DE1788179C3

DE1788179C3 - Untersetzungsgetriebe für einen Synchronkleinmotor

Info

Publication number: DE1788179C3
Application number: DE1788179A
Authority: DE
Inventors: Gianni Abraham Dayton Ohio Dotto (V.St.A.)
Original assignee: PR Mallory and Co Inc
Current assignee: Duracell Inc USA
Priority date: 1966-02-23
Filing date: 1967-01-20
Publication date: 1979-03-29
Also published as: GB1116293A; FR1508419A; DE1638456C3; DE1788179A1; DE1788179B2; US3427485A; DE1638456A1; DE1788180A1; DE1638456B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen mit einem Untersetzungsgetriebe zusammengebauten Synchronkleinmotor, bestehend aus einer Vielzahl teilzylindrisch geformter, radial angeordneter Polstücke innerhalb eines zusammengesetzten Gehäuses, wobei die Polstükke paarig ineinander greifend den Kreis der Pole des Stators formen, einer in dem Gehäuse ringförmig im Absiand zwischen den Statorpolen und den äußeren Wänden des zylindrisch geformten Gehäuses angeordneten Feldspule und einem eine Vielzahl hervorspringende Pole aufweisenden, drehbar in dem Gehäuse angeordneten, einen gleichmäßigen Luftspalt zwischen ,den hervorspringenden Polen und den Statorpolen bildenden Permanentmagnetrotor, wobei das Untersetzungsgetriebe an dem Ausgangsritzel des Motors angreift.

Eine derartige Vorrichtung ist bereits bekannt (US-PS 3146 363).

Für einen Synchronkleinmotor mit Untersetzungsgetriebe der angegebenen Art gibt es eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten, etwa in Zeiluhren und in automatischen Zeitfolgeschaltern für Waschmaschinen und dergleichen mehr. Dabei ist es das Bestreben, diese Vorrichtungen immer kleiner auszubilden, um entsprechenden Forderungen nachzukommen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art

lu baulich derart zu gestalten, daß sie bei entsp -echende-Ausgangsgeschwindigkeit nicht nur in den Abmessungen besonders klein ist, sondern auch in der besonderen Anordnung der Einzelteile zueinander vereinfacht ist.
Die Lösung dieser Aufgabe wird durch die im

is Kennzeichen des Hauptanspruchs angegebenen Merkmale erreicht.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Da die Rotoren von Synchronmotoren mit einer

■2" größeren Geschwindigkeit rotieren und ein kleineres Drehmoment liefern als es bei den meisten zeitgebenden Vorrichtunge benötigt wird, ist das ihre Ausgangsgeschwindigkeit reduzierende Getriebe zur Kopplung des Rotors mit der Ausgangswelle des Motors unbedingt vorzusehen. Das Getriebe nach der vorliegenden Erfindung zeichnet sich durch wenige bewegliche Teile aus und ist von größerer Wirksamkeit als die bisherigen Zahnräder und Ritzelsysteme, die in zeitgebenden Synchronmotoren Verwendung finden. Es ist für

JO die Erfindung von Bedeutung, daß nur zwei bewegliche Zahnradelemente in dem Getriebe vorgesehen sind. Ein Vorteil der des Vorhandenseins von nur zwei bewegli chen Zahnradelementen liegt in der Herabsetzung von schädlichen Reibungsverlusten. Es ist besonders hervor-

⁵""' zuheben. daß das Getriebe vollständig innerhalb des Begrenzungsbereiches der Feldspule des Synchronmotors liegt.

Einzelheiten der Erfindung und ihrer Beschaffenheil werden aus der folgenden Beschreibung im Zusammen-

·"' hang mit den Zeichnungen verdeutlicht, die sich auf beispielsweise Ausführungsiormen aer Erfindung beziehen. Es bedeuten

Fig. 1 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung einer kompletten Ausführungsform des

⁴^ erfindungsgemäßen, mit einem Synchronmotor kombinierten Getriebes.

F i g. 2 einen Querschnitt durch den zusammengebauten Synchronmotor nach Fig. I zur Darstellung der Lage des Gdriebes innerhalb des Gehäuses,

Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie 6-6 aus F ι g. 2 zur Darstellung der Wirkungsweise des Getriebes.

Fig. 4 einen Querschnitt entlang der Linie 7-7 von Fig. 3.

⁵^ Fig. 5 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform eines vollständigen Untersetzungsgetriebes. F i g. 6 eine Teilansicht zur Darstellung von F i g. 5.
Fig. 7 einen Querschnitt entlang der Linie 10-10 von

⁶⁽¹ Fig. 5 zur Darstellung der Wirkungsweise des Unter seztungsgetriebes.

Das die Atisgangsgesehwindigkeit eines Synehron-.mptors reduzierende Getriebe liegt Vollständig im Bereich der Begrenzung der F'elspüle und besteht im wesentlichen aus einem ersten von dem Gehäuse gestützen Zahnrad und einen zweiten, eine unterschiedliche Zahl von Zähnen gegenüber dem ersten Zahnrad aufweisenden und feststellbar auf der AusgangsweÜe

montierten Zahnrad, wobei eine die Kopplung des Rotors mit der Ausgangswelle des Motors gewährleistende Vorrichtung eine Ausgangswellle aufweist, die konzentrisch mit dem ersten Zahnrad verläuft und ein Ritzelzahnrad gleichzeitig in das erste und das zweite Zahnrad eingreift, so daß das zweite Zahnrad sich mit dem ersten Zahnrad dreht, wenn der Rotor in Drehung ist.

In Fig. 1 sind in einer auseinandergezogenen perspektivischen Darstellung die einzelnen Teile einer in Ausführungsiorm des Synchronmotors mit Getriebe dargestellt.

Der Synchronmotor ist zwischen dem oberen Lagerschild 10 und dem unteren Lagerschild 11, die zusammen das Gehäuse bilden, untergebracht. Das i> Material dieser Lagerschilde 10 und Π kann aus einfachem, kaltgewalzten Stahl bestehen, vorzugsweise aus getemperten bzw. aus ausgeglühtem Stahl. Alle Pole bestehen aus schlanken, radial angeordneten Streifen, die aus Teilen der Lagerschilde geformt sind bzw. aus denselben herausgebogen sind, so daß sie parallel zu der Zentralachse angeordnet sind und sich über den Rand jedes Lagerschildes hinaus erstrecken.

Die Größe der beiden Lagerschilde 10 und 11 ergibt sich aus den Charakteristiken der Konstiuktion des Motors. In den Zeichnungen sind beispielsweise Ausführungsformen des Motors dargestellt. Die Lagerschilde 10 und 11 haben einen Durchmesser von ungefähr 5 cm und eine Tiefe von etwa 0,6 cm. Alle Pole sind dabei mit einem Radius von etwa 1,5 cm angebrach! iu und ragen etwa 03 cm über den Rand jedes t.agerschildes hinaus.

Die Pole, die aus den Böden der Lagerschilde heraus geformt sind, stellen die Statorfeldpole des Motors dar. In der Ausführungsform sind die Abstände der Pole in Ji einem bestimmten Verhältnis zueinander angeordnet. In dem Lagerschild 11 sind diese Pole von oben gesehen und in Uhrzeigerrichtung fortschreitende folgendermaßen angebracht: der Pol + I liegt bei 0° und weist eine doppelte Breite auf, der Pol + 2 befindet sich bei 24 ' und ist doppelt breit, der Pol +J liegt bei 42^J und hat eine einfache Breite, der Pol +4 ragt bei 120° mit doppelter Breite aus dem Gehäuseboden heraus, der Pol + 5 liegt bei 144° und ist doppelt breit, der Pol +b befindet sich bei 162° mit einfacher Breite, der Pol + 7 ist bei 240 mit 4^Γ> doppelter Breite vorgegeben, der Pol +8 liegt bei 264¹ und ist 'loppelt hreit, der Pol 9 ist bei 282' mit einfacher Breite vorgesehen. Die Pole des Lagerschildcs 10 weisen die gleichen Winkelpositionen auf. wenn sie von oben gesehen betrachtet werden und dabei in so entgegengesetzter UVzeigerrichtung fortgeschritten wird. Wenn die beiden Lagerschilde 10 und 11 mit ihren offenen Seiten aufeinandergelegt sind, greifen die einfach breiten Pole in die angrenzenden Abstände jedes Paares der doppelt breiten Pole des gegenüberlie- ^r>5 genden Lagerschildes ein.

Die Spule 12 ist eine isolierte Spule und besteht aus einer vorbes'immten Zahl von Drahtwindungen, welche sich in dem Abstand zwischen den Wandungen der L.agerschilde 10 und 11 und den zu einem Ring geformten Stalorpolen befindet. In dem Ausführungsbeispiel besieht die Spule 12 aus annähernd 5 000 Windungen Von 4Ö-Ä.-Windungen, und zwar aus lackiertem Kupferdraht,der — Wie in Fig. 1 gezeigt — in mit Litze isoliertem Draht endet.

Der Rotor des Motors besteht aus einer Permanent-Magnetscheibe 13, die zwischen zwei kiauenpolartigen Polstückcn 14 und 15 eingeschlossen ist. Jedes dieser klauenpolartigen Polstücke 14 und 15 hat eine Anzahl von Armen, die parallel zu der Zentralachse dieser Polstücke angebracht sind, so daß jeder der Arme in dem Zv'ischenraum zweier Arme des gegenüberliegenden Polstücks ineinandergreift. Diese klauenpolartigen Polstücke können aus einfachem kaltgewalzten Stahl, vorzugsweise aus geglühtem Stahl, hergestellt werden. Die Permanent-Magnetseheibe 13 ist so mangetisier', daß eine ihrer Oberflächen den Nordpol und die gegenüberliegende Oberfläche den Südpol bildet. Übereinstimmend damit sind die Arme der klauenpolartigen Polstücke magnetisiert, so daß die Peripherie des Rotors eine vorbestimmte Zahl von sich abwechselnden Nord- und Südpolen darstellt.

Die Gesamtanordnung besteht aus den zwei klauenpolartigen Polstücken 14 und 15 und der Permanent-Magnetscheibe 13, die passend in einem in seinem Querschnitt eine DD-Form aufweisenden Dorn sitzt, der aus Plastik besteht und einen Teil des Gliedes 16 darstellt, wobei dieses Glied 16 ein Teil der einweggerichtete Drehbewegungen ermöglichenden Vorrichtung und der Rotorstütze darstellt. L«;s weiteren ist eine Welle 17 vorhanden, die durch die Ausnehmung 18 in dem Polstück 14. die Ausnehmung 19 in der Permanent-Magnetscheibe 13 und die Ausnehmung 20 in dem Polstück 15 hindurchführt. Ein Ritzel 21 ist drehbar auf der Welle 17 angebracht.

Die obere Fläche des Gliedes 16 ist mit drei in gleichem Abstand radial angebrachten Rippen 22, 23 und 24 versehen, die sich von der Peripherie der Oberfläche zum Zentrum hin erstrecken und vor Erreichung desselben enden. Diese drei Rippen begrenzen drei gleich lange, an der Peripherie der Oberfläche des Teiles 16 angeordnete, rinnenförmige Teile 25,26 und 27.

Da das Ausführungsbeispiel des Motors 15 Paare von Rotorpolen umfaßt, dreht sich derselbe 240 mal p^ro Minute, wenn an die Spule 12 ein Wechselstrom von 60 Perioden angelegt wird. Um diese Geschwindigkeit herabzusetzen, wurde ein wirtschaftlicnes und neues Zahnradgetriebe entwickelt. Dieses Zahnradgetriebe besteht aus dem Ritzel 21, welches drehbar auf der vVelle 17 angebracht ist, einem Zahnrad 34, welches auf die zentrale Achse 36 des Lagerschildes 11 gesteckt ist. einem Zahnrad 35. welches fest auf d»r Achse 36 angebracht ist. und einem Ritzel 37, das gleichfalls auf der Achse 36 vorgesehen ist. Das Zahnrad 35 hat einen Zahn mehr oder einen Zahn weniger als das Zahnrad 34. Das Ritzel 21 greift mit seinen Zähnen in die Zähne beider Zahnräder des Zahnrades 34 und 35 ein, so daß das Zahnrad 35 mit dem Zahnrad 34 zusammen bewegt wird, wenn der Motor erregt ist Somit erfolgt die Betätigung des Ritze's 21 und der Zahnräder 34 und 35 in gleicher Weise, so <Jaß sich daraus ein entsprechendes Zfiinradsystem ergibt. Da das Zahnrad 35 einen Zahn mehr oder weniger als das Zahnrad 34 aufweis', dreht sich die Welle 36, welche mit dem Zahnrad 35 fest verbunden ist, um einen Betrag, der gleich zu der reziproken Zahl der Zähne auf dem Zahnrad 34 ist, mit jeder Umdrehung des Ritzels 21. dessen Zähne in jedes dieser Zahnräder eingreifen. Dabei ist zu beachten, daß das Zahnrad 34 auf die Welle 36 nur aufgesteckt ist.

Aus der Darstellung von F i g. 1 gebt deutlich hervor, daß das Untersetzungsgetriebe für den Motor innerhalb der Öffnung der Feldspule 12 des Motors liegt. Aus dem oben gesagten grht hervor, daß die Geschwindigkeitsreduktion ausschließlich durch die Verwendung eines Ritzels, eines aufgesteckten Zahnrades und eines mit

dem Zahngclricbc drehbaren Zahnrades ermöglicht ist. Diese beachtliche Raumersparnis wird erreicht bei sonst gleichbleibenden Ausgangsbedingungen für den Motor. So besitzt beispielsweise die dargestellte Ausführüngsforin mit einem Durchmesser von Ungefähr 5 cm und 1.3 cm Dicke eine Ausgangsgeschwindigkeit von 8 U/min, und ein Ausgangsdrchmomenl von 1,15 kg cm bei einer Eingangsspannung von 115 V. Das Ausgangsdrehmomcnl des Rotors bei einer Eingangsspannung von 115 V eines 60 per. Wechselstromes liegt zwischen 72 kg cm und 86,4 g cm.

Die Ösen 38 am Lagerschild 10 werden auf die Ösen 39 des Lagerschildes 11 gelegt und bilden ein Hilfsmittel, lim die beiden Lagerschilde 10 und Il zusammenzuhalten, so daß sie ein Gehäuse bilden, welches den Motor aufnimmt.

F i g. 2 stellt einen Querschnitt dar, der die Anordnung der Feldspule 12 des Rotors, welcher sich zwischen den klauenpolartigen Polstücken 14 und 15 bzw. der

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7 L I λ

zungsgetriebe mit dem Ritzel 21, dem aufgesteckten Zahnrad 34 und dem Zahnrad 35, befindet. Weiter ist aus F i g. 2 ersichtlich, daß das Zahnraduntersetzungsgetriebc innerhalb der Feldspule 12 angebracht ist. Somit ist der Motor mit Getriebe in einer kompakten Ausführungsform vorliegend und zeichnet sich besonders durch eine sehr flache zylindrische Form mit einer minimalen Zahl von beweglichen Teilen aus, wobei der Rotor eine niedrige Ausgangsgeschwindigkeit liefert. Das Ritzel 37 iuf der Ausgangswelle 36 ermöglicht es, den Motor mil einer Antriebsvorrichtung zu koppeln.

In der F i g. J ist die Wirkungsweise des Ritzels 21, des aufgesteckten Zahnrades 34 und des Zahnrades 35 dargestellt.

Wenn sich der Rotor des Motors in Richtung des Pfeiles 50 dreht, wird sich das Ritzel 21 in Richtung des Pfeiles 51 drehen, und zwar in den Zahnrädern 34 und 35 entlang des Pfeiles 50. Da das Zahnrad 34 auf dem unteren Lagerschild 11 aufgesteckt ist, das Zahnrad 35 einen Zahn mehr als das Zahnrad 34 aufweist und weiterhin das Ritzel 21 mit seinen Zähnen in beide Zahnräder 34 und 35 eingreift, wird somit das Zahnrad 35 in Richtung des Pfeiles 52 rotieren. (Wenn das Zahnrad 35 einen Zahn weniger als das Zahnrad 34 aufweist wird das Zahnrad 35 sich entgegen der Pfeilrichtung 52 drehen.)

Aus der Darstellung der Fig.4 wird ersichtlich, daß das Ritzel 21 über beide Zahnräder 34 und 35 hinweggreifl, uno daß das Zahnrad 34 auf dem Lagerschild 11 fest aufgesteckt ist.

In Fig.5 ist ein svcitercs Ausführungsbeispiel eines Zahnradgetriebes dargestellt. Der Unterschied zwischen diesem Zahnradgetriebe und dem oben beschriebenen besteht darin, daß die Zahne von zwei S Zahnrädern innerhalb eines Zahnkranzes angeordnet sind. Diese Zahnradanordnung macht eine weitere Herabsetzung der Reibungsverluste des Motors möglich und bringt eine größere Raumersparnis.

Der Rotor 53 besteht wiederum aus einer pcrmanen-

ten Magnetscheibe, die zwischen zwei klauenpolartigen

Polstücken angeordnet ist. Ein Glied 54 weist einen Stutzen 55 mit einem Querschnitt von Doppel-D-Form

auf. der zentral liegend in den Rotor 53 eingepaßt ist, so

daß der DD-Schaft 55 in das Glied mit der Doppel-D-Öffnung 53' des Rotors eingepaßt ist

Das Ritzel 57 ist auf dem zentrisch angebrachten Lager 56 frei beweglich. Die hervorragenden Teile 58' des Zahnrades 58 greifen in die Ausnehmungen 63 des Lagerschildes H ein. Das Zahnrad 59 ist auf der Well«·

20" £ί ΪΤΪΟϋίίίίΓί» SO uSS SS ΪΤϊίί «!£""'* »"»Ί»·**^»» »i»it-/-l Πϊη Buchse 60 wird in die Ausnehmung 64 des Lagerschildcs 11 eingesteckt. Das Zahnrad 59, welches einen Zahn mehr oder weniger als das Zahnrad 58 aufweist, befindet sich zwischen dem Lagerschild 11 und dem Zahnrad 58 und ist frei beweglich.

In Fig.6 ist eine Draufsicht der Anordnung dargestellt, die die Wirkungsweise des Ritzels 57 und der Zahnräder 58 und 59 verdeutlicht. Wenn sich der Rotor 53 'Jreht, bewegt sich das Ritzel 57, welches frei beweglich auf der exzentrischen Welle 56 angebracht ist, im Eingriff mit den beiden Zahnrädern 59 und 58, wobei sich das Zahnrad innerhalb der Zahnräder 58 und 59 in Richtung des Pfeiles 65 dreht. Das Ritzel 57 dreht sich über der exzentrischen Welle 56 in Richtung des Pfeiles 66.

Da das Zahnrad 59 einen Zahn mehr oder weniger als das Zahnrad 58 aufweist, dreht sich das Zahnrad 59 eine Zahnbreite weiter bezüglich des Zahnrades 58 bei jeder Umdrehung des Rotors.

Aus der Querschnnittsdarstellung in Fig.7 ist ersichtlich, daß der Rotor 53 und das Reduktionszahnradgetriebe so angeordnet ist, daß die Zahnräder 58 und 59 und das Ritzel 57 zusammen mit dem Motor zwischen den beiden Lagerschilden 10 und 11, die das Gehäuse des Motors darstellen, untergebracht sind. Die Reibungsoberflächen des Zahnradgetriebes sind um das Zentrum der Ausgangswelle 61 zusammengefaßt, so daß sie keinen beträchtlichen Druck auf den Motor ausüben. Das Ritzel 62 ist ein Hilfsmittel zur Kopplung des Motors mit einer angetriebenen Vorrichtung.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Mit einem Untersetzungsgetriebe zusammengebauter Synchronkleinmotor, bestehend aus einer Vielzahl teilzylindrisch geformter, radial angeordnetei; Polstücke innerhalb eines zusammengesetzten Gehäuses, wobei die Polstücke paarig ineinander greifend den Kreis der Pole des Stators formen, einer in dem Gehäuse ringförmig im Abstand zwischen den Statorpolen und den äußeren Wänden des zylindrisch geformten Gehäuses angeordneten Feldspule und einem eine Vielzahl hervorspringende Pole aufweisenden, drehbar in dem Gehäuse angeordneten, einen gleichmäßigen Luftspalt zwischen den hervorspringenden P'olen und den Statorpolen bildenden Permanentmagnetrotor, wobei das Untersetzungsgetriebe an dem Ausgangsritzel des Motors angreift, dadurch gekennzeichnet, daß das vollständig im Innenbereich der Feldspule (12) angeordnete Untersetzungsgetriebe aus einem ersten, in dem Gehäuse (11) festgelegien Zahnrad (34) und einem zweiten, eine unterschiedliche Zahl von Zähnen gegenüber dem ersten aufweisenden, fest mit der Ausgangswelle (36) verbundenen Zahnrad (35) sowie aus einem Ritzel (21) besteht, welches in das erste und das zweite Zahnrad eingreift und auf einer parallel zur Abtriebswelle (36) und zur Niotorachse angeordneten, im Rotor (13 bis 16) befestigten Achse (17) drehbar und exzentrisch zur Ausgangswelle (36) gelagert ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Zahnrad (35) einen Zahn mehr als das erste Zahnrad (" /) aufweist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Zahnr; ί (34) und das zweite Zahnrad (35) des Getriebes nach außen gerichtete Zähne aufweist und daß bei Drehung des Rotors das Ritzel (21) auf den Zähnen der Zahnräder (34,35) um diese herumgeführt abrollt.

4. Anordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnräder (58, 59) nach innen gerichtete Zähne aufweisen und daß das Ritzel (57) drehbar auf der exzentrischen Welle (56) des Rotors (75). in die /ahne der Zahnräder (58,. 59) eingreifend und auf diesen abrollend, angebracht ist.