Синхронный двигатель для привода часовых и других подобных механизмов

Синхронный двигатель для привода часовых и других подобных механизмов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

¹ 1765 3д

ПАТЕНТ НА ИЗОБРЕТЕНИЕ

ОПИСАНИЕ синхронного двигателя для привода часовых и других подобных механизмов.

К патенту ин-ца P. Михля (R. Michl) в г. Кошице, Чехо-Словакия, заявленному 25 июня 1924 г. (ваяв. свид. № 78519).

0 выдаче патента опубликовано Зо октября 1026 г. Действие патента распространяется на 15 лет от 15 сентября 1924 г.

Предлагаемое изобретение касается таких,синхронных двигателей для привода часовых механизмов и т. п., при которых в качестве роторов применяются зубчатые полюсные колеса, приводимые в непрерывное вращение при питании статорной части двигателя однофазным или многофазным переменным током. Если в таком двигателе полюса постоянного магнита и магнитно связанного с ним электромагнита расположены так, что они действуют лишь на протяжении одного полюсного зубца, то замыкание потока силовых линий между различными полюсами происходит отчасти непосредственно, и эта часть потока не используется для производства вращающего момента. То же самое имеет место и при действии переменных полюсов, когда они работают только на одном зубце и на следующей за ним межзубцовой впадине полюсного колеса, так как B этом случае замыкание магнитного потока происходит даже непосредственно между магнитными полюсами. Если электромагниты с катушками переменного тока насажены на полюса постоянного магнита, то последние опять не обнаруживают достаточного действия, так как таковое может проявиться лишь в порядке поочередности действия на переменные полюсы насаженного электромагнита.

Основная цель предлагаемого изобретения заключается в том, чтобы использовать по возможности без остатка, для получения вращающего момента, магнитное действие полюсов как постоянного магнита, так и электромагнита. Эта цель достигается тем, что из полюсов обоих магнитов, непосредственно действующих на полюсное колесо, расстояние между данным полюсом и вторым полюсом того же магнита устанавливается больше расстояния от того же первого полюса до полюса другого магнита. Вследствие этого, колебательное магнитное напряжение, создаваемое переменным током, меняется лишь между полюсами различных магнитов, и замыкание силовых линий может происходить всегда лишь через полюсное колесо, коего вращающий момент соответственно усиливается.

Изобретение допускает различные формы выполнения. Так, при электро. магните, укрепленном своим нейтральным местом к полюсу постоянного магнита, свободный полюс первого может быть расположен ближе к полюсам последнего, чем эти полюса между собой; то же может иметь место и для обращенного устройства, когда электромагнит одним полюсом соединен с нейтральным местом постоянного магнита и, кроме того, электромагнит можег быть устроен в виде магнита для пи- тания однофазным или мчогофазны:1 током.

Коэффициент полезного действия таких двигателей, при которых электромагнит одним своим полюсом укреплен к нейтральному месту постоянного магнита, может быть еще улучшен при одновременном упрощении устройства, если составить постоянный магнит из прямых и круглых стальных стержней, служащих в то же время опорными колонками для всей конструкции двигателя.

На чертежах представлены. в виде примера, шесть форм выполнения синхронного двигателя, устроенного согласно изобретению и предназначенного для установки внутри коробки часов, Фиг. 1 изображает вид спереди двигателя с одним полюсным колесом; фиг. 2 — веотикальный разрез по линии 2 — 2 на фиг. 1; фиг. 3— горизонтальный разрез по линии

3 — 3 на фиг. 1; фиг. 4 — вид в плане соответствующего ротора; фиг. 5 8 относятся к второй конструкции, причем фиг. 5 изображает вид спереди на двигатель; фиг. 6 †ве.икальный разрез по линии 6 †на фиг. 5; фиг. 7— горизонтальный разрез по линии

7 — 7 на фиг. 5 и фиг. 8 †в в плане соответствующего ротора; фиг. 9 и 10 относятся к третьей форме выполнения, причем фиг. 9 изображает вид спереди, а фиг. 10 — разрез по линии

10 — 10 на фиг. 9; фиг. 11 — 14 относятся к четвертой форме выполнения, сходной с фиг. 1, но приспособленной для пуска в ход и работы двигателя многофазными переменными токами, причем фиг. 11 изображает передний вид; фиг. 12 — вертикальный .разрез по линии 12 — 12 на фиг. 11; фиг. 13 в горизонтальный разрез по линии 13 — 13 на фиг. 1 и фиг. 14 —, вид в плане соответствующего ротора. При всех этих четырех формах выполнения червячная и колесная передача для изменения скорости на медленное вращение часовых стрелок на чертеже не показана, во избежание его затемнения лишними деталями. Фиг. 15 — 20 и 21 — 23 дают, наконец, две формы выполнения двигателя, собранного из простых стержней.

На фиг. 1 — 4 прикрепленный к коробке часов бугель (а) служит поддержкой для постоянного согнутого в виде буквы С магнита (6), один из полюсов которого соединен с полюсным башмаком (б,), а другой с нейтральным местом (е,) электромагнита (е). Полюса (е,) и (е,) последнего подведены к полюсным зубцаи (с,) колеса (с), образующего ротор, таким образом, что, если один из полюсов находится в сфере действия зубца, то другой полюс располагается против впадины. Наоборот, полюс (b,) находится непосредственно над полюсным колесом (с), так что последнее намагничивается, вследствие индукции, и соответственно этому все полюсные зубцы (с,) получают одинаковую магнитную полярность. Точное положение полюсов (е,) и (е ) у полюсных зубцов над полюсным колесом показано на фиг. 1 и 4. Когда один из этих полюсов находится точно над полюсным зубцом. другой полюс, противоположной полярности, находится в точности над межзубцовой впадиной. Вертикальный вал (д) полюсного колеса (с) поддерживается снизу в подпятнике бугеля (а) и передает свое вращение при посредстве червяка (д) от часового или иного двигателя.

Так как якорные полюса (е,) и (е,) расположены у различных полюсных зубцов, т.-е. не в области одного и того же полюсного зубца. и смежной с ним впадины, то получается такое расстояние между полюсами, при котором непосредственный переход силовых линий между ними оказывается в сильной степени затрудненным.

Вместе с теи обеспечивается простота конструкции двигателя, в особенности в отношении расположения магнитных полюсов у полюсного колеса, которое позволяет в значительной степени уменьшить магнитные сопротивления перехода между магнитными полюсами и колесом, посредством придания полюсным поверхностям достаточно больших размеров, так что этим путем обеспечивается получение лучшего коэффициента полезного действия. Магнитная сила возбуждающего механизма (Ь), примыкающего к нейтральному месту (е,) электромагнита, соразмеряется таким образом, чтобы она равнялась электромагнитной силе одного колена электромагнита (е), это содействует еще большему повышению коэффициента полезного действия предлагаемого двигателя.

При устройстве двигателя по фиг.

1 — 4 один из якорных полюсов приходится всегда над межзубцовой впадиной полюсного колеса и; вследствие этого, является бездействующим. Этот недостаток устранен в конструкции по фиг. 5 — 8. С целью полного использования полюсов электромагнита (e), при каждой полюсной перемене один из этих полюсов (е,) находится у полюсного колеса (c), а другой (е,,)— у нейтрального места (Ь,) постоянного возбуждающего магнита (Ь), тогда как полюса (b„b ) последнего расположены так, что при расположении одного полюса над зубом вращающегося диска ((. ) — другой полюс должен располагаться в промежутке между зубцами. При такой конструкции оба полюса электромагнита действуют при каждой полюсной перемене, а именно, при одной полюсной перемене через полюс (е,) и его башмак (е,) к полюсному колесу (с). от него через по;посный зубец (С,) к полюсному башмаку (b,) возбуждающего магнита и через его колено к нейтральному месту (Ь,,), а оттуда обратно в электромагнит через его полюс (в,). При другой полюсной перемене тот же ход магнитного потока идет в обратном направлении через нейтральное место (Ь,,) и другое колено возбуждающего магнита, заканчивающееся полюсным башмаком (Ь ).

Этим достигается дальнейшее повышение отдачи двигателя, т.-е. уменьшение стоимости тока.

В обоих конструкциях (фиг. 1 — 4 и фиг. 5 — 8) возбуждающий магнит, а во втором примере также электромагнит, изолированный магнитно от бугеля (а) накладками или yro iками (Й) и винтами (ii). В обоих случаях катушка переменного тока на электромагните обозначена буквой (f). Для сообщения системе большей жесткости, возбудительные полюса (Ь,) и (b,) (фиг. 5) соединены с полюсным башмаком (e,) электромагнита подпорками (m) из немагнитного металла. Положение полюсов .(Ь,) и (Ь,,) над .полюсными зубцами (с,) видно на фиг. 5 и 8. Оба полюса электромагнита участвуют полностью в работе при каждой полюсной перемене, тогда как возбуждающий магнит во время каждой перемены тока действует поочередно одним из своих колен. Такое устройство не вызывает лишнего расхода тока, но зато оно требует применения возбуждающего магнита двойных размеров или двойной магнитной силы.

Для устранения и этого недостатка можно располагать полюсы обоих магнитов у двух полюсных колес противоположной полярности. Такая форма выполнения изображена на фиг. 9 и 10. В этом случае, возбуждающий магнит (Ь) соединен своими полюсами с полюсными башмаками (Ь,) и (Ь), которые, как показано на фиг. 10, расположены по бокам двух полюсных колес (c,) и (c,), образуя в то же время подшипники для вала (д) этих колес. Оба полюсных колеса укрепленьг на оси (

Описанные выше три формы вы- полнения синхронного двигателя пред- назначены для питания однофазным переменным током, а потому не могут сами собой приходить в действие из-за отсутствия вращающегося момента; в виду этого, они пускаются ) в ход при помощи известного и по- I тому на чертеже не показанного ускорительного приспособления в ком- бинации с пружиной.

Для возможности автоматического пуска в ход и работы многофазным переменным током, для каждой фазы устраивается отдельный электромагнит. Подобная форма выполнения двигателя для работы трехфазным током показана на фиг. 11 — 14. Здесь имеются три электромагнита (e„e . е.,), в которых один полюс соединен с воз- . буждающим магнитом (6) посред-,, ством общего мостика (e„). а другие,. полюсы (е „е,, и e,) расположены у плоскости вращения полюсных зуоцив, (c,) колеса (с). Возбуждающий магнит (Ь), соединенный с мостиком (е,), скреплен, как и на фиг. 1 и 2. с полюсным башмаком (li,); последний, расположен непосредственно над по- . люсным колесом (с), так что колесо, намагничивается вследствие индукции и, следовательно. все полюсные зуоцы . этого колеса имеют одинаковую маг- . нитную полярность. Точное положение якорных полюсов по отношению к полюснья зубцам над колесом (с) видно на фиг. 11 и 14. Взаимные расстояния между этими полюсами определяются шириной лежащих между ними зубцов и впадин, увеличенной на отрезок, соответствующий углу фазного сдвига между полюсным зубцом и смежной впадиной. В остальном конструкция одинакова с показанной на фиг. 1 — 4. Для определения целесообразного расположения трех якорных полюсов трех фаз у полюсного колеса (с,), можно, поскольку все зубцы (с,) этого колеса имеют одинаковую полярность, исходить из любого положения для одного полюса в области какого-либо зубца и смежной с ним впадины, располагая затем прочие полюса с соблюдением одинакового расстояния между ними. Точное определение их положения в области полюсного зубца и принадлежащей к нему впадины исходит, однако, из соображения, что при работе во время одного периода переменного тока мимо полюса электромагнита должны проходить точно один зубец и впадина. В виду этого, эти полюсы каждой из трех фаз должны располагаться на пути, проходимом одним зубцом с следующей за ним впадиной, в соответствии с протеканием трехфазной диаграммы, т.-е., например, у начала первой трети этого пути должен лежать полюс электромагнита первой фазы, у начала второй трети полюс второй фазы и у начала третьей фазы — полюс третьей фазы. Катушку (/) первого электромагнита надо присоединить к первой, катушку второго — ко второй и катушку третьего — к третьей фазе. Соответственно этому, эти три катушки могут быть присоединены к трехфазной сети по методу треугольника или звезды. B последнем случае рекомендуется соединить нулевую точку синхронного двигателя с нулевой точкой источника тока. При включении трех фаз, такой трехфазный синхронный двигатель, вследствие его небольшой массы. движущейся с небольшой окружной скоростью при малых сопротивлениях трения. приходит в действие бесшумно и продолжает бесшумно же работать при регулярном действии.

Двигатель может приводиться в действие также только двумя фазами переменного тока при форме выполнения по фиг. 1 4, если один полюс электромагнита сдвинут на фазный угол 90 и каждая из двух катушек якорных магнитов включена в одну фазу.

Многофазный синхронный двигатель можно питать при нормальном режиме однофазным током и пускать в ход при помощи одной или двух так называемых вспомогательных или искусственных фаз. С этой целью электромагниты устраиваются переставными, так что их полюса можно точно устанавливать у плоскости вращения полюсных зубцов (с,) в соответствии с углом сдвига искусственной фазы по отношению к рабочей фазе. Для возможности перестановки полюсов можно, например, снабдить прорезами соединительный мостик (e,), к которому привинчены магниты.

Двигатель по фиг. 1 — 4 может быть пущен в ход посредством одной искусственной фазы, двигатель по фиг.

11 †1 — посредством двух искусственных фаз. В последнем случае, средний электромагнит (е) должен получать рабочую фазу. а из двух других (e,) и (e,,) один — опережающую, а другой — отстающую искусственную фазу.

Для того, чтобы искусственные фазы получали ток лишь с целью пуска в ход на время пускового периода, в цепь должен быть включен нажимной контакт, который замыкает ток лишь в течение того времени, пока контакт остается нажатым. Такой нажимной контакт желательно вводить в цепь и при двигателях. приводимых в действие нормальным многофазным током с тем, чтобы мотор можно было пускать в ход как многофазный, а затем, при нормальном режиме работы, питать его как однофазный. так что после нарушения нормальной работы мотор не приходит сам по себе в действие и тем самым, в случае привода часового механизма, не может незаметным образом привести к неверному показанию времени.

На фиг. 15 — 23 изображены упрощенные формы выполнения такого синхронного двигателя с электромагнитом, один полюс которого укреплен к нейтральному месту постоянного магнита. Постоянный стальной магнит составлен из прямых и круглых стальных стержней (m ), (п ). которые служат в то же время опорными колонками для всей конструкции мотора. Нейтральное место образуется верхней доской (), штампованной из железного листа; в нее ввернуга цапфа для верхнего подшипника вертикального вала (с,,) ротора, а также верхний конец опорной колонки (s). Этой же железной доской () магнитно связан верхний конец железного сердечника (е) электромагнита, привинченного к ней между обоими стальными стержнями (m ). как показывает фиг. 18. К нижним концам магнитных стержней, т.-е. к их свободным полюсам, привинчены пластинчатые полюсные башмаки и S, как показано на фиг. 18.

В промежуток между ними входит полюсный выступ (e ) электромагнита (е) (фиг. 15), который свинчен с обоими полюсными башмаками lY u S npu посредстве наложенной на них латунной пластины ®, удерживаясь ею в правильном положении относительно плоскости башмаков. Выступ (e ) снабжен горизонтальным вырезом, в котором вращается ротор или. точнее говоря, его зубцы (с ). Благодаря применению этого выреза. уменьшается приблизительно вдвое потеря силовых линий в зазорах, по сравнению с односторонним расположением магнитных полюсов y poTopa. Так как последний охватывается выступом (e ) с трех сторон. Полюсные башмаки !

У и S постоянных стержневых магнитов (m,) могут также получить форму, подобную выступу (е ), т.-е. охватывать ротор с трех сторон.

Самый ротор представлен в двух формах выполнения на фиг. 19 и 20. На фиг. 19 ротор состоит из двенадцати штампованных из листового металла и изолированных магнитно друг от друга железных секторов (c ), зажимаемых между двумя половинами роторной втулки, после тщательной проверки точности их положения правильным шаблоном, и припаиваемых к ней. На фиг. 20 ротор состоит из круглого диска из листового металла, который снабжен средним отверстием для точно центрального укрепления на роторной втулке и радиальными вырезами, доходящими почти до этого отверстия; но при этой форме выполнения имеет место нежелательное прохо>кдение силовых линий между железными секторами (е ) у среднего отверстия.

Нижняя часть опорной колонки (е) до пластины (d) или даже вся колонка и нижняя соединительная поперечина (гг), которая служит поддержкой для подпятника ротора и для пускового приспособления к двигателю, изготовляются„ с целью магнитной изоляции, из немагнитного материала. напр., из латуни. Два центробежных маятника (1г) у верхнего конца роторного вала (с ) служат для синхронизирования.

Червячная передача (

Для увеличения мощности двигателя, у ротора можно устроить так, чтобы несколько электромагнитов чередовались с постоянными возбуждающими полюсами чередующейся полярности.

При этом наибольшее возможное число электромагнитов берется равным числу секторов ротора. Ширина полюсных башмаков N u S у ротора равна при этом ширине полюсного выступа (е ), которая должна составлять одну треть ширины сектора (е ) ротора.

Фиг. 21, 22 и 23 изображают форму выполнения двигателя с двумя электромагнитами; расположенные между ними с каждой стороны постоянные возбуждающие полюсы предназначаются для достижения мощности действия двумя магнитными стержнями (ггг ) одной и двумя стержнями (пго) другой полярности. Поскольку одинаково положение магнитных полюсов у ротора в направлении вращения по отношению к секторам (e ) ротора при применении нескольких электромагнитов, эти электромагниты можно питать однофазным током в f12pR!Iлельном или последовательном соединении. Если же изменить это расположение соответственно сдвигу фаз употребительных многофазных систем, можно питать двигатель многофазным током. и г г д и в т и л т г. н т л. г. Синхронный двигатель для ггривода часовых и других подобных механизмов, характеризующийся применением постоянного согнутого в виде буквы (магнита (6), к одному полюсу которого прикреплен широкий башмак (6,), расположенный над железным зубчатым диском (с), механически связанным с часовым или инь,м приводом (d), и намагничиваюший этот диск так, что все зубцьг его получают одну и ту же полярность, к другому полюсу какового постоянного магнита прикреплен двухсердечниковый электромагнит (/, /), питаемый переменным током и снабженный узкими башмаками (е, — e ), размещенными над зубчатой частью диска (с) так, чтобы при положении одного башмака над зубцом, другой башмак располагался над впадиной, с целью получения между башмаками и зубцами, при изменении намагничивающего тока, постоянно действующего касательного усилия (фиг. 1. Z, 3. 4).

2. Видоизменение охарактеризованного в п. 1 синхронного двигателя, отличающееся тем, что, во-первых, постоянный магнит имеет подковообразную форму и снабжен на концах узкими башмаками (6,), (6,,), размещенными над вращающимся зубчатым диском (С) так, чтобы, при положении одного башмака над зубцом, другой башмак располагался над впадиной. во-вторых, что электромагнит переменного тока О) имеет прямолинейный сердечник, один конец которого прикреплен к середине постоянного магнита, а другой конец снабжен широким башмаком (е,), (е,), расположенным над вращающимся диском (С) (фиг. 5, б, 7, 8).

3. Видоизменение охарактеризованного в п. 1 синхронного двигателя„ отличающееся тем, что между полюсами (b и 6") подковообразного поcT05IHH0I о магHHTR (6 — 6) два зубчатых диска (С,— С,), насаженных на общую ось (б), а сердечник электромагнита переменного тока (/ — /) имеет подковообразную форму (фиг. 9, 10).

4. Видоизменение охарактеризо-,; ванного в п. 1 синхронного двига-, теля, отличающееся тем, что, во-первых, применен не один постоянный магнит, а одна или несколько пар прямолинейных постоянных магнитов (m ), (т ), одни концы которых связаны общей накладкой (Р), (i ), а дру- гие концы снабжены башмаками

Ж, S, расположенными над вращаю- щимся зубчатым диском (с — с ), вовторых, применено равное числу пар магнитов число электромагнитов пе-, ременного тока с прямолинейными сердечниками (а), на которых укреплены башмаки (е ) с прорезами, охватывающими зубчатую часть вращающегося диска (с — с ) (фиг. 15, 16, 17, 18, 21, 22, 23).

5. Видоизменение охарактеризованного в п. 1 синхронного двигателя, отличающееся тем, что к одному из полюсов постоянного магнита (б — 6) прикреплены три электромагнита, питаемые трехфазным током, в коих свободные концы сердечников снабжены башмаками, расположенными над зубчатой частью вращающегося диска (С) со сдвигом Ilo отношению к зубцам его на одну треть шага зубцов.

Типо-иитографин «Красный Печатник», 1енингоад, Международный, i5.