CH418445A - Selbstanlaufender kollektorloser Gleichstrommotor - Google Patents

Description

  Selbstanlaufender     kollektorloser    Gleichstrommotor    Die Erfindung     bezieht    sich, auf einen selbstanlau  fenden     kollektorlosen    Gleichstrommotor mit minde  stens zwei     Gruppen        vorn        Ständerspulen,    die je aus  mindestens einer Spule bestehen,     deren    Ströme     zu     jedem     Zeitpunkt    durch die Lage des;

       Läufers    derart       elektronisch        gesteuert    werden,     dass    vom Läufer ab  wechselnd     Schalter        in    den an der     Speisespannung    des  Motors liegenden     Stromkreisen    der     Ständerspulen     geschaltet werden.  



  Bei einer bekannten     Ausführungsform        :eines    sol  chen Motors     liegen    ;die     zwei        Hälften    der     Ständerspule     je     irre        Kollektorkreis        eines,        Schalttransiistors,    wobei  der Transistor von einer Spannung     geschaltet    wird,  die     in    einer .einen Teil des     Emitterkre@ises    :des Transi  stors bildenden     Hilfsspule    vom Dauermagneten des  drehenden Läufers     :erzeugt    wird.

   Ein Nachteil dieser  Anordnung besteht darin, dass- infolge des.     Vorhan-          denseins    einer möglichen     Totlage    des Läufers der  Anlauf des Motors nicht immer gewährleistet ist.  



  Dies wird beim     Motor.        nach    der     Erfindung        da-          durch    vermieden, dass zwischen je zwei     aufeinander-          folgenden    Paaren von Magnetpolen des     Läufers        ein     nichtmagnetischer Teil .angebracht ist, während der  Läufer mit     Mitteln    versehen ist, durch die     in    jeder  Lage des Läufers der Schalter im     Stromkreis        m:

  inde-          stens    einer.     Gruppe    von     Ständerspulen        eingeschaltet     ist.  



  Dabei kann bei einem Motor nach der Erfindung,  bei :dem zwischen je zwei     aufeinanderfolgenden,    den       Ständerspulen    zugeordneten     Ständerpolen    ein Hilfs  pol angebracht ist, die über den Umfang des Läufers  gemessene Länge der     nicht-anagnetischen    Teile des       Läufers        mindestens    gleich der Summe der     Polbreite     eines     Hauptständerpols    und des zwischen diesem       Ständerpol    und dem     nächstliegenden        Hilfspol    vorge  sehenen     Luftspaltes        sein;

  .        Durch,die        Anbringung        vorn       Hilfspolen wird     die        Impedanz    des     äusseren        Magnet-          kreises    nahezu     konstant,    während infolge der er  wähnter Wahl der Länge der     nicht-magn,etischen     Teile     während    der Zeit,     in    den die     diesen    Polen zuge  ordneten Spulen eingeschaltet sind, (der     sogenannte     Arbeitsbereich)

   die     Flussänderung    durch die Haupt  pole in Abhängigkeit vom Drehwinkel     und    somit  auch das auf den: Läufer ausgeübte Drehmoment  konstant     sind.     



  Vorzugsweise ist :die Länge der nichtmagneti  schen     Teile    gleich     zwei        Dritteln    der     Teilung    der  Hauptpole.     Infolgedessen    wird der     verfügbare          Magnetfluss    optimal ausgenutzt,     während    der       Arbeitsbereich    möglichst     gross    ist.  



  Weiter kann bei einem Motor, der mit zwei Grup  pen von     Ständerspulen    versehen ist, der Schalter     irr     Stromkreis einer     Gruppe    von     Ständerspulen    aus  einem lichtempfindlichen Element beistehen, das     sein     Licht infolge der erwähnten Mittel auf     dem    Läufer       periodisch    von     einer        Lichtquelle        empfängt,    während  der Schalter im Stromkreis ,der ,anderen Gruppe von       Ständerspulen    über eine     Multivibratorschaltung    vom  ersten Schalter derart betätigt wird, dass zu :

  den Zeit  punkten, zu denen sich der .auf den. ersten Schalter  fallende Lichtstrom ändert, der zweite Schaltereinge  schaltet wird, wenn der erste Schalter ausgeschaltet  wird, und umgekehrt.  



  Hierdurch wird auf einfache Weise     erreicht,    dass  unter Verwendung nur eines lichtempfindlichen Ele  mentes jederzeit     eine    Gruppe von     Ständerspulen    ein  geschaltet .ist.  



  Es ist auch möglich, dass jeder Schalter aus       einem        lichtempfindlichen    Element     besteht,    das sein  Licht     infolge    der     erwähnten    Mittel lauf dem Läufer  periodisch von     .einer    Lichtquelle     empfängt,    wobei       während    einer     Lichtänderung    bei     einem    der     Schalter         eine     Lichtänderung        in.    entgegengesetztem Sinne zyk  lisch bei     einem    der ,

  anderen Schalter auftritt oder  kurz     vorher        bereites        aufgetreten    ist, derart,     dass,     wenn der erste     Schalter    durch die     zuersterwähnte          Lichtänderung    ausgeschaltet wird, der andere Schal  ter beziehungsweise die     anderen,        Schalter        eingelschal,          tet    wird beziehungsweise wenden, und umgekehrt.  



  Dies ermöglicht es, den Motor gemäss der     Erfin-          dung    bei mehr als zwei Gruppen von     Ständerspulen     zu verwenden.  



  Die     .erwähnten:    Mittel auf dem Läufer können :aus       schlitzförmigen        Löchern,    bestehen, die in einer am  Läufer     befestigten        flachen    Scheibe regelmässig üben       einen        Kreisumfang        verteilt    angebracht     sind    und. deren  Zahl gleich der Zahl     -der        Ständerpolpaare    ist.

   Durch       einen    derartigen Aufbau     wird    der Lichtstrom von der       Lichtquelle    zum lichtempfindlichen     Element    auf sehr       einfache    und zuverlässige Weise eingeschaltet bzw.  unterbrochen.  



  Die     Erfindung    wird nachstehend anhand der     in     der Zeichnung     dargestellten        Ausführungsibeispiele     näher     erläutert.     



       Fig.    1 ist     ein:    Schnitt durch     einen    Motor gemäss  der     Erfindung    und       Fig.    2 ist     eine    Draufsicht auf     diesen    Motor längs,  der     Linie   <B><I>A -A</I></B> der     Fig.    1.  



       Fig.    3     stellt    die Beziehung zwischen dem Fluss 0  durch die     Hauptpole.    und den Drehwinkel     e    des  Läufers dar.  



  Die     Fig.    4 und 5 stellen das gleiche für     eine        an4          dere    Verteilung der magnetischen Teile des Läufers  dar,     während          Fig.6    eine     Muhivibratorschaltung    zum     Steuern:     des Motors gemäss der     Erfindung    zeigt.  



  In den     Fig.    1 und 2 besteht der Motor aus     einem     Gehäuse 1,     in    dem     ein        Ständerpaket    2 angebracht ist,  das aus vier Hauptpolen 3, 4, 5 und 6 und vier Hilfs  polen 7, 8, 9 und 10 besteht.

   Auf den Hauptpolen 3  und 5     sind        Ständerspulen    11 und 12 vorgesehen, die  zusammen     eine    Gruppe bilden,     während    die Haupt  pole 4     und    6 mit     Ständerspulen    13 und 14 versehen       sind,    die     eine    zweite     Gruppe        bilden.    Das Gehäuse 2  wird oben von einem Deckel 15 abgeschlossen,     in     dem     ein,    Lager 16 angebracht ist, das die     Läuferwelle     17     hindurchlässt,

      die an     ihrem    anderen Ende in  einem Lager 18 aufgenommen ist. Auf der Läufer  welle 17 sitzt der Läufer 19, der     vorzugsweise    aus  ,einem keramischen dauermagnetischen Material be  steht, nämlich aus     Hexaferriten    von<I>Ba,</I>     Sr    oder,     Pb,     und     ,auf        ,die    in der Figur angegebene. Weise magneti  siert ist.

   Zwischen je     zwei.aufeinanderfolgenden    Paa  ren von Magnetpolen     liegt        ein    nichtmagnetischer       Teil,    ,dessen Länge über den     Umfang    gemessen gleich  der Summe der Breite eines     Hauptpoles,    und     des          Luftspaltes        zwischen,    einem Hauptpol und einem be  nachbarten     Hilfspol    ist.

   Auf     der        Rotorw        eile    sitzt wei  ter     eine        Scheibe    20, die mit     Schlitzen    21 versehen ist,  die zu den gewünschten Zeitpunkten ;das Licht     einer          Glühlampe    22     hindurchlassen,    durch das das     lricht-          empfindÄche    Element 23     betätigt    wird,     Idas.    die Ein-         schaltung    der Gruppen von     Ständerspulen    11, 12 be  ziehungsweise 13, 14 besorgt.  



       Eine    besonders;     vorteilhafte        Ausführungsform    des  Motors ist die, beider der Läufer an der Aussenseite  :des Ständers angebracht ist     und,die    Magnete auf der       Innenseite    eines     Stahlmantels    festgeklebt     sind.     



       Infolge    der in     Fig.2    :dargestellten     Magnetisie-          rungsart    ergibt sich ein Fluss     (D    durch die Ständer  pole, der     in    Abhängigkeit vom     Drehwinkel        99    so       verläuft,    wie dies     in        Fig.    3 dargestellt wird.  



       Durch    diesen radial     ,asymmetrischen    Verlauf des  Flusses     (D        werden:    dabei durch. geeignete Wahl     der          Steuerung    ;des die     Ständerspulen        durchfliessenden     Stromes     Totpunkte    vermieden. Wird der     Zeitraum,          während,    dem z.

   B. die aus den Spulen 11, 12 beste  hende     Spulengruppe    eingeschaltet     ist,    so     gewählt,          dass    der Fluss     1)1    :durch die zugeordneten Ständer  pole 3 und 5 gemäss der Linie<I>AB</I> verläuft, und der  Zeitraum, währenddem die .aus den Spulen 13 und  14 bestehende Gruppe eingeschaltet ist, so gewählt,       dass    der     Fluss        02    ,durch die     Spulen    13 und 14 ge  mäss,der .

   Linie<I>CD</I> verläuft, so     dürfte    es,     einleuchten.,     dass unabhängig von der Lage des Läufers auf diesen  ein     Drehmoment    ausgeübt wird, wenn jederzeit min  destens ein     Ständerspulensatz        eingeschaltet    ist, wie  dies durch die gestrichelten Linien für     il    und     i2    ange  geben     ist.    Wird dabei dafür Sorge getragen, dass die  Summe der Ströme durch die zwei Gruppen von iden  tischen     Ständerspulen    konstant ist, so ist auch das       Antriebsdrehmoment    konstant,

       weil     
EMI0002.0161     
         konstant    ist.  



  Wenn ,die Länge der nichtmagnetischen Teile des:  Läufers grösser als die Breite     eines        Hauptpoles.    sein       würde,    wobei     jeder    magnetische     Teil    gleich der Breite       eines        Hauptpoles    ist, so verliefe die Kurve auf die in       Fig.    4     dargestellte    Weise und  
EMI0002.0172     
    wäre über die Teile<I>AB</I> und<I>CD</I> nicht mehr konstant.

    Wird die Länge der     magnetischen    Teile     .grösser     als die     Breite,des        Hauptpoles    gewählt, so werden die  Spitzen bei<I>AB</I> abgeplattet und der verfügbare     Fluss     nicht optimal     .ausgenutzt,    wie dies in.     Fig.    5     ,dargestellt     ist.  



  Die zweckmässigste Ausführungsform ist die, bei  :der     gleichzeitig    die drei  Pole  des Läufers gleich  lang     sind    und die Länge jedes nicht magnetischen       Teiles        gleich    der Breite     eines        Hauptpoles    zuzüglich  des Luftspaltes zwischen diesem Hauptpol und dem       benachbarten    Hilfspol ist.  



       Eine        besonders    vorteilhafte Steuerung ist     die    mit       Hilfe    von:     lichtempfindlichen    Elementen:, wie z. B.       Photozellen        und        Phototransistoren,    weil dabei jede       Funkenstörung    vermieden wird.  



       Eine    sehr     .günstige    Lösung für eine solche Steue  rung ist     .die        mittels        eines    Phototransistors, der     einen     Teil eines     bistabilen,        Multivibrators.        bildet,    wie     :

  dies        in              Fig.    6     dargestellt    ist, in der der     bistabile        Multivibra-          tor    30 dadurch gesteuert wird,     dass    Licht auf einen       Phototransistor    31     fällt        und    zu geeigneten Zeitpunk  ten unterbrochen wird.

   Die     Spannungen    im     Kollek-          tordcreisder    Transistoren     steuern    je ein vorzugsweise       elektronisches:    Relais 32 beziehungsweise 33, das den  für die     Ständerspulen    erforderlichen Strom liefern  kann.     Selbstverständlich    können die Transistoren des  bistabilen     Multivibrators    die Speisung der Ständer  spulen auch     unmittelbar    versorgen, wenn sie selber  den     erforderlichen    Strom liefern können.

   Der Strom  durch die     Spulen,    ist in     Fig.    3 durch die ausgezogenen  Linien     dargestellt.    Infolge der     Verwendung    des     bista-          bilen        Multivibrators    genügt ein einziges lichtemp  findliches Element für die Steuerung.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Selbstlaufender kollektorloser Gleichstrommotor mit mindestens zwei Gruppen von Ständerspulen, die je aus mindestens einer Spule bestehen, deren Ströme zu jedem Zeitpunkt durch die Lage des Ständers der art elektronisch, gesteuert werden, dass vom Läufer we.chselwe@ise Schalter in den an der Speisespannung des Motors liegenden Stromkreisen der Ständerspu- len geschaltet werden, dadurch gekennzeichnet,

   dass zwischen je zwei aufeinand :erfolgenden Paaren von Magnetpolen des Läufers ein nicht-magnetischer Teil liegt und der Läufer mit Mitteln versehen ist, durch die in jeder Lage des Läufers der Schalter im Strom kreis mindestens einer Gruppe von Stäniderspullen eingeschaltet ist. UNTERANSPRÜCHE 1.

   Motor nach Patentanspruch, beidem zwischen je zwei aufeinanderfolgenden, den Ständerspulen zu- geordneten: Ständerpolen ein Hilfspol .angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass :die am Umfang des Läufers gemessene Länge der nichtmagnetischen Teile :

   des Läufers mindestens gleich der Summe der Polbreite eines Hauptständerpoles und des zwischen dem Ständerpol und dem nächstliegenden Hilfspol vorhandenen Luftspaltes ist. 2. Motor nach Unteranspruch <B>1,</B> dadurch Bekenn zeichnet, dass die Länge der nicht-magnetischen Teile gleich zwei Drittel der Teilung der Hauptpole ist. 3.

   Motor nach einem der vorstehenden An@sprü- che, der mit zwei Gruppen von Ständerspulen verse hen ist, dadurch ,gekennzeichnet, .dass der Schalter im Stromkreis :einer Gruppe von Ständerspulen aus einem lichtempfindlichen Element besteht, ;das sein Licht durch die erwähnten Mittel .auf ;

   denn Läufer periodisch von einer Lichtquelle empfängt, während der Schalter im Stromkreis der anderen Gruppe von Ständerspulen üben eine Multivibratorschaltung der art vom ersten Schalter betätigt wird, dass zu den Zeitpunkten, zu denen sich der auf den ersten Schal ter fallende Lichtstrom ändert, der zweite Schalter eingeschaltet wird, wenn der erste Schalter> ausge schaltet wird, und umgekehrt. 4.

   Motor nach Patentanspruch oder einem der Unteransprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Schalter aus einem lichtempfindlichen Ele ment besteht, das sein; Licht durch die erwähnten Mittel auf dem Läufer periodisch von .einer Licht quelle .empfängt, wobei während einer Änderung .des auf einen :

   der Schalter fallenden Lichtes zyklisch eine Änderung des auf einen der anderen Schalter fallen- den Lichtes in entgegengesetztem Sinne auftritt oder kurz vorher bereits aufgetreten ist, .derart, :dass, nach dem der erste Schalter von der zuersterwähnten Lichtänderung ausgeschaltet wird, der .andere Schal ter bzw. die anderen Schalter eingeschaltet wird bzw. wenden, und umgekehrt. 5.

   Motor nach Patentanspruch und :den Unteran sprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die er wähnten Mittel .auf dem Läufer aus schlitzförmigen Löchern bestehen., die in: einer am Läufer befestigten flachen Scheibe regelmässig über einen Kreisumfang verteilt angebracht sind und deren Zahl gleich derje nigen der Läuferpolpaare ist.