fluB,^J1 ^d v„,S e tctTn olge des verzögerten Magnet*° Verlagerung verleitet ^ statorpol-Armen
flußaufb. us in d^n^ aog fei chaflen. Andedem
Mo or Ein K'cnl^f Abschalien des Motors
rersc ts ""'^^'^^Sungen 36 a und 36 b den
^^^SeS Bremswirkung, Motor durch,die ciejι ,rzschlußwickiungen vom
R nduzierten Strömen her-
5 6
durch die engen Luftspalte zwischen dem Rotor und 3.5 zwischen dem Rotor und den zugeordneten Gabeldiesen
die Kurzschlußwicklungen tragenden Pol- enden der Statorpole 31, 33, wirken aber derart zuarmen
verstärkt. sammen, daß ein Hochleistungsmotor mit schnellem
Wenn der Luftspalt 35 zwischen dem Rotor 20 AnI auf vermögen entsteht. Wie bereits erwähnt, ver-
und den Statorpolen 31, 33 ungleichmäßig dimensio- 5 mag der Rotor infolge des erzielten hohen Drehniert
wird, d. h. der Abstand des Rotors nach den moments und seiner niedrigen Eigenträgheit beim
Flächen der abgeschirmten Polarme 32 ft, 34 α hin Anlassen äußerst schnell in Synchrontakt zu kommen
wesentlich kleiner als nach den nicht abgeschirmten und außerdem beim Ausschalten der Feldspule 40
Polarnaen 32 a, 34 b gehalten wird, bleibt der Rotor fast augenblicklich anzuhalten,
bei Energieunterbrechung bzw. Stromlosmachen des 10 F i g. 2 zeigt eine Abwandlung der Bauform gemäß
Motors unweigerlich in der dargestellten Ruhelage Fig. 1, die sich als dreipoliger Schrittschaltmotoi
stehen, da die Feldlinien des Rotormagnetflusses eignet. Zu diesem Zweck sind an Stelle der einzigen
nämlich infolge der ungleichmäßigen Luftspaltform zweipoligen Spule zwei getrennte Feldspulen 44, 46
derart verlaufen, daß der Rotor unweigerlich eine oder wahlweise eine Einzelspule mit Mittelanzapfung
Ruhestellung einnimmt, in welcher sich die Mittel- i5 vorgesehen. Die Feldspulen 44, 46 werden abwechpunkte
der beiden magnetisierten Rotorpolbereiche selnd getrennt über eine nicht dargestellte, herkömmunmittelbar
an der Fläche der abgeschirmten und liehe äußere Logikschaltung mit elektrischen Stromnicht
an der der nicht abgeschirmten Polarme befin- impulsen gespeist. Der hierdurch jeweils erzeugte
den. Infolgedessen besitzt der Statormagnetfluß, der Magnetfluß durchläuft die Statorschenkel 30a, 3Oi
anfänglich längs einer durch die unabgeschirmten 20 und wirkt mit dem zwischen den Statorpolen 31, 33
Polarme 32 a, 34 b gehenden Linie verläuft, während angeordneten Rotor 20 zusammen,
des Anlaßvorgangs eine zu den Rotormagnetpolen Ein beispielsweise an die Spule 44 angelegter Imtangential
gerichtete Komponente, die den Rotor in puls erzeugt Magnetflußlinien 45, die den Rotor 2t
die gewünschte Richtung hineindreht. in vorgegebener Richtung durchlaufen und zu einerr
Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform kann 25 180°-Drehschritt veranlassen. Der nächste Impul;
als Wechselstrom-Synchronmotor betrieben werden, wird dann derart an die Spule 46 angelegt, daß zwi-
indem die Feldspule 40 an eine Wechselstromquelle sehen den Statorpolen 31, 33 ein entgegengesetzt ver
angeschlossen ist. Die in der Statoranordnung 30 α, laufender Magnetfluß erzeugt und dadurch ein weite
306 bei Erregen der Feldspule 40 erzeugten wech- rer 180°-Drehschritt des Rotors verursacht wird
selnden Magnetflußlinien 45 wirken auf den zwischen 30 Diese Richtungsumkehr des Feldspulen-Magnetflüsse;
den Statorpolen 31, 33 angeordneten Rotor 20 ein bei aufeinanderfolgenden Impulsen kann ohne weite
vnä setzen ihn nach üblicher Wechselstrom-Synchron- res durch Verwendung eines Umschaltkreises bewirk
motor-Technik in Drehung. Die Merkmale, wie die werden, der an eine Gleichstromquelle angeschlossei
schlankzylindrische Rotorbauform, die Abschirmringe ist. Jedes Impulspaar bewirkt somit eine volle 360°
36a, 36ft und der ungleichmäßige Luftspaltabstand 35 Drehung des Rotors 20.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
- lungen einnehmen kann, wird ein hohes Anlaufdreh-Patentanspruch: moment, und zwar auch in ungünstigen Stellungendes Rotors erreicht, aus denen heraus der MotorElektromotor zum Betrieb als Synchronmotor nicht sofort in Drehfeldrichfung beschleunigt. Diesermit Wechselstrom oder als Schrittmotor mit Im- 5 Fall kann eintreten, wenn eine Spannung mit einerpulsen wechselnder Polarität, bestehend aus ei- im Vergleich zur zuvor angelegten Spannung um-nem durch eine Feldwicklung erregbaren Stator, gekehrten Polarität angelegt wird. Dann läuft derder mindestens zwei Statorpole aufweist, die Motor zunächst über einen kleinen Drehwinkel wäh-entsprechend einer Spaltpolausführung je in rend der ersten Halbwelle in der falschen Richtungzwei Polanne aufgeteilt sind, von denen je- io an, kehrt jedoch seine Drehrichtung beim Nulldurch-weils einer eine Kurzschlußspule trägt, und mit gang der Spannung sofort um und läuft dann miteinem permanentmagnetisierten Rotor mit min- Beginn der zweitei. Halbwelle in der richtigen Rich-destens einem Polpaar, dadurch gekenn- tung. Dieser Vorgang erfolgt so schnell, daß der Mo-zeichnet, daß die zu jedem Statorpol (31, tor für praktische Zwecke auch als »Einrichtungs-33) gehörenden zwei Polarme (32 a, 32 b; 34 a, 15 motor« bezeichnet werden kann.34 b) unterschiedliche Längen besitzen, derart, Der erfindungsgemäß verbesserte Motor eignetdaß der Luftspalt (35) zwischtn dem Rotor (20) sich unter anderem gut für Schrittschaltmotoren, dieund den die Kurzschlußspulen (36 a, 36 b) tragen- nach dem Prinzip von Wechselstrom-Synchronmoto-den Polarmen (32 b, 34 a) kleiner ist als der Luft- ren arbeiten. Insbesondere wird durch Verwendungspalt zwischen dem Rotor (20) und den anderen 20 eines Rotors aus permanentmagnetischem MaterialPolarmen (32 a, 34 b), und daß der Rotor (20) in Form eines Vollzylinders, dessen Axiallänge grö-aus einem einstückig ausgebildeten Zylinder aus ßer ist als sein Durchmesser, das Dreh-Trägheitsmo-magnetischem Material besteht und seine axiale ment unter entsprechender Erhöhung des Drehmo-Länge wesentlich größer ist als sein Durchmesser. ment-Trägheit-Verhältnisses merklich herabgesetzt.25 Gemäß der bei herkömmlichen Wechselstrom-Syn-chronmotoren üblichen Praxis wird beim erfindungsgemäßen Schrittschaltmotor die Feldspule durch eine Wechselstromquelle erregt und der Permanentma-Die Erfindung betrifft einen Elektromotor zum Be- gnet-Rotorteil einem vom Statorfluß erzeugten matrieb als Synchronmotor mit Wechselstrom oder als 30 gnetischen Wechselfeld ausgesetzt. Beim Anlassen Schrittschaltmotor mit Impulsen wechselnder PoIa- herkömmlicher Motoren, wie sie oben erwähnt wurrität, bestehend aus einem durch eine Feldwicklung den, sind häufig nach Erregung der Feldspule minerregbaren Stator, der mindestens zwei Statorpole destens einige volle Perioden nötig, bis der Motor aufweist, die entsprechend einer Spaltpolausführung synchrone Drehzahl errreicht. Bei der erfindungsgeje in zwei Polarme aufgeteilt sind, von denen jeweils 35 mäßen Bauart jedoch besitzt der Motor hauptsächeiner eine Kurzschlußspule trägt, und mit einem per- Hch wegen der verbesserten trägheitsarmen Rotormanentmagnelisierten Rotor mit mindestens einem gestalt sowie wegen des hohen Energieprodukts des Polpaar. Ein derartiger Motor ist aus der deutschen zu seinein Aufbau benutztem Magnetmaterials sowie Patentschrift 642 303 bekannt. wegen der Besonderheiten der Statorkonstruktion ein Es ist weiter bereits ein Wechselstrommotor be- 40 außerordentlich hohes Drehmoment-Trägheits-Verkanr.t (deutsche Patentschrift 597 982), dessen Sta- hältnis, das dem Motor ein äußerst schnelles In-Tritttorpole in jeweils zwei Arme unterschiedlicher Länge Fallen ermöglicht. Die Verwendung eines Rotormaunterteilt sind, von denen der jeweils längere eine terials mit hohem Energieprodukt bedeutet in Ver-Kurzschlußwicklung trägt. Durch die unterschied- bindung mit den erwähnten erfindungsgemäßen liehe Länge der Polarme wird ein gleichförmiges 45 Merkmalen, daß der Motor eine sehr kurze An-Drchfel'i erzielt. Sprechzeit aufweist und sehr schnell auf Synchron-Diese bekannten Motoren besitzen vergleichsweise drehzahl kommt, so daß er sich insbesondere als Imkleine Anlaufdrehmomente. pulsmotor eignet.Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, Der Motor beschleunigt bei den meisten erprobeinen Motor der eingangs genannten Gattung so aus- 50 ten Ausführungsformen bei Anlegen einer Wechselzugestalten, daß er ein großes Anlaufdrehmoment oder Impulsspannung von beispielsweise 60 Hz FoI-enlwickelt, um in kürzester Zeit auf Nenndrehzahl gefrequenz derart schnell aus dem Stillstand, daß er zu beschleunigen, und auch nach dem Abschalten schon beim ersten Spannungszyklus volle Synchronder Erregung schnell zum Stillstand kommt. drehzahl erreicht. Fernerhin kommt der Motor bei Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge- 55 Abschaltung der Erregung sehr schnell, und zwar löst, daß die zu jedem Siatorpol gehörenden zwei für gewöhnlich schon während einer einzigen Rotor-Polarme unterschiedliche Länge besitzen, derart, daß Umdrehung zum Stillstand, was auf die trägheitsder Luftspalt zwischen dem Rotor und den die Kurz- arme Rotorkonstruktion und die durch die Kurzschlußspulen tragenden Polarmen kleiner ist als der schlußwicklungen bewirkte elektrodynamische Ab-Luftspalt zwischen dem Rotor und den anderen Pol- 60 bremsung zurückzuführen ist.armen, und daß der Rotor aus einem einstückig aus- Zur weiteren Verbesserung der Anlaßbeschleunigebildcten Zylinder aus magnetischem Material be- gungsleistung des Motors ist die Rotorform erfinsteht und seine axiale Länge wesentlich größer ist als dungsgemäß so gewählt, daß die Axiallänge des Rosein Durchmesser. tors größer als dessen Durchmesser ist. Durch diese Durch die ungleichen Luftspalte zwischen dem Ro- 65 schlankzylindrische Form wird das Trägheitsmoment tor und den die Kurzschlußspulen tragenden Pol- des Rotor-, um seine Welle erheblich herabgesetzt armen in Verbindung mit dem permanentmagnet!-· und erhöht sich dementsprechend das Drehmomentsierten Rotor, der im Stillstand nur bestimmte Stel- Trägheits-Verhältnis des Motors beim Anlassen.
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Cited By (1)
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---|---|---|---|---|
US4382693A (en) | 1979-09-25 | 1983-05-10 | Societe Suisse Pour L'industrie Horlogere Management Services S.A. | Single phase bipolar stepping motor having two rotation senses |
Families Citing this family (3)
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1965
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GB1090130A (en) | 1967-11-08 |
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
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