DE2500994A1 - Kreiselmotor - Google Patents

Description

CEOUZET, 128 avenue de la Republique, 75011 Paris, Frankreich

Kreise!motor

Die Erfindung betrifft einen Ereiselmotor mit einem magnetisieren Eotor, "bestehend aus einem ringförmigen Permanentmagneten, in dessen Innerem die Statorwicklungen angeordnet sind, deren !Commutation mittels eines statischen Empfängers erfolgt, dessen Wirkung auf der "Variation der Impedanz einer innerhalb eines Magnetkreises angeordneten Wicklung "beruht.

Derartige Kreiselmotoren, welche mit Gleichstrom arbeiten und über keinen Schleifer verfugen, weisen

Büro Bremen:
D-2800 Bremen 1 Posiiach 786, Felclstraße Telefon: (0421)* 74044 Telex

ί ü5S bopal d

p Tclegr. : Diagramm, Bremen

509829/07 01

Konten Bremen:
Bremer Bank, Bremen
(BLZ 290800.10} 100 Ι·Μ9

PScIiA Hauibitfg

(BLZ 20010020) 126083-202

Büro München: D-8000 München '-»0 Schlotthauer Straße 3

Telefon: (089)652321 Tclegr. : Telepatent, München

einen magnetisieren Rotor in Ring- oder Torusforin auf. Im Inneren des Rotors sind Statorwicklungen angeordnet, deren Kommutation mittels statischer Einrichtungen "bewirkt wird.

Um die Winkelstellung des Rotors nachzuweisen, ist es bereits bekannt, Hall-Empfänger oder photoempfindliche Elemente zu verwenden, welche mit einer Lichtquelle und einem Drehspalt zusammenarbeiten. Diese bekannten Vorrichtungen weisen verschiedene Nachteile auf, und zwar entweder wegen der mangelnden Temperaturstabilität (Halleffekt) oder wegen ihrer mechanischen Komplexität oder aber wegen ihrer ungenügenden Lebensdauer.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kreiselmotor der eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei dem diese Nachteile überwunden sind.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bsi einem Kreiselmotor der genannten Art dadurch gelöst, daß die Sättigung des Magnetkreises direkt mittels des Rotorfeldes bewirkt wird.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß der statische Empfänger einen Ferrit-Miniaturtopfkreis mit einer Wicklung, einen parallelepipedischen Magneten aus orientiertem Ferritmaterial, sowie einen Anker aus einem Material mit hoher Permeabilität aufweist, welcher aus zwei rechteckigen Platten besteht, die den Magneten mit dem Topfkreis verbinden.

— 2 —

50 9829/07

In weiterer Ausführung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß der statische Empfänger in der Weise angeordnet ist,.daß die Anker senkrecht zur Rotorfläche stehen und als Kollektor für die Kraftlinien dienen. Auf diese Weise addiert sich der Rotorfluß im Ferrittopf zum Fluß des Hilfsmagneten oder wird von diesem abgezogen, je nach der Stellung des Rotors. In dem Fall, daß die beiden Flüsse sich voneinander abziehen, ist der Kreis nicht gesättigt, so daß die Selbstinduktion der Spule maximal ist. In dem Fall, daß die Flüsse sich addieren, ist der Kreis gesättigt, und die Selbstinduktion (self) des Kreises ist praktisch ITuIl. Die Spule des Kreises wird bei einer Frequenz von 200 bis 300 KHz erregt.

Die Spannung an den Anschlüssen, welche den Sättigungszustand überträgt, wird zum Steuern der Kommutation (Gleichrichtung) und zum Regeln der Geschwindigkeit durch Modifikation der Kommutationsperiode benutzt.

Wenn der Rotor zufällig umgekehrt; worden ist, so haben die Motorimpulse die Tendenz ,ihn zu bremsen, und beschleunigen also in der korrekten Richtung, da der Zustand des Empfängers nicht vom Drehungssinn des Rotors abhängt, sondern lediglich von der Stellung des Rotors bezüglich des Empfängers. Andererseits ermöglicht es die Steuerung der Motorimpulse während der Perioden, in denen der Empfängerkreis nicht gesättigt ist, letzteren als Thermosicherung zu verwenden. Hierzu genügt es, einen Ferritkreis zu wählen, dessen Curie-Punkt relativ niedrig

- 3 509829/0701

(120° Ms 15O⁰) ist^und ihn in Kontakt mit der Spule anzuordnen. In dem Augenblick, in dem die Temperatur der Spule den Curie-Punkt erreicht, verschwindet' die Selbstinduktion der Spule, wodurch eine !Commutation unmöglich wird. Diese Anwendung ist insbesondere für einen Kreiselmotor .interessant, der eine Leistung von 50 Watt bis zum Blockieren dissipieren kann, im Gegensatz .zu 5 Watt bei seiner normalen Rotationsgeschwindigkeit von annähernd 25.000 U/min.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung in der ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert ist. Dabei zeigt:

Fig. 1 in schematischer Darstellung einen Kreiselmotor nach der Erfindung, bei dem die Kraftlinien des Rotors in derselben Richtung verlaufen wie diejenigen des Magneten;

Pig. 2 eine ähnliche Darstellung wie in Fig. 1· wobei aber die Kraftlinien des Rotors zu denjenigen äes Magneten entgegengesetzt verlaufen;

Fig. 5 einen statischen Empfänger des

erfindungsgemäßen Kreiselmotors; und

Fig. 4· ein Ausführungsbeispiel einer elektronischen Steuerschaltung.

Wie Fig. 1 zeigt, weist der erfindungsgemäße Kreisel-

- 4 509829/0701

motor einen Rotor 1 mit permanenter Magnetisierung auf. An Statorpolen 2 - 2¹ sind Motorwicklungen 8 8¹ angeordnet, während weiterhin ein statischer "Empfänger 3 vorgesehen ist. Bei dieser Konfiguration liegen die Kraftlinien des Rotors in derselben Richtung wie diejenigen des Magneten. Ein bedeutender Teil des Magnetflusses wird im Rotor abgeleitet. Der Topfkreis ist nicht gesättigt, die Wicklungsoder Spulenimpedanz ist maximal.

Im Gegensatz dazu verlaufen die Kraftlinien des Rotors in Fig. 2 entgegengesetzt zu denjenigen des Magneten. Beinahe der gesamte Magnetfluß sowie der durch die Anker gesammelte Rotorfluß geht durch den Magnetkreis, welcher gesättigt ist. Die Spulenimpedanz ist in diesem Fall nahe dem Widerstand des Drahtes.

Fig. 3 zeigt, daß der statische Empfänger einen im Inneren einer Spule mit 30 Drahtwicklungen von 10/100 (R = 1,2 :Q) Ferrittopf 5 aufweist. Außerdem umfaßt der Empfänger einen orientierten Ferritmagneten 7* Zwei Anker 4- - 4-', bestehend aus Siliciumblech und lackisoliert, bev/irken die Ankopplung des Ferrittopfes an den Polarisationsmagneten und an den Rotor des Motors.

Fig. 4- zeigt in schematischer Darstellung eine elektronische Steuerschaltung, wie bereits erwähnt wurde. Transistoren T^, und ¹F^ bilden einen Kraftkommutator, der in Reihe mit einer Motorwicklung L_x, liegt. Transistoren T, und T^ bilden einen Multivibrator.

— 5 —
509829/0701

Eine Wicklung Lp des Positionsempfängers, welche am Kollektor des Transistors T_x in Reihe mit einem

Widerstand von 120 S^ sitzt, erzeugt bezüglich einer Spannung von 14- Y bei jeder Sättigung von T^ negative Peaks.

Die Amplitude dieser negativen Peaks hängt vom Sättigung szustand des L2~Kreises ab, der die Stellung des Rotors überträgt.

Diese negativen Peaks werden durch eine Diode D^ nachgewiesen, in einen Kondensator von 33 nfd integriert und auf die Basis von T^ mittels eines Potentiometers von 5 K"^c' aufgegeben, welches sum Steuern des Kommutationspunktes dient.

Transistoren Tj- und Tg bilden einen Spannungsregler, bei dem T₁- die Last darstellt, T^ hingegen einen Höhenkomparator, wobei eine Zenerdiode von 3,3 Y als Bezugsspannung dient.

Wenn ein Transistor T₇ gesättigt ist, wird die geregelte Spannung (Ausgang von T₁-) auf die Basis von Tg mittels einer Widerstandbrücke von 5,6 K " und 1,7 Kir? aufgegeben.

Unter diesen Bedingungen beträgt die geregelte Spannung etwa 10 Y.

Wenn der Tx-unsistor T₇ blockiert wird, wird die geregelte Spannung direkt auf die Basis von Tg über den Widerstand von 5,6 ΚΩ aufgegeben. Unter die-

■- 6 50 982 9/0701

sen Bedingungen beträgt die geregelte Spannung etwa 4- V.

Dementsprechend ändert sich die durch den durch T, und T^ gebildeten Multivibrator sowie die auf die
Spule L₂ des Positionsempfängers aufgegebene Spannung Je nach dem Zustand des Transistors T₀ zwischen 4- und 10 Y. Die an den Anschlüssen des Kondensators von 33 nfd nachgewiesene Spannung ändert sich im selben Verhältnis. Entsprechend der Regelung des Potentiometers 1 verringert der Durchgang der geregelten Spannung von 10 auf 4- Y die Kommutationsperiode von T^ und To oder macht sie zu Null.

Die elektromotorische Gegenkraft des Motors an den Anschlüssen von L^ wird durch die Diode D^ vorweggenommen, welche in einem Kondensator von 25 μία
angestoßen wird, und. auf die Basis von Tr₇ mittels
eines Potentiometers 2 und einer Zenerdiode von
5,6 V aufgegeben.

Der Transistor T₇ wird durch den Strom eines Widerstandes von 12 K Sc gesättigt, der an einer Zenerdiode von 3,3 V angeschlossen ist.

Wenn das an die Zenerdiode von 5,6 V durch das Potentiometer 2 aufgebrachte Potential größer ist,
verschwindet dieses und leitet den Sattigungsstrom von Tr₇, v/elcher sich blockiert.

Dies reduzisrt das Kommutationssignal, welches auf Tg aufgegeben wird. Die Kommutationszeit wird reduziert oder zu EuIl gemacht.

- 7 - .
509829/0701

Der Widerstand von 100 K Ω bewirkt eine Reaktion, welche die Funktionsschwelle des Regelsystem^ bis auf einen Wert von 0,1 V verringert, gemessen an den Anschlüssen des Kondensators von 25 nfd. Ein. geringerer Wert bewirkt ein Pumpen der Regelung.

Die beschriebene erfindungsgernäße Vorrichtung läßt sich zum Steuern von Gleichstrommotoren ohne Kollek tor und ohne Schleifer verwenden.

Eine besonders interessante Anwendungsmöglichkeit besteht im Regeln eines Kreiselmotors.

509829/0701

Claims (3)

1. AISPEÜCHE

   ( Λ A Kreise!motor mit einem magnetisxerten Rotor, bestehend aus einem ringförmigen Permanentmagneten, in dessen Innerem die Statorwicklungen angeordnet sind, deren Kommutation mittels eines statischen Empfängers erfolgt, dessen Wirkung auf der Variation der Impedanz einer innerhalb eines Magnetkreises angeordneten Wicklung beruht, dadurch gekennzeichnet, daß die Sättigung des Magnetkreises direkt mittels des Rotorfeldes bewirkt wird.
2. 2. Kreiselmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der statische Empfänger einen Ferrit-Miniaturtopfkreis (5) mit einer Wicklung (6), einen parallelepipedischen Magneten (7) aus orientiertem Ferritmaterial, sowie einen Anker (4 - 4-') aus einem Material mit hoher Permeabilität aufweist, welcher aus zwei rechteckigen Platten besteht, die den Magneten mit dem Topfkreis verbinden.
3. 3. Kreiselmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der statische Empfänger (3) in der Weise angeordnet ist, daß die Anker (4- - 4-')

   509829/0701

   senkrecht zur Rotorfläche stehen und als Kollektor für die Kraftlinien dienen.

   4-, Kreiselmotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger (3) mit den Motorwicklungen (8 - 8¹) in engem Kontakt steht; und daß der Curie- Punkt seines Magnetkreises annähernd bei 120⁰C liegt, so daß er als Temperatursicherung dienen kann. '

   - 2 50 9829/0701