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Synchromnotor Die Erfindung bezieht sich auf kleine mehrpolige Synchronmotoren,
wie -sie insbesondere für Uhrenlaufwerke und ähnliche Zwecke Anwendung finden. Derartige
Motoren besitzen einen mit vorspringenden Polen versühenen Läuf er aus einem permanentmagnetisierten
hochwertigen Werkstoff, der eine Koerzitivkraft von etwa 4oo. Orstedt und eine Remanenz
von über io ooo Gauß besitzen kann. Als Ständer wird dabei eine mit einer zentralen
Erreggerspule versehene Anordnung vorgesehen, deren Polflächenein mehrpoliges Feld
bildet.
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Gemäß der Erfindung wird der Läufer durch einen verhältnismäßig dickwandigen,
vorzugsweise in der Längsrichtung magnetisierten ringförmigen Körper gebildet, während
das Ständerfeld dadurch ,erzeugt wird, daß der Ständer zwei konzentrisch angeordnete,
vorzugsweise ringförmige Scheiben besitzt, die innen bzw. außen verzahnt mit ihren
Zähnen ineinandergrIeifen. Um den Anlauf des Motors zu erleichtern, ist dit Anordnung
derart getreffen, daß bei Stromunterbrechung der Erregerspule die Reluktanz des
remanentmagnetischen Kreises sich in einer relativen Lage von Läufer zu Ständer
ergibt, in der mindestens die Hälfte der Läuferpole zu den Ständerpolen versetzt
ist.
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Das Hauptziel der vorliegenden Erfindung ist, die elektrische- Leistung
und das Drehmoment der Kleinmotoren der erwähnten Bauart zu verbessern und sie instand
zu setzen, mit einem höheren Anlaß,
drehmoiii#-nt' anzulaufen, als-
dies -bei den bekannten Motortypen der Fall ist.
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Zu diesem Zweck stehen die Läuferpole mit einem massiven Teil aus
ferromagnetischern. Werkstoff mit starkem Koerzitivfeld und magnetischer Sä.ttigu-ng
in einer Richtung in Kontakt, die mit derjenigen übereinstimmt, die die höchste
renianente, Magnetisierung zu erzielen ermöglicht, während- die festen -und beweglichen
Polflächen so gewählt sind, daß bei Stromunterbrechung die Reluktanz der durch den
remanenten Magnetismus erregt-en Magnetstromkreise minimal ist, wenn- mindestens
die Hälfte der Läuferpole zu den Ständerpolen versetzt ist; auf Grund dieser Anordnung
erhält der Ständer bei _unter Spannung gesetztem Motor ständig ein sehr hohes wechselndes
Moment und nimmt eine Schwingungsbewegung mit bis zum Anlaufen schnell wachsender
Amplitude an-.
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Weitere Ziele der Erfindung sind namentlich: Konstruktion eines sehr
kräftig gehaltehen Motors von gedrängter Form bei verhältnismäßig einfacher, leichter
und billiger Herstellung; Schutz des Läufers gegen die Ursachen d'er Entniagnetisierung
und das Eindringen magnetischen Staubes; Beseitigung des schädlichen Spiels und
der tönenden Schwingungen der Welle; Möglichkeit sehr geringer Luftspaltbreite zwischen
Läufer und Ständer; Erleichterung der Motorreparaturen auf Grund der Möglichkeit
eines leichten Ersatzes der den Beschädigungen ausgesetzten OTgane (Spulen, Lager
und Lagerringe der Welle) ohne komplizierte Werkzeuge; Möglichkeit der Konstruktion
(mit ein und derselben Werkzeugausrüstung und gewöhnlichen Bestandteilen) mehrerer
Motormodelle mit den besonderen Eigenschaften, die sich für die verschiedenartigen
Anwiendungen von Motoren geringer Leistung eignen, insbesondere für die Synchronisierung
und, das Aufziehen von Uhren und für die Herstellung kleiner, sehr starker Servomotoren.
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Das bessere Verständnis der Merkmale so-wie der Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten
der Erfindung ergibt sich aus der nachstehenden Beschreibung und den Zeichnungen,
die lediglich willkürlich gewählte Ausführungsbeispiele ohne Einschränkung darstellen.
In den Zeichnungen ist Fig. i --in großmaßstäblicher Schnitt längs der Achse eines
Motors gemäß der Erfindung; Fig. z ist ein zur Welle senkrechter Schnitt nach einer
zwischen (dem Läufer und dem Ständer verlaufenden Ebene 2,7-2" der Fig. i, sie zeigt
die gegenseitigen Stellungen der Pole, wenn der Wechselstrorn. unterbrochen ist;
Fig. 3 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform des Läufers; Fig. 4 ist eine
Schnittansicht des Läufers nach der Ebene 4#-4" der Fig. .3.; Fig. 5 und
#6 zeigen eine Ausführungsart der Läuferpole; Fig. 7 stellt einen Längsschnitt
eines Motors mit zwei Ständern dar, die beiderseits eines magneti-. sierten Läufers
mit vorspringenden Pol-en auf seinen zur Achse senkrechten Seiten angeordnet
sind; Fig. 8 ist eine Ansicht im Schnitt nach der Linie 8"-K' der Fig.
7, die einen der beiden mehrpoligen Ständer des Motors teilweise darstellt;
Fig.#gK stellt ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorspringenden Pole des Läufers
dar; Fig. io ist eine großmaßstäbliche und schaubildliche Darstellung eines der
Läuferpole der Fig. 9;
Fig. ii zeigt eine verbesserte mechanische Vorrichtung
zur Festlegung des Drehsinnes einphasiger Motoren; Fig. i#2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel
des Läufers im Schnitt nach einer durch die Drehachse verlaufenden Ebene.
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Die Fig. i bis 6 zeigen beispielsweise einen verbesserten Motor,
dessen Ständer 15. ineinandergreifende Polpaare aufweist. Die Hauptorgane des Läufers
sind (Fig. i) -der mit Ader Welle 0 fest verbundene Magnet A mit zwei
Reihen; vorspringender Pole wie PN (mit, Nord-Magnetismus) und PS
(mit
Süd-Magnetilsmus). Der Ständer umfaßt zwei Zahnkränze S., und S2, deren Formen
aus Fig. 2 ersichtl-ich sind. Das Zentrum des inneren Kranzes steht in magnetischem
Kontakt mit dem oberen Ende des Kernes N der Erregerspule B. Das untere Ende
des Kerns ist mit dem äußeren Rand des Kranzes S, durch einen die Spule umgebenden
Eisenmantel C magnetisch verbunden.
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Fig. i und 2, sind Ansichten in vergrößertem Maßstab. In Wirklichkeit
gibt man dein Motor vorzugsweise einen Durchmesser von,:25 bis 5o, mm.
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Der gemäß der Erfindung verbesserte Motor ist hauptsächlich durch
folgende Ausführungseinzelheiten gekennzeichnet: Die ineinandergreifenden Polzähne
des Ständers (Fig. 2) haben annähernd die Form eines Trapezes verhältnismäßig großer
Höhe, das beiderseits durch zwei nach der Achse 0
zu gerichtete Linien begrenzt
ist. Der leere Zwischenraum zwischen zwei benachbarten, zu S, bzw. S, gehörenden
Polzähnen beträgt ungefähr ein Drittel der Zähnbreite, während die leeren Räume
vor,den Zahnenden viel größer sind (,das Drei- bis Vierfache der seitlichen Zwischenräume).
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Die wirksam-en Oberflächen, der beweglichen Pole PN und
PS sind:in einer zur Achse 0 senkrechten Ebene angeordnet, die
sehr nahe an den wirksamen Oberflächen der festen Pole verläuft. jeder bewegliche
Pol ist nahezu trapezförmig. Die schrägen Seiten sind auf das Zentrum zu gerichtet,
und die Breite beträg t etwas weniger als die Hälfte der Polsteigung, so daß der
durch die schrägen Seiten gebildete Winkel etwas kleiner ist als der Quotient
Die Länge der beweglichen Pole ist verhältnismäßig groß. Diese Teile ragen leicht
über die Zahnendendes Ständers hinaus, wie Fig. 2 zeigt.
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Der Magnet A zeigt die allgemeine Form eines massiven Ringes,
der quer in einer zu einem Durchmesser parallelen und zur Motorachse senkrechten
Richtung magnetisiert ist. Dieser Magnet besteht -vorzugsweise aus einem der neuerdings
entdeckten, mittels kombinierter thermischer und magnetischer Behandlung verbesserten
Legierungen (mit einem
Koerzitivfeld H, über 5oo Orsted und einem
remanenten Magnetismus B, über io ooo Gauß).
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Der zweipolige Magnetismus, der dem Magneten A bei seiner
Bildung durch einen geeigneten leistungsfähigen Elektromagneten mitgeteilt werden
kann, muß so beschaffen sein, daß die einander entgegengesetzten Polhereiche verhältnismäßig
sehr groß sind. Dadiese Bedingungen leicht zu erfüll-en sind, kann man zahlreiche
Polteile PN und PS polarisieren, die über fast den ganzen Kreisrand des MagnetenA
verteilt sind, womit sich die Nutzleistung des Motors verbessern läßt.
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Der in, den Fig. i und :2 dargestellte Läufer enthält auf der dem
Ständer gegenüberliegenden Fläche sechs vorspringende Pole PN (Nord) und sechs vorspringende
Pole PS (Süd). Bei Herstellung durch Guß können diese Pole einen Bestandteil
des Magneten A bilden. Sie können auch besondere Teile bilden, die auf einen massiven
Magneten mit ebenen Rundflächen gesetzt werden, wie dies weiter unten gezeigt wird.
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Der Magnet (Fig. i) wird durch einen auf die Achse 0 aufgezogenen
-Teller i aus nichtmagnetischem Metall gehalten. Das Festspannen kann mittels
ein-er Mutter 2 über eine etwas biegsame Rundscheibe 3 erfolgen.
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Der Ständer weist folgende Merkmale auf: Die Zahnkränze Si und
S, werden durch Ausschneiden aus magnetischen; Blechen, hoher Bermeabilität
und mit hoheinWirkwiderstand % wie Siliciumstahlblech, hergestellt; sie sind
an einer Rundsch#eibe 4 aus nichtmagnetischem Werkstoff mit hohem Widerstand befestigt,
z. B. Argentan oder isolierender Stoff. Der Kranz S, und die Rundscheibe
4 passen sich einem abgedrehten Teil am oberen Ende des Kernes N (Fig.
i) an. Sie werden durch Einfügen befestigt. Die Rundscheibe 4 und der Kranz
S,
werden durch drei gebohrte und, mit Muttergewinde versehene Niete vereinigt.
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Der zylindrische Kern N der Spule B ist in Längsrichtung für
den freien Durchgang der Achse 0 gebohrt. Die Axialbohrung ist an ihrem unteren
Ende erweitert und mit einem sehr feingängigen Muttergewinde versehen. In den, Kern
ist ein Spalt fl ein.geschnitten, wie Fig. 2 zeigt.
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Die Welle wird durch zwei Kugellager bekannter Art geführt, die kugelförmige
äußere Schalen 6
und. kegel stumpf f örmige innere Ringe
7 und 8 aufweisen. Diese Lager sind in leicht regelbaren Stellungen
unbeweglich festgehalten, wodurch sich die Welle 0 in Längsrichtung bewegen
und der Luftspalt zwischen den Ständer- und Läuferpolen sich beliebig verändern
läßt. Zu diesem Zweck werden die beiden Lager bei starker Reibung in; zwei außerhalb
mit Feingewinde versehene Rohrstücke 9
und io eingesetzt. Diese Teile verhalten
sich wie Hohlschrauben mit ' flachen Gegenniuttern i i und 12. Sie dienen
als Schmierölbehälter. Das Rohrstückg mit großem Hohlraum wird in das äußere Ende
des Kern-es N eingeschraubt, und die Gegenmutter i i ermöglicht das Festhalten.
des Staubdeckels oder Mantels C, der sich auf den Kranz Si abstützt und durch die
Rundscheibe 4 vollkommen geführt wird. Ein Ring 1,3, und eine biegsame Rundscheibe
14 sind so angeordnet, daß das Anziehen der Mutter ii auf den Kern wirkt und der
auf den Mantel C ausgeübte Druck gemildert wird und den durch die Teile Sl,
S, und 4 gebildeten Aufbau nicht verformen kann.
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Das Rohr io wird indie Mitte eines den Läufer umgebenden, aus Metall
getriebenen Schutzdeckels 15 eingeschraubt. Dieser Schutzdeckel ist durchbohrt und
mit Gewinde versehen. Der mittlere durchbohrte Teil ist durch eine Stauchung des
Metalls nach Fig. i verstärkt. Er wird durch einen durch Abdrehen des Außenrandes
des Polkranzes Si erzielten Ansatz vollkommen zentriert. Die Befestigung des Deckels
15 erfolgt mittels Schrauben 16 und indie Niete 5 eingesetzter Stifte 17-Die
Ringe 7 und 8: der Lager sind spiellos auf die an den Endender Welle
0 aus,-edrehten zylindrischen Teile geschoben. Der Ring 8 kann unter
schwacher Reibung laufen und wird gegen die Kugeln des Lagers durch eine Feder 18
gedrückt, die sich auf ein Lager der Welle abstützt. Nach Einregulierung des unteren
Kugellagers wird das Rohr io eingeschraubt und in einer solchen Lage festgestellt,
daß die Feder 18 nahezu flachgedrückt wird. Die Elastizität ist so gewählt, daß
der Druck auf den kegelstumpfförmigen Ring 8 gerade ausreicht, um das Gleiten
der Kugeln zu vermeiden, das eine vorzeitige Abnutzung der reibenden Teile herbeiführen,
würde.
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Praktische Danerversuche ermöglichten. die Feststellung, daß die oben
beschriebenen Führungsorgane die tönen-den Schwingungen der Welle vermeiden lassen.
Die durch die Feder 18 zugelassene geringe Längsbewegung ermöglicht die Verm#eidung
des Eckens durch die Wirkung ungleicher Dehnungen der Welle un#d,der Teile
C und 15.
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Der Magnet A trägt auf seiner Oberseite einander diametral
entgegengesetzte schmale Hilfspole ig (Nord) und 2o, (Süd). Im Innern und
auf ,dem Boden des Deckels 15 ist ein zur Achse 0
konzen#trisches Zahnrad
aus Weicheisen :21 befestigt, das durch eine Fassung des beim Tiefziehen zwecks
Bildung eines Ansatzes gestauchten Deckelmetalls gehalten wird. Der Teil 21 trägt
dreißig schmale Zähne, deren Enden nach dem Läufer zu gekrümmt sind und in geringem
Abstand von, den Hilfspolen, ig# und :2o vorbeistreichen. Man kann die Einstellung
des Teils 21 zuden Ständerzähnen beliebig ändern und ihn dann durch eine Schraube
:22 feststellen, die ein verhältnismäßig großes Bohrloch im Deckel 15 durch-dringt.
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Ist der Motor nicht unter Spannung, so strebt die magnetische Anziehung
zwischen den Hilfspolen ig und 20, und den. schmalen Zähnen des Teils:2i danach,
den Läufer so zu drehen, daß die Pole gegenüber,den vorspringenden Zähnen stehenbleiben,.
Man wählt die Einstellung des Teils 21 so, daß, wenn der Strom Null ist,
die Pole PN und PS zu den Polzähnen des Ständers die Stellung nach
Fig.:2 einnehmen, in der jeder untere Pol des Läufers über zwei Ständerpole gleichmäßig
zu stehen kommt. Der Läufer kann dreißig dieser
Ruhestellungen,
einnehmen. Die hierzu erforderliche magnetische Anziehung 'kann konstruktiv geregelt
werden, indem die Hilfspole i,g, und :2o dem Eisenteil 21 mehr oder weniger angenähert
werden-. Erforderlichenfalls kann man mehrere ihre Wirkungen addierende Pole, ig
und 2-o vorsehen, jedoch darf die magnetische Anziehung nicht übermäßig sein und
soll gerade zur Erzielung der gewünschten Einstellung ausreichen.
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Der Deckel 15 des Läufers besitzt vier seitliche Öffnunggen
01, 021 'die nach Fig.:2 angeordnet sind. Diese öffnungen ermöglichen die Bildung
des Läufermagnietismus nach nahezu vollständigem Zusammenbau des Motors. Zu diesem
Zweck führt man in die Öffnungen zwei gespaltene Polteile eines starken, äußeren
Elektromagneten, ein, so, daß jeder Polteil eine Seite von A in großem Bog-en
vor der Reihe der sechs gleichnamigen Pole übergreift. Läßt man währendeines Ang-eubficks
-einen starken, Gleichstrom hindurchgehen, so wird der Ring A
in einer
zur Achse senkrechten Richtung i-i" (Fig.:2) von einem sehr starken Kraftfluß durchquert,
und es bildet sich sofort der gewünschte Dauermagnetismus.
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Dieses Verfahren ist vorteilhafter als die besondere Magnetisierung
des ausgebauten Läufers. Man vermeidet so leichter das Eindringen von Eisenfeilspänen,
die an den Polen festhaften, und man stellt fest, daß der Teil A einen
stärkeren Magnetismus annimmt, wenn der Magnetstromkreis beim Durchqueren der bei
den Polen befindlichen Eisenteile immer geschlossen bleiben kann. Diese Art des
Vorgehens ermöglicht tatsächlich die Vermeidung der entmagnetisierenden Wirkungen,
die sich im Falle der Unterbrechung des Magnetstromkreises außerhalb des Magneten
ergeben könnten.
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Nach Beendigung der Magnetisierung wird der Schutzdeckel 15 mit einer
Ummantelung 23 be-
deckt, -und der Läufer ist vollkommen gegen Staub und Stoß
geschützt.
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Der oben beschriebene Motor weist folgende Betriebsmerkmale auf: Man
hat gesehen, daß, wenn der Spule B kein Wechselstrom zugeführt wird, die Pole PN
und PS sich nicht genau den Ständerpolen gegenüberstellen. Diese Tatsache
begünstigt sehr das selbsttätige Anlassen des Läufers, sobald man die Spule mit
der zugeführten Wechselspannung verbindet. Tatsächlich läßt der Durchgang des ersten
Stromwechsels ein nutzbares Drehmornent entstehen, da jeder Läuferpol seitlich durch
einen der benachbarten Zähne des Stä.nders angezogen und durch den anderen abgestoßen
wird. Alle übrigen Pole des Läufers sind übereinstimmenden seitlich-en Kräften unterworfen-.
Der zweite Wechsel des Stromes kann die Bewegung aufrechterhalten, wenn die Drehung
des Läufers ausreicht, oder eine umgekehrte Drehbewegung des Läufers hervorrufen.
je nach der Stärke des Stromes kann man dreierlei Betri-ebsarten des beschriebenen
Motors beobachten: i. Handelt es sich um relativ starken Strom, So
läuft der
Motor bei synchroner Drehzahl mit dem ersten Wechsel des Wechselstromes an (dieses
Ergebnis wird insbesondere mit einem Motor von etwa 5 cm Durchmesser und
einem Kraftverbrauch von etwa 3 Voltampere er-reicht). Der Drehsinn hängt
von demjenigen des ersten die Spule durchlaufenden Wechsels ab.
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2. Ist der Strom etwas schwächer, so nimmt der Läufer eine pendelnde
Drehbewegung von wachsender Amplitude an und setzt sich dann nach ,einigem Zögern
während eines Bruchteils einer Sekunde in irgendeinem Drehsinn in Bewegung.
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3. Wenn der Strom noch schwächer ist, kann der Läufer nicht
von selbst anlaufen, es genügt jedoch, ihm einen leichten Impuls zu geben oder ihn
auch zu bewegen, damit er synchron zu laufen beginnt.
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Die theoretische Untersuchung der mehrpoligen Motoren mit beweglichem
Magnet der erwähnten Bauart zeigt, daß das erzielteDrehmoment Schwingungscharakter
hat und seinen Höchstwert dann erreicht, wenn die festen und beweglichen Pole die
in Fig. 2 dargestellten Stellungen zueinander einnehmen. Das momentane maximale
Drehmoment wird annähernd durch nachstehende Formel ausgedrückt: -
C
= K n 0 1,
worin 0 der Teil des Kraftflusses des Dauermagneten
ist, der,den Kern der Spule von it Windungen in. der einen oder der anderen Richtung
durch#läuft, je nachdem die Pole PN sich vor den Polzähnen von
S, oder, vor denjenigen von S, befinden; I ist die Maximalstromstärke
des Wechselstromes, K ist ein Proportionalitätskoeffizient.
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Die den Gegenstand der Erfindung bildenden Verbesserungen ermöglichen
die Erhöhung der Leistung des Motors, da, der Faktor 0 sehr groß ist (er
liegt in der Nähe des, A bei der ersten Magn-etisierung durchlaufenden
maximalen Sättigungsflusses). Außerdem bleibt der hohe Faktor 0
unbeschränkt
aufrechterhalten, da alle erford-erlich-en Vorsichtsmaßregeln getroffen wurden,
um eine Schwächung des Magneten A sowohl während des Anlaufens des Läufers
als auch bei Reinigungen, Schmierung und Instandsetzungsarbeiten zu verhüten.
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Dieses Ergebnis beruht hauptsächlich darauf, daß man die Spule und
die Wicklungen ausbauen und ersetzen kann, ohne den Läufer vom Ständer trenn-en
zu müssen, was eine Unterbrechung des Magnetstrornkreises außerhalb des Magneten
und eine -sehr nachteilige Schwächung des nutzbaren remanenten Kraftflusses
0 nach sich ziehen würde.
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Wie man sieht, ist es sehr leicht, die die Lager tragenden, mit Gewinde
versehenen Rohrstücke 9
und io auszubauen. Man kann die Lager leicht reinigen
und den Schmiermittelvorrat erneuern. Die Spule kann durch Abschrauben der Mutter
i i ausgewechselt werden; die Luftspalte können durch Entfernung der Ummantelung
23 nachgesehen werden.
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Bei Messung des Moments, das ohne Gefahr des Loshakens des Motors
überwunden werden kann, hat man gefunden, daß bei einem Kraftverbrauch Von 2 W ein
bei der Frequenz von 50 Hz gespeister
Motor von 4 cm Durchmesser
mit einer Drehzahl von 2oo Umdr./min läuft und dabei ein nutzbares Drehmo-ment von
ioo g/cm "entwickelt. Dieses Moment ist für die Anwendung bei Uhrenanlagen beträchtlich,
da es ausreicht, um die äußeren Zeiger ,ein-es Großziffernblattes von
5 m Durchmesser zu betätigen. Dieses Moment ist zwanzigmal größer als dasjenige
von gewöhnlichen mehrpoligen Motoren mit Hysteresis bei nahezu gleichem Raum- und
Kraftbedarf.
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Für den Antrieb, von kleinen Uhren können die ,gemäß der Erfindung
verbesserten Motoren so eingerichtet werden, daß sie mit großen Luftspalten arbeiten,
da der Kraftverbrauch dabei sehr gering bleibt, die Erwärmung vermindert wird und
eine Veränderung des Schmieröls vermieden wird. Diese Eigenschaft ist sehr wichtig,
da die Mehrzahl der gegenwärtig im Gebrauch befindlichen Uhrwerksrnotoren infolge
der Abnutzung der auf eine zu hohe Temperatur gebrachten Lager schnell beschädigt
werden. Es ist ferner zu ersehen, daß die in Fig. I dargestellte Anordnung die Luftzirkulation
auf den Lagerhülsen und demzufolge die Wärmeableitung ,erleichtert.
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An dem in Fig. i und :2 dargestellten Motor können im Rahmen der Erfindung
verschiedene Änderungen vorgenommen werden.
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Die Fig. 3 und 4 zeigen eine erste Abart der Ausführung des
Läufers. Der Magnet A besteht aus einer Rundscheibe mit flachen Kreisflächen.
Die vorspringenden Pole sitzen auf der Scheibe A und werden durch e-ine dünne
nichtmagnetische Metallplatte --4, in die sie eingelassen sind, festgehalten. Die
Hilfspole ig und 2-o werden durch eine weitere dünne, nichtmagnetischt Metallplatte:25
festgehalten, und die Teile A, 24 und 25 sind auf der Achse
C
durch einen Teller 26 (Fig. 4) befestigt.
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Der mit den Eisenpolen PN und PS versehene Teil 24 läßt
sich mit folgendem Verfahren wirtschaftlich herstellen (Fig. 5 und
6): Man fügt eine Eisenplatte 27 mit der vorher in Form einer ein-fachen
Rundscheibe ausgeschnittenen Platte 2,4! zu-
sammen. Dann werden mit
einem Werkzeug nach Art einer Lochmaschine Stempel eingetrieben, die an den Stellen
der Pole PN und PS trapezförmige Löcher ausschneiden. Das Eintreiben
der Stempel beschränkt sich darauf, die in Fig. 6 dargestellten Teile :24,
27 zu erhalten. Es genügt dann, den Teil :27 zu trennen, und es verbleibt
der mit den eingelassenen Polen PN und PS versehene Teil :24.
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Das Ausführungsbeispiel nach Fig,. 7 umfaßt einen Doppelmotor,
dessen Läufer A zwischen zwei durch die Spulen B, und B, erregten
Ständern ST, und ST2 angeordnet ist. Der Magnet A ist auf seinen zur
Achse 0 senkrechten Rundflächen mit zwei Reihen vorspringünder Pole versehen,
die durch die in den Fig. 3 und 4 angegebenen Mittel festgehalten werden
können. Den Spulen B, und B, können einphasige phasengleiche Wechselströme zugeführt
werden, In diesem Fall müssen die Pole des Stän--ders in relativen Stellungen angeordnet
werden, die es ermöglichen, sämtliche Antriebsvorgänge in Übereinstimmung zu bringen.
Der so eingerichtete Motor liefert ein relativ großes Schwingun-smornent auf Grund
der Erhöhung der Zahl wirksamer Pole und der Reluktanzverminderung der Magnetstromkreise
infolge der Vergrößerung der Luftspaltflächen. Es ist festzustellen, daß 'bei gleichmäßiger
Verteilung der Luftspalte zwischen dem Läufer und den beiden Ständern STI und ST2
die Kräfte der magnetischen Anziehung ausgeglichen werden.
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Unter diesen Umständen werden die auftretenden Kräfte auf ein Moment
reduziert, das den Läufer in Drehung versetzt. Die Lager arbeiten unter sehr günstigen
Bedingungen, und man kann sich darauf beschränken, die Achse 0 in gewöhnlichen
Lagerschalen 28 zu lagern. Als Lagermetall kann man vorteilhaft ölgetränkte
poröse Bronze verwenden.
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Der soeben beschriebene einphasige Motor mit zwei Ständern kann auch
als Motor für phasenungleiche Ströme, die die Spulen B, und B, durchlaufen, verwendet
werden. In diesem Fall muß einer der Ständer um einen bestimmten Winkel versetzt
werden, so daß die Pole in passende Stellungen zueinander gebracht werden, wenn
die Ströme ihre Höchstwerte durchlaufen.
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Die Verwendung phasenverschobener Ströme ermöglicht die Erzielung
eines kontinuierlichen, stetigen oder schwach wellenförmigen Drehrnoments, das den
Läufer in einer einzigen Richtung in Drehung bringt. Diese Motorart gewährleistet
sicheres Anlaufen, da immer die Hälfte der Läuferpole zu den Ständerpolen versetzt
ist, wenn der Motor nicht unter Spannung ist.
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Es ist vorgesehen, durch Verwendung einer einphasigen Wechselspannung
U phasenverschobene Wechselkraftflüsse in den beiden Ständern zu schaffen.
Zu diesem Zweck kann man bei den durch die Ständer entwickelten Kraffflüssen Phasenverschiebungen
durch verschiedene Mittel ähnlich denjenigen hervorrufen, wie sie gewöhnlich bei
der Einrichtung der einphasigen Asynchroninduktionsmotoren mit einer Hilfsphase
zum Anlassen verwendet werden. Beispielsweise kann man die beiden Spulen B, und
B, parallel schalten und in eine der Abzweigungen einen Kondensator C einschalten,
wie Fig. 7 zeigt. Man könnte auch eine Phasenverschiebung des Kraftflusses
eines der Ständer dadurch herbeiführen, daß um den Kern seiner Spule ein Kupferring
gelegt wird.
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Die Erfahrung zeigt, daß bei Entwicklung phasenverschobener Kraftflüsse
mit einer einzigen einphasigen Spannung es in der Praxis schwierig ist, genau die
günstigste Phasenverschiebung von 1/4-Periode zu erzielen. Es ist daher zweckmäßig,
eine Winkelversetzung für die beiden Ständer zu wählen, die das maximale Durchschnittsmoment
erzielen läßt.
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Gemäß der Erfindung wird die optimale Winkelversetzung durch folgendes
Verfahren erreicht: Die Ständer ST, und ST2 haben die Form relativ flacher,
koaxialer Zylinder, die unter starker Reibung in eine nichtmagnetische Metallhülle
in Form ,einer zur Achse 0 konzentrischen Umdrehungsfläche
ein-,-paßt
werden. Dieses Metallgehäuse weist einen den Läufer umgebenden Mittelteil mit vermindertem
Durchmesser auf. Es ist möglich, einen der Ständer zu drehen, um experimentell die
Einstellung zu bestimmen, die das höchst-, Durchschnittsdrehrnoment ergibt. Man
kann die passende Einstellung durch Versuche an Erstausführungen annähernd bestimmen
und die Regulierung nach dem Zusammenhau vollenden.
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Die wirtschaftliche Herstellung jedes Ständers erfolgt durch Tiefziechen
und Ausschneiden der Eisenteile in der in Fig. 7 angedeuteten Art. Man sieht,
daß der Magnetstromkreis des kast#-.nförmi-.n Ständers im -wesentlichen aus zwei
Hülsen 30 und 31 besteht, die unter starker Reibung ineinandergesteckt we
. rden. Der Boden der HülS-2 30 ist zur Bildung eines innen verzahnten
Kranzes ausgeschnitten, der damit eine der Polreifien des Ständers bildet. Die Hülse
3 1 trägt den Kern 32 der SPU"-e B2 mit ein-er außen verzahnten Scheibe
33, deren Zgline mit denen von 30 ineinander,-reifen, wie Fig.
8 zeigt.
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In
Der Motor nach Fig. 7 kann vor der Magnetisierung
des Läufers vollständig zusammengebaut werden. Uni diese Magnetisierung durch das
nichtmagnetische Gehäuse 29 durchzuführen, kann man am Mittelteil mit kleinerem
Durchmesser die beiden Pole eines sehr stark-en äußeren Elektromagneten anordnen,
der einen den Magneten A in einer zur Welle 0 senkrechten Richtung
durchquerenden, sehr starken momentanen Kraftfluß entwickelt.
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Diese Bauweise ermöglicht die vorteilhaft-,- Verwendung von hochwertigen
Magnetwerkstoffen, die in einer besonderen Richtung magnetisiert werden müssen.
Es genügt, die Pole des Teils A unter Berücksichtigung dieser Richtung anzuordnen
-und diesen Teil vor der Vornahme der Magnetisierung in passender Weise einzustellen;
zu diesern, Zweck kann die geeignete Richtung -an der Außenseite des Motors durch
ein-en Zeiger festgelegt werden, der vor dem Einsetzen des Ständers ST2 auf dein
langen Zapfen der Achse 0 angebracht wird.
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Um eine bessere magnetische Verbinduna, zwi-7 schen den vorspringenden
Polen des Läufers und den Polbereichen des Teils A herzustellen, kann nian
diese Polbereiche mit Aufsätzen 34 versehen, die aus einem Material mit hoher magnetischer
Pernieahilität bestehen. Die vorspringenden Pole können aus S tahl, Eisen
oder einer Eisen-Kobalt-Legierung bestehen, die sich nur bei sehr hoher Induktion
sättigt.
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Bei der Bauweise des Motors mit einem einzigen Ständer, wie er an
Hand der Fig. i und 2 be-
schrieben worden ist, kann man durch verschiedene
Mittel erreichen, daß, wenn der Motor nicht unter Spannung ist, die beweglichen
Pole sich von selbst in eine der in Fig. 2 dargestellten dreißig Relativstellungen
setz-en. Damit eine solche Einstellunstabil bleibt, genügt es, daß sie einem Minimum
an magnetischer Reluktanz -,entspricht, und es lassen sich verschiedene Polformen
ausdenken, die diese Bedingung erfüllen. Insbesondere kann man die Hilfspole ig
und 20 vermeiden, indem man den Läuferpolen die in* den Fig. 9 und i o angegeben-,
Form gibt. In die trapezf örmigen Pol.-. PN oder PS
der Fi.-.
3 fräst man dem Mittelpunkt zu gerichtete, in der Mitte befindlich-, Nutenr
ein, und zwar von einer Breite, die annähernd dem Luftraum zwischen zwei benachbarten
Polen des Ständers gleich ist. Unter diesen Bedingung-en werden, wenn die festen
und beweglichen Pole ohne Winkelverschiebung einander gegenüberstehen, die Luftspaltflächen
vermindert, und die Reluktanz wird minimal, wenn die Pole PN und PS
zu den Zähnen des Ständers versetzt werden, wie Fig. 2 zeigt; man -,erreicht damit,
daß der Läufer sich von selbst in eine der Ruhelagen stellt, die das selbständige
Anlaufen mit hoh..-iii Drehmoment begünstigen.
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Die Fig. m stellt eine verbesserte mechanische Vorrichtung dar, die
es ermöglicht, den vorsteherd beschriebenen einphasigen Motoren einen bestimmten
Drehsinn aufzuerlegen, wenn der vorbeschriiebene Motor eine Drehbewegung in beliebiger
Richtung annehmen kann. Diese Vorrichtung die wie eine Halteklinke wirkt, jedoch
geräuschlos arbeitet und keine Rückziehfeder erfordert, besteht aus einein schneckenförmigen
Nocken 35, der zwischen den Zweigen einer sich um die Achse 37 . drehenden
schwingenden Gabel 36 angeordnet ist. Die Gabel ist ausbalanciert und hat
eine zu ihrer Längsachse mn symmetrische Form. Der Zusammenbau erfolgt nach Fig.
i. Aus Fig. i i ist ersichtlich, daß, wenn der Nocken 35 sich in Richtung
f2 dreht, die Achse 0
nicht behindert wird; außerdem ist die Führung
von 36 geräuschlos. Wenn demgegenüber der Läufer beim Anlassen im umgekehrten
Drehsinn von f, anläuft, trifft der Zahn des Nockens 35 auf das Ende
eines Zweiges der Gabel 36. Bei der Konstruktion wird der Nocken
35 so befestigt, daß die Pole in Ruhestellung die- gegenseitigen Stellungen
der Fig.:2 einnehmen. Unter diesen Umständen kommt der Läufer nach Stillsetzung
für die Dauer einer halben Periode, des Wechselstromes wielder in Gan,
g. Die Erfahrung zeigt, daß der Motor sich dann in der gewünschten Richtung
in Drehung setzt, wobei diese Richtung durch Wendung des NOckens 35
umgekehrt
werden kann.
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Die oben beschriebenen kleinen Synchronmotoren bieten folgende Vorteile:
Sie laufen sicher an u-ild entwickeln verhältnismäßig hohe Drehrnomente bei geringem
Strornverbrauch. Dementsprechend eignen sie sich insbesondere zur Einrichtung von
Synchronuhren mit oder ohne Gangreserve. Für diese Anwendungen, die nur geringe
mechanische Leisturigen erfordern, kann man die Abmessungen des Motors vermindern
und die Zahl der Pole erhöhen, wobei die Drehzahl von 0 verringert wird.
Es lassen sich z. B. Motoren ähnlich dem in Fig. i dargestellten Modell mit Ständern
zu fünfundzwanzig Polpaaren anstatt fünfzehn Paaren einrichten. Man kann dein Motor
einen Durchmesser von weniger als 3 cm geben. Bei einem Strom von 5o Hz beträgt
die Drehzahl des Motors nur i2o Umdr./min. Um die Stetigkeit des_ Ganges zu verbessern,
kann man auf der Achse des Motors ein kleines Schwun-rad anbringen, das unter schwacher
Reibung aufgezogen
wird. Ein derartiger Motor eignet sich ganz
be-
sonders zur Synchronisierutig von Uhrpendeln mit bekannten Mitteln.
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Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen
Ausführungsformen beschränkt; sie umfaßt vielmehr alle möglichen Abarten. In den
Fig. 1, 4 und 7 wurde ein zweipoliger Magnet dargestellt, dessen innere
Kraftlinien zur Achse 0 senkrecht gerichtet sind. Diese Anordnung ist vorteilhaft,
da sie die Magnetisierungen nach dem Zusammenban der Motorteile erleichtert. Man
könnte jedoch auch eine andere Magnetart verwenden, ohne an den allgemeinen Grundsätzen
der beschriebenen Motoren etwas zu ändern. Die Fig. 1:2 zeigt beispielsweise einen
Läufer mit einem Magneten A' in Form einer flach-en Scheibe, die parallel
zu ihrer Achse magnetisiert ist. In diesem Fall bilden die runden Flächen die Polbereiche
Nord und Süd. Man kann schmale vorspri.ngende Pole 'mittels Eisenplatten 44 und
45 mit umgebogenen radialen Armen PN und PS bilden. Diese Arnie können
ineinandergreifen und rund um A verteilt sein. Es genügt, daß, wenn die Pole
PN vor den Zähnen des Kranzes S, (Fig. i) liegen, die Arme PS
sich
vor den Zähnen von S, befinden. Die Teil"- 44 und 45 können vorteilhaft aus
einem Werkstoff mit sehr hoher magnetischer Perriieabilität bestehen, der sich nur
bei sehr starker Induktion sättigt. Bei .einem Doppelmotor nach Fig. 7 kann
man zwei Vorrichtungen nach Fig. 14 zusammenfügen, die symmetrisch angeordnet sind,
so daß die Pole auf die Ständer ST1 und ST, wirken können.