<Desc/Clms Page number 1>
Elektromotor
Die Erfindung bezieht sich auf einen Elektromotor, insbesondere einen Gleichstrommotor, mit einem Läufer aus einem magnetisierbaren Material, mit einem wenigstens eine Ständerwicklung aufweisenden Ständer sowie mit mindestens einer elektronischen Leistungsstufe, welche diese Ständerwicklung immer dann periodisch erregt, wenn das Magnetfeld dieser Wicklung auf den Läufer ein antreibendes Drehmoment auszuüben vermag, und welche durch ein mit dem Läufer umlaufendes Organ kontaktlos gesteuert wird sowie mit Mitteln zur Erzielung eines Selbstanlaufes des Motors aus allen Ruhelagen des Läufers.
Motoren dieses Typs, in denen durch elektronische Kommutierung ein Drehfeld erzeugt wird, das einen diametral magnetisierten Läufer antreibt, sind bereits bekannt. Bei diesen Motoren sind ausser den Erregerwicklungen im Ständer Steuerwicklungen angeordnet, in denen bei Passieren des Läufers Signale induziert werden. Diese Signale werden verstärkt den Erregerwicklungen zugeführt.
Bei diesen bekannten Motoren ist jedoch ein Selbstanlauf nicht möglich, da der Läufer in seiner Ruhestellung mit seiner magnetischen Achse parallel zu einer magnetischen Achse der Ständerpolestehen bleiben kann und sich dann in einer toten Zone befindet. Daher müssen derartige bekannte Motoren mit einer zusätzlichen Startereinrichtung versehen sein.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einfach aufgebauten Motor mit elektronischer Kommutierung zu schaffen, der vorzugsweise mit einphasigem Ständer arbeitet, hohe Drehzahlen erreichen kann und der aus allen möglichen Ruhelagen des Läufers selbst anläuft.
Zu diesem Zwecke ist der Motor nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass der Ständer längs seiner zwischenpolaren Achsen diametral aufgeschnitten ist.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 einen Motor mit diametral aufgeschnittenem Ständer und Fig. 2 ein schematisches Schaltbild der kontaktlosen Steuerung der Ständerwicklung AB bei einem Motor nach Fig. 1.
Auf Fig. 1 ist schematisch ein einphasiger Motor mit zweipoligem Ständer l, 2 und zweipoligem Läufer 3 dargestellt, wobei der Läufer diametral magnetisiert ist und die Pole N und S besitzt. Um bei diesen besonders einfach aufgebauten und einen guten Wirkungsgrad aufweisenden Einphasenmotoren einen Selbstanlauf zu erzielen, ist eine besondere Ständerstruktur derart vorgesehen, dass der Läufer nicht in denjenigen Winkelstellungen stehenbleiben kann, in denen das Magnetfeld der Ständerwicklung kein antreibendes Drehmoment auf den Läufer ausübt, d. h. also in derjenigen Lage, in der die magnetische Achse des Läufers mit der magnetischen Achse des Ständers zusammenfällt.
Das wird nach Fig. 1 dadurch erreicht, dass der zweipolige Ständer 1, 2 längs seiner zwischenpolaren Achsen diametral unter Bildung der kleinen Spalte 4 in zwei Hälften 1 und 2 aufgeschnitten ist. Die zwischen den Ständerpolen vorgesehenen Aussparungen 5 dienen zum Einlegen der nicht dargestellten Ständerwicklung. Wenn der Motor ausser Betrieb ist, nimmt der Läufer 3 die dargestellte Ruhelage ein, in welcher seine polare Achse mit der zwischenpolaren Achse der Ständerpole zusammenfällt, d. h. also senkrecht zur magnetischen Achse der Ständerpole liegt.
Dabei schliesst sich das Läuferfeld, wie schematisch durch Pfeillinien angedeutet, direkt über je-
<Desc/Clms Page number 2>
weils einen Ständerpol. Dieser magnetische Kreis hat einen geringeren magnetischen Widerstand als ein in jeder andern Stellung des Läufers existierender magnetischer Kreis, der den Übergang zwischen den
Ständerpolen über einen der Spalte 4 einschliesst.
Der Ständer bei den Motoren nach der Erfindung kann mit Polen optimaler Geometrie, d. h. mit sich praktisch über den gesamten Läuferumfang erstreckenden und eng aneinandergrenzenden Polen, ausgebil- det werden, da der ganze Bereich um den Läufer für die Ständerpole zur Verfügung steht. Im Beispiel nach Fig. l erstrecken sich die Polflächen des zweipoligen Ständers über nahzu 1800.
Selbstverständlich ist die Erfindung auch auf Ständer beliebiger Polzahl P anwendbar, wobei dann jeder Polschuh einen Winkelbereich von praktisch nahezu 3600/P einnehmen kann. Dadurch wird bei der
Kommutierung bzw. der periodischen Erregung der Ständerwicklung die erstrebenswerte theoretische Recht- eckspannung auf optimale Weise angenähert.
In Fig. 2 ist schematisch ein Schaltbild für die elektronische Kommutierung und Speisung einer ein- phasigen Motorwicklung A-B für den beschriebenen Motor dargestellt. Die mit S bezeichneten Kom- mutatoren bestehen beispielsweise aus einem Geberelement und einem Steuerelement sowie einer zwi- schen beiden Elementen drehbar angeordneten, fest mit dem Läufer des Motors verbundenen Abschirm- scheibe, die eine Steuerzone aufweist.
Das Steuerelement wird vom Geberelement nur dann erregt, wenn sich die Steuerzone der Abschirm- scheibe zwischen beiden Elementen befindet und damit die Abschirmung aufgehoben wird. Vorzugsweise wird als Geberelement eine ständig mit Hochfrequenz erregte Spule und als Steuerelement eine Steuer- spule verwendet. Die beiden Steuerspulen liegen im Basiskreis eines Transistors Tl bzw. T2, dessen beide Kollektorelektroden an die Enden der Ständerwicklung A-B geschaltet sind. ÜbereineMittelan- zapfung ist an diese Ständerwicklung eine Spannungsquelle angeschaltet.
In Abhängigkeit von der momentanen Stellung des Läufers wird die durch die beiden Transistoren T l und T2 gebildete Leistungsstufe immer dann durch den Kommutator in den leitenden Zustand geschaltet, wenn die über ihn gespeiste Ständerwicklung ein den Läufer des Motors beschleunigendes Feld zu liefern vermag. Der dann von der Batterie an die Ständerwicklung gelieferte Erregerstrom erteilt demLäuferwäh- rend der folgenden Halbdrehung von nahezu 1800 ein Drehmoment.
Der Motor erreicht eine Drehzahl, die der Höhe der Speisespannung proportional ist. Der Läufer wird so lange beschleunigt, bis die in der Ständerwicklung induzierte Spannung die gleiche Grösse wie die Speisespannung hat. Auf diese Weise lassen sich im Prinzip beliebig hohe Geschwindigkeiten erreichen, die lediglich durch mechanische Faktoren begrenzt sind.
Im betrachteten Beispiel nach Fig. 2 verläuft der Erregerstrom abwechselnd von der Mitte der Ständerwicklung zur einen Klemme A und anschliessend, nach einer Halbdrehung des Läufers, von der Mitte der Ständerwicklung zur andern Klemme B. Auf diese Weise wird erreicht, dass der Motor abwechselnd durch beide Wicklungshälften während nahezu beider 1800-Halbdrehungen beschleunigt wird.
Die erfindungsgemässen Massnahmen zur Erzielung eines Selbstanlaufes derartiger Motoren sind natürlich nicht auf die beschriebene Kommutatorausbildung und-anordnung beschränkt, sondern lassen sich auch auf andere Erregerschaltungen anwenden.
Die Ein- und Ausschaltung des Motors lässt sich bequem durch Ein- oder Ausschalten der kleinen Erregerspannung für die Geberelemente der Kommutatoren durchführen, was besonders eine Fernsteuerung erleichtert. Der Selbstanlauf nach jeder Einschaltung ist dann auf alle Fälle sichergestellt.
Der Läufer des Motors braucht nicht aus einem Dauermagnetläufer zu bestehen, sondern kann auch ein elektromagnetisch magnetisierter Läufer sein, was besonders für Motoren mit kleiner Drehzahl und hoher Leistung vorteilhaft ist, da infolge der guten Kühlung die Läuferwicklungen mit sehr hoher Strom- dichte gespeist werden können.