DE3128200A1

DE3128200A1 - Buerstenloser gleichstrommotor

Info

Publication number: DE3128200A1
Application number: DE19813128200
Authority: DE
Inventors: Osamu Katsuta Ibaraki Ohno
Original assignee: Japan Servo Corp
Current assignee: Nidec Advanced Motor Corp
Priority date: 1981-02-06
Filing date: 1981-07-16
Publication date: 1982-08-19
Also published as: US4357563A; NL182041C; JPH0117344B2; JPS57132753A; NL8103454A; DE3128200C2

Description

BÜRSTENLOSER- GLEICHSTROMMOTOR

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf einen bürstenlosen elektrischen Gleichstrommotor, insbesondere auf einen bürstenlosen Gleichstrommotor, der als mit einfachem Aufbau, billig und langlebig herstellbarer Kühlventilator-Antriebsmotor verwendet werden kann.

Als Ventilator-Antriebsmotoren werden im allgemeinen elektrische Induktionsmotoren verwendet. Der Grund für die Verwendung von Induktionsmotoren liegt in deren einfachem Aufbau und billiger Herstellung sowie in der Tatsache, daß sie langlebig sind und keine Teile aufweisen,- die Verschleiß und Abnutzung ausgesetzt sind. Der Induktionsmotor hat jedoch den Nachteil, daß er nur benutzbar ist, wenn eine Wechselstromquelle zur Verfügung steht. Mit der immer .

stärkeren Verbreitung miniaturisierter elektrischer Gerate ergibt sich jedoch das Erfordernis, daß sämtliche Spannungsquellen in elektronischen Geräten und Anlagen einheitlich aus Niederspannungs-Gleichstromquellen bestehen sollten. Um diesem Erfordernis gerecht zu werden, müssen auch Ventilator-Antriebsmotoren mit niedriger Gleichspannung betreibbar sein.

Die Verwendung normaler elektrischer Gleichstrommotoren, die Kommutatoren und Bürsten aufweisen, hat den Nachteil, daß die elektronischen Geräte durch den Abrieb der Bürsten verschmutzt werden. Außerdem haben Gleichstrommotoren dieser Art verglichen mit Induktionsmotoren eine kürzere Lebensdauer. Es wird daher nun die Verwendung bürstenloser

Q O O ff

Gleichstrommotoren vorgeschlagen.

Der Stand der Technik und die Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: 5

Fig. 1(a) den Querschnitt bzw. das Schaltbild

und 1(b)' . der Speiseschaltung eines herkömmli

chen bürstenlosen Gleichstrommotors,

Fig. 2(a>, den Querschnitt und das Schaltbild

2(b) und 2(c) der Speiseschaltung eines herkömmlichen

bürstenlosen.Gleichstrommotors, bei dem die Zahl der Statorpole auf zwei reduziert ist ρ bzw. den Verlauf des magnetischen Widerstandes und des magneti

schen Flusses bezogen auf die Magnetpole,

Fig. 3 ' den Querschnitt eines erfindungsgemäßen

bürstenlosen Gleichstrommotors,

,Fig. 4 den Verlauf des magnetischen Widerstandes und des Magnetflusses bei dem bürstenlosen Gleichstrommotor der Fig. 3 und

Fig* 5 den Querschnitt eines Ventilators mit

einem erfindungsgemäßen bürstenlosen

Gleichstrommotorο 30

Fig. 1 (a) und Fig. 1 (b) zeigen den Querschnitt des Motors bzw. das Schaltbild der Speiseschaltung, die den Stromfluß zur Statorwicklung steuert. Der in Fig, 1(a) gezeigte bürstenlose Gleichstrommotor enthält einen Rotor, der aus einer Rotorwell© 1, einer Rotornabe 2 und einem Permanentmagneten 3 besteht. Der Permanentmagnet 3 ist auf einem Halbkreis

des zylindrischen Permanentmagneten als Nordpol N. der Rest als Südpol S magnetisiert. Der Eisenkern des Statots umfaßt Polschuhe 5-1 bis 5-4, Magnetpole 6-1 bis 6-4, auf die die Statorwicklungen 7-1 bis 7-4 gewickelt sind, sowie das Statorjoch 8. Flußdetektoren 9-1 und 9-2 sind bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel an den Polschuhen 5-1 und 5-2 befestigt, und zwar auf der Mittellinie der Magnetpole 6-1 und 6-2. Die Flußdetektoren 9-1 und 9-2, die die magnetische Stellung des Permanentmagneten 3 erfassen, sind in der Schaltung der Fig. 1(b) mit Transistoren Q-1 bis Q-4 zusammengeschaltet, die den Strom durch die Statorwicklungen 7-1 bis 7-4 steuern. Die Schaltung der Fig. 1(b) enthält zusätzlich zu den jeweils mit den Transistoren Q-1 bis Q-4 in Reihe geschalteten Statorwicklungen 7-1 bis 7-4 Widerstände R-I bis R-8, die in der gezeigten Weise mit den Transistoren Q-1 bis Q-4 und den Flußdetektoren 9-1 und 9-2 in Reihe geschaltet sind. Die äußere ümfangsfläche des Permanentmagneten 3 und die innere ümfangsfläche der Polschuhe 5-1 bis 5-4 des Statoreisenkerns sind durch den Spalt 4 voneinander getrennt.

Der bürstenlose Gleichstrommotor arbeitet in folgender Weise: Wird den Klemmen eine'-positive und eine negative Gleichspannung zugeführt, so gibt in der in Fig. 1(a) gezeigten Stellung der Flußdetektor 9-1 kein Ausgangssignal ab, da er dem neutralen Punkt (Übergang zwischen Nordpol N und Südpol S) gegenübersteht, so daß durch die Basen der Transistoren Q-2 und Q-4 und ebenso durch die Statorwicklungen 7-2 und 7-4 kein Strom fließt. Der Flußdetektor 9-2, der dem Südpol S des Permanentmagneten 3 gegenübersteht, erfaßt diesen Südpol S und gibt zur Basis des Transistors Q-1 eine positive und zur Basis des Transistors Q-3 eine negative Spannung ab. Hierdurch wird der Tran- "■ sitor Q-1 eingeschaltet und es fließt ein Strom durch die Statorwicklung 7-1. Das durch diesen Strom erzeugte

a 6 β ο ο β

Magnetfeld erzeugt ein im Gegenuhrzeigersinn gerichtetes Drehmoment am Südpol S des Permanentmagneten 3, so daß sich der Rotor im Gegenuhrzeigersinn zu drehen beginnt. Hat sich der Rotor etwas im Gegenuhrzeigersinn gedreht, so liegt dem Flußdetektor 9-1 der Südpol S gegenüber. Der Detektor 9-1 erfaßt also das Magnetfeld des Südpols S und gibt an der Basis des Transistors Q-2 eine positive und an der Basis des Transistors Q-4 eine negative Spannung-ab, so daß der Transistor Q-2 leitend wird und der Strom durch die Wicklung 7-2 fließt. Es entsteht ein im Gegenuhrzeigersinn gerichtetes Drehmoment, das den Rotor zusammen mit dem von der Wicklung 7-2 erzeugten Drehmoment im Gegenuhrzeigersinn dreht. Das durch den durch die Wicklung 7-2 fließenden Strom erzeugte Drehmoment treibt den Rotor weiter an, bis er sich aus der in Fig. 1(a) gezeigten Stellung um 90° im Gegenuhrzeigersinn ge-. dreht hat. Passiert er diese 90°-Stellung,, so gelangt der Nordpol N in die Stellung gegenüber dem Flußdetektor 9-2, bei der der Flußdetektor an der Basis des Transistors Q-1 eine negative und an der Basis des Transistors Q-2 eine positive Spannung abgibt. Hierdurch sperrt der Transistor Q-2_f während der Transistor Q-3 leitend wird und ein Strom durch die Wicklung 7-3 fließen kann. Hierdurch entsteht ein im Gegenuhrzeigersinn gerichtetes Drehmoment, das den Rotor zusammen mit dem von der Wicklung 7-2 erzeugten Drehmoment antreibt. Danach arbeitet die Schaltung in ähnlicher Weise weiter, so daß stets ein Strom durch zwei benachbarte Wicklungen fließt und der Rotor dauernd in der vorgegebenen.Richtung (im gezeigten Beispiel im Gegenuhrzeigersinn), angetrieben wird, indem die dem Drehsinn entgegengesetzte Wicklung ausgeschaltet wird.

Bei diesem Aufbau wird unabhängig von der Rotorstellungvän-Miittelbar. nach der Stromzufuhr ein Drehmoment erzeugt. Es gibt keine Rotorstellung, in der das Drehmoment auf Null verringert wird. Der Motor entwickelt daher hervorragende Eigenschaften, mit denen er universell einsetzbar ist.

Der in Fig. 1 gezeigte Motor erfordert jedoch eine große Anzahl von Schaltungsbestandteilen, nämlich vier Transistoren, die den Stromfluß durch jede Wicklung steuern, acht Widerstände usw. und ist wegen seiner vier Statorwicklungen kompliziert aufgebaut. Der Motor ist daher so teuer, daß seine Verwendung auf komplizierte Zwecke wie meteorologische Instrumente und Informationsverarbeitungssysteme begrenzt ist. Die Verwendung des gemäß Fig. 1 aufgebauten bürstenlosen Elektromotors an Stelle der billigen Induktionsmotoren für Kühlventilatoren ist somit zwar hinsichtlich seiner Betriebseigenschaften befriedigend, nicht jedoch hinsichtlich seiner Kosten.

Durch die Erfindung soll ein billiger bürstenloser Gleichstrommotor mit vereinfachtem Aufbau geschaffen werden, der für die spezielle Verwendung zum Antrieb von Kühlventilatoren geeignet ist. Hierzu müssen die vorstehend erwähnten Schwierigkeiten gelöst werden. Zunächst seien die erforderlichen Eigenschaften eines Ventilatormotors und die Eigenschäften des bürstenlosen Gleichstrommotors der Fig. 1 betrachtet und verglichen. Die Drehmomentkennlinie eines Ventilators folgt ungefähr dem Quadrat der Ventilatordrehzahl. Als Anlaufmoment reicht daher ein minimales Anlaufmoment aus, durch das das Reibungsmoment überwunden wird..Wünschenswert ist, das maximale Drehmoment bei Nenndrehzahl zu erreichen, wobei das erzeugte Drehmoment während der Beschleunigung nach dem Start erhöht wird. Die Kennlinie des herkömmlichen Induktionsmotors kann daher als gut geeignet für die "-Verwendung als Ventilatormotor, bezeichnet.werden. Dagegen ^; hat der bürstenlose Gleichstrommotor eine abfallende Kenn- ^; linie, bei der bei abnehmendem Strom bei steigender :1 Drehzahl das Drehmoment abnimmt, während das maximale Moment~ bei Nennspannung beim Start erzeugt wird. Um bei hoher Drehzahl das vom Ventilator, benötigte Drehmoment zu erzeugen, sollte der Antriebsmotor in der Lage sein, beim Start ein

wesentlich größeres Drehmoment zu erzeugen. Die Erfindung richtet sich daher auf einen bürstenlosen Gleichstrommotor mit einfachem Aufbau und geringen Herstellungskosten, der sich zum Antrieb von Ventilatoren eignet, durch Verringerung der Bauteile, die in den bürstenlosen Gleichstrommotor der Fig. 1 in übergroßen Maße vorhanden sind, wobei ein Optimum hinsichtlich Leistungsvermögen und Kosten erzielt werden soll.

Zunächst sei eine Halbierung der Anzahl der Bauteile der

•JO Ausführungsform gemäß Fig. 1 betrachtet. Dabei werden aus den jeweils vier Stator-Magnetpolen und Statorwicklungen jeweil zwei. Ebenfalls läßt sich die Anzahl der Flußdetektoren und die der Stromsteuertransistoren auf eins bzw. zwei halbieren (Fig. 2). Hierdurch kann einschließlich der Wider-

•J5 stände die Anzahl der Schaltungsbestandteile auf die Hälfte reduziert werden, so daß sich der Aufbau wesentlich vereinfacht. Dies erscheint als eine beträchtliche Kostenverminderung, die Ausführungsform der Fig, 2 hat jedoch einen wesentlichen Nachteil. Bei dem in Fig. 2(a) gezeigten Gleich-,20 strommotor ist der Rotor außen und der Stator.innen angeordnet, wodurch die Stellungen gegenüber Fig. 1 umgekehrt werden. Dies bietet jedoch.kein prinzipielles Problem. Der Permanentmagnet 3 ist als Nordpol W und als Südpol S magnetisiert.. Er besteht aus einem frei drehbar gelagerten Hohlzylinder. Die in Fig. 2 Ca) verwendeten Bezugszeichen entsprechen denen der Fig. 1(a) . Zusätzlich ist mit 10 der Luftspalt zwischen den Endpunkten der Polschuhe 8a und 8b in Umfangsrichtung bezeichnet. An den imaginären neutralen Linien 31 und 32. kehren die Magnetpole 6a und 6b ihren Magnetismus um. Für den bürstenlosen Gleichstrommotor der Fig. 2(a) ist die Verschiebung des magnetischen Widerstandes zwischen dem -Permanentmagnet 3 und dem Stator-Eisenkern für eine volle Umdrehung ohne Stromfluß durch die Statorwicklungen 7a und 7b in Kurve (1) der Fig. 2(c) gezeigt. Er

- ίο -

erreicht ein Minimum in der in Fig. 2(a) gezeigten Stellung, nämlich wo die Verbindungslinie der neutralen Linien 31 und 32 die Mittellinie A-A¹ der Stator-Magnetpole 6a und 6b schneidet. Das Maximum liegt an der Stelle, wo der Permanentmagnet 3 aus der gezeigten Stellung um 90 verdreht ist. Danach wechseln die Minima und Maxima jeweils nach einer Rotordrehung um 90° ab. Grund hierfür ist, daß wegen der Form der Polschuhe 5a und 5b der magnetische Widerstand im Stator-Eisenkern in Richtung der Mittellinie A-A¹ der Magnetpole 6a und 6b minimal und senkrecht hierzu maximal ist.

Fließt kein Strom durch die Statorwicklungen 7a und 7b, so steht der Rotor, und zwar durch die Wirkung der magnetischen Anziehungskraft zwischen dem Permanentmagneten 3 und den Polschuhen 5a und 5b,in der Stellung, in der der magnetische Widerstand zwischen beiden minimal ist, das heißt, in der Stellung, in der die Polmitte des Permanentmagneten 3 und die Mittellinie A-A¹ der Magnetpole 6a und 6b aufeinander fallen (Fig. 2(a)). Der Zustand des Magnetflusses des Permanentmagneten 3 an dieser Stelle ist in Fig. 2(c) durch die Kurve (2) gezeigt,- Befindet sich daher der Flußdetektor 9 in einer Stellung senkrecht zur Mittellinie A-A¹ der Magnet-* pole 6a und 6b, so liegt er auf der neutralen Linie 31-32 des Permanentmagneten 3,wenn der Rotor steht. Da der Flußdetektor in diesem Zustand kein Ausgangssignal abgibt, arbeitet die Stromsteuereinrichtung nicht, so daß. kein Strom durch die Statorwicklungen 7a und 7b fließt, selbst wenn an den Klemmen + und - der Steuerschaltung der Fig. 2(b) eine Spannung zugeführt wird. Der Rotor kann somit aus der ■ stationären Stellung nicht starten.

Eine Möglichkeit, den Motor der Fig. 2(a) selbst starten zu lassen, besteht darin, an der äußeren Umfangsflache der Polschuhe 5a udn 5b in einer Stellung ein kleines Stück aus

magnetischem Material anzubrigen, die um einen gewissen Winkel von der Mittellinie der Stator-Magnetpole 6a und 6b in Drehrichtung des Rotors verschoben ist. Durch die Anziehungskraft dieses kleinen magnetischen Teils wird die stationäre Stellung des Rotors in Drehrichtung.verschoben. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die äußere Umfangsform der Polschuhe 5a und 5b nicht konzentrisch zu machen und den Luftspalt innerhalb eines bestimmten Winkels, zentriert auf die Mittellinie der Magnetpole 6a und 6b auf der einen Seite breiter und auf der anderen Seite schmaler zu machen. Hierdurch wird die stationäre Stellung des Rotors durch Änderung des magnetischen Widerstandes zwischen Rotor und Stator verschoben.

Bei der ersteren Möglichkeit der Anbringung eines kleinen Teils aus magnetischem Material entstehen jedoch durch das alternierende Magnetfeld des Permanentmagneten Schwingungsgeräusche, bei der letzteren Möglichkeit der Änderung der Spaltbreite ist der Herstellungsaufwand verhältnismäßig hoch, da wegen der komplizierten äußeren Form der Polschuhe die Massenproduktivität verschlechtert wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen bürstenlosen Gleichstrommotor anzugeben, der bei. niedrigen Herstellungskosten den geschilderten Anforderungen an einen 3Q Motor zum Antrieb eines Ventilators gerecht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den in den Patentansprüchen beschriebenen bürstenlosen-Gleichstrommotor gelöst,

Ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen bürstenlosen Gleichstrommotors.wird anhand Fig. 3 und 4 erläutert. Wie in dem in Fig. 3 gezeigten Querschnitt dargestellt, besteht der Permanentmagnet 3 aus einem Hohlzylinder, der über

einen ersten Halbkreis als Nordpol N und über eine zweiten Halbkreis als Südpol S magnetisiert ist. Der Permanentmagnet 3 ist frei drehbar gelagert und bildet den Rotor des Motors. Die neutralen Linien des Permanentmagneten 3 sind mit 31 und 32 bezeichnet. Das Statorjoch 8 trägt zwei radial'aufgesetzte Stator-Magnetpole 6a und 6b, die den äußeren Umfang gleichmäßig aufteilen (in der Zeichnung in Richtung der Achse Y-Y¹, die die Achse X-X¹ im Mittelpunkt des Statorjoches unter 90° schneidet). Die Polschuhe 5a und 5b sind jeweils am Ende der Stator-Magnetpole 6a und 6b befestigt,. wobei die äußere Umfangsfläche der äußeren Enden der Polschuhe 5a und 5b der inneren Umfangsfläche des Permanentmagneten 3 über einen kleinen Spalt gegenüber liegt. Am äußeren Umfang des Statorjoches 8 sind ferner Zwischen-Magnetpole 11 und 11' befestigt, die in Richtung der Achse X-X¹ voneinander wegragen und zwischen den Polschuhen 5a und 5b.liegen. Das Statorjoch 8, die Magnetpole 8a und.8b, die Polschuhe 5a und 5b sowie die Zwischenpole 11 und 11' bestehen sämtlich aus magnetischem Material und bilden den Stator, des Elektromotors. Die Statorwicklungen 7a und 7b sind auf die Magnetpole 6a und 6b des Stators gewickelt. Die Zwischenpole 11 und 11' tragen keine Wicklung. Die Magnetspaltlänge zwischen der äußeren Umfangsfläche der Zwischenpole Ti und 1.1' und der inneren Umfangsfläche des Permanentmagneten.3 ist fast gleich der Magnetspaltlänge (4 in Fig. 3) zwischen der äußeren Umfangsfläche der Polschuhe 5a und 5b und der inneren Umfangsfläche des Permanentmagneten.3..Die vier Spalte 12(1), 12(2) und 12(3) und 12(4) in Umfangsrichtung zwischen den.Endpunkten der Polschuhe und den Endpunkten.der Zwischenpole haben ebenfalls annähernd gleiche Länge. Die Mittellinie B-B¹ verbindet die Mitte der Magnetspalte . 12(1) und 12(3) und verläuft durch den Mittelpunkt des Statorjoches. Ähnlich verbindet die Mittellinie C-C die Mitte des Spalts.12(2) mit der des Spalts 12(4). Die Mittellinien B-rB¹ und C-C schließen mit

* I ο a « β - 13 -

der Achse X-X¹ jeweils einen Winkel β ein. Der die Drehstellung des Permanentmagneten 3 erfassende Flußdetektor 9, beispielsweise ein Hall-Element/ ist unbeweglich im Magnet-* spalt befestigt und zwar im Ausführungsbeispiel der' fig. 3 von der Mittellinie C-C um den Winkel γ in Richtung zum Polschuh 5b verschoben. Der Flußdetektor 9 läßt sich statt in der in Fig. 3 gezeigten Stellung an jeder der in Fig. 3 mit einem kleinen Kreis gezeigten Stellung befestigen, daß heißt jeweils in der Nähe der beiden äußeren Enden der Polschuhe 5a und 5b. Die Kurve (1) in Fig. 4 zeigt den Verlauf des magnetischen Widerstandes des Stators, wenn durch die Statorwicklungen 7a und 7b kein Strom fließt. Der Punkt, an dem der magnetische Widerstand ein Minimum erreicht, der durch die Zwischenpole 11 und 11' erreicht wird, liegt nicht in Richtung der Achse Y-Y', sondern in einer Stellung, die von der Achse Y-Y¹ um den Winkel 3 abweicht. Läßt man daher den Permanentmagnet 3 sich ohne Stromfluß durch die Statorwicklungen 7a und 7b frei einstellen, so bleibt er in der Stellung stehen, in der die neutralen Linien 31 und 32 mit der Mittellinie B-B' oder der Mittellinie. C-C übereinfallen. Die Stellung des maximalen Magnetpols bzw. der maximalen magnetischen Kraft der Pole N und S ist äer Punkt, der von den Achsen Y und Y¹ um den Winkel 3 abweicht. Die jeweiligen Magnetflußänderungen sind durch die Kurven (2) und (2') dargestellt. Die Kurve {2) zeigt den Verlauf des Magnetflusses, wenn die die neutralen Linien 31 und 32 des Permanentmagneten 3 verbindende Linie mit der Mittellinie B-B¹ übereinfällt und der Rotor in dieser Stellung angehalten wird. Die Kurve (2¹) zeigt den Magnetflußverlauf, wenn die genannte Linie mit der Mittellinie C-C übereinfällt und der Rotor angehalten wird. Die maximalen Magnetpolätellungen der Pole N und S des Permanentmagneten 3 weichen von der Achse Y-Y' jeweils um den Winkel 3 ab.

Im folgenden wirddie Arbeitsweise des bürstenlosen Gleichstrommotors erläutert. Es sei angenommen,- daß die Stelle, an der der Permanentmagnet stehen bleibt, die in Kurve (2) in Fig. 4 gezeigte ist (die neutrale Linie fällt auf die Mittellinie B-B¹). In dieser Stellung erfaßt der Flußdetektor 9 den Nordpol N des Permanentmagneten 3, so daß mit der Steuerschaltung der Fig. 2(b) durch die Statorwicklung 7b ein Strom fließt und am Polschuh 5b ein Nordpol N entsteht. Die maximale magnetische Polstellung befindet sich in einem Punkt, der von der Achse Y¹ um den Winkel $ nach rechts verschoben ist, so daß die Abstoßkraft zwischen dem am Polschuh 5b erzeugten Nordpol N und dem Nordpol N des Permanentmagneten 3 den Rotor im Gegenuhrzeigersinn verdreht.. Wenn sich der Rotor aus der in Fig. 3 gezeigten Stellung um den Winkel ir-(2$ + V) dreht, so wird die Aüsgangsspannung des Flußdetektors 9 gleich Null, so daß auch der Strom durch die Statorwicklung 7b Null wird» Der Rotor dreht sich jedoch in Folge seiner Trägheit weiter. Hierdurch erfaßt der Flußdetektor 9 einen Südpol, so daß durch die Statorwicklung 7a ein Strom fließt und am Polschuh 5a ein Nordpol entsteht, der zusammen mit dem gegenüberliegenden Nordpol N des Rotors 3 ein Rückstoßkraft und ein Drehmoment in der gleichen Richtung erzeugt, so daß der Rotor weiterläuft und die Anordnung als Elektromotor arbeitet. Der Motor erzeugt ein pulsierendes Drehmoment, das annähernd alle 180° gleich Null wird. Dies bietet jedoch bei der Verwendung als Ventilatormotor keinerlei Schwierigkeiten.

Entspricht die Stellung, in der der Permanentmagnet 3 stehen bleibt, der Kurve (2¹) der Fig. 4, das heißt/ daß die neutrale Linie des Permanentmagneten 3 auf die Mittellinie C-C fällt, so erfaßt der Flußdetektor. 9 den Nordpol N des Permanentmagneten 3 und es kann ein Strom durch die Statarwicklung 7b fließen, so daß am Polschuh 5b ein Norpol entsteht.

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Da. die maximale Magnetpolstellung des Nordpols N um den Winkel ß links von der Achse Y¹ liegt, wirkt eine Abstoßkraft zwischen dem Polschuh 5b und dem Nordpol N des Permanentmagneten, die den Rotor im Gegenuhrzeigersinn dreht. Hat sich der Rotor um den Winkel γ in Gegenuhrzeigersinn gedreht, so liegt der Flußdetektor 9 der Stelle des Rotors gegenüber, in der die neutrale Linie 32 verläuft, an der die Ausgangsspannung des Flußdetektors 9 und der durch die Statorwicklung 7b fließende Strom gleich Null werden. Damit wird das Drehmoment gleich Null, der Rotor dreht sich jedoch infolge

seines Trägheitsmoments im Gegenuhrzeigersinn weiter. Passiert anschließend die neutrale Linie 32 den Flußdetektor 9 im Uhrzeigersinn, so läßt der Flußdetektor 9 bei Erfassung eines Südpols S den Strom durch die Statorwicklung 7a fließen, so • 15 daß am Polschuh 5a ein Nordpol entsteht und der Rotor durch die Anziehungskraft mit dem Südpol S des Permanentmagneten 3 im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird. Die neutrale Linie 32

_} „.. passiert die Mittellinie C-C¹ und erreicht durch die Trägheit

des Rotors die Mittellinie B-B'. Danach läuft der Rotor entsprechend der vorherigen Drehung im Gegenuhrzeigersinn in der gleichen Richtung weiter. Diese Drehbewegung in der regelmäßigen Richtung nach einer geringen Bewegung in die Gegenrichtung unmittelbar nach dem Stromfluß in Abhängigkeit vom ersten stationären.Punkt bildet bei der Verwendung des Motors

; 25 als Ventilatormotor keinerlei Nachteil.

Eine weitere Stellung, in der der Rotor ohne Stromfluß durch . die Statorwicklungen 7a und 7b stehen bleibt,.ist außer den durch die Kurven (2) und. (2') dargestellten Punkten derjenige Punkt, an dem die Pole-N und S des Permanentmagneten 3 umkehren.. In diesem Fall erfaßt der Flußdetektor 9 in der stationären Stellung einen Südpol. S, so daß lediglich ein Unterschied hinsichtlich des Punktes besteht, in dem die Wicklung 7a als erste von einem Strom durchflossen wird.

Sämtliche anderen Wirkungen zum Antrieb des Rotors im Gegenuhrzeigersinn bleiben gleich.

Statt an der in Fig. 3 gezeigten Stelle kann der Flüßdetektor 9 an jeder der mit einem kleinen Kreis markierten Stellungen angeordnet werden. Der Unterschied besteht lediglich darin, daß der Motor in verschiedener Richtung umläuft, wenn der Flußdetektor 9 in der Nähe der Mittellinie. C-C bzw. in der Nähe der Mittellinie B-B¹ angeordnet wird. Der Motor arbeitet ebenso, lediglich in umgkehrter Richtung, wenn die Stator-Wicklungen 7a und 7b so ausgelegt werden, daß bei Stromfluß ein Südpol S entsteht.

Fig. 5 zeigt den Querschnitt eines elektrisch getriebenen Ventilators, dessen Motor ein erfindungsgemaßer bürstenloser Gleichstrommotor ist. Die Rotorachse 51 trägt über eine innere Nabe 52 und eine das Magnetjoch bildende Zwischennabe 54, an deren Innenseite der Permanentmagnet. 53-befestigt ist, eine äußere Nabe 62, an der die Ventilatorflügel 63 befestigt sind. Die Rotorachse 51 ist mittels Lagern 61 gelagert. Der Stator umfaßt den Eisenkern 55, auf den die Statorwicklung 57 gewickelt ist. Am Stator sind ferner der Flußdetektor 59 und eine Schaltungskarte 60 befestigt, die die Steuer- und Speiseschaltung, trägt. Eine stationäre Motorabdeckung 66 trägt über Streben 65 das Leitgehäuse 64.

Bei dem erfindungsgemäßen Motor läßt sich also die Anzahl der Hauptteile annähernd auf die Hälfte verringern, er benötigt zum Start kein kleines Stück aus magnetischem. Material und ist bei verbesserter. Produktivität wegen der gleichmäßigen

Länge der Magnetspalte billig herstellbar. -

Leerseite

Claims

Patentansprüche

1.jBürstenloser Gleichstrommotor,
^—S mit einem den Rotor bildenden hohlzylindrischen, drehbar gelagerten Permanentmagneten (3), der über einen Halbkreis als Nordpol N und über den restlichen Halbkreis als Südpol S magnetisiert ist,

. mit einem Stator mit einem zylindrischen Joch (8), diametral einander gegenüberliegend am Joch befestigten, je eine Wicklung (7a, 7b) tragenden Hauptpolen C6a, 6b), an deren äußerem Ende je ein Polschuh (5a, 5b) befestigt ist, und

mit einem im Spalt (4) zwischen Rotor und Stator befestigten Flußdetektor (9),
dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Hauptpolen (6a, 6b) Hilfspole (11, 11')

S am Joch (8) befestigt sind/ und

daß der Flußdetektor (9) in einer Stellung befestigt ist, die aus der Mitte (C) zwischen einer in Umfangsrichtung gelegenen Kante eines Polschuhes (5b) und der in Umfangsrichtung benachbarten Kante des benachbarten Hilfspoles (11) in Richtung zum Polschuh (5b) verschoben ist.

2. Bürstenloser Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Spaltes

(4) zwischen der äußeren ümfangsflache der Polschuhe (5a, 5b) und der inneren Ümfangsflache des Permanentmagneten (3) gleich der Breite des Spaltes zwischen der äußeren ümfangsflache der Hilfspole (11, 11') und der inneren Ümfangsflache des Permanentmagneten (3) ist.

3. Bürstenloser Gleichstrommotor, gekennzeichnet durch einen aus einem hohlzylindrischen Permanentmagneten (3) bestehenden Rotor, der über einen Halbkreis als Nordpol N und über den restlichen Halbkreis als Südpol S magnetisiert ist,

durch einen aus magnetischem Material bestehenden Stator, der ein zylindrisches Stator joch (8), -zwei radial am äußeren Umfang des Statorjoches (8) befestigte Stator-Magnetpole, die den äußeren Umfang des Statorjoches in zwei Teile teilen, am Ende jedes Magnetpols (6a, 6b) befestigte Polschuhe (5a, 5b), deren äußere Ümfangsflache der inneren Ümfangsflache des Permanentmagneten (3) über einen kleinen Spalt (4) gegenüberliegt, und Zwischen-Magnetpöle (11, 11') enthält, die radial am äußeren Umfang des Statorjoches (8) zwischen den Polschuhen (5a,

5b) befestigt sind, ~

durch auf die Magnetpole.(6a, 6b) gewickelte Statorwicklungen (7a, 7b), wobei die Länge des. Magnetspaltes zwischen der äußeren Ümfangsflache der Zwischenpole (11, 11·}

α β·ο ο a

ο ο

und der inneren Umfangsflache des Permanentmagneten (3) etwa gleich ist der Länge des Magnetspaltes zwischen der äußeren Umfangsflache der Polschuhe (5a, 5b) und der inneren Umfangsflache des Permanentmagneten (3), durch einen zur Erfassung der Stellung des Permanentmagneten (3) dienenden Flußdetektor (9), der von der die Mitte des Statorjoches (8) mit der Mitte des in Umfangsrichtung verlaufenden Spaltes zwischen dem äußeren Ende des Polschuhes (5a, 5b) und dem oberen Ende des Zwischenpols (11, 11') verbindenden Mittellinie (B-B', C-C) etwas in Richtung zum Polschuh verschoben ist, und durch eine Steuer- und Speiseschaltung, die die Drehung des Rotors in der ausgelegten Richtung durch Steuerung des Stromes steuert, der bei Empfang des Ausgangssignals des Flußdetektors (9) zu jeder Statorwicklung (7a_? 7b) fließt.