CH670339A5

CH670339A5 -

Info

Publication number: CH670339A5
Application number: CH3633/85A
Authority: CH
Inventors: Karl-Heinz Bernhardt
Original assignee: Pfeiffer Vakuumtechnik
Priority date: 1984-09-07
Filing date: 1985-08-23
Publication date: 1989-05-31
Also published as: FR2570229A1; DE3432946A1; IT8521993A0; JPS6166558A; GB2164211A; DE3432946C2; NL8502365A; IT1200724B; BE903149A; GB2164211B; GB8521927D0

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft einen kollektorlosen Gleichstrommotor für hohe Drehzahlen, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, zum Antrieb von z.B. Turbomolekularpumpen, Kreiseln, Spinn- oder Schleifspindeln, insbesondere von magnetisch gelagerten Rotoren.

Die überwiegende Anzahl schneilaufender Maschinen wird heute mit Drehstrommotoren angetrieben. Nachteilig an diesen Motoren ist der abnehmende Wirkungsgrad mit zunehmendem Luftspalt zwischen Rotor und Stator durch den zunehmenden Magnetisierungsstrom. Kollektorlose Gleichstrommotoren mit einem bewickelten Blechstator und rotierendem permanent-magnetischen Rotor weisen zwar diesen Nachteil nicht auf, üben aber radiale Anziehungskräfte zwischen Rotor und Stator aus, die im Falle einer radialen Magnetlagerung durch zusätzliche Lagerkräfte kompensiert werden müssen. Aus der deutschen Patentanmeldung P 3302 839 ist ein Motor bekannt, der diese Nachteile nicht hat und in den eine eisenlose Wicklung in einem mehrpolig magnetisierten Luftspalt hineinragt. Zweipolige Anordnungen sind mit Hilfe dieser Bauart nur schwer zu verwirklichen, da für die Wickelköpfe kein Raum vorhanden ist. Vierpolige Anordnungen benötigen zum Antrieb die doppelte Lauffrequenz, was zu höheren Umschaltverlusten im Versorgungsgerät und höheren Wirbelstromverlusten in den Drähten der Wicklung führt. Ausserdem ist die Herstellung einer solchen Wicklung sehr kompliziert und sie benötigt einen grossen Luftspalt.

Weiterhin sind bürstenkommutierte Gleichstrommotoren mit eisenlosen Schrägwicklungen bekannt, wie sie bei Faulhaber (Fritz Faulhaber: Einfache Berechnungsgrundlagen für rasch anlaufende Gleichstrom-Stellmotoren, VDI-Z. Bd 107 Nr. 4, S. 149-152) beschrieben werden. Diese Motoren sind zwar radial-kraftfrei, aber wegen des Kommutators nicht im Vakuum oder für sehr hohe Drehzahlen geeignet.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Motor vorzustellen, der die oben angegebenen Nachteile vermeidet und insbesondere bei kleinem Luftspalt mit einer einfachen stabilen Wicklung ohne Wickelköpfe einen radialkraftfreien Antrieb einer Welle mit geringen Verlusten ermöglicht.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine Anordnung, wie sie im kennzeichnenden Teil des 1. Patentanspruches beschrieben wird. Durch die erfindungsgemässe Ausgestaltung der Schrägwicklung in vier Teilwicklungen, deren Anfänge alle mit einem Pol und deren Enden über vier steuerbare elektrische Schaltelemente mit dem anderen Pol der Betriebsspannungsquelle verbunden sind, ist eine Verwendung handelsüblicher Gleichstromantriebsgeräte möglich (Betriebsanweisung für Turbomolekularpumpe TPH 170, TPU 170 und Antriebs-Elektro-nik TCP 300 Nr. PM 800 093 BD,E,F der Firma Arthur Pfeiffer Vakuumtechnik Wetzlar GmbH).

Die Ansteuerung der Wicklungsabschnitte erfolgt mit Hilfe zweier Hallsonden, die wie in Anspruch 2 beschrieben, montiert sind.

Bei gleichmässiger Luftspaltinduktion hat die von der Schrägwicklung induzierte Gegen-EMK einen sinusförmigen Verlauf, was für die Betriebsspannungsquelle nachteilig ist. Bei Ausgestaltung der Polflächen nach Anspruch 3 kann durch die in der Mitte eines Poles verringerte Luftspaltinduktion der Bogen der sinusförmigen Gegen-EMK abgeflacht und damit eine konstante Gegen-EMK des Motors erzeugt werden.

Die Verwendung einer aus dem Luftspalt herausragenden Wicklung nach Anspruch 4 ermöglicht die Wärmeabfuhr aus der Wicklung, was besonders im Vakum von Vorteil ist.

Mit Hilfe der Figuren 1-3 soll im folgenden ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt eine Abwicklung der Schrägwicklung mit der Lage der Hallsonden und schematisch den Stromfluss,

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Motor in der Ebene der Hallsonden und

Fig. 3 den Längsschnitt eines Ausführungsbeispiels.

Das Gehäuse, in dem sich die Anordnung befindet, ist mit 9 bezeichnet.

In einem Rotor 1 mit der Rotorwelle 7 aus Stahl, die in den Lagerschilden 10 mit zwei Magnetlagern 8 gelagert ist, ist eine eiserne Rückschlusshülse 2 mit radial magnetisierten Magneten 3 eingebaut. Diese Magnete haben jeweils die Form von Halbzylindern. Sie werden in den Ansprüchen 1 und 4 mit 180° breiten magnetischen Polen bezeichnet, weil sie sich von der Achse aus gesehen über einen Winkelbereich von je 180° erstrecken. In dem zwischen Glocke und Rotorwelle gebildeten Luftspalt 11 ist eine gehäusefeste Statorspule 4 angeordnet, die mit ihrem unteren Ende aus der Rotorglocke herausragt und von einer Trägerhülse 6 aus Aluminium umschlossen ist. Diese leitet die in der Statorspule entstehende Verlustwärme zum Gehäuse hin ab. Die Hallsonden 5 sind auf der Innenseite der Statorspule in der Wand einer zylindrischen dünnwandigen Hülse aus Isoliermaterial befestigt. Mit 12 sind Notlauflager und mit 13 axiale Stützlager bezeichnet.

Fig. 1 zeigt in ihrem oberen Teil die Abwicklung der Statorspule. Beginnend bei al verläuft die Wicklung über den halben Umfang bis zum gegenüberliegenden Rand und geht von dort auf der Rückseite zum Ausgangspunkt zurück. Von dort verläuft die nächste Windung parallel zur ersten. Durch sinngemässe Fortsetzung dieser Wickelart erhält man eine fortlaufende zweilagige Wicklung, deren Windungszahl, Länge und Durchmesser von der Drahtdicke abhängen. Die Wicklung ist in vier gleiche Teilwicklungen aufgeteilt, deren Anfänge bei al verbunden sind und deren Enden a2 - a5 an je einen Kollektor

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eines Schalttransistors führen. Überschreitet die Poltrennlinie des Rotors die Hallsonde Hl, so wird Transistor T1 eingeschaltet. Nach einer viertel Umdrehung überschreitet die Poltrennlinie die Hallsonde H2, und es wird Transistor T1 aus- und Transistor T2 eingeschaltet usw. Zur Erzeugung der Ansteuersignale werden die Ausgangsspannungen der Hallsonden über je einen Vorverstärker verstärkt und die Ausgangsspannungen werden einem bekannten 1 aus 4 Decoder zugeführt, der 90° versetzte, 90° einer Umdrehung andauernde Impulse zum Ansteuern der 5 Transistoren TI bis T4 erzeugt.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Kolektorloser Gleichstrommotor mit schnell laufendem Rotor, bestehend aus einer Glocke und einer damit verbundenen zentralen Rotorwelle (7), die einen radialen Luftspalt (11) mit zwei 180° breiten magnetischen Polen (3) bildet und einer eisenlosen Statorspule (4), die in diesen Luftspalt hineinragt, zwei Hallsonden (5) zur Stellungsabtastung des Rotors und vier elektrischen Schaltelementen, die durch elektrische Signale von diesen Hallsonden nacheinander angesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorspule aus einer Schrägwicklung mit vier gleichen Wicklungsabschnitten (ai, aì), (ai, as), (ai, a*), (ai, as) besteht, wobei die Anfänge dieser Wicklungen alle mit einem Pol und die Enden der Wicklungsabschnitte über vier steuerbare elektrische Schaltelemente mit dem anderen Pol einer Betriebsspannungsquelle zu verbinden sind.

2. Kollektorloser Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hallsonden (Hl) und H2) auf der Innen- oder Aussenseite der Wicklung auf den gleichen Mantellinien wie die Anfänge der Wicklungsabschnitte (ai, ai), und (ai, a$ liegen.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Kollektorloser Gleichstrommotor nach den Ansprüchen 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass ein 180° breiter Magnetpol aus je zwei 90° breiten parallel zu ihren Symmetrieebenen ma-gnetisierten Magnetsegmenten besteht.

4. Kollektorloser Gleichstrommotor nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklung länger als der magnetisierte Luftspalt ist, und der überstehende Teil der Wicklung auf einem Trägerrohr guter Wärmeleitfähigkeit befestigt ist.