Selbstanlaufendes Motoraggregat zum Antrieb von Uhren und dergleichen. Die Erfindung betrifft ein selbstanlau fendes Motoraggregat zum Antrieb von Uhren und dergleichen, bei welchem der Läufer eines Synchronmotors sich in einem Ferraris-Drehfeld bewegt.
Erfindungsgemäss ist das Motoraggregat in der Weise ausgebildet, dass der Läufer des Synchronmotors mit dem Läufer eines Asyn chronmotors gekuppelt ist und in einem be sonderen, vom Drehfeld des Asynchronmotors abgezweigten Wechselfeld umläuft. Es be wegen sich also der Läufer des Synchron motors und derjenige des Asynchronmotors in besonderen Erregerfeldern. Bei dieser Bauart bedarf es nicht mehr der Anwendung beson derer Untersetzungsgetriebe, um die hohe Drehzahl des Asynchronläufers auf die zum Antrieb des Zeigerwerkes erforderliche nie drige Drehzahl herabzusetzen; vielmehr über nimmt der Synchronläufer nach dem Anwer fen durch den Asynchronläufer selbst die Führung und läuft dann in dem vom Dreh- feld des Asynchronmotors abgezweigten Wechselfeld mit der gewünschten langsamen Drehzahl um.
Um das Anlaufen und Intrittfallen des Synchronläufers in Zusammenarbeit mit dem Asynchronläufer zu erleichtern, können beide Läufer derart miteinander gekuppelt sein. dass der Synchronläufer von dem Asynchron läufer erst mitgenommen wird, wenn letzte rer ein genügend grosses Drehmoment erreicht hat, um den Synchronläufer aus seiner Ruhe lage herauszureissen.
Bei einem Motor der geschilderten Bauart müssen beim Anlaufen die Kraftlinien des Wechselfeldes ihren Weg über die permanent magnetischen Pole des Synchronläufers neh men. Dabei kann der Magnetismus des Läu fers auf die Dauer unzulässig geschwächt werden.
Um diesem Übelstand zu begegnen. kön nen zwischen den Polen des permanent mag netischen Synchronläufers unvollkommene magnetische Nebenschlüsse angeordnet sein. Hierdurch wird ausserdem erreicht, dass als Nutzfeld im Motor lediglich ein restliches Streufeld des Läufers wirksam ist, für das der permanente Magnetismus im Stahlläufer gewissermassen einen Speicher bildet. Die unvollkommenen magnetischen Nebenschlüsse können als Weicheisenteile einzeln oder zu sammengefasst in einer dem Läufer zugeord neten Scheibe, als Rand einer topfförmigen Scheibe oder als Weicheisenring ausgebildet werden, der den Umfang des Läufers umfasst.
In der Zeichnung sind mehrere Ausfüh rungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt.
Fig. 1 ist eine Vorderansicht einer ersten Ausführungsform des Motoraggregates; Fig. 2 ist ein Schnitt nach der Linie A-B der Fig. 1; Fig. 3 ist eine Ansicht einer andern Aus führungsform des Synchronläufers; Fig. 4 ist eine Seitenansicht zu Fig. 3; Fig. 5 ist eine Ansicht einer andern Aus führungsform des Synchronläufers und Fig. 6 ein Schnitt nach Linie C-D der Fig. 5; Fig. 7 ist eine Ansicht einer weiteren Ausführungsform des Synchronläufers und Fig. 8 ein Schnitt nach Linie E-F der Fig. 7; Fig. 9 und 10 sind Ansichten von zwei weiteren Ausführungsformen des Synchron läufers.
Alle diese Synchronläufer sollen in einem Motoraggregat gemäss Fig. 1 und 2 Verwendung finden.
Das Motoraggregat gemäss Fig. 1 und 2 besteht aus einem Synchronmotor und einem Asynchronmotor. Das Feld des letzteren wird durch einen Stator 1 mit einer Erreger wicklung 2 gebildet. Die Polschuhe 3 und 4 des Stators 1 sind gespalten und je eine Hälfte mit einer Schirmspule 5 versehen, so dass ein Ferraris-Drehfeld mit einem Polpaar entsteht. In diesem Drehfeld bewegt sich ein Kurzschlussläufer 6 von bekannter Bauart, bestehend aus einem Kupferkäfig 15 mit lamelliertem Weicheisenkörper 16. Mit den beiden Schenkeln des Stators 1 ist je ein Polschuh 7 bezw. 8 unter Zwischen schaltung von Stützen 9 aus magnetisch lei tendem Werkstoff verschraubt, so dass zwi schen den Polen der Polschuhe 7 und 8 als Nebenfeld des Asynchronmotors ein Wech selfeld für den Synchronläufer 10 aus Mag netstahl entsteht.
In dem dargestellten Bei spiel ist das Wechselfeld des Synchronmotors für einen sechspoligen Läufer aufgeteilt, wo bei allerdings zu beiden Seiten der senkrech ten Symmetrieebene je ein Pol weggelassen ist, so dass jeweils nur zwei gleichnamige Pole N, N bezw. S, S auf jeder Seite vorhanden sind. Diese Pole befinden sich also in der richtigen Poleinteilung eines sechspoligen Feldes.
Der Synchronläufer 10 ist auf der Welle 11 des Asynchronläufers 6 mit Hilfe einer Lagerbüchse 12 drehbar gelagert und durch eine Schraubenfeder 13, die einerseits an der Lagerbüchse 12 und anderseits an einem auf der Welle 11 festgeklemmten Stellring 14 an greift, mit dem Asynchronläufer 6 elastisch gekuppelt.
Es ist ersichtlich, dass das Ferraris-Dreh- feld mit dem einen Polpaar 3 und 4 rascher umläuft als der sechspolige Synchronläufer 10. Durch die federnde Kupplung zwischen den beiden Läufern 6 und 10 wird erreicht, dass der Asynchronläufer 6, dessen Anfangs drehmoment bei starrer Verbindung mit dem Synchronläufer 10 nicht genügen würde, letzteren aus seiner Ruhelage heraus anzu werfen, unter gleichzeitiger Anspannung der Feder 13 zunächst so viel Kraft ansammelt, dass er den Synchronläufer aus seiner Ruhe lage herausreissen kann. Da der Asynchron läufer 6 zum Beispiel beim Betrieb mit Dreh strom von 50 Perioden 3000 Umdrehungen pro Minute zu erreichen versucht, bringt er den Synchronläufer 10, dessen synchrone Drehzahl 1000 beträgt, schnell auf diese Drehzahl.
Ist dann der Synchronläufer 10 in Tritt gefallen, so übernimmt er die Füh rung gegenüber dem Asynchronläufer. Er wirkt von nun an über die Feder 13 auf den Asynchronläufer 6 derart ein, dass dieser ge zwungen ist, die Drehzahl des Synchron läufers einzuhalten.
Verzichtet man auf die Herabsetzung der Drehzahl des Synchronmotors, so kann man natürlich das Wechselfeld des Synchron motors und entsprechend dessen Läufer auch nur mit einem Polpaar versehen.
Bei der Ausführungsform des Synchron läufers 10 gemäss Fig. 3 und 4, die bei einem Motoraggregat nach den Fig. 1 und 2 Ver wendung finden soll, ist zwischen je einem Nord- und Südpol ein zylindrischer Stift 17 aus Weicheisen eingepresst. Diese Stifte 17 sind nahe am Umfang des Läufers angeord net und bilden unvollkommene magnetische Nebenschlüsse zwischen den Läuferpolen.
In ähnlicher Weise sind bei dem Syn chronläufer nach Fig. 5 und 6 auf einer neben der Läuferscheibe 10 angeordneten Trägerscheibe 19 Zylinderstifte 18 befestigt, die in die Pollücken des Läufers eingreifen, so dass wiederum unvollkommene magnetische Nebenschlüsse zwischen den Polen entstehen.
Derselbe Zweck wird nach den Fig. 7 und 8 durch einen topfförmigen Körper 20 er reicht. Dieser berührt mit seinem Rand 21 seitlich die Läuferpole. Je nach der ge wünschten Stärke des magnetischen Neben schlusses kann auch auf der andern Seite des Läufers 10 eine zweite Scheibe 22 angeordnet werden.
In den Fig. 9 und 10 dient als magneti scher Nebenschluss ein Weicheisenring 23, der auf den zylindrischen Umfang der Pole aufgezogen ist. Dabei kann gemäss Fig. 10 entsprechend der gewünschten Grösse des Nebenschlusses zwischen dem Weicheisen ring 23 und den Läuferpolen ein Distanzring 24 aus nichtmagnetischem Stoff angeordnet werden.
Der Widerstand der magnetischen Neben schlüsse in Fig. 3 bis 10 ist so gross, dass die Pole N und S ausserhalb dieser Nebenschlüsse immer noch ein Streufeld bilden können, das genügend gross ist, um einerseits das ge wünschte Drehmoment des Motors bei syn chroner Drehzahl zu erhalten und um ander- seits den Selbstanlauf des Motors nicht zu stören.
Durch die geschilderten Anordnungen wird erreicht, dass die Kraftlinien des Wech selfeldes des Stators, wenn sie im Augen blick des Anlaufens des Synchronläufers der Polarität des permanent magnetischen Läu fers entgegengesetzt sind und hier einen ent sprechenden Widerstand finden, ihren Weg über die Nebenschlüsse zwischen den Polen nehmen können. Der permanente Magnetis mus des Läufers kann also in solchen Fällen nicht geschwächt werden.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass das an sich kleine Nutzstreufeld gewissermassen ständig von dem magnetischen Speicher ge speist wird, den die starke magnetische Po tentialdifferenz des Hauptmagnetflusses zwi schen je zwei Läuferzähnen bildet.
Self-starting motor unit for driving clocks and the like. The invention relates to a self-starting motor unit for driving clocks and the like, in which the rotor of a synchronous motor moves in a Ferraris rotating field.
According to the invention, the motor unit is designed in such a way that the rotor of the synchronous motor is coupled to the rotor of an asynchronous motor and rotates in a special alternating field branched off from the rotating field of the asynchronous motor. So the rotor of the synchronous motor and that of the asynchronous motor move in special excitation fields. With this type of construction it is no longer necessary to use special reduction gears to reduce the high speed of the asynchronous rotor to the never drige speed required to drive the pointer mechanism; rather, the synchronous rotor itself takes over the lead after the asynchronous rotor has started and then rotates at the desired slow speed in the alternating field branched off from the rotating field of the asynchronous motor.
In order to facilitate the starting and falling of the synchronous rotor in cooperation with the asynchronous rotor, both rotors can be coupled to one another in this way. that the synchronous rotor is only taken along by the asynchronous rotor when the last rer has reached a sufficiently large torque to pull the synchronous rotor out of its rest position.
In a motor of the type described, the lines of force of the alternating field must take their way over the permanent magnetic poles of the synchronous rotor when starting. The magnetism of the runner can be weakened in the long run.
To counter this evil. imperfect magnetic shunts can be arranged between the poles of the permanent magnetic synchronous rotor. This also ensures that only a residual stray field of the rotor is effective as the useful field in the motor, for which the permanent magnetism in the steel rotor forms a memory, so to speak. The imperfect magnetic shunts can be designed as soft iron parts individually or combined in a disk associated with the rotor, as the edge of a cup-shaped disk or as a soft iron ring that encompasses the circumference of the rotor.
In the drawing several Ausfüh approximately examples of the subject invention are shown.
Fig. 1 is a front view of a first embodiment of the engine assembly; Figure 2 is a section on line A-B of Figure 1; Fig. 3 is a view of another imple mentation of the synchronous rotor; Fig. 4 is a side view of Fig. 3; FIG. 5 is a view of another embodiment of the synchronous rotor and FIG. 6 is a section along line C-D of FIG. 5; 7 is a view of a further embodiment of the synchronous rotor and FIG. 8 is a section along line E-F of FIG. 7; 9 and 10 are views of two further embodiments of the synchronous rotor.
All of these synchronous rotors are to be used in a motor unit according to FIGS. 1 and 2.
The motor unit according to FIGS. 1 and 2 consists of a synchronous motor and an asynchronous motor. The field of the latter is formed by a stator 1 with an exciter winding 2. The pole shoes 3 and 4 of the stator 1 are split and each half is provided with a shielding coil 5, so that a Ferraris rotating field with a pole pair is created. In this rotating field moves a squirrel cage 6 of known type, consisting of a copper cage 15 with a laminated soft iron body 16. With the two legs of the stator 1 is a pole piece 7 respectively. 8 with the interposition of supports 9 made of magnetically conductive material, so that between the poles of the pole pieces 7 and 8, an alternating field for the synchronous rotor 10 made of magnetic steel is created as a secondary field of the asynchronous motor.
In the example shown, the alternating field of the synchronous motor is divided for a six-pole rotor, where, however, one pole is omitted on both sides of the perpendicular plane of symmetry, so that only two poles of the same name N, N or. S, S are present on each side. These poles are therefore in the correct pole division of a six-pole field.
The synchronous rotor 10 is rotatably mounted on the shaft 11 of the asynchronous rotor 6 with the help of a bearing bush 12 and is elastically coupled to the asynchronous rotor 6 by a helical spring 13 which engages on the one hand on the bearing bush 12 and on the other hand on an adjusting ring 14 clamped on the shaft 11 .
It can be seen that the Ferraris rotating field with one pair of poles 3 and 4 rotates faster than the six-pole synchronous rotor 10. The resilient coupling between the two rotors 6 and 10 ensures that the asynchronous rotor 6, whose starting torque is more rigid Connection with the synchronous rotor 10 would not be sufficient to throw the latter out of its rest position, while tensioning the spring 13 initially accumulates so much force that it can tear the synchronous rotor out of its rest position. Since the asynchronous rotor 6 tries to reach 3000 revolutions per minute, for example when operating with three-phase current of 50 periods, it brings the synchronous rotor 10, whose synchronous speed is 1000, quickly to this speed.
If then the synchronous rotor 10 has fallen into step, it takes over the leadership towards the asynchronous rotor. From now on, it acts on the asynchronous rotor 6 via the spring 13 in such a way that it is forced to maintain the speed of the synchronous rotor.
If you do not reduce the speed of the synchronous motor, you can of course provide the alternating field of the synchronous motor and, accordingly, its rotor with only one pole pair.
In the embodiment of the synchronous rotor 10 according to FIGS. 3 and 4, which should be used in a motor unit according to FIGS. 1 and 2, a cylindrical pin 17 made of soft iron is pressed in between each north and south pole. These pins 17 are net angeord close to the circumference of the rotor and form imperfect magnetic shunts between the rotor poles.
In a similar way, cylinder pins 18 are attached to the synchronous rotor according to FIGS. 5 and 6 on a carrier disk 19 arranged next to the rotor disk 10 and engage in the pole gaps of the rotor, so that again imperfect magnetic shunts arise between the poles.
The same purpose is shown in FIGS. 7 and 8 by a cup-shaped body 20 it is enough. This side touches the rotor poles with its edge 21. Depending on the desired strength of the magnetic secondary circuit, a second disk 22 can also be arranged on the other side of the rotor 10.
In FIGS. 9 and 10, a soft iron ring 23, which is drawn onto the cylindrical periphery of the poles, serves as a magnetic shunt. According to FIG. 10, a spacer ring 24 made of non-magnetic material can be arranged between the soft iron ring 23 and the rotor poles according to the desired size of the shunt.
The resistance of the magnetic shunt circuits in Fig. 3 to 10 is so great that the poles N and S outside these shunts can still form a stray field that is large enough to on the one hand the desired torque of the motor at synchronous speed and, on the other hand, not to disturb the self-start of the motor.
The arrangements described ensure that the lines of force of the alternating field of the stator, if they are opposite to the polarity of the permanent magnetic rotor at the moment the synchronous rotor starts up and find a corresponding resistance here, find their way via the shunts between the poles can take. The permanent magnetism of the rotor cannot be weakened in such cases.
Another advantage is that the useful stray field, which is small in itself, is, to a certain extent, constantly fed by the magnetic memory that is formed by the strong magnetic potential difference of the main magnetic flux between two rotor teeth.