DE752527C - Synchronkleinmotor mit einem Lauefer nach dem Hysteresisprinzip - Google Patents

Synchronkleinmotor mit einem Lauefer nach dem Hysteresisprinzip

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DE752527C
DE752527C DES120078D DES0120078D DE752527C DE 752527 C DE752527 C DE 752527C DE S120078 D DES120078 D DE S120078D DE S0120078 D DES0120078 D DE S0120078D DE 752527 C DE752527 C DE 752527C
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hysteresis
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mmk
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synchronous motor
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Siemens Schuckertwerke AG
Siemens AG
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Siemens AG
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K19/00Synchronous motors or generators
    • H02K19/02Synchronous motors
    • H02K19/04Synchronous motors for single-phase current
    • H02K19/08Motors having windings on the stator and a smooth rotor without windings of material with large hysteresis, e.g. hysteresis motors

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Synchronous Machinery (AREA)

Description

  • Synchronkleinmotor mit einem Läufer nach dem Hysteresisprinzip Die Erfindung betrifft einen kleinen Synchronmotor, der vorzugsweise nur einige wenige Watt Leistungsaufnahme hat und mit einem Läufer nach dem sogenannten Hysteresisprinzip arbeitet. Er eignet sich als Zeitwerksantrieb und kann wegen seines kleinen Raumbedarfs bequem in Tarifzähler und andere Tarifapparate eingebaut werden.
  • Die Erfindung geht von folgender Erkenntnis aus: Bei den bisher bekannten Hysteresismotoren ist der mit..Hysteresis arbeitende Teil viel zu stark bemessen. Über die richtige Bemessung dieses Teils hat man sich bisher keine besonderen Gedanken gemacht, jedoch hat man erkannt, daß zwecks Erleichterung und Beschleunigung des Selbstanlaufes der aus Stahl bestehende Läufer eines derartigen Motors ein verhältnismäßig kleines Trägheitsmoment haben soll, damit er beim Einschalten des Motors möglichst rasch dem Drehfeld des Ständers folgen kann. Es ist auch bereits bekannt, daß durch eine verhältnismäßig dünnwandige Ausführung topfförmiger Läufer das Drehmoment des Motors erhöht wird. Nach anderen Veröffentlichungen soll der Läuferquerschnitt so bemessen werden, daß sich eine möglichst hohe Flußdichte ergibt, die aber noch unter dem Sättigungswert des Läufermaterials liegen soll. Vom magnetischen Standpunkt aus betrachtet, gibt es für den Hysteresisteil des Motors zwei Grenzfälle, bei denen ungünstige Verhältnisse, insbesondere kleine Drehmomente, auftreten. Macht man den Hysteresisteil des Motors zu dick, d. h. den Querschnitt zu groß, dann wird der größere Teil der Stator-'"vIMK aufgebracht, um den Magnetfluß durch den Luftspalt zwischen Ständer und Läufer durchzutreiben. Man erhält dadurch eine geringe Flußdichte im Hysteresisteil, die geringe H5 steresisverluste und infolgedessen auch ein geringes Drehmoment ergibt. Macht man andererseits den Hysteresisteil sehr dünn, dann wird der größere Anteil der Stator-MMK im Hysteresisteil aufgebracht. In diesem Teil ergeben sich sodann zwar eine hohe Flußdichte und j eV olumeneinheit dieses Teils große Hy steresisverluste, aber nur ein kleines Drehmoment, da der Hysteresisteil nur ein kleines Volumen, also nur eine geringe magnetische Masse hat.
  • Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, den zwischen diesen Grenzwerten liegenden Bestwert des Drehmomentes beim Entwurf derartiger Motoren durch geeignete Wahl der verschiedenen, hierfür maßgebenden Betriebsgrößen zu erfassen.
  • Ist eine bestimmte Statortype gegeben, dann liegen auch die Polverhältnisse fest, während der Luftspalt, die MMK und der Querschnitt des den Läufer bildenden Hysteresisteils unabhängig voneinander geändert werden können. Nimmt man an, daß eine gewisse Flußdichte oder ein Maximum an Energieverlusten im Hysteresisteil die besten Verhältnisse ergibt, so sind die Hysteresisverluste proportional dem Volumen des den aktiven Läuferteil bildenden Hysteresisteils. Der durch den Hysteresisteil hindurchgehende Fluß ist um so größer, je größer der Querschnitt des Hysteresisteils ist; dieser Querschnitt ist also proportional dem Fluß des Hysteresisteils. Die Länge des Flußpfades im Hy steresisteil ist nach bekannten Gesetzen proportional der MMK, die erforderlich ist, um den Fluß durch diesen Pfad hindurchzutreiben. Infolgedessen ist das Volumen des Hysteresisteils abhängig von dem Produkt aus dem durch ihn hindurchgehenden Fluß und der MMK, die erforderlich ist, diesen Fluß durch den Hysteresisteil hindurchzutreiben.
  • Es sei beispielsweise zp" (vgl. Fig. i) die Polteilung des Ständers S, also der Abstand zwischen zwc-i aufeinanderfolgenden Hauptpolen verschiedener Polarität. zp ist also nicht der Abstand aufeinanderfolgender Polzacken des gleichen Hauptpols. Die gleiche Polteilung hat der Hysteresisteil L des Läufers. Ferner sei d die Dicke, b die Breite des Hysteresisteils L, l sei die Luftspaltlänge, q') der den Teil L durchsetzende Fluß, li die Permeabilität des Teils L. Unter dieser Voraussetzung ist die die erforderlich ist, um den Fluß 0 durch den Teil L hindurchzutreiben: Der Fluß (P muß den Luftspalt zwischen dem Teil S und L zweimal durchsetzen. Die "I?ITKz, die erforderlich ist, um den Fluß 0 durch den Luftspalt (Fläche je Pol vorausgesetzt) hindurchzutreiben, ergibt sich infolgedessen zu: Macht man diese beiden MMK einander gleich, also so ergibt sich daraus die Dicke des Hysteresisteils L zu Für hoch kohlenstoffhaltigen, glasharten Stahl ist ,li ungefähr gleich 120; daraus ergibt sich Das Optimum des Drehmomentes ergibt sich, wenn die MMK für den Luftspalt gleich der MMK für den Hysteresisteil ist. Der optimale Bereich des Drehmomentes liegt dort, wo die beiden MMK etwa gleich sind. Die MMK dürfen sich nach oben und unten um 3/,o ihres Wertes ändern, ohne daß man aus dem optimalen Bereich herauskommt.
  • Nachdem das optimale Verhältnis der beiden MMK festgestellt ist, sollen auch die Bedingungen für den günstigsten Absolutwert der MMK untersucht werden.
  • Um die beste Wirkung zu erhalten, läßt man den Hysteresisteil L im Bereich maximaler Wirksamkeit arbeiten. Dieser Bereich fällt mit dem Bereich maximaler Permeabilität zusammen. Oberhalb dieses Bereiches würde eine Steigerung der MMK nur einen kleinen Zuwachs des Flusses bewirken. Der günstigste Wert für die MMK läßt sich also jeweils leicht aus der Permeabilitätskurve des Hysteresisteils ableiten.
  • Die Verhältnisse sollen noch näher an Hand eines Zahlenbeispiels erläutert werden. Bei dem praktisch ausgeführten, in den Fig.2 bis dargestellten Motor beträgt die Leistungsaufnahme i,i Watt bei 115 Volt. Die Luftspaltlänge l ist 0,5 mm, die Polteilung -r, 9 mm, die Dicke d des Teils L ist 0,3 mm, also überraschend klein. Daraus ergibt sich ein Produkt d L = 0,3 - 0,5 mm = 0,15 mm2, das kleiner ist als Bei den obigen Ausführungen ist der magnetische Widerstand im Ständereisen, das aus magnetisch weichem Material, insbesondere Weicheisen oder hoch permeablem Material mit geringen Verlusten besteht, vernachlässigt; soll er berücksichtigt werden, -so ist die zu seiner Überwindung erforderliche MMK als Korrektionsgröße bei der MMK für den Luftspalt in Rechnung zu setzen.
  • Die Fig. 2 bis q. zeigen eine besonders vorteilhafte Ausführungsform eines derartigen Motors, und zwar ist der Motor in den Fig. 2 und 3 im vergrößerten Maßstab dargestellt und je zur Hälfte im Schnitt gezeigt, während in Fig. q. die einzelnen Motorteile in axialer Richtung auseinandergezogen sind. q. ist der Ständer, der die Form der sogenannten Klauentype hat, 5 ist der Läufer. Dieser besteht in bekannter Weise hauptsächlich aus einem für die Drehmomentsbildung praktisch unwirksamen Tragteil 23 und aus einem Hysteresisteil32. Der Tragteil 23 besteht aus unmagnetischem Material, insbesondere aus Metall, vorzugsweise Leichtmetall, wie Aluminium, während der aktive Teil 32 aus einem verhältnismäßig dünnen, magnetischen Material mit hohen Hysteresist% erlusten besteht.
  • In an sich bekannter Weise hat der Teil32 an einem Punkt 33 (Fig. 2) oder an mehreren Punkten eine magnetische Unsymmetrie, die während des synchronen Laufens ein Schlüpfen des Läufers 5 gegenüber dem Drehfeld des Ständers q. verhütet.
  • Nach einer Besonderheit der Erfindung besteht der Hysteresistei132 aus einem dünnen Stahlbandstück, das in das Innere des Tragteils 23 eingelegt und durch seine Federwirkung dort festgehalten ist. Erfindungsgemäß sind die Enden 33 (Fig. 2) des Stahlbandes nicht oder wenigstens nicht mit magnetisch leitendem Material miteinander verbunden, um so die magnetische Unsymmetrie, die das Schlüpfen des Läufers verhütet, zu erzielen.
  • Der Ständer besteht in bekannter Weise aus einem magnetischen Kernteil 6 mit Erregerwicklung 7 und aus vier gleichen magnetischen Klauenteilen 1i bis 1q., die paarweise zu verschiedenen Seiten der Teile 6 und 7 angeordnet sind. Die Teile jeden Paares sind dabei durch einen Kupferriüg 17 bzw. 18 voneinander getrennt.
  • Die Kupferringe 17, 18 bewirken in bekannter Weise, daß der Fluß der Polzinken 1612 des Teils 12 gegenüber dem Fluß der Polzinken 1611 des Teils i1 um etwa 5o° elektrisch oder mehr nacheilt.
  • Nach dem Ineinanderschieben der einzelnen Teile sind die einzelnen Polzinken der Teile 11 bis 1q., wie aus Fig. 2 und 3 ersichtlich, derart gegeneinander versetzt, daß sich für den Läufer 5 ein möglichst gleichmäßiges Drehfeld ergibt. In dem Magnetkern 6 ist das Lager 8 für die Welle 24 des Läufers 5 befestigt.
  • Die vorstehenden Angaben betreffen nur Synchronkleinmotoren mit Hysteresisläufer und mit einer Leistungsaufnahme von nur einigen Watt, also Kleinmotoren, wie sie für den Antrieb von Uhren, Tarifwerken usw. in Frage kommen. Für große Synchronmaschinen war es an sich bekannt, daß gewisse Abhängigkeiten des Höchstdrehmomentes von der Größe des Luftspalts bestehen, aber bei diesen Maschinen liegen die Verhältnisse so grundsätzlich anders, daß sie sich nicht ohne weiteres auf die genannten Kleinmotoren übertragen lassen. Auch fehlt bei den großen Maschinen der sogenannte Hysteresisteil.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Synchronkleinmotor mit einem Läufer nach * dem Hysteresisprinzip, dadurch gekennzeichnet, daß die MMK (M117K1, Fig. i), die erforderlich ist, um den Fluß durch den den aktiven Läuferteil bildenden Hysteresisteil (L) hindurchzutreiben, etwa gleich ist der MMK (MMK2) für die Überwindung des Luftspalts (l) zwischen Ständer (S) und Hysteresisteil (L).
  2. 2. Synchronkleinmotor nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Produkt aus der Dicke (d) des Hysteresisteils (L) und der Länge (l) des Luftspalts zwischen Ständer (S) und Hysteresisteil (L) etwa gleich oder kleiner als ein halber Quadratmillimeter und kleiner als der hundertste Teil des Quadrates (-cp2) der Polteilung (t.) ist.
  3. 3. Synchronkleinmotor nach den Ansprüchen i und 2, gekennzeichnet durch eine derartige Ständer-MMK, daß sich die Magnetisierung des Hysteresisteils (L) etwa im Bereich größter Permeabilität hält. q..
  4. Synchronhleinmotor nach den Ansprüchen i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer aus einem unmagnetischen, vorzugsweise metallischen Tragkörper (23, Fig.2 bis q.) und aus einem von diesem gehaltenen, magnetischen, dünnwandigen Teil (32) mit hohen Hysteresisverlusten besteht" der mindestens an einer Stelle (33, Fig. 2) eine magnetische Unsymmetrie hat.
  5. 5. Synchronkleinmotor nach Anspruch q., dadurch gekennzeichnet, daß der Tragkörper (23) des Läufers (5, Fig. 2 und 3). die Form eines die Pole des Ständers (q.) umschließenden Topfes hat, in den der aus,einem dünnwandigen Stahlzylinder bestehende Hysteresisteil (32) eingeschoben ist.
  6. 6. Synchronkleinmotor nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daB der Hysteresisteil (32) aus einem mit seinen Enden (33, Fig.2) zylindrisch zusammengebogenen, dünnen Stahlband besteht, das in den topfförmigen Tragteil (23) eingeschoben ist und vorzugsweise durch seine Federwirkung darin festgehalten wird.
  7. 7. Synchronkleinmotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden (33) des Stahlbandes nicht oder wenigstens nicht durch magnetisch leitendes Material verbunden sind, um eine magnetische Unsymmetrie an einer Stelle des Läuferumfangs zu erzielen. Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: Deutsche Patentschrift Nr. 584 038; schweizerische Patentschrift Nr. 163 364; USA.-Patentschrift Nr. 1977 z86_
DES120078D 1934-12-20 1935-10-11 Synchronkleinmotor mit einem Lauefer nach dem Hysteresisprinzip Expired DE752527C (de)

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DE (1) DE752527C (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1080488B (de) * 1957-07-01 1960-04-21 Kieninger & Obergfell Motoruhr, insbesondere Synchronuhr
DE1121205B (de) * 1954-07-02 1962-01-04 Siemens Ag Hysterese-Motor

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH163364A (de) * 1932-08-19 1933-08-15 Landis & Gyr Ag Synchronkleinmotor.
DE584038C (de) * 1926-07-16 1933-09-13 Aeg Synchronmotor zum Antrieb von Uhren und zur Steuerung von Tarifapparaten aller Art
US1977186A (en) * 1933-11-11 1934-10-16 Haydon Arthur William Electric motor

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