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Bürstenloser Gleichstrommotor mit Dauermagnetläufer Die Erfindung
bezieht sich auf einen Gleichstrommotor mit Dauermagnetläufer, dessen Kommutator
statt der bisher üblichen mechanischen Kontakte elektronische Elemente aufweist.
Die im Ständer angebrachten Spulen des Motors werden in Abhängigkeit von der Läuferstellung
über Transistoren gespeist. Die Stromdurchlässigkeit der Transistoren wird mittels
eines mit dem Läufer umlaufenden ferromagnetischen Steuergliedes gesteuert, und
zwar dadurch, daß dieses Steuerglied auf Steuerelemente einwirkt, welche in den
Basiskreis der Transistoren angebracht sind.
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Es ist schon ein derartiger Gleichstrommotor bekanntgeworden, bei
welchem in den Basiskreisen der Transistoren magnetfeldabhängige Widerstände angeordnet
sind. Derartige Steuerelemente sind nicht nur sehr teuer, wodurch eine wirtschaftliche
Fertigung eines mit ihnen ausgerüsteten Motors behindert wird, sondern sie weisen
auch noch den Nachteil auf, daß für ihre Funktionsweise ein sehr starkes, genau
abgegrenztes Magnetfeld erforderlich ist. Es muß nämlich eine relativ große Widerstandsänderung
für diese magnetfeldabhängigen Widerstände erfolgen, wenn die entsprechenden Transistoren,
über welche der Motor gespeist wird, wirksam gesteuert werden sollen. Für die Widerstandsänderung
reicht an sich ein starkes Magnetfeld aus, welches durch die Rotation des Läufers
des Motors dem jeweiligen magnetfeldabhängigen Widerstand entweder gegenübersteht
oder nicht. Hierbei ist jedoch zu beachten, daß das Magnetfeld keineswegs nur auf
einen Punkt konzentriert ist, sondern streut. Diese Streuung ist selbstverständlich
um so größer, je stärker das Magnetfeld ist. Die magnetfeldabhängigen Widerstände
werden somit nicht nur dann dem Magnetfeld ausgesetzt, wenn der erzeugende Magnet
gerade dem Widerstand gegenübersteht, sondern sie werden auch schon durch das Streufeld
des Magneten beeinflußt, so daß die notwendige Widerstandsänderung nicht mehr erzielt
werden kann. Um die für die Durchsteuerung der Transistoren notwendige Widerstandsänderung
der magnetfeldabhängigen Widerstände dennoch erzielen zu können, muß also das Magnetfeld
durch relativ aufwendige Maßnahmen so abgeschirmt werden, daß die magnetfeldabhängigen
Widerstände nicht von dem Streufeld beeinfiußt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von einem derart
bekannten Motor, einen Gleichstrommotor anzugeben, welcher mit einfacheren Mitteln
aufgebaut werden kann und welcher dementsprechend wirtschaftlicher zu fertigen ist.
Gelöst wird diese Aufgabe bei dem eingangs geschilderten Motor gemäß der Erfindung
dadurch, daß die in den Basiskreisen der Transistoren liegenden Steuerelemente als
Kohlewiderstände ausgebildet sind, welche jeweils auf der dem Steuerglied zugewandten
Seite derart mit ferromagnetischem Material bestückt sind, daß das ferromagnetische
Steuerglied auf die Kohledruckwiderstände eine Kraft ausübt. Der Vorteil der Erfindung
ist darin zu sehen, daß durch den Einsatz der Kohlewiderstände, welche mit dauermagnetischem
Material ausgerüstet sind - im Gegensatz zur bekannten Anordnung - nicht die magnetische
Wirkung des umlaufenden Magnetfeldes ausgenutzt wird, sondern deren mechanische
Kraftwirkung. Der Einfluß des Streufeldes des umlaufenden Magneten auf die Kohlewiderstände
ist daher nur gering, so daß eine Abschirmung des Magnetfeldes nicht erforderlich
ist, und es kann weiterhin durch die Bestückung der Kohlewiderstände mit dauermagnetischem
Material auch die Stärke des Magnetfeldes herabgesetzt werden. Darüber hinaus sind
die gemäß der Erfindung eingesetzten Kohlewiderstände wesentlich billiger als magnetfeldabhängige
Widerstände, so daß neben dem einfacheren Aufbau des Motors gegenüber der bekannten
Anordnung auch eine wirtschaftlichere Fertigung desselben möglich ist.
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Die Verwendung von Kohledruckwiderständen im Zusammenhang mit Elektromotoren
ist zwar schon bekanntgeworden, jedoch handelt es sich bei den bekannten Anordnungen
nicht um bürstenlose Gleichstrommotoren, wie sie dem Gegenstand der vorliegenden
Erfindung zugrunde liegen, sondern um gänzlich anders aufgebaute Maschinen, und
die Kohledruckwiderstände werden dabei zur Anpassung des Erregerstromes zur schnelleren
Erregung der Maschine eingesetzt. Eine Anregung, Kohledruckwiderstände so einzusetzen,
daß der eingangs beschriebene
bekannte Motor in seinem Aufbau vereinfacht
und in seiner Herstellung wirtschaftlicher wird, kann durch diese bekannten Anordnungen
nicht gegeben werden.
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In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel des Motors nach der
Erfindung dargestellt.
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F i g.. 1 zeigt einen Schnitt durch einen Motor nach der Erfindung,
aus welchem die für die Erfindung wesentlichen Einzelheiten hervorgehen, und in
F i g. 2 ist ein elektrisches Schaltbild des Motors wiedergegeben.
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Mit 1, 2 und 3 sind die Ständerspulen bezeichnet, welche über die
Transistoren 4, 5 und 6 aus der Stromquelle 7 gespeist werden, wenn der Schalter
8 geschlossen ist. In den Basiskreisen der Transistoren liegen Kohlewiderstände
9,10 und 11, an welchen Dauermagnete 12,13 und 14 angebracht sind. Auf der Welle
16 des Motors ist das Dauennagnetsegment 15 fest angebracht, und zwar axial in gleicher
Höhe wie die Kohlewiderstände 9,10 und 11, welche ihrerseits im Ständer 20 des der
Übersichtlichkeit halber nicht weiter dargestellten Gleichstrommotors angebracht
sind.
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Kohlewiderstände haben die Eigenschaft, ihren Widerstandswert dann
zu ändern, wenn Druck oder Zug auf sie ausgeübt wird.
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Die Wirkungsweise der Erfindung ist folgende: Durch Schließen des
Schalters 8 werden die Ständerspulen 1, 2 und 3 an die Spannung der Batterie 7 gelegt.
Im in den Zeichnungen dargestellten Fall steht das Dauermagnetsegment 15 gerade
dem Kohlewiderstand 9 gegenüber, und es wird infolge der Kraftwirkung zwischen Dauermagnetsegment
15 und Dauermagnet 12 am Kohlewiderstand 9 ein Druck oder Zug auf den Kohlewiderstand
ausgeübt. Die Dauermagnete 12,13 und 14 sind alle gleich magnetisiert, und zwar
beispielsweise so, daß ein Nordpol auf der Seite der Welle 16 liegt. Durch den Druck
oder Zug ändert sich der Widerstandswert des Kohlewiderstands 9 derart, daß der
zugehörige Ständertransistor 4 stromdurchlässig wird und dementsprechend die Ständerspule
1 vom Strom durchflossen wird. Gleichzeitig sind die beiden anderen Ständertransistoren
5 und 6 stromundurchlässig.
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Von der Ständerspule 1 wird nun auf den Läufer des Gleichstrommotors
ein Drehmoment ausgeübt, und er beginnt sich zu drehen, wodurch auch das Dauermagnetsegment
15 in Drehung versetzt wird und nach einem bestimmten Winkelweg dann den Widerstandswert
des Kohlewiderstands 10 ändert. Dadurch wird dann der Ständertransistor 5 stromdurchlässig
geschaltet, während gleichzeitig der Ständertransistor 4 stromundurchlässig gemacht
wird. Auf diese Weise ist jeweils in zyklischer Reihenfolge einer der Ständertransistoren
4, 5 oder 6 stromdurchlässig, so daß jeweils eine der Ständerspulen 1, 2 oder 3
von Strom durchflossen ist, während die beiden anderen Ständerspulen nicht von Strom
durchflossen sind. Die Kohlewiderstände 9,10 und 11 können selbstverständlich statt
mit den Dauermagneten 12,13 und 14 auch mit anderem magnetischen Material versehen
werden. Das magnetische Material muß immer so angebracht sein, daß auf jeden Fall
durch das umlaufende Dauermagnetsegment 15 eine Kraft auf die Kohlewiderstände ausgeübt
werden kann. Die Gleichrichterelemente 17,18 und 19, welche den Emittern der Ständertransistoren
4, 5 und 6 vorgeschaltet sind, dienen zusätzlich dazu, die Transistoren auf jeden
Fall zu sperren, wenn das Dauermagnetsegment 15 dem jeweils zugehörigen Kohlewiderstand
nicht gegenübersteht.