DE2132477A1

DE2132477A1 - Elektromotor

Info

Publication number: DE2132477A1
Application number: DE19712132477
Authority: DE
Inventors: Yoshiaki Igarashi; Itaru Kawasaki; Kazutsugu Kobayashi
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1970-06-26
Filing date: 1971-06-25
Publication date: 1972-01-13
Also published as: NL7108601A; DE2132477C3; GB1354144A; DE2132477B2; FR2099961A5; NL154370B; CA934814A

Description

M 2993

PATENTANWALTS Dr.-Ing. HANS RUSCHKE Dipl.-Ing. HDKZ AGULAR

EERUr.' 33 AufiiMte-Viktoria-Straff· SS

Matsushita Electric Industrial Co., ltd·,

1006 Kadoma / Osaka (Japan)

Elektromotor.

Die Erfindung betrifft einen vielpoligen Elektromotor, dessen peraanentmagnetiseher Läufer so magnetisiert ist, dass der Ständer weniger Pole aufweist als der Läufer, der an sich ohne Schwierigkeiten hergestellt werden kann. Weiterhin wird die Hemmkraft dadurch vermindert, dass beide Seiten am Umfang eines jeden Ständerpoles geformt werden. Das Verhältnis der Anzahl der Ständerpole zur Anzahl der Läuferpole ist ferner so bemessen, dass der Läufer sich gleichmäßig dreht trotz, unterschiedlicher Magnetisierung der Pole des aus Permanentmagneten bestehenden Läufers.

Gegenstand der Erfindung ist ein neuer Elektromotor, dessen Läufer aus einem vielpoligen Permanentmagneten besteht, und dessen Ständer so ausgestaltet ist, dass die Ständerwicklungen rasch angebracht werden können.

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Bei einem, langsam laufenden Elektromotor ist ein vielpoliger Aufbau unerlässlich trotz der Schwierigkeiten bei dessen Herstellung., Abgesehen davon, dass ein vielpoliger permanentmagnetischer Läufer angefertigt werden muss, ist auch die Anfertigung des Ständers mit dessen Wicklungen schwierig. Bei einem vielpoligen Motor weist der Ständer eine Vielzahl von Zähnen und Schlitzen auf, die immer schmaler bemessen werden müssen, wenn die Anzahl der Pole erhöht wird. Das rasche Aufsetzen der Wicklungen direkt auf die Zähne ist daher mit Schwierigkeiten verbunden und kann kaum mechanisiert werden.

Bei der Schleifen- oder Parallelwicklung beträgt die Anzahl der Ständerschlitze ein Yielfach.es der Anzahl der Pole des permanent magnetisiert en Läufers. Sollen alle Ständerschlitze mit Wicklungen versehen werden, so ist eine große Anzahl von Wicklungen erforderlich. Nachdem die Spulen zuvor gewickelt und geformt worden sind, werden sie mit Abstand von einigen Schlitzen in die Schlitze eingelegt und mit einander so verbunden, dass sie mit dem ρ ermanentmagne tischen Läufer zusammenwirken können· Bei der Schleifenwicklung liegen die Spulen in den Schlitzen notwendigerweise locker. Die in den Schlitzen befindlichen Teile der Ständerwicklungen tragen zur Erzeugung eines Drehmomentes oder einer EMK bei* während die außerhalb der Schlitze gelegenen Seile der Ständerwicklungen hierbei ohne Nutzen sind. Diese genannten anderen Teile der Wicklungen werden "Wicklungsenden" oder ⁿ Spulenenden'¹ genannt. Bei der Schleifenwicklung weisen die Spulenenden eine erhebliche Länge auf, da die Spulen sich über mehrere Schlitze hinweg erstrecken, wobei alle Spulen in den gleichen Abständen angeordnet sind. Aus den obengenannten beiden Gründen stellt die bei dieser Anordnung benötigte größe Menge Kupferdraht einen Verlust dar, der die Leistung eines Elektromotors beeinträchtigt. Weiterhin entstehen größere Verluste aus der Hysteresis und der Wirbelströme, da eine große Anzahl schmaler Zähne den eine hohe Dichte aufweisenden Magnetfluss aus dem permanentmagnetischen Läufer aufnimmt. Ferner tritt eine nachteilige Vibration auf als Folge der starken Anziehungskräfte, die durch das Zusammenwirken des Eisenkerns des Ständers mit dem permanentmagnetischen Läufer erzeugt

werden.

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Diese wechselseitige Beeinflussung wird später noch ausführlich beschrieben. Um diese hemmende Kraft zu vermindern, werden die Schlitze am Ständer üblicherweise abgeschrägt oder schräg angeordnet, WOdU¹Ch jedoch das Aufgringen der Ständerwicklungen erschwert wird.

Um das Wickeln des Ständers zu erleichtern, wird ein Ständerkern vorgesehen, bei dem die Wicklungen jeweils von einem Ständerzahn getragen werden, der gewissermaßen einen Ständerpol
bildet. Solche Ständerkerne werden oftmals bei einem Motor mit wenigen Polen verwendet, ζ·Β· mit drei Ständerpolen und mit zwei Polen eines permanentmagnetischen Läufers, oder auch bei einem Motor mit vier Ständerpolen und mit einem zweipoligen permanentmagnetischen Läufer. Dieses Verhältnis der Anzahl der Ständerpole zur Anzahl der Läuferpole kann auch bei einem vielpoligen Motor verwendet werden· Ist jedoch die Anzahl der Ständerpole
größer als die Anzahl der Läuferpole, so sind immer noch viele Ständerwicklungen erforderlich. Außerdem muss der Spalt zwischen den Ständerpolen genügend weit bemessen werden, damit die Wicklung des Ständers ohne Schwierigkeiten ausgeführt werden kann. Je mehr Pole ein Elektromotor aufweist, um so schmaler wird
derjenige Teil der Ständerpole, der dem Läufer zugewandt ist.
Aufgrund des sehr kleinen Abstandes der Ständerpole im Vergleich zu den Abständen der Läuferpole wird der Magnetfluss des permanentmagnetischen Läufers nicht genügend ausgenutzt.

Die Erfindung sieht einen Elektromotor mit einem vielpoligen permanentmagnetischen Läufer und mit einem Ständer vor, dessen Ausbau das Anbringen der Ständerwicklungen erleichtert.

Bei dem Elektromotor nach der Erfindung tritt zwischen dem Permanentmagneten des Läufers und dem aus einem magnetisierbaren Material hergestellten Ständer eine schwächere Kraft auf.

Die Erfindung wird nunmehr ausführlich beschrieben. In den beiliegenden Zeichnungen ist die

Fig.1 eine schematische Darstellung eines zwanzigpoligen

Dreiphasengleichstrommotors, dessen Ständer- und Läuferpole nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung angeordnet sind,

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Figo2 ein Schaltplan für eine Einrichtung zum Erzeugen eines Steuersignals, mit dem die Drehzahl eines erfindungsgemäßen Elektromotors geregelt werden kann,

Fig.3 eine graphische Darstellung eines von der Schaltung nach der Fig„2 erzeugten Steuersignals, welche Schaltung bei dem Motor nach der Fig.1 vorgesehen wird.

Die Fig.1 zeigt ein Läuferjoch 1 und einen Ständer 3. Das Läuferjoch 1 enthält einen Permanentmagneten 2, der an der dem Ständer zugewandten Innenseite so magnetisiert ist, dass zehn Magnetpolpaare oder zwanzig Magnetpole gebildet werden. Diese sind hiernach mit M./ . % und S₁/ · \ bezeichnet, wobei i = 1, 2, 3, 4, 5 und j = 1_t 2 ist und wobei der Nordpol mit N und der Südpol mit S bezeichnet ist. Der Ständerkern 3 weist fünfzehn vorstehende Pole X₁, y₁ und Z₁ auf, wobei i = 1, 2, 3, 4, 5 ist. Der dem Permanentmagneten des Läufers zugewandte obere Teil der vorstehenden Pole ist breiter als der eine Ständerwicklung tragende Teil, so dass nicht nur das Wickeln des Ständers erleichtert wird, sondern der Ständerkern nimmt den Magnetfluss aus dem ρermanentmagnetischen Läufer wirksamer auf. Die unteren Teile der vorstehenden Ständerpole tragen die Ständerwicklungen X₁, Y₁ und Z₁ , wobei i = 1, 2, 3, 4, 5 ist. Die Ständerwicklung besteht aus den Dreiphasenwicklungen X, Y und Z, so dass fünf Ständerwicklungen zu der gleichen Phase gehören und zwar X₁ (i = 1,2,3,4,5), Y₁ (i = 1,2,3,4,5) und Z_± (i = 1,2,3,4,5). Die einzelnen Spulen oder Wicklungen sind natürlich entsprechend zusammengeschaltet und mit einander verbunden. Der elektrische Abstand der Phasenwicklungen von einander beträgt 120°.

Nachstehend wird die Hemm- oder Bremskraft behandelt, die durch wechselseitige Einwirkung zwischen dem permanentmagnetischen Läufer und dem aus einem magnetisierbaren Material, z.B. aus Eisen hergestellten Ständerkern erzeugt wird, selbst wenn der Ständer keinen Strom erhält. Der permanentmagnetische Laufei weist eine Anzahl von Magnetpolen auf, die den Ständerkern anziehen, Die zwischen dem Ständer und dem Läufer wirksame gesamte Kraft wird beeinflusst von der Form des Ständerkerns und der Verteilung der magnetischen Kraft im Permanentmagneten des Läufers. Diese Hemmkraft kann mathematisch analysiert werden durch

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Konvolution der Ständerformfunktion, die von der Form des Ständerkerns bestimmt wird, und der magnetischen Verteilungsfunktion des Läufers, die zu der magnetischen Kraft des ρermanentmagnetischen Läufers in Beziehung steht. Weist bei einem Elektromotor der Ständerkern sechzig Schlitze und der Permanentmagnet des Läufers zwanzig Pole auf, so kann die Ständerformfunktion dargestellt werden als eine periodische Funktion mit sechzig Perioden pro Umdrehung, während die magnetische Verteilungsfunktion des Läufers dargestellt werden kann als eine periodische Funktion mit zwanzig Perioden pro Umdrehung. Jede Ständerformfunktion wird in Fouriersehen Seihen zu einer Fundamentalkomponente mit einer Periode von sechzig Zyklen pro Umdrehung und deren harmonischen Komponenten entwickelt, während die magnetische Verteilungsfunktion des Läufers zu einer Fundamentalkomponente mit einer Periode von zwanzig Zyklen pro Umdrehung und deren harmonischen Komponenten entwickelt wird. Entsprechend den Merkmalen der orthogonalen Funktion stellt die Entwicklung der genannten beiden Funktionen eine lineare Kombination von Sinuswellenkomponenten dar, deren Perioden aus einem gemeinsamen Vielfachen der Fundamentalperioden in den genannten beiden Funktionen bestehen. Die Hemmkraft kann daher dargestellt werden durch eine Fundamentalkomponente mit einer Periode von sechzig Zyklen pro Umdrehung und deren harmonischen Komponenten. Die Fundamentalkomponente der Hemmkraft ist sinuswellenförmig mit einer Periode von sechzig Zyklen. Die Amplitude der Fundamentalkomponente in der Hemmkraft ist ein Produkt aus den Amplituden der Fundamentalkomponente der Ständerformfunktion und der dritten harmonischen Komponente der magnetischen Verteilungsfunktion des Läufers. Die Zahl 60 stimmt mit der der Fundamentalperiode in der Ständerformfunktion überein, und die dritte harmonische Komponente der magnetischen Verteilungsfunktion des Läufers mit einer Periode von sechzig Zyklen ist unvermeidbar, da die Magnetisierung eines Permanentmagneten nicht genau bestimmt werden kann. Danach wird die Amplitude der Fundamentalkomponente der Hemmkraft, die sinuswellenförmig mit einer Periode von sechzig Zyklen ist, groß. Infolgedessen wird bei einer Umdrehung des Läufers sechzigmal eine verhältnismäßig große Bremskraft erzeugt.

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Bei einem Motor, dessen Ständerkern fünfzehn Torstehende Pole und dessen permanentmagnetischer Läufer zwanzig Pole aufweist, wie in der Fig.1 dargestellt, besteht die Ständerformfunktion aus einer Fundamentalkomponente mit einer Periode von fünfzehn Zyklen pro Umdrehung und deren harmonischen Komponenten, während die magnetische Verteilungsfunktion des Läufers aus einer Fundamentalkomponente mit einer Periode von zwanzig Zyklen pro Umdrehung und deren harmonischen Komponenten besteht· Das gemeinsame Vielfache der Perioden der genannten beiden Funktionen ist 60 und das Vielfache dieses Wertes. Danach weist die Fundamentalkomponente der Bremskraft eine Periode mit 60 Zyklen pro Umdrehung auf. Die Amplitude der Fundamentalkomponente in der Bremskraft ist jedoch das Vielfache der Amplituden der vierten harmonischen Komponente der Ständerformfunktion und der dritten harmonischen Komponente der magnetischen Verteilungsfunktion des Läufers. Die Fundamentalkomponente von sechzig Zyklen in der Bremskraft weist überhaupt keine Beziehung zur Fundamentalkomponente von fünfzehnZyklen der Ständerformfunktion auf. Die Fundamentalbremskraft ist nicht eine Folge der Fundamentalkomponente der Ständerformfunktion, da die Anzahl der vorstehenden Ständerpole kleiner ist als die Anzahl der Pole des permanentmagnetischen Läufers. Der erfindungsgemäße Elektromotor erzeugt daher eine geringere Bremskraft und läuft gleichmäßig. Da beim Lauf dieses Motors praktisch keine Unregelmäßigkeiten auftreten, so ist dieser Motor besonders gut geeignet für !Tonbandgeräte, Plattenspieler und dergleichen.

Da der Ständer nur wenige vorstehende Pole aufweist, so kann der Spalt zwischen den Polen verhältnismäßig weit bemessen werden, so dass weniger Ständerspulen vorgesehen zu werden brauchen. Die Ständerspule kann auf jeden Ständerpol leicht und direkt aufgewickelt werden. Da der untere Teil des die Wicklung tragenden Ständerpoles schmaler sein kann als der obere Teil, ohne dass eine Sättigung des Magnetflusses erfolgt, so werden die zum Lauf des Motors keine Beziehung aufweisenden Spulenenden kürzer, so dass auch die Kupferverluste kleiner werden. Weiterhin werden auch die vom Magnetfluss aus dem permanentmagnetischen Läufer verursachten Eisenverluste kleiner, da der Ständer nur

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nur einige wenige vorstehende Pole aufweist, so dass jeder Pol nicht außerordentlich schmal zu sein braucht. In diesem Falle kann die Breite des oberen Teiles der Ständerpole verändert werden. Es ist daher möglich, bei diesem Motor die Wicklungen mit kurzen oder mit langem Abstand von einander anzuordnen.

Die obenstehenden Ausführungen zur Bremskraft gelten auch, wenn die Funktion der magnetischen Verteilung des Läufers keine harmonischen Komponenten aufweist, deren Perioden kleiner als sechzig Zyklen pro Umdrehung sind. Falls die Pole des permanentmagnetischen Läufers ungleichmäßig magnetisiert sind, so kann die Funktion der magnetischen Verteilung im Läufer eine Komponente enthalten mit einer Periode von einem Zyklus pro Umdrehung und deren harmonischen Komponenten. Besteht die Ständerformfunktion aus einer Komponenten mit einer Periode von fünfzehn Zyklen pro Umdrehung und deren harmonischen Komponenten, so enthält die Entwicklung der Ständerformfunktion und der Funktion der magnetischen Verteilung des Läufers die Komponenten mit drei Perioden von fünfzehn Zyklen, dreißig Zyklen und fünfundvierzig Zyklen pro Umdrehung. In den genannten drei Komponenten der Bremskraft ist die Komponente mit einer Periode von fünfzehn Zyklen pro Umdrehung eine Folge des Umstandes, dass die Fundamentalkomponente der Ständerformfunktion im Ständerkern auftritt, der fünfzehn vorstehende Pole aufweist. Der obere Teil des dem permanentmagnetischen Läufers zugewandten Ständerpoles kann so breit bemessen werden, dass die Spule ohne Schwierigkeiten aufgewickelt werden kann. Da der breite obere Teil der Ständerpole die Amplitude der Grundkomponente der Ständerformfunktion vermindert, so wird auch die Bremskraft mit einer Periode von fünfzehnZyklen pro Umdrehung geschwächt. Die eine Periode mit dreißig und mit fünf undvierzig Zyklen pro Umdrehung aufweisenden Komponenten in der Bremskraft sind die Komponenten mit den höheren Harmonischen im Vergleich zu der Komponente mit einer Periode von fünfzehn Zyklen und eine Folge des Umstandes, dass die Ständerformfunktion Komponenten mit höheren Harmonischen als fünfzehn Zyklen pro Umdrehung aufweist. In der Fig.1 sind die beiden Seiten des Ständerpoles Z,- mit 5 und 6 und die Mitte mit 7 bezeichnet. Der Spalt zwischen den Ständerpolen und

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und dem Permanentmagneten ist an den beiden Seiten 5 und 6 des Ständerpoles größer als in der Mitte 7. Bei dieser bevorzugten Aueführungsform der Erfindung sind die Amplituden der die höheren Harmonischen enthaltenden Komponenten der Ständerformfunktion und damit auch die Bremskraft vermindert«

Fließt ein Strom durch die Phasenwicklungen des Ständers,' so wirken die zu der betreffenden Phase gehörenden Ständerspulen mit demjenigen Teil des permanentmagnetischen Läufers zusammen, der den betreffenden Spulen zugewandt ist. Der mit der Ständerwicklung verkettete Magnetfluss geht von dem der Ständerspule zugewandten Permanentmagneten des Läufers aus. Besteht bei mehreren Polen des permanentmagnetischen Läufers eine magnetische Unbalanz, so weist der von den Ständerspulen aufgenommene Magnetfluss eine entsprechende Unbalanz auf. Jedoch vermindert sich statistisch diese magnetische Unbalanz, da die Ständerphasenwicklung aus fünf Ständerspulen besteht. Eine magnetische unbalanz bei den Polen des permanentmagnetischen Läufers beeinflusst daher den Lauf des Motors kaum oder nur sehr wenig. Wie aus der Pigol zu ersehen ist, sind die zu einer Ständerphasenwicklung gehörenden Ständerspulen um den Ständerkern herum in den gleichen Abständen angeordnet. In einem bestimmten tfalle ist der gesamte Magnetfluss innerhalb einer Ständerphasenwicklung gleich dem Magnetfluss, der besteht, nachdem der Läufer sich um 36O°/5, d.h· elektrisch um 2 χ 360° gedreht hat, wenn alle Ständerpole als magnetisch gleichwertig angesehen wird, und wenn alle Ständerspulen die gleiche Anzahl von Windungen aufweisen. M.a.W., die Ständerphasenwicklung X mit den Ständerspulen X. wirkt mit den Magnetpolen ^f₁ ¹V des Läufers zusammen, und nach einer Drehung des Läufers um 36O°/5 wirkt die genannte Ständerphasenwicklung X mit den Magnetpolen JM. f -»N zusammen. Außerdem entspricht der Abstand von zwei Magnetpolpaaren ^^Hi(i)^{r S}i(i))' ^i(2)' ^Si(2)) ^im permane^magne"tischen Läufer dem Winkelabstand derjenigen Ständerpole, die zu derselben Ständerphase gehören, wie z.B. zwischen X_± und X_i+1 · Während der Läufer sich um 36O°/5 dreht, wird die Ständerphasenwicklung von zwei Magnetpolpaaren des Läufers, d.h. von vier Magnetpolen, überquert· Die Ständerphasenwicklung wirkt andererseits nur mit

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zwei Polpaargruppen des permanentmagnetischen Läufers zusammen, wenn der Motor läuft. Des besseren Verständnisses wegen wurden bei den Läufermagnetpolpaaren (^(.j)! Sw .x\) die Werte 1 und 2 für j angenommen. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass der gesamte Permanentmagnet des Läufers in zwei Gruppen aufgeteilt ist. Die Ständerphasenwicklungen wirken daher abwechselnd mit nur zwei Gruppen des Permanentmagneten des Läufers zusammen. Die Anzahl der Gruppen des Permanentmagneten des Läufers wird hiernach als Anzahl der "Zustände" bezeichnet. In dem oben beschriebenen Falle weist der Motor zwei Zustände auf. Die Schwankungen des erzeugten Drehmomentes vermindern sich mit der Anzahl der Zustände.

In der Fig.2 ist der in der Fig.1 dargestellte Motor mit dem Bezugszeichen 4 versehen· Die ersten Anschlussklemmen der Ständerphasenwicklungen X, Y und Z sind zusammengeschaltet und an den einen Kontakt 12 einer Stromquelle angeschlossen. Die zweiten Anschlussklemmen der Ständerwicklungen X, Y und Z sind über die Schalter 9, 10 und 11 mit dem anderen Kontakt der Stromquelle verbunden. Zwischen einen Verbindungspunkt 14 und den Anschlusskontakt 12 ist ein Widerstand 13 mit einem Widerstandswert T₁ geschaltet, während zwischen den Verbindungspunkt 14 und den anderen Anschlusskontakt 16 der Stromquelle ein Widerstand 15 mit einem Widerstandswert r₂ geschaltet ist. Von den beiden Anschlüssen der Stromquelle ist der Kontakt 12 positiv und der Kontakt 16 negativ. Zwischen einen Verbindungspunkt 18 und die Anschlussklemme 16 ist ein Widerstand 17 mit einem Widerstandswert r, geschaltet. Der Verbindungspunkt 8 steht mit der Anschlussklemme 12 der Stromquelle in Verbindung.

Der Motor 4. beginnt zu laufen, wenn die Ständerwicklungen über die Schalter 9, 10 und 11 Strom erhalten, die wahlweise entsprechend der relativen Stellung der Polpaare des permanentmagnetischen Läufers und der Ständerphasenwicklungen X, Y und Z geschlossen und geöffnet werden. Beim Lauf des Motors wird in den Ständerwicklungen eine Gegen-EMK induziert. Bekanntlich ist die Spannungsdifferenz e.. zwischen den Verbindungspunkten 14 und 18ider Gegen-EMK proportional unter der Bedingung, dass r_a/r, « ^/Tpist, wobei r der Innenwiderstand des Motors £ ist

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Da die Gegen-EMfc. der Drehzahl des Motors proportional ist, so kann die Spannung e* als Drehzahlregelsignal benutzt werden.

Die Sekundäranschlüsse der Ständerphasenwicklungen stehen mit den Anoden der Dioden 19, 20 und 21 in Verbindung, deren Kathoden gemeinsam an einen Yerbindungspunkt 22 angeschlossen sind.

Die an den Verbindungspunkten 8 und 22 liegende Spannung e₂ ist die von den Dioden 19, 20 und 21 gleichgerichtete Gegen-EMK. Die Spannung e« steht mit dem in den Ständerwicklungen fließenden Strom in keiner Verbindung, wenn der Motor 4 mit HaIbwellenstrom betrieben wird. Die Spannung e« ist daher der Drehzahl des Motors proportional und kann gleichfalls zum Regeln der Drehzahl des Motors benutzt werden.

Wird in der Schaltung n_ach der Pig.2 ein Drehzahldetektor, eine Bezugssignalquelle und ein Signalverstärker vorgesehen, der ein Differenzsignal verstärkt, das die Differenz zwischen dem Ausgang des Drehzahldetektors und dem Bezugssignal darstellt, so kann die Drehzahl des Motors vom verstärkten Differenzsignal geregelt werden. Der Ausgang der Bezugssignalquelle besteht aus einem Gleichstromsignal* Bei der Subtraktion des Bezugs signals vom Ausgang des Drehzahldetektors wird die Welligkeitskomponente im Ausgangssignal des Drehzahldetektors vorherrschend, soll jedoch so klein wie möglich sein.

Die Figo 3 zeigt die Kurven für die Spannungen e^ oder e₂, die abwechselnd in nur zwei Zuständen induziert werden. Wird dieses Signal zum Regeln der Läuferdrehzahl benutzt, so hängt der den Ständerwicklungen zugeführte Strom von der Spannung e.. oder e« ab. Der Läufer kann sich daher gleichmäßiger drehen bei einer Herabsetzung der Anzahl der Zustände.

Die Gruppe benachbarter Ständerpole, die nur eine Ständerspule im Hinblick auf die entsprechende Ständerwicklungsphase aufweist, wird als "Ständerelement¹¹ bezeichnet. Bei dem in der Fig.1 dargestellten Motor besteht ein Ständerelement aus drei Ständerpolen, denen zwei Polpaare des permanentmagnetischen Läufers gegenüberstehen.

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Steht ein ^HStänderelement¹¹ ρ Polpaaren des Läufers gegenüber, so weist der mit jeder Ständerwicklung verkettete Magnetfluss ρ Zustände auf. Da die Anzahl der Zustände zu den Unregelmäßigkeinen des Motorlaufs in Beziehung, so soll die Anzahl der Zustände klein sein. Bei einem Fünfphasen-Elektromotor besteht ein Ständerelement aus fünf Ständerpolen. Das Ständerelement muss zwei Polpaaren, d.h. vier Polen des Läufermagneten gegenüberstehen, damit zwei Zustände bestehen. Diese Kombination ist jedoch ungeeignet, da in diesem Falle die Anzahl der Ständerpole größer ist als die Anzahl der Läufermagnetpole· Dem Ständerelement stehen daher drei Polpaare, d.h. sechs Pole des Läufermagneten gegenüber, so dass dieser Motor drei Zustände aufweist. Ist die Ständerwicklung für (2n+1) Phasen eingerichtet, wobei η eine Ganze Zahl ist, so ist es in dem Falle, wenn die Anzahl der Ständerpole kleiner ist als die Anzahl als die Anzahl der Läuferpole, geeignet, wenn das Verhältnis der Magnetpole des Läufers zu den Ständerpolen (2n+2) / (2n+1) beträgt, wobei die Anzahl der Zustände (n+1) beträgt. Ist die Ständerwicklung für (2n) Phasen eingerichtet, so soll das Verhältnis der Pole des Permanentmagneten zu den •Ständerpolen geeigneterweise (n+1)/n betragen, so dass die Anzahl der Zustände (n+1) beträgt. Ein Elektromotor mit nur zwei Zuständen muss 30 eingerichtet sein, dass das Verhältnis Läuferpole s Ständerpole bei einer Dreiphasenwicklung 4/3 unä bei einer Zweiphasenwicklung 4/2 beträgt. Im letztgenannten Falle kann der Motor nicht von selbst anlaufen, wenn er mit Gleichstrom betrieben wird, da die Anzahl der Läufermagnetpole ein Vielfaches der Anzahl der Ständerpole beträgt. Der zuerst beschriebene Motor ist daher an den anderen Motoren überlegen. Wird eine elektronische Kommutierung verwendet, so ist ein Motor mit weniger Phasen erwünscht, z.B. ein Dreiphasenmotor, damit die Anzahl der elektronischen Schaltungselemente in den Betriebsschaltungen klein gehalten werden kann»

An den beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung können ' natürlich Änderungen vorgenommen werden. Beispielsweise kann die Ständerwicklung mit Wechselstrom anstelle von Gleichstrom versorgt werden, und ferner kann der erfindungsgemäße Elektro-

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motor als vielpoliger Synclaronmotor mit kleiner synchronisierter Drehzahl betrieben werden und weist die genannten Vorzüge auf. ■

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

Elektromotor mit einem Läufer, der aus einem Permanentmagneten mit ρ Polen besteht, mit einem Ständerkern, der q vorstehende Pole und q. auf die Pole aufgewickelte Ständerspulen aufweist, die so zusammengeschaltet sind, dass eine m-phasige Ständerwicklung gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahl q ein Vielfaches der Zahl m und kleiner als die Zahl ρ ist.

2· Elektromotor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Ständerwicklung für (2n+1) Phasen eingerichtet ist, und dass das Verhältnis Läufermagnetpole : Ständerpole (2n+2) : (2n+i) beträgt.

3« Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor eine 2n-phasige Ständerwicklung aufweist, und dass das Verhältnis der Anzahl der Läufermagnetpole zur Anzahl der Ständerpole (n+1) : η beträgt.

4« Elektromotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ständerwicklung für drei Phasen eingerichtet ist, und dass das Verhältnis der Anzahl der Läufermagnetpole zur Anzahl der Ständerpole 4 : 3 beträgt.

5· Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt zwischen den Läufermagnetpolen und den Ständerpolen so ausgestaltet ist, dass der Spalt an beiden Seiten eines jeden Ständerpoles weiter ist als in dessen Mitte, so dass die Bremskraft kleiner wird bei harmonischen Komponenten, die höher sind als q. Zyklen pro Umdrehung.

6. Elektromotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt zwischen den Läufermagnetpolen und den Ständerpolen an beiden Seiten eines jeden Ständerpoles breiter

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bemessen ist als in der Mitte der Ständerpole, so dass die Bremskraft kleiner wird bei harmonischen Komponenten, die höher sind als q Zyklen pro Umdrehung.

7. Elektromotor nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt zwischen den Läufermagnetpolen und den Ständerpolen an beiden Seiten eines jeden Ständerpoles breiter bemessen ist als in der Mitte der Ständerpole, so dass die Bremskraft kleiner wird bei harmonischen Komponenten, die höher sind als q. Zyklen pro Umdrehung.

* 8. Elektromotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt zwischen den Läufermagnetpolen und den Ständerpolen an beiden Seiten eines jeden Ständerpoles breiter bemessen ist als in der Mitte der Ständerpole, so dass die Bremskraft kleiner wird bei harmonischen Komponenten, die höher sind als q Zyklen pro Umdrehung.

9β Elektrischer Gleichstrommotor mit elektronischer Kommutierung, gekennzeichnet durch

(1) einen aus einem Permanentmagneten mit ρ Polen bestehenden Läufer,

(2) einen Ständerkern mit q vorstehenden Polen, wobei das Verhältnis ρ : q = 4 : 3 ist,

(3) q. Ständerspulen, von denen je eine Spule auf je einem Ständerpol angeordnet ist, welche Spulen so zusammengeschaltet sind, dass sie eine Dreiphasenwicklung bilden, wobei der Spalt zwischen den Läufermagnetpolen und den Ständerpolen an beiden Seiten eines jeden Ständerpoles breiter bemessen ist als in dessen Mitte, so dass die Bremskraft kleiner wird bei harmonischen Komponenten, die höher sind als q Zyklen pro Umdrehung,

(4) einen Drehzahldetektor, der mit der Ständerwicklung in Verbindung steht und von der induzierten ü-egen-EMK betrieben wird,

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(5) eine Bezugssignalquelle, die mit dem Drehzahldetektor in Verbindung steht, und durch

(6) einen Signalverstärker, der ein Signal verstärkt, das die Differenz zwischen dem Ausgang des Drehzahl, detektors und dem Bezugssignal darstellt, und das die Drehzahl des Motorläufers konstant hält·

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