CH649876A5 - Elektromotor mit regulierbarer drehzahl. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Für gewisse technische Gebiete werden effiziente Motoren mit kleinen Abmessungen und relativ hoher Ausgangsleistung benötigt. Dies ist beispielsweise der Fall bei Antriebsmotoren für Handwerkzeuge, wie Bohr- und Schneidewerkzeuge, die Zahnärzte, Zahntechniker, Graveure oder auch Chirurgen benützen. Im Zusammenhang mit derartigen Verwendungen ist eine recht hohe Motorenleistung notwendig und gleichzeitig soll der Motor im Griff der Werkzeuge untergebracht werden können. Darüber hinaus sollen derartige Motoren leicht sein und kleine Abmessungen, d.h. einen kleinen Durchmesser und eine kleine Länge aufweisen.

Diese Bedingungen haben dazu geführt, dass für derartige Bohr- oder Schneidewerkzeuge die Antriebsmotoren ausserhalb der Werkzeuge angeordnet wurden, und dass der Antrieb über flexible Antriebswellen oder über störanfällige Riemenantriebe erfolgte. Ein wesentlicher Grund, weshalb derartige Antriebe verwendet wurden, war der, dass die bekannten Motoren einen viel zu kleinen Wirkungsgrad aufweisen, wodurch sich der Griff durch die eingebauten Motoren während des Betriebes so stark erhitzten, dass es dem Benützer unmöglich war, den erhitzten Griff zu halten. Um diesem Missstand zu begegnen, wurden komplizierte Luftoder Wasserkühlungen vorgeschlagen.

Bekannte Gleichstrommotoren mit Kohlen oder Bürsten sind darüber hinaus wegen dem durch die Kohlen und die Bürsten bedingten umfangreichen Unterhalt und der Erzeugung von Funken zur Verwendung in Operationsräumen, in denen die Atmosphäre brennbare Dämpfe enthalten kann, ungeeignet.

Es wurden schon verschiedene sogenannte bürstenlose elektrische Motoren zur Verwendung in gefährdeter Umgebung vorgeschlagen. Solche Motoren haben sich jedoch in der Praxis nicht durchgesetzt, weil sie zu schwer sind und vergleichsweise zu ihrer Leistung grosse Abmessungen aufweisen. Weiter ist in vielen Fällen wegen des zu kleinen Wirkungsgrades zusätzlich eine Kühlung zum Abführen der Verlustwärme notwendig.

Bei den genannten bürstenlosen Motoren ist der Rotor aus permanent magnetischen Material hergestellt und eine Abfühlvorrichtung ist notwendig, um die augenblickliche Stellung des Rotors gegenüber den Statorwicklungen festzustellen, um den durch die Statorwicklung fliessenden Strom zu steuern. Es sind verschiedene Ausführungen bekannt, jedoch haben bisher verwendete elektronische Steuerungen oder Regulierstromkreise keine befriedigenden Resultate ergeben. Antriebsmotore für Bohr- und Schneideinstrumente der vorstehend erwähnten Art sind starken Lastschwankungen ausgesetzt und benötigen Reguliervorrichtungen, die kompliziert, teuer und unwirtschaftlich während des Betriebs dieser bekannten Motoren sind.

In der US-Patentschrift Nr. 3 999 108 ist eine Drehzahlreguliervorrichtung für elektrische Motoren beschrieben, die komplizierte Baueinheiten wie Phasenschieber umfasst, um die Synchronisation zwischen dem Rotorstellungssignal und dem durch die Rotorwicklung fliessenden Antriebsstrom zu

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gewährleisten.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Elektromotor der eingangs genannten Art zu schaffen, welchem die oben angeführten Nachteile nicht anhaften.

Der erfindungsgemässe Elektromotor ist durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angeführten Merkmale gekennzeichnet.

Der erfindungsgemässe Motor besitzt eine einfache und wirksame Reguliervorrichtung, durch welche die rationelle Drehzahl auf einfache Weise auf einen gewünschten Wert innerhalb eines sehr grossen Bereiches und unabhängig von schnellen und starken Änderungen der Belastung stabilisiert wird.

Der Erfindungsgegenstand ist nachstehend mit Bezug auf die Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines Zweiphasen-Motors,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II der Fig. 1 Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III der Fig. 1 Fig. 4 die schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des Rotors, teilweise im Schnitt,

Fig. 5 die Abwicklung der Anordnung der Statorwicklungen in die Zeichnungsebene,

Fig. 6 die schematische Darstellung der Reihenschaltung der Statorwicklungen in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel und

Fig. 7 das Blockschema eines Zweiphasen-Motors und der Steuer- oder Reguliervorrichtung desselben.

Das in den Fig. 1 und 2 dargestellte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Motors besitzt eine Antriebswelle 2, die in Querwänden 4 bzw. 6 angeordneten Kugellagern drehbar gelagert ist. Der Motor ist in einem Gehäuse 8 untergebracht, das gleichzeitig als Griff oder ein Teil eines Griffes von einem Bohr- oder Schneideinstrument dient.

Die verwendeten Kugellager können offene Lager sein, in die von jedem Gebrauch ein Schmiermittel eingesprüht werden kann, insbesonder dann wenn es auch um ein chirurgisches Instrument handelt, das sterilisiert werden muss, wobei das Schmiermittel während dem Sterilisieren verlorengeht.

Die Antriebswelle 2 trägt einen zylindrischen Rotor 10, der ein permanent magnetischen Material 11 umfasst, das vorzugsweise in einen zylindrischen Mantel 12 aus einem nicht magnetischen Material, vorzugsweise rostfreier Stahl, eingeschlossen ist. Ein solcher Verstärkungsmantel ist wünschbar oder sogar notwendig im Hinblick auf die Tatsache, dass der erfindungsgemässe Motor bei Drehzahlen von 40 000 Umdrehungen pro Minute oder mehr arbeitet. Das permanent magnetische Material 11 kann darüber hinaus zwischen zwei auf der Antriebswelle 2 aufgesetzten Ringen 13, beispielsweise aus einer geeigneten Aluminiumlegierung, angeordnet sein. Der Mantel 12 kann an den Ringen 13 befestigt sein. Die Ringe 13 können auch zum Auswuchten des Rotors verwendet werden, indem Material durch Anbohren von entsprechenden Stellen der Ringe entfernt wird, bis der Rotor vollständig ausgewuchtet ist, was im Hinblick auf die hohe Drehzahl sehr wichtig ist.

Als magnetisches Material wird vorzugsweise ein pulver-gepresstes und gesintertes Kobalt-Samarium-Material verwendet, das ein neuartiges magnetisches Material ist und durch die Vakuumschmelze GmbH, Hanau, Westdeutschland hergestellt und unter dem Markennamen «Vacomax» vertrieben wird. Dieses Material besitzt eine bemerkenswert hohe Koerzitivkraft, eine hohe Sättigung, eine hohe Energiedichte und eine sehr ausgeprägt bevorzugte magnetische Richtung. All diese Eigenschaften sind dafür verantwortlich, dass dieses Material für den vorliegenden Zweck sehr geeignet ist.

Die Fig. 4 zeigt in schematischer Darstellung und teilweise im Schnitt einen Rotor 10, der sich besonders für

Motoren mit kleinem Durchmesser eignet. Diese gezeigte Ausführungsform umfasst zwei vorzugsweise identische topf-förmige Teile, von denen der eine im Schnitt dargestellt ist. Jeder dieser Teile besitzt einen axial vorstehenden Achsstumpf und die beiden Teile sind beispielsweise durch Ver-schweissen ihrer Stirnseiten zusammengefügt. Das magnetische Material befindet sich in dem durch die topfförmigen Teile begrenzten Hohlraum und auf diese Weise ist es nicht notwendig, dass sich eine axiale Bohrung durch das magnetische Material erstreckt, wie dies bei dem in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Rotor der Fall ist. Eine derartige Bohrung muss sehr genau sein und es ist ziemlich schwierig, solche Rotoren mit kleinem Durchmesser mit einer so genauen Bohrung zu versehen.

Das Gehäuse 8 trägt auf der Innenseite einen Stator 14 und Erregerwicklungen 16 und 18, von denen zwei vorhanden sind, wenn es sich im dargestellten Ausführungsbeispiel um einen Zweiphasenmotor handelt. Auf die sonst üblichen Polschuhe kann verzichtet werden, weil es nicht notwendig ist, ein magnetisches Feld zu konzentrieren. Der dadurch eingesparte Raum kann zur Vergrösserung des Kupferanteiles in den Wicklungen verwendet werden.

Die Fig. 5 zeigt eine Abwicklung des Stators 14 mit den Erregerwicklungen 16 und 18, welcher Stator längs der radial verlaufenden Ebene S in der Fig. 2 durchgeschnitten ist. Die beiden Erregerwicklungen sind vollständig symmetrisch angeordnet und in Reihe geschaltet. Die beiden Spulen 16a und 16b bzw. 18a und 18b sind jeder Phase des dargestellten Ausführungsbeispiels zugeordnet. Mit einer derartigen symmetrischen Anordnung wird die wichtige Wirkung erzielt,

dass die erzeugte Spannung sinusförmig ist, wodurch eine bipolare Steuerung ermöglicht wird. Daher sind keine zusätzlichen Mittel, wie Phasenschieber, notwendig, um zu garantieren, dass der Erregerstrom in den Statorwicklungen genau in Phase mit diesen Wicklungen ist. Diese spezielle Anordnung der Statorwicklungen ermöglicht eine wesentliche Vereinfachung des Steuerstromkreises des Motors, welcher Steuerstromkreis weiter unten näher beschrieben ist.

Aus der Fig. 2 ist ersichtlich, dass der Rotor 10 koaxial zum Stator 14 gelagert ist und die Form eines einfachen zylindrischen Ringes aufweist. Dies ergibt die Möglichkeit, dass praktisch der ganze Zwischenraum zwischen dem Stator 14 und dem Rotor 10 mit einer grossen Menge an Kupferwindungen ausgefüllt werden kann. Wenn darüber hinaus die Statorwicklungen, wie in der Fig. 6 gezeigt, geschaltet sind, d.h. wenn der Verbindungspunkt 17'zwischen den Phasenwicklungen an Masse oder Erde angeschlossen ist, sind alle Wicklungen und daher der ganze Kupferanteil vollständig wirksam, wodurch sich eine wesentliche Steigerung der Ausgangsleistung und des Wirkungsgrades des Motors ergibt.

Nachdem die Erregerwicklungen 16 und 17 an die hierfür vorgesehenen Stellen in den Stator 14 gebracht worden sind, können sie in die entsprechende Form so gepresst werden, dass der Luftspalt zwischen dem Rotor 10 und den Wicklungen möglichst klein ist. Dadurch wird nochmals eine Vergrösserung des Wirkungsgrades des Motors erreicht.

An dem rückseitigen Ende der Antriebswelle sind Mittel zum Feststellen der Stellung des Rotors 10 und zum Erzeugen von von der Stellung des Rotors relativ zu den Statorwicklungen abhängigen Signalen angeordnet. Die Feststellmittel können geeignete Aufnahmespulen sein, in denen eine Spannung durch einen Dauermagnet 20 induziert wird, der an der Antriebswelle 2 befestigt und in gleicher Weise polarisiert ist, wie das magnetische Material 11 des Rotors 10. Wenn solche Aufnahmespulen verwendet werden, ist es wichtig, dass diese Aufnahmespulen so aufgebaut und angeordnet sind, dass sie nicht einen Raumanteil beanspruchen, der für die Energiewicklungen benötigt wird. Wie schon erwähnt, ist es wesent-

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lieh, dass der Raum, d.h. der Zwischenraum zwischen dem Stator und dem Rotor möglichst vollständig durch das Kupfer der Erregerwicklungen ausgefüllt ist.

Dementsprechend werden bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Motors an Stelle der Aufnahmespulen Hall-Generatoren 22 verwendet. Derartige Generatoren erzeugen auch dann ein von der Stellung des Rotors abhängiges Ausgangssignal, wenn der Rotor stillsteht. Darüber hinaus sind bei der Verwendung von Aufnahmespulen geeignete Phasenschieber im Steuerstromkreis des Motors notwendig, um die möglicherweise auftretende Phasenverschiebung zwischen dem detektierten Signal und dem durch die zugehörige Statorwicklung fliessenden Strom auszugleichen. Bei der Verwendung von Hall-Generatoren sind solche Phasenschieber nicht notwendig und die Hall-Generatoren werden ausserdem bevorzugt, weil die Spannung des Signals unabhängig von der Drehzahl im wesentlichen konstant ist.

Wiederum ist es wesentlich, dass die Feststellmittel, d.h. die Hall-Generatoren 22, nicht einen Raumanteil belegen, der für die Erregerwicklung reserviert ist, und deshalb ist es vorzuziehen, dass der Permanentmagnet 20 und die Hall-Generatoren 22 so um das eine Ende der Antriebwelle 2 angeordnet sind, wie dies in der Fig. 1 dargestellt ist. Die Hall-Generato-ren 22, von denen in der Fig. 1 nur einer sichtbar ist, sind an einer rohrförmigen Verlängerung angeordnet, die an einer radialen Querwand 4 befestigt ist.

Der erfindungsgemässe Motor kann ein Einphasen-Motor sein. Aber in diesem Fall ist es vorteilhaft, Mittel vorzusehen, durch welche der Rotor 10 in einer Stellung angehalten wird, in welcher die magnetische Feldstärke, der die Hall-Generatoren ausgesetzt sind, null ist. Ein Einphasen-Motor besitzt aber bei niedrigen Drehzahlen und hoher Leistung einen ungenügenden Wirkungsgrad und deshalb werden Zweipha-sen-Motoren bevorzugt, d.h. eine Ausführung mit zwei Erregerwicklungen und vorzugsweise zwei Hall-Generatoren.

Am rückseitigen Ende des Gehäuses 8 ist ein Deckel 24 vorgesehen, der für die Durchführung von nicht dargestellten Anschlussdrähten der Hall-Generatoren 22 und der Anschlüsse für die Wicklungen 16 und 18 des Stators 14 ausgebildet ist. Dies kann am zweckmässigsten dadurch realisiert werden, indem der Deckel 24 zur Aufnahme eines Mehrfachsteckers ausgebildet ist, an dem ein mehradriges Kabel angeschlossen werden kann. Alternativ dazu kann der Deckel 24 oder ein Teil davon als lösbare Einheit ausgebildet sein, die dauernd mit dem Mehrfachkabel verbunden ist.

Die lösbare Einheit kann die notwendigen Stecker für die elektrischen Verbindungen der Wicklungen 16 und 18 des Stators aufweisen und darüber hinaus können auch die Hall-Generatoren 22 an der lösbaren Einheit befestigt und direkt an das mehradrige Kabel angeschlossen sein, wodurch sich die Anzahl der Stecker und der Steckboxen wesentlich reduziert. Der Deckel 24 mit den Steckern und den Hall-Generatoren ist vorteilhaft so ausgebildet, dass er nur in einer bestimmten Stellung aufgesetzt werden kann, so dass die Stellung der Hall-Generatoren 22 bezüglich der Längsachse des Rotors genau definiert ist.

Wie in der Fig. 1 gezeichnet, können auch Mittel vorgesehen sein, um ein Rohr, das sich im Anschlusskabel befindet, anzuschliessen. Mittels einem Rohrabschnitt 27, der an einem Vorsprung der radialen Querwand 4 befestigt ist und einen nach hinten gerichteten Anschluss aufweist, wie dargestellt, ist es möglich, einen Flüssigkeits- oder Luftstrom heranzuführen. Dieser Strom kann dem nicht dargestellten, an der Frontseite des Motors aufgesetzten Werkzeug zum Kühlen oder Schmieren zugeleitet werden.

Der Rohrabschnitt 27 kann sich auch axial durch den Motor innerhalb des Gehäuses 8 erstrecken oder, wie in der Fig. 1 dargestellt, aus dem Gehäuse 8 herausragen und einen nach vorn gerichteten Rohranschluss bilden, auf den eine nicht dargestellte Zuführleitung aufgesetzt werden kann, um das Kühl- bzw. Schmiermittel dem Werkzeug zuzuleiten.

Die vordere Stirnwand 6 trägt ein Anschlussstück zum lösbaren Einsetzen eines Werkzeuges. Das in das Anschlussstück 26 hineinragende vordere Ende der Antriebswelle 2 besitzt einen Teil 28, der zusammen mit einem Teil des nicht dargestellten Werkzeuges eine Klauenkupplung bildet. Das Anschlussstück 26 besitzt wenigstens einen Entriegelungsstift 30 und besitzt vorzugsweise zwei oder mehr solcher Entriegelungsstifte, die in gleichmässigen Abständen am Umfang des Anschlussstückes angeordnet sind. Jeder der Entriegelungsstifte ist nach auswärts federbelastet und besitzt eine äusseres abgerundetes Ende, das normalerweise aus einer Aussparung im Anschlussglied über dessen Oberfläche hinausragt.

Die Entriegelungsstifte sind in den radial gerichteten Aussparungen der Wandung des Anschlussstückes 26 beweglich angeordnet, wie dies aus der Fig. 3 ersichtlich ist. Die Innenseite der Entriegelungsstifte 30 ist an einem Band 31 aus federndem Material befestigt. Das Band 31 kann die Form eines Ringes, oder wie in der Fig. 3 dargestellt, zwei sich überlappende Enden aufweisen, so dass das federnde Band fähig ist, in einem grösseren Bereich federnd zu wirken als ein geschlossener Ring, wenn die beiden diametral gegenüber angeordneten Entriegelungsstifte 30 gleichzeitig nach innen gedrückt werden.

Die Innenseite des Anschlussstückes 26 kann mit entsprechenden Mitteln versehen sein, um zu verhindern, dass sich das federnde Band 31 in axialer Richtung bewegt, wobei aber die radialen Bewegungen des Bandes nicht behindert werden dürfen. Aus der Fig. 1 ist ersichtlich, dass dieses Mittel eine einfache sich radial erstreckende Auflageschulter 33 im Innern des Anschlussstückes 26 und einen an der anderen Seite des Bandes 31 angeordneten Federring umfasst.

Mit dieser Anordnung kann ein nicht dargestelltes Werkzeug, z.B. ein Bohrer, der an einer im Innern einer Hülse oder eines Mundstückes gelagerten Welle befestigt ist, in axialer Richtung über das Anschlussstück 26 aufgesetzt werden, so dass die Innenfläche der Hülse oder des Mundstückes an der zylindrischen Aussenfläche des Anschlussstückes 26 anliegt. Dabei können die Entriegelungsstifte 30 in eine im Innern der Hülse bzw. des Mundstückes angeordneten Nut einschnappen, wodurch das Werkzeug lösbar gehalten wird. Gleichzeitig greift ein als Gegenstück zum Teil 28 der Antriebswelle 2 ausgebildeter Teil der oben genannten Welle des Werkzeuges automatisch in den Teil 28 ein, so dass zwischen der genannten Welle und der Antriebswelle 2 eine drehfeste Verbindung wirksam ist.

Daher ist es möglich, Werkzeuge auf das Anschlussstück 26 aufzusetzen, ohne dass auf eine bestimmte Drehstellung des Werkzeuges gegenüber der Antriebswelle 2 geachtet werden muss, um die gewünschte Kupplungswirkung zwischen dem Werkzeug und der Antriebswelle 2 zu erhalten. Das Werkzeug kann abgenommen werden, indem auf die Hülse bzw. das Mundstück von aussen ein axialer Schub ausgeübt wird, wodurch die Entriegelungsstifte 30 ausser Eingriff mit der Innennut gelangen. Diese Manipulation kann mit einem oder zwei Fingern derselben Hand ausgeführt werden, in welcher die ganze Anordnung gehalten wird. Auf diese Weise kann auf einfache Art und schnell ein Werkzeug abgenommen bzw. aufgesetzt werden.

Die Fig. 7 zeigt das Blockschema des Steuerstromkreises, wobei die beiden Hall-Generatoren 22 und die Erregerwicklungen 16 und 18 schematisch um den Dauermagneten 20 herum angeordnet sind.

Wenn die Antriebswelle und der daran befestigte Dauermagnet 20 drehen, erzeugt jeder der Hall-Generatoren 22 ein sinusförmiges Ausgangssignal, welche beiden Signale gegebe5

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nenfalls nach deren Verstärkung, einem Einsatz y je eines Multiplizierers 40 bzw. 42 zugeführt werden. Jedes sinusförmige Ausgangssignal wird weiter dem Eingang eines Impulsgenerators 44 bzw. 46 zugeleitet, in welchem diese sinusförmigen Signale in Impulse konstanter Breite umgesetzt werden, wobei aber die Impulsfrequenz direkt proportional zur Periode des sinusförmigen Ausgangssignales ist.

Bevorzugt werden Impulsgeneratoren, die bei jedem Nulldurchgang des genannten sinusförmigen Signals einen Impuls erzeugen, d.h. pro Periode des sinusförmigen Signals werden zwei Impulse erzeugt.

Die von den beiden Impulsgeneratoren erzeugten Impulse werden miteinander kombiniert, d.h. addiert. Diese Operation kann ohne weiteres durchgeführt werden, weil die Impulse am Ausgang der Impulsgeneratoren gegenüber einander phasenverschoben sind. Dabei werden beim dargestellten Ausführungsbeispiel insgesamt vier Impulse pro eine Umdrehung des Dauermagneten 20 erzeugt. Dieses Impulssignal wird dem Eingang eines Frequenz-Spannungswandlers 48 zugeführt, der ein relativ konstantes Ausgangssignal erzeugt, jedoch verbleibt eine gewisse Welligkeit, die aber durch das Kombinieren der durch die beiden Impulsgeneratoren erzeugten Impulse, d.h. durch das Verdoppeln der Impulsfrequenz, beachtlicht reduziert wird. Wenn gewünscht, kann die Welligkeit noch weiter reduziert oder geglättet werden, indem die Impulse pro Periode des Ausgangssignals von jedem der Impulsgeneratoren 44 und 46 erhöht wird.

Das Ausgangssignal des Frequenz-Spannungswandlers 48 ist proportional zur Impulsfrequenz und damit zur augenblicklichen Drehzahl des Motors. Dieses Ausgangssignal wird dem invertierenden Eingang eines differentialen Verstärkers 50 zugeführt, während dem anderen nicht invertierenden Eingang eine Bezugsspannung von einer vorzugsweise einstellbaren Bezugsspannungsquelle 52 zugeleitet wird.

Das vom Differentialverstärker 50 erzeugte Ausgangssignal, das eine mögliche Abweichung zwischen der augenblicklichen Motordrehzahl und einer Bezugsdrehzahl darstellt, wird dem anderen Eingang x der beiden Multiplizierer 40 und 42 zugeführt.

Dem Multiplizierer 40 und 42 wird dadurch ermöglicht, das ihnen über die Eingänge y zugeführte sinusförmige Ausgangssignal der Hall-Generatoren 22 zu korrigieren und den korrigierten, immer noch sinusförmigen Ausgangssignalen der Multiplizierer 40 und 42 werden Leistungsverstärker 54 bzw. 56 zugeführt, deren Ausgänge an die Erregerwicklungen 18 bzw. 16 angeschlossen sind.

Wenn die Belastung des Motors ansteigt, nimmt die Drehzahl ab, wodurch die Perioden der von den Hall-Generatoren 22 erzeugten Ausgangssignale länger wird. Dies hat zur Folge, dass das von dem Frequenz-Spannungswandler 48 erzeugte Ausgangssignal kleiner wird. Dementsprechend erscheint am Ausgang des Differentialverstärkers 50 ein positives Signal. Dadurch wird das sinusförmige Signal am Eingang y jedes Multiplizierers 40 und 42 mit einem Faktor multipliziert, der durch die Grösse des Signals am Ausgang des Differentialverstärkers 50 bestimmt ist. Deshalb wird die von den Leistungs-

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Verstärkern 54 und 56 abgegebene Spannung bzw. die an die Erregerwicklungen 18 bzw. 16 abgegebene Leistung grösser. Dies hat zur Folge, dass die Drehzahl des Motors auf einen Wert ansteigt, der durch die Einstellung der Bezugsspannungsquelle 52 gegeben ist.

Wenn andererseits die Belastung des Motors sinkt, besteht die Tendenz, dass die Drehzahl zunimmt, wodurch die Periode der von den Hall-Generatoren 22 erzeugten Ausgangssignale kürzer wird und die vom Frequenz-Spannungswandler 48 erzeugte Ausgangsspannung ansteigt. Aus diesem Grunde tritt am Ausgang des Differentialverstärkers 50 ein negatives Signal auf, wodurch die am Eingang y der Multiplizierer 40 und 42 angelegte sinusförmige Spannung nicht nur multipliziert, sondern invertiert wird, woraus eine starke Bremswirkung auf den Rotor 10 des Motors ausgeübt wird, bis das Signal am Ausgang des Differentialverstärkers 50 null oder positiv wird. Dies hat zur Folge, dass die Drehzahl des Motors erneut auf den durch die Einstellung der Bezugsspannungsquelle 52 eingestellten Wert stabilisiert wird.

Vorzugsweise findet eine Spannung zu Strom-Konversion in den Leistungsverstärkern 54 und 56 statt, so dass das den Erregerwicklungen 18 bzw. 16 zugeführte Ausgangssignal ein sinusförmiger Strom ist. Dies ist sehr wichtig, weil, wenn eine sinusförmige Spannung an die Erregerwicklung angelegt wird, die durch den Rotor erzeugte Spannung von der Sinusform abweichen kann. Eine allfällige Abweichung verursacht grössere Verluste, d.h. das Gerät wird unnötig erwärmt.

Das in der Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Motors arbeitet mit einem hohen Wirkungsgrad von mehr als 90%, dadurch wird die ganze Anordnung und insbesondere der Griff während des Betriebes nicht übermässig erwärmt, so dass auf eine besondere Kühlung des Motors verzichtet werden kann. Das Gewicht der oben beschriebenen Antriebseinheit für Werkzeuge und Instrumente ist vergleichsweise zu bekannten Antriebseinheiten wesentlich reduziert worden, beispielsweise von 100 auf 60 g. Der Durchmesser der erfindungsgemässen Antriebseinheit konnte auf etwa 10 mm reduziert werden. Die Länge der erfindungsgemässen Antriebseinheit in axialer Richtung bei gleichbleibender Leistung konnte ebenfalls verkürzt werden, so dass die Antriebseinheit sehr leicht bedienbar ist und ähnlich wie ein Bleistift in der Hand gehalten werden kann.

Trotz den kleinen Abmessungen der oben beschriebenen Antriebseinheit mit dem erfindungsgemässen Motor besitzt sie ein grösseres Drehmoment als die bekannten Antriebseinheiten dieser Art und hat erst noch ein geringeres Gewicht als dieselben.

Der Steuerstromkreis des Motors kann in eine kleine, kompakte und tragbare Einheit untergebracht werden, die mit dem Motor, wie weiter oben angeführt, über ein mehradriges Kabel verbunden ist.

Obwohl der erfindungsgemässe Motor oben in bezug auf eine besonderes Anwendungsgebiet beschrieben ist, ist es selbstverständlich, dass dieser Motor auch in anderen Fällen verwendet werden kann, in denen der Motor selbst an sich nicht so klein sein müsste.

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3 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

649 876 PATENTANSPRÜCHE

1. Elektromotor, dessen Drehzahl regulierbar ist, mit einem ein permanent magnetisches Material (11) aufweisenden, drehbar gelagerten, zylindrischen Rotor (10), einem wenigstens eine Wicklung (16, 18) aufweisenden Stator (14), Mitteln zum Feststellen der Stellung des Rotors und einem Steuer- und Regulierstromkreis, wobei die Feststellmittel wenigstens einen Wandler (22) zum Erzeugen eines Ausgangssignals umfassen, das synchron mit der augenblicklichen Stellung des Rotors ändert, das genannte Ausgangssignal an den einen Eingang eines Multiplizierers (40,42) als erstes Eingangssignal (y) zugeführt wird, wobei der Multiplizierer das erste Eingangssignal mit einem Faktor multipliziert, der durch ein an den anderen Eingang des Multiplizierers angelegtes zweites Eingangssignal bestimmt ist, und das Ausgangssignal des Muliplizierers über einen Leistungsverstärker (54; 56) der Wicklung des Stators zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangssignal des Wandlers (22) weiterhin einem Impulsgenerator (44; 46) zum Erzeugen von Impulsen, deren Frequenz direkt von der Periode des variierenden Ausgangssignals des Wandlers abhängig ist, zugeleitet wird, dass die genannten Impulse einem Frequenz-Span-nungswandler (48) zugeführt werden, dass der Ausgang des Frequenz-Spannungswandlers mit dem einen der Eingänge eines Differenzverstärkers (50) verbunden ist, dass der andere Eingang des Differenzverstärkers an eine Bezugsspannungsquelle angeschlossen ist, und der Ausgang des Differenzverstärkers zum Liefern des zweiten Eingangssignals für den Multiplizierer mit dem anderen Eingang desselben verbunden ist.

2. Elektromotor nach Anspruch 1 mit mehr als einem Wandler, wobei jeder Wandler einen ein von der Stellung des Rotors abhängiges sinusförmiges Ausgangssignal erzeugenden Hall-Generator (22) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Hall-Generator ein Impulsgenerator (44,46) zugeordnet ist und jeder Impulsgenerator (44, 46) einen Ausgangsimpuls bei jedem Nulldurchgang des sinusförmigen Ausgangssignals der Hall-Generatoren erzeugt.

3. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 oder 2,

wobei der Stator (14) wenigstens zwei phasenverschobene Erregerwicklungen (16,18) aufweist, denen je einer der Wandler bzw. Hall-Generatoren zugeordnet ist und jeder Wandler bzw. Hall-Generator im wesentlichen in der gleichen Phasenbeziehung wie die Erregerwicklungen angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass jedes von der Stellung des Rotors abhängige Ausgangssignal der Wandler bzw. Hall-Generatoren an getrennte Pulsgeneratoren (44; 46) zugeführt wird, und dass die Ausgangssignale der Pulsgeneratoren zu einem einzigen Signal vereinigt werden, welches als Eingangssignal dem Frequenz-Spannungswandler (48) zugeführt wird.

4. Elektromotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungen (16, 18) des Stators (14) symmetrisch angeordnet und in Reihe geschaltet sind.

5. Elektromotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungspunkt (17) zwischen den genannten Wicklungen an Masse oder Erde angeschlossen ist.

6. Antriebseinrichtung für ein Werkzeug, die mit einem Elektromotor nach Patentanspruch 1 versehen ist, welcher Motor in einem länglichen Gehäuse (8), das als Griff ausgebildet oder einen Griffteil aufweist, angeordnet ist, wobei an einem Ende des Gehäuses ein rohrförmiges Anschlussstück (26) mit einer äusseren Führungsfläche zum lösbaren Aufsetzen und Halten eines Werkzeuges vorgesehen ist, und wobei das Anschlussstück wenigstens einen sich radial nach aussen erstreckenden und federbelasteten Entriegelungsstift (30) aufweist, dessen eines Ende über die Führungsfläche vorsteht und wobei das in das Anschlussstück ragende Ende einer durch den Motor angetriebenen Antriebswelle (2) als Kupplungsteil (28) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Ende des Entriegelungsstiftes an einem federnden Band (31) befestigt ist, und dass das Band sich längs des Umfanges der Innenwand des Anschlussstückes erstreckt und mit einer radial nach aussen gerichteten Kraft auf den Entriegelungsstift einwirkt.