DE1488744C3

DE1488744C3 - Elektrischer Motor

Info

Publication number: DE1488744C3
Application number: DE19651488744
Authority: DE
Inventors: Georges Paris Stcherbatcheff
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1964-09-30
Filing date: 1965-09-30
Publication date: 1974-01-17
Also published as: CH448240A; DE1488744B2; GB1124571A; BE670248A; NL6512722A; DE1488744A1; FR1417292A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Motor mit einem eine Ringspule und mindestens einen Permanentmagneten aufweisenden Stator sowie einem Anker, der aus einem innerhalb und in Achsrichtung der Ringspule angeordneten länglichen Körper besteht, welcher beiderseits außerhalb der Ringspule Polschuhe bildende Erweiterungen aufweist, die mit unterschiedlich polarisierten Polflächen des Stators mit der Ankerbewegung gegensinnig veränderliche Luftspalte bilden, derart, daß je nach der jeweiligen Ankerstellung Flüsse wechselnden Vorzeichens durch den Anker hindurchtreten.

Ein derartiger Motor ist bereits aus der österreichisehen Patentschrift 222 738 bekannt. Bei dem bekannten Motor, dessen Anker geradlinige Bewegungen in Richtung der Spulenachse vollführt, sind zwei ringförmige Permanentmagnete axial beiderseits der Ringspule vorgesehen, die zueinander gegensinnig axial magnetisiert und mit jeweils zwei beidseitig anschließenden Polstücken versehen sind. In der Ruhestellung des Ankers nehmen dessen beide Erweiterungen eine Mittelstellung zwischen den Polstücken eines jeden dieser Magnete ein, wobei der magnetische Kreis jeweils über die betreffende Erweiterung,-die beiden Polstücke und den zugehörigen Magneten geschlossen ist. Bei einer Auslenkung des Ankers vermittels eines an die Spule angelegten Stromes nimmt der Anker magnetische Flüsse aus beiden Magneten auf, die durch seinen Körper hindurchtreten. Diese Flüsse schließen sich über ein ringförmiges Joch, das die einander zugewandten Polstücke beider Magnete verbindet. Mit der Auslenkung des Ankers ändern sich die beiden zwischen jeder Ankererweiterung und den zugeordneten Polstücken, bestehenden Luftspalte nicht linear. Die Nichtlinearität geht so weit, daß bereits bei einer verhältnismäßig geringen Auslenkung des Ankers eines der beiden

Polstücke eines jeden Magneten außer Funktion kommt, so daß der Körper des Ankers fortan den gesamten magnetischen Fluß aufzunehmen hat. Indessen gerät mit dem betreffenden Polstück auch der dann außerhalb der Ankererweiterungen liegende Magnet außer Funktion, so daß er nicht mehr zu der magnetischen Erregung beizutragen vermag.

Aufgabe der Erfindung ist es, in Erkenntnis dessen einen Motor der eingangs genannten Art so auszubilden, daß er eine größere Leistung aufweist sowohl in bezug auf die elektrische Eingangsleistung als auch in bezug auf das Bauvolumen.

Dabei geht die Erfindung vor allem von der Überlegung aus, daß man, wenn es gelingt, nur Differenzflüsse durch den Ankerkörper hindurchzuleiten, diesen in seinem Querschnitt sehr klein bemessen kann, was dann zu einem trägheitsarmen Anker führt. Dies führt dann auch zu einer kleineren Länge der Windungen der Ringspule, wodurch die Verluste in der Erregerwicklung herabgesetzt werden. Des weiteren muß man im Interesse einer möglichst großen EMK danach trachten, daß der Erregerfluß in seiner Größe über die Ankerbewegung hin erhalten bleibt.

Demgemäß ist die genannte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß beide Ankererweiterungen mit Nord- und Südpolen desselben Permanentmagneten derart zusammenwirken, daß die Gesamtreluktanz der Luftspalte von der Ankerbewegung im wesentlichen unabhängig ist.

Dies bedingt, daß beide Ankererweiterungen stets über zwei definierte Luftspalte mit den zugeordneten Nord- und Südpolen zusammenwirken, deren Summe im wesentlichen unverändert bleibt. Damit bildet der magnetische Kreis des erfindungsgemäßen Motors eine magnetische Brückenschaltung, in der die Reluktanzen der veränderlichen Luftspalte die Brückenwiderstände sind, während der Permanentmagnet und der Ankerkörper in den beiden Brückendiagonalen liegen.

Da der Ankerkörper nur Differenzflüsse aufzunehmen hat, kann die Spule erregungsmäßig klein bemessen werden, weil diese Differenzflüsse sich bereits durch einen verhältnismäßig kleinen Spulenfluß kompensieren lassen.

Außerdem weist der erfindungsgemäße Motor noch den Vorteil auf, daß der infolge des kleinen Querschnitts schlanke Anker eine geringe Trägheit besitzt. Dies macht ihn als feinfühligen Antrieb etwa eines polarisierten Relais geeignet. In einer Ausführung mit umlaufendem Anker, wozu die Ankererweiterungen ebenso wie die Polstücke an ihrem Umfang eine Verzahnung erhalten, eignet er sich als Schrittmotor. In Miniaturausführung, wie sie beispielsweise für Uhren in Frage kommt, kann er dabei sehr sparsam aus Mikrobatterien betrieben werden.

Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Figuren näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 ein Schnittschema des erfindungsgemäßen Motors, wie er für eine geradlinige Ankerbewegung in Betracht kommt,

F i g. 2 das Schaltbild einer mit dem magnetischen Erregerkreis eines solchen Motors vergleichbaren elektrischen Brückenschaltung,

F i g. 3 eine Draufsicht auf eine praktische Ausführung eines derartigen erfindungsgemäßen Motors,

F i g. 4 einen Schnitt durch den Motor gemäß der Linie A-A in Fig. 3,

F i g. 5 einen Schnitt gemäß der Linie B-B in Fig. 4,

Fig. 6 eine Draufsicht auf eine Ausführung des erfindungsgemäßen Motors als Mikromotor mit umlaufendem Anker,

F i g. 7 einen Schnitt gemäß der Linie C-C in Fig. 6,

F i g. 8 einen Schnitt gemäß der Linie D-D in F i g. 7, wobei einige Teile der Übersichtlichkeit

ίο halber weggebrochen erscheinen,

Fig. 9 ein Diagramm, das die in einem solchen Motor wirksamen Drehmomente in Abhängigkeit vom Drehwinkel angibt,

Fig. 10 eine schematische Abwicklung der Verzahnung an den Statorpolen gemäß einer bestimmten Ausführung eines umlaufenden erfindungsgemäßen Motors,

Fig. 11 ein entsprechendes Schema bei einer anderen Ausführung,

Fig. 12 eine ebensolche Darstellung bei einer weiteren Ausführung eines umlaufenden Motors,

Fig. 13 einen Axialschnitt durch einen für den Umlauf in beiden Drehrichtungen geeigneten Motor nach der Erfindung,

Fig. 14 einen achsnormalen Schnitt durch die Innenteile eines andersartig aufgebauten umlaufenden Motors nach der Erfindung gemäß der Linie F-F in Fig. 15 und

Fig. 15 einen Axialschnitt durch den Ietztgenannten Motor gemäß der Linie E-E in F i g. 14.

Der in Fig. 1 nur schematisch gezeigte Motor nach der Erfindung besteht aus einem Anker 1 und einem feststehenden Stator, der von einer Spule 4, einem Permanentmagneten 5 und zwei die Spule 4 umfassenden Polstücken 6 und 7 aus magnetisch permeablem Material gebildet wird. Diese Elemente sind vorzugsweise rotationssymmetrische Körper in bezug auf die Achse a-a' des Ankers. Der Magnet 5 ist ringförmig und radial polarisiert.

Der Anker 1 besitzt einen schlanken länglichen Körper, der sich durch die Spule 4 hindurch erstreckt und an seinen Enden in zwei scheibenförmige Erweiterungen 2 und 3 übergeht. Zwischen diesen Erweiterungen und den gegenüberliegenden Polflächen der Polstücke 6 und 7 bestehen Luftspalte el, el, e3 und eA. Die Polstücke selbst stehen in Kontakt mit je einem der Pole des Magneten 5 und weisen ein C-förmiges Profil auf. Für den so gebildeten magnetischen Kreis stellt der Anker einen Widerstand von annähernd Null dar. Seine beiden Erweiterungen stehen über die Luftspalte el und el bzw. e3 und e4 jeweils mit beiden Polen des Magneten 4 in Verbindung, der die Quelle des Flusses bildet.

Es besteht auf diese Weise eine Analogie zu einer elektrischen Brückenschaltung, wie sie F i g. 2 zeigt. In letzterer stellt S eine elektrische Stromquelle dar, / ist ein Empfänger, der beispielsweise aus einem Galvanometer besteht, El, El, E3 und EA sind die Teilwiderstände in den Brückenzweigen, denen die Reluktanzen der Luftspalte el, el, e3 und e4 entsprechen. Aus Symmetriegründen fließt im Falle der Abstimmung kein Strom durch den Empfänger /, da die beiden Abgriffe, die fest miteinander verbunden sein sollen, auf den beiden gezeigten Widerständen eine Mittellage einnehmen. Werden diese Abgriffe jedoch verschoben, so folgt daraus ein durch / hindurchfließender Differenzstrom, der sich in einem Bereich von der doppelten Größe desjenigen Stromes

ändern kann, der von S geliefert wird, indem sich seine Richtung bei wechselnder Auslenkung der Abgriffe aus der Abgleichstellung umkehrt.

In gleicher Weise ist der den vorausgehend beschriebenen Anker 1 durchsetzende magnetische Fluß Null, wenn die Erweiterungen 2 und 3 des Ankers sich in der Mitte der von den Polstücken 6 und 7 gebildeten Zwischenräume befinden, d. h. die Luftspalte el und e2 sowie e3 und e4 gleich sind. Mit einer Verschiebung des Ankers in Achsrichtung ist dieser Fluß in einem Bereich von der doppelten Größe desjenigen Flusses veränderlich, der aus dem Magneten 5 stammt.

In den Fig. 3 bis 5 ist ein dementsprechendes praktisches Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Motors dargestellt, dessen Anker eine geradlinige Bewegung vollführt. Ein solcher Motor ist beispielsweise als Antrieb eines polarisierten Relais, jedoch auch, wegen seiner Linearität, als System eines elektrischen Meßinstruments geeignet.

Der Stator dieses Motors (Fig. 4) weist einen radial polarisierten, ringförmigen Permanentmagneten 8 aus Ferrit auf, der zwischen zwei ringförmigen Polstücken 9 und 10 aus Weicheisen eingeschlossen ist, die wiederum ein C-förmiges Profil besitzen. Jedes dieser Polstücke besteht aus zwei Schalen. Zwischen die beiden Schalen des Polstückes 10 ist die Spule 11 eingebracht. Das Polstück 9 ist auf einem Sockel 20 befestigt.

Der Anker 12 besteht aus zwei Weicheisenteilen auf einer nichtmagnetischen Achse 13. Die letztere ist gelenkig zwischen einer spiralförmigen Blattfeder 14 sowie einer weiteren Blattfeder 15 gelagert, die eine leichte Schwenkbewegung um eine durch ihre Befestigungsstellen 16 (F i g. 5) verlaufende Achse erfahren und an ihrem anderen Ende (nicht dargestellt) beispielsweise einen beweglichen Relaiskontakt tragen kann.

Der Angriffspunkt der spiralförmigen Blattfeder 14 (Fig. 3) kann mittels einer Lasche 17 sowie der Schrauben 18 und 19 so eingestellt werden, daß die instabile magnetische Rückstellkraft genau kompensiert wird. Es läßt sich die Einstellung auch so vornehmen, daß entweder eine Überkompensation erfolgt oder nicht, um, je nach Bedarf, eine stabile Position des Ankers in einer Mittellage oder zwei stabile Positionen in den Endstellungen des Ankers zu erhalten. Des weiteren kann durch Einstellung der Lagerstelle die Symmetrie der beiderseitigen Ankerauslenkungen beeinflußt werden.

Die besonderen Vorteile einer solchen Ausführung sind weitgehende Anpassungsfähigkeit auf Grund der Einstellmöglichkeiten, eine vollständige Ausbalancierung der beweglichen Teile sowie Unempfindlichkeit gegenüber äußeren Magnetfeldern auf Grund des die Anordnung fast vollkommen umschließenden äußeren Polstücks 9.

Eine Ausführung des erfindungsgemäßen Motors als Gleichstrommotor mit umlaufendem Anker ist in den F i g. 6 bis 8 dargestellt. Sie besitzt einen radialpolarisierten, ringförmigen Permanentmagneten 21 aus Ferrit, der zwischen zwei rotationssymmetrische Polstücke 22 und 23 aus einer permeablen Legierung eingesetzt ist. Das äußere Polstück, 22, hat wiederum ein C-förmiges Profil, während das innere Polstück, 23, von einem im wesentlichen glatten Ring gebildet wird. Innerhalb des Polstücks 23 befindet sich die Spule 24. Der Anker 25 ist in zwei Lagern 26 und 27 gelagert, die von zwei Platten 28 und 29 getragen werden. Die Platten 28 und 29 sind an dem äußeren Polstück 22 durch Schrauben 30 bis 33 befestigt.
Zwischen der oberen Platte 29 und einer Brücke 36, die an dem Polstück 22 angebracht ist, ist ein Zahnrad 34 drehbar gelagert, das mit einem Ritzel 35 auf dem Anker 25 kämmt.

Eine gedruckte Schaltung 37 unterhalb des Magneten 21, die beispielsweise die in F i g. 8 angegebene Gestalt hat, wobei die punktierten Partien 38 Metallauflagen auf dem Grundkörper 39 aus Isoliermaterial darstellen, bildet zusammen mit einer am Anker angebrachten Schleifbürste 40 einen Kommutator. Dieser Kommutator gestattet es, die Spule 24 über nicht gezeigte Anschlüsse aus einer Gleichstromquelle zu speisen, die beispielsweise von zwei Monobatteriezellen mit Mittelabgriff gebildet wird. In der Unteransicht nach F i g. 8 erkennt man, daß die Erweiterungen 41a und 41b des Ankers 25 so ausgeschnitten sind, daß sie eine Verzahnung in Form eines zehnzackigen Sternes aufweisen. Das Ende eines jeden Zahnes bildet einen Pol des Ankers. Die Zähne der beiden Ankererweiterungen sind gegeneinander versetzt.

In gleicher Weise sind die Enden des inneren Polstücks 23 mit Verzahnungen von je zehn Zähnen versehen, die jedoch miteinander fluchten. Die Enden des äußeren Polstücks 22 schließlich tragen an ihrem Umfang 20 Zähne, die ebenfalls einander decken.

Selbstverständlich wäre es auch möglich, an Stelle

der Zähne an den Polstücken diejenigen des Ankers einander decken zu lassen und dafür die Zähne eines jeden Polstücks gegeneinander zu versetzen. Des weiteren könnten die Verzahnungen eines anderen Teiles an Stelle derjenigen des Polstückes 22 die doppelte Zähnezahl aufweisen. Die Bedeutung dieser Maßnahmen wird noch erläutert.

Wie ebenfalls noch erläutert wird, ist es auch möglieh, den so weit beschriebenen Motor lediglich aus einer einzigen Batteriezelle zu betreiben, wenn, beispielsweise durch Axialverschiebung des Ankers, eine Unsymmetrie zwischen den Polflächen beiderseits der Spule hergestellt wird. Es wird dann nur eine der Metallauflagen 38 des Kommutators 37 benötigt. Schließlich kann der Motor auch mit Wechselstrom oder mit Stromimpulsen betrieben werden, die von außen, beispielsweise von einem Transistorzerhacker, stammen. In diesem Fall ist der Kommutator gänzlich überflüssig.

Bezeichnet man die Zähne der Polstücke 22 und 23 bzw. der Ankererweiterungen 41a und 41 b mit Ia und Ib, mit Πα und IIb bzw. mit IIIα und YiIb, so gilt für den zuletzt beschriebenen Motor, wie gesagt, daß sich die Zähne Ia mit den Zähnen Ib und die Zähne Πα mit den Zähnen Ub decken, während die Zähne III α und III b gegeneinander versetzt sind, d. h. nur unter einer gegenseitigen Verdrehung der betreffenden Verzahnungen von 360°/27V miteinander zur Deckung zu bringen wären, wobei N die Zähnezahl der »Hauptverzahnung«, im vorliegenden Fall 10, ist. Daraus geht hervor, daß eine Drehung des Ankers um einen Winkel von 360°/2JV jeweils zu einer Umkehrung des Flusses in dem Anker führt.

Die Variationen des Drehmoments C 0 aus dem Fluß

'■" des Permanentmagneten 21 (Ruhedrehmoment) sowie des Drehmoments Cl aus dem Fluß auf Grund des Stromes in der Spule24 gehen aus Fig. 9 hervor.

7 8

Eine genauere Analyse zeigt, daß, allgemein ge- erhalten wird, stets einen Anteil mit der Frequenz

sprochen, bei einem umlaufenden Motor nach der 2ΝΘ hat. Dieser Anteil vermag, je nach der Breite

Erfindung sich das Drehmoment CO abhängig vom der Zähne, die Maxima des Drehmoments abzu-

Fluß des Permanentmagneten und damit in Abhän- flachen (breite Zähne) oder zu verschärfen (schmale

gigkeit vom Drehwinkel Θ des Ankers mit der Fre- S Zähne). Durch eine bestimmte Kombination von

quenz 2 N ändert, d. h. bei einer vollen Umdrehung breiten und schmalen Zähnen hat man es somit in

2 N Änderungen erfährt, während die Änderung des der Hand, wiederum das optimale Gesetz zu erhalten

Drehmoments Cl abhängig vom Fluß auf Grund des (Fig. 12). In der Tat kann dieses Gesetz mit jeder

Spulenstromes nur mit der Frequenz N erfolgt. Aus Maßnahme erhalten werden, die geeignet ist, auf die

diesem Grund hat der Anker 2 N stabile und ebenso io Phasenlage der zweiten Harmonischen gegenüber der

viele instabile Gleichgewichtsstellungen pro Um- ersten einzuwirken,

drehung. In sämtlichen der Fig. 10 bis 12 ist lediglich ein

Es ist möglich, einen drehfähigen Motor nach der Paar der Ankerzähne, HIa und UIb, und zwar geErfindung so auszubilden, daß das resultierende strichelt, angegeben. Die schraffierten Felder beDrehmoment CO+ Cl ein konstantes Vorzeichen 15 zeichnen die wirksamen Polflächen der Zähne des und eine nur wenig veränderliche Größe im Verlaufe Stators. Jeweils liegen die Zähne mit dem Zusatz »fo« einer Halbperiode besitzt, sofern Cl von einem an- auf der einen und diejenigen mit dem Zusatz »α« auf nähernd konstanten Strom hervorgerufen wird. Am der anderen Seite einer zur Motorachse normalen besten wird diese Bedingung erfüllt, wenn die Ände- Mittelebene des Motors.

rung des Gesamtdrehmoments C0 + C1 mit 20 Die Ausführung nach Fig. 12 ist dann besonders

2sin JV6 + cos 2ΝΘ erfolgt. Dabei fallen die Null- geeignet, wenn es Schwierigkeiten bereitet, eine große

stellen von Cl mit den Maxima von CO zusammen. Zähnezahl auf dem Umfang unterzubringen. Bei

Diese Gesetzmäßigkeit soll als das »optimale Gesetz« dieser Ausführung sind, wie ersichtlich, die Zähne

bezeichnet werden. eines jeden Polstücks gegeneinander versetzt, und

Bei Verwirklichung dieses optimalen Gesetzes 25 weiterhin tritt eine Versetzung zwischen den Zähnen

liefert der Motor, wie Fig. 9 zeigt, mittels eines beider Polstücke auf jeder Seite der erwähnten

rechteckförmigen Wechselstromes oder eines peri- Mittelebene auf.

odisch mit dem Ankerumlauf kommutierten Gleich- In F i g. 11 hat das eine Polstück die größeren

stromes ein Drehmoment ohne Nullstellen. Zähne auf einer Seite und das andere Polstück auf

Indessen ist es, wie gesagt, ebenso möglich, den 30 der anderen Seite der Mittelebene. Da es sich hier Motor mit- Impulsen gleichbleibenden Vorzeichens zu nur um die wirksamen Polflächen handelt, kann betreiben. Dies geht aus der folgenden Betrachtung dieses Ergebnis, wie gesagt, auch durch eine einfache hervor: Der Speisestrom hat die gleiche Wirkung wie Verschiebung des Ankers entlang seiner Achse ereine Unsymmetrie des an den Spulenenden wirk- reicht werden.

samen Erregerflusses, da in beiden Fällen ein den 35 In jedem Fall führen die erwähnten Maßnahmen Ankerkörper durchsetzender magnetischer Fluß her- dazu, daß der Motor, der im übrigen so wie in den vorgerufen wird. Daher kann man die Unsymmetrie F i g. 6 bis 8 gezeigt, aufgebaut sein kann, mit Stromaus dem Strom durch eine Unsymmetrie des Erreger- impulsen gleichbleibenden Vorzeichens betrieben fiusses ersetzen. Das Drehmoment im Ruhezustand werden kann. Bei einer Ausführung eines derartigen hat dann die Form 4° Motors, die nicht eigens dargestellt ist, befinden sich

C0 = k (-2 sinN Θ + cos 2 N Θ), Jf ^h _e ^e\^dtn ^LaS^{er des} Ankers f^ui *Ρ™ψ™$™

Blattfedern, wie eine in Fig. 3 dargestellt ist. Dies

und der über eine Halbperiode wirkende Strom muß ermöglicht dem Anker wechselweise Axialverschie-

dementsprechend ein Drehmoment bungen, mit denen sich die durch den Umlauf er-

C1 = k 4 sin N ^{45 z}'^e'^ten Flußänderungen und damit die abgegebene

Leistung des Motors noch vergrößern lassen. Die

liefern, also das doppelte desjenigen, das bei einem ausgenutzte Bewegung bleibt auch in diesem Fall die

symmetrischen Erregerfluß erforderlich ist. Die Drehbewegung des Ankers.

zweite Halbperiode wird in diesem Falle unter dem Des weiteren können zwei Motoren nach Art der-

alleinigen Einfluß des Moments C 0 durchlaufen. 50 jenigen aus den F i g. 6 bis 8 auf einer gemeinsamen

Die Unsymmetrie des Erregerflusses kann auf ver- Welle kombiniert werden. In diesem Fall werden die

schiedene Weise erhalten werden. So z.B., indem Zähne la des einen und die Zähne Tb des anderen

man, wie vorausgehend beschrieben, dem einen der Motors von einer gemeinsamen Verzahnung eines

beiden Polstücke eine Verzahnung mit der doppelten gemeinsamen Polstücks gebildet, ebenso wie dies

Zahnfrequenz gibt und dafür sorgt, daß diese Ver- 55 auch bei den Zähnen III α und ITTb des Ankers der

zahnung nur einen verhältnismäßig geringen Einfluß Fall ist, die sich an einer gemeinsamen Ankererweite-

auf das Drehmoment nimmt (F i g. 10). rung eines gemeinsamen Ankers befinden.

Eine zweite Möglichkeit besteht darin, die wirk- Im übrigen besitzen Anker und Stator der beiden samen Polflächen eines jeden Polstücks beiderseits miteinander kombinierten Motoren symmetrische der Spule, und zwar in entgegengesetzter Weise, 60 Verzahnungen mit gleicher Zahnfrequenz. Die mit unterschiedlich groß zu machen (Fig. 11, wo diese den Ankererweiterungen eines jeden Einzelmotors Maßnahme zusätzlich zu derjenigen nach Fig. 10 zusammenwirkenden Zähne (also die Zähne Ib und dargestellt ist). In diesem Sinn wirkt auch die bereits II£> bzw. Ia und Ha bzw. Ta und ITa) decken sich erwähnte Maßnahme, den Anker axial zu ver- jeweils. Indessen sind die Zahne Ua und Ia gegenschieben. ⁶5 über den Zähnen 1 b und II b um 90 elektrische Win-

Eine dritte Möglichkeit basiert auf der Festste!- kelgrade, d.h. 360°/4N, bezogen auf den Umfang,

lung, daß selbst das Ruhedrehmoment, das mit gegeneinander versetzt, ebenso wie die Zähne ITa

symmetrischen Verzahnungen der Zahnfrequenz N und Ta gegenüber den Zähnen IIο und Io um 90

elektrische Winkelgrade phasenversetzt sind. Bei einem bestimmten Strom verlaufen also die Kurven der Drehmomente aus den Spulen beider Motoren unter einer gegenseitigen Phasenverschiebung von 90°.

Der in Fig. 13 gezeigte Motor kann mit einem zweiphasigen Wechselstrom gespeist werden, dessen Phasenverschiebung in bekannter Weise einem Kondensator entstammt. Unter Hinzufügung von zwei Kommutatoren, etwa unter Verwendung gedruckter Schaltungen, wie vorausgehend beschrieben, die gegeneinander um 90° phasenversetzt sind, kann der Motor auch mit Gleichstrom betrieben werden.

In den Fig. 14 und 15 ist eine Ausführungsform eines umlaufenden Motors nach der Erfindung gezeigt, bei der der Erregerfluß einem tangential ma-

10

gnetisierten, ringförmigen Permanentmagneten 42 mit vier innenliegenden Polen entstammt. An die Pole dieses Magneten sind vier innenseitige Polstücke 43 bis 46 in Gestalt von Ringsektoren angeklebt, die

"5 an ihren axialen Enden rechteckige Zähne aufweisen.

Innerhalb dieser Polstücke 43 bis 46 befinden sich

eine ringförmige Spule 47 sowie ein Anker 48, dessen beiderseits der Spule liegende Erweiterungen wiederum Verzahnungen in Form zehnzackiger Sterne besitzen.

ίο Dabei ist die Anordnung so getroffen, daß die Zähne der Verzahnungen der beiderlei Polstücke denjenigen einer jeden Ankererweiterung abwechselnd gegenübertreten, während die Verzahnungen beider Ankererweiterungen zum Erhalt des optimalen Gesetzes um annähernd 180 elektrische Winkelgrade bzw. 36Q^C/2N gegeneinander versetzt sind.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrischer Motor mit einem eine Ringspule und mindestens einen Permanentmagneten aufweisenden Stator sowie einem Anker, der aus einem innerhalb und in Achsrichtung der Ringspule angeordneten länglichen Körper besteht, welcher beiderseits außerhalb der Ringspule Polschuhe bildende Erweiterungen aufweist, die mit unterschiedlich polarisierten Polfiächen des Stators mit der Ankerbewegung gegensinnig veränderliche Luftspalte bilden, derart, daß je nach der jeweiligen Ankerstellung Flüsse wechselnden Vorzeichens durch den Anker hindurchtreten, dadurch gekennzeichnet, daß beide Ankererweiterungen (z. B. 2, 3; 41a, 41 b) mit Nord- und Südpolen desselben Permanentmagneten (z.B. 5; 8; 21; 42) derart zusammenwirken, daß die Gesamtreluktanz der Luftspalte (el, el, e3, e4) von der Ankerbewegung im wesentlichen unabhängig ist.

2. Elektrischer Motor nach Anspruch 1 als umlaufender Motor, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankererweiterungen (z.B. 41a, 4Ib) wie auch die Polfiächen bildende Polstücke (z. B. 22, 23; 43 bis 46) am Permanentmagneten (z.B. 21; 42) in ihren die Luftspalte begrenzenden Bereichen jeweils paarweise Verzahnungen (la, Ib; Ha, Hb; IHa, HIb) aufweisen, deren Zähne die gegensinnig veränderlichen Luftspalte bilden.

3. Elektrischer Motor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den beiden Ankererweiterungen (41a, 41 b) zusammenwirkenden Polfiächen eines jeden Polstücks (22, 23) unterschiedlich groß sind und daß jeweils die kleineren Polflächen des einen Polstücks und die größeren Polfiächen des anderen Polstücks auf der Seite der gleichen Ankererweiterung liegen (Fig. 7; 10).

4. Elektrischer Motor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzahnungen (Ia, Ib) eines (22) der Polstücke des Stators eine Zahnteilung von der halben Größe derjenigen (IIIa, IIIb; Πα, IIZj) der Ankererweiterungen (z.B. 41 α, 41 έ>) und des anderen Polstücks (23) des Stators aufweisen (Fig. 8, 10, 11).

5. Elektrischer Motor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzahnungen (la, Ib; II«, lib) der Polstücke des Stators und diejenigen (III a, IHb) der Ankererweiterungen gleiche Zahnleilungen aufweisen, daß aber die Zähne (Ia, Ib) des einen Polstücks breiter sind als diejenigen (Ho, lib) des anderen Polstücks (Fig. 12).

6. Elektrischer Motor nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß er mit einem weiteren ebensolchen Motor auf einer Welle kombiniert ist, wobei die Verzahnungen (Va, Vb; IVa, IVb; HVa, HVb) des zweiten Motors gegenüber denen (Ia, Ib; Ila, lib; lila, lllb) des ersten um etwa 90° phasenversetzt sind (Fig. 13).

7. Elektrischer Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Polflächen von zwei konzentrischen, ringförmigen Polstücken (6, 7; 9, 10; 22, 23) gebildet werden, die den Permanentmagneten (5, 8, 21) als radialmagnetisierten Ring zwischen sich einschließen, und daß das innenliegende Polstück (7, 10, 23) die Ringspule (4, 14, 24) umgibt.

8. Elektrischer Motor nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator einen ringförmigen Permanentmagneten (42) mit mindestens vier innenliegenden, miteinander abwechselnden Polen hat, der auf seiner Innenfläche ebenso viele, die Spule umgebende, ringsektorförmige Polstücke (43 bis 46) aufweist, deren Enden die Polfiächen bildende Verzahnungen tragen, die wiederum mit entsprechenden Verzahnungen der Ankererweiterungen zusammenwirken (Fig. 14, 15).

9. Elektrischer Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (z. B. 12) in Achsrichtung elastisch gelagert ist.

10. Elektrischer Motor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (12) von zwei in Achsrichtung auslenkbaren Blattfedern (14,15) getragen ist, deren Steifigkeit und/oder Stellung einstellbar ist.