DE1958546A1

DE1958546A1 - Gleichstrommotor mit Halleffekt

Info

Publication number: DE1958546A1
Application number: DE19691958546
Authority: DE
Inventors: Bernard Grancoin
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1968-11-21
Filing date: 1969-11-21
Publication date: 1970-06-11
Also published as: GB1245195A; FR1601566A

Description

Dipl.-Ing. Egon Prinz Dr. Gertrud Hauser -Dipl.-Ing. Gottfried Leiser

Patentanwälte Telegramme: Labyrinth München

Telefon: 83 15 10 Postscheckkonto: München Π707Β

8000 München 60,

Ernsbergerstrasse 19

19« Nov. 1969

19585Ä6

Unser Zeichen: T

THOMSON-CSP
101, Boulevard Murat, Paris l6e/Prankreich

Gleichstrommotor mit Halleffekt

Die Erfindung betrifft einen Gleichstrommotor, der eine mehrpolige und flache Ausgestaltung des in der französichen Patentschrift 1 388 848 der Anmelderin gezeigten bipolaren Motors mit Halleffekt darstellt.

Der in dieser Patentschrift beschriebene bipolare Motor

Bu/ ku

weist

009824/1457

weist im wesentlichen einen Drehmelder auf, dessen Stator zwei um 90° versetzte Hallgeneratoren, deren Rotor von einem bipolaren Magneten gebildet wird, und einen Motorteil aufweist, dessen zwei Statorwicklungen jeweils dazu bestimmt sind, «on den zweckmäßigerweise verstärkten Ausgangssignalen der Hallgeneratoren derart gespeist zu werden, daß sie ein Feld erzeugen, wel- ^ ches bis auf eine Konstante die Rotorstellung des Drehmeld__ers wiedergibt, und dessen Rotor aus einem zweiten, mit dem ersten mechanisch oder auf andere Weise gekoppelten bipolaren Magneten besteht, dessen magnetisches Moment einen konstanten Winkel (zur Erzielung eines maxi-, malen Drehmoments gleich i 90 ) mit diesem Feld einschließt.

Ein solcher Gleichstrommotor vermeidet die mit dem Vorhandensein eines Kollektors verbundenen Nachteile.

Für gewisse Anwendungen ist es jedoch erforderlich, ein stärkeres Drehmoment zur Verfügung zu haberi, als es durch ψ den bipolaren Motor geliefert wird, und zwar bei einem minimalen Platzbedarf.

Der mehrpolige Gleichstrommotor mit Halleffekt ohne Kollektor gemäß der Erfindung erfüllt dieses Erfordernis. Zu diesem Zweck schafft die Erfindung einen Gleichstrommotor, bestehend aus 1} einem Drehmelder, dessen Stator zwei von einem glatten Statorring getragene Hallgeneratoren aufweist und dessen Rotor mit Polen fester Magnetisierung versehen ist, und 2) einem Motorteil, welcher einen Rotor, dessen Winkelstellung an diejenige <äes Drehmelderrotas gebunden ist und der ebenfalls mit Polen

009824/UB7

fester Magnetisierung versehen ist, sowie einen Stator aufweist, der mit zwei Wicklungen versehen ist, welche dazu bestimmt sind, jeweils durch die Ausgangssignale der beiden Hallgeneratoren des Drehmelders gespeist zu werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor mehrpolig ist, der Rotor des Drehmelders η (η größer als 1) Paare von Polen aus weiehmagnetisehern Material aufweist, deren Dauermagnetisierung mittels 2n zwischen diese Pole eingesetzten Dauermagneten erzielt ist, jeder dieser Dauermagneten in einer Richtung im wesentlichen senkrecht zuder die Symmetrieebene dieses Magneten bildenden Radialebene des Rotors magnetisierit ist, die Magneten abwechselnd in entgegengesetzten Richtungen magnetisiert sind, die beiden Hallgeneratoren um — am Umfang des Stators gegeneinander versetzt sind, die Form der Statorpole derart ausgelegt ist, daß die Hallgeneratoren im wesentlichen mit cos ηθ und sin ηθ gehende Ausgangssignale liefern, wobei θ der die Winkelstellung des Rotors des Drehmelders bezüglich dessen Stator bestimmende Winkel ist, die Rotoren des Drehmelders und des Motorteils koaxial, fest miteinander verbunden und aneinanderliegend sind und die 2n Pole des Rotors des Motorteils ebenfalls aus weichmagnetischen Blechen bestehen, welche durch die gleichen Dauermagneten wie die Pole des Drehmelderrotors magnetisiert sind.

Anhand der Figuren wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen

Figuren 1 bis 3 eine AusfUhrungsform der Erfindung mit gemeinsamem innerem Rotor und

00982A/UB7 Figuren **

Figuren 4 bis 6 eine Ausführungsform der Erfindung mit gemeinsamem äußerem Rotor.

Die Figuren 2, 1 und 3 stellen jeweils einen Motor in Vorderansicht, im Schnitt längs den radialen Halbebenen mit den Spuren ox und oy in Figur 2 bzw. im Schnitt längs der Ebene mit der Spur zz in Figur 1 dar.

Es wird η = 3 angenommen.

Wie in Figur 1 deutlich gezeigt, ist der den Motor bildende flache zylindrische Block aus zwei aneinanderliegenden "Scheiben" gebildet. Wenn man von einem in die Scheibe R eindringenden Wicklungsteil B des Motorelements absieht, entspricht diese Scheibe (von vorn gesehen in Figur 2) dem Drehmelderteil und die Scheibe M (von vorn gesehen in Figur 3) entspricht dem Motorteil.

Um die Achse des Rotors sind in gleichen Abständen 6 Dauermagneten 2 angeordnet, welche vorteilhafterweise die in der Figur angegebene Form (im wesentlichen diejenige von zwei gleichschenkligen Trapezen, die mit ihren Grundlinien aneinanderliegen) besitzen, wobei diese Magneten senkrecht zu den Radialebenen des Rotors, die jeweils ihre Symmetrdbebenen bilden, abwechselnd in der einen und in der entgegengesetzten Richtung magnetisiert sind. Diese den Teilen R und M gemeinsamen Magneten sind in ein Paket von übereinandergelegten weichmagnetischen Blechen 3 und 3* eingefügt, die jeweils die Pole des Drehmäderrofcors und diejenigen des Motorrotors bilden.

Wie aus Figur 2 ersichtlich, bilden die zwischen den Mag-

009824/U57

neten 2 im Teil R angeordneten weichmagnetischen Teile abwechselnd Nordpole (N) und Südpole (S) für den Rotor des Drehmelders.

Der Stator des Drehmelders besteht aus einem Teil 4 aus weichmagnetischer Legierung, welcher nahe dem Spalt einen glatten Ring bildet. Auf diesem mit einer dünnen isolierenden Schicht überzogenen Ring sind zwei Hallgeneratoren angeordnet, deren einer, 5, in Figur 1 sichtbar 1st.

Für jeden derselben schneidet die für die magnetische Induktion empfindliche Fläche die die Symmetrieebene des Stators bildende Radialebene desselben unter einem rechten Winkel.

Die Form der Pole 3 ist so ausgelegt, daß der Generator 5, wenn man die radiale Halbebene mit der Spur ox als Symmetrieebene nimmt, ein mit dem cos 3Θ gehendes Ausgangssignal liefert, wobei θ der Winkel der radialen Symmetriehalbebene eines willkürlich gewählten Bezugspoles mit der die Spur ox besitzenden Halbebene 1st. Der andere Hallgenerator 5^f> welcher in der Figur nicht sichtbar ist, ist sodann bezüglich des Generators 5 um einen Winkel von ± 30° versetzt und liefert ein mit sin"! 3Θ gehendes Ausgangssignal. Die theoretische Form der Pole 3 ergibt sich aus der Lösung der Laplaceschen Gleichung im Luftspalt. Die praktische Form ist natürlich angenähert. Die in Figur 2 gezeigte Form gilt für η .=__.3·,_ Der Arbeitsteil der Pole ist natürlich an der Stelle unterbrochen, an der die Kraftlinien von Pol zu Pol verlaufen, ohne durch den Statorring zu gehen.

Die 009824/U67

Die sechs Pole 3' des Rotors des Motorteils M, die in Figur 3 und teilweise in Figur 2 sichtbar sind, sind durch Zwischenräume getrennt, die die gleichen radialen Symmetrieebenen wie die Magneten 2 zulassen, wobei jeder derselben durch Pole der gleichen Polarität der Magneten 2 magnetisiert wird. Sie sind daher abwechselnd Nord- und Südpole. Andererseits fallen ihre Symmetrieebenen jeweils mit denjenigen der Rotorpole des Drehmelders zusammen.

Man kann den Polen des Motorteilrotors die gleiche Form geben wie den Polen des Drehmelderrotors. Durch diese Ausbildung ergibt sich die geringste Welligkeit des Drehmoments und der magnetischen Kopplung an den Zähnen des Stators. Wenn man jedoch das größte Drehmoment wünscht, wird die äußere Form der Rotorpole des Motorteils der Form von Drehzylinderabschnitten entsprechen, wie aus Figur 3 ersichtlich. Die magnetische Kopplung wird dann durch eine übliche schraubenförmige Neigung des Statorblechpaketes des Motors und durch die Verteilung der Wicklung ausgeglichen, welche in ebenfalls bekannter Weise so ausgelegt ist, daß die Wellung des Drehmoments möglichst klein gemacht wird.

Der Stator 6 (Figur 3) des Motorteils, der mit dem Stator 4 des Drehmelders fest verbunden ist, besteht aus weichmagnetischen Blechen, welche mit Einkerbungen E versehen sind, in denen die in Figur 1 sichtbare, jedoch in Figur 3 nicht dargestellte Wicklung B angeordnet ist. Diese Wicklung besteht aus zwei getrennten Wicklungen, welche jeweils durch die zweckmäßigerweise verstärkten Ausgangs-

signale 00982 4/U S 7

signale der beiden Hallgeneratoren gespeist werden. Diese beiden Wicklungen sind in den Einkerbungen E derart angeordnet, daß jede derselben eine Folge von sechs Polen erzeugt, die abwechselnd Nordpole (N) oder Südpole (S) sind, wobei die Reihe der von einer Wicklung erzeugten Pole bezüglich der anderen Reihe um einen Winkel von = 30° versetzt ist.

Der Motorteil M hat daher sowohl für den Aufbau seines Rotors als auch für den Aufbau seines Stators und für die Speisung dieses letzteren die Winkelperiode 36QO . 360° _ _1Pno

Man erhält so ein Motordrehmoment, indem man in zweckmäßiger Weise die beiden Statorwicklungen und die beiden Hallgeneratoren miteinander verbindet.

Das erhaltene Motordrehmoment weist praktisch nur eine sehr schwache Welligkeit auf (sie ist theoretisch Null) im Vergleich mit derjenigen, welche bei einem mehrpoligen Gleichstrommotor bekannter Bauart auftritt.

Es wird bemerkt, daß die Hallgeneratoren und der glatte Ring des Drehmelderstators in Anbetracht der geringen Abmessungen leicht unter dem Wickelkopf der Wicklung B angebracht werden können, wie aus Figur 1 ersichtlich, und zwar in Anlage am Blechpaket des Stators des Motorteils M. Es genügt, den Stator des Drehmelders auf diesem Blechpaket zu zentrieren, um die Hallgeneratoren im richtigen elektrischen Winkel bezüglich der Wicklungen befestigen zu können.

00982 U / U 5 7 ~

In Figur 1 ist außerdem eine um den Umfang verlaufende gedruckte Anschlußschaltung 7 niit Verbindungsdrähten 8 dargestellt.

Ein Teil der Drähte 8 gewährleistet die Verbindung der Steuerelektroden der Hallgeneratoren mit einer Gleichspannungsquelle, der andere Teil gewährleistet jeweils die Verbindungen der Verstärkeranordnung mit den Ausgängen der Hallgeneratoren bzw. den Statorwicklungen des Motorteils.

Die Figuren 4_S 5 und 6 zeigen eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Motors mit gemeinsamem äußerem Rotor in Schnitten, welche jeweils den die Ausfuhrungsform mit gemeinsamem innerem Rotor betreffenden Schnitten der Figuren 1, 2 und 3 entsprechen.

Die entsprechenden Teile sind in diesen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Unter Berücksichtigung der äußeren Anordnung des Rotors weisen die verschiedenen Pole Formen auf, die für die gleichen Funktionen geeignet sind wie oben.

Die Magneten 2 habenhier eine im wesentlichen rechteckige Form und sind hier am Umfang des Rotors angeordnet.

Es ist zu bemerken, daß bei der ersten Ausführungsform (Figur 3) 2H Einkerbungen E gegenüber 12 Einkerbungen (Figur 6) bei der zweiten Ausführungsform vorgesehen

sind 009824/U57

sind. In beiden Fällen ist die Anzahl der verwendeten Einkerbungen natürlich der Wahl des Fachmannes überlassen.

Diese Bauweise umfaßt alle Anwendungen der bekannten Gleichstrommotoren, wenn man den geringsten Platzbedarf in Längsrichtung wünscht.

Als Beispiel wird ausgeführt, daß der normale Aufbau (Figuren 1 bis 3) insbesondere für Drehmomentenerzeuger geeignet ist, welche in Servoeinrichtungen verwendet werden. Der umgekehrte Aufbau (Figuren h bis 6) ist insbesondere für Geräte mit äußerem Rotor, wie Gyroskope, Gyrometer (hohe Trägheit) und bestimmte Arten von Ventilatoren (mit Umfangsschraube oder -turbine), geeignet.

Patentansprüche 00982 U / U 5 7

Claims

Patentansprüche

Gleichstrommotor, bestehen! aus 1) einem Drehmelder, dessen Stator zwei von einem glatten Statorring getragene Hallgeneratoren aufweist und dessen Rotor mit Polen fester Magnetisierung versehen ist, und 2) einem Motorteil, welcher einen Rotor, dessen Winkelstellung an diejenige des Drehmelderrotors gebunden ist und der ebenfalls mit Polen fester Magnetisierung versehen ist, sowie einen Stator aufweist, der mit zwei Wicklungen versehen ist, welche dazu bestimmt sind, jeweils durch die Ausgangssignale der beiden Hallgeneratoren des Drehmelders gespeist zu werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor mehrpolig ist, der Rotor des Drehmelders η (η grosser als 1) Paare von Polen aus weichmagnetischem Material aufweist, deren Dauermagnetisierung mittels 2n zwischen diese Pole eingesetzten Dauermagneten erzielt ist, jeder dieser Dauermagneten in einer Richtung im wesentlichen senkrecht zu der die Symmetrieebene dieses Magneten bildenden Radialebene des Rotors magnetisiert ist, die Magneten abwechselnd in entgegengesetzten Richtungen magnetisiert sind, die beiden Hallgeneratoren um — am Umfang des Stators gegeneinander versetzt sind, die Form der Statorpole derart ausgelegt ist, daß die Hallgeneratoren im wesentlichen mit cos ηθ und sin ηθ gehende Ausgangssignale liefern, wobei θ der die Winkelstellung des Rotors des Drehmelders bezüglich dessen Stator be

stimmende 009824/US7

stimmende Winkel ist, die Rotoren des Drehmelders und des Motorteils koaxial, fest miteinander verbunden und aneinanderliegend sind und die 2n Pole des Rotors des Motorteils ebenfalls aus weichmagnetischen Blechen bestehen, welche durch die gleichen Dauermagneten wie die Pole des Drehmelderrotors magnetisiert sind.
2. Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Hallgeneratoren tragende Stator des Drehmelders unter dem Wickelkopf der Wicklung des Stators des Motorteils und in Anlage an dem diesen letzteren Stator bildenden Blechpaket angeordnet ist.

009824/U57