DE2949172C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen drehzahlgeregelten bürstenlosen Elektromotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Für verschiedene technische Zwecke besteht ein Bedürfnis nach derartigen Elektromotoren, die einen hohen Wirkungsgrad, sehr kleine Abmessungen und eine relativ hohe Ausgangsleistung haben. Dies gilt beispielsweise für die Antriebsmotoren, die im Griffstück von verschiedenen Arbeitsgeräten, wie Bohr- oder Schneidgeräten für Zahnärzte, Zahntechniker, Graveure oder Chirurgen, untergebracht sind. Derartige Motoren sollen einerseits leistungsstark, andererseits aber wegen ihrer Unterbringung im Griffstück des Arbeitsgerätes leicht sein und einen kleinen Durchmesser und eine kleine Länge haben.

Angesichts dieser Anforderungen werden die Motoren für Bohr- und Schneidgeräte der angegebenen Art häufig außerhalb des Griffstückes angeordnet und mit komplizierten Kraftübertragungseinrichtungen versehen, beispielsweise mit Schnurtrieben oder biegsamen Wellen.

Zur Verwendung derartiger Kraftübertragungseinrichtungen hat auch die Tatsache beigetragen, daß der Wirkungsgrad der bekannten Motoren so niedrig ist, daß bei der Unterbringung des Motors im Griffstück dieses im Betrieb des Motors so heiß wurde, daß das Griffstück nicht mehr angenehm in der Hand gehalten werden konnte, es sei denn, daß komplizierte Luft- oder Wasserkühlsysteme vorgesehen waren.

Die üblichen Gleichstrommotoren mit Kohle- oder anderen Bürsten haben ferner den Nachteil, daß die Bürsten einem Verschleiß unterliegen und zur Funkenbildung führen, was beispielsweise beim Arbeiten in Operationsräumen nachteilig sein kann, wenn dort brennbare Dämpfe, beispielsweise zur Anästhesie, verwendet werden.

Daher sind auch schon bürstenlose Elektromotoren entwickelt worden, die sich jedoch nicht durchgesetzt haben, weil bürstenlose Motoren für eine gewünschte Leistung zu schwer und zu groß sind und weil sie nur einen geringen Wirkungsgrad haben, so daß die Verlustwärme durch eine Kühleinrichtung abgeführt werden muß.

In den bürstenlosen Motoren der vorliegenden Art besteht der Läufer aus permanentmagnetischem Material und ist ein Drehstellungsgeber erforderlich, der die Momentanstellung der Läuferwicklungen relativ zu den Ständerwicklungen erfaßt und die Stromfuhr zu den Wicklungen steuert. Es sind verschiedene Möglichkeiten bekannt, wie dies durchgeführt werden kann. Die bisher verwendeten elektronischen Steuer- und Regelschaltungen sind aber nicht genügend wirksam.

Antriebsmotoren für Bohr- und Schneidgeräte der angegebenen Art sind stark schwankenden Belastungen ausgesetzt, so daß sie einen sehr großen Regelbereich benötigen. Daher sind die Regeleinrichtungen der bekannten Motoren kompliziert, aufwendig und unwirtschaftlich.

Ein drehzahlgeregelter bürstenloser Gleichstrommotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der DE-OS 23 41 052 bekannt. Die dort beschriebene Drehzahlregelung besitzt eine Phasenschiebeanordnung, die dazu dient, die Gleichphasigkeit der Läuferstellungssignale und des den Ständerwicklungen zugeführten Stroms zu gewährleisten.

Aus der US-PS 36 79 954 ist ein drehzahlgeregelter bürstenloser Gleichstrommotor bekannt, bei dem die Erregerwicklungen vom Drehzahlgeber über Verstärker angesteuert werden. Eine Abweichung der Drehzahl des Läufers beeinflußt den Steuerstrom des Drehzahlgebers.

Die DE-AS 25 34 745 zeigt einen drehzahlgeregelten Gleichstrommotor mit Drehstellungsgeber, deren Ausgangssignale jeweils einem Impulsgeber zugeführt werden. Anschließend werden die vom Impulsgeber abgegebenen Impulssignale vereinigt und einem Digital-Analog-Wandler zugeführt. Der Ausgang dieses Digital- Analog-Wandlers stellt den Drehzahl-Istwert für eine genaue Drehzahlregelung dar.

Aus den Literaturstellen "Kröger, G.: Kollektorlose Gleichstrommotoren; in: Archiv für technisches Messen, Blatt Z 562, 1968, S. 79-82" und "Engel, W.: Elektronikmotoren . . . ; in: Sonderdruck aus VDE-Fachberichte, H. 25, 1968, S. 147-151" ist es bekannt, bei einem drehzahlgeregelten Gleichstrommotor den Strom durch die Erregerwicklungen unmittelbar durch das Ausgangssignal des Meßwertwandlers zu beeinflussen. Gegebenenfalls kann das Ausgangssignal des Meßwertwandlers noch durch einen Verstärker verstärkt werden.

Aus der DE-OS 16 13 438 ist bei einem drehzahlgeregelten Gleichstrommotor das Regelprinzip als solches bekannt, den Motor durch eine Drehfeld-Richtungsumkehr stark abzubremsen. Es sind vier Erregerwicklungen um jeweils 90° versetzt angeordnet. In Normalbetrieb sind zwei benachbarte Erregerwicklungen stromdurchflossen. Wenn die erkannte Regelabweichung es erforderlich macht, werden die beiden anderen Erregerwicklungen aktiviert, so daß sich die Richtung des Drehfeldes umkehrt und der Motor stark abgebremst wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen drehzahlgeregelten bürstenlosen Elektromotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, dessen Drehzahl selbst bei schnell und stark schwankender Belastung des Motors auf einfache und wirksame Weise ohne weiteres auf einen Wert gehalten werden kann, der in einem sehr großen Bereich wählbar ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Die Ausgangssignale der Meßwertwandler werden zum ständigen Erfassen der Stellung des Läufers relativ zu dem Ständer einem Impulsgeber zugeführt, dessen Ausgangsfrequenz von der Periode des sich verändernden Ausgangssignals des Meßwertwandlers abhängt. Die Ausgangssignale des Impulsgebers werden einem Frequenz- Spannungswandler zugeführt, dessen Ausgangssignal an den einen Eingang eines Differenzverstärkers angelegt wird. An dem anderen Eingang dieses Differenzverstärkers liegt eine den Sollwert der Motordrehzahl darstellende Gleichspannung. Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers wird an den einen Eingang einer Multipliziereinrichtung angelegt, an deren anderem Eingang das Ausgangssignal des Meßwertwandlers liegt. Das Ausgangssignal der Multipliziereinrichtung wird über einen Endverstärker den Erregerwicklungen des Motors zugeführt. Hierdurch wird erreicht, daß die Drehzahl des Motors selbst bei schnell und stark schwankender Belastung auf einfache und wirksame Weise ohne weiteres auf einem Wert gehalten werden kann, der in einem sehr großen Bereich wählbar ist. Die Regeleinrichtung ist sehr einfach und wirksam. Sie eignet sich insbesondere für Elektromotoren, die beispielsweise als Antriebsmotoren für Bohr- und Schneidgeräte verwendet werden und im Griffstück dieser Geräte untergebracht sind. Derartige Elektromotoren werden unter stark veränderlichen Belastungen verwendet, so daß die Regelung des Motors hohen Anforderungen genügen muß.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Nachstehend wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen weiter erläutert. In diesen zeigt

Fig. 1 in einem schematischen Längsschnitt eine Ausführungsform eines Zweiphasenmotors auf den die Erfindung anwendbar ist,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt gemäß der Linie III-III in Fig. 1,

Fig. 4 schematisch einen anders ausgebildeten Läufer,

Fig. 5 eine Abwicklung der in der Linie S aufgeschnittenen Anordnung gemäß Fig. 2,

Fig. 6 schematisch die Reihenschaltung der Ständerwicklungen einer bevorzugten Ausführungsform und

Fig. 7 ein Schaltschema eines Zweiphasenmotors gemäß der Erfindung mit seiner Steuer- oder Regeleinrichtung.

In dem in den Fig. 1 und 2 gezeigten Zweiphasenmuster ist eine Motorwelle 2 in Kugellagern gelagert, die in je einem Lagerschild 4 bzw. 6 eines allgemein zylindrischen Gehäuses 8 montiert sind. Dieses ist ein Griffstück oder ein Teil des Griffstückes beispielsweise eines Bohr- oder Schneidgeräts.

Man kann als Kugellager offene Kugellager verwenden, die vor jedem Gebrauch des Geräts sprühgeschmiert werden, was insbesondere bei chirurgischen Geräten zweckmäßig ist, bei denen eine Sterilisierung erforderlich ist, durch die ein Schmierfett verlorengehen würde.

Die Motorwelle 2 trägt einen zylindrischen Läufer 10, der einen Körper 11 aus permanentmagnetischem Material besitzt, der vorzugsweise von einem zylindrischen Mantel 12 aus nichtmagnetischem Material, vorzugsweise nichtrostendem Stahl, umschlossen ist. Ein derartiger Bewegungsmantel ist zweckmäßig oder sogar erforderlich, weil Motoren gemäß der Erfindung mit Drehzahlen bis zu 40 000 U/min oder mehr laufen können. Man kann den Körper 11 aus magnetischem Material ferner zwischen zwei massiven Bunden 13 anordnen, die auf der Welle 2 vorgesehen sind und beispielsweise aus einer geeigneten Aluminiumlegierung bestehen und an denen der Mantel 12 befestigt sein kann. Diese Bunde 13 sind für das Auswuchten des Läufers zweckmäßig, weil erforderlichenfalls Material von geeigneten Stellen jedes Bundes 13 durch Bohren entfernt werden kann, bis der Läufer einwandfrei ausgewuchtet ist, wie dies angesichts der hohen Drehzahl notwendig ist.

Das magnetische Material des Körpers 11 besteht vorzugsweise aus gepreßtem und gesintertem Kobalt-Samarium- Pulver. Es zeichnet sich durch sehr hohe Koerzitivkraft und hohe Sättigung, hohe Energiedichte und eine sehr ausgeprägte bevorzugte Magnetisierungsrichtung aus und ist infolge aller dieser Eigenschaften für den vorliegenden Zweck besonders gut geeignet.

In der Fig. 4 ist eine andere Läuferausbildung gezeigt, die besonders für Läufer von kleinem Durchmesser zweckmäßig ist. Dieser Läufer besitzt zwei vorzugsweise identische topfförmige Teile, von denen einer im Schnitt gezeigt ist und die je einen axial vorstehenden Lagerzapfen tragen. Die beiden Teile sind an ihren einander benachbarten Rändern beispielsweise durch Schweißen miteinander verbunden. Der Körper aus dem magnetischen Material befindet sich im Innenraum des Läufers und braucht daher zum Unterschied von der Ausführungsform gemäß den Fig. 1 bis 3 keine Axialbohrung zu besitzen, die mit hoher Präzision ausgebildet werden muß, was bei kleinen Läuferdurchmessern sehr schwierig ist.

Das Gehäuse 8 trägt in seinem Innern einen Ständer 14 und Erreger- oder Treibwicklungen 16, 18. Der dargestellte Zweiphasenmotor besitzt zwei solche Wicklungen. Die üblichen Polschuhe sind nicht erforderlich, weil das Magnetfeld nicht konzentrisch zu werden braucht. Infolgedessen ist mehr Platz für das Kupfer der Wicklungen vorhanden.

Fig. 5 zeigt eine Abwicklung der bei S axial aufgeschnittenen Ausführungsform gemäß Fig. 2. Man erkennt, daß die Erregerwicklungen 16, 18 vollkommen symmetrisch angeordnet und in Reihe geschaltet werden können. In den dargestellten Ausführungsformen werden für jede Phase zwei Spulen 16 a, 16 b bzw. 18 a, 18 b verwendet. Diese symmetrische Anordnung führt zu dem wesentlichen Effekt, daß die erzeugten Spannungen sinusförmig sind, so daß eine zweipolige Steuerung möglich ist. Daher kann ohne besondere Einrichtungen, wie Phasenschieber, gewährleistet werden, daß der dem Ständer bzw. den Erregerwicklungen zugeführte Strom mit diesen Wicklungen vollkommen phasengleich ist. Dank dieser besonderen Anordnung der Ständerwicklungen kann die nachstehend beschriebene Regelschaltung für den Motor beträchtlich vereinfacht werden.

Insbesondere in der Fig. 2 erkennt man, daß der zylindrische Läufer 10 in dem ringzylindrischen Ständer 14 koaxial angeordnet und drehbar gelagert ist. Infolgedessen kann fast der ganze Raum zwischen Ständer und Läufer mit Kupferwicklungen ausgefüllt werden. Wenn außerdem die Ständerwicklungen in der in Fig. 6 schematisch angedeuteten Weise derart geschaltet sind, daß die Verbindungsstelle 17 zwischen den Phasenwicklungen an Erde oder Masse liegt, sind im Betrieb des Motors alle Treibwicklungen und damit die Gesamtmenge des Kupfers ständig stromdurchflossen, wodurch die Ausgangsleistung und der Wirkungsgrad des Motors beträchtlich erhöht werden.

Nach dem Anbringen der Erregerwicklungen 16, 18 an den gewünschten Stellen des Ständers kann man die Wicklungen durch Pressen zusammendrücken und verformen. Dadurch kann bewirkt werden, daß der Luftspalt zwischen den Wicklungen und dem Läufer sehr klein ist, wodurch der Wirkungsgrad des Motors ebenfalls erhöht wird.

Am hinteren Ende der Motorwelle ist zum Erfassen der Drehstellung des Läufers ein Drehstellungsgeber montiert, der Signale erzeugt, welche die Iststellung des Läufers relativ zu den Ständerwicklungen darstellen. Dieser Drehstellungsgeber kann geeignet angeordnete Geberspulen aufweisen, in denen eine Spannung durch einen Dauermagneten 20 erzeugt wird, der fest auf der Motorwelle 2 montiert ist und dieselbe Polarität hat wie der Läufermagnet 11. Derartige Geberspulen müssen so ausgebildet und angeordnet sein, daß sie keinen Raum beanspruchen, der für Erreger- oder Ständerwicklungen ausgenutzt werden könnte. Soeben wurde schon erwähnt, daß dieser Raum, d. h. der ganze Raum zwischen Ständer und Läufer, mit dem Kupfer der Erregerwicklungen ausgefüllt sein muß.

In dem Drehstellungsgeber des Motors werden vorzugsweise Hallgeneratoren 22 verwendet, weil diese zum Unterschied von Geberspulen auch bei stillstehendem Läufer ein Läufergestellungssignal erzeugen. Ferner müssen bei Verwendung von Geberspulen in der Steuerschaltung für den Motor geeignete Phasenschieber vorgesehen werden, so daß zwischen dem Gebersignal und dem entsprechenden Treibsignal, das den Ständerwicklungen zugeführt wird, eine Phasendifferenz vorhanden ist. Diese Phasenschieber sind bei Verwendung von Hallgeneratoren nicht erforderlich. Hallgeneratoren haben ferner den Vorteil, daß ihr Signalpegel unabhängig von der Drehzahl im wesentlichen konstant ist.

Auch bei den Hallgeneratoren 22 ist es wichtig, daß sie keinen Raum beanspruchen, der für Erregerwicklungen ausgenutzt werden könnte. Daher werden der Dauermagnet 20 und die Hallgeneratoren 22 vorzugsweise auf der Motorwelle 2 bzw. um sie herum angeordnet. Eine derartige Anordnung ist beispielsweise in der Fig. 1 gezeigt, in der die Hallgeneratoren 22, von denen nur einer dargestellt ist, auf einem allgemein rohrförmigen Fortsatz des Lagerschilds 4 montiert sind.

Man kann die Erfindung auch auf Einphasenmotoren anwenden, doch werden dann vorzugsweise Mittel vorgesehen, die vermindern, daß der Läufer in einer Stellung stehenbleibt, in der das Magnetfeld an dem Hallgenerator gleich Null ist. Ein Einphasenmotor hat jedoch bei niedrigen Drehzahlen und hoher Leistung keinen genügend hohen Wirkungsgrad. Daher wird die Erfindung vorzugsweise auf Zweiphasenmotoren mit zwei Ständerwicklungen und vorzugsweise zwei Hallgeneratoren angewendet.

Das Gehäuse 8 besitzt an seinem hinteren Ende einen Deckel 24, durch den hindurch nicht gezeigte elektrische Zuleitungsdrähte zu den Hallgeneratoren 22 und den Ständerwicklungen 16, 18 geführt sind. Zu diesem Zweck kann der Deckel 24 mit einem Mehrfachstecker versehen sein, der somit am hinteren Ende des Arbeitsgeräts vorgesehen ist und an den ein mehradriges Kabel angeschlossen werden kann. Man kann aber den Deckel 24 oder einen Teil desselben auch als abnehmbare Baueinheit ausbilden, die dauernd mit dem mehradrigen Kabel verbunden ist.

Eine derartige abnehmbare Baueinheit kann die Stecker für die elektrischen Zuleitungen zu den Ständerwicklungen 16, 18 tragen. Die Hallgeneratoren 22 können ebenfalls dauerhaft auf der abnehmbaren Baueinheit montiert und fest mit ihren Zuleitungen verbunden sein. Auf diese Weise kann man die Anzahl der erforderlichen Stecker und der ihnen zugeordneten Buchsen beträchtlich herabsetzen und die erforderlichen Stecker so anordnen, daß die mit den Hellgeneratoren versehene, abnehmbare Baueinheit nur in jener Stellung montiert werden kann, in der die Hallgeneratoren 22 in bezug auf die Längsachse des Läufers an den richtigen Stellen angeordnet sind.

Gemäß der Fig. 1 kann man auch einen in dem Zuleitungskabel vorgesehenen Schlauch anschließen. Wenn ein geeigneter Fortsatz des Lagerschilds 4 ein rückwärts vorstehendes Rohrstück trägt, kann man auch Flüssigkeit oder Luft zuführen. Dieses Medium wird dem von dem Motor an dessen vorderem Ende getragenen und von ihm angetriebenen Werkzeug zugeleitet, um dieses zu kühlen und/oder zu schmieren.

Das Rohrstück 27 in dem Gehäuse 8 kann den Motor axial durchsetzen und kann gemäß Fig. 1 auch vorn von dem Gehäuse 8 vorstehen, so daß dort ein nicht gezeigtes Leitungsstück angeschlossen werden kann, welches das Kühl- oder Schmiermittel dem Werkzeug zuführt.

Das vordere Lagerschild 6 trägt einen Anschlußstutzen 26 für ein abnehmbares Werkzeug. Das vordere Ende der Motorwelle 2 ist im Innern des Anschlußstutzens 26 angeordnet und mit einem Teil 28 einer selbsteinrückenden Kupplung, beispielsweise einer Klauenkupplung, versehen. Der Anschlußstutzen 26 ist mit mindestens einem Rastzapfen 30 und vorzugsweise mit mindestens einem Paar voneinander diametral gegenüberliegenden Rastzapfen 30 versehen. Jeder Rastzapfen 30 ist radial auswärts federbelastet und hat ein abgerundetes freies äußeres Ende, das normalerweise von der Außenfläche des Anschlußstutzens vorsteht.

Die Rastzapfen 30 sitzen herausnehmbar in je einer radialen Führung in der Wand des Anschlußstutzens 26 und sind an einem Blattfederband 31 angebracht, wie am besten aus der Fig. 3 hervorgeht. Dieses Federband 31 kann einen Ring bilden oder gemäß Fig. 3 freie Enden haben, die einander überlappen, so daß das Blattfederband weiter nachgeben kann als ein geschlossener Ring, wenn die einander diametral gegenüberliegenden Sperrstifte 30 gleichzeitig radial einwärtsgedrückt werden.

Auf der Innenseite des Anschlußstutzens 26 ist zweckmäßig eine Einrichtung vorgesehen, die das Blattfederband 31 axial festlegt und abstützt, ohne seine radiale Beweglichkeit einzuschränken. Wie man am besten in der Fig. 1 erkennt, kann diese Stützeinrichtung einfach aus einer Umfangsschulter 33 auf der Innenwandung des Anschlußstutzens 26 bestehen und gegebenenfalls durch einen entsprechenden Sicherungsring auf der entgegengesetzten Seite des Federbandes 31 ergänzt sein.

Bei dieser Ausbildung kann man ein nicht gezeigtes Werkzeug, das beispielsweise aus einem Bohrer besteht und auf einer Spindel montiert ist, die im Innern einer Lagerhülse drehbar gelagert ist axial auf den Anschlußstutzen 26 aufschieben, bis die Rastzapfen 30 in eine geeignete Umfangsnut in der Innenwandung der Traghülse des Werkzeuges einrasten, so daß dieses abnehmbar festgelegt ist. Gleichzeitig greift ein am Ende der Werkzeugspindel vorgesehener Kupplungsteil automatisch in den entsprechend ausgebildeten Kupplungsteil 28 ein. Jetzt ist das Werkzeug mit dem Motor bzw. dem Arbeitsgerät verbunden. Dabei ist zwischen der Innenwandung der Lagerhülse und der Außenwandung des Anschlußstutzens eine Gleitpassung vorhanden.

Zum Anbringen eines Werkzeuges braucht man daher dieses relativ zu dem Arbeitsgerät nicht in eine bestimmte Drehstellung zu bringen, damit das Werkzeug gekuppelt werden kann. Ferner kann man das Werkzeug einfach dadurch abnehmen, daß man auf die Außenseite der Traghülse des Werkzeuges eine axiale Kraft ausübt, die bewirkt, daß die Rastzapfen 30 aus der Nut der Traghülse herausgedrückt werden. Dies kann man mit einem oder zwei Fingern der das Arbeitsgerät haltenden Hand bewerkstelligt werden. Man erkennt, daß die Werkzeuge bei Bedarf sehr schnell abgenommen und aufgesteckt werden können.

Gemäß Fig. 7 sind die beiden Hallgeneratoren 22 und die beiden Erregerwicklungen 16, 18 um die Läuferwelle herum in Winkelabständen von 90° angeordnet.

Wenn die Läuferwelle und mit ihr der Magnet 20 rotiert, erzeugt jeder Hallgenerator 22 ein sinusförmiges Ausgangssignal, das gegebenenfalls nach Verstärkung dem einen Eingang y einer zugeordneten Multipliziereinrichtung 40 oder 42 und dem Eingang eines zugeordneten Impulsgebers 44 oder 46 zugeführt wird. In den Impulsgebern 44 und 46 werden die Signale in Pulse umgewandelt, die eine konstante Impulsbreite haben und deren Pulsfrequenz von der Periode des Sinussignals abhängt.

Vorzugsweise erzeugt jeder dieser Impulsgeber bei jedem Nulldurchgang des Sinus-Eingangssignals einen Impuls, d. h. pro Periode des Sinussignals zwei Impulse.

Die von den Impulsgebern abgegebenen Pulse werden miteinander vereinigt oder ineinandergeschachtelt, was natürlich in Abhängigkeit von der Phasendifferenz erfolgen kann. Der dadurch erhaltene Puls besteht in der dargestellten Ausführungsform aus vier Impulsen pro Periode des Sinussignals und wird dem Eingang eines Frequenz-Spannungs- Wandlers 48 zugeführt. Dieser erzeugt ein relativ konstantes Ausgangssignal, dessen Welligkeitsspannung infolge der Vereinigung der Pulse, die in der dargestellten Ausführungsform zu einer Verdoppelung der Pulsfrequenz führt, beträchtlich herabgesetzt ist. Man kann die Welligkeitsspannung weiter herabsetzen bzw. das Ausgangssignal weiter glätten, indem man das Ausgangssignal jedes der Impulsgeber 44 und 46 mit einer höheren Pulsfrequenz erzeugt.

Das Ausgangssignal des Wandlers 48 ist ebenfalls der Frequenz und damit auch der Istdrehzahl des Motors proportional und wird dem Minuseingang eines Differenzverstärkers 50 zugeführt, an dessen Pluseingang von einem vorzugsweise einstellbaren Sollwertgeber 52 ein Sollwertsignal angelegt wird.

Das Ausgangssignal des Verstärkers 50 stellt eine gegebenenfalls vorhandene Abweichung des Istwerts der Motordrehzahl von ihrem Sollwert dar und wird dem Eingang x jeder der Multipliziereinrichtung 40 und 42 zugeführt.

Infolgedessen kann jede der Multipliziereinrichtungen 40, 42 das an ihren Eingang y angelegte Sinussignal in der erforderlichen Weise korrigieren. Die ebenfalls sinusförmigen korrigierten Signale werden über je einen Endverstärker 54 und 56 der zugeordneten Ständerwicklung 18 bzw. 16 zugeführt.

Bei zunehmender Belastung des Motors nimmt dessen Drehzahl ab, so daß die Periode der von den Hallgeneratoren 22 abgegebenen Sinussignale länger wird. Infolgedessen wird die Ausgangsspannung des Wandlers 48 entsprechend kleiner und erscheint am Ausgang des Verstärkers 50 ein positives Fehlersignal. Das dem Eingang y jeder Multipliziereinrichtung 40 bzw. 42 zugeführte Sinussignal wird daher mit einem von der Größe des Fehlersignals abhängigen Faktor multipliziert, so daß jeder Treibwicklung 16 bzw. 18 eine höhere Leistung zugeführt wird und der Motor trachtet, seine Drehzahl bis zu dem von dem Sollwertgeber 52 vorgegebenen Wert zu erhöhen.

Bei abnehmender Belastung des Motors nimmt dessen Drehzahl zunächst zu, so daß die Periode des Sinussignals kürzer wird und die Ausgangsspannung des Wandlers 48 entsprechend steigt. Am Ausgang des Verstärkers 50 erscheint daher ein negatives Fehlersignal, so daß das Sinussignal am Eingang y jeder Multipliziereinrichtung nicht nur multipliziert wird, sondern auch das entgegengesetzte Vorzeichen erhält und daher der Läufer 10 stark gebremst wird, bis das Fehlersignal am Ausgang des Verstärkers 50 verschwindet, wenn der Motor wieder mit der von dem Sollwertgeber 52 vorgegebenen Drehzahl läuft.

In den Verstärkern 54 und 56 findet vorzugsweise eine Spannungs-Strom-Wandlung statt, so daß die den Ständerwicklungen zugeführten Ausgangssignale Sinusströme sind. Dies ist zweckmäßig, weil die angelegte Sinusspannung von der von dem Läufer erzeugten Sinusspannung abweichen kann, was zu Verlusten, beispielsweise einer Erwärmung des Arbeitsgeräts führen würde.

Der in Fig. 1 gezeigte Motor kann mit einem sehr hohen Wirkungsgrad von mehr als 90% arbeiten, so daß sich im Gebrauch des Arbeitsgeräts dessen Griffstück nicht unangenehm stark erwärmt und nicht besonders gekühlt zu werden braucht. Der Motor kann beträchtlich leichter (etwa 60 g) ausgeführt werden als entsprechende bekannte Motoren (etwa 100 g) und einen Durchmesser von etwa 10 mm haben. Auch die axiale Länge des Motors kann klein sein, so daß er leicht als Griffstück eines Arbeitsgeräts verwendet werden kann, das ohne Schwierigkeiten manipuliert und wie ein Bleistift gehalten werden kann.

Trotz seiner kleinen Abmessungen kann der Motor gemäß Fig. 1 eine beträchtlich größere Antriebskraft erzeugen als die bekannten Motoren derselben Art, die wesentlich größere Baumaße und ein wesentlich höheres Gewicht haben.

Die erfindungsgemäße Regeleinrichtung für den Motor kann in einem sehr kompakten und gegebenenfalls tragbaren Gerät untergebracht werden, das in der vorstehend angegebenen Weise durch ein geeignetes mehradriges Kabel mit dem Motor verbunden wird.

Claims (5)

1. Drehzahlgeregelter bürstenloser Elektromotor mit einem permanentmagnetischen Läufer (10), mit mindestens einer Erregerwicklung (16, 18) im Ständer (14) und mit einem für den Läufer (10) vorgesehenen Drehstellungsgeber, der mindestens einen Meßwertwandler (22) besitzt, dessen Ausgangssignal sich synchron mit der Iststellung des Läufers (10) verändert und einem Impulsgeber (44, 46) zugeführt wird, der ein Impulssignal erzeugt, dessen Impulswiederholungsfrequenz von der Periode des sich verändernden Ausgangssignal des Meßwertwandlers (22) abhängt und das einem Frequenz-Spannungswandler (48) zugeführt wird, dessen Ausgangssignal an den einen Eingang eines Differenzverstärkers (50) angelegt wird, an dessen anderen Eingang eine vorzugsweise einstellbare Sollwertspannung angelegt wird, wobei die Erregerwicklungen (16, 18) in Abhängigkeit des Ausgangssignals des Meßwertwandlers (22) und des Ausgangssignals des Differenzverstärkers (50) angesteuert werden, gekennzeichnet durch mindestens eine Multipliziereinrichtung (40, 42), deren einem Eingang (y) das Ausgangssignal des Meßwertwandlers (22), ggf. nach dessen Verstärkung, und deren anderem Eingang (x) das Ausgangssignal des Differenzverstärkers (50) zugeführt wird, wobei das multiplizierte Signal über einen Endverstärker (54, 56) der Erregerwicklung (16, 18) zugeführt wird.

2. Drehzahlgeregelter Elektromotor nach Anspruch 1, in dem jeder Meßwertwandler aus einem Hallgenerator (22) besteht, der ein der Läuferstellung entsprechendes Sinussignal erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Impulsgeber (44, 46) bei jedem Nulldurchgang des an ihn angelegten Sinussignals einen Ausgangsimpuls erzeugt.

3. Drehzahlgeregelter Elektromotor nach Anspruch 1 oder 2, in dem der Ständer (10) zwei oder mehrere gegeneinander phasenverschobene Erregerwicklungen (16, 18) besitzt und der Drehstellungsgeber (22) für jede Erregerwicklung (16, 18) einen mit ihr im wesentlichen gleichphasigen Meßwertwandler aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale der Meßwertwandler (22) je einem Impulsgeber (44, 46) zugeführt und die von diesen erzeugten Impulssignale zu einem einzigen Signal vereinigt werden, das an den Eingang des Frequenz-Spannungswandlers (48) angelegt wird.

4. Drehzahlgeregelter Elektromotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerwicklungen (16, 18; 16 a, 16 b, 18 a, 18 b) symmetrisch angeordnet und hintereinandergeschaltet sind.

5. Drehzahlgeregelter Elektromotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstelle (17) zwischen den beiden Treibwicklungen (16, 18; 16 a, 16 b, 18 a, 18 b) am Erdpotential liegt.