DE1788179A1

DE1788179A1 - Getriebe fuer einen synchronmotor

Info

Publication number: DE1788179A1
Application number: DE19671788179
Authority: DE
Inventors: Gianni Abraham Dotto
Original assignee: PR Mallory and Co Inc
Current assignee: Duracell Inc USA
Priority date: 1966-02-23
Filing date: 1967-01-20
Publication date: 1976-08-12
Also published as: DE1788179C3; DE1638456C3; GB1116293A; DE1638456B2; US3427485A; FR1508419A; DE1788179B2; DE1788180A1; DE1638456A1

Description

Getriebe für einen Synchronmotor

Die Erfindung bezieht sich auf ein Getriebe für einen Synchronmotor mit einer neuen Bauweise.

Für einen Synchronmotor mit Getriebe, der sich durch eine kleine Bauweise auszeichnet, gibt es eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten, etwa in zeitgebenden Vorrichtungen, wie beispielsweise Uhren und in automatischen Zeitfolgeschaltern von Waschmaschinen. Dabei ist es das Bestreben, die zeitgebenden Vorrichtungen kleiner zu gestalten als es die bisherigen derartigen Vorrichtungen sind.

-2-

6098 23/0006

ORIGINAL INSPECTED

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Getriebe für Synchronmotore derart zu gestalten, daß es im Vergleich zu den bisher bekannten und in Verbindung mit Synchronmotoren verwendeten, nicht nur in seinen Abmessungen kleiner ist und eine denselben äquivalente Ausgangsgeschwindigkeit liefert, sondern auch in seiner besonderen Anordnung vereinfacht ist.

Da die Rotoren von Synchronmotoren in einer größeren Geschwindigkeit rotieren und ein kleineres Drehmoment liefern als es bei den meisten zeitgebenden Vorrichtungen benötigt wird, ist das ihre Ausgangsgeschwindigkeit reduzierende Getriebe zur Kopplung des Rotors mit der Ausgangswelle des Motors unbedingt vorzusehen. Das Getriebe nach der vorliegenden Erfindung zeichnet sich durch wenige bewegliche Teile aus und ist von größerer Wirksamkeit als die bisherigen Zahnräder und Ritzelsysteme, die in zeitgebenden Synchronmotoren Verwendung finden. Es ist für die Erfindung von Bedeutung, daß nur zwei bewegliche Zahnradelemente in dem Getriebe vorgesehen sind. Ein Vorteil des Vorhandenseins von nur zwei beweglichen Zahnradelementen liegt in der Herabsetzung von schädlichen Reibungsverlusten. Es ist besonders hervorzuheben, daß das Getriebe vollständig innerhalb des Begrenzungsbereiches der Feldspule des Synchronmotors liegt.

■1 7 e : \Ίλ

-3-

Weitere Merkmale der Erfindung und ihrer Beschaffenheit werden aus der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen verdeutlicht die sich auf beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung beziehen. Es bedeuten:

Fig. 1 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung einer kompletten Ausführungsform des erfindungsgemäßen, mit einem Synchronmotor kombinierten Getriebes,

Fig. 2 einen Querschnitt durch den zusammengebauten Synchronmotor nach Fig. 1 zur Darstellung der Lage des Getriebes innerhalb des Gehäuses,

Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie 6-6 aus Fig. 2 zur Darstellung der Wirkungsweise des Getriebes,

Fig. 4 einen Querschnitt entlang der Linie 7-7 von Fig. 3, .

Fig. 5 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbrm eines vollständigen Untersetzungsgetriebes, ,

60982 3/0006

Fig. 6 eine Teilansicht zur Darstellung von Fig. 5,

Fig. 7 einen Querschnitt entlang der Linie 10-10 von Fig. 5 zur Darstellung der Wirkungsweise des Untersetzungsgetriebes.

Das die Ausgangsgeschwindigkeit eines Synchronmotors reduzierende Getriebe liegt vollständig im Bereich der Begrenzung der Feldspule und besteht im wesentlichen aus einem erstejn von dem Gehäuse gestützten Zahnrad und einen zweiten eine unterschiedliche Zahl von Zähnen gegenüber dem ersten Zahnrad aufweisenden und feststellbar auf der Ausgangswelle montierten Zahnrad, wobei eine die Kopplung des Rotors mit der Ausgangswelle des Motors gewährleistende Vorrichtung eine Ausgangswelle aufweist, die konzentrisch mit dem ersten Zahnrad verläuft und ein Ritzelzahnrad gleichzeitig in das erste und das zweite Zahnrad eingreift, so daß das zweite Zahnrad sich mit dem ersten Zahnrad dreht, wenn der Rotor in Drehung ist.

In FIg₀ 1 sind in einer auseinandergezogenen perspektivischen Darstellung die einzelnen Teile einer Ausführungsform des Synchronmotors mit Getriebe dargestellt.

-5-

3/ÖÖiS

Der Synchronmotor ist zwischen der oberen Hülse 10 und der unterenHülse 11, die zusammengehalten das Gehäuse bilden, untergebracht. Das Material dieser Hülsen 10 und 11 kann aus einfachem, kaltgewaläzen Stahl bestehen, vorzugsweise aus getempertem bzw. aus ausgeglühtem Stahl. Alle Pole bestehen aus schlanken, radial angeordneten Streifen, die aus Teilen der Hülsen geformt sind bzw. aus denselben herausgebogen sind, so daß sie parallel zu der Zentralachse angeordnet sind und sich über den Rand jeder Hülse hinaus erstrecken.

Die Größe der beiden Hülsen 10 und 11 ergibt sich aus den Charakteristiken der Konstruktion des Motors. In den Zeichnungen sind beispielsweise Ausfuhrungsformen des Motors dargestellt. Die Hülsen 10 und 11 haben einen Durchmesser von ungefähr 5 cm und eine Tiefe von etwa 0,6 cm. Alle Pole sind dabei mit einem Radius von etwa 1,5 cm angebracht und ragen etwa 0,3 cm über den Rand jeder Hülse hinaus.

Die Pole, die aus den Böden der Hülsen heraus geformt sind, stellen die Statorfeldpole des Motors dar. In der Ausführungsform sind die Abstände der Pole in einem bestimmten Verhältnis zueinander angeordnet. In der Hülse 11 sind diese Pole von oben gesehen und in ührzeigerrichtung fortschreitend folgendermaßen angebracht: der Pol puls 1 liegt bei 0 und weist

—6—

609823/0006

eine doppelte Breite auf, der Pol plus 2 befindet sich bei 24° und ist doppelt breit, der Pol plus 3 liegt bei 42° und hat eine einfache Breite, der Pol plus 4 ragt bei 120 mit doppelter Breite aus dem Gehäuseboden heraus, der Pol plus 5 liegt bei 144 und ist doppelt breit, der Pol plus 6 befindet sich bei 162° mit einfacher Breite, der Pol plus 7 ist bei 240 mit doppelter Breite vorgegeben, der Pol plus 8 liegt bei 264° und ist doppelt breit, der Pol plus 9 ist bei 282° mit einfacher Breite vorgesehen. Die Pole der Hülse 10 weisen die gleichen Winkelpositionen auf, wenn sie von oben gesehen betrachtet werden und dabei in entgegengesetzter Uhrzeigerrichtung fortgeschritten wird. Wenn die beiden Hülsen 10 und 11 mit ihren offenen Seiten aufeinandergelegt sind, greifen die einfach breiten Pole in die angrenzenden Abstände jedes Paares der doppelt breiten Pole der gegenüberliegenden Hülse ein.

Die Spule 12 ist eine isolierte Spule und besteht aus einer vorbestimmten Zahl von Drahtwindungen, welche sich in dem Abstand zwischen den Wandungen der Hülsen 10 und 11 und den zu einem Ring geformten Statorpolen befindet. In dem Ausführungsbeispiel besteht die Spule 12 aus annähernd 5 000 Windungen von 40-A.-Windungen, und zwar aus lackiertem Kupferdraht, der -wie in Fig. 1 gezeigt- in mit Litze isoliertem Draht endet.

609823/QOQ6

Der Rotor des Motors besteht aus einer Permanent-Magnetscheibe 13, die zwischen zwei spinnenartigen Rundstücken und 15 eingeschlossen ist. Jedes dieser spinnenartigen Rundstücke 14 und 15 hat eine Anzahl von Armen, die parallel zu der Zentralachse dieser Rundstücke angebracht sind, so daß jeder der Arme in dem Zwischenraum zweier Arme des gegenüberliegenden Rundstückes ineinandergreift. Diese spinnenartigen Rundstücke können aus einfachem kaltgewalzten Stahl, vorzugsweise aus geglühtem Stahl,hergestellt werden. Die Permanent-Magnetscheibe 13 ist so magnetisiert, daß eine ihrer Oberflächen den Nordpol und die gegenüberliegende Oberfläche den Südpol bildet, übereinstimmend damit sind die Arme der spinnenartigen Rundstücke magnetisiert, so daß die Peripherie des Rotors eine vorbestimmte Zahl von sich abwechselnden Nord- und Südpolen darstellt.

Die Gesamtanordnung besteht aus den swei spinnenartigen Rundstücken 14 und 15 und die Permanent-Magnetseheibe 13 sitst passend in einem in seinem Querschnitt eine DD-Form aufweisenden Dorn, der aus Plastik besteht und einen Teil des Gliedes 16 darstellt, wobei dieses Glied 16 eiti Teil der sinweggejrichtete Drehbewegungen ermöglichenden Vorrichtung und der Rotorstütze darstellt« Des weiteren ist eine Welle 17 vorhanden, die durch die Ausnehmung 18 in.dem

6.09823/OCl·

Rundstück 14, die Ausnehmung 19 in der Permanent-Magnetscheibe 13 und die Ausnehmung 20 in dem Rundstück 15 hindurchführt. Ein Ritzelzahnrad 21 ist drehbar auf der Welle 17 angebracht.

Die obere Fläche des Gliedes 16 ist mit drei in gleichem Abstand radial angebrachten Rippen 22, 23 und 24 versehen, die sich von der Peripherie dieser Oberfläche zum Zentrum hin erstrecken und vor Erreichung desselben enden.Diese drei Rippen begrenzen drei gleich lange, an der Peripherie der Oberfläche des Teiles 16 angeordnete, rinnenförmige Teile 25, 26 und 27.

Da das Ausführungsbeispiel des Motors 15 Paare von Rotorpolen umfaßt, dreht sich derselbe 240 mal pro Minute, wenn an die Spule 12 ein Wechselstrom von 60 Perioden angelegt wird. Um diese Geschwindigkeit herabzusetzen, wurde ein wirtschaftliches und neues Zahnradgetriebe entwickelt. Dieses Zahnradgetriebe besteht aus einem Ritzelzahnrad 21, welches drehbar auf der Welle 17 angebracht ist, einem Zahnrad 34, welches auf die zentrale Achse der Hülse gesteckt ist, einem Zahnrad 35, welches ebenfalls auf der Achse 36 angebracht ist, und einem Ritzelzahnrad 37, das gleichfalls drehbar auf der Achse 36 vorgesehen ist. Das Zahnrad 35 hat einen

-9-

609823/0006

OBiGlNAU INSPECTED

917

Zahn mehr oder einen Zahn weniger als das Zahnrad 34. Das Ritzelzahnrad 21 greift mit seinen Zähnen in die Zähne beider Zahnräder des Zahnrades 34 und 35 ein, so daß das Zahnrad mit dem Zahnrad 34 zusammen bewegt wird, wenn der Motor erregt ist. Somit erfolgt die Betätigung des Ritzelzahnrades 21 und der Zahnräder 34 und 35 in gleicher Weise, so daß sich daraus ein entsprechendes Zahnradsystem ergibt. Da das Zahnrad 35 einen Zahn mehr oder weniger als das Zahnrad 34 aufweist, dreht sich die Welle 36, welche gegenüber dem Zahnrad 35 bzw. mit diesem fest verbunden ist, um einen Betrag, der gleich zu der reziproken Zahl der Zähne auf dem Zahnrad 34 ist, mit jeder Umdrehung des Ritzelzahnrades 21, dessen Zähne in jedes dieser Zahnräder eingreifen. Dabei ist zu beachten, daß das Zahnrad 34 auf die Welle 36 aufgesteckt ist.

Aus der Darstellung von Fig. 1 geht deutlich hervor, daß das Untersetzungsgetriebe für den Motor innerhalb der öffnung der Feldspule 12 des Motors liegt. Aus dem oben Gesagten geht hervor, daß die Geschwindigkeitsreduktion ausschließlich durch die Verwendung eines Ritzelzahnrades, eines aufgesteckten Zahnrades und eines mit dem Zahngetriebe drehbaren Zahnrades ermöglicht ist. Diese beachtliche Raumersparnis wird erreicht bei sonst gleichbleibenden Ausgangsbedingungen

609823/0006

-10-INSPECtED

Τ/88179

für den Motor. So besitzt beispielsweise die dargestellte Ausführungsform mit einem Durchmesser von ungefähr 5 cm und 1,3 cm Dicke eine Ausgangsgeschwindigkeit von 8 U/min, und ein Ausgangsdrehmoment von 1,15 kg/cm bei einer Eigangsspannung von 115 V. Das Ausgangsdrehmoment des Rotors bei einer Eingangsspannung vom 115 V eines 60 per. Wechselstomes liegt zwischen 72 g/cm und 86,4 g/cm.

Die Ösen 38 an der Hülse 10 werden auf die Ösen 39 der Hülse 11 gelegt und bilden ein Hilfsmittel, um die beiden Hülsen 10 und 11 zusammenzuhalten, so daß sie ein Gehäuse bilden, welches den Motor aufnimmt.

Fig. 2 stellt einen Querschnitt dar, der die Anordnung der Feldspule 12 des Rotors, welcher sich zwischen den spinnenartigen Rundstücken 14 und 15 bzw. der permanenten Magnetscheibe 13, dem Zahnraduntersetzungsgetriebe mit dem Ritzelzahnrad 21, dem aufgesteckten Zahnrad 34 und dem Zahnrad 35, befindet. Weiter ist aus Fig. 2 ersichtlich, daß das Zahnraduntersetzungsgetriebe innerhalb der Feldspule 12 angebracht ist. Somit ist der Motor mit Getriebe in einer kompakten Ausführungsform vorliegend und zeichnet sich besonders durch eine sehr flache zylindrische Form mit einer minimalen Zahl von beweglichen Teilen aus, wobei der Rotor

-11-609823/0006

eine niedrige Ausgangsgeschwindigkeit liefert. Das Ritzelsahnrad 37 auf der Ausgangswelle 36 ist ein Hilfsmittel dafür _t den Motor mit einer Antriebsvorrichtung zu koppeln.

In der Fig. 3 ist die Wirkungsweise des Ritzelzahnrades 21, des aufgesteckten Zahnrades 34 und des Zahnrades 35 dargestellt.

Wenn sich der Rotor des Motors in Richtung des Pfeiles 5O dreht, wird sich das Ritzelzahnrad 21 in Richtung des Pfeiles 51 drehen, und zwar in den Zahnrädern 34 und 35 entlang des Pfeiles 50. Da das Zahnrad 34 auf die untere Hülse aufgesteckt ist, und da das Zahnrad 35 einen Zahn mehr als das Zahnrad 34 aufweist und da weiterhin das Ritzelzahnrad mit seinen Zähnen in beide Zahnräder 34 und 35 eingreift, wird somit das Zahnrad 35 in Richtung des Pfeiles 52 rotieren. (Wenn das Zahnrad 35 einen Zahn weniger als das Zahnrad 34 aufweist, wird das Zahnrad 35 sich entgegen der Pfeilrichtung 52 drehen.)

Aus der Darstellung der Fig. 4 wird ersichtlich, daß das Ritzelzahnrad 21 über beide Zahnräder 34 und 35 hinweggreift, und daß das Zahnrad 34 auf die Hülse 11 aufgesteckt ist.

-12-

60 9 8 23/0006

ORIGINAL INSPECTED

In Fig. 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Zahnradgetriebes dargestellt. Der Unterschied zwischen diesem Zahnradgetriebe und dem oben beschriebenen besteht darin, daß die Zähne von zwei Zahnrädern innerhalb eines Zahnkranzes angeordnet sind. Diese Zahnradanordnung macht eine weitere Herabsetzung der Reibungsverluste des Motors möglich und bringt eine größere Raumersparnis.

Der Rotor 53 besteht wiederum aus einer permanenten Magnetscheibe, die zwischen zwei spinnenartigen Rundstücken angeordnet ist. Ein Glied 54 weist einen Stutzen 55 mit einem Querschnitt von Doppel-D-Form auf, der zentral liegend in den Rotor 53 eingepaßt ist, so daß der DD-Schaft 55 in das Glied mit der Doppel-D-öffnung 53' des Rotors eingepaßt ist.

Das Ritzelzahnrad 57 ist auf dem zentrisch angebrachten Lager 56 frei beweglich. Die hervorragenden Teile 58' des Zahnrades 58 sind in die Ausnehmungen 63 der Hülse 11 eingebracht. Das Zahnrad 59 ist auf der Welle 61 montiert, so daß es mit dieser gedreht wird. Die Buchse 60 wird in die Ausnehmung 64 der Hülse 11 eingebracht. Das Zahnrad 59, welches einen Zahn mehr oder weniger als das Zahnrad 58 aufweist, befindet sich zwischen der Hülse 11 und dem Zahnrad 58 und ist frei beweglich.

-13-

60982 3/0006

1783179

In Fig. 6 ist eine Draufsicht der Anordnung dargestellt, die die Wirkungsweise des Ritzelzahnrades 57 und der Zahnräder 58 und 59 verdeutlicht. Wenn sich der Rotor 53 dreht, bewegt sich das Ritzelzahnrad 57, welches frei beweglich auf der exzentrischen Welle 56 angebracht ist, im Eingriff mit den beiden Zahnrädern 59 und 58, wobei sich das Zahnrad innerhalb der Zahnräder 58 und 59 in Richtung des Pfeiles dreht. Das Ritzelzahnrad 57 dreht sich über der exzentrischen Welle 56 in Richtung des Pfeiles 66.

Da das Zahnrad 59 einen Zahn mehr oder weniger als das Zahnrad 58 aufweist, dreht sich das Zahnrad 59 eine Zahnbreite weiter bezüglich des Zahnrades 58 bei jeder Umdrehung des Rotors.

Aus der Querschnittsdarstellung in Fig. 7 ist ersichtlich, daß der Rotor 53 und das Reduktionszahnradgetriebe so angeordnet ist, daß die Zahnräder 58 und 59 und das Ritzelzahnrad 57 zusammen mit dem Motor zwischen den beiden Hülsen 1O und 11, die das Gehäuse des Motors darstellen, untergebracht sind. Die Reibungsoberflächen des Zahnradgetriebes sind um das Zentrum der Ausgangswelle 61 zusammengefaßt, so daß sie keinen beträchtlichen Druck auf den Motor ausüben. Das Ritzel zahnrad 62 ist ein Hilfsmittel zur Kopplung des Motors mit einer angetriebenen Vorrichtung.

-14-

$09823/0006

INSPEOTii

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Getriebe für einen Synchronmotor, bestehend aus teilzylindrisch geformten, in einer Vielzahl radial angeordneten Polstücken innerhalb eines zusammengesetzten Gehäuses, wobei die Polstücke paarig ineinander greifenden, den Kreis der Pole des Stators formend, einer in dem Gehäuse ringförmig im Abstand zwischen den Statorpolen und den äußeren Wänden des zylindrisch geformten Gehäuses angeordneten Feldspule und einem eine Vielzahl hervorspringende Pole aufweisenden, drehbar in dem Gehäuse angeordneten, einen gleichmäßigen Luftspalt zwischen den hervorspringenden Polen und den Statorpolen bildenden Permanentmagnetrotor, wobei das untersetzungsgetriebe an dem Äusgangsritzel des Motors angreift, dadurch gekennzeichnet , daß das Untersetzungsgetriebe vollständig im Bereich der Begrenzung der Feldspule (12) angeschlossen ist und ein erstes, von dem Gehäuse gestütztes Zahnrad (34) und ein zweites, eine unterschiedliche Zahl von Zähnen gegenüber dem ersten Zahnrad aufweisendes und feststellbar auf der Ausgangswelle (36) montiertes Zahnrad (35) einschließt, wobei die die Kopplung des Rotors (13,14,15) mit der Ausgangswelle des Motors gewährleistende Welle (36) konzentrisch mit dem

-15-

609823/0006

1783179

er s ten Zahnrad verläuft und ein Ritzelzahnrad (21)
gleichzeitig in das erste und das zweite Zahnrad (34,35) eingreift, so daß das zweite Zahnrad in Beziehung mit dem ersten Zahnrad stehend sich dreht, wenn der Rotor in Drehung ist.

2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Zahnrad (35) einen Zahn mehr als das erste Zahnrad (34) aufweist, und daß die damit erreichte Geschwindigkeitsuntersetzung gleich dem reziproken Wert der Zahl der Zähne des ersten Zahnrades gebenüber dem zweiten Zahnrad ist.

3. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Zahnrad (34) und das zweite Zahnrad (35) des Getriebes nach außen gerichtete Zähne aufweist, und daß das Ritzelzahnrad (21) drehbar auf der am Rotor (14,15, 13)· befestigten Welle (17) angebracht ist, wobei bei Drehung des Rotors das Ritzelzahnrad (21) auf den Zähnen der Zahnräder ( 34,35) um diese herumgeführt abrollt.

609823/0006

178^179

4. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnräder (58,59) nach innen gerichtete Zähne aufweisen und daß das Ritzelzahnrad (57) drehbar auf der exzentrischen Welle (56) des Rotors (75),in die Zähne der Zahnräder (58,59) eingreifend,sich auf diesen abrollend, angebracht ist.

ORIGINAL INSPECTED 6 0982 3/0006