CH654151A5 - Kollektorloser elektromotor. - Google Patents

Description

Die Erfindung beseitigt nun die vorstehend beschriebenen Schwierigkeiten bisher üblicher Elektromotoren dieser Art und wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben.

Fig. 6 zeigt schematisch die Ausbildung eines kollektorlosen Elektromotors nach der Erfindung, während die Fig. 7A und 7B eine Draufsicht und einen Querschnitt der Magnete zeigen, welche einen zylindrischen Rotor nach Fig. 6 bilden, wobei der Kern der Erfindung in der Ausbildung des Rotors liegt.

In diesen Darstellungen bezeichnet die Ziffer 3 einen Stator mit Mehrphasen-Ankerwicklungen an einem Träger 4 mit einem Lager 4a für eine Drehwelle 5 in seiner Mitte. Diese Drehwelle 5 ist in diesem Lager 4a gelagert. An dieser Drehwelle 5 ist der Oberteil eines äusseren Rotorträgers 6 befestigt, welcher die Form einer umgekehrten Glocke hat. In der Innenfläche dieses äusseren Rotorträgers 6 sitzt ein Rotor 7 aus zylindrischen Magneten mit einem Spalt zwischen ihrer inneren Fläche und der Aussenfläche des vorerwähnten Stators 3.

Ein innerer Rotorträger 6' besitzt ebenfalls die Form einer umgekehrten Glocke und ist mit einem Oberteil gleichfalls an der Drehwelle 5 befestigt unter Ausbildung eines Spaltes zwischen seiner Aussenfläche und der Innenfläche des vorerwähnten Stators 3.

Der Rotor 7 aus zylindrischen Permanentmagneten ist in der Weise magnetisiert, dass N- und S-Pole einander in Umfangsrichtung abwechseln, während eine Achse durch die N- und S-Pole jedes der Hauptmagnetpole 7a, 7b, 7c und 7d für den Drehantrieb sich radial von der Mittelachse des zylindrischen Rotors 7 nach aussen erstreckt. Diese Anordnung der Magnete ist an sich dieselbe wie bei dem vorstehend beschriebenen, bisher üblichen Motor.

Der Rotor 7 gemäss der Erfindung unterscheidet sich nun von dem bisher üblichen Rotor darin, dass eine Mehrzahl von Zusatzmagnetpolen 7a', 7b', 7c' und 7d' zusätzlich vorgesehen sind. Diese Zusatzmagnetpole 7a', 7b', 7c' und'7d' sind an einem Ende des Rotors 7 angeordnet, und zwar am unteren Ende des Rotors 7 nach den Fig. 6 und 7B. Hierzu wird der Rotor 7, welcher bereits vorher für die Hauptmagnetpole 7a, 7b, 7c und 7d magnetisiert wurde, teilweise zusätzlich magnetisiert, und zwar in der Weise, dass jeder dieser Zusatzmagnetpole 7a', 7b', 7c' und 7d' so angeordnet ist, dass eine Achse durch deren N-und S-Pole in jedem magnetisierten Bereich axial verläuft, d.h. parallel zu der Mittelachse des Rotors 7. Der Magnetfeldwinkel entspricht einem Kreisbogen jedes der Magnetfelder und ist kleiner als der Magnetfeldwinkel der vorerwähnten Hauptmagnetpole 7a, 7b, 7c und 7d. Dieser Magnetfeldwinkel besitzt einen Wert, welcher etwa zwischen Jt/2 und n/8 Bogeneinheiten in einem elektrischen Winkel liegt.

Die Anzahl der vorerwähnten Hauptmagnetpole 7a, 7b, 7c und 7d ist gleich derjenigen der Zusatzmagnetpole 7a', 7b', 7c' und 7d'. Wie Fig. 7A zeigt, ist jeder der Zusatzmagnetpole 7a', 7b', 7c' und 7d' in der Mitte an einem Ende jedes der Hauptmagnetpole 7a, 7b, 7c und 7d angeordnet.

In Fig. 7A ist 0M der Magnetfeldwinkel der vorerwähnten Hauptmagnetpole 7a, 7b, 7c und 7d und 0S der Magnetfeldwinkel der vorerwähnten Zusatzmagnetpole 7a', 7b', 7c' und 7d'.

Der Magnetfeldwinkel 0S der vorerwähnten Zusatzmagnetpole 7a', 7b', 7c' und 7d' hat geringer zu sein als %/2 Bogeneinheiten, weil eine Verbesserung der Drehmomentschwankungen nur klein sein würde, wenn der Magnetfeldwinkel 0S grösser ist als n/2 in einem elektrischen Winkel. Wenn indessen der Magnetfeldwinkel kleiner als n/8 Bogeneinheiten ist, würden Schwierigkeiten auftreten, weil dann die Magnetfeldverteilung an einem Ende des zylindrischen Rotors 7 gestört würde, wie Fig. 8 zeigt.

Wenn der Magnetfeldwinkel kleiner ist als n/8 Bogeneinheiten, verengt sich die Magnetflussdichteverteilung an den Enden der Rotormagneten zu einer trapezoiden Magnetflussdichteverteilung, wie die Kurve C in Fig. 6 zeigt, wenn die Magnetisierungskraft erhöht wird. Das Drehmoment wird indessen absinken, weil die Magnetflussdichte der Hauptmagnetpole 7a bis 7d für den Drehantrieb absinkt.

Nach durchgeführten Versuchen wird bei der Magnetisierung der vorerwähnten Zusatzmagnetpole 7a' bis 7d' in einem Magnetbereichwinkel zwischen n/2 und n/8 in einem elektrischen Winkel eine zufriedenstellende Magnetflussverteilung erzielt ohne Herabsetzung des Drehmomentes.

Die Magnetflussdichteverteilung in der Nähe der Enden der Permanentmagnete mit den vorerwähnten Zusatzmagnetpolen 7a' bis 7d' wie sie durch Magnetisierung gebildet werden, ist ebenfalls mittels der Kurve C in Fig. 5 gezeigt. Ein Vergleich dieser Magnetflussdichteverteilung (Kurve C) mit der Magnetflussdichteverteilung (Kurve B) bei bisher üblicher Motorenausführung zeigt, dass die maximale Magnetflussdichte in ersterem Falle mehr als doppelt so gross ist wie in letzterem Falle und eine trapezoide Form annimmt.

Fig. 9 ist eine Wellenform der Ausgangsspannungen 22a und 22b an den Ausgangsklemmen a und b der Hall-Generatoren HG1 und HG2 in dem Falle, dass ein Rotor 7 mit den vorstehend beschriebenen Zusatzmagnetpolen 7a' bis 7d' sowie eine Ankerstromschalteinrichtung wie diejenige nach Fig. 2 verwendet werden. Wenn in diesem Fall die Ausgangsspannung an der Ausgangsklemme b des Hall-Generators HG2 grösser wird als die Ausgangsspannung an der Ausgangsklemme a des anderen Hall-Generators HG1, wie die Kurve 22b' zeigt, wird der Ankerstromschaltpunkt Q nach dem Punkt Q' um 0e' verschoben. Diese Verschiebung 0e' ist aber merklich geringer als

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die Verschiebung 0e des Ankerstromschaltpunktes bei der bisher üblichen Ausführung nach Fig. 4, wodurch erflndungsge-mäss eine Verbesserung erzielt wird.

Die Bezeichnungen 22a, 22b, 22c und 22d in Fig. 10A kennzeichnen Wellenformen von Ausgangsspannungen an den Ausgangsklemmen a, b, c und d der Hall-Generatoren HG1 und HG2, die an eine Ankerstromschalteinrichtung nach Fig. 2 bei einem erfindungsgemäss ausgebildeten kollektorlosen Elektromotor angeschlossen sind. Die Bezeichnungen 23a, 23b, 23c und 23d in Fig.lOB kennzeichnen Wellenformen der Ankerströme. In diesen Diagrammen zeigen die gestrichelten Linien eine Ausgangsspannungswellenform in dem Fall, wo die Ausgangsspannung des einen Hall-Generators grösser ist als die andere und eine Ankerstromwellenform, deren Fliesswinkel sich entsprechend verändert. In diesem Fall ist die Verschiebung des Ankerstromschaltpunktes durch die Erfindung gering, wie es im Zusammenhang mit Fig. 9 beschrieben ist, und auch die Veränderung des Fliesswinkels der Ankerströme ist durch die Erfindung geringer als bei dem vorbeschriebenen, bisher üblichen. Motor, bei welchem sich eine Veränderung in den Ausgangsspannungen der HaJI-Generatoren HG1 und HG2 nachteilig auswirkten. Daraus ergibt sich, dass Drehmomentschwankungen durch Veränderung des Fliesswinkels der. Ankerströme beträchtlich verbessert werden können.

Weiterhin können Veränderungen im Fliesswinkel des Ankerstromes durch fehlerhafte mechanische Anordnung der Hall-Generatoren HG1 und HG2 sowie durch fehlerhafte Spannung, beispielsweise Veränderung bei Vbe an den Transistoren XI bis X4 in Fig. 2 beim Vergleichsanteil der Ausgangsspannungen der Hall-Generatoren HG1 und HG2, verbessert werden.

Weil die Magnetflussdichte am Ende des zylindrischen Rotors 7 auf einen Wert erhöht werden kann, welcher etwa zweimal so gross ist wie der Wert bei bisher üblichen Ausführungen durch die Anordnung der Zusatzmagnetpole 7a' bis 7d', können die Eingangsströme in die Hall-Generatoren HG1 und HG2 auf die Hälfte des üblichen Wertes herabgesetzt werden, so dass es möglich ist, den Stromverbrauch zu reduzieren.

Obgleich der Rotor 7 bei der erfmdungsgemässen Ausfüh-5 rung in der Weise hergestellt werden kann, dass die Hauptmagnetpole 7a bis 7d und die Zusatzmagnetpole 7a' bis 7d' durch Magnetisierung eines isotropen Ferrit-Magneten erhalten werden, kann auch ein anisotroper Ferrit-Magnet in der Weise verwendet werden, dass zwei anisotrope Achsen entsprechend den io radial sich erstreckenden Hauptmagnetpolen und entsprechend den axial sich erstreckenden Zusatzmagnetpolen liegen.

Obgleich die vorstehende Beschreibung der Erfindung bei einem Ausführungsbeispiel eines vierphasigen kollektorlosen 'Elektromotors mit Hall-Generatoren als Drehlagenermittlungs-15 elemente erfolgte, können gleiche Ergebnisse wie die vorstehend beschriebenen auch bei Ausführungen erhalten werden, wobei Magnetwiderstandselemente verwendet werden oder auch bei kollektorlosen Elektromotoren mit anderen als vier Phasen.

Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, dass nach 20 der Erfindung die Drehlage des Rotors einwandfrei ermittelt werden kann und dass somit die Stromschalteinrichtung zum Umschalten der Ankerströme durch genaue Impulse von den Ermittlungselementen in der Weise gesteuert werden kann, dass Fehler im Fliesswinkel der Ankerströme durch fehlerhafte 25 Drehstellungermittlung nur sehr gering sind. Somit werden die Ankerwindungen in gewünschter Weise erregt und unerwünschte Drehmomentschwankungen vermieden.

Weiterhin ist es möglich, die Ausgangsimpulse der Drehlagenermittlungselemente zu erhöhen und die von diesen Drehla-30 genermittlungselementen verbrauchten Ströme herabzusetzen.

Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung können im Rahmen des betreffenden Fachwissens verschiedene Abwandlungen und Abänderungenn erfahren, wobei jedoch der eigentliche Erfindungsgedanke Anwendung findet.

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2 Blätter Zeichnungen

Claims (5)

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1. Kollektorloser Elektromotor mit a) einem Stator (3) mit Mehrphasen-Ankerwicklungen und b) einem zylindrischen Rotor (7) mit Hauptmagnetpolen (7a bis d) als Drehantriebsmagneten, welche so magnetisiert sind, dass N- und S-Pole in Umfangsrichtung abwechseln und eine durch die N- und S-Pole jedes Magneten gehende Achse radial verläuft,

gekennzeichnet durch c) eine Mehrzahl von Zusatzmagnetpolen (7a' bis d') an einem Rotorende, welche so magnetisiert sind, dass eine durch deren N- und S-Pole gehende Achse axial verläuft und dass deren Magnetfeldwinkel in bezug auf die Mittelachse des Rotors wesentlich kleiner als derjenige der Hauptmagnetpole und kleiner als n/2 Bogeneinheiten in einem elektrischen Winkel ist, sowie durch d) eine Mehrzahl von Drehlagenermittlungselementen (HG1, HG2) zur Ermittlung der Lage dieser Zusatzmagnetpole des Rotors und durch e) eine Stromschalteinrichtung (Fig. 2) zum Umschalten der durch die Mehrphasen-Ankerwicklungen fliessenden Ströme in Übereinstimmung mit Impulsen von den Drehlagenermittlungselementen.

2. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfeldwinkel grösser als 7t/8 Bogeneinheiten in einem elektrischen Winkel ist.

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PATENTANSPRÜCHE

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Fig. 8 eine graphische Darstellung der Magnetflussdichteverteilung in der Nähe einer Endfläche des zylindrischen Rotors mit Zusatzmagnetpolen, deren Magnetfeldwinkel kleiner ist als 7t/8 Bogeneinheiten in einem elektrischen Winkel,

Fig. 9 eine graphische Darstellung, wenn die Ausgangsspannung eines Hall-Generators gemäss der Erfindung grösser geworden ist als die Ausgangsspannung des anderen Hall-Genera-tors,

Fig. 10A eine Wellenform der Ausgangsspannungen der Hall-Generatoren in einem kollektorlosen Elektromotor gemäss der Erfindung nach Fig. 6 und .

Fig. 10B eine Wellenform der elektrischen Ströme durch die Ankerwindungen eines kollektorlosen Elektromotors nach der Erfindung gemäss Fig. 6.

Dabei sind gleiche oder entsprechende Elemente und Teile mit den gleichen Zeichen in allen Zeichnungen bezeichnet.

Vor'der Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform von kollektorlosen Elektromotoren gemäss der Erfindung soll zum besseren Verständnis vorher ein bisher üblicher kollektorloser Elektromotor beschrieben werden.

Fig. 1 zeigt schematisch eine solche bisher übliche Ausführung eines kollektorlosen Elektromotors von einer Seite der Drehwelle her. Die Ziffern la, lb, lc und ld sind Vierphasen-Ankerwicklungen eines Stators, wobei die einzelnen Windungen in einem Abstand voneinander von 7t/2 Einheiten eines elektrischen Winkels angeordnet sind. Die Ziffern 2a, 2b, 2c und 2d sind vierpolige Hauptmagnetpole als Drehantriebsmagnete, welche einen Rotor bilden, wobei die N- und S-Pole der Magnete abwechselnd in Umfangsrichtung angeordnet sind. Eine Achse durch die N- und S-Pole jedes Magneten verläuft in Richtung des Radius des Rotors. Die Bezeichnungen HG1 und HG2 sind Hall-Generatoren, welche als Drehlagenermittlungselemente wirken und die Drehstellung der vierpoligen Magnete des vorerwähnten Rotors ermitteln, wobei diese Hall-Generatoren ebenfalls in einem Abstand von %/2 Einheiten eines elektrischen Winkels angeordnet sind.

Fig.2 ist ein Schaltschema einer Stromschalteinrichtung zum Umschalten der Ströme, welche durch die Ankerwicklungen eines kollektorlosen Elektromotors bisher üblicher Art strömen. Obgleich die Arbeitsweise der Schalteinrichtung nach Fig. 2 hierbei im Zusammenhang mit bisher üblichen kollektorlosen Elektromotoren nach Fig. 1 beschrieben wird, kann diese Schalteinrichtung auch für erfindungsgemäss ausgebildete Elektromotoren Verwendung finden, wie es nachstehend noch beschrieben wird. Die Transistoren XI, X2, X3 und X4 haben übliche Emitter-Elektroden und ihre Basis-Elektroden sind verbunden mit den Ausgangsklemmen a, b, c und d der Hall-Generatoren HG1 und HG2, so dass diese vier Transistoren XI, X2, X3 und X4 einen Differentialverstärker mit vier Eingängen darstellen. Die Bezeichnung VR1 bezeichnet einen veränderlichen Widerstand zum Ausgleich der Gleichstrompotentiale an den Ausgangsklemmen der Hall-Generatoren HG1 und HG2. Die Anordnung erfolgt in der Weise, dass die Gleichstrompotentiale an den Ausgangsklemmen untereinander gleich sind, wenn die Hall-Generatoren HG1 und HG2 sich in einem nichtmagnetischen Feld befinden.

Die Hall-Generatoren HG1 und HG2 entwickeln an ihren Ausgangsspannungsklemmen a, b, c und d Ausgangsspannungen durch Einwirkung eines Magnetflusses von Magnetpolen 2a, 2b, 2c und 2d des Rotors. Fig. 3A zeigt die Wellenform der Ausgangsspannungen an den Ausgangsklemmen a, b, c und d der Hall-Generatoren HG1 und HG2.

An den Ausgangsklemmen a, b, c und d der vorerwähnten Hall-Generatoren HG1 und HG2 werden Spannungen entwickelt, welche in Übereinstimmung mit der Drehung der Magnete des Rotors variieren. Der Ermitter-Kollektor-Weg eines der Transistoren XI, X2, X3 und X4, entsprechend der niedrigsten Spannung von den Spannungen an den Klemmen a, b, c und d, wird leitend, während die übrigen Transistoren nichtleitend werden. Ein Steuerstrom I von den gemeinsamen Emitter-Elektroden der Transistoren XI, X2, X3 und X4 fliesst über den Kollektor des leitenden Transistors in die Basis-Elektrode 5 eines entsprechenden Transistors der Transistoren X5, X6, X7 und X8, so dass ein Strom, welcher hFE mal der Basisstrom des Transistors ist, in eine entsprechende Ankerwicklung der Ankerwicklungen la, lb, lc und ld fliesst. Ein hierbei erzeugtes Magnetfeld wirkt auf das Magnetfeld der Magnete des Rotors io und bewirkt dadurch die Erzeugung eines Drehmomentes. Danach verändern sich die Ausgangsspannungen an den Ausgangsklemmen a, b, c und d der Hall-Generatoren HG1 und HG2 entsprechend der Kurven 20a, 20b, 20c und 20d in Fig. 3A durch die Drehung des Rotors, d.h. der Magnete. Ströme wer-i5 den geschaltet in einer Reihenfolge der Ankerwindungen la, lb, lc und ld, wie die Kurven 21a, 21b, 21c und 21d in Fig. 3B zeigen, so dass ein kontinuierliches Drehmoment in dem Rotor auftritt.

Es ist notwendig, dass der Magnetfluss von den Magneten 20 des Rotors eine hohe Intensität aufweist, um die Wirksamkeit ,der bisher üblichen kollektorlosen Elektromotoren zu verbessern, die in der vorstehend beschriebenen Weise arbeiten.

Dieser Magnetfluss (J)g wird ausgedrückt durch:

d)g = Bg • A,

wobei

Bg die magnetische Flussdichte der Magnete des Rotors und

A die wirksame Fläche ist.

Der Magnetfluss (j)g ist nämlich proportional der wirksamen 30 Fläche, so dass eine rechtwinklige Magnetisierung sich auf die Erhöhung der Wirksamkeit der Elektromotoren auswirkt.

Bei üblichen kollektorlosen Elektromotoren wird ein zylindrischer Permanentmagnet so magnetisiert, dass N- und S-Pole sich an seiner Innenseite in Umfangsrichtung abwechseln und 35 hierbei eine rechtwinklige wellenartige Magnetflussverteilung bewirken. Der Fliesswinkel entspricht der Erregungszeitdauer des Stromes, welcher durch jede der Ankerwicklungen fliesst, und wird bestimmt durch die Spannungsdifferenz zwischen den Ausgangsspannungen der Hall-Generatoren.

40 Fig. 4 zeigt in Wellenform die Ausgangsspannungen an den Ausgangsklemmen a und b der Hall-Generatoren HG1 und HG2, wobei die Ausgangsspannungen mit 20a bzw. 20b bezeichnet sind. Ein Punkt P ist ein Schnittpunkt zwischen den Ausgangsspannungen 20a und 20b und bezeichnet einen Schalt-45 Zeitpunkt für die durch die Ankerwicklungen la und lb fliessenden Ströme. Wenn die Hall-Generatoren HG1 und HG2 Ausgangsspannungen durch den Magnetfluss der magnetisierten Magnetpole erzeugen, wobei die Magnetflussverteilung eine rechtwinklige Welle im Innern des vorerwähnten zylindrischen so Rotors darstellt, nimmt die Ausgangsspannungswelle jedes der Hall-Generatoren HG1 und HG2 nach diesem Diagramm ebenfalls eine rechtwinklige Welle an. Deswegen ist die Neigung der Ausgangsspannungswelle klein in der Nähe des Schnittpunktes der Ausgangsspannungswellen. Dadurch kann aber der Fliess-55 winkel des Stromes durch die Ankerwindungen fehlerhaft werden, was zu Drehmomentschwankungen oder Veränderung im Drehmoment des Rotors führen kann durch den Unterschied zwischen den Ausgangsspannungen der beiden Hall-Generato-ren HG1 und HG2 sowie zu einer fehlerhaften mechanischen 60 Anordnung der Hall-Generatoren und zu fehlerhaften Spannungen beim Spannungsvergleichsanteil an den Ausgangsspannungen der Hall-Generatoren HG1 und HG2.

Die Welle 20b' in gestrichelter Linie in Fig. 4 zeigt ein Stadium, wobei die Ausgangsspannung an der Ausgangsklemme b 65 des Hall-Generators HG2 grösser ist als die Ausgangsspannung an der Ausgangsklemme a des anderen Hall-Generators HG1'. In diesem Fall ist der Schaltpunkt für den durch die Ankerwindungen fliessenden Strom P nach P' um 0e verschoben.

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3. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehlagenermittlungselemente Hall-Generatoren (HG1, HG2) sind.

4. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzmagnetpole (7a' bis d') in der Mitte zwischen jedem der Hauptmagnetpole (7a bis d) angeordnet sind.

5. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl dèr Zusatzmagnetpole (7a' bis d') gleich der Anzahl der Hauptmagnetpole (7a bis d) ist.

Die Erfindimg betrifft einen kollektorlosen Elektromotor gemäss Patentanspruch 1.

Insbesondere die strukturelle Ausbildung eines magnetischen Rotors eines solchen Motors mit Drehlagenermittlungselementen.

Bei üblichen kollektorlosen Elektromotoren sind Hall-Generatoren zur Ermittlung der Drehlage des Rotors vorgesehen, so dass die jeweiligen Ströme, welche durch die Ankerwicklungen des Stators fliessen, umgeschaltet werden. Die Ausgangsspannungen der Hall-Generatoren gehen zu einer Schalteinrichtung, womit die Erregung der Ankerwicklungen aufeinanderfolgend bewirkt wird. Die Spannungen der Hall-Generatoren sind jedoch nicht gleichmässig, so dass es schwierig ist, einen genauen Schaltzeitpunkt zu erhalten. Da weiterhin die Ausgangsspannung der Hall-Generatoren verhältnismässig niedrig ist, ist auch die Magnetflussdichte um das Ende des zylindrischen magnetischen Rotors geringer als in der Nähe der Innenfläche des Zylinders. Die niedrigen Spannungen der Hall-Generatoren bewirken auch ein langsames Schalten der Ankerströme, so dass der Fliesswinkel des Ankerwicklungsstromes, welcher von der Erregungszeitdauer abhängt, sich verbreitern kann, wodurch die Wirksamkeit des Elektromotors gestört wird. In üblichen kollektorlosen Elektromotoren treten dadurch nämlich Drehmomentschwankungen, d.h. eine Veränderung des Drehmomentes, auf wegen fehlerhafter Drehlagenermittlung. Zum Ausgleich dieser Nachteile bei kollektorlosen Elektromotoren mit Hall-Generatoren als Drehlagenermittlungselemente wurden die Eingangsströme der Hall-Generatoren bei den bisherigen Motoren erhöht. Derartige kollektorlose Elektromotoren besassen jedoch den Nachteil, dass der von den Hall-Generatoren verbrauchte Strom sehr gross ist.

Zweck der Erfindung ist die Vermeidung der vorstehend beschriebenen Nachteile und Unzulänglichkeiten, mit denen übliche kollektorlose Elektromotoren behaftet sind.

Mit der Erfindung soll ein brauchbarer kollektorloser Elektromotor geschaffen werden, bei welchem Drehmomentschwankungen durch fehlerhafte Drehlagenermittlung verbessert sind, wobei gleichzeitig der von den Drehlagenermittlungselementen verbrauchte Strom gering ist.

Dies wird erfindungsgemäss erreicht bei einem kollektorlosen Elektromotor mit a) einem Statôr mit Mehrphasen-Ankerwicklungen und b) einem zylindrischen Rotor mit Hauptmagnetpolen als Drehantriebsmagneten, welche so magnetisiert sind, dass N-und S-Pole in Umfangsrichtung abwechseln und eine durch die N- und S-Pole jedes Magneten gehende Achse radial verläuft, welcher gekeimzeichnet ist durch c) eine Mehrzahl von Zusatzmagnetpolen an einem Rotorende, welche so magnetisiert sind, dass eine durch deren N- und S-Pole gehende Achse axial verläuft und dass deren Magnetfeldwinkel in bezug auf die Mittelachse des Rotors wesentlich kleiner als derjenige der Hauptmagnetpole und kleiner als %/2 Bogeneinheiten in einem elektrischen Winkel ist, sowie durch d) eine Mehrzahl von Drehlagenermittlungselementen zur Ermittlung der Lage dieser Zusatzmagnetpole des Rotors und durch e) eine Stromschalteinrichtung zum Umschalten der durch die Mehrphasen-Ankerwicklungen fliessenden Ströme in Übereinstimmung mit Impulsen von den Drehlagenermittlungselementen.

Dabei ist der Magnetfeldwinkel zweckmässigerweise grösser als 7i/8 Bogeneinheiten in einem elektrischen Winkel.

Als Drehlagenermittlungselemente können an sich bekannte Hall-Generatoren verwendet werden.

Die Zusatzmagnetpole sind in vorteilhafter Weise in der Mitte zwischen jedem der Hauptmagnetpole angeordnet, wobei die Anzahl der Zusatzmagnetpole gleich der Anzahl der Hauptmagnetpole sein kann.

In den beigefügten Zeichnungen ist die erfindungsgemässe Ausbildung eines kollektorlosen Elektromotors im Vergleich mit bisher üblichen kollektorlosen Elektromotoren gleicher Art beschrieben, wobei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer bisher üblichen Ausführung eines kollektorlösen Elektromotors von einer Seite der Drehwelle her,

Fig. 2 ein Schaltschema zum Schalten der Ankerströme des kollektorlosen Elektromotors nach Fig. 1,

Fig. 3A eine Wellenform der Ausgangsspannung der Hall-Generatoren nach Fig. 2,

Fig. 3B eine Wellenform der elektrischen Ströme durch die Ankerwindungen nach Fig. 2,

Fig. 4 ein graphisches Diagramm, wenn die Ausgangsspannung eines Hall-Generators bei bisher üblichen Ausführungen grösser geworden ist als die Ausgangsspannung des anderen Hall-Generators,

Fig. 5 eine graphische Darstellung des Unterschiedes zwischen der Magnetflussdichte in der Nähe der Hauptmagnetpole des Rotors und der Magnetflussdichte in der Nähe der Endfläche der Rotormagnete bei bisher üblichen Ausführungen und gemäss der Erfindung,

Fig. 6 einen Teilschnitt in Seitenansicht einer erfindungsge-mässen Ausführung eines kollektorlosen Elektromotors,

Fig. 7A eine Draufsicht auf die Rotormagnete des Rotors nach Fig. 6,

Fig. 7B einen Schnitt in Seitenansicht der Rotormagnete des Rotors nach den Fig. 6 und 7A entlang der Linie VIIB-VIIB in Fig. 7A,

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Die Ausgangsspannung jedes der Hall-Generatoren HG1 und HG2, welche auch Hall-Spannung genannt wird, ist gegeben durch folgende Formel:

VH = KH Bg IH, wobei VH = Hall-Spannung

KH - Hall-Konstante Bg = Flussdichte IH = Eingangsstrom ist.

Die Hall-Spannung ist nämlich proportional der Dichte Bg des Magnetflusses, welcher den Hall-Generator HG1 oder HG2 kreuzt, und ihrem Eingangsstrom IH. "

Fig.

5 zeigt die Magnetflussverteilung der Magnete des Rotors und die Magnetflussverteilung an der Fläche der Hall-Ge-neratoren HG1 oder HG2, welche diesen Magnetfluss aufnehmen. Die Bezeichnung A bezeichnet die Flussdichte in der Nähe der Innenfläche der Magnete des zylindrischen Rotors und B die Flussdichte in der Nähe des Endes der Permanentmagnete, an welche die Hall-Generatoren angeordnet sind. Wie diesem Diagramm zu entnehmen ist, ist die Magnetflussdichte in der Nähe der Endfläche der Magnete, wo die Hall-Generatoren HG1 und HG2 angeordnet sind, kleiner als in'der Nähe der Innenfläche der Magnete des Rotors. Dadurch können'bei bisher üblichen Elektromotoren dieser Art die Ausgangsspannungen der Hall-Generatoren HG1 und HG2 klein werden. Wenn hierbei dann der Ankerstromschaltkreis mit vier Eingängen nach Fig. 2 verwendet wird, ist die Spannungsdifferenz zwischen den Basisspannungen der Transistoren XI, X2, X3 und X4 gering wegen der niedrigen Ausgangsspannungen von den Hall-Generatoren HG1 und HG2. Dadurch wird aber die Umschaltung der Ankerströme verlangsamt und der Fliesswinkel vergrössert, was zu einer Störung in der Motorwicklung und einer Verschiebung des Schaltpunktes der Ankerströme führt.

Man hat deshalb bei bisher üblichen Elektromotoren dieser Art die Eingangsströme der Hall-Generatoren HG1 und HG2 erhöht und korrigiert, so dass die Ausgangsspannungen der Hall-Generatoren HG1 und HG2 nicht absinken. Jedoch gibt es insofern Schwierigkeiten, als auch hier eine Grenze beim maximalen Eingangsstrom der Hall-Generatoren HG1 und HG2 gesetzt ist und die von den Hall-Generatoren HG1 und HG2 verbrauchten Ströme ansteigen.