DE2943529A1 - Timepiece drive motor with permanent magnet rotor - is formed by ring with alternating polarity sectors and soft-iron plate facing stator - Google Patents

Timepiece drive motor with permanent magnet rotor - is formed by ring with alternating polarity sectors and soft-iron plate facing stator

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DE2943529A1 DE19792943529 DE2943529A DE2943529A1 DE 2943529 A1 DE2943529 A1 DE 2943529A1 DE 19792943529 DE19792943529 DE 19792943529 DE 2943529 A DE2943529 A DE 2943529A DE 2943529 A1 DE2943529 A1 DE 2943529A1
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Horst Dipl.-Ing. 7530 Pforzheim Friedrich
Adolf 7131 Wurmberg Sedlak
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    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/12Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K21/24Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets axially facing the armatures, e.g. hub-type cycle dynamos
    • GPHYSICS
    • G04HOROLOGY
    • G04CELECTROMECHANICAL CLOCKS OR WATCHES
    • G04C15/00Clocks driven by synchronous motors

Abstract

The motor has a permanent magnetic rotor (10) and a stator (12) having an energising winding coupled to an AC source. The rotor (10) is in the form of a ring (14) with permanent magnetic sectors of alternating polarity giving a magnetic dipole moment parallel to its rotational axis. Pref. the side of this ring (14) facing the stator (12) has a soft-iron plate (16) which acts as a shunt for the magnetic flux. The hub (18) of the rotor is formed by a cylindrical element (18a) fitting through the aligned central holes in this plate (16) and the permanent magnet ring (14). The rotor shaft (20) projects beyond the hub (18) and fits into a socket in a mounting plate (22), its other end being enlarged and fitting into a recess at this end of the hub (18). The stator (12) pref. comprises an oval energising winding (24) and two soft-iron crescent-shaped pole shoes (26).

Description

Magnetläufermotor Die Erfindung betrifft einen Magnetläufermotor mit einem einen drehbar gelagerten, mehrpoligen Permanentmagneten aufweisenden Läufer und mit einem eine wechselspannungsgespeiste Erregerwicklung aufweisenden Stator. Magnetic rotor motor The invention relates to a magnetic rotor motor with a rotatably mounted, multi-pole permanent magnet having rotor and with a stator having an alternating voltage-fed field winding.

Derartige Magnetläufermotoren sind bekannt und werden beispielsweise in Form von selbstanlaufenden Magnetläufermotoren als Antriebsmotoren für Uhren verwendet. Beispielsweise ist in dem Werk "Handbuch für Uhren", Bd. 3, Ziff. 4.2, Abb. 42 212 d ein selbstanlaufender Synchronmotor mit einem unsymmetrischen permanentmagnetischen Sternläufer beschrieben, dessen zahnartige Pole mit weichmagnetisehen Polstücken zusammenwirken, die mit Hilfe einer wechselspannungsgespeisten Erregerwicklung magnetisierbar sind. Aus dem gleichen Werk (Abb. 42 212 b) sind auch Magnetläufer mit eingeprägten Polen oder aufgesetzten Flachmagneten bekannt, bei denen auf Polleitkörper verzichtet werden kann.Such magnetic rotor motors are known and are for example in the form of self-starting magnetic rotor motors as drive motors for clocks used. For example, in the work "Handbuch für Uhren", Vol. 3, Point 4.2, Fig. 42 212 d a self-starting synchronous motor with an asymmetrical permanent magnet Star rotor described whose tooth-like poles with magnetically soft pole pieces interact, which can be magnetized with the help of an alternating voltage-fed excitation winding are. From the same work (Fig. 42 212 b) there are also impressed magnetic rotors Poles or attached flat magnets known, which do not use Polleit bodies can be.

Nachteilig an den bekannten Magnetläufermotoren ist es, dass ihr Rotor und/oder ihr Stator relativ kompliziert aufgebaut sind und dass ihr Wirkunflsgrad häufig zu wünschen übrig läßt. Ausserdem ist oft ein beträchtlicher zusätzlicher Aufwand notwendig, um die für den Selbstanlauf erforderlichen Unsymmetrien zu erreichen.The disadvantage of the known magnetic rotor motors is that their rotor and / or their stator are constructed in a relatively complicated manner and that their degree of effectiveness often leaves something to be desired. In addition, there is often a considerable additional Effort necessary to achieve the asymmetries required for the self-start.

Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Magnetläufermotor anzugeben, der sehr einfach aufgebaut ist, dennoch einen guten Wirkungsgrad aufweist und ausserdem einen kontinuierlichen Antrieb des Zeigerwerkes liefert. Dabei soll ausserdem die Möglichkeit bestehen, den Motor in Ausgestaltung der Erfindung als selbstanlaufenden Magnetläufermotor auszubilden.Based on the prior art, the invention is based on the object to specify an improved magnetic rotor motor that is very simply constructed, nevertheless has a good efficiency and also a continuous drive of the pointer mechanism delivers. It should also be possible to use the engine in an embodiment of the invention as a self-starting magnetic rotor motor.

Diese Aufgabe wird bei einem selbstanlaufenden Magnetläufermotor der eingangs beschriebenen Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass der Läufer einen Kreisring mit permanentmagnetischen Sektoren mit alternierend entgegengesetztem, parallel zur Drehaschse (A-A) orientiertem magnetischem Dipolmoment aufweist und vorzugsweise auf seiner der Erregerwicklung abgewandten Seite eine Weicheisenplatte zur Führung des Magnetflusses aufweist, und daß die Erregerwicklung oval ausgebildet ist.This task is performed with a self-starting magnetic rotor motor of the initially described type according to the invention in that the runner has a Annular ring with permanent magnetic sectors with alternating opposite, has a magnetic dipole moment oriented parallel to the axis of rotation (A-A) and preferably a soft iron plate on its side facing away from the excitation winding for guiding the magnetic flux, and that the excitation winding is oval is.

Der entscheidende Vorteil des erfindungsgemäßen Magnetläufermotors besteht darin, dass der täuf er mit seinem ?ermanentmagneten und der Weicheisenplatte einfacher und billiger hergesteilt werden kann und dass der Stator eine Erregerwicklung aufweist, die ebenfalls preiswert herstellbar ist und leicht mit einer unmagnetischen bzw. nicht magnetisierbaren TrSgerplatte, insbesondere der Platine einer Uhr verbunden werden kann. Bei Verbindung der Erregerwicklung mit dem Substrat einer integrierten Schaltung einer eJektronischen Uhr ist es ferner besonders vorteilhaft, dass die Erregerwicklung und die angelöteten Drahtenden mit der integrerten Schaltung eine Montageeinheit bilden wodurch ein günstiges Montieren und Demontieren des Motors ermöglicht wird.The decisive advantage of the magnetic rotor motor according to the invention consists in the fact that he baptizes with his permanent magnet and the soft iron plate easier and cheaper to manufacture and that the stator has an excitation winding has, which is also inexpensive to manufacture and easily with a non-magnetic or non-magnetizable carrier plate, in particular connected to the board of a clock can be. When connecting the excitation winding to the substrate of an integrated Circuit of an electronic clock, it is also particularly advantageous that the Excitation winding and the soldered wire ends with the integrated circuit Form assembly unit thereby a cheap assembly and disassembly of the engine is made possible.

In Ausgestaltung der Erfindung ist es ferner vorteilhaft, wenn der Magnetläufermotor als selbstanlaufender Magnetläufermotor mit zum Stator gehörigen Pol stücken ausgebildet und dadurch gekennzeichnet ist, dass die Polstücke etwa halbmondförmig ausgebildet sind und an den Enden der Erregerwicklung derart unsymmetrisch zur Länsachse derselben angeordnet sind, dass sich einander im Bereich der Enden der Erregerwicklung bezüglich des Läufers diametral gegenüber liegende, in der Draufsicht keilförmige Luftspalte ergeben, die sich ausgehend von ihrer breitesten Stelle in Richtung des Drehsinns des Läufers verengen.In an embodiment of the invention, it is also advantageous if the magnet rotor motor as a self-starting magnet rotor motor belonging to the stator Pole pieces formed and characterized in that the pole pieces about Are crescent-shaped and so asymmetrical at the ends of the excitation winding to the longitudinal axis of the same are arranged that each other in the area of the ends diametrically opposite the excitation winding with respect to the rotor, in plan view wedge-shaped air gaps result, starting from their widest point in Narrow the direction of rotation of the rotor.

Eine weitere günstige Möglichkeit bei einem Magnetläufermotor gemäß der Erfindung, einen Selbstanlauf zu erreichen, besteht darin, dass als Pol stück und Bestandteil des Stators ein Permanentmagnet vorgesehen wird, welcher den Rotor in einer solchen Lage festlegt, dass beim Einschalten des Erregerstroms ein optimales Anlaufdrehmoment erreicht wird.Another favorable possibility with a magnetic rotor motor according to the invention to achieve a self-start is that as a pole piece and part of the stator a permanent magnet is provided, which the rotor in such a position specifies that when the excitation current is switched on, an optimal Starting torque is reached.

Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn bei einem Magnetläufermotor gemäß der Erfindung der Läufer eine Nabe aufweist, die vorzugsweise aus Kunststoff besteht und einstückig mit den übrigen Elementen des Läufers veraossen oder verklebt werden kann und die auf der der Erregerwicklung abgewandten Seite gleichzeitig ein Ritzel für einen Uhrantrieb bildet.It has proven to be particularly advantageous if, in the case of a magnetic rotor motor according to the invention the rotor has a hub, which preferably made of plastic and made in one piece with the other elements of the runner or can be glued and the side facing away from the field winding at the same time forms a pinion for a clock drive.

Bei dieser Ausgestaltung kann der Läufer drehbar auf einer Welle gelagert werden, wobei sneziell eine Konstruktion bevorzugt wird, bei der das eine Wellenende in einer Trägerplatte, insbesondere in der Frontplatte einer Uhr drehfest gehaltert ist, während das andere Wellenende einen verdickten Kopf bildet, welcher den Läufer in axialer Richtung in seiner Lage sichert.In this embodiment, the rotor can be rotatably mounted on a shaft with a construction in which the one shaft end is preferred held in a rotationally fixed manner in a carrier plate, in particular in the front plate of a clock is, while the other end of the shaft forms a thickened head, which the rotor secures in the axial direction in its position.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung erden nachstehend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert und/oder snd Gegenstand von Unteransprüchen. Es zeigen; Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform eines Magnetläufermotors gemäß der Erfindung.Further details and advantages of the invention are provided below explained in more detail with reference to drawings and / or are the subject of subclaims. Show it; 1 shows a schematic longitudinal section through a preferred embodiment a magnetic rotor motor according to the invention.

Fig 2 einen Querschnitt durch den Motor gemäß Fig. 1 längs der Linie 2-2 in dieser Figur; Fig. 3 schematische, der Figur 2 entsprechende Darstellungen a-d des Motors gemäß Fig. 1 und 2 für verschiedene Läuferstellungen zur Erläuterung der Motorfunktion ; Fig. 4 ein Schematisches Diagramm zur Brläuterung des Verlaufs des Drehmoments .hk in Abhängigkeit vom Läufer winkel; Fig. 5 ein stark sgbematisiortes Schaltbild zuf Erläuterung einer Treiberschaltung für einen Magnetläufermotor gemäß der Erfindung und Fig. 6 Diagramme zur Erläuterung des zeitlichen Verlaufs a - c wesentlicher Spannungen beim. Betrieb eines erfindungsgemäßen Motors.FIG. 2 shows a cross section through the engine according to FIG. 1 along the line 2-2 in this figure; 3 shows schematic representations corresponding to FIG. 2 a-d of the motor according to FIGS. 1 and 2 for different rotor positions for explanation the motor function; 4 shows a schematic diagram for explaining the course of the torque .hk as a function of the rotor angle; Fig. 5 shows a strongly sgbematisiortes Circuit diagram for explanation a driver circuit for a magnetic rotor motor according to the invention and FIG. 6 are diagrams for explaining the course over time a - c essential tensions at. Operation of an engine according to the invention.

Im einzelnen zeigt Fig. 1 einen längs der Linie 1-1 in Fig. 2 verlaufenden Längs- bzw. Axialschnitt durch einen selbstanlaufenden gnetläufermotor gemäß der Erfindung, welcher einen drehbar gelagerten Läufer oder Rotor 10 und einen gegenüber dem Läufer feststehenden Stator 12 aufweist. Der Rotor 10 weist als Hauptelement einen kreisringförmigen Permanentmagneten 14 auf - bzw. einen kreisscheibenförmigen Permaner.tmagneten 14 mit Mittelöffnung - welcher beim Ausführungsbeispiel vier in Umfangsrichtung mit alternierender Polung aufeinanderfolgende parallel zur Rotorachse A-A magnetisierte sel:torfömige Teilmagnete besitzt, deren Nordpole in üblicher Weise mit N und deren Südpole mit S bezeichnet sind. Mit der dem Stator 12 abgewandten Seite des Permanentmagneten 14, d. h. in Fig. 1 mit der Oberseite des Permanentmagneten 14, ist eine Weicheisenplatte 16 verbunden, welche als Shunt für die Führung des magnetischen Flusses dient.In detail, Fig. 1 shows a along the line 1-1 in FIG Longitudinal or axial section through a self-starting magnetic rotor motor according to FIG Invention, which has a rotatably mounted rotor or rotor 10 and one opposite has the rotor fixed stator 12. The rotor 10 has as the main element an annular permanent magnet 14 - or a circular disk-shaped Permaner.tmagneten 14 with central opening - which in the exemplary embodiment four in the circumferential direction with alternating polarity successive parallel to the rotor axis A-A has magnetized sel: torfömige partial magnets, their north poles in usual Way with N and whose south poles are denoted by S. With the stator 12 facing away Side of the permanent magnet 14, d. H. in Fig. 1 with the top of the permanent magnet 14, a soft iron plate 16 is connected, which is used as a shunt for guiding the magnetic flux is used.

Der Rotor 10 weist ferner eine Nabe 18 auf, die ein zylindrisches Teilstück 18a besitzt, welches drehfest in die >littelöffnung der Platte 16 und des Permanentmagneten 14 eingesetzt ist. Angrenzend an die Alittelöffnung ist die Nabe 18 ferner mit einem umlaufenden Ringflansch 18b versehen, an den sich nach aussen bzw. oben ein weiteres Teilstück der Nabe 18 anschließt, welches nachstehend als Ritzel 18c bezeichnet ist.The rotor 10 also has a hub 18 which is a cylindrical Part 18a has which rotatably in the> central opening of the plate 16 and of the permanent magnet 14 is used. Adjacent to the Alittel opening is the Hub 18 is also provided with a circumferential annular flange 18b to which outside or above, a further section of the hub 18 is connected, which is shown below is designated as pinion 18c.

Für die drehbare Lagerung des Rotors 10 ist eine Welle 20 vorgesehen, deren eines Ende drehfest in ein Auge einer Trägerplatte 22 eingesetzt ist und an deren anderem - in Fig. 1 unterem - Ende ein verstärkter Kopf 20a vorgesehen ist, der den Rotor 10 in axialer Richtung in seiner Lage bezüglich der Trägerplatte 22 sichert, wobei die Träqerplatte 22 bei Verwendung des erfindungsgemcßen Rotors in einem Uhrar.trieb beispielsweise die Frontplatte einer Uhr sein kann.A shaft 20 is provided for the rotatable mounting of the rotor 10, one end of which rotatably in an eye of a carrier plate 22 used is and at the other - in Fig. 1 lower end - a reinforced head 20a is provided is that the rotor 10 in the axial direction in its position with respect to the carrier plate 22 secures, the carrier plate 22 when using the rotor according to the invention in a clock mechanism, for example, the front plate of a clock can be.

-'ie Nabe 18 bildet also gleichzeitig ein Lager für den Rotor 10 und ein Ritzel für einen von dem erfindungsgemäßen Motor anzutreibenden Getriebezug (nicht dargestellt).-'ie hub 18 thus simultaneously forms a bearing for the rotor 10 and a pinion for a gear train to be driven by the motor according to the invention (not shown).

Der Stator des erfindungsgemäßen Motors besteht aus einer ovalen Erregerwicklung 24 und us zwei aus Weicheisen bergestellten Polstücken 26. Die Form der Erregerwicklung 24 und der Polstücke 26 wird aus Fig 2 besonders deutlich. Man erkennt, dass die Polstücke 26 im wesentlichen halbmondförmig ausgebildet sind und dass die Erregerwicklung 24 eine längliche, an den Enden abgerundete Mittelöffnung 28 begrenzt, an deren Enden die Polstücke 26 angeordnet sind,und zwar derart, dass sich zwischen der Projektion des Umfangs des Rotors 10 in die Ebene der Polstücke 26 und dem inneren Rand 26a der Polstücke 26 keilförmige Spalte 3C ergeben, die sich beim Ausführungsbeispiel in Ümfangsrichtung des Rotors 10 in Gegenuhrzeigersinn verbreitern, wobei die keilförmigen Spalte 30 spiegelsymmetrisch zum Durchstosspunkt der Achse A des Rotors 10 verlaufen. Man erhält also den einen Spalt 30 durch Spiegelung des anderen Spalts an der Rotorachse A-A.The stator of the motor according to the invention consists of an oval excitation winding 24 and us two pole pieces made of soft iron 26. The shape of the excitation winding 24 and the pole pieces 26 is particularly clear from FIG. You can see that the Pole pieces 26 are essentially crescent-shaped and that the field winding 24 bounded an elongated, rounded at the ends central opening 28, at the Ends the pole pieces 26 are arranged in such a way that between the projection of the circumference of the rotor 10 in the plane of the pole pieces 26 and the inner edge 26a of the pole pieces 26 result in wedge-shaped gaps 3C, which arise in the exemplary embodiment Widen in the circumferential direction of the rotor 10 counterclockwise, the wedge-shaped Column 30 run mirror-symmetrically to the piercing point of the axis A of the rotor 10. The one gap 30 is thus obtained by mirroring the other gap on the rotor axis A-A.

Der Stator 12 ist schließlich insgesamt bezüglich der Rotorachse A-A zentriert und mit einer Trägerplatte 32 verbunden, die in der Praxis beispielswiese eine Platine einer Ührwerks Oßer das Substrat einer elektronischen Schaltung einer ühr sein kann. Die gewünschte Höhe des Luftspalts s zwischen dem Rotor 10 und dem Stator 12 wird in der Praxis nach der Befestigung des Stators 12 an der Trägerplatte 32 durchgeführt, wenn letztere an der Trägerplatte 22 befestigt wird, w wobei gleichzeitig auch die gewünschte Ausrichtung des Stators 12 gegenüber der Rotorachse A-A herbeigeführt wird.Finally, the stator 12 is overall with respect to the rotor axis A-A centered and connected to a support plate 32, which in practice for example a circuit board of a clock mechanism Oßer the substrate of an electronic circuit of a ohr can be. The desired height of the air gap s between the rotor 10 and the Stator 12 is in practice after attachment of the stator 12 carried out on the carrier plate 32 when the latter is attached to the carrier plate 22 is, w at the same time also the desired orientation of the stator 12 with respect to the rotor axis A-A is brought about.

Nachdem vorstehend anhand der Fig. 1 und 2 der Ausbau eines erfindungsgemäßen Magnetläufermotors detailliert beschrieben wurde, soll nunmehr die Funktion dieses Motors anhand der Fig.After the above with reference to FIGS. 1 and 2, the expansion of an inventive Magnetic rotor motor has been described in detail, the function of this is now Motor based on Fig.

3a - 3d näher erläutert werden. In diesen Figuren bz. in den Teilfiguren der Fig. 3 sind jeweils die konturen der Erregerwicklung 24 und des Rotors 10 bzw. des Permaner.tmagneten 14 angedeutet, wobei ausserdem jeweils die Lage der permanentmagnetischen Sektoren bzw. der Teilmagneten des Permanentmagneten 14 angedeutet ist. Weiterhin sind für jeden der Sektoren bzw. Teilmagneten jeweils folgende Größen in Form von Vektoren eingezeichnet: die sog. Laplace-Kraft F; der Strom I, die magnetische Induktion B.3a - 3d are explained in more detail. In these figures or in the sub-figures 3 are each the contours of the excitation winding 24 and the rotor 10 and des Permaner.tmagneten 14 indicated, in addition, the position of the permanent magnetic Sectors or the partial magnets of the permanent magnet 14 is indicated. Farther are for each of the sectors or partial magnets respectively the following sizes in the form of Vectors drawn: the so-called Laplace force F; the current I, the magnetic induction B.

Betrachtet man zunächst Fig. 3a der Zeichnung, so ist in dieser Figur die Flittelachse der Sektoren, deren Nordpol dem Betrachter zugewandt ist - in diesen Sektoren sind die magnetischen Feldlinien nach oben aus der Zeichenebene herausgerichtet, was durch das Symbol " " angedeutet ist, während die magnetischen Feldlinien in nen Südpolsektoren senkrecht zur Zeichenebene nach unten verlaufen, was durch das Symbol "e" angedeutet ist.- gegenüber der Längsmittelachse B-B der Erregerwicklung 24 um den Winkel γ 1 im Uhrzeigersinn verdreht.If one looks first at Fig. 3a of the drawing, then in this figure the central axis of the sectors with the north pole facing the observer - in these Sectors, the magnetic field lines are directed upwards out of the plane of the drawing, which is indicated by the symbol "", while the magnetic field lines in nen south pole sectors run perpendicular to the plane of the drawing downwards, which is indicated by the Symbol "e" is indicated - opposite the longitudinal center axis B-B of the excitation winding 24 rotated clockwise by the angle γ 1.

Daraus resultiert folgende Situation hinsichtlich der Drehmomente: Ma1 + Na2 + Ma3 = Ma wobei Mai bis Ma3 die Einzeldrehmomente sind, die sich zu dem Antriebsdrehmoment Ma addieren und wobei jedes der Momente 2F nxrn mit den Radien rn von der Rotorachse A-A zum Angriffspunkt der entsprechenden Laplace-Kraft Fn Man sieht, dass bei der vorstehend angegebenen Beziehung das Drehmoment Ma2 den Drehmomenten Mai 1 und Ma3 entgegengesetzt ist, dass aber dennoch ein resultierendes Antriebsmoment Ma verbleibt, dessen Größ von der speziellen Lage der Magnet Pol flächen zu dem vom Rotor überdeckten Teil der Erregerwicklung abhängt; eine Lage, die vor allem in der Startphase von den Polstücken 26 bewirkt wird, in-dem eine zur Erregericklung symmetrische Lage des Rotors, wie es für 1 = 0 der Fall wäre, verhindert wird infolge der gegenseitigen magnetischen Wirkung zwischen Dauermagnetpolen und weichmagnetischen polstücken und des von den Erregerwicklungen erzeugten magnetischen flusses, wobei ein ähnlicher Bffekt erzielt wird wie bei den von Lavet entwickelten Schrittmotoren.This results in the following situation with regard to the torques: Ma1 + Na2 + Ma3 = Ma where Mai to Ma3 are the individual torques that add up to the drive torque Ma and where each of the moments 2F nxrn with the radii rn from the rotor axis AA to the point of application of the corresponding Laplace force Fn It can be seen that the torque Ma2 the torques Mai 1 and Ma3 is opposite, but a resultant drive torque Ma still remains, the size of which depends on the special position of the magnet pole surfaces in relation to the part of the excitation winding covered by the rotor; a position which is mainly caused by the pole pieces 26 in the starting phase, in which a position of the rotor which is symmetrical to the excitation winding, as would be the case for 1 = 0, is prevented due to the mutual magnetic effect between permanent magnetic poles and soft magnetic pole pieces and of the magnetic flux generated by the excitation windings, whereby an effect similar to that of the stepper motors developed by Lavet is achieved.

In der Teilfigur 3b ist die Mittelschse der N-Sektoren gegenüber der Längsachse der Erregerwicklung 24 um den Winkel γ - #/4 verdreht. Bei diesem Drehwinkel des Rotors 10 gegenüber dem Stator 12 ergibt sich das maximale Antriebsdrehmoment Mmax' und zwar gemäß folgender Beziehung ; die sich ohne weiteres aus der Teilfigur 3b ergibt, die deutlich zeigt, dass die Laplace-kräfte F in allen vor Sektoren im Sinne eines Drehmoments im Uhrzeigersinn wirken, wobei ausserdem die Radien r für alle vier Kräfte F gleich sind.In the partial figure 3b, the central axis of the N-sectors is rotated with respect to the longitudinal axis of the exciter winding 24 by the angle γ - # / 4. At this angle of rotation of the rotor 10 with respect to the stator 12, the maximum drive torque Mmax 'results according to the following relationship; which results easily from the partial figure 3b, which clearly shows that the Laplace forces F in all front sectors act in the sense of a clockwise torque, with the radii r also being the same for all four forces F.

In entsprechender Weise gelten für einen Drehwinkel γ 3= #/2 gemäß Fig. 3c folgende Beziehungen : Mc1 + Mc2 = Mc und für den Drehwinkel γ =#/2 +γ Fig. 3d folgende Beziehungen: Mdl + Md2 + M d3 = Md Im Endeffekt wird gemäß Fig. 4 der Zeichnung in Abhähgigkeit vom Drehwinkel γ ein etwa sinusförmiger Verlauf des Drehmoments Al erreicht, wobei sich das Drehmoment M = f ( γ Rotor) zwischen M = 0 und M = Mmax ändert. Die Drehmomentenkurve gilt dabei für den unbelasteten Motor ohne Reibungsverluste.Correspondingly, the following relationships apply for an angle of rotation γ 3 = # / 2 according to FIG. 3c: Mc1 + Mc2 = Mc and for the angle of rotation γ = # / 2 + γ Fig. 3d the following relationships: Mdl + Md2 + M d3 = Md In the end, according to FIG. 4 of the drawing, an approximately sinusoidal curve of the torque A1 is achieved as a function of the angle of rotation γ, the torque M = f (γ rotor) changing between M = 0 and M = Mmax. The torque curve applies to the unloaded engine without friction losses.

Aufgrund der Trägheit des Rotors des Magnetläufermotors gilt ferner für das gesamte Ausgangsdrehmoment des Rotors folgende Gleichung: Mt = 1/2 Mmax Für die Speisung des erfindungsgemäßen Magnetläufermotors hat sich eine Treiberschaltung gemäß Block 40 in rig. 5 als vorteilhaft erwiesen, wobei dieser Block 40 mit einem weiteren Block 50 verbunden ist, welcher den die synchronisationsfreauenz erzeugenden Quarzoszillator 52 mit Frequenzteiler und die zugehörigen logischen Schaltkreise 54, 56 - Steuerlogik 1 und 2 - für die Steuerung bzw. Synchronisierung der Treiberschaltung 40 umfaßt. Der Quarzoszillator 52 mit Frequenzteiler und die logischen Schaltkreise 54, 56 sorgen dafür, dass die bipolaren Motorsteuerimpulse mit der cuarzstabilisierten Takt- bzw. Steuerfrequenz von beispielsweise 32 Hz synchronisiertwerden, die durch Herunterteilen der Quarzfrequenz erhalten wird, wodurch eine Motordrehzahl von 8 Hz erreicht wird.Due to the inertia of the rotor of the magnetic rotor motor, the following also applies the following equation for the total output torque of the rotor: Mt = 1/2 Mmax A driver circuit has been used to supply the magnetic rotor motor according to the invention according to block 40 in rig. 5 proved to be advantageous, this block 40 with a Another block 50 is connected, which the the synchronization freeness generating crystal oscillator 52 with frequency divider and the associated logic Circuits 54, 56 - control logic 1 and 2 - for the control or synchronization the driver circuit 40 comprises. The crystal oscillator 52 with frequency divider and the Logic circuits 54, 56 ensure that the bipolar motor control pulses be synchronized with the clock or control frequency of, for example, 32 Hz, which is stabilized by the clock, which is obtained by dividing the crystal frequency down, thereby increasing a motor speed of 8 Hz is achieved.

m einzelnen bewirkt die Treiberschaltung 40, dass die von dem rotierenden magnetischen rel4 des Rotors 10 in die Erregerwicklung 24 induzierte Spulenspannung UIND zur Steuerung der Poiaritätsänderungen des Stroms durch die Erregerwicklung 24, der ein Kondensator C2 parallel geschaltet ist, ausgenützt wird, indem abwechselnd zwei Transistoren T1 und T3 bzw. zwei Transistoren T2 und T4 gesperrt werden. Der Schaltzustand der Transistoren T2 und T3 wird ausserdem bestimmt durch den Schaltzustand der Transistoren T5 und T6, die von Signalen Q bzw, # des Steuerkreises 54 angesteuert wurden und den Motorantriebsstrom erst dann durchstellen, wenn das Signal O eine logische "1" bzw. L ist und die Transistoren T5 und T6 hochomig werden (Fig. 5). Im Nulldurchgang der Induktionsspannung gel-angt über einen mit den Kollektoren der Transistoren T1 und T4 verbundenen Kondensator C3 ein Rückmeldeimpuls R m an einen Eingang des Steuerkreises 56, woraufhin praktisch verzögerungsfrei ein Rückstell-Nadelimpuls RST von dem Steuerkreis 56 - Steuerlogik 2 - zum Steuerkreis 54 - Steuer logik 1 - ausgesandt wird und die Signale O, Q zurückstellt, so dass die Treiberschaltung 40 für das Einschalten des Antriebs impulses der nächsten Halbwelle (Fig. 5, 6) vorbereitet wird. Der Einschaltpunkt des Antriebsimpulses liegt an der positiven Flanke des Q-Sicnals der Steuerlogik 1, das Abschalten erfolgt am Nulldurchgang der Spuleninduktionsspannung, so dass die Einschaltdauer des Antriebsimpulses bestimmt wird von der lastabhängigen Phasenverschiebung zwischen der sinusförmigen Induktionssnannung und dem Rechteck-Steuerimpuls. Eine größere Last an der rslotor welle läßt die Induktionsspannung stärker nacheilen und vercrößert die Einschaltdauer, die höhere zugeführte Energie hält die Motordrehzahl trotz vergrößerter Last. Damit besteht die Möglichkeit, den Energiegehalt der dem Motor zugeführten Treiberimpulse in Abhängigkeit von der Last so zu variieren, dass der Stromverbrauch jeweils automatisch an die vorhandene Last ange-?Gt wird. Das Umschalten der Treiberimpulse wird von der Sculeninduktionsspannung gesteuert und erfolgt damit in der jeweils günstigen Stellung des Rotors bezogen auf die AntriebssFule.In each case, the driver circuit 40 causes the rotating magnetic rel4 of the rotor 10 in the field winding 24 induced coil voltage UIND to control the changes in polarity of the current through the field winding 24, to which a capacitor C2 is connected in parallel, is exploited by alternately two transistors T1 and T3 or two transistors T2 and T4 are blocked. Of the The switching state of the transistors T2 and T3 is also determined by the switching state of the transistors T5 and T6, which are controlled by signals Q or # of the control circuit 54 and only put through the motor drive current when the signal O is a logic "1" or L and the transistors T5 and T6 are high impedance (Fig. 5). When the induction voltage passes through zero, it is applied to the collectors the transistors T1 and T4 connected capacitor C3 to a feedback pulse R m an input of the control circuit 56, whereupon a reset needle pulse with practically no delay RST from control circuit 56 - control logic 2 - to control circuit 54 - control logic 1 - is sent out and resets the signals O, Q so that the Driver circuit 40 for switching on the drive pulse of the next half-wave (Fig. 5, 6) is prepared. The switch-on point of the drive pulse is at the positive edge of the Q-Sicnal of the control logic 1, the switch-off takes place at the zero crossing the coil induction voltage, so that the duty cycle of the drive pulse is determined is determined by the load-dependent phase shift between the sinusoidal induction voltage and the square control pulse. A larger load on the rotor shaft leaves the induction voltage lag more and increase the duty cycle, the higher energy supplied maintains the engine speed despite the increased load. There is thus the possibility of using the Energy content of the drive pulses supplied to the motor as a function of the load to vary in such a way that the power consumption automatically adapts to the existing load is apprehended. The switching of the driving pulses is controlled by the induction voltage of the train controlled and is thus based on the most favorable position of the rotor on the drive train.

Das Anlaufverhalten des Motors wird durch einen mit den Sollektoren der Transistoren T1 und T4 einerseits und mit den Kollektoren der Transistoren T5 und T6 andererseits verbundenen schwingungserzeugenden Kondensator C1 und durch einen über einen Transistor T7 zugeführten zusätzlichen Treiberimpuls S verbessert.The starting behavior of the motor is controlled by one with the collectors the transistors T1 and T4 on the one hand and with the collectors of the transistors T5 and T6, on the other hand, connected vibration generating capacitor C1 and through an additional driver pulse S supplied via a transistor T7 is improved.

Die Steuerelektronik verhindert ausserdem ein Abschalten des Motors durch einen Reset-Impuls bei zu langsamem Lauf vor dem nächsten Reset-Impuls, wenn mehr als ein Quarzimpuls seit dem vorhergehenden Reset-Impuls angekommen ist.The control electronics also prevent the motor from switching off by a reset pulse if the run is too slow before the next reset pulse, if more than one crystal pulse has arrived since the previous reset pulse.

In der Praxis wurden günstige Ergebnisse mit einem rotor erzielt, dessen Spulenlänge in Richtung der Achse B-B nur etwa 23 mm betrug, während der Aussendurchmesser des Rotors bei etwa 10 mn lag. Dieser Motor, dessen Stromaufnahme in unbelasteten Zustand 55iA und im belasteten Zustand 100µA betrug und der ein Ausgangsdrehmoment von 0,7 pN lieferte, arbeitete bei einer Drehzahl von 8 Hz mit einem Wirkungsgrad von 26 %, was für Motoren der betrachteten Art ein durchaus günstiger Wert ist.In practice, favorable results have been achieved with a rotor whose coil length in the direction of the axis B-B was only about 23 mm, while the Outside diameter of the rotor was about 10 mn. This motor, its current consumption in the unloaded state was 55iA and in the loaded state 100µA and the one Delivered output torque of 0.7 pN, worked at a speed of 8 Hz an efficiency of 26%, which is definitely cheaper for motors of the type under consideration value is.

Fig. 6a zeigt für die anhand der Figur 5 erläuterte Treiberschaltung den Verlauf der induzierten Spulenspannung UIND (f'= 16 Hz), während Fig. 6b die Motorspannung U,Og (f = 16 Hz) zeigt. Schlie3lich zeigt Fig. 6c die von dem Pflock 50 gelieferte Steuerimpulsfolge, nämlich eine Rechteckimpulsfolge mit einer quarzstabilisierten Frequenz von 32 Hz.FIG. 6a shows the driver circuit explained with reference to FIG the course of the induced coil voltage UIND (f '= 16 Hz), while FIG. 6b shows the Motor voltage U, Og (f = 16 Hz) shows. Finally, Fig. 6c shows that of the stake 50 delivered control pulse train, namely a square pulse train with a quartz stabilized Frequency of 32 Hz.

Während vorstehend als bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ein selbstanlaufender Magnetläufermotor mit weichmagnetischen Polstücken in Verbindung mit seiner zugehdr4-gen Steuerung ausführlich erläutert wurde, soll an dieser Stelle noch einmal darauf hingewiesen werden, dass die der Erfindung zugrundeliegenden Prinzipien auch bei einem nicht-selbstanlaufenden Magnetläufermotor ohne weichmagnetische Polstücke mit Vorteil verwirklicht werden können, wobei die elektrische Ansteuerung des Motors, welche vorstehend beschrieben wurde, unverändert beibehalten werden kann, während im übrigen ergänzend geeignete mechanische oder elektromechanische Hilfseinrichtungen vorgesehen sind, um den Motor "anzuwerfen".While above as a preferred embodiment of the invention a self-starting magnetic rotor motor with soft magnetic pole pieces in connection with its associated control system was explained in detail at this point it should be pointed out again that the underlying of the invention Principles also with a non-self-starting magnetic rotor motor without soft magnetic Pole pieces can be realized with advantage, with the electrical control of the engine described above can be kept unchanged can, while additionally suitable mechanical or electromechanical Auxiliary devices are provided to "start" the engine.

Weiterhin besteht in Ausgestaltung der Erfindung die Möglichkeit, einen selbstanlaufenden Magnetläufermotor in der Weise auszubilden, dass anstelle der weichmagnetischen Polstücke 26 ein Permanentmagnet /60 vorgesehen wird, wie er in Fig. 2 gestrichelt angedeutet ist. Mit Hilfe eines solchen Permanentmagneten 60 ist es möglich, den Rotor 10 beim Auslaufen in einer Lage festzuhalten, in welcher sich beim erneuten Einschalten des Erregerstroms für die Erregerwicklung 24 das maximale Anlaufdrehmoment ergibt, so dass der Motor von selbst anlaufen kann. Bei dem betrachteten Ausführungsbeispiel mit einem vierpoligen Permanentmagneten 14 ist diese Bedingung dann erfüllt, wenn die Linie, auf der der Permanentmagnet 60 liegt und die die Drehachse A-A des Rotors lo schneidet, mit der Längsachse B-B der Erregerwicklung 24 einen Winkel g von f-/4 bzw. einen Winkel von 450 oder einen etwas größeren Winkel einschließt.Furthermore, in an embodiment of the invention, there is the possibility to train a self-starting magnetic rotor motor in such a way that instead of of the soft magnetic pole pieces 26 a permanent magnet / 60 is provided, such as it is indicated by dashed lines in FIG. 2. With the help of such a permanent magnet 60 it is possible to hold the rotor 10 when coasting in a position in which when the excitation current for the excitation winding 24 is switched on again maximum starting torque so that the motor can start by itself. at the viewed Embodiment with a four-pole permanent magnet 14 this condition is fulfilled when the line on which the permanent magnet 60 and which intersects the axis of rotation A-A of the rotor lo, with the longitudinal axis B-B the excitation winding 24 an angle g of f- / 4 or an angle of 450 or a includes a slightly larger angle.

Claims (7)

Patentansprüche 0 Magnetläufermotor mit einem einen drehbar gelagerten, mehrpoligen Permanentmagneten aufweisenden Läufer und mit einem eine wechselspannungsgespeiste Erregerwicklung aufweisenden Stator, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer einen Kreisring (14) mit permanentmagnetischen Sektoren mit alternierend entgegengesetztem, parallel zur Drehachse (A-A) orientiertem magnetischem Dipolmoment aufweist. Claims 0 Magnetic rotor motor with a rotatably mounted, multi-pole permanent magnets having rotor and with an alternating voltage fed Stator having excitation winding, characterized in that the rotor has a Annular ring (14) with permanent magnetic sectors with alternating opposing, has a magnetic dipole moment oriented parallel to the axis of rotation (A-A). 2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der der Erregerwicklung (24) abgewandten Seite des Läufers (10) eine Weicheisenplatte (16) zur Führung des Magnetflussesvorgesehen ist und daß die Erregerwicklung (24) oval ausgebildet ist. 2. Motor according to claim 1, characterized in that on the Excitation winding (24) facing away from the rotor (10) a soft iron plate (16) is provided for guiding the magnetic flux and that the excitation winding (24) is oval is trained. 3. Motor nach Anspruch 1 oder 2 mit einem zum Zwecke des Selbstanlaufens weichmagnetische Polstücke aufweisenden Stator, dadurch gekennzeichnet, daß die Polstücke (26) etwa halbmondförmig ausgebildet sind und an den Enden der Erregerwicklung derart unsymmetrisch zur Längsachse derselben angeordnet sind, daß sich einander im Bereich der Enden der Erregerwicklung bezüglich des Läufers diametral gegenüberliegende, in der Draufsicht keilförmige Luftspalte (30) ergeben, die sich ausgehend von ihrer breitesten Stelle in Richtung des Drehsinns des Läufers (10) verengen. 3. Motor according to claim 1 or 2 with one for the purpose of self-starting stator having soft magnetic pole pieces, characterized in that the Pole pieces (26) are approximately crescent-shaped and at the ends of the excitation winding are arranged so asymmetrically to the longitudinal axis of the same that each other in the area of the ends of the excitation winding diametrically opposite with respect to the rotor, in the plan view wedge-shaped air gaps (30), which are based on their narrow the widest point in the direction of the direction of rotation of the rotor (10). 4. Motor nach Anspruch 1 oder 2 mit einem zum Zwecke des Selbstanlaufens mindestens ein Polstück aufweisenden Stator, dadurch gekennzeichnet, dass das Polstück als Permanentmagnet (60) ausgebildet und bezüglich der Erregerwicklung (24) in einer solchen Lage angeordnet ist, dass der Läufer (10) bei nicht-gespeister Erregerwicklung (24) in der Lage festlegbar ist, in der sich beim Anlauf das maximale Antriebsmoment ergibt. 4. Motor according to claim 1 or 2 with one for the purpose of self-starting at least one stator having a pole piece, characterized, that the pole piece is designed as a permanent magnet (60) and with respect to the field winding (24) is arranged in such a position that the rotor (10) when not fed Excitation winding (24) can be set in the position in which the maximum Drive torque results. 5. Motor nach Anspruch 4, mit einem einen vierpoligen Permanentmagneten aufweisenden Läufer, dadurch gekennzeichnet, dass der als Polstück dienende permanentmagnet (60) auf einer die Drehachse (A-A) des Rotors (10) schneidenden und mit der Längsachse (B-B) der Erregerwicklung (24) einen Winkel von 450 einschliessenden Linie angeordnet ist.5. Motor according to claim 4, with a four-pole permanent magnet having rotor, characterized in that the permanent magnet serving as a pole piece (60) on an axis of rotation (A-A) of the rotor (10) intersecting and with the longitudinal axis (B-B) of the excitation winding (24) arranged at an angle of 450 inclusive line is. 6 tor nach einem der Ansprüche 1 bis 5 , dadurch gekennzeichnet, dass der Läufer (10) eine Nabe (18) aufweist, die der drehbaren Lagerung des Läufers (10) dient und ein als Ritzel ausgebildetes Teilstück (18c) aufweist 6 gate according to one of claims 1 to 5, characterized in that the rotor (10) has a hub (18) which is the rotatable mounting of the rotor (10) is used and has a portion (18c) designed as a pinion 7. Motor nach Anspruch t, dadurch. gekennzeichnet, dass -die Nabe mit den Elementen des Läufers (10) einstückig verbunden ist7. Motor after Claim t, thereby. marked that -the hub with the elements of the rotor (10) is integrally connected
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