DE2951407C1 - Elektrischer Synchronmotor - Google Patents
Elektrischer SynchronmotorInfo
- Publication number
- DE2951407C1 DE2951407C1 DE2951407A DE2951407A DE2951407C1 DE 2951407 C1 DE2951407 C1 DE 2951407C1 DE 2951407 A DE2951407 A DE 2951407A DE 2951407 A DE2951407 A DE 2951407A DE 2951407 C1 DE2951407 C1 DE 2951407C1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- rotor
- axis
- stator
- symmetry
- self
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 title claims description 5
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims description 21
- 238000003475 lamination Methods 0.000 claims description 5
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 3
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 2
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 5
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000009365 direct transmission Effects 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K41/00—Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
- H02K41/06—Rolling motors, i.e. motors having the rotor axis parallel to the stator axis and following a circular path as the rotor rolls around the inside or outside of the stator ; Nutating motors, i.e. having the rotor axis parallel to the stator axis inclined with respect to the stator axis and performing a nutational movement as the rotor rolls on the stator
- H02K41/065—Nutating motors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Synchronmotor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
Ein derartiger Motor ist aus der FR-Zusatz-PS 85 038 in der Form bekannt, daß der im wesentlichen
hohlzylindrische Rotor an beiden Enden sich axial nach außen zu erweiternde Wälzkörper aufweist, mit denen
er sich an entsprechenden Oberflächen des Stators axial außerhalb zweier von Wicklungen umgebener Magnetblechpakete
abwälzt. Die Magnetblechpakete unter liegen des weiteren der Einwirkung radial außenseitig
darum herum angeordneter, vom Fluß des Wechselfeldes durchsetzter Permanentmagnete mit über den
Umfang abwechselnder Polarität. Die von der Abwälzung hei rührende Drehbewegung des Rotors wird über
ein zentrales Kardangelenk auf die Motorwelle übertragen. Infolge der zu der Taumelbewegung
hinzutretenden Drehbewegung des Rotors, der zudem noch die besagten Wälzkörper aufweist, besitzt dieser
Motor ein verhältnismäßig großes Trägheitsmoment, was ihn für präzise Steueroperationen etwa als
Schrittmotor nur beschränkt geeignet macht. Dazu noch
kann die Antriebsverbindung durch Schlupf der
Wälzkörper bei ihrer Abwälzung verlorengehen.
Aus der US-PS 34 56 139 ist des weiteren bereits ein
Schrittmotor mit einem eine Taumelbewegung ausführenden, hohlzylindrischen Rotor bekannt, der anstelle
vergleichbarer Wälzkörper einen gehäusefesten Zahnkranz aufweist — Der mittels eines zentralen
Pendellagers auf der Motorwelle gelagerte Rotor wälzt sich hier mittels Zahnkränzen einerseits an dem
gehäusefesten Zahnkranz und andererseits an einem Zahnrad der Motorwelle ab. — Doch kann auch hier die
Antriebsverbindung unter Last verlorengehen, indem der Eingriff der Zahnräder bzw. Zahnkränze nur durch
die zudem nicht als kontinuierliches Drehfeld wirksamen Magnetkräfte hergestellt wird. Hinzu kommt, daß
in Ermangelung von Permanentmagneten im stromlosen Zustand keine stabilen Gleichgewichtspositionen
auftreten.
Beiden vorgenannten Motoren ist gemein, daß ihr
Abtrieb gegenüber dem induzierten Drehfeld zwangsweise untersetzt ist
Der Erfindung liegt von daher die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Synchronmotor zu schaffen, der
vielseitig verwendbar ist und dazu ein besonders niedriges Trägheitsmoment besitzt was ihn u. a. auch für
eine Verwendung als Schrittmotor vorzüglich geeignet macht der dabei aber gegenüber dem induzierten
Drehfeld nicht zwangsweise untersetzt ist und bei dem die Antriebsverbindung der Motorwelle mit dem Rotor
stets gewährleistet ist
Diese Aufgabe wird bei einem Synchronmotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 erfindungsgemäß
durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
Der Abtrieb über einen Exzenter macht eine unmittelbare Übertragung der der Taumelbewegung
inhärenten Drehbewegung möglich, ohne daß es dazu einer Drehbewegung des Rotors um seine eigene Achse
bedarf. Dies hat gegenüber herkömmlichen Bauarten mit um seine eigene Achse rotierendem Rotor neben
dem Wegfall einer Untersetzung eine Verringerung des Trägheitsmoments zur Folge. Dabei stellt die Kombination
des Exzenters mit eigenen Lagermitteln für den Rotor eine ständige positive Antriebsverbindung des
Rotors mit der Motorwelle sicher.
Aus der GB-PS 1829 des Jahres 1877 und der GB-PS 3534 des Jahres, 1882 sind zwar bereits elektrische
Motoren bekannt, bei denen der Rotor ohne um seine Achse zu rotieren eine Taumelbewegung ausführt und
dabei nach Art einer Kurbel jederzeit formschlüssig auf die Motorwelle einwirkt, doch handelt es sich hier um
einen im wesentlichen scheibenförmigen Rotor, der als solcher selbst in bezug auf die Taumelbewegung ein
verhältnismäßig hohes Trägheitsmoment besitzt. Dazu noch ermöglicht ein solcher Rotor — abgesehen davon,
daß hiervon in den genannten Literaturstellen auch keine Rede ist — eine nicht gleichermaßen günstige
Vormagnetisierung wie die erfindungsgemäße Bauart gemäß Anspruch 1.
Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Bauart an,
wie sie nachfolgend noch genauer anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben
sind. Hierbei zeigt
Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Motor entsprechend der erstgenannten Aijsführungsform im Längsschnitt,
F i g. 2 einen Querschnitt durch den gleichen Motor,
F i g. 3 eine Einzelheit eines darin auftretenden, den Antrieb der Motorwelle vermittelnden Exzenters und
Pendelkugellagers,
Fig.4 ein Diagramm der in einem solchen Motor
Fig.4 ein Diagramm der in einem solchen Motor
auftretenden magnetischen Felder und Anziehungskräfte zur Erläuterung der Wirkungsweise des Motors,
Fig.5 einen etwas schematisierten Längsschnitt
durch einen erfindungsgemäßen Motor mit einer Variante gegenüber F i g. 1,
Fig.6 einen ebensolchen Längsschnitt durch die
inneren Teile einer Variante eines erfindungsgemäßen Motors,
Fig.7 einen Längsschnitt durch die inneren Teile
eines erfindungsgemäßen Motors in noch einer weiteren Ausführungsform.
Der in den F i g. 1 und 2 gezeigte Motor besitzt einen Stator 1 mit einer Symmetrieachse (Achse X'X), auf der
sich ein Symmetriemittelpunkt Cbefindet Dieser Stator enthält einen Rotor 2 mit dem gleichen Symmetriemittelpunkt
und einer Symmetrieachse (imaginäre Achse O'O), die mit der Achse X'X einen kleinen Winkel «,
vorzugsweise von weniger als 4°, einschließt Die Mittel, um den Symmetriemittelpunkt des Rotors im Symmetriemittelpunkt
C des Stators zu halten und einen konstanten Winkel <x aufrechtzuerhalten, womit der
Rotor die erwähnte konische Taumelbewegung vollführt bestehen aus einem Pendelgleit- oder -kugellager,
dessen Innenring 3 derart normal zu der Achse O'O auf einem zylindrischen Käfig 21 des Rotors 2 angeordnet
ist daß der Mittelpunkt seiner sphärischen Lagerfläche mit dem Symmetriemittelpunkt C zusammenfällt. Der
Außenring 4 dieses Pendellagers ist fest innerhalb eines ringförmigen Teils U des Stators 1 angeordnet und
besitzt ebenfalls eine sphärische Lagerfläche, deren Mittelpunkt in Cliegt
Der Stator trägt an einem Ende ein Lagerschild 12, welches ein starres Wälzlager 13 aufnimmt In diesem
Wälzlager ist koaxial zu der Achse X'X die Motorwelle 5 gelagert. Auf dieser Welle ist ein Exzenter 6 fest
«ο angebracht, auf dem sich ein Ende des Rotors 2 mittels
eines Pendellagers 7 abstützt.
Wie genauer aus F i g. 3 ersichtlich, ist der Exzenter 6 zylindrisch. Sein Mittelpunkt E befindet sich auf der
Symmetrieachse O'O des Rotors, in einer Entfernung
"5 EK = CEUn es. von der Achse X'X. Das Pendelkugellager
7 hat einen Außenring 71, der fest in dem Rotorkäfig
21 angeordnet ist und eine sphärische Lagerfläche besitzt, deren Mittelpunkt mit E zusammenfällt, sowie
einen fest auf dem Umfang des Exzenters angebrachten Innenring 72. Der Winkel <x erscheint in F i g. 3 stark
übertrieben.
In Fig. 1 erkennt man, daß der Rotor an seinen beiden Enden Polschuhe 22 bzw. 23 mit konischer
Mantelfläche aufweist, deren halber Konuswinkel gleich dem Winkel λ ist.
Der Stator besitzt an beiden Enden in Höhe der Polschuhe 22 und 23 zwei Magnetblechpakete 18 und 19
zu beiden Seiten des ringförmigen Teiles 11, deren jedes
in diesem Beispiel vier Pole, 140,141,142 und 143, bildet.
to Die Innenflächen dieser Pole besitzen die Form eines
Zylinders, dessen Achse mit der Symmetrieachse (Achse -Y'Äjdes Stators zusammenfällt. Auf diese Weise gibt es
bei der Drehbewegung der Rotorsymmetrieachse (imaginäre Achse O'O) um die Achse X'X vier
Positionen, wo der Luftspalt zwischen den Polschuben
22 und 23 einerseits und den Polen 140-143 andererseits ein Minimum annimmt. In den F i g. 1 und 2 erscheint der
minimale Luftspalt beispielsweise zwischen dem Pol-
schuh 22 und dem Pol 140. Seine Stärke ist in den Figuren stark übertrieben und beträgt in Wirklichkeit
beispielsweise 0,4 mm.
Wie weiterhin aus den F i g. 1 und 2 ersichtlich, wird der magnetische Kreis des Motors vorzugsweise von je
vier dachziegelartigen Permanentmagneten 150-153 bzw. 160-163 zu beiden Enden des Stators außerhalb der
Magnetblechpakete 18 bzw. 19 gebildet. Diese Magnete sind in entgegengesetztem Sinn radial magnetisiert
derart, daß beispielsweise die Magnete 150-153 innenliegende Nordpole und die Magnete 160-163
innenliegende Südpole besitzen. Die Magnete sind von einem ringförmigen Joch 17 aus magnetisierbarem, d. h.
»magnetisch weichem« Material umgeben, während das dazwischen eingeschlossene ringförmige Teil 11 aus ij
unmagnetischem Material besteht. Die Magnete haben die gleiche Breite wie die Magnetblechpakete 18 bzw.
19. Die Pole 140-143 dieser Blechpakete sind in vier Wicklungen, wie z. B. 8 und 9, umgeben.
Der Rotorkäfig 21 wie auch die darauf befindlichen Polschuhe 22 und 23 bestehen gleichfalls aus »magnetisch
weichem« Material.
Nachfolgend sei nun anhand der F i g. 4 die Wirkungsweise des so weit beschriebenen Motors erläutert:
Werden die Wicklungen von einem mehrphasigen Wechselstrom durchflossen, so hat dies in den
Luftspalten ein magnetisches Drehfeld zur Folge, wie es auch von einem mit der Winkelgeschwindigkeit ω um
die Achse X'X umlaufenden Permanentmagneten erzeugt würde (wobei ω der Winkelfrequenz des
Wechselstroms entspricht). I. ü. wird der Rotor von einem Permanentmagnetfeld polarisiert, welches den
Permanentmagneten 150-153 und 160-163 entstammt. Aus dieser Polarisation ergeben sich Anziehungskräfte
zwischen den Polen des Stators und den Polschuhen des Rotors, deren Resultierende an beiden Enden des
Rotors an den Mittelpunkten der dort verteilten magnetischen Massen und damit an Punkten der Achse
O'O wirksam werden und radial zu dem jeweiligen Ort des minimalen Luftspalts hin gerichtet sind. Diese to
Resultierenden sind in F i g. 4 mit Fo bzw. FO bezeichnet.
Es läßt sich zeigen, daß sie gegenüber der Richtung des magnetischen Feldes H eine Winkelverschiebung θ
besitzen, die mit dem an der Motorwelle 5 wirksamen Drehmoment wächst
Das Feld H erzeugt an seinem Rand Anziehungskräfte, deren Resultierende Fi und Pi, die an G bzw. C
angreifen, einander entgegengesetzt in Richtung des Feldes verlaufen. Jede dieser Resultierenden Fi und F\
kann in zwei Kräfte zerlegt werden, deren eine in Richtung von h'o bzw F\ und deren andere normai zu Fo
bzw. F'o gerichtet ist. Die beiden so erhaltenen Kräfte Fi cos θ und F'\ cos θ schließen an F0 bzw. F'o an, um mit
diesen ein Moment zu bilden, das bestrebt ist, den Rotor zu kippen. Dieses Kippmoment wird von der seitens des
Exzenters 6 auf den Außenring 71 des Pendelkugellagers 7 einwirkenden Reaktionskraft kompensiert
wodurch der Winkel λ aufrechterhalten wird.
Die beiden Kräfte F\ sin θ und F\ sin θ bilden ein
Moment, welches bestrebt ist, die Punkte G und G', & h.
die beiden Symmetriemittelpunkte der Rotorenden, um die Achse X'X mit der Winkelgeschwindigkeit ω zu
drehen. Auf diese Weise erfährt die Achse O'O des Rotors eine konische Taumelbewegung mit dem halben
Konuswinkel « um die Achse X'X, wodurch der Exzenter 6 selbst eine Drehung mit der Winkelgeschwindigkeit
ω um die Achse X'X erfährt
Es ist bemerkenswert daß der Rotor aufgrund der Geometrie des Motors bei einer Umdrehung seiner
konischen Taumelbewegung ebensoviele Positionen mit minimalem Luftspalt einnimmt, wie der Stator an jedem
Ende Pole aufweist (nämlich vier in dem vorausgehend beschriebenen Beispiel). Daraus wiederum erhellt, daß
der Motor mehrere stabile Gleichgewichtspositionen aufweist, so daß die Motorwelle bei abgeschaltetem
Strom die nächstiiegende Gleichgewichtsposition einzunehmen sucht.
Eine weitere Eigenart des so weit beschriebenen Motors ist das geringe Trägheitsmoment des Rotors. Da
dieser sich selbst nicht (oder allenfalls mit sehr geringer Geschwindigkeit) dreht, beschränkt sich das Trägheitsmoment
für jede zu der Achse O'O normale Eiementarscheibc des Rotors auf dasjenige der Masse
dieser Elementarscheibe, wenn sie in ihrem Schwerpunkt vereinigt gedacht wird, in bezug auf die Achse
X'X. Es läßt sich zeigen, daß das Gesamtträgheitsmoment des Rotors damit
\/3M(U2s\n«y
beträgt, wobei M die Gesamtmasse des Rotors und L seine Länge ist Dieses Trägheitsmoment ist sehr gering
wegen des kleinen Wertes von <x. Wegen der angegebenen Eigenschaften ist der beschriebene Motor
besonders geeignet um als Schrittmotor zu arbeiten.
Aufgrund der vollkommenen Symmetrie des Rotors in bezug auf den Punkt C ist von daher keinerlei äußere
Vibration bei der Taumelbewegung des Rotors zu erwarten. Um jedoch auch der Masse des Exzenters 6
mit dem Pendellager 7 Rechnung zu tragen, ist am anderen Ende eine ringförmige Ausgleichsmasse 24
(F i g. 1) im Inneren des Rotorkäfigs 21 angebracht.
Da die Kräfte F, und F', dem Produkt des Drehfeldes
und des permanentmagnetischen Flusses im Luftspalt proportional sind und die Amplitude des Feldes H einen
bestimmten, mit der zulässigen Erwärmung des Motors verträglichen Wert nicht überschreiten kann, ist es
vorteilhaft den permanentmagnetischen Fluß möglichst groß zu machen. Dies wird dadurch erreicht daß die
Permanentmagnete eine möglichst große Oberfläche erhalten.
Verwendet man in dem vorausgehend beschriebenen Motor genormte Statorbleche und genormte Permanentmagnete,
so ergibt die vorausgehend beschriebene Anordnung eine doppelt so große Oberfläche der
Permanentmagnete wie diejenige des Luftspalts. Würde man einen ringförmigen Magneten innerhalb des Rotors
anordnen, so könnte dieser nur 1/3 der Oberfläche des Luftspalts haben, womit die magnetische Induktion
sechsmal geringer wäre.
Bei der in den F i g. 1 und 2 gezeigten Anordnung nimmt der permanentmagnetische Fluß den in F i g. 1
mit ausgezogenen Linien dargestellten Verlauf, während der durch die Wicklungen hervorgerufene
Wechselfiuß sich entlang den in Fig. 2 gestrichelt gezeichneten Linien schließt ohne die Permanentmagnete
zu durchsetzen (die einen sehr hohen magnetischen Widerstand besitzen). Aufgrund dieser Tatsache
besteht keine Tendenz, daß die Permanentmagnete im Lauf der Zeit entmagnetisiert werden.
Aus diesem Grunde wird die in den Fig. 1 und 2
dargestellte Ausführung häufig bevorzugt Indessen ist die Erfindung keinesfalls hierauf beschränkt In diesem
Beispiel ist der Symmetriemittelpunkt C für die Bewegung des Rotors, wie gesagt durch ein Pendellager
3, 4 festgelegt Anstelle dessen kann jedoch auch die ringförmige Ausgleichsmasse 24 (Fig. 1) durch einen
zweiten Exzenter 6a ersetzt werden, der entsprechend von einem zweiten Pendellager Ta umgeben ist, wobei
Exzenter 6a und Pendellager la genau dem Exzenter 6 bzw. dem Pendellager 7 aus Fig. 1 entsprechen. In
diesem Fall läuft die Motorwelle 5 durch den gesamten Rotorkäfig 21 hindurch und wird von zwei festen
Wälzlagern in Lagerschilden zu beiden Seiten des Stators getragen. Eine solche Ausführung ist in F i g. 5
etwas schematisiert gezeigt. Es versteht sich, daß die beiden Exzenter 6 und 6a symmetrisch in bezug auf den
Symmetriemittelpunkt C angeordnet sind in der Weise, daß ihre Mittelpunkte in gleicher Entfernung auf
verschiedenen Seiten der Achse X'X auftreten.
Fig.6 zeigt einen Rotor mit einem zylindrischen Rotorkäfig 21, der an seinem einen Ende einen
Zahnkranz 26 enthält Die Innenfläche dieses Zahnkranzes ist konisch, wobei die Konusspitze in den
Symmetriemittelpunkt C fällt und der Konus einen halben öffnungswinkel Φ besitzt. Der Motor hat
wiederum eine Motorwelle 5, die durch den gesamten Rotor hindurchreicht und von zwei (nicht dargestellten)
festen Lagern getragen wird. Sie selbst trägt ein konisches Zahnrad 28, dessen Konusspitze ebenfalls in
den Punkt C fällt, dessen Konus jedoch mit der Achse X'X den halben öffnungswinkel (Φ-λ) einschließt,
sowie ferner, in Höhe des Punktes Cbzw. an einer Stelle etwa symmetrisch zu derjenigen des Zahnrades 28, die
Innenringe 33 bzw. 36 zweier Pendellager, deren Außenringe 34 bzw. 35 den Käfig 21 tragen.
Dementsprechend bildet der Außenring 35 des Pendellagers 35-36 einen Exzenter, der dem Neigungswinkel λ
Rechnung trägt Die Masse des Exzenters 35 hält derjenigen des Zahnkranzes 26 das Gleichgewicht Die
Zähne des Zahnkranzes 26 und des Zahnrades 28 besitzen den gleichen Modul.
Wie nicht eigens gezeigt, trägt auch hier der Rotorkäfig 21 an seinen beiden Enden Polschuhe 22
bzw. 23 der selben Form wie in F i g. 1 gezeigt, die auch in der gleichen Weise mit gegenüberliegenden Polen
des Stators zusammenwirken, der mit demjenigen aus F i g. 5 sowie im wesentlichen auch aus den F i g. 1 und 2
identisch sein kann. Ebenso ist auch die konische Taumelbewegung des Rotors um die Achse X'X
identisch mit derjenigen der vorausgehend beschriebenen Ausführungen.
Bei der konischen Taumelbewegung des Rotors nimmt der Zahnkranz 26 das Zahnrad 28 mit, mit dem er
ständig entlang einer Mantellinie des Konus mit dem halben öffnungswinkel (Φ-«) in Berührung steht Es
läßt sich zeigen, daß die Winkelgeschwindigkeit der Motorwelle 5 im Verhältnis zur Winkelgeschwindigkeit
der Formel folgt
sin
(Φ-α)
sin Φ-sin (Φ-β)
Da die Motorwelle 5 von zwei festen Lagern getragen wird, kann sie keine Translation erfahren, und die beiden
Pendellager 33-34 und 35-36 haben den Effekt, daß der Mittelpunkt C festliegt wie auch die Grenzen der
Taumelbewegung des Rotors. Dagegen besitzt der Rotor die Tendenz, sich als Reaktion auf den
Drehwiderstand an der Motorwelle 5 um seine Achse O'O zu drehen. Diese Drehbewegung des Rotors wird
durch einen fest am Stator angebrachten Zapfen 29 unterbunden, der in die Ausnehmung eines auf dem
Rotor angebrachten Ringes 31 eingreift. Diese Ausnehmung ist in zu der Zeichenebene senkrechter Richtung
nur wenig weiter als der Zapfendurchmesser, womit jede Drehung des Rotors um die Achse O'O
unterbunden wird. Dagegen ist die Abmessung der Ausnehmung in Richtung der Achse O'O groß genug,
um den Rotor die erwähnte konische Taumelbewegung zu gestatten.
Als Variante kann sich das erwähnte Rad auch auf der Außenfläche des Rotorkäfigs 21 und der Zahnkranz fest
an dem Stator befinden.
Bei einer Variante gemäß F i g. 7 findet sich wieder das zentrale Pendellager 33-34, womit der Punkt C
festgelegt ist, wie auch das Pendellager 35-36 mit exzentrischem Außenring, um den Winkel« aufrechtzuerhalten,
jedoch ist der Rotor-Käfig 21 in diesem Fall nicht an der Drehung gehindert. Im Gegenteil: Durch
das Zusammenwirken eines konischen Zahnkranzes 32 mit dem halben Konusöffnungswinkel Φ' an dem
Rotorkäfig 21 und einem fest mit dem Stator verbundenen konischen Zahnrad 37 mit dem halben
Konusöffnungswinkel Φ'-α. erfährt der Rotor zusätzlich
zu seiner konischen Taumelbewegung um die Achse X'X durch die Magnetkräfte eine langsame Drehbewegung
um seine Achse O'O, deren Winkelgeschwindigkeit sich zu ω verhält wie
sin Ψ - α
sin Φ1 - sin (Φ* - α)
Die Drehbewegung des Rotors um seine Achse O'O wird durch den Eingriff eines konischen Zahnkranzes 38
am Rotorkäfig 21 mit einem konischen Zahnrad 39 bewirkt, welches fest auf der Motorwelle 5 angebracht
ist, wobei der Zahnkranz 38 und das Zahnrad 39 einen von Φ' verschiedenen halben Konusöffnungswinkel
besitzen und die Achsen der Zahnkränze 32 und 38 mit der Achse O'O zusammenfallen.
Es läßt sich zeigen, daß in diesem Fall die Winkelgeschwindigkeit der Motorwelle 5 im Verhältnis
zu ω der Formel folgt
sin (Φ* - α)
sin Φ
55 sin (Φ -α)
Mit Φ=30°, Φ'=45Ο und et-weise
den Wert ρ=0,0465.
-3° erhält man beispiels-
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (12)
1. Elektrischer Synchronmotor
mit einem im wesentlichen zylindrischen Rotor, dessen Rotorkäfig an beiden Enden magnetisierbare
Mantelflächen aufweist, mit einem den Rotor umgebenden, im wesentlichen zylindrischen Stator,
der an beiden Enden jeweils gleichviele mit den betreffenden Enden des Rotors eine entsprechende
Zahl Luftspalte bildender Pole aufweist,
mit einer so ausgebildeten und erregten Statorwicklung, daß sie in den Luftspalten an beiden Enden radiale Drehfelder gleicher Winkelgeschwindigkeit und Winkellage erzeugt, mit Mitteln zur entgegengesetzten magnetischen Polarisierang der beiden Mantelflächen an den Rotorenden derart, daß jedes dieser Enden einen magnetischen Mittelpunkt enthält, wobei eine durch die beiden magnetischen Mittelpunkte verlaufende imaginäre Achse die Symmetrieachse des Stators in dessen Symmetriemittelpunkt schneidet, und
mit einer koaxial zur Symmetrieachse des Stators gelagerten Motorwelle,
mit einer so ausgebildeten und erregten Statorwicklung, daß sie in den Luftspalten an beiden Enden radiale Drehfelder gleicher Winkelgeschwindigkeit und Winkellage erzeugt, mit Mitteln zur entgegengesetzten magnetischen Polarisierang der beiden Mantelflächen an den Rotorenden derart, daß jedes dieser Enden einen magnetischen Mittelpunkt enthält, wobei eine durch die beiden magnetischen Mittelpunkte verlaufende imaginäre Achse die Symmetrieachse des Stators in dessen Symmetriemittelpunkt schneidet, und
mit einer koaxial zur Symmetrieachse des Stators gelagerten Motorwelle,
gekennzeichnet durch Lagermittel (Pendellager 3-4, 7; 7, 7a; 33-34, 35-36) in Verbindung mit
mindestens einem Exzenter (6; 35) auf der Motorwelle (5) bzw. dem Rotorkäfig (21) zur
Aufrechterhaltung eines konstanten Neigungswinkels («) zwischen der imaginären Achse (O'O) und
der Symmetrieachse (X'X)des Stators (I), so daß die
imaginäre Achse unter dem genannten Neigungswinkel («) eine konische Taumelbewegung um die
Symmetrieachse (X'X) vollführen kann, ohne dabei einen Teil des Rotors (2) um dessen Achse (O'O)
drehend anzutreiben.
2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagermittel zumindest ein Pendellager
(3-4, 7; 7, 7a; 33-34, 35-36), vorzugsweise Pendelwälzlager,
aufweisen.
3. Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Motorwelle (5) zwei
Exzenter (6, 6a) angeordnet sind, deren jeder von einem Pendellager (7,7a)umgeben ist (F i g. 5).
4. Motor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Exzenter (6,6a) mit entgegengesetzt
gerichteter Exzentrizität auf der Motorwelle
(5) angeordnet sind und der Außenring der beiden Pendellager (7, 7a) mit dem Rotorkäfig (21) fest
verbunden ist.
5. Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Pendellager (3-4; 33-34) in
Höhe des Symmetriemittelpunkts (C) derart angeordnet ist, daß ein Ring (3; 34) normal zur Achse
(O'O) des Rotors (2) fest mit der Mittelpartie der 5^
Rotoroberfläche verbunden und symmetrisch zu dem Symmetriemittelpunkt (C) angeordnet ist,
während der zweite Ring (4; 33) normal zu der Motorwelle (5) angeordnet ist (F i g. 1; 6).
6. Motor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Pendellager (3-4) einen auf der
Außenfläche des Rotorkäfigs (21) angeordneten Innenring (3) und einen fest mit dem Stator (1)
verbundenen Außenring (4) aufweist.
7. Motor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die Exzenter (35) im Inneren des
Rotorkäfigs (21) angeordnet und das bzw. die Pendellager (35-36) auf der Motorwelle (5) angeordnet
sind, mit Antriebsmitteln für die Motorwelle (5) mit mindestens einem konzentrisch auf der Motorwelle
angeordneten konischen Zahnrad (28; 39), das mit einem Zahnkranz (26; 38) kämmt, wobei die
Spitzen der Grundkegel von Zahnrad und Zahnkranz mit dem Symmetriemittelpunkt (C) zusammenfallen
und ihr halber öffnungswinkel sich von dem Neigungswinkel («) der beiden Achsen (O'O,
X'X) um einen gleichbleibenden Winkel (Φ) unterscheidet (F i g. 6; 7).
8. Motor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (2) an einer Rotation um seine
Achse (O'O) gehindert ist (F i g. 6).
9. Motor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmittel für die Motorwelle (5)
noch ein zweites konisches Zahnrad (37) aufweisen, welches mit dem Stator (1) fest verbunden ist und mit
einem zweiten konischen Zahnkranz (32) in fester Verbindung mit dem Rotor (2) kämmt, wobei die
Spitzen der Grundkegel mit dem Symmetriemittelpunkt (C) und die Achse des zweiten Zahnkranzes
mit derjenigen (O'O) des ersten (38) zusammenfällt, während jedoch die öffnungswinkel (2Φ, 2Φ') beider
Grundkegel verschieden sind (F i g. 7).
10. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens einen
die beiden Mantelflächen des Rotors entgegengesetzt vormagnetisierenden Permanentmagneten
(150-153,160-163).
11. Motor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß der Stator (1) an beiden Enden Kränze radial magnetisierter Permanentmagnete (150-153,
160-163) aufweist, die einander entgegengesetzt radial magnetisiert sind.
12. Motor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden Kränze radial magnetisierter Permanentmagnete (150-153,160-163) innerhalb
eines aiißenliegenden, über die gesamte Länge des Stators (1) reichenden Joches (17) aus magnetisierbarem
Material angeordnet sind und zwei Magnetblechpakete (18, 19) zu beiden Enden des Stators
jeweils eine Mehrzahl von Polen (140-143) bilden.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR7811473A FR2423906A1 (fr) | 1978-04-19 | 1978-04-19 | Moteur electrique synchrone a tres faible inertie rotorique a mouvement conique equilibre |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2951407C1 true DE2951407C1 (de) | 1984-05-03 |
Family
ID=9207310
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2951407A Expired DE2951407C1 (de) | 1978-04-19 | 1979-04-19 | Elektrischer Synchronmotor |
Country Status (14)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4329607A (de) |
JP (1) | JPS55500326A (de) |
BE (1) | BE875683A (de) |
BR (1) | BR7908157A (de) |
CA (1) | CA1129928A (de) |
CH (1) | CH642201A5 (de) |
DE (1) | DE2951407C1 (de) |
DK (1) | DK531679A (de) |
FR (1) | FR2423906A1 (de) |
GB (1) | GB2036458B (de) |
IT (1) | IT1112436B (de) |
NL (1) | NL7903000A (de) |
SE (1) | SE437097B (de) |
WO (1) | WO1979000951A1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE112009001148B4 (de) * | 2008-05-08 | 2017-09-21 | Mitsubishi Electric Corp. | Rotierende elektrische Maschine und Lüfter, welcher diese verwendet |
Families Citing this family (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR7925947A (de) * | 1979-10-18 | |||
FR2554650B1 (fr) * | 1983-11-08 | 1988-03-11 | Gillonnier Julien | Dispositif moteur indexeur a courant continu sans balai |
FR2613151A1 (fr) * | 1987-03-25 | 1988-09-30 | Crouzet Sa | Moteur pas a pas lineaire a rotor debrayable |
US5804898A (en) * | 1995-09-12 | 1998-09-08 | Nihon Riken Co., Ltd. | Electric motor utilizing magnetic energy of permanent magnet |
US6369477B1 (en) * | 1996-07-31 | 2002-04-09 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Roller-type electric motor |
EP0840428A3 (de) * | 1996-10-30 | 2000-02-02 | Pioneer Electronic Corporation | Elektromagnetischer Betätiger und Bildaufnahmevorrichtung |
GB2330011A (en) * | 1997-10-02 | 1999-04-07 | Michael John Flowerday | Rolling rotor motor |
US7969055B2 (en) * | 2008-08-06 | 2011-06-28 | Larry Titus Clean Energy Technologies, Llc | Rotary motor |
US10404135B2 (en) | 2015-02-10 | 2019-09-03 | Indiana University Research And Technology Corporation | High torque density electric motor and/or generator |
CA3014666A1 (en) | 2016-02-15 | 2017-08-24 | Indiana University Research And Technology Corporation | High torque density electric motor / generator with rolling element |
WO2019226929A1 (en) * | 2018-05-23 | 2019-11-28 | Tau Motors, Inc. | Electric motor |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3456139A (en) * | 1967-12-11 | 1969-07-15 | Mesur Matic Electronics Corp | Wobble drum step motor |
Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB189401829A (en) * | 1894-01-27 | 1894-11-24 | Henry Marles | Improvements in Drawing and like Pins. |
FR948683A (fr) * | 1945-06-29 | 1949-08-08 | Vibro Betong Ab | Moteur électrique vibrateur |
DE902883C (de) * | 1948-11-05 | 1954-01-28 | Richard Schoen Dr Ing | Waelzmaschine |
US2871382A (en) * | 1956-05-17 | 1959-01-27 | North American Aviation Inc | Electromechanical actuator |
US3117244A (en) * | 1959-03-25 | 1964-01-07 | Rosain Claude | Alternating current motors |
FR1371775A (fr) * | 1963-01-10 | 1964-09-11 | Moteur électrique | |
US3294994A (en) * | 1963-05-10 | 1966-12-27 | Bendix Corp | Nutation motor or generator |
FR85038E (fr) * | 1963-12-30 | 1965-05-28 | Moteur électrique | |
FR1446397A (fr) * | 1965-06-09 | 1966-07-22 | Moteur électrique lent équilibré | |
FR1461135A (fr) * | 1965-12-22 | 1966-01-07 | Moteur synchrone à inducteur à rotor roulant |
-
1978
- 1978-04-19 FR FR7811473A patent/FR2423906A1/fr active Granted
-
1979
- 1979-04-17 NL NL7903000A patent/NL7903000A/xx active Search and Examination
- 1979-04-18 CA CA325,725A patent/CA1129928A/fr not_active Expired
- 1979-04-18 BE BE0/194698A patent/BE875683A/xx not_active IP Right Cessation
- 1979-04-19 DE DE2951407A patent/DE2951407C1/de not_active Expired
- 1979-04-19 BR BR7908157A patent/BR7908157A/pt unknown
- 1979-04-19 US US06/177,684 patent/US4329607A/en not_active Expired - Lifetime
- 1979-04-19 WO PCT/FR1979/000033 patent/WO1979000951A1/fr unknown
- 1979-04-19 IT IT21987/79A patent/IT1112436B/it active
- 1979-04-19 CH CH1117679A patent/CH642201A5/fr not_active IP Right Cessation
- 1979-04-19 GB GB7941770A patent/GB2036458B/en not_active Expired
- 1979-04-19 JP JP50068479A patent/JPS55500326A/ja active Pending
- 1979-12-13 DK DK531679A patent/DK531679A/da not_active Application Discontinuation
- 1979-12-17 SE SE7910366A patent/SE437097B/sv not_active IP Right Cessation
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3456139A (en) * | 1967-12-11 | 1969-07-15 | Mesur Matic Electronics Corp | Wobble drum step motor |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
FR-ZP 85 038 * |
GB 3 534 von 1882 * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE112009001148B4 (de) * | 2008-05-08 | 2017-09-21 | Mitsubishi Electric Corp. | Rotierende elektrische Maschine und Lüfter, welcher diese verwendet |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS55500326A (de) | 1980-06-05 |
CH642201A5 (fr) | 1984-03-30 |
GB2036458B (en) | 1983-01-26 |
WO1979000951A1 (fr) | 1979-11-15 |
FR2423906B1 (de) | 1982-11-05 |
BE875683A (fr) | 1979-08-16 |
FR2423906A1 (fr) | 1979-11-16 |
US4329607A (en) | 1982-05-11 |
NL7903000A (nl) | 1979-10-23 |
SE7910366L (sv) | 1979-12-17 |
GB2036458A (en) | 1980-06-25 |
IT1112436B (it) | 1986-01-13 |
SE437097B (sv) | 1985-02-04 |
CA1129928A (fr) | 1982-08-17 |
DK531679A (da) | 1979-12-13 |
BR7908157A (pt) | 1981-02-17 |
IT7921987A0 (it) | 1979-04-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2342801B1 (de) | Transversalflussmotor als aussenläufermotor und antriebsverfahren | |
DE2260069C2 (de) | ||
EP3084170B1 (de) | Hubkolbenmotor | |
DE2951407C1 (de) | Elektrischer Synchronmotor | |
WO2009046549A2 (de) | Rotor für elektromotor | |
EP0762619A2 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Reduzierung des sogenannten Nutruckens bei einem Elektromotor | |
DE1463806B2 (de) | Elektrische Maschine | |
DE4339791C2 (de) | Antriebsvorrichtung mit veränderlichem Luftspalt | |
DE1538801C3 (de) | Elektromotor mit einer Nutationsbewegung zwischen Rotor und Stator. Ausscheidung in: 1788145 | |
DE4341128C2 (de) | Elektromotor | |
DE102009033178A1 (de) | Elektromagnetische Reibschaltkupplung | |
DE10217285A1 (de) | Elektromechanischer Energiewandler | |
DE102014001263B4 (de) | Taumelgetriebe | |
DE1918500A1 (de) | Impulsbetaetigter elektrischer Stellantrieb | |
DE1923586B2 (de) | Kleinsynchronmotor mit Dauermagnetläufer | |
AT523723B1 (de) | Getriebemotor | |
EP3830930B1 (de) | Elektrische maschine | |
DE4306327C2 (de) | Reluktanzmotor | |
DE1513857A1 (de) | Kleiner selbstanlaufender Wechselstromsynchronmotor | |
EP4226489A1 (de) | Taumelgetriebe mit einer antriebswelle und einer abtriebswelle | |
DE2951407T5 (de) | Electric motor with very little rotor inertia and balanced cone motion | |
EP3111535B1 (de) | Magnetanordnung, insbesondere für eine elektrische maschine, sowie elektrische maschine mit einer magnetanordnung | |
DE3728868B4 (de) | Elektromotor mit relativ zueinander drehbar und axial verschiebbar gelagertem Rotor und Stator | |
DE910798C (de) | Elektrische Maschine von kleiner Leistung, insbesondere in eine Fahrradnabe eingebauter Stromerzeuger | |
DE2913691A1 (de) | Buerstenloser elektromotor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8100 | Publication of patent without earlier publication of application | ||
D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |