DE1166349B

DE1166349B - Electric machine

Info

Publication number: DE1166349B
Application number: DEK27861A
Authority: DE
Inventors: Fritz Thoma
Original assignee: Kieninger and Obergfell GmbH and Co
Current assignee: Kieninger and Obergfell GmbH and Co
Priority date: 1956-01-14
Filing date: 1956-01-14
Publication date: 1964-03-26

Description

Elektrische Maschine Die Erfindung betrifft eine durch Gleichstrom gespeiste elektrische Maschine mit einem magnetischen, vorzugsweise permanentmagnetischen Läufer, welcher im impulserzeugenden bzw. angetriebenen Verhältnis zu zwei den Stator bildenden koaxial und mit einem gegenseitigen Abstand von der Größenordnung ihres mittleren Durchmessers angeordneten Spulen steht, von denen die eine als Steuerspule im Eingang und die andere als Antriebsspule in Reihe mit einer die Energie liefernde Spannungsquelle, vorzugsweise einer Batterie, im Ausgang eines einzigen Transistors liegt.Electric machine The invention relates to a direct current powered electrical machine with a magnetic, preferably permanent magnetic Runner, which in the pulse-generating or driven ratio to two the stator forming coaxially and at a mutual distance of the order of theirs Medium diameter is arranged coils, one of which is used as a control coil in the input and the other as a drive coil in series with one supplying the energy Voltage source, preferably a battery, in the output of a single transistor lies.

Eine bekannte Einrichtung dieser Art weist einen permanentmagnetischen Läufer auf, welcher scheibenförmig derart gestaltet ist, daß dieser ständig einen großen Teil beider Spulen ausfüllt. Dies hat den Nachteil, daß erstens erhebliche Energieverluste durch das in den Spulen befindliche Eisenmaterial eintreten und daß außerdem hierdurch eine starke Temperaturabhängigkeit der Betriebsbedingungen bedingt ist, weil sich die Impedanzwerte der Spulen durch die Temperaturänderungen der in ihr befindlichen Eisenteile ändern.A known device of this type has a permanent magnetic Runner on, which is disc-shaped such that this constantly one fills a large part of both coils. This has the disadvantage that, firstly, considerable Energy losses occur through the iron material in the coils and that this also results in a strong temperature dependence of the operating conditions is due because the impedance values of the coils are changed by the temperature changes the iron parts in it change.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden und eine mit Gleichstrom gespeiste elektrische Maschine zu schaffen, die eine hohe Gleichförmigkeit ihrer Betriebsbedingungen aufweist.The invention is based on the object of avoiding these disadvantages and to create a DC powered electrical machine that has a high Having uniformity of their operating conditions.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zwischen den beiden Spulen ein in an sich bereits vorgeschlagener Weise länglich, insbesondere stabförmig, in einer Richtung senkrecht zu seiner Drehachse ausgebildeter Magnetläufer zwischen den zwei koaxialen Spulen derart angeordnet ist, daß er in einer Lage, nämlich in Achsrichtung der Spulen, gleichzeitig in beide Spulen hineinragt, dagegen in der dazu senkrechten Lage außerhalb beider Spulen liegt, und die zwischen koaxialen Spulen zur Erzielung eines sehr kleinen Luftspaltes einen dem Kreisumfang der Pollaufbahn des umlaufenden Magneten angepaßten Querschnitt aufweisen.According to the invention this object is achieved in that between the two coils elongated in a manner already proposed per se, in particular Rod-shaped magnetic rotor designed in a direction perpendicular to its axis of rotation is arranged between the two coaxial coils in such a way that it is in a position namely in the axial direction of the coils, at the same time protruding into both coils, on the other hand is in the perpendicular position outside of both coils, and the coaxial between Coils to achieve a very small air gap around the circumference of the pole track of the rotating magnet have adapted cross-section.

Die stabförmige Ausbildung eines Magnetläufers ist bereits bei einem kollektorlosen Gleichstrommotor mit getrenntem, auf einer gemeinsamen Drehachse sitzendem Impulserzeuger- und Antriebsteil, vorgeschlagen worden, bei dem die vom Impulsgeber erzeugten Impulse, transistorverstärkt, dem Antriebsteil zugeführt werden, und bei dem der Impulserzeuger aus einem stabförmigen Doppel-Permanentmagneten mit gleicher Polarität an seinen diametral zur Drehachse gegenüberliegenden, dem Luftspalt benachbarten Enden sowie konzentrisch zur Drehachse angeordneten, vom rotierenden Doppel-Permanentmagneten induzierten Impulsspulen und der Antriebsteil aus einem sternförmigen wicklungslosen Weicheisenanker sowie kreisförmig um ihn angeordneten Elektromagneten besteht.The rod-shaped design of a magnetic rotor is already in one Brushless DC motor with separate, on a common axis of rotation sitting pulse generator and drive part, has been proposed in which the from Pulse generator generated pulses, transistor-amplified, are fed to the drive part, and in which the pulse generator consists of a rod-shaped double permanent magnet same polarity at its diametrically opposite to the axis of rotation, the air gap adjacent ends as well as concentric to the axis of rotation, from the rotating Double permanent magnets induced pulse coils and the drive part from one star-shaped winding-free soft iron anchor as well as arranged in a circle around it There is an electromagnet.

Diese Anordnung mit zwei getrennten, jedoch auf einer gemeinsamen Drehachse miteinander gekoppelten Läuferteilen ist recht aufwendig.This arrangement with two separate, but on one common The axis of rotation coupled with one another rotor parts is quite complex.

Demgegenüber stellt der Stand der Erfindung eine sehr einfache Lösung mit nur einem einzigen Rotor und Luftspulen dar, welche zusätzlich noch die bereits oben angegebenen Vorteile aufweisen.In contrast, the state of the invention provides a very simple solution with only a single rotor and air coils, which also have the already Have the advantages indicated above.

Es ist auch eine Anordnung mit einem einzigen stabförmigen Rotor vorgeschlagen worden, dem ebenso wie gemäß der vorliegenden Erfindung zwei Luftspulen zugeordnet sind. DieseAnordnung arbeitet jedoch mit zwei Transistoren und stellt demnach ebenfalls einen erheblichen Aufwand dar.An arrangement with a single rod-shaped rotor is also proposed has been assigned to the two air-core coils as well as according to the present invention are. However, this arrangement works with two transistors and therefore also provides a considerable effort.

Gegenüber beiden älteren Vorschlägen zeichnet sich der Gegenstand der Erfindung durch höchste Einfachheit aus.Compared to both older proposals, the subject stands out of the invention through the greatest simplicity.

Diese erfindungsgemäße Maschine hat die Eigenschaft, daß sie auch als Gleichstrom-Wechselstrom-Umformer betrieben bzw. angewendet werden kann, und zwar dadurch, daß an den Klemmen der im Ausgangskreis des Transistors liegenden Spule eine Wechselspannung abgenommen wird. Die Frequenz dieser Wechselspannung ist gleich der Drehzahl des umlaufenden Magnetstabes.This machine according to the invention has the property that it also can be operated or used as a DC-AC converter, and by the fact that the terminals are in the output circuit of the transistor Coil an alternating voltage is removed. The frequency of this alternating voltage is equal to the speed of the rotating magnetic bar.

Die Frequenz des Wechselstromes kann dadurch stabilisiert werden, daß in Weiterbildung dieses Erfindungsgedankens auf die Antriebswelle derWechselstrommaschine eine Spiralfeder aufgesetzt wird. Die Frequenz des Wechselstromes wird auf diese Weise durch die auf der Antriebswelle sitzende Schwungmasse und das Drehmoment der Spiralfeder bestimmt.The frequency of the alternating current can be stabilized by that in a further development of this inventive concept on the drive shaft of the alternating current machine a spiral spring is attached. The frequency of the alternating current is based on this Way through the flywheel mass sitting on the drive shaft and the torque of the Coil spring determined.

Die Erfindung wird in der Zeichnung an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention is illustrated in the drawing using an exemplary embodiment explained in more detail.

F i g. 1 ist die im Prinzip bekannte Schaltanordnung für eine entsprechend F i g. 2 und 3 erfindungsgemäß ausgebildete Maschine mit Stabmagnetläufer, die wahlweise als Gleichstrommotor oder als Gleichstrom-Wechselstrom-Umformer betrieben werden kann; F i g. 2 zeigt die erfindungsgemäß bauliche Anordnung der Spulen und des Magnetläufers im Schnitt und F i g. 3 die zu F i g. 2 gehörige Draufsicht.F i g. 1 is the circuit arrangement known in principle for a corresponding FIG. 2 and 3 machine designed according to the invention with bar magnet rotor, which can be operated either as a direct current motor or as a direct current / alternating current converter; F i g. 2 shows the structural arrangement according to the invention of the coils and the magnetic rotor in section and FIG . 3 the to F i g. 2 corresponding top view.

In Fig. 1 bedeutet im einzelnen 1 den Transistor mit der Basisl', dem Emitterl" und dem Kollektorl"'.lmEingangskreisdesTransistors,also zwischen l' und l", liegt die Steuerspule 2. Im Ausgangskreis des Transistors, also zwischen V' und l"', liegt die Antriebsspule 3, die durch den Widerstand 4 überbrückt ist. Die Speisebatterie ist 5. In Fig. 1, 1 specifically means the transistor with the base 1 ', the emitter 1 "and the collector 1 "'. In the input circuit of the transistor, that is between 1 ' and 1 ", the control coil 2 is located in the output circuit of the transistor, that is between V' and 1 "', the drive coil 3, which is bridged by the resistor 4, is located. The feed battery is 5.

Soll die Anordnung als Gleichstrom-Wechselstrom-Umformer benutzt werden, so liefert die Batterie 5 die umzuformende Spannung. Die Frequenz der an der Spule 3 abgenommenen Ausgangswechselspannung ist durch die Drehzahl des Magnetstabes 6 bestimmt.If the arrangement is to be used as a DC / AC converter, the battery 5 supplies the voltage to be converted. The frequency of the AC output voltage taken from the coil 3 is determined by the speed of the magnetic rod 6 .

Die Anordnung von F i g. 1. kann in bekannter Weise auch als Gleichstrommotor arbeiten, und zwar derart, daß der innerhalb der Spulen drehbare Dauermagnetstab 6 bei der Drehung in einer bestimmten Richtung in der Spule 2, die im Eincyangskreis des Transistors 1 liegt, eine Steuerspannung induziert, die durch den Transistor verstärkt wird und in der Spule 3 ein Magnetfeld erzeugt, das auf den Magnetstab in der gleichen Richtung antreibend einwirkt.The arrangement of FIG. 1. can work in a known manner as a DC motor, in such a way that the rotatable permanent magnet rod 6 within the coils when rotating in a certain direction in the coil 2, which is in the Eincyangskreis of the transistor 1 , induces a control voltage that is generated by the The transistor is amplified and a magnetic field is generated in the coil 3 , which acts to drive the magnetic rod in the same direction.

lEerbei ist vorausgesetzt, daß die Spulen 2 und 3 im richtigen Sinn zusammenwirken.It is also assumed that coils 2 and 3 work together in the correct sense.

Die Spulen 2 und 3 sind gemäß F i g. 2 so gewikkelt und angeordnet, daß ihre Querschnitte die kreisförmige Pollaufbahn des in Achsrichtung der Spulen in die beiden Spulen hineinragenden Magnetstabes 6 bei seiner Umdrehung mit einem sehr kleinen Luftspalt umfassen.The coils 2 and 3 are shown in FIG. 2 wound and arranged in such a way that their cross-sections encompass the circular pole track of the magnetic rod 6, which protrudes into the two coils in the axial direction of the coils, with a very small air gap during its rotation.

Aus Fig. 2 ist auch die Schwungmasse 7 ersichtlich, die aus unmagnetischem Material, wie Messing oder Kupfer, besteht und im einzelnen so bestimmt wird, daß bei gegebener Spannung der Batterie 5 die ge- wünschte Umdrehunaszahl erreicht wird.From Fig. 2, the flywheel 7 can be seen which consists of non-magnetic material such as brass or copper and is determined in detail so that the desired Umdrehunaszahl is achieved at a given voltage of the battery 5.

In F i g. 3 ist noch gezeigt, daß auf die Achse 8 des Magnetstabes 6 eine Spiralfeder 9 gesetzt werden kann, die zusammen mit der Schwungmasse 7 die mechanische Ei-enschwingung des Systems und somit die Frequenz der abgenommenen Spannung ergibt. So erhält man ein mechanisches Drehpendel mit Spulen, denen eine Wechselspannung derselben Frequenz abgenommen werden kann. In diesem Falle hat man eine Wechselstromquelle mit gut gleichbleibender Frequenz.In Fig. 3 it is also shown that a spiral spring 9 can be placed on the axis 8 of the magnetic rod 6 , which, together with the flywheel 7, results in the mechanical self-oscillation of the system and thus the frequency of the voltage picked up. This results in a mechanical rotary pendulum with coils from which an alternating voltage of the same frequency can be tapped. In this case you have an alternating current source with a constant frequency.

Es ist noch darauf hinzuweisen, daß der Widerstand 4 von F i g. 1 so bemessen werden kann, daß er der Schwingneigung des Transistors entgegenwirkt. Im Falle des Gleichstrom-Wechselstrom-Umformers ist 4 der Verbraucherwiderstand und wird, wie F 1 g. 2 zeigte an den Klemmen der Spule 3 angeschlossen.It should also be noted that the resistor 4 of F i g. 1 can be dimensioned so that it counteracts the tendency of the transistor to oscillate. In the case of the DC-AC converter, 4 is the load resistance and, like F 1, becomes g. 2 showed connected to the terminals of coil 3 .

Claims

Claims: 1. Electrical machine fed by direct current with a magnetic, preferably permanent magnet rotor, which is in pulse-generating or driven relationship to two coaxially forming the stator and at a mutual distance of the order of magnitude of their mean diameter coils, one of which is as Control coil in the input and the other as a drive coil in series with a voltage source supplying the energy, preferably a battery, in the output of a single transistor, d a - characterized in that between the two coils an elongated, in particular rod-shaped, in a manner already proposed, Magnetic rotor designed in a direction perpendicular to its axis of rotation is arranged between the two coaxial coils in such a way that in one position, namely in the axial direction of the coils, it protrudes into both coils at the same time, but in the perpendicular position outside of both coils, and di e two coaxial coils to achieve a very small air gap have a cross-section adapted to the circumference of the pole track of the rotating magnet.

2. Machine according to claim 1, characterized by its use as a direct current-alternating current converter, in that the desired alternating voltage is removed from the terminals of the coil (3) located in the output circuit of the transistor (1). 3. Machine according to claim 1 or 2, as a direct current-alternating current converter, characterized in that the voltage of the supply battery (5) for the transistor (1) is the direct voltage to be converted and the frequency of the desired alternating current by the number of revolutions of the magnetic rod (6) is determined. 4. Machine according to one of claims 1 to 3, characterized. that the magnetic rod is located (6) a spiral spring (9) on the axis (8) that determines, together with the flywheel (7) of Magnetstabcs (6), the mechanical self-oscillation of the system and thus the frequency of the sensed voltage. 5. Machine according to one of claims 1 to 4, characterized in that the flywheel (7) for the magnetic rod is made as a circular ring made of non-magnetic material (brass), the diameter of which corresponds to the length of the magnetic rod. 6. Machine according to one of claims 1 to 5, characterized in that a resistor (4) of such a size is arranged parallel to the drive coil in the manner already proposed that the tendency of the transistor (1) to oscillate is effectively prevented. Documents considered: French Patent No. 1090 564; L ') # lectricien, November 1955, p. 229. Earlier patents considered: German Patents No. 1075 207, 1108 312.