DE1950676U - Kollektorloser gleichstrommotor, insbesondere kleinstmotor mit einem nf- bzw. hf-generator. - Google Patents

Description

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Steuerung für kollektorlose G-I e Ichs tr om-Motoren insbesondere für kollektorlose Gleichstrom- Kleinstmotoren.

Gleichstrommotoren ohne Kollektor sind üblicherweise so aufgebaut, daß ein Dauermagnetläufer mit einem bewickelten Ständer zusammenwirkt, wobei die Ströme in den Ständerwicklungssträngen zumindest während des Anlaufs stellungsabhängig gesteuert bezw. geschaltet werden.

Als Mittel zum Realisieren dieser Steuerung sind hauptsächlich bekannt geworden:

Das elektro-meehanische Verfahren, womit diese Steuerung während des Anlaufs über feststehende Kontaktsegmente und ein mit dem ILotorläufer umlaufendes auf. den Kontaktsegmenten schleifendes Kontaktpaar bewirkt wird. . Das Hochfrequenz-Verfahren, bei dem mit einem umlaufenden Arm hoher Permeabilität eine Oszillatorspule wechselweise mit je einem Viiicklungsstrang zugeordneten Steuerspule gekoppelt wird: und

das lichtelektrische Verfahren, bei dem eine umlaufende Lichtquelle bezw. eine umlaufende Blende zyklisch photoelektrische, den einzelnen Wicklungssträngen zugeordnete Bauelemente beleuchtet und damit mittelbar oder unmittelbar die Ströiae in den wicklungssträngen fließen läßt.

Das el&ktromechanisehe Verfahren ist nur für den Anlauf des Motors vorteilhaft. Das vorstehend angedeutete Hochfrequenzverfahren, bei dem ein umlaufender Arm gewissermaßen als Hi-Magnexfeld-verteiler wirkt, setzt geringe Abstände zwischen den !lachen voraus, an denen das Magnetfeld von deai Arm auf die Spulenkerne übergeht.

Das lichtelektrische Verfahren erfordert für die Lichtquelle eine nicht unbeträchtliche Leistung, die außerdem eine unerwünsch Erwärmung bewirkt.

Erfindungsgemäß vermeidet man die Nachteile der bisher bekanntön Steuerungsverfahren, indem man abhängig von der Läuferstellung die magnetischen üderstände feststehender magnetischer Kreise von Steuerungsübertragörn bezw. Steuerungs-iransformatoren ändert· Über diese Übertrager oder !transformatoren überträgt man ILechselströme, die nach Gleichrichtung entweder zum Steuern bezw. Schalten aer Strangströme dienen oder als pulsierende Ströme un-

mittelbar als Strangströme verwendet werden. Als Wechselstromquelle hierfür dient ein Tonfrequenz- oder Hochfrequenz- Generator. Sofern mit den übertragenen und damit geschalteten oder gesteuerten Wechselströmen die Strangströme des Motors geschaltat bezw. gesteuert werden, wird nur geringe vtechselstromleistung benötigt. Im Ausbau des .arf indungsgödankens kann diese Wechselstromleistung bei Verwenden des kollektorlosen motors in Tonbandgeräten aus dem Hl- Generator entnommen werden, der lür die Aufnahme nach dem üblichen HIW Verfahren notwendig ist bezw. aus dem HS- Generator, der zum Löschen der Tonband-Aufzeichnung dient.

Als Mittel zum Beeinflussen des magnetischen Widerstandes des magnetischen Kreises werden erfindungsgemäss folgende Möglichkeiten ausgenutzt: .

1. Unterbrechen und Sehliessen des magnetischen Kreises mit Zwischenstücken hoher P.erxüeabilität an zwei oder lüehreren Stellen

2. Unterbrechen des magnetischen Kreises an einer oder mehreren Stellen mit einer Schicht hoher elektrisuher leitfähigkeit, «L.h. im allgemeinen mit einem Blech.

3. Kombination der unter 1) und 2) genannten Mittel.

4· Änderung der differentiellen Permeabilität des magnetischen Kreises mit Vormagnetisierung des Kernmaterials, aus dem der magnetische Kreis besteht.

Die genannten erfindungsgemäßen Verfahren zum Beeinflussen magnetischer Kreisg in Abhängigkeit von d@r Läuferstellung des kollektorlosen kotors sollen nun.anhand von Ausführungsbeispielen erläutert -werden.

Bild 1) veranschaulicht eine Anordnung, in der die Möglichkeit 1) allein oder die Möglichkeit 3) ^Möglichkeit 1) und Möglichkeit 2) gemeinsam, ausgenutzt ist. Wie in den danach folgenden Bildern werden auch hier rechts eine Draufsicht in Achsrichtung und links ein die Achse enthaltender üchnitt gezeigt, ötets sind drei um 12o gegeneinander verdreht angeordnete magnetische Kreise vorausgesetzt und rechtm auch dargestellt. Auf dar Motorwelle W sitzt, mit der labe M befestigt, die Scheibe S, die im JTalle aes alleinigen Ausiiutzens aer Möglichkeit 1) aus nichtleitendem material besteht, also etwa gemeinsam mit der iuabe ti und dem ü-egengewicht Q ( Ausgleich der mech. Unwucht herrührend von den Zwi« schenstückeu 2) Deispieisweise aus Kunststoff, gespritzt ist. In die Scheibe eingelassen sinefdie zwei/als Teile von Kreis-

Hohlzylindern ausgebildeten Zwischenstücke Z hoher Permeabilität, ifer winkel bereich dieser iSwischenstücke ist so bemessen, daß normalerweise nur der magnetische Widerstand eines der drei magnetischen iireiöS heraogesgtzt ist, daß aber damit das Herabsetzen ( wenigstens ). eines magnetischen Kreiswiderstandes sichergestellt ist, vorübergehend auch die magnetischen Widerstände zweier Kreise herabgesetzt werden ( Winkelbereich der Kreisringstücke hoher Permeabilität etwas größer als 12o°.

Bei dieser .bemessung des Winkelbereiches kann die Anordnung nach .Bild 1) sowohl zum Steuern der Strangströme über Transistoren oder Thyristoren als auch als geschalteter Durchlaß für die Strangströme selbst verwendet bezw. ausgebaut werden, will man die übertragenen Ströme nur zum Steuern von Transistoren oder Thyristoren öder anderen als elektronische Schalter dienen— den -Bauelemente verwenden, so kann man die Kreisringstücke auch auf-einen Vi/inkelbereich von etwas weniger als 2 χ 12o° ^s 24o° -ausdehnen. Beim stellungsabhängigen Übertragen der Steuerleistung kommt es nur darauf an, daß normalerweise einer der magnetischen Kreise einen von den beiden anderen magnetischen preisen stark verschiedenen magnetischen Widerstand hat. .Beim Verwenden der magnetischen Kreise zum übertragen der otrangströme hingegen muß immer, wie zuvor angegeben, der magnetische Widerstand eines Kreises herabgesetzt werden, da man zum Betrieb jeweils einen einzigen Strangstrom ( lediglich übergangsweise zwei Strangströme) benötigt. Diese Variationsmöglichkeit gilt auch für alle folgend beschriebenen Beispiele und wird dort nicht weiter erwähnt.

Die magnetischen Kreise, deren magnetische Widerstände mit den Zwischenstücken Z in Bild 1) lauferstellungsabhängig herabgesetzt werden, sind mit den Jochen J dargestellt. Diese Joche tragen aie Wicklungen derart, daß sich auf dem einen Joch die jaingangswicklung und auf dem anderen Joch die Ausgangswicklung befinden. Die Möglichkeit 5 kann man mit einer Anordnung nach Midi in der Weise ausnutzen, daß man die Scheibe S aus gut leitendem Material fertigt. Damit wirkt sie für Magnetfelder nicht zu geringer j'requenz als Hindernis. In diesem lall muß die Scheibe S zwischen aen zwei Kreisring- Zwischenstücken Z mit einem Spalt L versehen werden, da sit* sonst für das sich über die Zwischenstücke schliessende magnetfeld als Kurzschlußring wirken würde.

Die Bilder 2) und 3) betreffen Beispiele xür Anordnungen, in denen die Möglichkeit 2) allein verwertet wird. Die Scheibe S, die einen den Winkel von I2o° etwas übersteigenden Ausschnitt hat, dient hier zum Ürhöhen des magnetischen Widerstandes der feststehenden magnetischen Kreise. Sie besteht aus elektrisch gut leitendem material z.B. aus Kupfer oder Aluminium. Wie in Bild Ί) sind die motorwelle mit \(, das Q-egengewicht mit S und die Joche mit J Dezeichnet. Die Anordnung nach Bild 3) unterseheidet sich von der Anordnung nach Bild 2)' nur in der Ausbildung des Übertragerkerns Ü. Es genügt nämlich auch, den magnetischen Kreis lediglich an einer Stelle zu unterbrechen. Die Anordnung nach Bild 1) könnte gemäß Slid 3) abgewandelt werden, insbes. wenn in ihr die Möglichkeit 3) ausgenutzt würde ( S aus elektrisch gut leitendem Material).

Die Bilder 4...6 zeigen Beispiele für Anordnungen, in denen der differentielle magnetische Widerstand ( der für das magnetische Weuhselfeld wirksame magnetische Widerstand mit Vormagnetisierung erhöht wird. Zur Vormagnetisierung dienen in den nun zu beschreibenden Anordnungen durchweg Dauermagnete. Doch soll ausdrücklich hervorgehoben werden, daß hier Dauermagnete nur der Übersichtlichkeit w©g6n angenommen wurden.

jis ist durchaus möglich, zur Vormagnetisierung auch von Elektromagneten bewirkte Magnetfelder zu verwenden; auch eine Hilfswicklung auf dem Übertragerkern ist denkbar. Bild 4) stellt eine Anordnung dar, mit der. Vormagnetisierung durch den Magneten M in dem gezeichneten fall, der nur kurzzeitig zutrifft, wo lediglich ein übertragerkern ( oder des im Bild oben eingetragenen Übertragers Üvormagnetisiert wird, während in den weitaus größeren Zeitabschnitten jeweils zwei Übertragerkerne gleichzeitig vormagnetisiert werden. Der Dauermagnet kann beispielsweise so magnetisiert werden, wie das in Bild 4 links mit 1V und S angedeutet ist. mit. der Vormagnetisierung wird jeweils der differentiellö widerstand des Übertragerkerns soweit erhöht, daß damit die Übertragung zwischen iiingangs- und Ausgangswicklung des Übertragers auf ein Minimum absinkt.

Der Magnet M läuft mit der Motorwelle W um. δγ ist mit ihr mittels des Körpers B ( z.B. ein Zink-Spritzgußteil) fest verbunden. Die Übertrager sind in einem Jüisenring B. befestigt, der sich nicht dreht. J^r dient für das Dauermagnet feld als Kücksohluss, ist aber für die funktion der Anordnung, wie Versuche gezeigt haben, auch entbehrlich.

In der Anordnung nach MId 5) umschließt der in Achsrichtung magnetisierte zylindrische Dauermagnet M die motorwelle "W, auf der er mit den zwei Pol blechen P mit höherer Permeabilität befestigt ist. Das Dauermagnetfeld schließt sich in dem Jiaum zwischen den Polblechen und magnetisiert die sich gerade in diesem Zwischenraum befindlichen Übertragerkerne vor.

Gem. MId 6) kann tier die motorwelle umschließende dauermagnet (in Achsrichtung magnetisiert) auch feststehend angeordnet werden.-Dabei wird nur ein Pol blech verwendet. In diesem j'all sitzt das Polbleeh mit dem Ausschnitt von etwas mehr- als 12O° auf der motorwelle und läuft mit ihr um. ;

In den Anordnungen nach MId 5) und MId 6) müssen natürlich auch b-egengewichte zum Auswuchten vorhanden sein. Da ihr .Eintrag nur die ßild^r komplizieren "würde, ohne etwas mit den jErfindungsgöclanken Zusammenhängendes zu offenbaren, wurde er dort unterlassen. In uen Anordnungen nach Μία 5···^» in denen aie Übertrager init Vormagnetisierung gesperrt werden, verwendet man ν orteilhai teilweise ein KernaiateMal mit einem mögliensx; schroffen Übergang von noher Permeabilität auf eine geringe differentielle Permeabilität, was durch/iviagnetisierungskurve^gekennzeichnet ist, die einen sehr ausgeprägten Knick hat und im -Bereich höherer magnetischer .!feldstärke nahezu horizontal verläuft. Bild 7) zeigt schematisch die Schaltung der erfindungsgemässen Steuer-Anordnung für ein Verwenden als Strangstrom-Schalter. Die. Übertrager-Jüingangsspulen liegen in Heihe an dem Ausgang des Ni?- bezw. HF-Generators Gen. Keihenschaltung ist insbesondere dann zu empfehlen, wenn der differentielle widerstand der Übertrager-Magnetfelder in der erfindungsgemäßen Anordnung auf einen sehr kleinen wwrt herabgedrückt wird. Immerhin kann in anderen i'ällen eine Parallelschaltung der Übertrager-iüingangswieklungen von Vorteil sein. Die Ausgangswicklungen sind in Stern geschaltet. Jede Ausgangswicklung bildet hier mit.einem Ventil V und einem Strang der Ständerwicklung mW des Motors einen Stromkreis. Der jsinfachheit halber ist eine J&inweg-Gleichrichter-Schaltung gezeichnet. In der Praxis wird man Gleichrichter-bchaltungen zum Ausnutzen beider Halbwellen der wechselspannung verwenden. In Bild 8) ist eine Schaltung veranschaulicht, in der die erfindungsgemäße Anordnung dazu verwendet wird, über die Ausgangswicklungen der Übertrager Ü und ^leichrichterschaltungen Tuit den Ventilen V eine dreifach-Kippschaltung zu steuern. Die Dreifach-Kippschal tung ist mit Transistoren oder Thyristoren oder anderen

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steuerbaren .Bauelementen /bestückt. Sie wird aus einer .batterie I gespeist und setzt wechselweise einen der Stränge der Motor-Ständerwicklung MW. unter Strom. Über die Dioden D wird in bekann ter Weise aus den in den Strängen der Ständerwicklung erzeugten Wechselspannungen die von dem umlaufenden Dauermagnetläufer herrühren, eine Spannung gewonnen. Aus_ dieser Sapnnung ergibt sich im Vergleich mit einer Bezugsspannung eine R6gelspannung, die den Generator G-en. jeweils blockiert, wenn die Umlauf geschwindigkeit des Motrorläufers den eingestellten Sollwert übersteigt, Die Übertrager Ü sind in den Bildern 4...6 jeweils so eingetragen, daß die bewickelten Kernteile entweder in Richtung des vormagnetisierenden Feldes oder Parallel dazu liegen. Unter bestima ten Bedingungen ist eine ( in den Bildern nicht dargestellte) Schräglage der ü^rne für das .beeinflussen ihrer magnetischen di££erentiellen widerstände mit der Vormagnetisierung oder auch eine Anordnung, bei der die Kern-übene senkrecht zum vormagnetisierenden föld liegt, wirksamer.

Mit einer von der Motor-Umlaufgeschwindigkeit abhängenden bpannung, z.B. mit der über die Dioden D in einer Schaltung nach .bild 8) gewonnenen Spannung kann von der lauf erstellungsabhängigen Steuerung der Strangströme auf eine Steuerung mittels der Spannungen, die in den Läuferwicklungen induziert werden, umgeschaltet werden.

Ji'ine solche öteuerungs-Umsuhaltung ist auf einfache Leise mit blockieren des Hl'- bezw.--Hj?- Generators möglich, wenn man die erfindungsgemäße Anordnung nach .oild 1...6 so ausbildet-, daß die Strangströme seitens des Hü- bezw. KI'-G-enerators nur bei nicht gesperrten Übertragern freigegeben sind· Es liegt weiterhin im Rahmen der Erfindung, daß an Stelle der einfachen Transformatorenkerne l'ransfluxoren Verwendung finden, d.s. Kerne, bei welchen mehrere Maghetkreise miteinander verkoppelt sind.

Claims (9)

Neue Schutzansprüche

1. Kollektorloser Gleichstrommotor, insbesondere Kleinstmotor mit ,einem II- Tdzw. Hl-Generator, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Motorwelle(W) ein mit dieser umlaufendes Steuerungselement (S, Z, M, P) "befestigt ist, das sich über einen Winkel von weniger als 360° um die Welle erstreckt und dass im Bewegungsbereich des Steuerungselements im gegenseitigen Winkelabstand mehrere vom Generator gespeiste Spulen (l,Ü)ortsfest angeordnet sind, von denen jede mit einer Ständerwicklung (M,W) des Motors verbunden ist und deren magnetischer Widerstand durch das voruberlaufende Steuerungselement- veränderbar ist.

2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die" Spulenkerne einen geringen differenziellen magnetischen Widerstand aufweisen."

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3. Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch, gekennzeichnet, daß zur Verminderung des magnetischen Widerstands des Spulenkerns ein den Luftspalt zwischen zwei Kernabschnitten überbrückendes Steuerungselement (S) von hoher Permeabilität vorgesehen ist.

4. Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung des magnetischen Widerstands des Spulenkerns ein den Luftspalt zwischen zwei Kernabschnitten überbrückendes Steuerelement von hoher elektrischer Leitfähigkeit, z.B. ein Kupferblech, vorgesehen ist.

5. Motor nach Anspruchll, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerungselement.aus einem auf der Motorwelle (W) befestigten und diese teilkreisförmig umgebenden Dauermagneten zum Vormagnetisieren der Spulenkerne besteht.

6. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 5 > dadurch gekennzeichnet ,^darß. der Dauermagnet (M) in Achsrichtung magnetisiert ist und an seinen, axialen Enden mit je einem Polblech (P) verbunden ist, die sich über weniger als 360 um die Welle erstrecken und zwischen die die Spulen -.(ti)"" eingreifen.

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7· Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerungselement aus einem die Welle (¥) ringförmig umgebenden, ortsfest angeordneten Magnet (M) und einem axial neben dem.Magnet auf der Welle befestigten PoIbIeOh (P) besteht, das sich über weniger als 36Ό um die Welle erstreckt und axial neben den radial außerhalb des&SH Magneten angeordneten Spulen (Ü) verlauft.

8. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Spule (l, Ü) mit je einer Motorwicklung (MW) unmittelbar verbunden ist..

9. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede Spule (i, Ü) mit je einem einer Ständerwioklung (MW) vorgeordneten elektrischen Schaltelement, z.B. einem Scha^ttransistor, verbunden ist. "'-___

10, Motor nach einem der .Ansprüche 1 bis 9> dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (I₁ TS) als Transformator oder Transfluxor ausgebildet sind.,