DE1965220C3 - Kleinstmotor mit Hysteresisläufer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kleinstmotor mit Hysteresisläufer jemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Derartige Kleinstmotoren mit einem Stator, der im Wege seines im wesentlichen fcrrom ^;gnetisch geschlossenen Magnetflußkreises außer der den Rotor beaufschlagenden Magnetflußunterbrechung eine zweite Magnetflußunterbrechung aufweist, die von einem Hubanker bei Anlegen der Spannung an die dem Stator zugeordnete Spule unter Verschieben des Hubankers überbrückbar ist, sind bekannt.

Derartige Motoren finden vorzugsweise Verwendung in feinwerktechnischen Schaltgetrieben, die neben einer umlaufenden Antriebsbewegung, auch eine geradlinige Antriebsbewegung, z. B. zur Auflösung oder Betätigung einer Schalt-, Brems- oder sonstigen Steuerfunktion, erfordern.

Aus der DT-AS 11 81 308 und der CH-PS 2 81 873 sind Kleinstmotoren bekannt, bei denen mit der Erregung des Motors entweder der gesamte Rotor mit Rotorwelle oder lediglich die Rotorwelle unter der Wirkung des magnetischen Erregerfeldes in axialer Richtung verschoben wird und auf diese Weise die Kupplung des Motors mit dem Antriebsaggregat hergestellt wird.

Bei den bekannten Motoren, bei denen die Motorerregung gleich/eilig eine Hubbewegung auslöst, besteht die Gefahr, daß nach dem Abschalten der Erregung der bewegliche Teil (Hubanker oder Rotor) nicht in seine Ausgangslage zurückfällt, da infolge der im weichmagnetisghen Werkstoff des Stators vorhandenen Restremanenz wciteihin eine festhaltende Kraft vorhanden ist. Aus diesen Gründen müssen starke mechanische Rückstellfedern verwendet werden, um mit Sicherheil das bewegliche Teil gegen die Wirkung der remancnzbcdinglcn Kraft in clic Ausgangstage /urück/udrücken.

Zur Vermeidung des Klebens eines Hubankers ist es ferner bekannt, /wischen Stator und Hubanker einen entsprechenden Luftspalt vorzusehen, der häufig durch eine Zwischenlage aus einem nichtfcrromagnctischem Werkstoff gebildet und/oder begrenzt wird. Die Größenordnungen derartiger Maßnahmen sind vielfach von der Feldstärke des magnetischen Flusses im Hubanker-Stator-Luftspalt und/oder von der Größe der Koerzitivkraft des weichmagnetischen Werkstoffes des Stators als auch des Hubankers abhängig und wirken sich in einer Fertigung, durch etwaige Justiera^rbeiten, unwirtschaftlich aus.

Ein weit größerer Nachteil an Motoren mit einem derartigen Antiklebeluftspalt zwischen dem Stator und dem Hubanker ist die dort verloren gehende, mechanische Hubleistung des Ankers, die, effektiv betrachtet, insbesondere durch die Verluste des Magnetflusses im Luftspaltbereich von Rotor und Stator, verglichen mit den mechanischen Hubleistungen vom Elektromagneten vergleichbarer Ampere-Windungszahl, relativ klein ist.

Es sind ferner elektrische Motoren bekannt, bei denen die Verbindung zwischen Rotor und Rotorwelle elastisch ausgebildet ist. Diese Maßnahme dient entweder dem Zweck, Pendelungen von Synchronmotoren bei_Jgeringer Belastung zu vermeiden oder einen Selbstanlauf von Synchronmotoren mit Totpunkt im Stillstand dadurch zu bewirken, daß Rotor und Rotorwelle ein schwingungsfähiges Gebilde darstellen, dessen Eigenfrequenz mit der Erregerfrequenz übereinstimmt. Diese bekannten Motoren haben weder Hubanker, noch Verschiebeläufer.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Motor der eingangs genannten Art zu entwickeln, der es gestattet, die mechanische Rückstellkraft für den Hubanker relativ schwach zu bemessen, ohne daß die Gefahreines Klebens des Hubankers besteht.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Anordnung bei einem Kleinstmotor der eingangs genannten Art vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der Rotor mit der Motorwelle über eine elastische Kupplung verbunden ist.

Durch den Motor gemäß der Erfindung wird erreicht, daß nach elektrischer Abschaltung des noch rotierenden Motors eine Relativbewegung zwischen Rotor und Stator auch dann stattfindet, wenn die Motorwelle infolge der angekoppelten Aggregate praktisch schlagartig stehen bleibt. Infolge dieser Relativbewegung wird der remanente Fluß im Hubankerkreis durch die im ferromagnetischen Werkstoff relativ hoher Koerzitivkraft des Rotors betriebskonform magnetisierten Magnetpole umpolend abgebaut, so daß der Hubanker abfallen kann. Durch Verwendung einer elastischen kraftspeichernden Kupplung zwischen Rotor und Rotorwelle wird erreicht, daß die erforderliche Relativbewegung zwischen Rotor und Stator in Wirkdrehrichtung und/oder in Gegenwirkdrehrichtung auch dann eintritt, wenn der Motor vor Wegnahme der Spannung zunächst, beispielsweise durch einen Anschlag, auf Stillstand abgebremst wurde.

Vorzugsweise ist die Kupplung als Spiralfeder ausgebildet. Sie kann auch aus einem zweckentsprechend ausgebildeten Gummiteil oder einem thermoplastisch gefertigten Kunststoffteil bestehen. Die Kupplung kann auch im Innern des Motors, vorzugsweise zwischen Rotor- und Staiorpoibiechen angeordnet sein.

Bei dem Motor nach der Erfindung genügt es bereits,

daß nach dem Abschalten des Stromes eine Relativbe-

<>5 wegung des Rotors zum Stator in Drehrichuing oder Gegendrehrichtung von einer bis zwei betriebskonformen Polteilungen erfolgt. Dank der Erfindung können bei einem Kleinstmotor die Rückstellfedern für den

Hubanker relativ schwach ausgebildet sein. Ebenso können die oben beschriebenen Antiklebeluftspalte schwächer bemessen werden oder ganz wegfallen.

Die Wirkung der Erfindung wird auch erreicht, wenn die Feder nicht zwischen Rotor und Rotorwelle, sondern zwischen der Rotorwelle und einem mit der Rotorwelle verbundenen Getriebe vorgesehen ist. In beiden Fällen w^rkt die elastische Kupplung zugleich als Dämpfungselement, welches das Getriebe als auch andere aktive Bremsmittel, die auf den Antrieb einwirken, gegen schlagartig auftretende Energien, z. B. eines BremsstoDes schütz', und die Energie auf einen größeren Zeitraum verteilt.

Die Wirkung der Erfindung kann auch dadurch erreicht werden, daß eine Relativbewegung des Rotors zum Stator durch einen externen Geber nach dem Abschalten des Motors ausgelöst wird, der direkt oder indirekt über ein mit der Welle des Rotors in Eingriff stehendes Getriebe in Wirkdrehrichtung und/oder Gegenwirkdrehrichtung auf den Rotor einwirkt.

Ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung nach der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine maßstäbliche vergrößerte Schnittansicht eines elektrischen Kleinstmotors, nach Art eines Hysterese-Synchronmotors, mit einem axial zum Stator wirkenden Hubankerund

F i g. 2 eine Vorderansicht auf den Rotor des Motors mit einem Kupplungselement zwischen Rotor und Rotorwelle. 3"

In Fi g. 1 besteht der Stator aus der Erregerwicklung 1, den diese Wicklung in bekannter Weise außen klauenförmig umgreifenden, ferromagnetischen Polblechen 2 und 3, den zwischen je zwei Polblechen eingefügten Kupferscheiben 4 und dem, konzentrisch angeordneten, rohrförmigen Kern 5 aus einem ferromagnetischem Material. Auf der einen Seite des Stators sind die beiden Polbleche 2 mit dem Kern 5 kraftschlüssig verbunden. Auf der anderen Statorseite sind die Polbleche 3 mit, im rechten Winkel abgebogenen, zueinander parallel verlaufenden Schenkeln 6 versehen. Die Schenkel 6 bilden zusammen mit der Stirnseite 7 des Kerns 5 ein dreischenkliges Elektromagnetsystem, dem ein Hubanker 8 zugeordnet ist. Der Hubanker 8 wird von Lagerbolzen 9 geführt. 10 bedeutet eine Rückstellfeder für den Hubanker 8 gegen einen Anschlag 11, und 12 zeigt eine Feder zur einseitigen Lagefixierun^ des Hubankers an einem Schenke! 6 eines der Polbleche 3.

13 zeigt den glockenförmigen Rotor, mit einem eingelegten Blechstreifen 14 aus einem Hysteresewerkstoff, der den konzentrisch verlaufenden Polzacken 15 der Polbleche 2 und 3 benachbart angeordnet ist.

Der Rotor 13 ist mittels einer Lagerbuchse 16 auf der Rotorwelle 17 drehbar gelagert. Von den beiden, auf der Rotorwelle 17 kraftschlüssig angestellten Scheiben 18 und 19 wird das Axialspiel begrenzt.

Erfindungsgemäß ist der Rotor 13 mittels einer Metalldrahtfeder 20 mit der Rotorwelle 17 gekupppelt.

Eine derart ausgebildete Kupplung gewährleistet erfindungsgemäß eine Relativbewegungsmöglichkeit des Rotors 13 zur Motorwelle 17 und letztlich, bei feststehender Welle 17 zum Stator. Das heißt die Kupplung dient beim Abbremsen der Welle 17 und bei eingeschaltetem Motor als Dämpfungsglied, indem sie das, miteinander gleichzeitig auftretende Schwungmoment und das anstehende Drehmoment des Motors 13 auffängt und durch den noch eingeschalteten Motor speichert.

Hierdurch werden einerseits die aktiven Abbremsmittel und/oder die Zahnräder eines mit dem Motor in Eingriff stehenden Getriebes geschont, da die, sonst schlagartig wirkende, Schwungenergie auf einen größeren Wirkzeitraum verteilt wird.

Andererseits wird das, in der Kupplung gespeicherte. Drehmoment erst frei, wenn der Motor abgeschaltet wird. Danach können zwei Vorgänge eintreten:

Erfolgt einerseits der Zeitpunkt der Abschaltung des Motors in einer Phasenlage des Betriebswechselsiromes, in welcher eine Remanenz im ferromagnetischen Kreis des Stators mit dem Hubanker 8 aufgehoben oder so gering ist, daß der Hubanker 8, unter der Wirkung der Rückstellfeder 10 sofort nach dem Abschalten abfällt, dann wird der Motorantrieb, durch die axiiJe Hubbewegung des Ankers 8 auf ein Teilgetriebeglied vom übrigen Getriebe (nicht dargestellt) abgekoppelt. Die Kupplung zwischen Rotor 13 und Rotorwelle 17 entspannt sich.

Tritt jedoch andererseits der Fall ein, daß nach dem Abbremsen der Rotorwelle 17 und dem folgenden Abschalten des Motors die Remanenz im Stator hoch ist, und der Hubanker 8 folglich am S'ator magnetisch kleben bleibt, dann verharrt zunächst die Rotorwelle 17 in ihrer Lage, weil das Getriebe vom Hubanker 8 noch nicht vom Motor abgekuppelt wurde. In diesem Falle wird sofort, nach dem Abschalten des Motors, der Rotor 13 unter der Wirkung der vorgespannten Kupplungsfeder 20 in Gegenwirkdrehrichtung zurückgedreht. Hierdurch gleiten die dem Hysteresestreifen 14 aufmagnetisierten Pole an den Polzacken 15 der Polbleche 2 und 3 des Stators vorbei, wobei eine umpolende, entmagnetisierende Wirkung auf die wtichmagnetischen Polbleche 2 und 3. den Kern 5 und den weichmagnetischen Hubanker 8 einwirkt, und den Hubanker unter der Wirkung der Rückstellfeder 10 abfallen läßt, der das Getriebe vom Motor abkuppelt. Dabei genügt bereits eine Relativbewegung bzw. Verdrehung des Rotors 13 zum Stator um eine bis zwei Polteilungen, um ein sicheres Abfallen des Hubankers 8 zu gewährleisten. Die Winkelgröße der Relativbewegung kann den Erfordernissen der Praxis angepaßt werden.

In Fig. 2 zeigt 13 den Rotor und 18 eine Begrenzungsscheibe, die auf der Rotorwelle 17 kraftschlüssig angeordnet ist. 20 bedeutet die Metalldrahtfeder zur Kupplung des Rotors 13 mit der Rotorwelle 17, die auf jer einen Seite an einem Bolzen 21 am Rotor und auf der anderen Seite in einem Führungsloch 22 an der Scheibe 18 angreift, is liegt im Rahmen der Erfindung, daß die Kupplung und das entsprechende Kupplungselement an einer anderen Stelle als der gezeichneten. z. B. innerhalb det Motors vorgesehen sein kann und daß anstelle einer Metalldrahtfeder ein anderes, zweckentsprechend ausgebildetes Kupplungselement aus Gummi oder einem ahnlichen Material, z. B. onem Silikonkautschuk, treten kann. Auch ist es möglich, ein Kupplungselement aus einem thermoplastischen Kunststoff im Spritzverfahren zu fertigen.

Hierzu 1 Dlatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Kleinstmotor mit Hysteresisläufer und einem vom Magnetfluß der Erregerwicklung betätigbaren Hubanker, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (13) mit der Motorwelle (17) über eine elastische Kupplung (18 bis 22) verbunden ist.

2. Kleinstmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung aus einer Spiralfeder (20) besteht.

3. Kleinstmotor nach Anspruch t, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung aus einem zweckentsprechend ausgebildeten Gummiteil oder einem thermoplastisch gefertigten, zweckentsprechenden Kunstsioffteil besteht.

4. Kleinstmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung im Innern des Motors, vorzugsweise zwischen Rotor (13) und Staiorpoibiechen (2) angeordnet ist.

5. Kleinstmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Relativbewegung zwischen Rotor und Ständer nach erfolgter Wegnahme der Speisespannung etwa zwei Polteilungen des Motors beträgt.