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Elektromotor mit einem magnetisierten Läufer und kontaktlos gesteuerter
Erregung der Ständerwicklung Die Erfindung bezieht sich auf einen Elektromotor mit
einem magnetisierten Läufer und kontaktlos gesteuerter Erregung der Ständerwicklung
über einen Transistoroszillator, dessen Betriebszustand kontaktlos durch eine mit
der Motorwelle umlaufende Abschirmscheibe mit Kopplungssektor derart steuerbar ist,
daß die Ständerwicklung dann erregt ist, wenn das Ständermagnetfeld auf den Läufer
ein Beschleunigungsmoment auszuüben vermag.
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Es ist bereits ein derartiger Elektromotor bekannt, der insbesondere
als batteriegespeister Uhrenmotor mit auf der Unruhwelle angeordnetem Läufer geeignet
ist, während die an der Unruhwelle befestigte Abschirmscheibe einen Ausschnitt als
Kopplungssektor aufweist, welcher zwischen der Arbeitsspule und der Rückkopplungsspule
des Transistoroszillators unter zweimaliger Erregung dieses Oszillators je Schwingungsperiode
der Unruh hin- und herschwingt. Bei einem rotierenden Motor wäre diese Anordnung
insofern unbefriedigend, als damit kein Selbstanlauf des Motors erzielbar wäre und
außerdem der Motor nur jeweils während eines Bruchteils eines vollen Läuferumlaufs
ein antreibendes Drehmoment erhielte.
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Andererseits sind Elektromotoren mit kontaktloser Kommutierung der
Ständerwicklung, insbesondere auch Uhrenmotoren, mit Transistorverstärkern bekannt,
welche zur periodischen Erregung der Ständerwicklung durch in ihrem Steuerkreis
induzierte Spannungen geschaltet werden, wobei diese Steuerspannungsimpulse von
einem mit dem Motorläufer bewegten Magneten in einer Steuerwicklung induziert werden.
Auch diese Motoren können ohne Hilfseinrichtung nicht selber anlaufen, und außerdem
hängt die Größe der induzierten Steuerspannungen und damit die Durchsteuerung des
Transistors ungünstigerweise von der Geschwindigkeit des Läufers ab, so daß diese
Motoren nur oberhalb bestimmter Drehzahlen bzw. Schwingungsfrequenzen einwandfrei
arbeiten.
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Bei mit Schleifringen arbeitenden, aus einem Gleichstromnetz über
gittergesteuerte Dampf- oder Gasentladungsstrecken gespeisten Motoren mit mehrphasigen
Ständerwicklungen ist es zur Erzielung eines Drehfeldes bekannt, einen vom Motorläufer
unmittelbar angetriebenen Verteiler mit einer der Zahl der Ständerwicklungen entsprechenden
Anzahl von Steuerkommutatoren zur Steuerung der Entladungsstrecken derart zu verwenden,
daß in allen Läuferstellungen ein den Läufer antreibendes Feld erregt ist und einen
Selbstanlauf ermöglicht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen kollektorlosen Elektromotor
des eingangs beschriebeneu Typs durch dieses bekannte Speisungsprinzip zu verbessern.
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Ausgehend von einem Elektromotor der eingangs beschriebenen Art ist
die Erfindung zur Lösung dieser Aufgabe dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer mindestens
eine n Transistoroszillatoren periodisch steuernde Abschirmscheibe trägt und der
Ständer n über seinen Umfang verteilte Pole aufweist, die n unterteilte Spulen einer
mehrphasigen Ständerwicklung tragen, deren Erregung von den n Transistoroszillatoren
zur Erregung eines den Läufer antreibenden Drehfeldes periodisch einschaltbar ist,
und daß die Abschirmscheibe zur periodischen Steuerung der h Oszillatoren einen
Kopplungssektor aufweist, der sich über einen Winkelbereich von 360° dividiert durch
die Anzahl der Transistoroszillatoren erstreckt.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 die schematische Ansicht eines Motors mit einem
dreipoligen Ständer, F i g. 2 eine Draufsicht auf die mit dem Läufer des Motors
nach F i g. 1 fest verbundene Abschirmscheibe und F i g. 3 das Schaltbild eines
Transistoroszillators zur Steuerung einer der Ständerwicklungen nach Fig.1
Der
Motor nach F i g. 1 hat drei Ständerpole P1, P2 und P3 und einen diametral magnetisierten
Läufer B, dessen Nord- bzw. Südpol mit N bzw. S
bezeichnet ist.
Je zwei Ständerpole tragen eine gemeinsame Wicklung M 1, M 2 bzw. M 3 derart, daß
jeder der Pole zwei zu zwei verschiedenen Wicklungen gehörende Spulenabschnitte
trägt. Die Ständerwicklungen M1, M2 und M3 liegen jede im Arbeitskreis eines besonderen
Transistoroszillators, wie er beispielsweise auf F i g. 3 dargestellt ist.
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Auf der Welle A des Läufers B ist eine Abschirmscheibe
E nach F i g. 2 befestigt, welche einen Kopplungssektor L aufweist; der im betrachteten
Ausführungsbeispiel durch eine Unterbrechung gebildet ist und sich über einen Winkel
von 120° erstreckt. Die Abschirmscheibe E mit ihrem Kopplungssektor L dreht sich
mit dem Läufer innerhalb dreier Luftspalte, die jeweils zwischen der Oszillatorspule
01,
O 2 bzw. O 3 und der auf F i g. 2 nicht dargestellten Rückkopplungsspule
je eines der die Ständerwicklung M1 bis M3 steuernden Transistoroszillatoren gebildet
sind.
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Jeder Transistoroszillator weist nach F i g. 3 einen Transistor T
auf, in dessen Kollektorkreis die Oszillatorspule O und, mit dieser in Reihe, die
Ständerspule M liegen und in dessen Basiskreis die Rückkopplungsspule N geschaltet
ist. Zwischen beiden Spulen bewegt sich, wie auf F i g. 3 schematisch angedeutet,
die Abschirmscheibe E mit ihrem Kopplungssektor L. Der Transistoroszillator wird
aus einer GleichspannungsquelleP gespeist. Parallel zurEmitter-Kollektor-Strecke
des Transistors und der Oszillatorspule O liegt ein Kondensator C, während der Spannungsquelle
die Widerstände R I und R 2 zur Erzeugung einer geeigneten Basisvorspannung parallel
geschaltet sind. Dem Widerstand R 1 ist außerdem noch ein Kondensator C 1 und dem
Widerstand R2 eine Diode d3 parallel geschaltet.
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Die Abschirmscheibe besteht aus einem unmagnetischen, elektrisch leitenden
Material, so daß der Oszillator, solange sich die Abschirmung im Luftspalt zwischen
den Spulen O und N befindet, entkoppelt ist und keinen Ausgang liefert. Nur wenn
der Kopplungssektor L den Luftspalt passiert, wird die Entkopplung aufgehoben, und
der sich dann selbst erregende Oszillator liefert ein Ausgangssignal, das die Ständerwicklung
M speist.
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Durch die Elemente C 1 und R 1 wird ein Zeitglied gebildet, derart,
daß die Erregung des Oszillators relativ zum Beginn seiner Kopplungsperiode um eine
vorgebbare Zeitkonstante verzögerbar ist. Durch die Diode d3 wird die Aufladung
des Kondensators C1 während der Schwingung des Oszillators begrenzt, und außerdem
erlaubt diese Diode eine Rückführung der beim Abschalten des Oszillators frei werdenden
Energie an die Spannungsquelle.
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Die Oszillator-Rückkopplungsspulenpaare sind, wie in F i g. 2 gezeigt,
symmetrisch über den Umfang der Abschirmscheibe E verteilt angeordnet, und außerdem
hat der Kopplungssektor L der Kopplungsscheibe relativ zur Magnetisierungsrichtung
des Motorläufers B eine derartige Orientierung, daß bei Drehung des Läufers und
der Kopplungsscheibe durch die nacheinander stattfindende periodische Erregung der
drei Ständerwicklungen ein Drehfeld erzeugt wird, welches ständig auf den Läufer
ein Drehmoment ausübt. Auf F i g. 1 und 2 ist der Läufer bzw. die Abschirmscheibe,
die sich beide im Sinn der Pfeile drehen, in derjenigen Stellung dargestellt, in
welcher der die Ständerspule M3 speisende Oszillator gerade eingeschaltet und der
bis dahin im Betrieb befindliche, die Spule M2 erregende Oszillator abgeschaltet
wird.
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Während der Erregung der Spule M3 durch den zugehörigen Oszillator
wird der Ständerpol P 2 zu einem Nordpol und der Pol P 1 zu einem Südpol. Der Läufer
B erhält also ein Drehmoment, welches ihn und die Scheibe E im Pfeilsinn um einen
Winkel von etwa 120° dreht. Am Ende dieser Drehbewegung wird durch den Kopplungssektor
L der Scheibe E nunmehr der zur Spule M I gehörende Transistoroszillator eingeschaltet,
so daß gleichzeitig mit der Entregung der Spule M3 die Spule M 1 erregt wird und
der Läufer sich um weitere 120° drehen kann. Die aufeinanderfolgenden zyklischen
Erregungen der Spulen M 1 bis M3 liefern also ein den Läufer ständig beschleunigendes
Drehfeld. Wenn die Spulen M1 bis M 3 im entgegengesetzten Sinn auf die Pole P 1
bis P 3 gewickelt werden, dann kehrt sich die Drehrichtung des Motors um.
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Da der Kopplungssektor eine Ausdehnung hat, die einem Winkel von 360°
dividiert durch die Anzahl der Transistoroszillatoren entspricht, ist dafür gesorgt,
daß in jeder beliebigen Ruhestellung des Läufers eine Ständerspule beim Einschalten
erregt wird, die auf den Läufer ein Drehmoment auszuüben vermag, so daß also der
Motor aus jeder Läuferstellung selbst anläuft.
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Der Kopplungssektor der Abschirmscheibe kann auch aus einem magnetisierten
Material bestehen. Der Motor nach der Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel
mit drei Ständerpolen und jeweils zwei benachbarte Pole umfassende Ständerspulen
beschränkt, und auch die Transistoroszillatoren können von beliebiger, bekannter
Bauart sein.