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Elektronisch kommutierter Gleichstrommotor
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Die Erfindung betrifft einen elektronisch kommutierten Gleichstrommotor
mit einem permanentmagnetischen Läufer, der aus einem glockenförmigen Körper aus
magnetisierbarem Werkstoff und einem auf dessen Innenumfang angeordneten Permanentmagneten
besteht, und einem mit einer ein Wechselfeld erzeugenden Wicklung versehenem Ständer,
bei dem der Ständer doppel-T-förmig ausgebildet und auf dem gemeinsamen Schenkel
des Doppel-T die Ständerwicklung angeordnet ist, und bei dem die Polpakete des aus
einem Joch- und zwei Polpakten zusammengesetzten sowie mit asymmetrisch zur Ständerlängsachse
angeordneten Ständerwicklungen versehenen Ständers derart ausgebildet sind, daß
ein konstanter Luftspalt zwischen Ständer und Läufer entsteht, daß jedes. Polpaket
auf der gleichen Seite mit einer Verlängerung in Umfangsrichtung versehen ist und
die Ständerwicklungen auf, jeweils auf dem Jochpaket anzuordnende Spulenkörper gewickelt
sind, nach Patent ........... (Patentanmeldung P 33 14 239.4).
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Bei dem im Hauptanspruch beschriebenen Motoren handelt es sich um
einsträngige, zweipulsig bestromte, kollektorlose und permanent erregte Gleichstrommotoren
mit
Außenläufer. Diese Gleichstrommotoren sind in der Lage, nach
Bestromung der Ständerwicklung aus dem Stand wieder selbsttäig anzulaufen, wenn
an der Motorweile nur ein geringes Bremsmoment vorhanden ist. Die Bestromung der
Ständerwicklung erfolgt bei diesen Gteichstrommotoren in Abhängigkeit von der Drehstellung
des Läufers, wobei diese von einem Sensor, beispielsweise einem Hall-Generator,
erfaßt wird und das dabei gewonnene Signal eine elektronische Schaltung steuert,
welche die Ständerwicklung zur Drehmomentbildung in der erforderlichen Weise an
eine Gleichspannungsquelle legt.
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Bei diesen Gleichstrommotoren wird mit Hilfe der elektronisch gesteuerten
Ständerwicklung ein Ständer-Wechselfeld erzeugt, welches im Zusammenwirke.n mit
dem -Erregerfeld des Permanentmagneten ein. pulsierend.es Moment- bildet. Wenn die
Polachse des Permanentmagneten und die Polachse des Wechselfeldes keine Verdrehung
zueinander aufweisen, dann ist das Drehmoment Null, Der. Läufer kann nicht aus eigener
Kraft anlaufen.
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Für die Bildung eines Anlaufdrehmomentes ist es erforderlich, daß
zwischen der Polachse des Permanentmagn-eten und der Polachse des ständerwechselfeldes
ei.n von Null verschiedene-r Winkel vorhanden ist. Das bedeutet, daß bei stromloser
Ständerwicklung die Polachse des Permanetmagneten um einen bestimmten Dreh-winkel
gegenüber der Polachse des Wechselfeldes verdreht sein muß.
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Bei dem im Hauptpatent vorgeschlagenen Gleichstrommotor wird die erforderliche
Verdrehung des Läufers gegenüber dem Ständer in der Ruhestellung des Motors dadurch
verwirdklicht, daß jedes Polpaket auf der gleichen Seite
mit einer
Verlängerung in Umfangsrichtung versehen ist.
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Der Ständer besitzt deshalb für den Läufer einen nicht konstanten
magnetischen Widerstand auf dem Umfang des Ständers. In der Ruhestellung des Motors
nimmt der Läufer gegenüber dem Ständer eine solche Stellung ein, daß zwischen der
Ständer längsachse und der Polachse der Permanentmagneten ein von Null verschiedener
Winkel vorhanden ist.
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Für den sicheren Anlauf des Gleichstrommotors ist es erforderlich,
daß der Läufer nur eine Ruhestellung besitzt.
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Bei dem im Hauptpatent vorgeschlagenen Motor kann es vorkommen, daß
er eine weitere Ruhestellung einnimmt, aus welcher er nicht mehr selbsttätig anläuft.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin,
den gemäß Hauptpatent vorgeschlagenen Gleichstrommotor derart zu verbessern, daß
der Läufer nur eine definierte Ruhestellung aufweist.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Verlängerungen
mit diese in Umfangsrichtung weiter verlängernden Nasen versehen sind.
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Die Verbesserung des Gleichstrommotors ist nachstehend anhand der
Figuren 1 und 2 erläutert. Es zeigen: Figur 1 die Draufsicht auf Läufer und Ständer
des Gleichstrommotors gemäß Hauptpatent, und Figur 2 das Ständerblechpaket des verbesserten
Gleichstrommotors.
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Figur 1 zeigt Läufer und Ständer des Gleichstrommotors von einer Stirnseite
her, nachdem ein Befestigungsflansch und eine Leiterplatte , welche die für die
Kommutierung erforderliche elektrische Schaltung enthält, entfernt worden sind.
Bei dem gezeigten Gleichstrommotor handelt es sich um einen Außenläuferm.otor in
zweipoliger Ausführung. Der Ständer besteht aus einem glockenförmigen Körper 1 aus
einem magnet i sie rbaren Werkstoff, wie Weicheisen, an dessen Innenumfang ein Dauermagnet
2, beispietsweise ein kuns-tstoffgebundener, plattenförmiger Dauermagnet, eingesetzt
ist, der in der eingesetzten Weise magnetisiert ist.
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Der Ständer besteht aus drei Blechpaketteilen, nämlich einem Jochpaket
3 und zwei Polpa-keten 4, welche mittels schwalbenschwanzförmiger Passungen formschlüssig
miteinander verbunden sind. Die Polpakete 4 weisen nicht nur die von Doppel-T-Ständerwicklungen
her bekannte.Form eines Pilzhutes auf, sondern sie besitzen beide auf der gleichen
Seite an Umfangsrichtung eine Verlängerun-g 5,-die sich bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel
mechanisch über etwa 70 Winkelgrade erstreckt, so daß sich jedes Polpaket mechanisch
insgesamt über etwa 150 Winkelgrade erstreckt. Auf dem Jochpaket 3 sind die Spulenkörp-er
6 mit de-n Ständerwicklungen 7 angeordnet. (In Figur 1- sind nur ein Spulenkörper
6 und eine Ständerwicklung gezeichnet). Wie weiter aus Figur 1 ersichtl-ich, besitzt
der Motor die StänderEängsachse 16. Da die Ständerwicklungen 7 asymmetrisch zur
Stände.rlängsachse 16 angeordnet sind, ist die Polachse 17 des Wechselfeldes um
den Abstand d parallel zur Ständer längsachse 16 versetzt. Der Läufer besitzt die
Polachse 18 des Permanentmagneten; im rechten Winkel zu dieser liegt die neutrale
Zone
19. In Figur 1 ist die Polachse 18 des Permanentmagneten in der Lage gezeichnet,
welche sie einnimmt, wenn die Ständerwicklung nicht bestromt ist. Dann ist die Polachse
18 des Permanentmagneten gegenüber der Polachse 17 des Wechselfeldes um den Winkel
e verdrehte Wie bereits erwähnt, kann es bei dem aus Figur 1 ersichtlichen Gleichstrommotor
vorkommen, daß sich der Läuferbin der Ruhestellung durch ein zweites relatives Minimum
der magnetischen Energie nicht in die Lage einstellt, welche durch die Polachse
18 des Permanentmagneten definiert ist, sondern in eine davon abweichende Lage,
welche in Figur 1 durch die Polachse 18' verdeutlicht ist. Wenn d-er Läufer in dieser
Lage liegt, dann ist die neutrale Zone 19' des Läufers ebenfalls verdreht.
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Figur 2.zeigt nun das Mittel, welches sicherstellt, daß der Läufer
stets nur eine bestimmte Ruhestellung einnimmt, wenn die Ständerwicklungen nicht
von Strom durchflossen sind, nämlich die Stellung, die durch die Polachse 18 definiert
ist. Bei dem aus dem Polpaket 3 und den Jochpaketes 4 bestehenden Ständer sind die
Verlängerungen 5 nochmals durch die Nasen 8 verlängert.
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Durch diese Nasen ist sichergestellt, daß der Läufer stets nur die
durch die Polachse 18 definierte Ruhelage einnimmt.
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Bezugszeichenliste 1 Körper 2 Dauermagnet 3 Polpaket 4 Jochpaket
5 Verlängerung 6 Spulenkörper 7 Ständerwicklung 8 Nasen 16 Ständer längsachse 17
Polachse d. Wechselfeldes 18 Polachse d. Permanentmagneten 19 Neutrale Zone 18'
Polachse 19' Neutrale Zone
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