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Synchronmotor mit einem mit dauermagnetischen Polen versehenen Anker
Es sind Synchronmotoren bekannt, die im synchronen Betrieb ohne Gleichstromerregung
laufen, deren aus magnetisierbarem Material bestehender Läufer auf einem Teil seiner
axialen Länge Aussparungen aufweist, die zwischen sich Polstücke bilden, und weiterhin
Synchronmotoren, die mit einer der Polzahl dies Ständers entsprechenden Anzahl von
Synchronisierungsnuten und einer Käfigwicklung auf dem Läufer versehen sind, wobei
die Synchronisier rungsnuten sich nur über einen Teil der axialen: Länge des Läufers
erstrecken. Bei einem in dieser Weise ausgebildeten zweipoligen Motor kann das Synchronisieren
in zwei gegeneinander um 180° versetzten Stellungen des Läufers stattfinden.
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Für bestimmte Zwecke, beispielsweise zum Abtasten von Filmen. beim
Fernsehen, in welchem Fallei der Film kontinuierlich mit einer konstanten Geschwindigkeit
von 25 Bildern je Sekunde fortbewegt wird und die Filmbewegung mit den Biildsynchronisierimpulsen
des Fernsehsignals nicht nur synchron verlaufen muß, sondern Filmbewegung und Synchronisierimpulse
auch im richtigen Phasenverhältnis zueinander stehen müssen, muß von, einem solchen
Motor gefordert werden., daß die Phase dies Läufers gegenüber dem Netz eindeutig
beistimmt ist. Diese Bedingung ist bei bekannten Motorausführungen nicht erfüllt,
weil in dem Augenblick, in dem der Läufer in Synchronismus gelangt, in einem Läuferpol
entweder ein Nordpol oder ein Südpol induziert werden kann und somit bei einem vierpoligen
Motor vier verschiedene, um 90° versetzte Läuferlagen gegenüber dem Drehfeld des
Ständers möglich sind.. Bei einem Synchronmotor mit einem mit dauermagnetischen
Polen versehenen Anker, der auch einen mit einer Käfigwicklung versehenen Teil und
eine Anzahl vorspringender Pole aufweist, die gleich der Anzahl der dauermagnetischen
Pole sind, wird der genannten Problemstellung dadurch entsprochen, daß die dauermagnetischen
Pole gegenüber den körperlichen Polen so weit verdreht sind. daß die von den unterschiedlichen
Polen gelieferte resultierende Drehmomentenkurve als Funktion der Winkelverschiebung
in elektrischen Graden des Ankers gegenüber dem Ständer nur einmal je 360 elektrische
Grade positiv ist.
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Die Erfindung wird an Hand der ein Ausführungsbeispiel wiedergebenden
Zeichnung näher erläutert. Die Fig. 1, 2 und 3 zeigen in Vorderansicht eine Seitenansicht
von rechts bzw. einen Schnitt gemäß der Linien I-I eines Ankers eines Synchronmotors
gemäß der Erfindung.
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Der Anker besteht aus zwei Teilen, einem Teil 1 mit vier dauermagnetischen
Polen N und S und einem Teil 2 mit vier vorspringenden Polen 3 bis 6 aus Weicheisen
mit einer Käfigwicklung, deren Stäbe mit 7 bezeichnet sind. Im dargestellten Ausführungsbeispiel
decken sich die dauermagnetischen Pole mit den Weicheisenpolen. In Fig. 2 und 3
sind auch die Ständerpole 8 und 9 schematisch dargestellt. Diese Pole sind in der
üblichen Weise mit Wicklungen versehen, die mit Wechselstrom gespeist werden.
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Der rasche Asynchronanlauf des Motors bis zum Synchronismus erfolgt
unter der Einwirkung der Käfigwicklung.
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Das vom Motor gelieferte Drehmoment besteht aus der Summe M der Drehmomente
M1, das von den. körperlichen Weicheisenpolen 3 bis 6 geliefert wird; und M2, das
von den dauermagnetischen Läuferpolen N und S geliefert wird.
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Die Drehmomente M1 und M2 sind. in Fig. 4 als, Funktionen der Winkelverschiebung
a (in elektrischen Graden) zwischen den Läufer- und Ständerpolen dargestellt, wobei
der Einfachheit halber angenommen ist, daß M1 und M2 einen sinusförmigen Verlauf
und gleiche Amplitude- besiitzen. Der Verlauf von M1 und M2 ist auf einfache Weise
wie folgt zu: erklären,.
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Angenommen., in einem bestimmten Augenblick bilden die Pole 8 unter
der Einwirkung der Speisewechselspannung einen N-Pol und die Pole 9 einen S-Pol,
so. werden in der dargestellten Lage in den Weicheisenpolen 3 und 4 ein S-Pol bzw.
ein N-Pol induziert. Das Drehmoment H1 ist dann gleich Null, weil zwischen den Läufer-
und dem, Ständerpolen
keine Winkelverschiebung besteht und der Arm
des Kräftepaares Null ist. Angenommen, der Läufer werde jetzt nach rechts gedreht,
d. h.., gegen die Drehrichtung abgebremst, so nimmt das Drehmoment M1 bis auf einen
Höchstwert zu, wonach es wieder abnimmt, bis in der Lage 10 der Mittellinie 11 das
Drehmoment wieder Null ist. In dieser Lage wird der Weicheisenpol 3 nämlich im gleiche
Maße durch den Pol 8 und durch den Pol 9 beeinflußt, so daß er keine Polarität 'aufweist.
Die Linien 10 und 11 schließen elektrisch einen Winkel von 90° ein (räumlich 45°).
In Fig. 4 geht das Drehmoment M1 daher bei 0 elektrischen Granden durch Null, erreicht
einen Höchstwert und geht bei 90 elektrischen Graden wiederum durch Null (Kraft
= 0) und kehrt dann seine Richtung um, weil bei weiterer Drehung des Läufers nach
rechts der Pol 3 (Fig. 2) vom S-Pol 9 beeinflußt wird, bis bei 180 elektrischen
Graden gerade dem Pol 9 gegenüber das Drehmoment M1 wiederum gleich. Null ist (Arm=
0).
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Das Drehmoment M2 besitzt nur die halbe Frequenz von M1. Wenn in Fig.
3 der Läufer auf entsprechende Weise nach rechts gedreht wird, nimmt das Drehmoment
M2 des Läuferpoles S bis auf einen Höchstwert in der Lage genau in der Mitte zwischen
den Polen 8 und 9 zu, wonach es wiederum abnimmt, bis nach 180 elektrischen Graden
(90° räumlich) in der Lage gerade dem Pol 9 gegenüber das Drehmoment 0 ist (Arm
= 0). Der erste Nulldurchgang von 31. liegt in Fig. 4 somit bei 0 elektrischen Graden
und der zweite Nulldurchgang bei 180 elektrischen Graden. Die Nulldurchgänge von
M1 und M2 decken sich bei 0:, 180, 360 elektrischen Graden usw.
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Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, daß die dauermagnetischen
Pole S und N sich mit den Weicheisenpolen 3 bis 6 decken.
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Durch Summierung von M1 und M2 in Fig. 4 erhält man das Gesamtdrehmoment
M als Funktion von α. Hieraus ergibt sich, daß, weil eine halbe Umdrehung
des Rotors 360 elektrischen. Graden entspricht, bei einem bestimmten Belastungsdrehmoment
zwei verschiedene Scheitel 12 und 13 der Drehmomentenkurve M vorhanden. sind, bei
denen das Drehmoment M positiv ist und zunimmt, so daß der Motor dennoch in der
verkehrten Phase laufen kann.
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Um diese unerwünschte Möglichkeit zu vermeiden, wird nach der Erfindung,
die hier einsetzt, die folgende Lösung gewählt: In Fig. 5 ist die sinusförmige Drehmomentenkurve
1112 der Dauermagnete -um 45 elektrische Grade nach links verschoben. Aus der Zeichnung
ist ohne weiteres ersichtlich, daß der Scheitel 13 verschwunden und nur der positive
Scheitel 12 übriggeblieben ist. Dies ist dadurch erzielt, daß die dauermagnetischen
Pole S und N gegenüber den aus Weicheisen bestehenden Läuferpolen 3 bis 6 so verdreht
werden, daß der erste Nulldurchgang von 31, um 45 elektrische Grade weiter nach
links verlegt wird, wodurch sich die Höchstwerte der Amplituden decken. Folglich
werden die dauermagnetische. Pole gegen die Drehrichtung vorschoben. Weil 45 elektrische
Grade der vierte Teil von 180 elektrischen Graden sind, bedeutet dies eine räumliche
Drehung des Dauermagnets ¼ ₧ 90°= 22,5°, d. h., eine Drehung der Mittellinie
11 in Fig. 3 in die Lage 15, wobei der Winkel ß 22,5° räumlich beträgt. Die Amplitude
von M2 kann durch Wahl eines stärkeren Feldes der Dauermagnete diejenige von M1
übersteigen, so daß M dann im Punkte α = 225 elektrische Grade in Fig. 5 sogar
negativ wird und im Punkte a = 45 elektrische Grade positiver.
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Das vorstehend beschriebene Verfahren kann auch bei 2-,6-,8- usw.
poligen Motoren Anwendung finden:. Der Motor gemäß der Erfindung kann nicht nur
beim Fernsehen, sondern auch bei Filmprojektoren Verwendung finden, bei denen das
Bild durch Lichtblitze abgebildet wird und die Bilder im richtigen Phasenverhältnis
zu den Lichtblitzen stehen müssen. Dies ist dadurch erzielbar, daß der Film durch
den Motor nach der Erfindung angetrieben wird.