DE1788179B2 - Untersetzungsgetriebe für einen Synchronkleinmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen mit einem Untersetzungsgetriebe zusammengebauten Synchronkleinmotor, bestehend aus einer Vielzahl teilzylindrisch geformter, radial angeordneter Polstücke innerhalb eines zusammengesetzten Gehäuses, wobei die Polstükke paarig ineinander greifend den Kreis der Pole des Stators formen, 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 Ausgangsritzel des Motors angreift

Eine derartige Vorrichtung ist bereits bekannt (US-PS 3! 46 363).

Für einen Synchronkleinmotor mit Untersetzungsgetriebe der angegebenen Art gibt es eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten, etwa in Zeituhren und in automatischen Zeitfolgeschaltern für Waschmaschinen und dergleichen mehr. Dabei ist es das Bestreben, diese Vorrichtungen immer kleiner auszubilden, um entspre chenden Forderungen nachzukommen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art

ίο baulich derart zu gestalten, daß sie bei entsprechender Ausgangsgeschwindigkeit nicht nur in den Abmessungen besonders klein ist, sondern auch in der besonderen Anordnung der Einzelteile zueinander vereinfacht ist. Die Lösung dieser Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Hauptanspruchs angegebenen Merkmale erreicht.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Da die Rotoren von Synchronmotoren mit einer größeren Geschwindigkeit rotieren und ein kleineres Drehmoment liefern als es bei den meisten zeitgebenden Vorrichtunge 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 der des Vorhandenseins von nur zwei beweglichen Zahnradelementen liegt in der Herabsetzung von schädlichen Reibungsverlusten. Es ist besonders hervor zuheben, daß das Getriebe vollständig innerhalb des Begrenzungsbereiches der Feldspule des Synchronmotors liegt.

Einzelheiten der Erfindung und ihrer Beschaffenheit werden aus der folgenden Beschreibung im Zusammen hang mit den Zeichnungen verdeutlicht, die sich auf beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung beziehen. Es bedeuten

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

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

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

F i g. 4 einen Querschnitt entlang der Linie 7-7 von Fig. 3.

Fig.5 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform eines vollständigen Untersetzungsgetriebes, F i g. 6 eine Teilansicht zur Darstellung von F i g. 5, F i g. 7 einen Querschnitt entlang der Linie 10-10 von F i g. 5 zur Darstellung der Wirkungsweise des Unterseztungsgetriebes.

Das die Ausgangsgeschwindigkeit eines Synchronmotors reduzierende Getriebe liegt vollständig im Bereich der Begrenzung der Felspule und besteht im wesentlichen aus einem ersten von dem Gehäuse gestützen 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 Ausgangswellle 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 F i g. 1 sind in einer auseinandergezogenen perspektivischen Darstellung die einzelnen Teile einer Ausführungsform des Synchronmotors mit Getriebe dargestellt.

Der Synchronmotor ist zwischen dem oberen Lagerschild 10 und dem unteren Lagerschild 11, die zusammen das Gehäuse bilden, untergebracht. Das Material dieser Lagerschilde 10 und 11 kann aus einfachem, kaltgewalzten Stahl bestehen, vorzugsweise aus getemperten bzw. aus ausgeglühtem Stahl. Alle Pole bestehen aus schlanken, radial angeordneten Streifen, die aus Teilen der Lagerschilde geformt sind bzw. aus denselben herausgebogen sind, so daß sie parallel zu der Zentralachse angeordnet sind und sich über den Rand jedes Lagerschildes hinaus erstrecken.

Die Größe der beiden Lagerschilde 10 und 11 ergibt sich aus den Charakteristiken der Konstruktion des Motors. In den Zeichnungen sind beispielsweise Ausführungsformen des Motors dargestellt. Die Lagerschilde 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 w und ragen etwa 0,3 cm über den Rand jedes Lagerschildes hinaus.

Die Pole, die aus den Böden der Lagerschilde heraus geformt sind, stellen die Statorfeldpole des Motors dar. In der Ausführungsform sind die Abstände der Pole in einem bestimmten Verhältnis zueinander angeordnet. In dem Lagerschild 11 sind diese Pole von oben gesehen und in Uhrzeigerrichtung fortschreitende folgendermaßen angebracht: der Pol +1 Hegt bei 0° und weist eine doppelte Breite auf, der Pol + 2 befindet sich bei 24° und ist doppelt breit, der Pol +3 liegt bei 42° und hat eine einfache Breite, der Pol +4 ragt bei 120° mit doppelter Breite aus dem Gehäuseboden heraus, der Pol +5 liegt bei 144° und ist doppelt breit, der Pol +6 befindet sich bei 162° mit einfacher Breite, der Pol + 7 ist bei 240° mit doppelter Breite vorgegeben, der Pol +8 liegt bei 264° und ist doppelt breit, der Pol +9 ist bei 282° mit einfacher Breite vorgesehen. Die Pole des Lagerschildes 10 weisen die gleichen Winkelpositionen auf, wenn sie von oben gesehen betrachtet werden und dabei in so entgegengesetzter Uhrzeigerrichtung fortgeschritten wird. Wenn die beiden Lagerschilde 10 und 11 mit ihren offenen Seiten aufeinandergelegt sind, greifen die einfach breiten Pole in die angrenzenden Abstände jedes Paares der doppelt breiten Pole des gegenüberliegenden Lagerschildes 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 Lagerschilde 10 und U und den zu einem Ring ω geformten Statorpolen befindet. In dem Ausführungsbeispiel best» ht die Spule 12 aus annähernd 5 000 Windungen von 40-A.-Windungen, und zwar aus lackiertem Kupferdraht, der — wie in F i g. 1 gezeigt — in mit Litze isoliertem Draht endet.

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

Die Gesamtanordnung besteht aus den zwei klauenpolartigen Polstücken 14 und 15 und der Permanent-Magnetscheibe 13, die passend in einem in seinem Querschnitt eine DD-Form aufweisenden Dorn sitzt, der aus Plastik besteht und einen Teil des Gliedes 16 darstellt, wobei dieses Glied 16 ein Teil der einweggerichtete Drehbewegungen ermöglichenden Vorrichtung und der Rotorstütze darstellt. Des weiteren ist eine Welle 17 vorhanden, die durch die Ausnehmung 18 in dem Polstück 14, die Ausnehmung 19 in der Permanent-Magnetscheibe 13 und die Ausnehmung 20 in dem Polstück 15 hindurchführt. Ein Ritzel 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 der 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 dem Ritzel 21, welches drehbar auf der Welle 17 angebracht ist, einem Zahnrad 34, welches auf die zentrale Achse 36 des Lagerschildes 11 gesteckt ist, einem Zahnrad 35, welches fest auf der Achse 36 angebracht ist, und einem Ritzel 37, das gleichfalls auf der Achse 36 vorgesehen ist Das Zahnrad 35 hat einen Zahn mehr oder einen Zahn weniger als das Zahnrad 34. Das Ritzel 21 greift mit seinen Zähnen in die Zähne beider Zahnräder des Zahnrades 34 und 35 ein, so daß das Zahnrad 35 mit dem Zahnrad 34 zusammen bewegt wird, wenn der Motor erregt ist Somit erfolgt die Betätigung des Ritzels 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, weiche mit dem Zahnrad 35 fest verbunden ist, um einen Betrag, der gleich zu der reziproken Zahl der Zähne auf dem Zahnrad 34 ist, mit jeder Umdrehung des Ritzels 21, dessen Zähne in jedes dieser Zahnräder eingreifen. Dabei ist zu beachten, daß das Zahnrad 34 auf die Welle 36 nur aufgesteckt ist

Aus der Darstellung von F i g. 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 Ritzels, eines aufgesteckten Zahnrades und eines mit

dem Zahngetriebe drehbaren Zahnrades ermöglicht ist. Diese beachtliche Raumersparnis wird erreicht bei sonst gleichbleibenden Ausgangsbedingungen 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 Eingangsspannung von 115 V. Das Ausgangsdrehmoment des Rotors bei einer Eingangsspannung von 115 V eines 60 per. Wechselstromes liegt zwischen 72 kg cm und 86,4 g cm.

Die ösen 38 am Lagerschild 10 werden auf die ösen 39 des Lagerschildes 11 gelegt und bilden ein Hilfsmittel, um die beiden Lagerschilde 10 und 11 zusammenzuhalten, so daß sie ein Gehäuse bilden, welches den Motor aufnimmt.

F i g. 2 stellt einen Querschnitt dar, der die Anordnung der Feldspule 12 des Rotors, welcher sich zwischen den klauenpolartigen Polstücken 14 und 15 bzw. der permanenten Magnetscheibe 13, dem Zahnraduntersetzungsgetriebe mit dem Ritzel 21, dem aufgesteckten Zahnrad 34 und dem Zahnrad 35, befindet. Weiter ist aus F i g. 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 eine niedrige Ausgangsgeschwindigkeit liefert. Das Ritzel 37 auf der Ausgangswelle 36 ermöglicht es, den Motor mit einer Antriebsvorrichtung zu koppeln.

In der F i g. 3 ist die Wirkungsweise des Ritzels 21, des aufgesteckten Zahnrades 34 und des Zahnrades 35 dargestellt.

Wenn sich der Rotor des Motors in Richtung des Pfeiles 50 dreht, wird sich das Ritzel 21 in Richtung des Pfeiles 51 drehen, und zwar in den Zahnrädern 34 und 35 entlang des Pfeiles 50. Da das Zahnrad 34 auf dem unteren Lagerschild 11 aufgesteckt ist, das Zahnrad 35 einen Zahn mehr als das Zahnrad 34 aufweist und weiterhin das Ritzel 21 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 Ritzel 21 über beide Zahnräder 34 und 35 hinweggreift, und daß das Zahnrad 34 auf dem Lagerschild 11 fest aufgesteckt ist.

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 ^r> 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 permanen-

I" ten Magnetscheibe, die zwischen zwei klauenpolartigen Polstücken 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

ΙΊ Doppel-D-Öffnung53'des Rotors eingepaßt ist.

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

2^r> und ist frei beweglich.

In Fig. 6 ist eine Draufsicht der Anordnung dargestellt, die die Wirkungsweise des Ritzels 57 und der Zahnräder 58 und 59 verdeutlicht. Wenn sich der Rotor 53 dreht, bewegt sich das Ritzel 57, welches frei

jo 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 65 dreht. Das Ritzel 57 dreht sich über der exzentrischen Welle 56 in Richtung des

ίο 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.

■i" Aus der Querschnnittsdarsteilung in Fig. 7 ist ersichtlich, daß der Rotor 53 und das Reduktionszahnradgetriebe so angeordnet ist, daß die Zahnräder 58 und 59 und das Ritzel 57 zusammen mit dem Motor zwischen den beiden Lagerschilden 10 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 62 ist ein Hilfsmittel zur Kopplung des

■'>» Motors mit einer angetriebenen Vorrichtung.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Mit einem Untersetzungsgetriebe zusammengebauter Synchronkleinmotor, bestehend aus einer Vielzahl teilzylindrisch geformter, radial angeordneter Polstücke innerhalb eines zusammengesetzten Gehäuses, wobei die Polstücke paarig ineinander greifend den Kreis der Pole des Stators formen, 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 Ausgangsritzel des Motors angreift, dadurch gekennzeichnet, daß das vollständig im Innenbereich der Feldspule (12) angeordnete Untersetzungsgetriebe aus einem ersten, in dem Gehäuse (11) festgelegten Zahnrad (34) und einem zweiten, eine unterschiedliche Zahl von Zähnen gegenüber dem ersten aufweisenden, fest mit der Ausgangswelle (36) verbundenen Zahnrad (35) sowie aus einem Ritzel (21) besteht, welches in das erste und das zweite Zahnrad eingreift und auf einer parallel zur Abtriebswelle (36) und zur Motorachse angeordneten, im Rotor (13 bis 16) befestigten Achse (17) drehbar und exzentrisch zur Ausgangswelle (36) gelagert ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Zahnrad (35) einen Zahn mehr als das erste Zahnrad (34) aufweist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Zahnrad (34) und das zweite Zahnrad (35) des Getriebes nach außen gerichtete Zähne aufweist und daß bei Drehung des Rotors das Ritzel (21) auf den Zähnen der Zahnräder (34,35) um diese herumgeführt abrollt.

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