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Wechselstrornrnotor Die Erfindung bezieht sich auf Wechselstrommotoren,
insbesondere auf We chselstrommotoren mit steuerbarer Geschwindigkeit.
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Zur Steuerung der Geschwindigkeit eines Wechselstrommotors sind verschiedene
Verfahren bekannt, etwa der frequenzgesteuerte Polwechsel usw.
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Da das Innenpolfeld eine Funktion der Spannungszuführungsfrequenz
und der Ausbildung der Wicklung des Stators ist, ändert sich die GeschwindigZ keit
des Feldes bei Variation der Frequenz, so dass auch die Rotorgeschwindigkeit sich
ändern kann. Dieses Verfahren benötigt einige äu-ssere Vorrichtungen zur Änderung
der Frequenz einer Wechselstromspannungsquelle.
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Das Verfahren der Poländerung schliesst ein, dass die einzelnen Stator
spulen aussen verbunden werden. Dadurch ist die Zahl der möglichen PolZ
wechsel
davon abhängig, wie die Spulen verbunden werden. Aber das Verfahren benötigt viele
Spulen und kann die Motorgeschwindigkeit nicht kontinuierlich über einen weiten
Geschwindigkeitsbereich ändern.
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Bei den bekannten Verfahren zur Geschwindigkeitssteuerung ändert sich
mit der Variation der Motorgeschwindigkeit auch die Drehkraft.
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Diese Nachteile haben die praktische Verwendung von Wechselstrommotoren
in Bereichen beschränkt, in denen Motorgeschwindigkeiten über weite Bereiche, also
von Null bis zu einer maximalen Geschwindigkeit, gesteuert werden sollen.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Wechselstrommotor zu schaffen,
dessen Geschwindigkeit leicht und linear gesteuert werden kann im Bereich von Null
bis zur maximalen Geschwindigkeit mit im wesentlichen konstanter Drehkraft, Es ist
weiter Aufgabe der Erfindung, einen Wechselstrommotor zu schaffen, bei dem die Motorgeschwindigkeit
mit einer einfachen Steuerschaltung gesteuert werden kann, Die Aufgabe wird gernäss
der Erfindung durch einen Wechselstrommotor gelöst, der sich kennzeichnet durch
einen Stator mit einem zylindrischen Statorkern, der mit Schlitzen versehen ist,
die sich in axialer Richtung an seiner peripherischen Oberfläche erstrecken, und
einer sich in axialer Richtung in seiner Mittelachse erstreckenden Bohrung und mit
durch die Schlitze gewickelten Statorwicklungen, eine sich durch die Bohrung erstrekkenden
Rotationswelle, tlie mit ihren gegenüberliegenden Enden über die Bohrung hinaussteht,
Lager zur drehbaren Lagerung der Rotationswelle, einen hecherförmigen Rotor mit
einem ringförmigen Tell radial ausserhalb des Stators mit einem ringförmigen Schlitz
zwischen der äusseren Oberfläche des Stators und der itltleren Oberfläche des ringförllligerl
Teiles und einer Endwattd, die den ringförmigen Teil abschliesst und an die sein
befesligt
ist und die mit einem Endteil der rotierenden Welle im
Zentrum der Eiidwand fest gelagert ist, eine ringförmige elektrisch leitende Schicht,
die die periphere Oberflächenschicht des Rotors bildet, einen ringförmigen Kern,
der radial ausserhalb des Rotors angeordnet ist, mit einem ringförw migen Zwischenraum
zwischeli der äusseren Oberfläche des Rotors und der inneren Oberfläche des ringförmigen
Kerns, und der sich in axialer Richtung auf der inneren Oberfläche ersireckende
Schlitze aufweist, Verbindungsmittel zur Verbindung zwischen dem Statorkern und
dem ringförmigen Kern, und durch die Schlitze des ringförmigen Kerns gewickelte
Wicklungen, so dass bei Anlegen eines Gleichsirornes zum Erzeugen eines Gleichstrom-Magnetfeldes
die Rotationsgeschwindigkeit des Rotors gesteuert werden kann.
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Bei der Erfindung wird ein ringförmiger Kern mit Wicklungen zur Erzeupung
eines Gleichsirom-Magnetfeldes radial ausserhalb eines äusseren rotors in einen
Wechselstrommotor vom Typ eines Aussenrotors vorge-@ ben, so dass die Rotation des
Aussenrolors gebremst werden kann durch die Wirkung des Gleichstron-Magnetfeldes,
Die Au@enschichten des Aussenrotors bestehen aus leitendem Material, vorzug @n eise
Weichstahl, so dass das Gleichstrom-Magueifeld an dem Aussemotor wirkt zur Erzeugung
on Wirbelströmen, welche durch die leitende Schicht des Rotors fliessen zur Bremsung
der Umdrehung des Rotors, T)ie Bremskraft ist im wesentlichen proportional dem den
Windungen zuge führten Gleichstrom zur Erzeugung eines Gleichstrom-Magnetfeldes.
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Weitere Merkmale und Zwecikmässigkeiten der Erfindung ergeben sich
aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen auhand der Figuren. Von den Figuren
zeigen : einen Querschnitt durch eine Ausführungsform der Erfindung; Fig. 2 eine
n Schaltplan einer Steuer schaltung eines We chselstrommotors gemäss der Erfindung;
Fig.
3 und 4 Seitenansichten verschiedener Rotoren in teilweise geschnittener Darstellung.
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Der in Fig. 1 gezeigte erfindungsgemässe Motor umfasst einen becherförmigen
Rotor 1 aus Weichstahl mit einem ringförmigen Teil 11 und einer ein Ende dieses
ringförmigen Teiles 11 schliessendenEndwand 12, einen Stator 2, der in dem becherförmigen
Rotor 1 angeordnet ist und einen zylindrischen Statorkern 21 und Statorwindungen
22 aufweist, einen äusseren ringförmigen Kern 3, der radial ausserhalb des Rotors
1 angeordnet ist und Windungen 31 aufweist, eine in die Bohrung des zylindrischen
Statorkerns 21 eingeführte und an dem Statorkern befestigte Manschette 4, deren
eines Ende auf der der Endwand 12 des Rotors 1 entgegengesetzten Seite aus der Bohrung
hervorsteht, eireSchale5, die an der hervorstehenden Endfläche der Manschette 4
durch Bolzen 51 befestigt ist und deren nandteil an die Endfläche des ringförmigen
Kernes 3 durch Bolzen 52 befestigt ist, ein weiterer schalenförmiger Teilt der durch
Bolzen 61 an der anderen Endfläche des ringförmigen Kernes 3 befestigt ist, an den
beiden Schalen 5, 6 in ihren jeweiligen Mittelteilen befestigte Lager 7, 8 und eine
sich in die Manschette 4 hineinerstreckende und in den Lagern 7, 8 drehbar gelagerte
Welle 9, die durch die Endwand 12 hindurchgeht und in deren Zentrum gehalten wird.
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Die rotierende Welle 9, die Manschette 4, der zylindrische Statorkern
21, der ringförmige Teil 11 des Rotors und der ringförmige Kern 3 sind koaxial zueinander
angeordnet mit ringförmigen Zwischenräumen zwischen der Manschette 4 und der rotierenden
Welle 9, zwischen dem zylindrischen Statorkern 21 und dem ringförmigen Teil 11 und
zwischen dem ringförmigen Teil 11 und dem ringförmigen Kern 3, Die Statorwicklungen
22 sind in bekannter Weise angeordnet in Schlitzen auf der äusseren Oberfläche des
Statorkernes 21 und erstrecken sich einzeln in einer axialen Richtung,
Die
Windungen 31 sind ähnlich in auf der inneren Oberfläche des ringförmigen Kernes
3 befindlichen Schlitzen und in axialer Richtung angeord net, so dass sie vier Pole
bilden, Die Anzahl der Pole kann niedriger oder höher sein als vier, beispielsweise
zwei oder sechs.
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Die Lager 7, 8 sind als Gleitlager dargestellt, können aber auch Wälzlager
sein.
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Die Rotationswelle 9 wird an einer axialen Bewegung durch geeignete
Mittel, beispielsweise einen Schlussring 91 und einen Schnappring 92, gehindert.
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Die becherförmigen Teile können vorzugsweise Öffnungen zur Ableitung
der Wärme haben.
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Der becherförmige Rotor 1 und der Stator 2 bilden einen bekannten
Wirbelstrommotor eines Aussen-Rotortyps. Während der Wechselstrom durch die Statorwindungen
22 fliesst, rotiert der Rotor .1.
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Auf das Anlegen eines Gleichstromes an den Windungen 31 während der
Rotation des Rotors 36 wirkt sich das daraus ergebende Gleichstromw Magnetfeld an
der äusseren Oberfläche des ringförmigen Teiles des Rotors 1 und erzeugt einen Wirbelstrom
zum Abbremsen des Rotors 1.
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In den durchgeführten Experimenten war die Bremskraft proportional
der Grösse des angelegten Gleichstromes, und die RotationsgeschwindigZ keit des
Rotors konnte variiert werden von der maximalen Geschwindigkeit bis zur Geschwindigkeit
Null durch Vergrössern des angelegten Gleich stromes0 Daher kann dieser Motor verwendet
werden in Tongeräten, wie etwa einem Tonbandgerät oder einem Plattenspieler oder
ähnlichem.
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Es soll darauf hingewiesen werden, dass das Gleichstrom-Magnetfeld
nicht das Wechselstrom-Magnetfeld beeinflusst, das an der Peripherie des Stators
2 erzeugt wird, -weil der Rotor 1 zwischen den beiden Feldern diese gegeneinander
abschirmt. Deshalb kann die Motordrehkraft sogar dann konstant gehalten werden,
wenn die Motorgeschwindigkeit durch Anlegen von Gleichstrom an die Windungen 31
verringert wird.
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Fig. 2 zeigt eine Schaltung für die Geschwindigkeitssteuerung des
Motors M, wie er in Fig. 1 gezeigt ist.
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Wie bekannt ist, umfassen die Statorwicklungen eine Hauptwicklung
L1 und eine Hilfswicklung L2, wobei die Hauptwicklung L1 und die Hilfswicklung L2
in Reihe mit einer Kapazität C1 parallel an eine Wechselstromquelle führen. In der
Schaltung gemäss Fig. 2 ist die Parallelschaltung verbunden mit einer Wechselstromquelle
über eine Diodenbrücke D und einen Transistor Q. Währenddessen ist die Steuerwicklung
L3 oder die Wicklung 31 in Fig. 1 verbunden mit der sJiodenbrücke D über einen variablen
Widerstand R parallel zu dem Transistor.
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Während jeder positiven Periode der Wechselstromquelle fliesst der
Strom durch die Dioden D1 und D2 und durchfliesst die Parallelschaltung von L1 und
L2 in einer Richtung durch die Parallelschaltung der Steuerwicklung L3 und des Transistors
Q.
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Während jeder negativen Periode fliesst der Strom durch die Dioden
D3 und D4 und durchfliesst die Parallelschaltung von L1 und L2 in umgekehrter Richtung
durch die Parallelschaltung aus der Windung L3 und dem Transistor.
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Entsprechend wird Wechselstrom den Statyrwlcklungen L1 und L3 zugeführte
so dass der Rotor 1 in Drehung versetzt werden kann.
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Währenddessen ändert der durch die Wicklung L3 fliessende Strom die
Richtung
nicht, so dass Gleichstrom der Steuerwicklung L3 zugeführt werden kann. Der durch
die Wicklung L3 fliessende Gleichstrom kann gesteuert werden durch Variation der
Basis spannung des Transistors Q, weil- der durch den Transistor fliessende Strom
gesteuert wird durch Änderung der Basisspannung, Entsprechend kann die Motorgeschwindigkeit
konstant gehalten werden durch Anlegen eines Korrektionssignales, das von der Information
über die M otorge schwindigkeitsände rUng abgeleitet wird. Da Verfahren und Vorrichtungen
zum Ableiten der Information über die Variation der Motorgeschwindigkeit bekannt
sind und diese nicht Gegenstand der Erwindung sind, werden sie auch nicht näher
beschrieben.
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In der Ausführungsform gemäss Fig. 1 wird die Erfindung für einen
Wirbelstrommotor - des Typs mit einem Aussenrotor verwendet, aber es ist für den
Fachmann klar, dass die Erfindung für jeden Wechselt strommotor verwendet werden
kann, solange es sich um Typen mit Aus senrotor handelt.
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Bei einem Induktionsmotor unterscheidet sich eine Rotorkonstruktion
von der in Fig. 1 gezeigten, aber die anderen Teile können ähnlich gebaut sein.
In dem in Fig. 3 gezeigten Fall kann der ringförmige Teil 11' des Rotors 1' einen
Käfigrotor aufweisen, der einen ringförmigen Lamellenkern 13 mit Schlitzen 14 besitzt,
die sich an der inneren Obere fläche und in axialer Richtung erstrecken, sowie Rotorleisten
(Rotor-bar) -15, die in Schlitze angeordnet oder gegossen sind, und Leitungsendringe
16 zum Kurz schalten zwischen den einzelnen Leisten an ihren entgegen gesetzten
Enden, und ein ringförmiger Teil 17 aus weichem Stahl, der den Lamellenkern des
Käfigrotors.umgibt und an diesem befestigt ist.
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Für einen Hysteresismotor werden alle Teile mit Ausnahme des Rotors
in der in Fig. 1 gezeigten Weise gebaut. In diesem Fall umfasst, wie aus Fig. 4
zu sehen ist, der ringförmige Teilll'' eines becherförmigen
Rotors
1' ' einen nicht magnetischen Ring 18, einen Hysteresisring 19, der an der inneren
Oberfläche des nicht magnetischen Ringes befestigt ist, und einen Ring 17 aus Weichstahl,
der an der äusseren Oberfläche des nicht magnetischen Ringes befestigt ist.
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In dem Induktionsmotor und dem Hysteresismotor kann die Motorgeschwindigkeit
gesteuert werden durch Anlegen von Gleichstrom an die Steuerwicklung (31, Fig. 1)
ähnlich der Ausführungsform gemäss Fig, 1.
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In Fig. 1 ist die Manschette 4 verwendet worden, aber der Statorkern
21 kann auch direkt befestigt werden an der Schale 5 ohne Verwendung einer solchen
Manschette. In diesem Fall kann die rotierende Welle 9 sich in die Bohrung des Statorkernes
21 erstrecken.
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Weiter können die Lager 7 und 8 in der Manschette 4 angeordnet sein
oder aber in der Bohrung des Kernes 21, falls eine Manschette nicht verwendet wird.
In diesem Fall kann ein Ende der Welle 9 sich nur bis zur Endwand 12 der Schale
6 erstrecken, und das andere Ende kann durch eine Öffnung in der Schale 5 aus dem
Becher nach aussen gehen und eine äussere Welle bilden,