DE639304C

DE639304C - Synchronmotor nach Art eines phonischen Rades

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Publication number: DE639304C
Application number: DEW88023D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1931-01-19
Filing date: 1932-01-20
Publication date: 1936-12-02
Also published as: BE388665A; US2012207A; FR736915A

Description

Synchronmotoren nach Art eines phonischen Rades sind wegen ihrer Einfachheit besonders geeignet zum Antrieb von Kleingeräten, wie elektrischen Uhren, Fernseh- und Telegraphiegeräten, Sprechmaschinen u. dgl. Diese Anwendungsgebiete erfordern im allgemeinen besonders niedrige Drehzahlen, die sich aber bei der bekannten Bauart des phonischen Rades, bei welcher ein mit Polzähnen versehener Läufer mit den Polzähnen eines Ständers zusammenwirkt, nur durch eine entsprechende Vergrößerung der Polzahlen oder die Verwendung von Übersetzungsgetrieben erreichen lassen. Die Vergrößerung der Polzahlen bedingt naturgemäß eine entsprechende Vergrößerung des ganzen Motors, so daß er sich baulich oftmals nicht mehr unterbringen läßt. Man hat zwar diese Vergrößerung dadurch in gewissen Grenzen

ao zu halten versucht, daß man für Ständer und Läufer ungleiche Polzahlen verwendete. Aber auch hierdurch läßt sich der bestehende Mangel nicht in dem für zahlreiche Anwendungen erforderlichen Ausmaße beseitigen.

a₅ Demgegenüber wird durch die Erfindung ein Synchronmotor nach Art eines phonischen Rades geschaffen, bei welchem sich praktisch beliebig kleine Drehzahlen erreichen lassen, ohne daß eine praktisch fühlbare Vergrößerung des Motors erforderlich wäre.

Die Erfindung besteht darin, daß zwischen Ständer und Läufer ein Zwischenläufer mit zwei Polkränzen mit gleichmäßiger Polteilung und voneinander unabhängiger Polzahl angeordnet ist und daß einer dieser Polkränze mit gleichmäßig verteilten Polen des Ständers und der andere mit gleichmäßig verteilten Polen des Läufers zusammenwirkt, wobei die Polzahlen eines jeden Paares der zusammenwirkenden Polgruppen ungleich sind und kein ganzes Vielfaches miteinander bilden.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise schematisch veranschaulicht, und zwar zeigt

Fig. ι einen Längsschnitt durch einen Synchronmotor nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Stirnansicht des Motors nach Fig. ι mit abgenommener Endplatte,

Fig. 3 eine besondere Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes für Fernsteuerungen und

Fig. 4 eine Schaltung von Vorrichtungen nach Art der in Fig. 3 dargestellten.

Der Motor nach Fig. 1 und 2 besteht aus dem Ständer 1, dem Läufer 2 und dem zwischen beiden unabhängig von jenen umlaufenden Zwischenläufer 3. Die nichtmagnetische Welle des Läufers ist von der Erregerspule 4 umgeben.

Der Zwischenläufer ist mit zwei Polkränzen mit gleichmäßiger Polteilung und voneinander unabhängiger Polzahl versehen. Der äußere dieser Polkränze wirkt mit gleich-

,mäßig verteilten Polen des Ständers und der innere mit 'gleichmäßig verteilten Polen des Läufers zusammen. Die Polzahlen eines jeden Paares der zusammenwirkenden gruppen müssen hierbei ungleich sein dürfen kein ganzes Vielfaches mitein; bilden.

Grundsätzlich beträgt die synchrone Mindestdrehzahl eines Läufers mit P₁-gegenüber einem Ständer mitP₂-Polen

^Sm—~M>

wobei S_m die synchrone Mindestdrehzahl in Umdrehungen je Sekunde, F die Zahl der Impulse je Sekunde und M das' kleinste gemeinschaftliche Vielfache der Zahlen P₁ und P₂ ist.

Bei Eintreffen eines jeden Impulses muß ein Zusammentreffen zwischen einem Läuferund einem Ständerpol stattfinden. Es ist ersichtlich, daß die Drehzahl S_m die kleinste Drehzahl ist, bei der diese Bedingung erfüllt wird. Es sind jedoch auch noch andere synchrone Drehzahlen vorhanden, die Vielfache der Drehzahl S_m darstellen, die synchrone Drehzahl- ist daher allgemein durch folgende Formel gegeben:

ς— ^AF

Hierin ist A eine ganze Zahl, die von der Zahl der Polübereinstimmungen abhängt, die zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen über-Sprüngen werden. Wenn daher ein Impuls auf jede Polübereinstimmung ankommt, ist A = 1; wenn eine Übereinstimmung übersprungen wird, A = z usw.

Es wird bemerkt, daß, wo in der Beschreibungdas Wort Übereinstimmung für die Kennzeichnung der Beziehungen · zwischen Ständer- und Läuferpolen verwendet wird, nicht wörtlich genaue Übereinstimmung ge-

. meint ist. Wenn der Läufer synchron unter Belastung läuft, .wird eine genaue Übereinstimmung immer etwas nach Eintreffen der Impulse stattfinden.

Die Wirkungsweise des Motors ist folgende:

Aus der obigen Formel (2) ergibt sich, daß die synchrone Drehzahl des Zwisehenläufers 3 gegenüber dem Ständer 1 ausgedrückt

werden kann durch 5* =

Ähnlich sind die

synchronen Drehzahlen des Läufers 2 gegenüber dem Zwischenläufer 3 durch die Formel

wobei 5"i, A₁ und M₁ die gleiche Bedeutung für das System Läufer-Zwischenläufer wie S, A und M für das System Zwischenläufer-Ständer haben.

Alle synchronen Drehzahlen des Läufers 2 gegenüber dem Ständer 1 sind daher ■/'Ι' -piA-jL. Al)-F (^ÄM>±^A*^M'

.·;■ ² \M— M₁) \ ~MM\

Die synchrone Mindestdrehzahl des Läufers ergibt sich, wenn AM₁ —A₁M = + ! ist. Es wird immer einige Werte der ganzen Zahlen A und A₁ geben, die eine Differenz zwischen A χ M₁ und A₁ X M hervorrufen, vorausgesetzt, daß M und M₁ keinen gemeinsamen Faktor besitzen. Wo ein gemeinsamer Faktor/ bei M und M₁ vorhanden ist, wird

fF die synchrone Mindestdrehzahl sein ——

In der Praxis wird es im allgemeinen zweckmäßig sein, den Läufer mit seiner synchronen Mindestdrehzahl gegenüber dem Zwischenläufer laufen zu lassen, so daß A₁ im allgemeinen gleich Eins ist.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und 2 ist M₁ = 3 X 4 und M = 5 X 7, so daß sich eine synchrone Mindestdrehzahl des Läufers gegenüber dem Ständer von -^- ergibt.

Wenn A₁ — 1 und A = 3 ist, wird für jeden Impuls eine Übereinstimmung der Läuferund Zwischenläuferpole und drei Übereinstimmungen der Zwischenläufer- und Ständerpole auf jeden Impuls stattfinden. Wenn der Motor durch Anordnung von Hilfspolen o. dgl. derart ausgebildet ist, daß der Zwischenläufer im Sinne des Uhrzeigers gegenüber dem Ständer und der Läufer entgegen dem Sinne des Uhrzeigers gegenüber dem Zwischenläufer umläuft, wird die Geschwindigkeit des ersteren — und die des letzte-

Tp

ren — sein. In diesem Sinne wird daher der 12

■m

Läufer mit einer Geschwindigkeit von

420 !05

im Sinne des Uhrzeigers gegenüber dem Ständer umlaufen.

Es ist erforderlich, den Zwischenläufer mit einem solchen Beharrungsvermögen auszubilden, daß seine kinetische Energie bei seiner Drehung mit der richtigen Geschwindigkeit von der Größenordnung des Drehmomentes -des Motors ist. Es ist auch erforderlich, daß das Beharrungsvermögen des Läufers 2 und' seiner Belastung derart sind, daß die kinetische Gesamtenergie dieser Teile gleichfalls von der Größenordnung des Drehmomentes des Motors ist.

Wenn der Läufer ein ausreichend kleines Beharrungsvermögen besitzt und die weiteren Verhältnisse" derart sind, daß beim Anlassen der Läufer bestrebt ist, sich in der gleichen

Richtung gegenüber dem Zwischenläufer zu drehen wie der Zwischenläufer gegenüber dem Ständer, so ergibt sich eine synchrone Mindestdrehzahl des Läufers gegenüber dem Ständer von

' 12X35 j

47F

4X3 \ 12 χ 35 / 420

Wenn die Polzahlen der Vorrichtung nach Fig. ι und 2 die gleichen bleiben, jedoch ihre Verteilung auf die einzelnen Polkränze geändert wird, so werden andere Drehzahlen erzeugt. Wenn beispielsweise ein siebenpoliger Ständer mit vier Polen des Zwischenläufers und fünf Pole des Zwischenläufers mit drei Polen des Ständers zusammenwirken, ergeben sich vollkommen unterschiedliche Drehzahlen, wenn der Zwischenläufer auf Grund des' Selbstanlaufes bestrebt ist, sich im Sinne des Uhrzeigers, und der Läufer aus dem gleichen Grunde · bestrebt ist, sich entgegen dem Sinne des Uhrzeigers zu drehen, dann erhält nämlich der Zwischenläufer eine

Drehzahl, die gleich ——— , und der Läufer eine 7X4

———— 1 ist. In diesem Falle ist A gleich 2, der Läufer würde sich daher gegenüber dem Ständer im Sinne F

des Uhrzeigers mit einer Drehzahl von ——

drehen.

Eine weitere Ausführungsmöglichkeit der Vorrichtung nach Fig. 1 und 2 be'steht z. B.

in einem fünfpoligen Ständer, der mit vier Polen des Zwischenläufers zusammenwirkt und sieben Polen des Zwischenläufers, die mit drei Polen des Läufers zusammenarbeiten. Wenn sich in diesem Falle der Zwischenläufer im Sinne des Uhrzeigers und der Läufer entgegen dem Sinne des Uhrzeigers auf Grund ihrer Anlaufanordnungen, beispielsweise der Hilfspole, drehen, so ist die Dreh-

p
zahl des Zwischenläufers rrrr- und die Drehzahl des Läufers F

5X4
— 20

in diesem

Falle ist A = 1 und die Lauf erdrehzahl gegen-

über dem Ständer gleich im Sinne des

^& 420

Uhrzeigers.

Wie ersichtlich, ist es zur Erzielung einer möglichst niedrigen synchronen Drehzahl mit einer möglichst kleinen Polzahl erforderlich, die Anordnung so zu treffen, daß die Drehrichtung· des Läufers gegenüber dem Zwischenläufer entgegengesetzt der Drehrichtung des Zwischenläufers gegenüber dem Ständer ist. Die Motoren nach der Erfindung sind in besonderer Anordnung für Zwecke der Fernsteuerung oder der Fernanzeige geeignet.

Fig. 3 und 4 zeigen ein Ausführungsbeispiel hierfür. Die Einrichtung ist als Doppelmotor ausgebildet, d. h. sie besteht aus zwei miteinander verbundenen Motoren nach Art der in Fig. 1 und 2 dargestellten. 4 ist eine Erregerspule, die durch einen beide Hälften des -Doppelmotors erregenden Wechselstrom durchflossen wird. Hierdurch drehen sich die beiden . Zwischenläufer 3 und 3^a in einander entgegengesetztem Drehsinne mit gleicher Geschwindigkeit, d. h. die inneren Pole der beiden Zwischenläufer, die mit den Polen 2 bzw. 2^a an den Enden des Läufers zusammenwirken, besitzen ebenso wie die Pole an den beiden Enden des Läufers gleiche Zahl. In jeder Hälfte des Motors ist je eine weitere Spule 4^a bzw. 4^b vorgesehen, die beide durch eine Wand 6 voneinander getrennt sind. Zwischen den Spulen 4^s und 4^b ist ferner eine Trennwand S aus magnetischem Material angeordnet, so daß jede der Spulen einen unabhängigen magnetischen Kreis besitzt. Wenn die Zwischenläufer in der beschriebenen Weise umlaufen, besteht für den Läufer 2 keine Neigung, sich gleichfalls zu drehen. Die äußeren Pole der Zwischenläufer 3 und 3^ die mit dem Ständer 1 zusammenwirken, können ebenso wie die Pole an den beiden Enden des Ständers 1 von gleicher Zahl sein. In diesem Fall werden in den Spulen 4° und4^& gleiche Frequenzen erzeugt, die an die entsprechenden Spulen eines entfernt angeordneten Motors gleicher Bauart angeschlossen sein können.

Wenn der Läufer 2 durch den Arm 7 gedreht wird, so wird, einer der Zwischenläufer beschleunigt und der andere verzögert mit dem Ergebnis, daß die in den beiden Spulen 4^a und 4* erzeugten Frequenzen verschieden werden und bei der Einwirkung auf die entsprechenden Spulen eines entfernten Doppelmotors gleicher Bauart den gleichen Bewegungsbetrag des Läufers desselben ergeben. Diese Bewegung kann dann für Zwecke der Fernanzeige oder der Fernsteuerung verwendet werden.

Dadurch, daß die Zahl der äußeren Pole des Zwischenläufer 3 von der Zahl der äußeren Pole des Zwischenläufers 3^a verschieden no gemacht wird, werden die in den Spulen 4" und 4^b erzeugten Frequenzen verschieden, wenn der Läufer 2 stillsteht.

Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß die drei verschiedenen, in den Spulen 4, 4" und 4* auftretenden Frequenzen über ein einziges Leiterpaar, wie in Fig. 4 dargestellt, übertragen und in der im folgenden beschriebenen Weise durch Resonanz wieder voneinander getrennt werden können. Bewegt sich der Läufer 2, so erfahren die genannten Frequenzen eine Änderung.

. In Fig. 4 sind 8 und 9 die beiden Motoren. Die Wicklungen eines jeden desselben sind an eine Vorrichtung 10 angeschlossen, die aus parallelen Stromkreisen besteht. DerErregerwechselstrom wird.an die Klemmen n und 12 geschaltet. Jeder der parallelen Kreise erhält solche Werte von Induktanz und Kapazität oder beiden, daß eine Vorherrschaft einer der drei in den Sfromkreisen enthaltenen Frequenzen in einer der. Spulen eines jeden Motors eintritt, d. h. eine Frequenz herrscht in der Spule 4 einer jeden der Vorrichtungen 8 und 9, eine der anderen Frequenzen in der Spule 4^a und die dritte Frequenz in der Spule 4P vor.

Claims

Patentansprüche:

1. Synchronmotor nach Art eines phonischen Rades, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Ständer und Läufer ein Zwischenläufer mit zwei Polkränzen mit gleichmäßiger Polteilung und voneinander unabhängiger Polzahl angeordnet ist und daß einer dieser Polkränze mit gleiches mäßig verteilten Polen des Ständers und der andere mit gleichmäßig verteilten Polen des Läufers zusammenwirkt, wobei die Polzahlen eines jeden Paares der zusammenwirkenden Polgruppen ungleich sind und kein ganzes Vielfaches miteinander bilden.

2. Synchronmotor nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung geringer Drehzahlen die Drehrichtung des Zwischenläufers gegenüber dem Ständer umgekehrt der Drehrichtung des Läufers gegenüber dem Ständer ist. - "

3. Synchronmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Ständer und Läufer mit je zwei Polgruppen versehensind und daß je eine Gruppe von Ständerund Läuferpolen mit einem Zwischenläufer und je eine andere Gxuppe von Ständer- und Läuferpolen mit einem zweiten Zwischenläufer zusammenwirkt, wobei die beiden Zwischenläufer unabhängig voneinander drehbar sind (Fig. 3).

4. Synchronmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Zwischenläufer ein besonderer zusatzlicher magnetischer Kreis vorgesehen ist, deren jeder den Luftspalt zwischen einer Gruppe von Zwischenläuferpolen und den zugehörigen Läufer- oder Ständerpolen enthält und durch eine Spule umschlossen ist, und daß der den beiden Zwischenläufern gemeinsame magnetische Kreis

■ den Luftspalt zwischen den zweiten Gruppen von Zwischenläuferpolen und den zugehörigen Ständer- bzw. Läuferpolen enthält.

5. Synchronmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftspalte zwischen Ständer und Zwischenläufer einerseits und zwischen Zwischenläufer und Läufer andererseits in Reihe hintereinander in dem magnetischen Kreise liegen.

6. Anordnung zweier Motoren nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Zwischenläufer eines Motors mit gleicher Geschwindigkeit und umgekehrten Richtungen umlaufen und hierdurch in ihren zugehörigen Spulen Ströme einer gleichbleibenden Frequenzdifferenz, die auch Null sein kann, erzeugen, welche den Spulen der in ähnlicher Weise umlaufenden Zwischenläufer des zweiten Motors zugeführt werden, so daß eine Bewegung des Läufers des ersten Motors ein Voreilen des einen Zwischenläufers und ein Nacheilen des zweiten Zwischenläufers bedingt und eine Änderung der Frequenzen der Ströme erzeugt wird, welche ein entsprechendes Voreilen und Nacheilen der Zwischenläufer des zweiten Motors und eine entsprechende Bewegung des Läufers ,desselben ergibt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen