DE2623220C2 - Synchronmikromotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Synchronmikromotor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei elektrischen Synchronmotoren mit Permanentmagnetanordnungen kann ein mechanischer Aufbau vorgesehen sein, um die Drehrichtung des Motors festzulegen. Beispielsweise kann zu diesem Zweck eine Abschirmspule verwendet werden. Derartige Aufbauten sind jedoch nachteilig, weil sie einen übermäßigen Energieverbrauch erfordern und somit einen äußerst niedrigen Wirkungsgrad haben. Auch ein Zweiphasen-Elek-

tromotor, der aus zwei einzelnen Elektromotoren gebildet ist, die miteinander verbunden sind, hat den Nachteil, daß er kostspielig ist, viel Raum erfordert und einen niedrigen Wirkungsgrad aufweist.
Aus der DE-OS 24 08 739 ist bereits ein selbsttätig in der richtigen Richtung anlaufender Synchronmikromotor bekannt, der eine äußere, ringförmige Statorwicklung, eine feststehende, ringförmige, in Umfangsrichtung mehrpolig magnetisierte Permanentmagnetanordnung koaxial im Inneren der Statorwicklung sowie eine drehbare zylindrische Wand aus weichmagnetischem Material zwischen der Permanentmagnetanordnung und der Statorwicklung aufweist. Die zylindrische Wand ist mit zwei axial beabstandeten ringförmigen Jochabschnitten versehen, zwischen denen sich über ^en Umfang verteilte Öffnungen befinden. Diese öffnungen sind allgemein ellipsenförmige. Dieser bekannte Synchronmotor hat viele vorteilhafte Eigenschaften, insbesondere eine geringe Massenträgheit des Rotors und ein schnelles Anlaufen, eine sichere Festlegung der Drehrichtung und einen einfachen Aufbau; sein Wirkungsgrad läßt jedoch zu wünschen übrig. Dies liegt daran, daß die vorhandenen Permanentmagnete schlecht ausgenutzt werden. Bei der bekannten Anordnung werden nämlich in jedem Wandungsteil zwischen den öffnungen gleichzei-

tig ein Nordpol und ein Südpol gebildet, die in axialer Richtung voneinander beabstandet sind.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, einen Synchronmikromotor zu schaffen, der einen besseren Wirkungsgrad aufweist als der bekannte Synchronmikromotor der vorstehend erläuterten Art.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Synchronmikromotor wird erreicht, daß in jedem sich in axialer Richtung ver-

jungenden Wandungsteil nur eine magnetische Polarität gebildet wird, wobei die Polaritäten benachbarter Wandungsteile abwechseln. Während beim Stand der Technik also die Magnetfeldlinien sich von dem einen verbreiterten Ende des Wandungsabschnittes zwischen den öffnungen zum anderen entgegengesetzter Polarität erstrecken, also im wesentlichen in axialer Richtung, verläuft der Magnetfluß bei dem erfindungsgemäßen Motor jeweils von einem Wandungsteil zu dem benach-

harten Wandungsteil und entspricht folglich einer Kraftkomponente transversal zur Achse bzw. in Richtung der Drehbewegung. Dadurch wird ein wesentlich besserer Wirkungsgrad des Synchronmotors erreicht

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung bilden die axial gegenüberliegenden Enden des zylindrischen Rotors dort, wo die ringförmigen Jochabschnitte liegen, zusammen mit der benachbarten Innenfläche des Gehäuses einen magnetischen Wechselfeldkreis mit einem relativ geringen Nutspalt.

An einem der vorstehend genannten ringförmigen magnetischen Jochabschnitte kann der Rotor einen sich nach außen erstreckenden Flansch haben, der etwas im Abstand von einer Stirnwand des Gehäuses parallel dazu angeordnet ist, so daß damit ein schmaler Spalt gebildet wird.

Die Geometrie der verjüngten Wandabschnitte des Rotors wird so gewählt, daß der Magnetfluß des von der Wicklung erzeugten magnetischen Wechselfeldes wirksam von dem Magnetfluß des magnetischen Gleichfeldes der Permanentmagneten geschnitten wird.

Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert

F i g. 1 zeigt im Axialschnitt eine erste Ausführungsform eines Motors.

F i g. 2 zeigt weitere Einzelheiten der Ausführungsform von F i g. 1 in einer teilweise geschnittenen und auseinandergezogenen Ansicht

F i g. 3 zeigt perspektivisch eine weitere Ausführungsform eines Rotors, die bei dem Aufbau gemäß F i g. 1 und 2 verwendbar ist

Fig.4 zeigt schematisch die Arbeitsweise des Aufbaus der F i g. 1 bis 3.

F i g. 5 zeigt die Flußverteilung im nicht erregten bzw. statischen Zustand.

F i g. 6 zeigt die Art und Weise, in welcher die Teile des Rotors ihre Polarität im erregten oder dynamischen Zustand annehmen.

F i g. 7 veranschaulicht schematisch die Funktionsweise der Ausführungsform der F i g. 1 bis 3.

Fig.8 zeigt schematisch in einer Teilansicht eine zweite Ausführungsform des Motors.

F i g. 9 zeigt schematisch die Arbeitsweise des Aufbaus von F i g. 8-

Fig. 10 dient der weiteren Veranschaulichung der Arbeitsweise der Ausführungsform von F i g. 8.

F i g. 11 zeigt im Axialschnitt eine dritte Ausführungsform des Motors.

Fig. 12 zeigt schematisch perspektivisch den Permanentma^netaufbau gemf«ß Fig. 11.

Fig. 13 zeigt perspektivisch eine weitere Ausführungsform eines Perrnanentmagnetaufbaus.

Fig. 14 zeigt schematise!) das Verhalten der Ausführungsform von F i g. 11 im statischen oder nicht erregten Zustand.

Fig. 15 zeigt schematisch, wie der Aufbau von F i g. 11 zu arbeiten beginnt.

Fig. 16 zeigt schematisch das Fortschreiten der Arbeitsweise der Ausführungsform von F i g. 11.

Der in den F i g. 1 und 2 gezeigte Synchronmikromotor hat ein Gehäuse 1, an dem eine Basisplatte 2 befestigt ist Die Basisplatte 2 ist an ihrem Außenumfang an der Innenfläche der zylindrischen Wand des Gehäuses 1 befestigt. Das Gehäuse 1 und die Basisplatte 2 bestehen aus einem weichmagneti«chen Material und dienen auch als Joch.

Der gezeigte Motor hat eine drehbare Rotorwelle S, die mit einer zylindrischen Wand 3 verbunden ist, die nachstehend näher erläutert wird. Die Welle 6 wird durch ein Lager 10 abgestützt, das aus einem unmagnetischen Material besteht und mittig an der kreisförmigen Basisplatte 2 befestigt ist

Das Lager 10 dient nicht nur zum Abstützen der Rotorwelle 6, sondern auch zum Halten einer kreis- oder ringförmigen Permanentmagneteinrichtung 4, die aus ίο Bariumferrit bestehen kann. Das Lager 10 ist direkt mit einem nichtmagnetischen Ring 9 verbunden, auf dem die ringförmige Permanentmagneteinrichtung 4 sitzt Die Permanentmagneteinrichtung 4 ist mit einer Reihe von Nord- und Südpolen versehen, die am Umfang verteilt sind, wobei die Nordpole sich jeweils mit den Südpolen abwechseln. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel hat die Permanentmagneteinrichtung 4 acht Südpole und acht damit abwechselnde Nordpole. Diese Pole haben eine gleiche Umfangsbreite.

Zwischrη der Basisplatte 2 und der parallel dazu verlaufenden Wand des Gehäuses 1 ir. ein Wicklungsträger S mit einer Wicklung 5 vorgesth :n, der mit der Außenfläche der Permanentmagneteinrichtung 4 einen ringförmigen Spalt gleichbleibender radialer Breite bildet

Wie IUS F i g. 1 und 2 zu ersehen ist, liegt die zylindrische Wand 3 des Rotors zwischen der Permanentmagneteinrichtung 4 und der Innenfläche des Wicklungsträgers 8.

Erfindungsgeäß hat diese zylindrische Wand 3 ein Paar von ringförmigen Jochabschnitten 3c und 3d, die axial im Abstand voneinander angeordnet sind und die Welle 6 koaxial umgeben. Wie aus F i g. 2 zu ersehen ist, ist eine Vielzahl von langgestreckten Öffnungen in der zylindrischen Wand 3 zwischen den ringförmigen Jochabschnitten 3c und 3d ausgebildet Diese langgestreckten öffnungen bilden einen spitzen Winkel zur Welle 6. Wie aus F i g. 2 zu ersehen ist, bilden die Reihen von Öffnungen zwei Gruppen, die einander abwechseln. Die Öffnungen der einen Gruppe sind entgegengesetzt zu den Öffnungen der anderen Gruppe geneigt. Auf diese Weise werden zwischen diesen langgestreckten Öffnungen sich verjüngende Wandabschnitte 3e gebildet, wobei die Lage der Verjüngungen der aufeinanderfolgenden Wandabschnitte 3e wechselt. Alle langgestreckten öffnungen haben in Umfangsrichtung die gleiche Breite. Die ringförmigen Jochabschnitte 3c und 3d werden somit von den sich entgegengesetzt erstrekkenden verjüngten Wandabschnitten 3e überbrückt Jeder dieser verjüngten Wandabschnitte hat somit in der Nähe des einer* Jochabschnittes ein relativ breites Ende und in der Nähe des anderen Jochabschnittes e^:n relativ schmales Ende, wobei diese entgegengesetzten Epdei- der verjüngten Wandabschnitte mit untereinander gleicher Breite in die Jochabschnitte übergehen.

Wie vorstehend erläutert wurde und wie insbesondere in F i g. 1 gezeigt ist, ist das freie Ende der Welle 6, deren oberes Ende in F i g. 1 gezeigt ist, mit einem kreisförmigen nicht magnetischen Element 7 fest verbunden, welches aus einer leichten Legierung oder aus einem Kunstharz besteht Dieses Bauteil ist in einer Mittelöffnung befestigt, die in dem ringförmigen magnetischen Jochabschnitt 3a ausgebildet ist Gegenüber dem Jochabschnitt 3a hat die zylindrische Wand 3 einen nach außen gerichteten Flansch ?b, der von einem Rand des ringförmigen Jochabschnittes 3d vorsteht. Diese Abschnitte 3a und 3b befinden sich in einem geringen Abstand von der Querwand des Gehäuses 1 bzw. der Basis 2, so daß

damit schmale Spalten gebildet werden. Diese äußerst schmalen Spalte sind über eine Fläche verteilt, die ausreicht, um einen magnetischen Wechselkreis extrem hoher Wirkung zwischen den Aufbauten 1 und 2 und der zylindrischen Wandeinrichtung 3 an diesen Spalten herzustellen. Als Ergebnis dieser Aufbauten wird der gewünschte magnetische Wechselkreis gewährleistet.

Der Flansch 3b ist jedoch nicht wesentlich. F i g. 3 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher die zylindrische Wand 3 zu der von F i g. 2 identisch ist, mit der Ausnahme, daß der Ringflansch 3b bei der Ausführungsform von F i g. 3 nicht vorhanden ist.

Die Art und Weise, wie diese Vorrichtung arbeitet, um ein gewünschtes Drehmoment zu erzeugen, ist schematisch in Fig. 7 gezeigt. Bei dem gezeigten Beispiel hat die ringförmige Permanentmagneteinrichtung 4 sechzehn Pole, bestehend aus acht Nordpolen und aus acht Südpolen, die mit den Nordpoien abwechseln. Die zyiindrische Wand 3 hat seciu.eiin verjüngte War.dabschnitte 3e, von denen acht in der einen und die übrigen acht in der entgegengesetzten axialen Richtung verjüngt sind und sich mit den ersten acht Abschnitten abwechseln.

Wie aus den F i g. 4 und 7 zu ersehen ist. sind einige der verjüngten Wandabschnitte schcrnatisch gezeigt, wobei die ungeradzahligen verjüngten Wandabschnitte schraffiert sind. Die ungeradzahligen verjüngten Wandabschnitte können als die Wandabschnitte angesehen werden, welche schmale obere Enden haben und in Fig. 2 in den Jochabschnitt 3c übergehen, während die nicht schraffierte geradzahligen verjüngten Wandabschnitte als die Abschnitte angesehen werden, die untere schmale Enden haben und in F i g. 2 in den Jochabschnitt 3d übergehen. Wenn der Motor nicht erregt ist. nehmen zur Zeit to am oberen Teil von F i g. 7 die verjüngten Wandabschnitte 3e eine Stellung ein. in der sie si~h im gleicher; Abstsnd von der Mine ρϊηρς pepnhtv nen Pols und der Mitte des nächst angrenzenden Pols befinden. Dies ist eine Stellung, die der in F i g. 5 gezeigten Stellung entspricht, in welcher die Flußverteilung aus der Permanentmagneteinrichtung schematisch angezeigt ist. Wenn som'u der Motor nicht erregt ist. nimmt jeder Wandabschnitt 3e eine Stellung zwischen einem Südpol und dem benachbarten Nordpol der Permanentmagneteinrichtung 4 ein. da in dieser Stellung der auftretende magnetische Widerstand sich auf einem Minium befindet Dies bildet die sogenannte statische Stellung des Motors.

Nimmt man nun an. daß der Motor durch eine Wechselstromquelle, die an die Wicklung 5 angeschlossen wird, erregt wiro, so nimmt zum Zeitpunkt 7" 1 in F i g. 7 der Motor die gezeigte Stellung ein. In diesem Zeitpunkt Π können die ungeradzahligen verjüngten Wandabschnitte als so magnetisiert angesehen werden, daß sie Nordpolaritäten haben, während die entgegengesetzten verjüngten geradzahligen Wandabschnitte Südpolaritäten haben. Diese Polarität ist in Fig.6 gezeigt. Der elektrische Strom nimmt einen maximalen Wert zum Zeitpunkt Tl an. Die Polaritäten, die auf diese Weise in den einzelnen verjüngten Wandabschnitten 3e erzeugt werden, führen dazu, daß sich der Rotor in eine Stellung bewegt, in welcher die unterschiedlichen verjüngten Wandabschnitte zu den unterschiedlichen Polen der Permanentmagneteinrichtung in der zürn Zeitpunkt T! ir. F i g. 7 gezeigten Weise ausgerichtet sind Diese Stellung kann als eine dynamische Stellung des Rotors angesehen werden, da der Rotor sich dreht In dem darauffolgenden Zeitpunkt TI fließt kein Strom durch die erregende Wicklung, so daß die verjüngten Wandabschnitte wiederum nicht erregt werden und somit sich weiter nach rechts, wie dws durch die Pfeile in F i g. 7 gezeigt ist, zu den Zonen bewegen, die zwischen den zugeordneten Paaren von benachbarten Nord- und Südpolen der Permanentmagneteinrichtungen liegen. Der Rotor jedoch will sich infolge der Trägheitswirkung weiterdrehen, so daß sich die verjüngten Wandabschnitte 3e über die Zwischenzonen zwischen

ίο benachbarten Paaren von Nord- und Südpolen der Permanentmagneteinrichtung 4 hinausbewegen.

Zum nächsten Zeitpunkt Γ3 werden die ungeradzahligen verjüngten Wandabschnitte 3c erregt, so daß sve Südpolaritäten haben, während die geradzahligen entgegengesetzt verjüngten Wandabschnitte nun mit Nordpolaritäten magnetisiert werden. Somit dreht sich der Rotor weiter in eine Stellung, in welcher die verjüngten Wandabschnitte jeweils zu den nächsten Polen der Permancnirnagnctcinrichtting 4 ausgerichtet sind wip dies zum Zeitpunkt 7"3 in F i g. 7 gezeigt ist.

Zum Zeitpunkt Γ4 fließt wiederum kein elektrischer Strom in der Erregerwicklung, so daß die unterschiedlichen verjüngten Wandabschnitte 3eder Zylinderwandeinrichtung 3 nicht erregt werden und sich der Rotor

:5 nun unter dem Einfluß der Trägheit in der gleichen Richtung weiterdreht. Somit gehen die einzelnen verjüngten Wandabschnitte 3e des Rotors an den jeweiligen Zonen zwischen den jeweiligen Paaren von benachbarten Nord- und Südpolen der Permanentmagneteinrichtung 4 vorbei.

Der Zeitpunkt T4 entspricht natürlich dem Zeitpunkt 7b. Der darauffolgende Zeitpunkt TY entspricht dem Zeitpunkt 71, wobei sich die Vorgänge dann zyklisch wiederholen Auf diese Weise arbeitet der Motor kontinuierlich. während die Wicklung 5 mit der Wechselstromquelle verbunden ist. F i g. 7 zeigt, wie sich bei dem rrfmdungsffemaBen Motor die Nord- und Südpolaritäten in den verjüngten Wandabschnitten des Rotors infolge der vorstehend beschriebenen Erregung einstellen.

Wie sich aus den vorstehenden Ausführungen ergibt, wird ein Drehmoment in dem Rotor infolge der Magnetisierung erzeugt, wie sie anhand von Fig. 7 beschrieben wurde. Die bekannten Motoren der gleichen allge-

Ji meinen Bauweise erfordern einen Rotor, bei welchem das Trägheitsmoment und das Gewicht beträchtlich größer sind als bei dem erfindungsgemäßen Motor, um eine glatte Rotation zu erreichen. Bei dem erfindungsgemäßen Motor wird im Gegensatz dazu eine selbstanlaufende Rotation mi hohem Wirkungsgrad durch das zeitliche Zusammenwirken der statischen Stellung des Rotors im nicht erregten Zustand und der dynamischen Stellung im erregten Zustand erreicht, auch wenn das Trägheitsmoment und das Gewicht des Rotors sehr klein sind. Mit den bisher bekannten Motoren dieser allgemeinen Bauweise war es unmöglich, das Gewicht des Rotors zu reduzieren, da der Rotor ein bestimmtes Trägheitsmoment erforderte, vor allem bei Elektromikromotoren, wobei das Trägheitsmoment sowie das Gewicht des Rotors immer dazu führen, den Wirkungsgrad, mit dem das Selbstanlaufen erfolgt, in extrem hohem Maße zu reduzieren.

Erfindungsgemäß hat die einen Kreisquerschnitt aufweisende zylindrische Wand des Rotors ringförmige

M magnetische lochabschnitte, die zusammen mit den als Stator dienenden Querwänden des Gehäuses schmale Spalten bilden, um den gewünschten magnetischen Wechselkreis zu erzielen, um so einen maximalen Wir-

kungsgrad zu gewährleisten. Weiterhin ist der magnetische Verlust des zylindrischen Rotors und des Statorjochs begrenzt, so daß er sich infolge der erfindungsgemäßen Konstruktion auf einem Minimum befindet. Dadurch ist es möglich, einen starken Magnetfluß zwischen den Permanentmagneten des Stators und den verjüngten Wandabschnitten des Rotors zu erzeugen, so daß gleichzeitig die gleiche Anzahl von Nord- und Südpolen in dem Rotor wie in der Permanentmagneteinrichtung des Stators erzeugt wird. Dies hat zur Folge, daß es möglich ist, ein Drehmoment mit hoher Wirksamkeit zu erzeugen.

In den F i g. 8 bis 10 ist eine zweite Ausführungsformm der Erfindung gezeigt. Sie besteht darin, daß der Abstand von der axialen Mittellinie von einem der verjüngten Wandabschnitte /Ί zum nächsten verjüngten Wandabschnitt fi noch 45°, der Umfangsabstand von der axialen Mittellinie des verjüngten Wandabschnittes fi zum nächsten entgegengesetzt verjüngten Wandabschnitt beträgt jedoch f2 (22,5 + a)°, so daß unterschiedlich breite öffnungen im Rotorblech entstehend, was aus Fig.8 zu ersehen ist. Bei dieser Ausführungsform ist die Gesamtzahl der verjüngten Wandabschnitte sechzehn, also gleich der Anzahl der Pole der Permanentmagneteinrichtung. Die äußere Wicklung bei der Ausführungsform der Fig.8 bis 10 entspricht der der Fig. 1 bis 3, ebenso die stationäre Permanentmagneteinrichtung.

Die Permanentmagneteinrichtung der Fig. 8 bis 10 ist jedoch nicht bezüglich der zylindrischen Wand axial symmetrisch, sondern hat eine wirksame axiale Länge /ι = I₀ — . wie dies in den F i g. 8 und 9 gezeigt ist. Die axiale Länge k stellt die axiale Länge der Permanentmagneteinrichtung der Fig. 1 bis 3 dar, während die axiale Länge /2 einen axialen Hohlraum darstellt, der bezüglich der verjüngten Wandabschnitte der zylindrischen Wand unwirksam ist. Bei dieser Ausführungsform ist somit die Breite Vv 1 der verjüngten Wändäbschnäüe fi an den breiten Enden der Abschnitte gegeüber den Permanentmagneteinrichtungen größer als die Breite Wl der entgegengesetzt verjünnten Wandabschnitte f2, die axial zu den entgegengesetzten Enden der Permanentmagneteinrichtung ausgerichtet sind, so daß bei dieser Anordnung VKl > W 2 ist. Durch diese Beziehung ergibt sich ein konstruktiv bestimmter Anlauf in einer vorgegebenen Richtung.

F i g. 8 zeigt die statische Stellung bzw. Ruhestellung, die der Motor im nicht erregten Zustand einnimmt. Im Falle der Ausführungsform der F i g. 8 bis 10, bei welcher eine der Gruppen von verjüngten Wandabschnitten winkelmäßig bezüglich der anderen Gruppe um den Winkel α versetzt ist, d. h. α ist nicht 0, ist jeder verjüngte Wandabschitt der Gruppe /1 winkelmäßig von der Grenzlinie zwischen einem Paar von aufeinanderfolgenden Polen von Permanentmagneteinrichtungen um den Winkelabstand a₂ verschoben. In gleicher Weise sind die entgegengesetzt verjüngten Wandabschnitte /2 winkelmäßig von der Grenzlinie im Abstand zwischen einem Paar von benachbarten Polen der Permanentmagneteinrichtung ct\ angeordnet, wobei ct\ > cti, wenn der Permanentmagnetring 4 nicht axial symmetrisch liegt

Fig.9 zeigt die dynamische Stellung bei Erregung. Dies entspricht den relativen Stellungen der Permanentmagneteinrichtung und des Rotors in dem Augenblick, wo die Gruppe fi so magnetisiert worden ist, daß sie Nordpolaritäten hat Wegen der Winkelversetzung bei der Ausführungsform der F i g. 8 bis 10 ist jeder verjüngte Wandabschnitt f\ von der Mittellinie des zugeordneten Südpols der Permanentmagneteinrichtung durch den Winkel aj verschoben. Die Beziehung ct\ > ü2 stellt sich hier auch als Ergebnis des Unterschieds in dem Bereich ein, über welchem jeder verjüngte Wandabschnitt der beiden Gruppen der Permanentmagneteinrichtung gegenüberliegt, d. h. aufgrund der Beziehung Wl > Wl
Fig. 10 zeigt schematisch, wie erfindungsgemäß in einer speziellen Richtung ein Drehmoment erzeugt wird. Zum Zeitpunkt To ergibt sich der nicht erregte statische Zustand gemäß Fig. 8. Im Zeitpunkt 71, also in der dynamischen Stellung während der Erregung, entspricht diese Stellung der in Fig.9 gezeigten. Jeder der verjüngten Wandabschnitte der Gruppen /1 und (2 hat sich bei Erregung aus seiner Stellung im Zeitpunkt To zu einer Polarität entgegengesetzt zu der Polarität gedreht, die vorher dem speziellen verjüngten Wandabschnitt am nächsten lag. Auf diese Weise stellt sich ein magnetisches Gleichgewicht in dieser dynamischen Stellung ein. Das heißt, daß zum Zeitpunkt 71 die verjünnte Wandabschnitte f\ so erregt worden sind, daß sie Nordpolaritäten haben, während die verjüngten Wandabschnitte (2 so erregt worden sind.daß sie Südpolaritäten haben. Deshalb dreht sich der Rotor, wie dies in Fig. 10 gezeigt ist, aus der Stellung zum Zeitpunkt To in die zum Zeitpunkt Ti gezeigte Stellung nach links als Ergebnis der Stellungen der Pole der Permanentmagneteinrichtung, die im oberen Teil von Fig. 10 gezeigt sind.

Zum Zeitpunkt 72, der einer statischen Stellung entspricht, in welcher die verjüngten Wandabschnitte fi und f2 sich als Ergebnis der Entregung bewegt haben, haben die verjüngten Wandabschnitte wieder eine Stellung, die der Stellung To entspricht, jedoch bezogen auf die nächstfolgenden Pole der Permanentmagneteinrichtung, so daß diese Stellung wieder zu der in Fig. 8 gezeigten identisch ist, in weicher jeder der verjüngten Wandabschnitte fi von der Mittellinie des zugeordneten Südpols der Permanentmagneteinrichtung um «2 zum Zeitpunkt 71 abweicht und nun nach der Entregung zwangsweise sich zu der benachbarte Grenzlinie der Pole um «2 bewegt. Bezüglich des Faktors, beispielsweise Wl, W2 und des Bereichs, über welchem jeder verjüngte Wandabschniitt der Gruppen /1 und /2 der Permanentmagneteinrichtung gegenüberliegt, hat nun die Gruppe fi die Steuerung oder Initiative. Auf diese Weise wird die statische Stellung zwangsweise entsprechend einem Drehmoment eingenommen und die Richtung durch die Gruppen /1 bestimmt Jeder der verjüngten Wandabschnitte der Gruppen /1 und /2 ist in seiner Stell jng im Gleichgewicht und weicht von der zugeordneten Mittellinie der Pole der Permanenteinrichtung um αϊ bzw. O2 ab.

Zum Zeitpunkt 73 ergibt sich wiederum eine dynamische Stellung, in welcher die verjüngten Wandabschnitte /1 und /2 als Ergebnis einer umgekehrten Halbzykluserregung zum Zeitpunkt 72 bewegt worden sind. Die Gruppen /1 und /2 sind nun erregt und bewegen sich zu den angrenzenden Polen der Permanentmagneteinrichtung, die jeweils entgegengesetzte Polaritäten haben. In diesen neuen Stellungen stellt sich ein Gleichgewicht ein. Diese dynamische Stellung ist identisch zu der in F i g. 9 gezeigten Stellung, mit der Ausnähme, daß die Polaritäten der Gruppen /1 und /2 nun umgekehrt sind. Während jedes Zyklus wird nun eine Reihe von Vorgängen, wie oben erläutert, vom Zeitpunkt To aus wiederholt, so daß sich die Drehung fort-

setzt.

In den Fig. 11 bis 16 ist eine dritte Ausführungsform gezeigt. Der Rotor dieser Ausführungsform ist identisch zu dem der Ausführungsform von F i g. 2. Bei dieser Ausführungsform hat die ortsfeste Permanentmagneteinrichtung zwei Reihen (Mi, M₂) von sich abwechselnden Nord- und Südpolen, wie aus den F i g. 12 und 13 zu ersehen ist. Jede Reihe hat sechzehn Pole mit acht Nordpolen, die sich mit acht Südpolen abwechseln. Im Falle von Fig. 12 liegt zwischen den beiden Reihen M\ und M? eine Platte 11 in Form einer Kreisscheibe aus weichmagnetischem Material. Im Falle von Fig. 13 ist jedoch diese Platte 11 weggelassen.

Bei dieser Ausführungsform haben die zwei Reihen von Polen Mi und M2 jeweils unterschiedliche axiale Längen l\ und h, wie dies in F i g. 14 gezeigt ist. Darüber hinaus sind die Pole der Reihe MI winkelmäßig bezüglich der Pole der Reihe Ml um den Winkel α versetzt. Infolge der unterschiedlichen axinlen Länge λ und U übt die Reihe der Pole M1 mit der größeren Länge eine größere magnetische Kraft aus. Die Wicklung 5 gemäß F i g. 11 entspricht der der F i g. 1 und 2.

Fig. 14 zeigt die Stellung, die der Rotor in der nicht erregten oder statischen Stellung bezüglich der ortsfesten Permanentmagneteinrichtung einnimmt. In dem Falle, in welchem die Magneteinrichtung nur eine einzige Reihe von Polen aufweist, die in gleichförmigen Winkelabständen angeordnet sind, bewegen sich die unterschiedlichen verjüngten Wandabschnitte f\ und /2 zwangsweise mit ihren Mittellinien winkelmäßig ausgerichtet zu den Grenzlinien zwischen den aufeinanderfolgenden Polen der Permanentmagneteinrichtung, da sich in dieser Stellung ein minimaler magnetischer Widerstand ergibt. Bei der in den F i g. 11 bis 16 gezeigten Ausführungsform befindet sich jedoch jeder der verjüngten Wandabschnitte der Gruppe /1 in einer Stellung im Gleichgewicht, die winkelmäßig um den Winkelabstand ö2 von der zugeordneten Grenzlinie zwischen aufeinanderfolgenden Polen der Reihe M1 versetzt ist. Jeder der verjüngten Wandabschnitte der zweiten Gruppe (2 befindet sich im Gleichgewicht in einer Winkelstellung, die um Ίϊη Winkelabstand a\ von der benachbarten Grenzlinie zwischen aufeinanderfolgenden Polen der zweiten Reihe M2 versetzt ist. Hier stellt sich also eine magnetische Beziehung zwischen den breiten Enden der verjüngten Wandabschnitte der ersten Gruppe /1 und der Reihe M1 ein, die eine Priorität oder eine Steuerwirkung bezüglich der magnetischen Beziehung hat, da diese letztere Beziehung stärker ist als die Beziehung, die sich zwischen den breiteren Enden der entgegengesetzt verjüngten Gruppe f2 und der Reihe M2 einstellt Fig. 15 zeigt die dynamische Stellung bei Erregung der Wicklung 5.

Dies in F i g. 15 gezeigte Stellung entspricht der relativen Stellung der Permanentmagneteinrichtung und des Rotors in dem Zeitpunkt, in welchem die erste Gruppe von verjüngten Wandabschnitten /1 magnetisiert ist, so daß sie eine Südpolarität hat, während die zweite Gruppe /2 gleichzeitig mit einer Nordpolarität magnetisiert wird. In dem Fall, in welchem die verjüngten Wandabschnitte in gleichförmigen Winkelabschnitten angeordnet sind t;iid die Permanentmagneteinrichtung eine einzige Reihe von Polen aufweist, bewegt sich jeder verjüngte Wandabschnitt in genauer Ausrichtung zu dem zugeordneten Magnetpol. Bei der in den F i g. 11 bis 16 gezeigten Ausführungsform befindet sich jedoch jeder verjüngte Wandabschnitt der Gruppe /1 im Gleichgewicht in einer Stellung, in welcher er um Οι von der Mittellinie des zrgeordneten Pols der Reihe von Polen Ml abweicht. Jeder verjüngte Wandabschnitt der zweiten Gruppe {2 befindet sich im Gleichgewicht in einer Stellung, in welcher er um a.\ von der Mittellinie des zugeordneten Pols der zweiten Reihe von Polen /V/2 der Permanentmagneteinrichtung abweicht.

Fig. 16 zeigt, wie ein richtungsgebendes Drehmoment erzeugt wird. Der Zeitpunkt to entspricht dem statischen nicht erregten Zustand, wie er in Fig. 15 ge-7Rigi ist. Zum Zeitpunkt TI hat sich eine dynamische

Stellung bei Erregung gemäß F i g. 15 ergeben. Bei Erregung in der Stellung entsprechend dem Zeitpunkt To bewegen sich die Gruppen von verjüngten Wandabschnitten f\ und (2 zu den jeweils am nächsten liegenden benachbarten Polen der entgegengesetzten Polaritäten und werden magnetisch in ihren neuen Stellungen entsprechend dem Zeitpunkt 7Ί ins Gleichgewicht gebracht.

Im Zeitpunkt T2 ergibt sich wieder eine Stellung entsprechend der statischen Stellung, die nach der Entregung ausgehend vom Zeitpunkt Ti erreicht wird. Jeder verjüngte Wandabschnitt /1 der ersten Gruppe, der sich in der Stellung um «2 abweichend von dem zugeordneten Pol befunden hat, bewegt sich zwangsweise zu der am nächsten liegenden Grenzlinie der Pole um den Winkelabstand a_c. Die erste Gruppe /1 hat die Steuerung oder Initiative bezüglich der Faktoren, wie der magnetischen axialen Länge und des Bereichs, über welchem die verjüngten Wandabschnitte der Permanentmagneteinrichtung gegenüberliegen. Diese glei-

tende Stellung zum Zeitpunkt 72 wird zwangsweise gemäß dem Drehmoment in der Richtung der ersten Gruppe fi angenommen. Die jeweiligen Grenzlinien der Pole der Permanentmagneteinrichtung und die verjüngten Wandabschnitte f\ und /2 werden ins Gleichgewicht gebracht, wobei die jeweiligen Abweichungen von a₂ und ct\ beibehalten werden.

Zum Zeitpunkt T3 ergibt sich wieder eine dynamische Stellung, die infolge der umgekehrten Halbzykluserregung zum Zeitpunkt T2 erreicht wird. Die

Gruppen /1 und f2 befinden sich in ihren Stellungen mit entgegengesetzten Polaritäten jeweils im Gleichgewicht, die unmittelbar an ihre jeweils vorausgehenden Stellungen angrenzen. Diese dynamische Stellung ist identisch zu der in F i g. 15 gezeigten und anhand dieser

Figur beschriebenen Stellung, mit der Ausnahme, daß die Polaritäten der verjüngten Wandabschnitte /1 und /2 umgekehrt sind. Diese Vorgänge wiederholen sich zyklisch von Zeitpunkt zu Zeitpunkt, so daß eine kontinuierliche Rotation erreicht wird.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Synchronmikromotor mit einer ringförmigen Statorwicklung, einem ebenfalls feststehenden ringförmigen, in Umfangsrichtung mehrpolig magnetisierten Permanentmagneten, der koaxial innerhalb der Statorwicklung angeordnet ist und mit einem topfförmig ausgebildeten Rotor aus weichmagnetischem Material, dessen zylindrische Wand zwischen dem Permanentmagneten und der Statorwicklung umläuft, wobei die zylindrische Wand zwei ringförmige Jochabschnitte aufweist, zwischen denen sich eine Reihe von öffnungen befindet, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen zwei Gruppen von paraHelen und mit der Welle einen spitzen Winkel einschließenden rechteckförmigen Schlitzen bilden, wobei die Schlitze der einen Gruppe zwischen den Schlitzen der anderen Gruppe liegen, jedoch zu diesen gegensinnig geneigt sind, so daß an den ringförmigen Jochen 3e, 3d jeweils kurze und lange Abschnitte der verbleibenden Wandbereiche 3e abwechseln.

Z Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungen derai? angeordnet sind, daß alle verjüngten Wandabschnitte (3e) schmale Enden mit gleicher Umfangsbreite und breite Enden mit gleicher Umfangsbreite haben.

3. Motor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen über ihre gesamte Länge gleich breit sind.

4. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnetanordnung (4) axial bezüglich der zylindrischen Wandung (3) zur Schaffung eines Hohlraums vorher festgelegter axialer Größe zwischen der ringförmigen Permanentmagnetanordnung (4) und einem der Jochabschnitte (3c, 3d) versetzt ist.

5. Motor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnetanordnung (4) eine einzige Reihe von Nord- und Südpolen aufweist, die längs des Umfangs miteinander abwechseln.

6. Motor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnetanordnung (4) ein Paar von Umfangsreihen (M₁, iVfe) von Nord- und Südpolen aufweist, die axial einander benachbart angeordnet sind, wobei die Nord- und Südpole einer jeden Reihe längs des Umfangs miteinander abwechseln.

7. Motor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Pole der einen Reihe (Mi) eine axiale Länge haben, die größer ist als die der Pole der anderen Reihe (Mi)-

8. Motor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnetanordnung (4) eine Platte (11) aus weichmagnetischem Material hat, die in einer Ebene senkrecht zur Achse zwischen den beiden Reihen von Polen angeordnet ist.

9. Motor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Statorwicklung (5) eine einzige Wicklung ist.

10. Motor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnetanordnung (4) zwei Reihen von entlang dem Umfang alternierenden Nord- und Südpoien aufweist, wobei eine der Reihen axial angrenzend an die andere, jedoch mit gegeneinander versetzten Polen angeordnet ist.

11. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Wandung (3) fest mit der Rotorwelle (6) verbunden und die Permanentmagnetanordnung (4) feststehend ausgebildet ist

12. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der langgestreckten, sich verjüngenden Wandabschnitte (3e) der zylindrischen Wandung (3) gleich der Anzahl der MagneLpole auf der Permanentmagnetanordnung (4) ist