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Titel der Erfindung
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Ausfuehrung des magnetischen Kreises von Gleichstrommotoren mit elektronischer
Kommutierung.
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Anwendungsgebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft die Ausfuehrung
des magnetischen Kreises von Gleichstrommotoren mit elektronischer Kommutierung,
insbesondere von Maschinen kleiner Leistung, mit einet polarisierten, vorzugsweise
permanentmagnetischen Laeufer, und mindestens drei Spulen oder Spulengruppen im
Staender, deren Stroeme in Abhaengigkeit von der Laeuferlage, bezogen auf den Staender,
derart elektronisch steuerbar sind, dass in zyklischer Reihenfolge stets eine Spule
oder Spulengruppe ueber den zugehoerigen elektronischen Schalter an die Betriebsspannung
geschaltet ist, waehrend die uebrigen stromlos sind.
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CharakteristiF der bekannten technischen Lotes unten Binde bekannte
Ausfuehrungsform eines solchen Motors mit zwei Spulengruppen zu je zwei Spulen sowie
vier Haupt- und vier Hilfspolen im Staender gestattet mit einem 4-poligen Lauefer
die Erzeugung eines annaehernd konstanten Drehmomentes ueber den gesamten Drehwinkel
des Laeufers unter Vermeidung von Totlagen, in denen der Laeufer kein Drehmoment
entwickelt.
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Die generatorische Halbwelle der Wicklungsurspannung ist jedoch mit
einer sehr grossen Welligkeit behaftet, die eine Verwendung fuer hochwertige Steuer-
und Regelzwecke ausschliesst.
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Bei einem anderen bekannten Motor, in dem das von den Spulen des Staenders
erzeugte Drehmoment ueber den Drehwinkel des Lauefers pulsiert, erfolgt eine Einglaettung
des resultierenden Drehmomentverlaufes durch Bildung von Reluktanzhilfsmomenten
an den Stellen, wo das von den Spulen erzeugte Drehmoment die geringsten Werte erreicht
oder Null ist.
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Auch die gleichgerichtete generatorische Halbwelle der Wicklungsurspannung
eines solchen Motors ist ohne eine staerkere, das dynamische Verhalten verschlechternde
Siebung, fuer Steuer- und Regelzwecke nicht verwendbar.
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Weiterhin ist eine AusSuehrung bekannt, bei der durch spezielle Magnetisierung
der Magnetpole in der Form, dass, in Umfangerichtung gesehen, an den Polkanten eine
groessere Induktion realisiert wird als in Polmitte, auch ohne Verwendung von Hilfspolen
ein durch die Spulen erzeugtes Drehmoment geringer Pulsation und eine geringe Welligkeit
der gleichgerichteten Wicklungsurspannung erreicht werden kann.
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er Nachteil besteht darin, dass die Ausnutzung des Erregermagneten
stark abnimmt und eine unerwuenschte ReluktanzmomentiiIdwqg nich-t ausgeschlossen
werden kann.
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iel der erfindung } Zle1 der Erfindung besteht darin, bei Motoren
mit elektr@@ischer Kommutierung mit einer geringstmoeglichen Anzahl von St@@enderwicklungen
ein weitestgehend konstantes Drehmoment geber dem gesamten Drehwinkel des Lauefers
von 360° bei optimalem Wirkungsgrad und guenstigster Magnetausnutzung z.u erreichen
und gleichzeitig eine sehr kleine Welligkeit der gleichgerichteten generatorischen
Halbwelle der Wicklungsurspannung zu realisieren.
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Darlegung des Wesens der Erfindung Erfindungsgemaess wird das dadurch
erreicht, dass das Staenderblech aus drei Haupt- und drei Hilfspolen oder jeweils
einem gleichen Vielfachen davon besteht, wobei sich Haupt-und
Hilfspole
in ihrer Reihenfolge abwechseln und jeder Hauptpol eine der Spulen einer Spulengruppe
traegt, waehrend die Hilfspole unbewickelt bleiben.
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Das auf die Umfangsrichtung bezogene Verhaeltnis von Hauptzu Hilfspolbreite
betraegt vorzugsweise 3 : 1.
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Ordnet man einem Staender mit drei n Haupt- und Hilfspolen einen permanenterregten
Laeufer mit vier n Polen (wobei n - 1, 2, .n ist) zu, die eine radiale Magnetisierung
aufweisen, eine in Umfangsrichtung gesehene Polbreite von >=OO/n besitzen, deren
Polaritaet zwischen Nord und Sued wechselt, und wo die unmagnetisierten Zwischenraeume
zwischen den Polen #30°/n betragen, so entstehen in den drei Spulengruppen des Staenders
bei Rotation des Laeufers 3 um 3 phasenverschobene, trapezfoermige Wechselapannungen
mit einer Trapezdachbreite
In dem Drehwinkelbereich des Laeufers, in dem in einer bestimmten Spulengruppe eine
Wicklungsurspannung konstanter Amplitude erzeugt wird, gilt
konstant.
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-Nird durch die Steuerschaltung dafuer gesorgt, dass stets die Spulengruppe
von einem Konstantstrom gespeist wird, fuer die gerade
konstant gilt, erzeugt ein solcher Motor ueber den gesamten Drehwinkel ein konstantes
drehmoment.
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Ausserdem erhaelt man bei bekannter Auskopplung der generatorischen
Halbwelle der Wicklungsurspannung ueber Gleichrichter eine Gleichspannung mit sehr
kleiner Welligkeit, die fuer hochwertige Steuerungen und Regelungen genutzt werden
kann.
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Ausfuehrungbeispiel Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausfuehrungsbeispiel
naeher erlaeutert werden. In der zugehoerigen Zeichnung zeigen:
Fig.
1: Schematische Darstellung eines Staenders, bestehend aus drei Haupt- und drei
Hilfspolen und einem 4-poligen Lauefer Pig. 2: Funktionsverlaeufe von Wicklungsurspannung
e (j), magnetischem Pluss # (#) und Motorstrom i ( Der Staender 1 nach Rig. 1 besteht
aus den drei Hauptpolen 2, 3 und 4 und den drei Hilfspolen 5, 6 und 7.
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Die drei Hauptpole 2, 3 und 4 tragen die drei Staenderspulen 8, 9
und 10. Der Aussenlaeufer 11, bestehend aus dem magnetischen Rueckschluss 12 und
dem Dauermagneten 13, besitzt die Pole 14, 15, 16 und 17 wechselnder Polaritaet
und die unmagnetischen Zwischenrasume 18, 19, 20 und 21.
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Die Stellung des Aussenlaeufers 11 nach Fig. 1 entspricht dem elektrischen
Winkel 1 nach Fig. 2. Zu diesem Zeitpunkt beginnt sich im Haupt pol 2 der magnetische
Fluss bei gleichfoermiger Drehung des Aussenlaeufers 11 nach links bis zu der dem
elektrischen Winkel #2 entsprechenden Laeuferstellung konstant zu aendern, Daraus
resultiert eine konstante Amplitude der Wicklungsurspannung el im Bereich der elektrischen
Winkel 1 bis #2 Speist man in die Staende pule 8 im Bereich der elektrischen Winkel
#1 bis den konstanten Motorstrom ii, so ist das von der Staenderspule 8 erzeugte
elektrische Drehmoment konstant. Feuer den der Laeuferstellung entsprechenden Bereich
der elektrischen Winkel #2 bis 3 gelten diese Verhaeltnisse analog fuer die Viicklungsurspannung
e2, fuer den magnetischen Fluss und fuer den Motorstrom i2 in der Staenderspule
9 bzw. im Bereich der elektrischen Winkel #3 bis #4 fuer Wicklungsurspannung e3,
fuer den magnetischen Fluss 3 und fuer den Motorstrom i3 durch die Staenderspule
10. Im Bereich der
elektrischen Winkel 14 bis f5 wiederholen sich
die beschriebenen Funktionsverlaeufe in der Staenderspule 8 usw.
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Koppelt man die negativen Halbwellen der Wicklungsurspannungen e1
bis e3 der drei Staenderspulen 8, 9 und 10 in bekannter Weise ueber leichrichter
aus, so entsteht eine Gleichspannung, deren geringe Welligkeit nur noch von evtl.
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Unsymmetrien des magnetischen Kreises bestimmt wird.
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Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen 1 Staender 2 Haupt pol
3 Haupt pol 4 Hauptpol 5 Hilfspol 6 Hilfspol 7 Hilfspol 8 Staenderspule 9 Staenderspule
10 Staenderspule 11 Aussenlaeufer t2 magnetischer Ruecksohluss 13 Dauermagnet 14
Pol 15 Pol 16 Pol 17 Pol 18 unmagnetischer Zwischenraum 19 unmagnetischer Zwischenraum
20 unmagnetischer Zwischenraum 21 unmagnetischer Zwischenraum je elektrischer Winkel
#1 elektrischer Winkel #2 elektrischer Winkel elektrischer Winkel elektrischer Winkel
elektrischer Winkel e Wicklungsurspannung e1 Wicklungsurspannung e2 Wicklungsurspannung
e3 Wicklungsurspannung
magnetischer Pluss #1 magnetischer Fluss
#2 magnetischer Fluss magnetischer Fluss i Motorstrom i1 Motorstrom (durch Staenderspule
8) i2 Motorstrom (durch Staenderspule 9)
L e e r s e i t e