DE1488744C3 - Elektrischer Motor - Google Patents
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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.
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 LaSer des Ankers fui *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. 36QC/2N gegeneinander versetzt sind.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (10)
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.
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