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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Diese
Erfindung betrifft Synchronmotoren und speziell eine Vorrichtung,
die sicherstellt, dass ein Einphasensynchronmotor immer in einer
einzigen Drehrichtung 1äuft.
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STAND DER
TECHNIK
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Synchronmotoren
sind allgemein bekannt und werden in vielen Geräten eingesetzt, die Motoren mit
einer einfachen Bauweise benötigen,
aber Einphasensynchronmotoren laufen in beiden Drehrichtungen, wobei
die Drehrichtung weitgehend von der Lage des Rotors zum Einschaltzeitpunkt
des Motors abhängt.
Dies bedeutet, dass die Drehrichtung nicht zuverlässig sichergestellt
ist. Die Gestaltung der Polflächen
wurde dazu verwendet, einen Unterschied zwischen den statischen
und den dynamischen Magnetpolen zu schaffen, um den Motor von vorneherein für die Drehung
in eine vorgegebene Richtung auszulegen, aber damit dies funktioniert,
ist es erforderlich, dass sich der Motor ungehindert in die Ruhelage
drehen kann, wenn er ausgeschaltet wird. Dies verringert außerdem den
Wirkungsgrad des Motors durch die Erhöhung des Luftspaltes an bestimmten
Stellen, was zu einem ungleichmäßigen Luftspalt
und somit zu einer verringerten magnetischen Kopplung zwischen dem
Rotor und Stator führt.
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In
DE 20 26 956A wird
eine Rückdrehsperrvorrichtung
gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1 offenbart. Diese Vorrichtung umfasst ein Gehäuse, das
einen inneren Hohlraum aufweist, der durch eine Innenwand begrenzt
ist, sowie ein drehbares Element, das im Hohlraum angeordnet ist.
Ein Sperrelement in Form einer Kugel wird in einer Vertiefung am Umfang
des drehbaren Elementes aufgenommen und die Innenwand des Gehäuses in
Form einer Nockenfläche
ist mit mindestens einer plötzlichen Änderung
ausgebildet, die eine Sperrfläche
bildet. Die Drehung des drehbaren Elementes in einer Vorwärtsdrehrichtung
bewirkt, dass sich das Sperrelement längs der Nockenfläche bewegt,
wobei die Nockenfläche
das Sperrelement zwangsläufig
in die Vertiefung drückt
und die Drehung in der Rückwärtsdrehrichtung
bewirkt, dass das Sperrelement zwischen dem drehbaren Element und
der Sperrfläche
festgeklemmt wird, wodurch eine weitere Drehung in der Rückwärtsdrehrichtung
verhindert wird.
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In
FR-A-2126690 wird eine ähnliche
Rückdrehsperrvorrichtung
offenbart, bei der die Vertiefungen im drehbaren Element in Bezug
auf eine Radialrichtung schrägwinklig
ausgeführt
sind.
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ZIEL DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung hat zum Ziel, einen verbesserten Einphasensynchronmotor
bereitzustellen, der nur in einer Drehrichtung läuft.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Folglich
stellt die vorliegende Erfindung eine Rückdrehsperrvorrichtung bereit,
die dadurch gekennzeichnet ist, dass das Sperrelement (32)
eine gerade zylindrische Rolle ist und dass die Rolle (32) eine
Achse (33) aufweist, die sich von jedem axialen Ende aus
erstreckt, und die Vertiefung (31) im drehbaren Element
zwei Nuten (37) aufweist, in der die Achse (33)
angeordnet ist, um die Rolle (32) zur Nockenfläche (35)
zu führen.
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Vorzugsweise
ist die oder jede Vertiefung in Bezug auf die Radialrichtung schrägwinklig
ausgeführt,
um das Sperrelement in der Vorwärtsdrehrichtung
aufzunehmen und um das Sperrelement in der Rückwärtsdrehrichtung auszustoßen.
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Vorzugsweise
weist jede Nut eine Raste auf, die die Rolle bei der Drehung in
der Vorwärtsdrehrichtung
in einer eingeschobenen Position hält und die Rolle bei der Drehung
in der Rückwärtsdrehrichtung
freigibt.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER FIGUREN
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Es
wird jetzt eine Ausführungsform
der Erfindung rein beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen beschrieben, wobei:
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1 eine
perspektivische Darstellung eines Einphasensynchronmotors ist;
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2 eine
Seitenansicht in Teilexplosionsdarstellung des Motors von 1 ist,
die eine Rückdrehsperrvorrichtung
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
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3 eine
Innenansicht der Rückdrehsperrvorrichtung
von 2 ist;
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4 eine
Schnittdarstellung längs
der Schnittlinie IV-IV von 3 ist; und
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5 eine
detaillierte Ansicht eines Teils der Vorrichtung von 3 ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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1 zeigt
einen Einphasensynchronmotor 10 der gemäß der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ausgeführt ist. Solche Motoren werden
in Haushaltsgeräten,
wie z.B. Entsaftern und Dosenöffnern,
eingesetzt. Einphasensynchronmotoren werden außerdem in Pumpen eingesetzt, wie
sie bei Aquarien, Waschmaschinen und Geschirrspülmaschinen zum Einsatz kommen.
Obwohl sie sehr wohl eine geringfügig andere Bauweise aufweisen,
lässt sich
die vorliegende Erfindung auf solche Motoren gleichermaßen anwenden.
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Der
Motor 10 weist einen Stator 11 und einen Rotor 12 auf.
Der Rotor wird durch die Lager 13, die durch Abschlusskappen
oder Lagerböcke 14, 15 gelagert
werden, drehbar in fester Beziehung zum Stator gehalten. Der Stator
umfasst einen Stapel U-förmiger
Blechungen, die einen Statorkern 16 bilden, an dem die
Lagerböcke
mit Hilfe der Schrauben 17 und Muttern 18 befestigt
sind. Jeder Schenkel des Statorkerns ist mit einer Spule 19 versehen.
Die Spulen sind aus Spulendraht (der der Übersichtlichkeit wegen weggelassen
wurde) gewickelt und bilden die Statorspule bzw. die Statorwicklung.
Die Spulendrähte
sind für
den Anschluss an die Zuleitungen oder Verbindungsleitungen an den
Anschlussklemmen 20 abgeschlossen.
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In 2 ist
der Motor der 1 in einer Explosionsdarstellung
dargestellt, die deutlicher die Bauweise des Rotors und der Lagerböcke zeigt.
Der Rotor 12 umfasst eine Motorwelle 21 und eine
Magnetbaugruppe 22, mit der die Welle versehen ist. Die Magnetbaugruppe
umfasst eine Magnethalterung 23, die auf die Welle gedrückt wird,
sowie Magnete 24 und einen Ring 25, der die Magnete
an die Magnethalterung 23 hält. Die vordere und die hintere
Abdeckung, 26 und 27, decken die axialen Enden
der Magnetbaugruppe ab und wirken als Distanzstücke zwischen der Magnetbaugruppe 22 und
den Lagerböcken 14 und 15.
Der hintere Lagerbock 15 weist einen integrierten Flansch 28 auf,
der sich zwischen den Spulen 19 am Statorkern erstreckt,
um sie am Kern abzustützen.
Die bisher beschriebene Bauweise ist bekannt.
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Der
vordere Lagerbock 14 ist dicker als der hintere Lagerbock 15 und
weist einen inneren Hohlraum 30 auf, der einen Teil der
vorderen Abdeckung 26 aufnimmt. Die vordere Abdeckung 26 weist
zwei Schlitze oder Vertiefungen 31 auf (nur eine davon
ist in 2 dargestellt), die sich von der Radialfläche der
vorderen Abdeckung aus nach innen erstrecken.
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Die
Sperrvorrichtung für
die Rückwärtsdrehrichtung
der vorliegenden Erfindung umfasst ein Gehäuse mit einem Hohlraum und
ein drehbares Element, das in dem Hohlraum angeordnet ist. Das drehbare
Element weist mindestens eine, aber vorzugsweise zwei Vertiefungen
auf, die Sperrelemente oder Anschlagelemente aufnehmen oder unterbringen,
die zwischen einer Wand des Hohlraumes und dem drehbaren Element
wechselwirken. Bei der dargestellten Ausführungsform fungiert das Gehäuse als vorderer
Lagerbock 14. Das drehbare Element ist die vordere Abdeckung 26 und
der Hohlraum ist der Hohlraum 30, der im vorderen, in 2 dargestellten Lagerbock 14 ausgebildet
ist. Die zwei Vertiefungen 31 (davon ist nur eine in 2 dargestellt)
bilden die Vertiefungen im drehbaren Element und in jeder ist ein
Anschlagelement in Form einer Rolle 32 untergebracht. Die
Rollen können
aus Kunststoff- oder Hartgummimaterial hergestellt sein. Die Rollen
weisen Achsen 33 auf, die integrale Formteile oder gepresste
Achsen sein können.
Die Achsen sind in Nuten 34 (davon ist nur eine in 2 sichtbar)
angeordnet, die zur Führung
der Rollen dienen, wie dies nachstehend detaillierter beschrieben
wird. Die Vorrichtung funktioniert durch die Wechselwirkung der
Rollen zwischen der radialen Wand des Hohlraumes und dem drehbaren
Element, wie dies jetzt unter Bezugnahme auf die 3, 4 und 5 beschrieben
wird.
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Jetzt
wird zuerst auf 3 Bezug genommen, in der eine
schematische Darstellung gezeigt ist, die zur Veranschaulichung
der Hauptpunkte der Bauweise sowie der Funktionsweise der Sperrvorrichtung
für die
Rückwärtsdrehrichtung
dient. Um die Bauweise zu vereinfachen, ist die vordere Abdeckung 26 aus
zwei Teilen geformt, nämlich
einem Körperteil,
in den die Vertiefungen geformt sind, und einem Abdeckungsteil oder
Deckel, der eine obere Fläche
für die
Vertiefung bereitstellt und in den eine Nut des Nutenpaares für jede Vertiefung
geformt ist. Zur leichteren Darstellung und besseren Verdeutlichung
zeigt die schematische Darstellung die vordere Abdeckung ohne den
Deckel, der durch jedes passende Verfahren, wie z.B. Kleben oder
Fügen durch Heißumformen
(hot staking), oder mit Hilfe von Schnappverschlussverbindungen,
angebracht werden kann. Das Gehäuse
ist im Schnitt dargestellt, um die Anordnung der radialen Wand des
Hohlraumes 30 zu zeigen.
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Der
Hohlraum 30 ist zylindrisch und die Fläche der radialen Wand oder
Umfangswand 34 des Hohlraumes ist geformt, um zwei glatte
Nockenflächen 35 bereitzustellen,
die durch zwei Unstetigkeitsstellen verbunden sind, die Anschläge oder
Sperrflächen 36 bilden.
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Wie
zuvor erwähnt
wurde, sind die Sperrelemente gerade zylindrische Rollen 32 mit
kurzen hervorstehenden Achsen 33. Die Rollen 32 rollen
längs der
Nockenflächen,
während
sich die vordere Abdeckung 26 in Bezug auf den vorderen
Lagerbock 14 dreht, d.h. während sich der Rotor dreht.
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In
der Vorwärtsdrehrichtung
rollen die Rollen 32 längs
der Nockenflächen 35,
wobei die Nockenflächen
unter geringfügigem
Kraftaufwand zwangsläufig
die Rollen in ihre jeweiligen Vertiefungen 31 in der vorderen
Abdeckung 26 drücken.
In der Vorwärtsdrehrichtung
bewegen sich die Rollen über
die Anschläge 36 hinweg.
In der Rückwärtsdrehrichtung
rollen die Rollen 32, während
sich der Rotor dreht, wieder längs
der Nockenflächen 35,
aber in diesem Fall ermöglichen
die Nockenflächen,
dass die Rollen unter dem Einfluss der Zentrifugalkraft oder Schwerkraft
aus ihren Vertiefungen 31 austreten können und wenn die Rollen die
Anschläge 36 erreichen,
die die Stellen der plötzlichen Änderung
zwischen den Nockenflächen 35 sind,
stoppen die Rollen. An dieser Stelle berührt die radiale Wand 39 der
Vertiefung 31 die Rolle und verhindert die weitere Drehung
des Rotors in der Rückwärtsdrehrichtung.
Wie dargestellt, ist die radiale Wand der Vertiefung, die die Rolle
zum Zeitpunkt der Sperrung berührt,
hinsichtlich ihrer Richtung schrägwinklig
zur Radialebene ausgeführt, um
die Rolle zwangsläufig
aus der Vertiefung zu drücken
und am Anschlag in Eingriff zu bringen. Dies unterstützt die
formschlüssige
Sperrung, indem die Wahrscheinlichkeit, dass die Rolle 32 über den
Anschlag 36 springt oder prallt, verringert wird.
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Die
Achsen 33 der Rollen 32 sind in Paaren von Führungsnuten 37 angeordnet,
die in die axialen Endflächen
der Vertiefungen 31 geformt sind. Bei dieser Ausführungsform
ist einerseits eine Nut 37 in jede Vertiefung 31 im
Körper
der vorderen Abdeckung geformt und andererseits die andere Nut des
Paares in den Deckel 29 der vorderen Abdeckung geformt.
Die Nuten dienen zur Führung
der Rollenbewegung, so dass die Form der Hohlräume nicht so kritisch ist.
Ein Vorteil der Verwendung der Nuten und Achsen besteht darin, dass
die Innenenden der Nuten 37 mit einer Raste 38 geformt
werden können,
um die Rollen lösbar
in einer eingeschobenen Position zu halten, wenn der Motor in der
Vorwärtsdrehrichtung
gedreht wird, um zu vermeiden, dass die Rollen ständig längs der
Nockenflächen
rollen müssen
und Geräusche und
Vibrationen verursachen, wenn sich die Rollen über die Anschläge hinweg
bewegen. Die Nuten 37 erstrecken sich in der Richtung der
Rückwärtsdrehung
vom Umfang der Abdeckung aus radial nach innen, und zwar unter einem
Winkel zur Radialebene, so dass wenn sich der Motor in der Vorwärtsdrehrichtung
dreht, die Nuten 37, während
der Motor anläuft, die
Rollen 32 aufnehmen und sie, infolge der Massenträgheit der
Rollen, in die Vertiefungen 31 ziehen, wodurch die Rollen,
in dem Maße,
wie die Achsen 33 das Ende der Nuten erreichen, auf Drehzahl
gebracht werden. Zu diesem Zeitpunkt drückt die Zentrifugalkraft zwangsläufig die
Rolle radial nach außen,
was bewirkt, dass die Rollen in Radialrichtung den Kontakt mit der äußeren Seite
der Nut aufrechterhalten. Die lösbare
Raste 38 ist eine aufgeweitete Stelle am Ende der Nut,
die, um der Radialbewegung entgegenzuwirken, einen vorspringenden
Rand bildet, der leicht gekrümmt
sein kann oder eine Lippe aufweisen kann, um die Achse sicher zu
halten, damit der Radialbewegung entgegengewirkt wird, aber nicht
so gekrümmt
oder mit einer Lippe versehen sein kann, dass die Bewegung der Achse 33 auf
dem Umfang in Radialrichtung zur inneren Seite der Nut hin verhindert
wird, wenn der Motor beginnt, sich in der Rückwärtsdrehrichtung zu drehen.
Die Bauweise der Raste wird nachstehend unter Bezugnahme auf 5 detaillierter
beschrieben. Die Nuten verringern außerdem die Reibung zwischen
den Rollen und der vorderen Abdeckung, was eine schnellere Freigabe der
Rollen ermöglicht,
wenn der Motor versucht, in der Rückwärtsdrehrichtung anzulaufen.
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Die
Anordnung von einer der Rollen 32 in deren Vertiefung 31 ist
deutlicher in 4 dargestellt, die eine Teilschnittdarstellung
eines Teils der vorderen Abdeckung 26, die den Deckel 29 umfasst,
ist, der eine Vertiefung 31 und die Nuten 37 enthält. Dargestellt
ist der Querschnitt längs
der Schnittlinie IV-IV von 3. Eine
nicht geschnittene Rolle ist in der Vertiefung gezeigt.
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Die
bevorzugte Bauweise der Nuten ist deutlicher in 5 veranschaulicht,
die eine detaillierte Ansicht eines Teils der vorderen Abdeckung 26 ohne den
Deckel ist, die eine Nut 37 detailliert zeigt. Die Rolle 32 ist
für den
Lagebezug mit Hilfe von punktierten Linien dargestellt. Hieraus
lässt sich
erkennen, dass die Raste 38 in der Nut 37 die
Form eines auf dem Umfang erweiterten Teils bzw. einer entsprechend
aufgeweiteten Stelle an der in Radialrichtung befindlichen äußeren Seite
der Nut an dem in Radialrichtung befindlichen inneren Ende derselben
aufweist. Dieser auf dem Umfang erweiterte Teil kann eine Lippe
aufweisen oder er kann geringfügig
radial nach innen verlaufen, um die Achse am Ende der Nut trotz
der wirkenden Radialkräfte,
z.B. der Zentrifugalkräfte,
zu halten, wenn der Motor normal betrieben wird. Die Lippe ist jedoch
hinsichtlich ihrer Größe nicht
so dimensioniert, dass die Achse trotz der wirkenden Umfangskräfte gehalten
werden kann, die zwangsläufig
die Rolle von dem inneren Ende der Nut wegdrücken und in Kontakt mit der
in Radialrichtung befindlichen inneren Seite der Nut bringen, was erfolgt,
wenn der Motor versucht, in der Rückwärtsdrehrichtung anzulaufen.
Bei einem solchen Ereignis bleiben die Rollen, während die Abdeckung beginnt, sich
in der Rückwärtsdrehrichtung
zu bewegen, durch die Massenträgheit
der Rollen in ihrer ortsfesten Lage. Die Lippe kann die Rolle geringfügig nach innen
ablenken, bevor die Achse 33 an der inneren Seite der Nut
anliegt, worauf die Rolle zwangsläufig radial nach außen und
auf dem Umfang in die Rückwärtsdrehrichtung
gedrückt
wird und bis dahin wird die Achse jedoch nicht länger von der Raste 38 gehalten.
Während
die Rolle beginnt, sich mit der Abdeckung zu drehen, wird somit,
durch die Massenträgheit
der Rolle und durch die Zentrifugalkraft, die Rolle so lange aus
der Vertiefung ausgestoßen,
bis sie an der Nockenfläche
anliegt. Sie rollt so lange längs
der Nockenfläche,
bis sie an den Anschlag stößt, wo sie gestoppt
wird. Die Drehung des Rotors wird ebenfalls gestoppt, wenn die Rolle
zwischen dem Anschlag und der radialen Wand 39 der Vertiefung
festgeklemmt wird, wodurch eine weitere Drehung der Abdeckung und
somit des Motors verhindert wird. Der Motor versucht dann in der
entgegengesetzten Richtung anzulaufen, wenn der Strom durch die
Statorspule seine Richtung ändert.
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Während der
Motor beginnt, sich in der Vorwärtsdrehrichtung
zu drehen, nehmen die Nuten die Rolle infolge der Massenträgheit der
Rolle auf und ziehen sie in die Vertiefung. Die Nockenfläche wirkt mit
den Nuten zusammen, um sicherzustellen, dass die Rollen in die Vertiefung
eingeschoben werden, wo sie von den Rasten 38 während des
Normalbetriebs lösbar
gehalten werden.
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Wie
dies für
den Fachmann leicht offensichtlich ist, könnte die Erfindung durch eine
Anzahl von Ausführungsformen
in die Praxis umgesetzt werden und alle Ausführungsformen, die in den Schutzbereich
der nachfolgenden Patentansprüche
fallen, sollen dadurch abgedeckt sein. Beispielsweise müssen die
Anschläge
nicht so geformt sein, dass sie der Form der Sperrelemente entsprechen.