DE2835210C2

DE2835210C2 - Zweipulsiger, zweisträngiger Kollektorloser Gleichstrommotor mit einem mindestens vierpoligen permanentmagnetischen Rotor

Info

Publication number: DE2835210C2
Application number: DE2835210A
Authority: DE
Inventors: Rolf Dr.-Ing. 7742 St.Georgen Müller
Original assignee: Papst Motoren & Co Kg 7742 St Georgen GmbH; Papst Motoren GmbH and Co KG
Current assignee: Papst Licensing GmbH and Co KG
Priority date: 1978-08-11
Filing date: 1978-08-11
Publication date: 1988-03-24
Also published as: JPS5529294A; DE2835210A1; US4429263A

Description

Die Erfindung betrifft einen zwcipulsigcn kollektorlosen Gleichstrommotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

ίο Ein derartiger Motor ist bekannt aus der US-PS 38 73 897 . Solche Motoren mit mehr als einem Rotorpolpaar werden für manche Anwendungsfälle bevorzugt, besonders, weil ihre Pendelmomcnte eine höhere Frequenz haben als die von zweipoligen Motoren, und

:i5 weil sie eine sehr flache Bauweise ermöglichen, die für manche Verwendungszwecke große Vorteile bietet oder sogar gefordert wird.

Der Motor nach F i g. 6 der US-PS 38 73 897 hat vier ausgeprägte Statorpolc, die durch vier Nuten voneinan der getrennt sind. Im einen benachbarten Nutenpaar liegt der eine Strang der Statorwicklung, und im diametral gegenüberliegenden Nutenpaar liegt der andere Strang der Statorwicklung.

In der Praxis hat es sich gezeigt, daß ein solcher Mo-

tor nicht aus allen Drehstcllungen sicher anlaufen kann. Dies war zunächst unerklärlich. Längere Untersuchungen haben dann ergeben, daß auf den galvanomagnetischen Rotorstellungsscnsor bei manchen Rotorstellungen Streuflüsse vom Stator wirken, die das Rotorstel- lungssignal verfälschen und einen Anlauf aus bestimmten Rotorstellungen verhindern.

Aus der US-PS 40 86 519 ist es bekannt, daß Streufelder, welche vom Motor her auf einen Hallgenerator einwirken, die Kommutierung ungünstig beeinflussen können. Zum Vermeiden dieses Effekts wird dort vorgeschlagen, »die Hallgeneratoren an eine Stelle zu verlagern, wo Streufelder wahrscheinlich keinen Einfluß auf sie haben können.« Bei kleinen Motoren, bei denen die Erfindung hauptsächlich Anwendung findet, ist diese

ho Ausweichmöglichkeit jedoch nicht gegeben, weil die Streufelder in dem kleinen Volumen solcher Motoren jeden Punkt erreichen.

Aus der DIi-OS 2^r> 14 0b7 kennt man ferner einen zweipulsigen Motor mit Kiscnkcrn im Staim. Dieser

t>^r> Motor ist zweipolig, d. h. er hat zwei Rolorpolc und zwei ausgeprägte Statorpole. Die Wicklung hat zwei Stränge. In den beiden Nuten zwischen den ausgeprägten Polen liegt der eine Strang oben, der andere Strang

unten. Diese unsymmetrische Anordnung der Si runge hat auch eine gewisse Unsymmetrie in der Magnetisierung der ausgeprägten Statorpole zur Folge, so daß auf derr dort als Rotorstellungssensor verwendeten Hallgencrator von den Spitzen der ausgeprägten Pole her Streufelder von unterschiedlicher Intensität wirken. Man kann dies jedoch bei einem solchen zweipoligen Motor weilgehend kompensieren, indem man in bekannter Weise am magnetischen Kreis des Hallgenerators einen Fortsatz vorsieht, der eine magnetische Gegenkopplung bewirkt. Diese Möglichkeit ist jedoch bei einem Motor mit vier oder mehr Polen nicht mehr gegeben.

Deshalb ist en eine Aufgabe der Erfindung, einen zweipulsigen, zweisträngigen kollektorlosen Gleichstrommotor mit mindestens vier Rotorpolen zu schaffen, bei dem der galvanomagnetische Rotorstellungssensor von unerwünschten Streufeldeinflüssen möglichst weitgehend freigehalten wird, um aus allen Startstellungen des Rotors heraus einen einwandfreien Anlauf zu ermöglichen, ohne dabei die kompakte Bauweise, welche solche Motoren auszeichnet, aufgeben zu müssen.

Nach der Erfindung gelingt dies durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale. Hierdurch vermeidet man eine kostspielige Abschirmung des Rotorstellungsgebcrs gegen Streufelder, und es wird eine sehr kompakte Bauweise des Motors möglich, wie sie für viele Anwendungsfälle erforderlich ist, z. B. für Lüfter, elektronische Geräte, Antriebe für Plattenspeicher, und dergleichen, wobei auch die äußeren Streufelder des Motors stark reduziert werden. Außerdem gelingt es so, die Verwendung von galvanomagnetischen Rotorstellungsgebern auch bei sehr kompakter Bauweise zu ermöglichen, während man sonst z. B. auf optoelektronische Sensoren ausweichen müßte, bei denen unerwünschte magnetische Streufelder selbstverständlich nicht störend wSren, die aber durch die Gefahr der Verschmutzung ein erhöhtes Risiko für die Betriebssicherheit eines Motors darstellen.

Mit Vorteil wird die Erfindung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 2 weitergebildet. Durch eine relativ gleichmäßige Verteilung der Durchflutung (in Form der siromdurchflossenen Windungen des gerade aktivierten Stranges) längs des magnetischen Kreises ergibt sich eine weitere Verbesserung in Richtung auf einen niedrigen Streufluß.

Eine sehr kompakte Bauweise ergibt sich in weiterer, bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 3. Ein solcher Motor ermöglicht eine außerordentlich kompakte Bauweise. Die Erzeugung eines Reluktanzmoments durch entsprechende Ausbildung der Umfangsform des Stators (Außen- oder Innenumfang des Stators) ist für sich bekannt au.s der DE-PS 23 46 380.

Eine besonders einfache Fertigung und gleichzeitig eine sehr gleichmäßige Verteilung der Durchflutung über die Statorpole, bei gleichzeitiger Identität der Windungszahlen in den beiden Strängen, ergibt sich durch die Merkmale des Anspruchs 5. Die bifilare Wicklungsweise bei einem zweipulsigen Motor mit eisenloser Slatorwicklung ist bekannt aus der DE-OS 22 39 167.

Will man, /.. B. bei Motoren für höhere Spannungen, die beiden Stränge voneinander gut isolieren, so eignet sich hierfür besonders die Ausführungsform mit den im Anspruch 8 gekennzeichneten Merkmalen.

Sofern die Induktion des Kotormagneten nicht besonders, hoch ist und man gleichzeitig den Schaltvorgang bei der Kommutierung verlangsamen möchte, geht man bevorzugt in der im Anspruch 9 angegebenen Weise vor. — Ein Hallgenerator mit Flußkonzentrator und einem in Drehrichtung weisenden Fortsatz dieses Kon-

^r, zenJralors ist für sich bekannt aus der DE-PS 26 12 464. Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen. Es zeigt

ίο Fig. 1 einen Schnitt durch einen kollektorlosen Gleichstrommotor nach der Erfindung, in vergrößertem Maßstab und teilweise geschnitten,

F i g. 2 einen Schnitt, gesehen längs der Linie II-1I der Fig. t, mit einer ersten Wicklungsanordnung zur Vermeldung störender Streufelder am galvanomagnetischen Rolorsiellungsgeber,

F i g. 3 ein Schaltbild zur Erläuterung der Erfindung, F i g. 4 eine vergrößerte Draufsicht auf den Rotorstellungsgeber,

F i g. 5 einen Schnitt, gesehen längs der Linie V-V der Fig. 4,

Fig.6 und 7 Prinzipdarstellungen zur Erläuterung der Entstehung von störenden Streufeldern, Fig.8 eine Darstellung zur Erläuterung des störenden Einflusses der Streufelder bei der Anordnung gemäß F i g. 6 und 7,

F i g. 9 eine zweite erfindungsgemäße Anordnung, die

für Motoren mit geradzahliger Polpaarzahl geeignet ist, Fig. 10 eine Prinzipskizze zur Erläuterung der

jo Fig.9,und

Fig. 11 und 12 zwei Prinzipskizzen zur Erläuterung der Einwirkung der Streuflüsse auf den galvanomagnetischen Rotorstellungsgeber.

Der in Fig. 1 und 2 dargestellte Motor 12 ist ein

JS vierpoliger kollektorloser Außenläufermotor der zweisträngigen, zweipulsigen Bauart. (Zu diesen Definitionen, und auch zur Frage der Pendelmomente, vergl. den Aufsatz von Müller »Zweipulsige kollektorlose Gleichstrommotoren« in asr Heft 1—2. 1977). Der Motor 12 läuft im Betrieb /.. B. mit 1500 U/min und hat eine Außenläuferglocke 13, in deren Innenumfang ein vierpoliger Dauermagnctring 14 (bevorzugt ein sogenannter Gummimagnet, also eine Mischung aus Hartferriten und elastischem Material) eingeklebt ist. Der Ring 14 ist trapezförmig magnetisiert, vergl. F i g. 8. und er hat enge Lücken 15 zwischen seinen Polen. Die Pollücken 15 sind leicht geschrägt, typisch unter einem Winkel von etwa 15". Ihr Schiägungsschritt sollte mindestens gleich der Breite einer Nutöffnung des Stators sein. Sie sind zweckmäßig im Bereich des mit 16 bezeichneten galvanomagnetischen Rotorstellungsgebers etwa doppelt so breit wie im motorischen Bereich, um dort eine geringere Flankensteilheit der trapezförmigen Magnetisierung zu erreichen. Der Rotorstellungsgeber 16 ist gewöhnlieh ein Hallgenerator, doch kann man auch Feldplatten, Magnetdioden und dergleichen verwenden.

In der Mitte der Rolorglocke 13 ist eine Hülse 17 durch Stumpfschweißen befestigt, in die eine Welle 18 bis zum Anschlag an einen Sprengring 19 mit Preßsitz

bo eingeschoben ist. Die Welle 18 ist hier an dem anzutreibenden Gerät gelagert, z. B. in einer Filmkamera, könnte aber natürlich ebensogut im Stator 22 in üblicher Wu.ic gelagert sein, wie das z. B. die DE-PS 26 12 464 in F i g. 2 zeigt. — In F i g. 2 der vorliegenden Anmeldung sind Hülse 17 und Welle 18 nicht dargestellt.

Der StUtDr 22 ist ein geblechter Stator, dessen Blechpaket 21 vier ausgeprägte Pole 23¹ bis 23^IV aufweist, die durch Nuten 24 getrennt sind. Die Indizes I bis IV bezie-

hen sich auf die Quadranten, in denen sich diese Pole befinden. Die Statorpole 23 haben die übliche T-Form, aber der Außenumfang ihrer Polschuhc ist zur Erzeugung eines Reluktanzmoments bestimmter Form ausgebildet. Die genaue zeichnerische Darstellung dieser Statorform ist im Maßstab 1 :1 nicht möglich, und es wird deshalb auf die DE-PS 23 46 380 verwiesen, wo diese Form sehr ausführlich dargestellt und erläutert ist. Wie man in F i g. 2 am Statorpol 23^IV erkennt, nimmt in Drehrichtung 26 gesehen von der Nut 24 ausgehend der Luftspalt 27 während etwa 10 mechanischen Graden bis zu einem Maximum kontinuierlich zu. nimmt dann während der folgenden 60 bis 70° bis zu einem Minimum 28 kontinuierlich ab. und nimmt dann zur folgenden Nut 24 hin wieder leicht zu. Alle Statorpole sind identisch ausgebildet. Durch diese Formgebung erhält man im Betrieb ein Reluktanzmoment, das zu dem elektromagnetisch erzeugten Drehmoment etwa komplementär verläuft und dieses daher ergänzt. Die Erfindung ist aber auf diese Stator-Umfangsform nicht beschränkt, obwohl diese Statorform im Rahmen der erfindungsgemäßen Kombination eine sehr vorteilhafte Rolle zu spielen geeignet ist.

Am Statorblcchpakct 21 ist mittels vier Dornen 30, von denen in F i g. 1 nur einer dargestellt ist, und mittels entsprechender Distanzglicder 31 eine runde isolierende Platte 32 befestigt, auf der eine gedruckte Schaltung vorgesehen ist, an die die Anschlüsse des Sensors 16 (vgl. F i g. 4) und der beiden Stränge der Statorwicklung angeschlossen sind. Zum Befestigen der Platte 32 dienen Sprengringe 33, die auf die Dorne 30 aufgepreßt sind. Auch der Sensor 16 ist auf der Platte 32 befestigt.

In Fig. 1 ist unterhalb des Statorblcchpakcts 21 ein Montageteil 34 angeordnet, das auf ein entsprechendes Gegenstück aufgesetzt werden kann, wonach eine Befestigung mittels dreier Schrauben 35 erfolgt, von denen in Fig. 1 nur eine dargestellt ist und welche Löcher 36 im Blechpaket 21 durchdringen. Zur Isolation, insbesondere in den Nuten, und zum Schutz gegen Korrosion ist das gesamte Blechpaket mit einer Wirbelsinterschicht 37 überzogen.

Wie F i g. 2 zeigt, sind gem. einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung alle Statorpolc mit 2 durchgehenden, d. h. mechanisch nicht unterbrochenen Drähten nacheinander zwcidrähtig gewickelt, und /war mit von Pol zu Pol alternierendem Wicklungssinn. Die Wicklung wird zweckmäßig bifilar ausgeführt, doch kann man die beiden Wicklungen eines Statorpols auch neben- oder übereinander ausführen. Eine bifilare Wicklung ist deshalb vorzuziehen, weil dabei garantiert die Windungszahlen identisch sind. Bei höheren Betriebsspannungen wird man aber getrennte Wicklungen verwenden.

In F i g. 2 ist der vom einen Draht gebildete Strang 40 mit gestrichelten Linien angedeutet, der vom anderen Draht gebildete Strang 41 mit durchgehenden Linien. Das eine Ende des Strangs 40 ist mit 42 bezeichnet; sein anderes Ende ist, wie dargestellt, mit dem einen Ende des Strangs 41 verbunden und an einen Anschluß 43 geführt, und das andere Ende des Strangs; 41 ist an einen Anschluß 44 geführt Diese Anschlüsse sind auch in F i g. 3 angegeben. Die Stromdurchflu [!richtungen in den einzelnen Teilwicklungen 45 auf den Statorpolen bei der Schaltung gem. F i g. 3 sind in der üblichen Weise mit Punkt und Kreuz angegeben, wobei ein Punkt bedeutet, daß der Strom aus der Zeichenebene herauskommt, ein Kreuz dagegen, daß er in die: Zeichenebene hineingeht. Man erkennt, daß bei Erregung des Strangs 40 der Pol 23¹ ein Südpol wird, der Pol 23" ein Nordpol, und so abwechselnd weiter, während bei Erregung des Strangs 41 der Pol 23' ein Nordpol wird, der Pol 23" ein Südpol, und so abwechselnd weiter.

·; F i g. 3 zeigt eine geeignete Steuerschaltung, und /war kann dies eine Schaltung sein, die für einen viersträngigcn, vierpulsigcn kollektorlosen Gleichstrommotor ausgelegt ist. und von der man im vorliegenden Fall nur die linke Hälfte verwendet. Diese Schaltung ist also kompatibel für zwei- und viersträngigc kollcktorlose Gleichstrommotoren, was in der Praxis bei Reparaturen einen sehr großen Vorteil darstellt und auch die Lagerhaltung wesentlich vereinfacht.
Der Anschluß 43 der beiden Stränge 40 und 41 ist an

ι¹; eine Plusleitung 47 angeschlossen, während die Anschlüsse 42 und 44 jeweils mit dem Kollektor eines npn-Transistors 48 bzw. 49 verbunden sind, deren Emitter zusammen an den Kollektor eines npn-Transistors 53 geführt sind, dessen Emitter mit der Minusleitung 54 verbunden ist. Der Transistor 53 kann zum kontaktlosen Ein- und Ausschalten oder auch als Stellglied eines Reglers (Strom oder Drehzahl) dienen, wozu seiner Basis entsprechende Signale 52 zuführbar sind.

Der Rotorstellungsscnsor 16 ist hier ein Hallgenera-

2·) tor 16', dessen Ausgänge mit den Basen der Transistoren 48 bzw. 49 verbunden sind. Die Stromanschlüsse des Hallgencrators 16' sind über Widerstände 55,56 mit der Pluslcitung 47 bzw. der Minuslcitung 54 verbunden. Der Rest der Schaltung ist analog aufgebaut und erhält deshalb dieselben Bezugszeichen mit nachgestelltem Apostroph. Dieser Teil der Schaltung wird im vorliegenden Fall nicht verwendet, ermöglicht es aber, gegebenenfalls auch einen vicrsträngigen vierpulsigen Motor ohne irgendwelche Schaltungsänderungen an dieser Schaltung zu betreiben, wobei der zweite Hallgenerator eines solchen Motors in Fig. 3 mit 116 bezeichnet und gestrichelt angedeutet ist.

Die F i g. 4 und 5 zeigen die Ausbildung des Rotorstcllungsgcbcrs 16; er ist angeordnet in der Pollückc zwisehen zwei benachbarten Statorpolen 23" und 23'", die in F i g. 4 mit strichpunktierten Linien angedeutet sind.

Der Hallgcnerator 16' ist in ein Kunststoff-Formstück 64 (Fig. 5) eingepaßt, welches mittels Rasifiißen 65 in Löcher der isolierten Platten 32 eingerastet ist. Das Formstück 64 trägt zwei I⁷IuBIeItStUCkC welche den magnetischen Fluß vom Rotormagneten 14 dem Hallgencrator 16' zuleiten: auf der Oberseite des Hallgenerators 16' ist ein abgewinkeltes erstes Flußieitstück 60 aus Weicheisen angeordnet, das. mit seinem einen schmalen

ίο Ende 66 vertikal auf den Hallgenerator 16' zugerichtet, in das Formstück 64 eingepaßt ist und durch Heißverformung eines durch ein Loch 57 in ihm durchgesteckten Zapfens 58 des Formstücks 64 an letzterem befestigt ist. Das Flußieitstück 60 hat in der Draufsicht die aus der F i g. 4 ersichtliche Form, d. h, ausgehend von einem Abschnitt 66 verbreitert es sich auf etwa die vier- bis fünffache Breite des Abschnitts 66 und erstreckt sich mit seinem oberen, flachen Abschnitt 61 in Richtung zum Rotormagneten 14, von dem es durch einen Luftspalt 62

bo getrennt ist. Ferner hat es auf seiner der Drehrichtung (Pfeil 26) zugewandten Seite einen in Drehrichlung sich verjüngenden Fortsatz 63. der durch einen Luftspalt 67 vom Ringmagneten 14 getrennt ist Der Luftspalt 67 ist größer als der Luftspalt 6Z Der Fortsatz 63 liegt unter der Spitze des Poles 23", welche somit das Flußieitstück 60 stärker überlappt als die in Drehrichtung vorhergehende Spitze des Poles 23'", vergl. Fig.4. Im Betrieb wirkt deshalb der Streufluß vom Pol 23" stärker auf den

Sensor 16 als der Strcufluß vom Pol 23'", wie dies aus der DE-PS 26 12 464 an sich bekannt ist.

Unterhalb des Hallgenerators 16' befindet sich ein /weites, flaches Flußleitstück 68, das ebenfalls aus Weicheisen gestanzt ist und das zwischen dem Formstück 64 und der Platte 32 befestigt ist. Der in I'ig. 5 linke Fuß 65 erstreckt sich durch eine Ausnehmung 69 des Leitstücks 68 und fixiert dieses dadurch in seiner Lage. Das Leitstück 68 erstreckt sich vom Hallgcncrutor 16' bis fast zum Innenumfang des unteren Rands der Rotorglocke 13 und ist von diesem Rand durch einen Luftspalt 70 getrennt.

Wenn also z. B. gem. F i g. 5 dem Leitstück 60 ein Nordpol des Magnetrings 14 gegenüberliegt, geht von diesem ein F⁷IuB durch den Luftspalt 62, den waagerechten Abschnitt 61 des Leiisiücks 60 und den senkrechten Abschnitt 66 zum Hallgenerator 16', durch diesen und dessen Träger zum Leitstück 68, und dann durch dieses, den Luftspalt 70 und den unteren Rand der Rotorglocke 13 zurück zum Südpol des Ringmagneten 14. Das Leitstück 60 wirkt dabei als Fluükonzentrator, d. h. die Induktion im Hallgenerator 16' wird größer als die im Luftspalt 62.

Da der Hallgenerator 16' und insbesondere sein Flußleitstück 60 in dem wicklungsfreien Raum zwischen zwei Statorpolwicklungen 45 liegt, also relativ nahe bei zwei Polspitzen und an der öffnung einer Nut 24, wirkt auf ihn im Betrieb ein Streufluß vom Blechpaket 21. Fig. 3 zeigt dies schcmatisch. Mit ΰ«,,,,,_Γ ist die vom Ringmagneten 14 auf den Hallgenerator 16' wirkende Induktion bezeichnet. Dieser Induktion überlagert sich im Betrieb, a'so dann, wenn ein Strom in einem der Stränge 40 oder 41 fließt, eine im gleichen Sinne gerichtete Induktion Ss? von der Spitze des Poles 23¹¹¹.

Gleichzeitig wirkt auf den Hallgenerator 16' im Betrieb auch eine Induktion ß.si von der Spitze des Poles 23". Durch den Fortsatz 63 wird nun erreicht, daß ß_s-i in jedem Augenblick größer ist als ß«, und da ßvi gegenkoppelnd ist, bedeutet dies, daß über den magnetischen Kreis des Motors eine Gegenkopplung auf den Hallgencrator 16' wirkt. Das Überwiegen der Gegenkopplung bedeutet, daß dann, wenn am Rotormagneten 14, wie dargestellt, ein Nordpol auf den Hallgenerator i6' wirkt, die Gesamtwirkung des vom Statorblechpaket 21 auf den Hallgcnerator 16' wirkenden .Streuflusses stets die eines Südpoles ist, und es bedeutet umgekehrt, daU bei einem Rotor-Südpol das Siatorblechpaket 21 auf den Hallgenerator 16' wie ein Nordpol wirkt. Das in seiner Richtung alternierende Streufeld ß.vi und β«, das von den benachbarten Slatorpolen auf den Hallgeneraior 16' einstreut, dient auf diese Weise dazu, einen besonders runigen Moioriauf sicherzustellen.

Im Betrieb tritt aber noch ein weiteres Streufeld von den Statorpolen auf, dus seine Richtung nicht ändert, sondern das nur im Rhythmus des Motorstromes pulsiert, und dieses Streufeld kann die Kommutierung der Motorströme stark stören. Die vorliegende Erfindung betrifft deshalb vor allem die Reduzierung dieses unidirektionalen, pulsierenden Streufelds.

Hierzu wird hingewiesen auf die Fi g. 6 bis 8 und 11, 12.

Gem. F i g. 6, welche nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, sondern nur zu ihrer Erläuterung dient, sind in üblicher Weise die beiden Statorpolwicklungen eines Stranges auf diametral gegenüberliegenden Statorpolen 23' und 23'" bzw. 23" und 23^IV vorgesehen und hier in Serie geschaltet (bei Niederspannungsmotoren ist auch eine Parallelschaltung möglich). Werden z. B. die Wicklungen auf den Polen 23¹ und 23'" erregt, so erhält man dann wie dargestellt am Umfang dieser beiden Pole je einen Südpol, während die Statorpolc 23" und 23^IV zu Nordpolen werden. F i g. 7 zeigt in stark schematisierter

^ri Form die starken Streuflüsse. die sich hierbei ergeben, und die durch die Motorwelle 18 und den dies umgebenden Bereich des Statorblechpakets 21 fließen. Unabhängig davon, welcher Strang gerade erregt wird, haben diese Streuflüsse in der Welle 18 selbst immer dieselbe

IU Richtung, d. h. am erregten Statorpol ergibt sich jeweils ein Südpol und die Welle 18 wird zum Nordpol.

Hierdurch ergibt sich auch ein ziemlich starker Streufluß Bs durch den galvanomagnetischen Sensor 16 und verfälscht dadurch dessen Ausgangssignal in der in

ii Fig. 8 angegebenen Weise: ohne den Streufluß ß$wäre die induktion ß/;,,//am Haiigeneraior und damit die HaM-spannung uimi symmetrisch zur Abszissenachse, hätte also keinen nennenswerten Gleichspannungsanteil, und die Kommutierung erfolgte jeweils bei 0° elektrisch, 180° elektrisch, 3b0° elektrisch etc.

Durch den Streiifluß ß.« erhält die Hallspannung unaii einen Gleichanteil (im Sinne der Fourieranalyse), was sich in Form einer Koordinaten-Verschiebung auswirkt. Die Kommutierungszeitpunkte tu h, h etc. sind nun nicht mehr äquidistant, und außerdem werden die Schaltvorgänge teilweise stark gestört, da ja auch Bs abhängig vom Motorstrom pulsiert. Fig. 11 und 12 zeigen dies nochmals schematisch: bei F i g. 11 addiert sich ß.s- zum Fluß vom Rotor, d. h. die Kommutierung wird

jo verzögert, und bei Fig. 12 subtrahiert sich ß^vom Fluß vom Rotor, d. h. die Kommutierung wird verfrüht. Resultat: die Kommutierung erfolgt zu falschen Zeitpunkten, und der Anlauf des Motors ist nicht aus allen Drehstcllungcn sichergestellt. (Der dargestellte vierpolige

y, Motor hat vier Stellungen, die er in der Ruhelage einnehmen kann, und der Anlauf aus allen vier Stellungen muß gewährleistet sein.)

Die Erfindung läßt sich anhand von F i g. 9 erklären. Es werden jeweils eine geradzahlige Anzahl von Statorpolwicklungcn aufeinanderfolgender Statorpole zusammengeschaltet, so daß man am Umfang der erregten Statorpole ebensoviele Nordpole wie Südpole erhält, weiche gieich große, aber entgegengesetzte magnetische Flüsse erzeugen. Dadurch bildet sich ein relativ

4^r> kurzer magnetischer Kreis 73, der in F i g. 9 für die Pole 23¹¹¹ und 23^IV dargestellt ist und längs dessen die Durchflutting (in Form der stromdurchflossenen Statorpolwicklungen 74 und 75 des einen Stranges) recht gleichmäßig verteilt ist, so daß sich ein geringer Streufluß

w ergibt. Außerdem haben gem. F i g. 10 die Streuflüsse 76 und 77 hier in der Welle 18 entgegengesetzte Richtungen und heben sich dadurch auf, so daß der Streufiuß B_s auf den Sensor 16 ganz stark reduziert wird und nicht mehr stört. — Die beiden Wicklungen des anderen Stranges sind hier mit 78 und 79 bezeichnet

Nachteilig ist hier jedoch, daß das Drehmoment alternierend zuerst auf der einen und dann auf der anderen Seite des Rotors 13,14 erzeugt wird, was eine besonders gute Lagerung der Welle 18 erforderlich macht. Auch

«ι kann der Fortsatz 63 des Sensors 16 nur dann wirksam werden, wenn die bei diesem Ausführungsbeispiel neben ihm liegenden Statorpole 23' und 23" erregt werden, und man muß, wenn man eine Streufluß-Gegenkopplung (Fortsatz 63) wünscht, für den oberen Strang 78,79

b5 zur Schaltung den Sensor 16 zwischen den Polen 23' und 23" verwenden, für den unteren Strang 74,75 aber einen Sensor 16/4 zwischen den Polen 23"' und 23^IV, wobei in jedem Fall bei Verwendung eines Hallgenerators nur

I ⁹

;'" eines der beiden Ausgangssignale verwendet wird. Das

verteuert natürlich den Motor.

;■; Bevorzugt wird deshalb die Lösung nach l·' i g. 2, bei

ii der ständig alle vier Statorpole 23¹ bzw. 23^IV alternie-

.j· rend erregt werden, so daß man im Betrieb zwei Nord- ■>

V pole und 2 SUdpole am Umfang erregter Statorpole

V erhält, deren Flüsse gleich groß, aber entgegengesetzt

j.1 gerichtet sind, so daß ihre Gesamtsumme etwa gleich 0

^E ist. Für den Fluß in der Welle 18 ergibt sich dann dassel-

r be Bild wie in Fig. 10, wobei jedoch in der Welle 18 κι

i_? Streuflüsse von allen Statorpolen (bei I·' i g. 2 also von

s: vier Statorpolen) auftreten, von denen jeweils die Hälfte

μ nach oben und die Häifte nach unten geht, so daß diese

$ Flüsse sich gegenseitig aufheben. Auch hier wird des-

ι« halb der Streufluß Bs am Sensor 16 weitgehend redu- r>

Il ziert, so daß er nicht mehr stört und ein sicherer Anlauf I

P aus allen Drehstellungcn gewährleistet isi. Außerdem

I? bewirkt hier der Fortsat/. 63 ein weiches Schalten des

·]§ Stromes in beiden Strängen 40, 41 der Slatorwicklung,

|| da er bei der Erregung des Stranges 40 ebenso ein

Il Streufeld erhält, wie bei der Erregung des Stranges 41.
I* Außerdem wird hier das Drehmoment ständig am ge-

H. samten Rotorumfang erueugt. so daß die Lager nicht

·','■' radial-pulsierend belastet werden und weniger hohe

!'. Ansprüche an ihre Qualität gestellt werden müssen. 2s .': Die Lösung nach F i g. 2 läßt sich bei Motoren mit den

i Polpaarzahlen 2p = 2, 3, 4. 5... anwenden, die Lösung

■'■ nach F i g. 9 nur bei 2p = 2,4.6...
-., Naturgemäß kann man bei allen Ausführungsbeispie-

{' len die Einzelspulcn eines Stranges auch parallel schal-

ΐ> ten, oder eine Kombination von Serien- und Parallel-

|| schaltung verwenden. Bei F i g. 2 bietet aber die Serien-

i_:i schaltung wegen der geringen Fertigungskosten große

¹J: Vorteile, besonders bei bifilarer Ausführung.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

I

55

b0

b5

Claims

Patentansprüche:

1. Als Außenläufermotor ausgebildeter, zweisträngiger, zweipulsiger kollektorloser Gleichstrommotor (12) mit etwa zylindrischem Luftspalt (27), mit einer in Form von konzentrierten Wicklungen ausgebildeten Statorwicklungsanordnung (40, 41), welche auf Kernen eines Blechpakets (21) angeordnet ist, deren Polschuhe sich jeweils in Umfangsrichtung erstrecken,

und mit einem mindestens vierpolen permanentmagnetischen Rotor (13, 14) und einem als Rotorstellungsgeber dienenden galvanomagnetischen Sensor (16), insbesondere einem Halllgeneraior, welcher die Bestromung der Statorwicklungsanordnung (40,41) in Abhängigkeit von der Rotorstellung Steuer» und welcher im Streuflußbereich des Stators (22) und im Bereich der Enden zweier benachbarter Polschuhe angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet,

daß die Wicklungsanordnung (40, 41) so auf den Kernen des Statorblechpakets (21) »ngcordnet und geschaltet ist, daß im Betrieb jedem eine erregte Wicklungsanordnung tragenden Nordpol (z. B. 23^IV) ein eine erregte Wicklungsanordnung tragender Südpol (z. B. 23"') entspricht, daß jeder Pol eines solchen Paares ann Luftspalt (27) einen im wesentlichen gleichen absoluten Wert des magnetischen Flusses erzeugt, und daß jeder Pol eines solchen Paares im wesentlichen äquidistant zum galvanomagnetischen Sensor (16) angeordnet ist. so daß die auf den galvanomagnetischen Sensor (16) von den Statorpolcn her wirkenden Streuflüssc (Bs) stark reduziert werden.

2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Betrieb die Durchflutung auf die Pole eines solchen Paares etwa gleichmäßig verteilt ist.

3. Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsform (2/, 28) des Stators (22) zur Erzeugung eines Rdnktan/.momcnts ausgebildet ist, welches zu dem im Betrieb erzeugten elektromagnetischen Antriebsmomitnt etwa komplementär verläuft.

4. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungsanordnungen (45) aller Statorpole (23) ?:u einer Scrienschaitung mit von Pol zu Pol alternierendem Wicklungssinn in Reihe geschaltet sind (F i g. 2).

5. Motor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungsanordnung^! (45) aller Statorpole (23) zur Bildung von 2 Strängen (40, 41) zweidrähtig, insbesondere bifilar, gewickelt sind, und daß diese beiden Stränge (40,41) im Betrieb alternierend von gegensinnigen Stromimpulsen durchflossen sind (F i g. 2).

6. Motor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen (45) aller Statorpole (23) durchgehend gewickelt sind (Fig. 2).

7. Motor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Stränge (40,41) mit einem Wicklungsende an einen gemeinsamen Punkt (43) angeschlossen sind.

8. Motor nach einem der Ansprüche I — J, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Motor mit einer geradzahligen Polpaarzahl des Stators die Wicklungsanordnung (74, 75) auf einer dieser Polpaarzahl entsprechenden Zahl benachbarter und zum galvano magnetischen Sensor (16) äquidistanter Statorpole mit von Pol zu Pol alternierendem Wicklungssinn einen Strang und die Wicklungsanordnung (78, 79) auf den übrigen Statorpolen mit ebenfalls alternierendem Wicklungssinn einen zweiten Strang bildet (F ig. 9).

9. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der galvanomagnetische Sensor (16) mit einem Flußkonzentrator (60) versehen ist. welcher einen in Drehrichtung (26) weisenden Fortsatz (63) zum bevorzugten Auffangen des Streufeldes (Bsi) von dem in Drehrichtung (26) auf den Sensor (16) folgenden Statorpol (23") aufweist.

10. Verwendung des Motors nach einem der vorhergehenden Ansprüche als Ersatz für einen viersträngigen, vie^rpuisigen kollektorlosen Gleichstrommotor , wobei eine vorhandene, für einen vierpuisigen, vicrsträngigen Motor und zur Ansteuerung durch galvanomagnetische Sensoren (16', 116) ausgelegte Steuerschaltung (F i g. 3) nur zur Hälfte verwendet wird.