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Synchronmotor für Uhrenantrieb. Die Erfindung bezieht sich auf für
den Antrieb von Uhrwerken u. dgl. bestimmte Synchronmotoren, bei denen vielstrahlige
Polräder als Läufer zur Anwendung gelangen und die mit ein- und mehrphasigem Wechselstrom
ununterbrochen umlaufend betrieben werden können. Werden bei einem solchen Motor
die Pole des permanenten und des mit ihm magnetisch gekoppelten Elektromagneten
nur über einen Polzahn wirkend angeordnet, dann erfolgt der Ausgleich der magnetischen
Kraftlinien zwischen den verschiedenen Polen zum Teil unmittelbar, ohne für die
Erzeugung des Drehmoments nutzbar zu werden. Dasselbe gilt bei der Einwirkung der
wechselnden Pole, wenn sie nur auf den Zahn und die folgende Zahnlücke des Polrades
arbeiten, weil dann der magnetische Ausgleich sogar unmittelbar zwischen den
Magnetpolen
erfolgt. Werden die mit den Wechselstromspulen ausgerüsteten Elekir,_-magnete den
Polen des permanenten Magneten .aufgepfropft, dann kommen diese wieder nicht wirksam
genug zur Geltung, da sie sich nur umschichtig auf die wechselnden Pole des aufgepfropften
Elektromagneten auswirken können. Bei elektrischen Nebenuhren sind zwar die Pole
des permanenten Magneten bis an zwei P@ 1-scheiben geführt, von denen nur die eine
als Zahnrad gestaltet ist, das zugleich mit der anderen Scheibe in den Bereich der
Polschuhe des Elektromagneten gelegt ist. Hier findet der magnetische Ausgleich
jedoch ebenfalls zu einem Teil unmittelbar durch den die beiden Pole des Elektromagneten
magnetisch k,_,pFelnden Zahn der mit Zähnen versehenen Polscheibe statt.
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Vorliegender Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die :Magnetwirkung
sowohl der Pole des permanenten sowie des Elektromagneten möglichst restlos für
die Erzeugung des Drehmoments wirksam zu erhalten. Dies erreicht die Erfindung dadurch,
daß von den unmittelbar auf das Polrad wirkenden Polen beider Magnete die Pole des
Elektromagneten über mehrere Zähne des Polrades hinweg zwischen sich einen größeren
Abstand haben als vom Pol des permanenten Magneten. Infolgedessen wechselt die durch
den Wechselstrom erzeugte pendelnde magnetische Spannung nur zwischen Polen verschiedener
Magnete, und der Ausgleich der Kraftlinien kann stets nur über das Polrad hinweg
stattfinden, dessen Drehmoment entsprechend verstärkt wird. Sinngemäß kann der Elektromagnet
als Ein- oder Mehrphasenmagnet gestaltet sein.
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Die Zeichnung stellt in Abb. i bis .I und 5 bis 8 zwei Ausführungsbeispiele
der Erfindung dar. Abb. i ist die Vorderansicht eines Motors mit einem Polrad und
Abb. 2 der senkrechte Schnitt nach Linie 2-a der Abb. i. Abb. 3 ist ein wagetechter
Schnitt nach Linie 3-3 in Abb. i und Abb. 4. eine Oberansicht des zugehörigen Rotors.
Abb. 5 ist die Ansicht der zweiten Ausführungsform. Abb. 6 zeigt einen senkrechten
Schnitt nach Linie 6-6 in Abb. 5, Abb. 7 einen wagerechten Schnitt nach Linie 7-7
in Abb. 5 und Abb. 8 eine Oberansicht des Rotors: Nach dem Beispiel Abb. i bis 4.
dient ein am Uhrgehäuse befestigter Bügel a als Träger des permanenten Erregermagneten
b, dessen beide Pole einerseits mit dem Polschuh b1 und anderseits mit der Indifferenzstelle
e4 des Ankermagneten c verbunden sind. Dessen Pole ei und e2 sind an die Polzähne
cl des den Läufer bildenden Polrades c so herangeführt, daß jeder derselben im Bereich
eines anderen Polzahnes und der benachbarten Pollücke liegt. Der Polschuh b1 hingegen
befindet sich unmittelbar über dem Polrad c, so daß es von ihm magnetisch induziert
wird und demzufolge alle Pc.Iradzähne cl die gleiche magnetische Polarität besitzen.
Die genaue Lage der AnkerFole e1 und e°- an den Polzähnen über dem Polrad ist aus
Abb. i und 2 ersichtlich. Wenn sich der eine Ankerpol genau über einem Polzahn befindet,
stellt sich der andere Ankerpol mit entgegengesetzter Polarität genau über einer
Pollücke ein. Die stehende Welle d des Polrades c ist in einem Fußlager des Bügels
a gelagert und überträgt ihre Drehung durch die Schnecke g auf das nicht gezeichnete
Uhrwerk.
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Die Wirkung dieses Motors ist ähnlich der des eingangs erwähnten bekannten
Synchronmotc.rs. Nachdem aber die Ankerf-ole e1 und c= an verschiedenen Polzähnen,
d. h. nicht im Bereich des Polzahnes und einer benachbarten Pollücke, sondern im
Bereiche eines anderen Polzahnes und der benachbarten Pollücke liegen, ist damit
ein Abstand zwischen den Polen gegeben, der einen unmittelbaren Übertritt von magnetischen
Kraftlinien zwischen ihnen verhindert. Zugleich wird ein einfacher Aufbau des Motors
besonders in der Anordnung der Magnetpole am Polrad erzielt, die gestattet, die
magnetischen Übergangswiderstände zwischen den Magnetpolen und dem Magnetrad durch
reichliche Bemessung der Polflächen möglichst klein zu gestalten, so daß auch ein
besserer Wirkungsgrad gewährleistet ist. Das Verhältnis der magnetischen Kraft des
Erregermagneten b, der sich an die Indifferenzstelle e' des Ankermagneten anschließt,
ist so gewählt, das es gleich ist der elektromagnetischen Kraft eines Schenkels
des Ankermagneten e, womit der Wirkungsgrad des Motor, noch weiter gesteigert wird.
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Ein solcher Synchronmotor läuft wie jeder andere einfache Synchronmotor
mangels eines Drehmomentes im Ruhezustande nicht von selbst an. Zum Anlaufen kann
eine nicht gezeichnete, an sich bekannte Anschnellvorrichtung in Verbindung mit
einer Feder dienen, wodurch der Rotor auf die synchrone Umlaufgeschwindigkeit gebracht
und damit in Betrieb gesetzt wird. Bei mehrphasigem Wechselstrom kann der :Motor
zum Selbstanlaufen eingerichtet werden, indem für jede Wechselstromphase ein Ankermagnet
angeordnet wird. Eine solche Ausführungsform zum Betrieb mit dreiphasigem Wechselstrom
zeigen Abb. 5 bis B. Es sind drei Ankermagnete e1, e=, e3 angeordnet, deren
einer Pol einerseits mit dem Erregermagneten b durch das Verbindungsjoch e' verbunden
ist und deren andere Pole e'1, e'-= und e'3 an der Drehebene der Polzähne cl des
Polrades c liegen. Der einerseits mit dem Verbindungsjoch e-' verbundene Erregermagnet
b ist ähnlich Abb. i und 2, anderseits mit dem Polschuh b1 verbunden. Dieser befindet
sich unmittelbar über
dem Polrad c, so daß es von diesem Polschuh
magnetisch induziert wird und demzufolge alle Polradzähne die gleiche magnetische
Pc larität besitzen. Die genaue Lage der Ankerpole an den Polzähnen über dem Polrad
ist aus Abb. j und 8 ersichtlich. Sie befinden sich in einem gegenseitigen Abstand,
der gleich ist der Entfernung der übersprungenen Polzähne und -lücken, zuzüglich
der dem Phasenv erschiebungswinkel zwischen einem Polzahn und einer benachbarten
Pollücke entsprechenden Verschiebung. Der übrige Bau ist der gleiche wie bei Abb.
i bis 4. Zur Bestimmung einer zweckmäßigen Anordnung der drei Ankerpole für die
drei Stromphasen am Polrad c kann deren Lage, da die Polzähne c, cl des Polrades
dieselbe Polarität besitzen, am letzteren im Bereiche je eines Polzahnes und der
benachbarten Pollücke gleicher Folge beliebig gewählt werden. Die genaue Bestimmung
ihrer Lage im Bereiche eines Polzahnes und der zugehörigen Lücke geht jedoch aus
der überlegung hervor, daß im Betriebe während des Verlaufes einer Wechselstromperiode
genau ein Polzahn und eine Pollücke an einem Ankerpol vorübergehen. Demgemäß müssen
die Ankerpole von jeder der drei Phasen entsprechend dem Verlauf eines dreiphasigen
Wechselstromdiagramms auf dem `lieg, den ein Polzahn mit der darauffolgenden Lücke
beschreibt, liegen, und zwar z. B. am Anfang des ersten Drittels dieses Weges der
Ankerpol für die erste Phase, am Anfang des zweiten Drittels für die zweite Phase
und am Anfang des dritten Drittels für die dritte Phase. Die Stromspule f des ersten
Ankermagneten ist an die erste, die des zweiten an die zweite und die des dritten
an die dritte Wechselstromphase anzuschließen. Demzufolge können diese drei Stromspulen
an ein dreiphasiges Leitungsnetz entweder in der Dreieck- oder in der Sternschaltung
angeschlossen werden. Bei der Sternschaltung empfiehlt es sich, den Nullpunkt des
Synchronmotors mit dem Nullpunkt der Stromquelle zu verbinden. Beim Einschalten
der drei Stromphasen wird ein solcher dreiphasiger Synchroninotor infolge seiner
mit nur kleiner Umlaufgeschwindigkeit bei geringen Reibungswiderständen bewegten
kleinen ':Masse seines Polrades sowohl ohne Geräusch anlaufen als auch im Betrieb
ohne solches arbeiten.
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Der Motor kann auch mit nur zwei Wechselstromphasen unter Benutzung
der Ausführungsform nach Abb. i bis .l betrieben werden, wenn der eine Ankermagnetpol
der Phasenverschiebung von cgo° gemäß verschoben und jede der beiden Stromspulen
f der Ankermagnete in eine Stromphase eingeschaltet wird. Der mehrphasige Synchronmotor
kann mit Einphasenstrom betrieben und mittels einer oder zwei sogenannten Hilfs-
und Kunstphasen angelassen werden. Zu diesem Zweck werden die Ankermagnete verstellbar
angeordnet, so daß die Pole derselben an der Drehebene der Polzähne cl des Polrades
gemäß dem Phasenverschiebungswinkel der Kunstphase, der Arbeitsphase gegenüber,
genau eingestellt werden können. Die Verstellbarkeit der Ankermagnete kann z. B.
durch Schlitze im Verbindungsjoch e4 erzielt werden, an dem die Magnete angeschraubt
sind. Der Motor kann nach Abb. i bis q. mit einer und nach Abb. j bis 8 mit zwei
Kunstphasen angelassen werden. Im letzteren Fall wären der mittlere Ankermagnet
el mit der Arbeitsphase und die beiden anderen ei und e3, der eine mit einer voreilenden
und der andere mit einer nacheilenden Kunstphase zu betreiben.
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Damit die Kunstphasen nur zum Zweck der Inbetriebsetzung für die Dauer
des Anlaufes Strom erhalten, ist in deren Stromkreis ein Druckkontakt einzuschalten,
der den Strom nur so lange schließt, als auf denselben gedrückt wird. Ein solcher
Druckkontakt wird zweckmäßig auch bei den mit normalem, mehrphasigen Wechselstrom
betriebenen Motoren zu dem Zweck eingeschaltet, um den Motor mehrphasig anzulassen
und nach der Inbetriebsetzung nur einphasig zu betreiben, so daß er nach einer Betriebsstörung
nicht von selbst anläuft und dadurch beim Zeituhrenbetrieb unbemerkt eine unrichtige
Zeitangabe verursacht.