DE2329441A1

DE2329441A1 - Synchronmotor mit anlaufsperre

Info

Publication number: DE2329441A1
Application number: DE2329441A
Authority: DE
Inventors: Hermann Gerber
Original assignee: Johnson Electric Switzerland AG
Current assignee: Johnson Electric Switzerland AG
Priority date: 1972-06-30
Filing date: 1973-06-08
Publication date: 1974-01-10
Also published as: DE2329441C2; US3842296A; FR2191349B1; FR2191349A1; CH570064A5

Description

SAIA AG Murten / Schweiz

SYNCHRONMOTOR MIT ANLAUFSPERRE

Die Erfindung betrifft einen Synchronmotor, insbesondei-e Kleinsynchronmotor mit einer in zwei Arbeitsstellungen bringbaren Anlaufsperre, welche in jeder Arbeitsstellung den Anlauf des Rotors in einer Richtung sperrt. Die Anlaufsperre bewirkt bei solchen Motoren trotz des Fehlens eines Hilfsfeldes den Anlauf in einer bestimmten, vorwählbaren Drehrichtung.

Bei einer bekannten Ausführung dieser Art (DPS 676 987) ist eine zweiarmige Sperrfeder vorhanden, die schwenkbar angeordnet ist, derart, dass wahlweise der eine oder andere Arm als federnde Sperrklinke in den Bereich eines Anschlagstiftes am Rotor gebracht wer-

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den kann. Diese Sperre ist zwar aehr einfach, weist jedoch den er heblichen Nachteil auf, dass, wenn die eine Sperrfeder gerade mit Federdruck auf den Anschlag aufliegt, wenn der Rotor zum Stehen kommt, ein Wiederanlaufen des Motors unmöglich ist, besonders wenn wegen der Reibung der Sperrfeder der Rotor nicht in eine günstigste AnlaufVerhältnisse gewährleistende Ruhestellung läuft.

Es ist das Ziel der Erfindung, eine umstellbare Sperrvorrichtung für wahlweisen Rechts- oder Linksanlauf zu schaffen, welche stets einen sicheren Anlauf gewährleistet. Der erfindungsgemässe Synchronmotor ist dadurch gekennzeichnet, dass in jeder Arbeitsstellung ein Sperrorgan mit dem Rotor gekuppelt und von diesem für die eine Drehrichtung in eine Sperrstellung mitnehmbar ist. Dadurch, dass das Sperrorgan vom Rotor bis zum Anschlag bzw. bis zur Sperrung des Rotors antreibbar ist, kann ein starres Sperrorgan verwendet werden, welches den Rotor nicht durch Reibung bremst. Die erforderlichen Kräfte zum Antrieb des Sperrorgans fallen praktisch nicht ins Gewicht und können den korrekten Anlauf nicht stören. Die Lebensdauer der Sperre ist hoch.

In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele des erfindungcgemässen Motors dargestellt.

Fig. 1 und 2 zeigen schematisch zwei Arbeitsstelungen eines ersten Sperrgetriebes,

Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch das Sperrgetriebe nach Fig. 1 und 2,

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Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch «in weiteres Sperrgetriebe,

Fig. 5 zeigt das Sperrgetriebe nach Fig. 4 in Seitenansicht, Fig. 6 zeigt einen Schnitt durch ein weiteres Sperrgetriebe, Fig. 7 zeigt das Sperrgetriebe nach Fig. 6 in Seitenansicht, und

Fig. 8 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform des Sperrgetriebes. " ^x->

In den Fig. 1-3 ist eine Gehäusewand 1 des Synchronmotors teilweise dargestellt, in welcher die Achse 2 gelagert ist. Auf der Achse 2 sitzt ein Teil 3 des Rotors, welcher einseitig mit einer aus Zähnen 4 und Lücken 5 bestehenden Verzahnung versehen ist. Auf der Welle 2 ist ein Ritzel 6 lose drehbar zwischen einer federbelasteten Scheibe 7 und einem auf der Achse 2 befestigten Ring 8 angeordnet. Zwischen der Achse 2 beziehungsweise dem Rotorteil 3 und dem Ritzel 6 ist somit eine Reibungskupplung vorgesehen, v/eiche das Ritzel 6 mit einem bestimmten Drehmoment mitzunehmen trachtet.

Mit dem Ritzel 6 kämmt ein Zahnsegment 9, das auf einer Achse 10 schwenkbar gelagert ist. Mit dem Segment 9 sind zwei Sperrklinken 11 starr verbunden. Die Nabe des Segments 9 weist einen Anschlagzahn 12 auf, der in eine Lücke 13 eines Anschlagschiebers 14 greift, der in einem Schlitz der Gehäusewand 1 in Richtung des in Fig. 1 angedeuteten Pfeils hin und her verschoben werden kann. Die seitlichen Begrenzungsflächen 15 und 16 der Lücke 13 bilden Anschläge

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für den Zahn 12, wobei, wio die Fig. 1 uncl 2 zeigen, je nach der Arbeitsstellung des Schiebers 14 der eine oder andere Anschlag wirksam ist.

Die Arbeitsweise der Anlaufsperre geraäss Fig. 1-3 ist wie folgt:

Will der Rotor bei der Stellung des Anschlagschiebers 14 geraäss Fig. 1 im Uhrzeigersinn, d.h. in Richtung des voll ausgezogenen Pfeils anlaufen, so wird das Segment 9 im Gegenuhrzeigersinn verschwenkt. Der Zahn 12 kann sich hierbei frei vom wirksamen Anschlag 16 entfernen und erlaubt diese Verschwenkung, welche bewirkt, dass die rechtsliegende Sperrklinke 11 in die Verzahnung 4, 5 des Rotors eingreift, wie Fig. 1 andeutet, und die weitere Drehung des Rotors sperrt. Der Rotor wird jetzt in umgekehrter Richtung anzulaufen versuchen, wobei der Rotor über das Ritzel 6 das Zahnsegment 9 im Uhrzeigersinn dreht, und die rechtsliegende Sperrklinke 11 ausrückt, bevor sie an den nächsten Zahn 4 der Rotorverzahnung anschlagen könnte. Die Schwenkung des Segments 9 im Uhrzeigersinn ist jedoch begrenzt durch den Anschlag des Zahnos 12 gegen die wirksame Anschlagfläche 16 des Schiebers 14, so dass die Sperrklinken 11 in der in Fig. 1 in gestrichelten Linien angedeuteten symmetrischen Mittelstellung gehalten werden. Der Rotor kann nun in dem durch den gestrichelten Pfeil in Fig. 1 angedeuteten Gegenuhrzeigersinn weiterlaufen. Ein praktisch bedeutungsloser Nachteil besteht hier darin, dass ein geringer Teil des verfügbaren Drehmomentes aufgewendet werden muss, um die Reibung zwischen der Scheibe 7 beziehungsweise dem Distanzring 8 und dem stillstehenden Ritzel 6 zu überwinden.

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Fig. 2 zeigt die andere möglicne Arbeitsstellung des Sperrgetriebes, wobei der Schieber 14 nach links verschoben ist, so dass sein Anschlag 15 wirksam ist. In diesem Falle kann das Segment 9 mir im Uhrzeigersinn verschwenkt werden und ein Anlaufen des Rotors in der durch einen ausgezogenen Pfeil angedeuteten Gegenuhrzeigern richtung sperren. Die Sperrstellung der linksliegenden Sperrklinke 11 ist in vollen Linien angedeutet. Läuft der Rotor dagegen im Uhrzeigersinn an, so kann das Segment mit den Sperrklinken 11 nicht aus der in gestrichelten Linien angedeuteten Mittelstellung verschwenkt werden, weil der Zahn 12 gegen die Anschlagfläche 15 anliegt. Damit ist die Laufrichtung im Uhrzeigersinn bestimmt.

Die Einstellung der Drehrichtung des Motors ist somit in sehr einfacher Weise und mittels einer entsprechend einfachen Sperrvorrichtun möglich.

Die Fig. 4 und 5 zeigen eine weitere Ausführungsmöglichkeit. Ausser einer Gehäusewand 20, in welcher die Rotorachse 21 gelagert ist, zeigt Fig. 4 einen Teil 22 des Blechstators, insbesondere Statorpole 23. Auf der Achse 21 des Rotors 24 ist praktisch frei drehbar die Nabe 25 eines Trägers 26 gelagert. Die Nabe 25 ist zweiteilig ausgeführt und mit einem geschlitzten länglichen Teil 27 verbunden, der so bemessen ist, dass die beiden Nabenteile leicht gegen die Achse 21 angelegt werden. An einem nach oben ragenden Arm 28 des Trägers 26 ist ein Zahnrad 29 frei drehbar gelagert, das in eine Innenverzahnung 30 des Rotors 24 eingreift. Der Träger 26 weist ferner eine nach unten ragende Gabel auf, deren Arme 31 und 32 als Anschläge mit einem Anschlagzapfen 33 zusammenarbeiten. Der

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Zapfen 33 ist exzentrisch an einer im Gehäuse des Motors drehbar angebrachten Eisteilschraube 34 angebracht, an deren Aussenseite der Schraubenschlitz "35 zusammen mit der Nut 36 einen Teil bildet, der die Drehrichtung anzeigt.

An der Gehäusewand 20 sind Anschläge 37 und 38 angeformt, die im Bereiche des Zahnrades 2 9 liegen.

Bei der in Fig. 5 dargestellten Lage des Anschlagzapfens 33 liegt der Arm 31 der Anschlaggabel gegen diesen Zapfen an. Der Träger 26 kann somit aus der dargestellten Ausgangslage nur im Uhrzeigersinn verschwenkt werden. Läuft der Rotor somit im Uhrzeigersinn an, so werden durch die von der Achse 21 auf die Nabe 25 und von der Innenverzahnung 30 auf das Zahnrad 2 9 wirkenden Kräfte der Träger 26 im Uhrzeigersinn mitgenommen. Sobald die Verzahnung des Zahnrades 29 hierbei auf den Anschlag 37 trifft, wird die Drehung des Zahnrades und damit die Drehung des Rotors blockiert. Damit wird der Rotor in umgekehrtem Drehsinn angeworfen und nimmt den Träger 26 mit dem darauf gelagerten Zahnrad 2 9 im Gegenuhrzeigersinn mit. Sobald der Träger 26 hierbei wieder die dargestellte symmetrische Mittellage zwischen den Anschlägen 37 und 38 erreicht hat, schlägt der Arm 31 gegen den Anschlagzapfen 33 an. Eine weitere Drehung des Trägers 26 im Gegenuhrzeigersinn ist ausgeschlossen. Die weitere Drehung des Rotors im Gegenuhrzeigersinn wird somit nicht mehr behindert, denn das Zahnrad 29 bleibt in der in Fig. 5 dargestellten Mittelstellung und dreht mit dem Rotor frei mit.

Um die andere Drehrichtung einzustellen, wird die Anschlagschraube 34 um 180° gedreht, so dass nun der Anschlagzapfen 33 mit dem An-

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schlagarm 32 zusammenarbeitet. Bei der Einstellung kann nun der Träger 26 der Drehung des Rotors 24 nur im Gegenuhrzeigersinn folgen, so dass nun diese Drehrichtung durch Eingreifen des Zahnrades 29 in den Anschlag 38 gesperrt wird. Der Rotor wird also schliesslich im Uhrzeigersinn anlaufen, was durch den auf der Anschlagschraube 34 angebrachten Pfeil angezeigt wird.

In den Fig. 6 und 7 sind entsprechende Teile gleich bezeichnet wie in den Fig. 4 und 5. Ausser in den Fig. 4 und 5 dargestellten Teilen des Motors ist in Fig. 6 auch der Spulenkörper 39 mit der Spule 40 des Motors angedeutet. Auf der Welle des Motors sitzt wiederum die zweiteilige Nabe 25 eines elastischen Trägers 26¹, der mit einer Verzahnung 41 versehen ist. Diese Verzahnung greift in ein Zahnsegment 42 eines um die Achse 43 schwenkbar gelagerten Rahmens 44. Die Ecken 45 und 46 dieses Rahmens bilden Spsrranschläge, die mit einer Sperrverzahnung 47 des Rotors 24 zu s airmen arbeit en. Der Rahmen 44 weist ferner Anschlagflächen 48 und 49 auf, die mit dsm Anschlagzapfen 33 zusammenarbeiten.

Befindet sich der Anschlagzapfen in der in Fig. 7 ausgezogen dargestellten Lage an der Anschlagfläche 49, so kann der Rahmen 44 aus der dargestellten unwirksamen Mittelstellung nur im Gegenuhrzeigersinn verschwenkt werden. Das geschieht, wenn der Rotor im Gegenuhrzeigersinn anlaufen will und über den Träger 26· und die Verzahnungen 41 und 42 den Rahmen 44 im Gegenuhrzeigersinn verschwenkt. Die Ecke 46 wird dann rasch in die Verzahnung 47 des Rotors eingreifen und die weitere Drehung sperren. Der Rotor wird daher im Uhrzeigerdrehsinn angeworfen. Er kann dabei über den Träger 26 und die Verzahnungen 41 und 42 den Rahmen nur bis in die

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dargestellte neutrale Mittelstellung zurücknehmen, so dass die weitere Drehung im Uhrzeigersinn nicht mehr gehindert wird. Durch Umstellung des Sperrzapfens 33 in die strichpunktiert dargestellte Lage wird eine Drehung des Rahmens 44 im Gegenuhrzeigersinn verhindert, so dass nun der Rotor im Gegenuhrzeigersinn anlaufen kann.

Fig. 8 zeigt schematisch ein weiteres umsteuerbares Sperrgetriebe. Auf der Motorachse 50 ist ein Zahnrad 51 mit normaler Evolventenverzahnung befestigt. Auf einer um die Achse 52 schwenkbaren Wippe mit zwei Armen 53 und 54 und einem Betätigungshebel 55 sind zwei Sperräder 56 und 57 frei drehbar gelagert. Durch Schwenkung der Wippe um die Achse 52 kann das eine oder andere dieser Sperrräder mit dem Zahnrad 51 des Rotors in Eingriff gebracht werden. Bei der dargestellten Stellung ist das Sperrad 56 in Eingriff gebracht. Jeder dritte Zahn der beiden Sperräder 56 und 57 weist volles Profil entsprechend dem Profil der Zähne des Rades 51 auf. Die übrigen Zähne sind halbiert, d.h., die einseitig einer Symmetrie-Axialebene des gedachten Zahnes liegende Hälfte des Zahnprofils ist entfernt, und zwar beim Sperrad 56 die im Uhrzeigersinn liegende Hälfte und bei dem Sperrad 57 die im Gegenuhrzeigersinn liegende Hälfte des Profils. Bei der dargestellten Stellung des Sperrgetriebes, d.h., wenn das Sperrad 56 im Eingriff mit dem Zahnrad 51 steht, erfolgt eine Sperrung des Rotors, wenn derselbe in Richtung des ausgezogenen Pfeils in Fig. 8 anlaufen will. Da nämlich hierbei die Zähne des Zahnrades 51 zur Mitnahme des Sperrrades 56 von der weggeschnittenen Seite der Zähne her das Rad 56 antreiben, wird der nächste Zahn des Sperrades 56 nicht mehr kor-

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rekt inYfolgende Lücke eingreifen, wie in Fig. 8 angedeutet ist, sondern wird so auf den Zahnkopf des folgenden Zahnes des Rades 51

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treffen, dass Selbsthenunung und damit Sperrung des Rotors eintritt. Läuft hierauf der Rotor in dem durch den gestrichelten Pfeil angedeuteten Gegenuhrzeigersinn an, so wirken die Zähne des Zahnrades 51 stets auf die belassenen Halbprofile der Zähne des Sperrades. Das Sperrad wird damit wie ein normales Zahnrad angetrieben und bewirkt keine Sperrung. Versieht man das Sperrrad zum Teil mit vollen Zähnen, wobei jeder zweite, vorzugsweise jedoch jeder dritte Zahn voll ausgeführt ist, so besteht eine erhebliche Wahrscheinlichkeit, dass die Sperrung durch einen vollen Zahn erfolgt, welcher der hierbei auftretenden Beanspruchung besser gewachsen ist und die Sperrung eindeutiger vornimmt als ein nur zur Hälfte belassener Zahn. Bringt man. durch Schwenkung der Wippe 53 - 55 das Sperrad 56 ausser Eingriff und das Sperrad 57 in Eingriff mit dem Zahnrad 51, so wird die andere Drehrichtung des Rotors gesperrt. Ein Sperrgetriebe der in Fig. 8 dargestellten Art mit nur einem Sperrad könnte selbstverständlich mit Vorteil auch verwendet werden, wenn nur die eine Richtung gesperrt werden soll. Das Sperrgetriebe gemäss Fig. 8 hat den besonderen Vorteil, dass während des normalen Laufens des Motors nur äusserst geringe Reibungsverluste durch das mitlaufende Sperrad bestehen.

Anstelle einer Reibungskupplung gemäss Fig. 1-3 könnte auch eine magnetische Kupplung, eine Wirbelstromkupplung oder dergleichen vorgesehen sein. Diese Kupplung könnte, statt auf dem Rotor, zwischen einem z.B. von dem fest auf der Rotorwelle sitzenden Ritzel 6 angetriebenen Zahnrad und einem Sperrhebel angeordnet sein. Für die magnetische Kuppluiig könnten gegebenenfalls die permanentmagnet! sehen Pole des Rotors benutzt werden.

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Es könnten auch andere Sperrmittel vorhanden sein, z.B. eine in zwei ArbeitsStellungen bringbare Wippe mit entgegengesetzt wirkenden, zwischen dem Rotor und je einer Keilfläche der Wippe verkeilbaren Wälzkörpern.

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Claims

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PATEHTANSPRUECHE

( 1) !Synchronmotor, mit einer in zwei Arbeitsstellungen bringaren Anlaufsperre, welche in jeder Arbeitsstellung den Anlauf des Rotors in einer Richtung sperrt, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder Arbeitsstellung ein Sperrorgan (11; 26; 44; 56, 57) mit dem Rotor (3) gekuppelt und von diesem für die eine Drehrichtung in eine Sperrstellung mitnehmbar ist.
2) Synchronmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass verstellbare Anschläge "(14;. 33) für das Sperrorgan (11; 26; 44) vorgesehen sind, welche je nach ihrer Lage ein Einrücken des Sperrorgans in Sperrstellung nur in einem Sinne gestatten, derart, dass der Rotor (3) je nach Lage der Anschläge nur im einen oder anderen Sinne anlaufen kann.
3) Synchronmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrorgan (11; 26; 44) vom Rotor (3) über eine Reibungskupplung (6, 7; 21, 25), eine magnetische Kupplung, eine Wirbelstromkupplung oder dergleichen mitgenommen wird.
4) Synchronmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Kupplung (6, 7; 21, 25) auf dem Rotor (3) befindet, wobei der eine Kupplungsteil (6; 25) mit einem schwenkbaren Sperrorgan (11; 26; 44) in Eingriff steht.
5) Synchronmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Rotorwelle (2) ein Zahnrad (6) lose zwischen einem auf der Welle befestigten und einem losen, federbelasteten Reibbelag (7) angeordnet ist, wobei das Zahnrad (6) mit einem Zahnsegment (9) des Sperrorgans (11) kämmt.

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6) Synchronmotor nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass ein schwenkbares Sperrorg&n (11ι 44) mit in eine Sperrverzahnung (4, 51 47) des Rotors einschwenkbaren Klinken vorgesehen ist, wobei das Sperrorgan mit einem verstellbaren Anschlag (14; 33) zusammenarbeitet.
7) Synchronmotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrorgan (11) einen Zahn (12) aufweist, der zwischen gemeinsam verschiebbare Anschläge (15, 16) greift.
8) Synchronmotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Klinken in eine Aussen- oder Innenverzahnung (4, 5 bzw. 47) des Rotors eingreifend ausgebildet sind.
9) Synchronmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein auf einem Schwenkarm (26) gelagertes Zahnrad (2 9) mit einem Zahnrad (30) des Rotors kämmt, wobei auf den Schwenkarm ein verstellbarer Anschlag (33) wirkt, der den Schwenkarm in jeder seiner Stellungen eine Verschwenkung des Schwenkarms bis zum Eingriff des Zahnrades (2 9) in einen Sperrzahn (37, 38) erlaubt.
10) Synchronmotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwenkarm (26) auf der Rotorwelle (21) gelagert ist.
11) Synchronmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Rotor ein Zahnrad (51) mit symmetrisch geformten Zähnen sitzt, während auf einer Wippe (53-55) zwei wahlweise in das Zahnrad (51) einschwenkbare Sperräder (55, 57) drehbar gelagert sind, die Zähne aufweisen, deren Profil der einseitig einer Axial-Symmetrieebene liegenden Hälfte des Profils der Zähne des Sperrades (51) des Rotors entsprechen, wobei beim einen Sperrad im einen Drehsinn

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und beim anderen Sperrad in» anderen Drehsinn orientierte Profilhälften der Zähne fehlen.
12) Synchronmotor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperräder (56, 57) auch vollständige Zähne mit symmetrischem Profil aufweisen.
13) Synchronmotor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass jeder dritte Zahn der Sperräder (56, 57) symmetrisches Profil aufweist.
14) Synchronmotor, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine in zwei Arbeitsstellungen bringbare Wippe mit entgegengesetzt wirkenden, zwischen dem Rotor und einer Keilfläche der Wippe verkeilbaren Wälzkörpern vorgesehen ist.

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