DE3602138C2 - Bürstenloser Gleichstrommotor - Google Patents

Bürstenloser Gleichstrommotor

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Description

Die Erfindung betrifft einen bürstenlosen Gleichstrommotor mit einem Rotor und einem eisenlosen Stator mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Aus der US 44 59 087 ist ein bürstenloser Gleichstrommotor be­ kannt, dessen innerhalb des Stators umlaufender Rotor ähnlich wie ein Rad mit einem Kranz, der über Speichen mit der Nabe verbunden ist, aufgebaut ist und auf seinem Kranz Magnete ab­ wechselnder Polarisierung trägt. Über den Umfang des Stators verteilt sind Spulen angeordnet, deren Polschuhe den Rotor­ magneten gegenüberliegen und die über eine Transistorschaltung kommutiert werden. Mit Hilfe eines Sensors wird die Winkel­ position des Rotors gegenüber dem Stator festgestellt, und der Transistorschaltung wird ein entsprechendes Signal zugeführt, mit Hilfe dessen der Schaltzustand der Transistoren und somit die Stromflußrichtung durch die Statorspulen bestimmt wird. Ein ähnlicher Motor ist aus der US 43 73 148 bekannt, bei welcher die Statorspulen jedoch toroidförmig gewickelt sind. Ferner ist es bei einem aus der DE-OS 16 38 216 bekannten bürstenlosen Gleichstrommotor bekannt, die Wicklungsstränge durch Zapfen in der Ständerwicklung zu fixieren. Schließlich ist aus der DE-OS 25 32 575 ein Wechselstrom-Synchronmotor bekannt, dessen Wick­ lungen mäanderförmig beiderseits eines streifenförmigen oder scheibenförmigen Trägers aufgedruckt sind. Das Drehfeld wird durch Parallelschaltung eines Kondensators wahlweise zu einer der beiden Wicklungen erzeugt.
Bei der Herstellung von Gebläsemotoren ist man typischerweise bestrebt, den Aufbau möglichst einfach und die Herstellungs­ kosten dementsprechend niedrig zu halten. Wechselstrommotoren mit Seitenanker kommen diesem Ziel schon recht nahe. In jünge­ rer Zeit sind jedoch Gleichstrom-Gebläsemotoren zunehmend interessanter geworden, insbesondere für Gebläse zur Kühlung elektronischer Schaltungen, bei denen Gleichstromleistung zur Verfügung steht.
Bürstenlose Gleichstrommotoren mit Halleffektsensoren zur Er­ mittlung der Kommutierungspunkte bei der Rotordrehung sind all­ gemein bekannt. Dabei werden eine oder mehrere Statorspulen wiederholt erregt oder hinsichtlich ihrer Erregung umgesteuert, um das von der oder den Statorspulen erzeugte Magnetfeld zu verschieben. Durch das sich ändernde Magnetfeld wird ein Permanentmagnetrotor kontinuierlich mitgenommen. Zum Kommutie­ ren wird die Position der Pole des Permanentmagnetrotors durch einen oder mehrere Halleffektsensoren festgestellt und die Er­ regung der Statorspule oder -spulen entsprechend gesteuert, oder es wird durch einen Halleffektsensor die Position eines oder mehrerer Kommutierungsmagnete festgestellt, die mit dem Rotor umlaufen und speziell dazu dienen, durch Änderung des Zustandes des Halleffektsensors die Kommutierungspunkte zu be­ stimmen, während sich der Rotor dreht.
Viele bürstenlose Gleichstrommotore sind sowohl hinsichtlich ihres Aufbaues als auch ihrer Kommutierungsschaltungen kompli­ ziert und dementsprechend teuer in der Herstellung. Diese bürstenlosen Gleichstrommotoren eignen sich zwar gut für Präzi­ sionsantriebe von Platten oder Bändern, sie sind jedoch zu teuer, wenn einfache, billige und zuverlässige Gebläsemotoren gebraucht werden, die nur zum Antrieb eines Gebläses bestimmt sind.
Ein einfacher, bürstenloser Gleichstrom-Gebläsemotor ist aus der DE-OS 33 32 659 und der US-PS 45 63 622 bekannt. Der Motor hat einen Permanentmagnetrotor, der in Umfangssegmenten radial magnetisiert (polarisiert) ist. Die Segmente sind abwechselnd entgegengesetzt gepolt. Der Motor hat ferner einen Stator mit Elektromagneten, deren Spulen auf einen Spulenkörper gewickelt ist und deren Kern in zwei Polstücken endet. Die Elektromagnete sind in einem Fach an einer Stelle am Boden eines kreisförmigen Gehäuses angeordnet. Bei Erregung erzeugt die Spule eine magnetomotorische Kraft, die ein Drehmoment auf den Rotor aus­ übt. Die Spule wird durch eine Kommutierungsschaltung selektiv erregt, welche einen Positionsfühler, vorzugsweise einen Hall­ effektsensor enthält, der auf die Position des Rotors bezüglich des Stators anspricht und ein Signal für die Steuerung der Kommutierungsschaltung liefert.
In der US-PS 45 53 975 ist ein weiterer bürstenloser Gleich­ strommotor beschrieben, der einen ringförmigen Permanentmagnet­ rotor enthält, welcher in entgegengesetzt gepolten Segmenten magnetisiert ist und abwechselnd mit entgegegengesetzten Polen zu einer äußeren Elektromagnetanordnung weist, die an einer Stelle längs des Umfangs des Rotors angeordnet ist. Dieser Motor enthält zwei bifilar gewickelte Spulen, die alternierend entgegengesetzt erregt werden, um das Feld umzukehren, welches von Polstücken ausgeht, die mit den Spulen magnetisch gekoppelt sind.
Die oben erwähnten Gleichstrom-Gebläsemotoren sind einfach im Aufbau, billig in der Herstellung und zuverlässig. Die Elektro­ magnetanordnung und Spule sind jedoch so angeordnet, daß wegen der an einer Stelle längs des Umfanges des Permanentmagneten angeordneten Elektromagnetanordnung eine radiale magnetische Kraft auf den Rotor resultiert. Wenn beispielsweise bei der in Fig. 1 und 2 der DE-OS 33 32 659 dargestellten Anordnung die Statorspule erregt wird, erzeugt das entstehende Magnetfeld radiale Kräfte, welche auf die Polstücke des Statormagneten an einer Seite des Rotors gerichtet sind. Wenn die Erregung der Statorspule wieder verschwindet, verschwinden auch diese radia­ len Kräfte. Es treten also jedesmal, wenn die Statorspule er­ regt wird, radiale Kräfte in einer bestimmten Radialrichtung auf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen sehr einfach aufgebauten und preiswerten bürstenlosen Gleichstrommotor zu schaffen, der sich durch einen sehr ruhigen und vibrations­ freien Betrieb und möglichst geringe Lagerbeanspruchung aus­ zeichnet.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprü­ chen gekennzeichnet.
Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird eine weitgehende Kompensation der periodisch auf den Rotor einwirkenden Radial­ kräfte möglich. Gemäß der vorliegenden Erfindung enthält ein einfacher, bürstenloser Gleichstrommotor einen Rotor mit einem ringförmigen Permanentmagneten und einem wellenförmig gewickel­ ten Stator. Der ringförmige Magnet ist ein relativ großer Ring, der in Segmenten bezüglich seines Umfanges magnetisiert ist. Aufeinanderfolgende Segmente sind entgegengesetzt gepolt. Die wellenförmige Wicklung kann den Ring umgeben und erzeugt in einem Luftspalt an der Außenseite des Magneten alternierend Magnetfelder.
Um den Umfang des ringförmigen Magneten sind eine oder mehr Wellenwicklungen in einem wellenartigen Muster verteilt, bei dem die Position der Wicklung sich in Axialrichtung ändert, wenn man in Umfangsrichtung des Rotors fortschreitet. Mit ande­ ren Worten gesagt, verläuft die wellige Wicklung von einer Stelle an einem Punkt des Stators nahe an der Vorderseite des Motors zu einer Stelle an einem anderen Punkt, die sich näher an der Rückseite des Motors befindet und weiter nach vorne und zurück, bis der Rotor umkreist ist. Bei der Erregung der Wick­ lung wirkt eine Mehrzahl von Feldbereichen auf den ringförmigen Magneten an mehreren Stellen längs des Umfangs des Magneten, so daß sich die Magnetkräfte kompensieren und die auf den Rotor wirkenden resultierenden Radialkräfte sich weitgehend oder ganz aufheben. Schwingungen durch resultierende periodische Radial­ kräfte werden dadurch weitgehend oder ganz vermieden. Eine Wicklung des erwähnten Typs nimmt außerdem in Radialrichtung sehr wenig Raum ein, so daß der Motor sehr kompakt baut. Die Anforderungen an die Rotorlagerung und die Gefahr einer Geräuschentwicklung werden stark herabgesetzt.
Bei einem erfindungsgemäßen Gebläse sind im Rotor Gebläse­ schaufeln angeordnet und an den Magneten des Rotors befestigt, wie es auch bei den oben erwähnten Motoren mit Gebläse der Fall ist. Der Magnet und die Gebläseschaufeln sind auf einer Mittel­ nabe drehbar gelagert. Der Stator enthält ein Gehäuse und eine Halterungsstruktur, die sich von der Nähe des Magneten zur Nabe erstreckt und den Rotor einschließlich der Nabe, die Gebläse­ schaufeln und den Magneten drehbar lagert. Zur Steuerung der Kommutierung können Halleffektsensoren verwendet werden. Das Gehäuse kann ein kleines Fach zur Aufnahme einer Kommutierungs­ schaltung aufweisen, letztere kann jedoch auch separat angeord­ net sein.
Die Wellenwicklung ist vorteilhafterweise auf eine zylindrische Statorstruktur gewickelt, die den Permanentmagnet umgibt, und zwar ist sie nahe bei dem ringförmigen Rotormagneten und mit geringem radialen Abstand außerhalb von diesem angeordnet. Es können zwei wellig gewickelte bifilare Spulen vorgesehen sein, die entgegengesetzt erregbar sind, um alternierende Felder zu erzeugen, welche die aufeinanderfolgenden, entgegengesetzt magnetisierten Segmente des ringförmigen Permanentmagneten des Rotors während des Betriebes anziehen.
Der Stator ist vorzugsweise eisenlos, d. h. daß er keine hoch­ permeablen oder magnetischen Materialien enthält, die den Magnetfluß zu Statorpolen leiten. Der Motor kann daher sehr leicht sein, und da keine vorspringenden Pole aus Magnetmaterial vorhanden sind, kann der Rotormagnet nicht in eine Raststellung gezogen werden, wenn der Rotor zur Ruhe kommt.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf ein Gebläse und einen Motor gemäß einer Ausführungsform mit einem Rotor, der alternierend radial magnetisierte Segmente enthält, und mit einem Stator, der wellenförmig gewickelte Spulen aufweist;
Fig. 2 eine Seitenansicht der Gebläse-Motor-Kombination gemäß Fig. 1, die die wellenförmig gewickelten Statorspulen besser erkennen läßt; und
Fig. 3 ein Schaltbild einer Sensor- und Kommutierungsschal­ tung, die sich für den Betrieb des Motors gemäß Fig. 1 und 2 eignet.
In den Fig. 1 und 2 ist ein Gebläsemotor gemäß einer Aus­ führungsform der Erfindung dargestellt, welche einen Rotor 11 und einen Stator 12 aufweist. Der Rotor 11 enthält einen ring­ förmigen Permanentmagneten 13, der in acht azimutalen Segmenten 14 magnetisiert ist. Die Segmente 14 sind in radialer Richtung abwechselnd entgegengesetzt gepolt, wie durch die Polbezeich­ nungen Nord und Süd angegeben ist. Der ringförmige Permanent­ magnet 13 ist an einem Ring 15 befestigt, von dem sich Gebläse­ schaufeln 16 zu einer Mittelnabe 17 erstrecken. Einzelheiten einer möglichen Lagerungs- und Halterungsanordnung für den Rotor 11 einschließlich der Nabe 17 sind in der oben erwähnten DE-OS 33 32 659 beschrieben; da die verwendete Lagerungs- und Halterungsanordnung kein wesentliches Merkmal der Erfindung darstellt, wird hierauf nicht näher eingegangen.
Der Stator 12 enthält eine Grundplatte 18, die bei der darge­ stellten Ausführungsform im wesentlichen rechteckig bzw. quadratisch ist, aber auch andere Formen, wie kreisförmig, haben kann. Die Grundplatte 18 trägt ein im wesentlichen zylindrisches Bauteil, wie eine Wand 19 mit Zapfen oder Vor­ sprüngen 20 und 20′, die einen größeren bzw. kleineren Abstand von der Grundplatte 18 haben und radial nach außen vorspringen. Auf die Vorsprünge 20 und 20′ ist eine Spulenanordnung 21 ge­ wickelt. Wie dargestellt, ist der Wicklungsdraht alternierend über den einen Vorsprung und unter den nächsten gewickelt und dieses Muster setzt sich fort, so daß sich eine wellenförmige Spulenanordnung ergibt. Die Kämme und Täler der Welle haben unterschiedliche axiale Positionen, bezogen auf die Drehachse des Rotors. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 und 2 hat die Spulenanordnung die Form einer Dreieckwelle. Man kann jedoch auch andere Wellenformen verwenden, z. B. sinusförmig oder recht­ eckwellenförmig. Anstatt die dargestellten Vorsprünge zu ver­ wenden, kann man die Wellenform auch dadurch erreichen, daß man die Drahtwindungen in einen Kanal, eine Rille oder irgendeine andere Halterungsstruktur in oder auf der Wand 19 wickelt. Dem Fachmann stehen auch noch andere Möglichkeiten für die Spulen­ herstellung zur Verfügung, z. B. in Form einer gedruckten Schal­ tung.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel enthält die Spulen­ anordnung 21 zwei bifilar gewickelte Wicklungen L1 und L2, siehe Fig. 3, die durch eine Kommutierungsschaltung 22 getrennt und in entgegengesetzten Richtungen erregbar sind. Wenn Strom durch eine der Wicklungen L1 oder L2 fließt, werden alternie­ rende magnetische Nord- und Südpole, insgesamt acht Pole, längs des Umfangs des Rotors erzeugt. Ein Strom in entgegengesetzter Richtung durch die andere Spule erzeugt Felder der entgegen­ gesetzten Polarität. Wie unten unter Bezugnahme auf Fig. 3 noch erläutert werden soll, wird der Strom durch einen Fühler H1 als Positions­ fühleranordnung in Form eines Hallschalters einer Kommutierungsschaltung 22 so gesteuert, daß die verschiedenen Pole zeitlich so erzeugt wer­ den, daß auf den ringförmigen Permanentmagneten 13 ein Dreh­ moment ausgeübt und dadurch der Rotor 11 in Umdrehung versetzt wird. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 und 2 ist der Hall­ schalter außen auf der zylindrischen Wand 19 montiert.
Der Stator 12 enthält ferner Streben 23, die von einem eine Drehachse 24 bildenden mittigen Statorvorsprung zur Grundplatte 18 näherungsweise radial nach außen verlaufen. An den Ecken der Grundplatte sind Montageansätze 25 mit Löchern 26 vorgesehen, so daß das Motorgebläse 10 beispielsweise durch nicht veranschau­ lichte Bolzen oder Schrauben montiert werden kann.
Ein typisches Beispiel einer Kommutierungsschaltung 22, die sich für die Steuerung des Motors eignet, ist in der DE-OS 33 32 659 dargestellt und in Fig. 3 wiedergegeben. Es sind auch noch andere geeignete Schaltungen bekannt und in der Patent­ literatur beschrieben.
Beim Anlaufen wird die Spulenanordnung 21 erregt, so daß auf den ringförmigen Permanentmagneten 13 ein Anlaufdrehmoment ausgeübt wird. Der Fühler H1 steuert die Erregung der Spulen­ anordnung 21 so, daß ihre Wicklungen L1 und L2 alternierend er­ regt und die sich nähernden Pole des ringförmigen Rotormagneten durch das entstehende elektromagnetische Feld angezogen werden. Wenn der Fühler H1 einen Wechsel des vom Rotor 11 erzeugten magnetischen Feldes infolge der Ankunft eines neuen, entgegen­ gesetzt magnetisch gepolten Segments in seiner Nähe wahrnimmt, wird das bei dem ringförmigen Permanentmagneten herrschende magnetische Feld durch die Kommutierungsschaltung gemäß Fig. 3 umgepolt, so daß die sich als nächstes nähernden Pole des ring­ förmigen Rotormagneten angezogen werden. Diese Sequenz wieder­ holt sich, bis der Rotor eine Gleichgewichtsdrehzahl erreicht, bei der die aerodynamische Last gleich der Motorleistung ist.
Die wellenförmige Wicklung erzeugt Pole in den Bereichen 30, 31, 32 und 33 der Fig. 2 abwechselnd unterhalb und oberhalb der Spulenanordnung 21 und fortlaufend um den Rotor 11 herum. Betrachtet man den Verlauf und die Richtung der um einen Leiter erzeugten magnetischen Flußlinien, so sieht man, daß das Feld in zwei benachbarten Bereichen jeweils entgegengesetzt gerichtet ist und daß eine Umkehr der Stromrichtung auch eine entsprechende Umkehr der Feldrichtung in jedem Bereich zur Folge hat. Es ist ferner ersichtlich, daß für jeden Bereich, in dem ein Feld erzeugt wird, das eine radiale Anziehung auf den Permanent­ magneten 13 ausübt, ein genau um 180° entfernter Bereich existiert, der die gleiche radiale Kraft in der entgegengesetz­ ten Richtung ausübt, so daß sich diese Kräfte kompensieren und die sich wiederholenden Radialkräfte, die dazu neigen, Schwin­ gungen und Geräusche zu erzeugen, sich gegenseitig aufheben. Die Statorwicklungen können so gewickelt werden, daß weniger oder mehr Polbereiche entstehen, und der Rotormagnet kann in gleicher Weise weniger oder mehr entgegengesetzt gepolte Segmente aufweisen. In allen Fällen läßt sich die beste Stelle für den Fühler H1 leicht empirisch ermitteln, so daß das Schal­ ten genau dann stattfindet, wenn neue Segmente an einen Ort ge­ langen, wo sie durch einen umgeschalteten Statorfeldbereich angezogen werden können.
Bei der Kommutierungsschaltung gemäß Fig. 3 steuert der Fühler H1, bei dem es sich um einen Hallschalter handeln kann, zwei Transistoren Q1 und Q2, deren Kollektor-Emitter-Strecken jeweils mit einer der Wicklungen L1 bzw. L2 in Reihe geschaltet sind. Bei Einwirkung eines Magnetfeldes einer vorgegebenen Richtung oder Polarität öffnet (unterbricht) der Hallschalter H1 den Strom­ weg von einer Leitung 51 (Stift 3) nach Masse (Stift 2), während er bei Einwirkung eines Feldes der entgegengesetzten Polarität den Stromweg von der Leitung 51 nach Masse durchschaltet.
Bei unterbrochenem Stromweg zwischen der Leitung 51 und Masse ist der Spannungsabfall an in Reihe geschalteten Widerständen R2, R3 und R4 sehr klein und die Basis-Emitter-Spannung des Transistors Q1 reicht aus, um Q1, ein NPN-Darlington-Paar, das in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht ist und als Einzel­ bauteil vertrieben wird, durchzuschalten. Das Darlington-Tran­ sistorpaar hat einen hohen Verstärkungsfaktor, so daß der kleine Basisstrom durch R2, R3 und R4 ausreicht, Q1 durchzu­ schalten und die Wicklung L2 zu erregen. Wenn der Stromweg durch H1 unterbrochen ist, reicht die Basis-Emitter-Spannung von Q2 nicht aus, um Q2 durchzuschalten, da Q2 ein PNP-Leistungs­ transistor ist, welcher eine stärkere Basisansteuerung zum Durchschalten benötigt. Bei gesperrtem Q2 fließt also kein Strom durch die Wicklung L1. Wenn der Hallschalter H1 einem Magnet­ feld der entgegengesetzten Richtung oder Polarität ausgesetzt wird, verbindet er die Leitung 51 mit Masse, so daß an den Widerständen R2 und R3 ein Spannungsabfall auftritt, der nahezu gleich der vollen Eingangsspannung, beispielsweise etwa 12 Volt, ist und eine Basis-Emitter-Spannung für Q2 erzeugt, die für ein Durchschalten von Q2 ausreicht. Das Durchschalten von Q2 hat zur Folge, daß nun Strom durch die Wicklung L1 fließt. Anderer­ seits reicht die Basis-Emitter-Spannung von Q1 nun nicht mehr aus, um Q1 durchzuschalten, so daß kein Strom mehr durch die Wicklung L2 fließt. Die Wicklungen L1 und L2 werden also als Reaktion auf die Wahrnehmung unterschiedlicher Magnetfelder durch den Fühler H1 alternierend erregt und entregt. Anstatt zwei getrennte Spulenwicklungen L1 und L2 vorzusehen, kann auch nur eine einzige Wicklung in Kombination mit einer Schaltungs­ anordnung zum alternierenden Umkehren des Stromes in dieser Wicklung verwendet werden.
Die Kommutierungsschaltung gemäß Fig. 3 enthält im übrigen noch einen Kondensator C1, der Schaltüberspannungen dämpft, die beim abrupten Schalten der Spulenanordnung 21 auftreten, einen Strom­ begrenzungswiderstand R1, eine geeignete Schutzvorrichtung, wie eine Sicherung TP1 und eine Diode CR1, welche eine Stromumkehr durch die Eingangsleitungen zurück zur Stromversorgung ver­ hindert. Die Schaltungselemente können auf einer gedruckten Schaltungsplatte montiert sein, die im wesentlichen die gleiche Form wie der Hohlraum eines nicht dargestellten Faches in der Grundplatte 18 haben kann. Die Kommutierungsschaltung 22 kann jedoch auch getrennt vom Chassis des Motorgebläses angeordnet sein.
Durch die vorliegende Erfindung wird also ein einfach aufgebau­ ter bürstenloser Gleichstrommotor geschaffen, bei dem die feld­ erzeugende Anordnung des Stators 12, die Spulenanordnung 21, sehr wenig zur radialen Abmessung beiträgt. Bei Verwendung für ein Gebläse kann daher ein großer Prozentsatz der radialen Ab­ messung des Motors für die luftfördernde Vorrichtung verwendet werden. Die radiale Abmessung des Stators, d. h. die radiale Dicke der zylindrischen Wand 19, der Spulenanordnung 21 und der Vorsprünge 20 und 20′, ist bei der bevorzugten Ausführungsform nicht größer als die radiale Dicke des Rings 15 und des Permanentmagne­ ten 13. Daher ist diese Statoranordnung auch in Fällen besonders vorteilhaft, bei denen eine große Mittelöffnung, die von einer relativ schmalen Struktur umgeben ist, gebraucht wird, obwohl die Spulenanordnung den schmalen ringförmigen Permanentmagneten umgibt.

Claims (8)

1. Bürstenloser Gleichstrommotor mit
  • a) einem um eine Drehachse (24) drehbaren Rotor (11), der einen aus mehreren Segmenten (14) be­ stehenden, ringförmigen Permanentmagneten (13) mit einer großen Mittelöffnung aufweist, wobei die Segmente (14) in Umfangsrichtung des ringförmigen Permanentmagneten (13) wechselnde magnetische Polung haben,
  • b) einem Stator (12) ohne Eisenteile, der den Rotor (11) um­ gibt und eine Spulenanordnung (21) aufweist, die aus zwei bifilar gewickelten, wellenförmigen Wicklungen (L1, L2) be­ steht, wobei die Wicklungen (L1, L2) eine im wesentlichen konstante radiale Entfernung von der Drehachse (24) beibe­ halten, aber eine sich in Axialrichtung derart ändernde Lage aufweisen, daß ein Zick-Zack-Muster von aufeinander­ folgenden, im wesentlichen geraden Wicklungssegmenten ent­ steht, wobei die Anzahl der Wicklungssegmente der Anzahl der Segmente (14) des Permanentmagneten (13) entspricht,
  • c) einer Positionsfühleranordnung (H1) zur Ermittlung der Position des Rotors (11) bezüglich des Stators (12); und
  • d) eine auf die Positionsfühleranordnung (H1) ansprechende An­ ordnung (Transistoren Q1, Q2) zur Zufuhr von elektrischem Strom zu den Wicklungen (L1, L2) derart, daß die Wicklungen (L1, L2) abwechselnd erregt werden und jeweils entgegenge­ setzt gerichtete Felder erzeugen, die auf den Permanent­ magneten (13) des Rotors (11) ein Drehmoment ausüben.
2. Bürstenloser Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Permanentmagnet (13) die Form eines schmalen Rings hat, dessen Innendurchmesser mindestens doppelt so groß ist wie die radiale Dicke des Rings.
3. Bürstenloser Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente (14) radial magnetisiert sind.
4. Bürstenloser Gleichstrommotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (12) ein Gehäuse enthält, das am Umfang des Umlaufweges des ringförmigen Permanentmagneten (13) eine zylindrische Wand (19) bildet, und daß die Spulenanordnung (21) die Form einer längs dieser Wand (19) axial oszillierenden Welle hat.
5. Bürstenloser Gleichstrommotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an der Wand (19) in Umfangsrichtung be­ abstandete Vorsprünge (20, 20′) vorgesehen sind, diene Wick­ lungen (L1, L2) der Spulenanordnung (21) tragen.
6. Bürstenloser Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Gebläseschaufeln (16) vor­ gesehen sind, die im Inneren des ringförmigen Permanentmagneten (13) gelagert und mit dem Magneten verbunden sind.
7. Bürstenloser Gleichstrommotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gebläseschaufeln (16) von der Innenseite des ringförmigen Permanentmagneten (13) zu einer Mittelnabe (17) erstrecken; daß der Stator (12) eine Drehachse (24) hat, an dem die Nabe (17) der Gebläseschaufeln (16) und die Rotor­ teile einschließlich des ringförmigen Permanentmagneten (13) drehbar gelagert sind; daß der Stator (12) außerdem Streben (23) ent­ hält, die sich von der Drehachse (24) zu einem Gehäuse er­ strecken, das die Spulenanordnung (21) in der Nähe des Umlauf­ weges des ringförmigen Permanentmagneten (13) trägt; und daß die wellenförmige Wicklung der Spulenanordnung (21) den ring­ förmigen Permanentmagneten (13) in Umfangsrichtung umfaßt.
8. Bürstenloser-Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionserfassungsein­ richtung nur einen einzigen Fühler (H1) aufweist.
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Publications (2)

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FR (1) FR2577355B1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10036339A1 (de) * 2000-07-26 2002-02-07 Bayerische Motoren Werke Ag Gebläse mit einem Lüfterrad und einem zugehörigen Antriebsmotor
DE10156941B4 (de) * 2001-11-20 2007-05-31 Sunonwealth Electric Machine Industry Co., Ltd. Bürstenloser Gleichstrommotor

Families Citing this family (39)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
MX161230A (es) 1985-12-23 1990-08-24 Unique Mobility Inc Mejoras en transductor electromagnetico de peso ligero
US5319844A (en) * 1985-12-23 1994-06-14 Unique Mobility, Inc. Method of making an electromagnetic transducer
NZ221822A (en) * 1987-09-15 1990-02-26 Clark Automotive Dev Permanent magnet motor
AU606748B2 (en) 1987-09-15 1991-02-14 Wellington Drive Technologies Limited A motor or alternator
US4876492A (en) * 1988-02-26 1989-10-24 General Electric Company Electronically commutated motor driven apparatus including an impeller in a housing driven by a stator on the housing
US4856078A (en) * 1988-03-23 1989-08-08 Zenith Electronics Corporation DC fan speed control
AU3693589A (en) * 1988-05-25 1989-12-12 Cadac Holdings Limited Rotor position sensing
US5075606A (en) * 1989-01-27 1991-12-24 Lipman Leonard H Solid state DC fan motor
DE3942679A1 (de) * 1989-12-22 1991-06-27 Ekato Ind Anlagen Verwalt Mischvorrichtung
US5126545A (en) * 1990-01-16 1992-06-30 Symbol Technologies, Inc. Portable laser scanning system having a motor drive with no DC windings
US6348752B1 (en) * 1992-04-06 2002-02-19 General Electric Company Integral motor and control
AU5303796A (en) * 1995-03-16 1996-10-02 Charles J. Flynn Self-starting controllable ac motor
US5579188A (en) * 1995-06-06 1996-11-26 Seagate Technology, Inc. Ironless spindle motor for disc drive
US5850318A (en) * 1995-06-06 1998-12-15 Seagate Technology, Inc. Slotless spindle motor for disc drive
US5982122A (en) * 1996-12-05 1999-11-09 General Electric Company Capacitively powered motor and constant speed control therefor
US6132186A (en) * 1997-08-06 2000-10-17 Shurflo Pump Manufacturing Co. Impeller pump driven by a dynamo electric machine having a stator comprised of a mass of metal particles
US6034465A (en) * 1997-08-06 2000-03-07 Shurfle Pump Manufacturing Co. Pump driven by brushless motor
US6055126A (en) 1998-07-06 2000-04-25 Seagate Technology, Inc. Disc drive having hydrodynamic labyrinth seal and magnet shield
FR2816013A1 (fr) * 2000-10-31 2002-05-03 Faurecia Ind Unite de ventilation pour un echangeur de chaleur, notamment de vehicule automobile
FI20010652A (fi) * 2001-03-29 2002-09-30 Flaekt Ab Sähkökäyttöisen laitteen elektroniikan jäähdytys
JP3911663B2 (ja) * 2001-10-11 2007-05-09 ミネベア株式会社 ブラシレス直流ファンモータのドライブ回路
US6724183B2 (en) * 2002-01-02 2004-04-20 Intel Corporation Method and apparatus for detecting bearing failure
US6700266B2 (en) * 2002-01-02 2004-03-02 Intel Corporation Multiple fault redundant motor
US6791209B2 (en) * 2002-01-02 2004-09-14 Intel Corporation Power and control for power supply fans
US6819017B2 (en) * 2002-01-02 2004-11-16 Intel Corporation Method and apparatus for fan redundancy
FI113504B (fi) * 2002-03-07 2004-04-30 Flaekt Woods Ab Kestomagneettimoottorin roottorin valmistusmenetelmä
US6896492B2 (en) * 2002-08-28 2005-05-24 Motorola, Inc. Magnetically driven air moving apparatus, with magnetically tipped fan blades and a single field coil and core
TWI222268B (en) * 2003-08-26 2004-10-11 Delta Electronics Inc Fan system
TWI249898B (en) * 2004-08-27 2006-02-21 Delta Electronics Inc Brushless DC motor and driver used therein
US20110088867A1 (en) * 2006-01-19 2011-04-21 Airxchange, Inc. System for and Method of Rotating Wheels in Rotary Air-to-Air Energy and Moisture Transfer Systems
CA2636731A1 (en) * 2006-01-19 2007-10-18 Airxchange, Inc. Improvements in system for and method of rotating wheels in rotary air-to-air energy recovery and desiccant dehumidification systems
US7646178B1 (en) 2009-05-08 2010-01-12 Fradella Richard B Broad-speed-range generator
EP2354557B1 (de) * 2010-01-22 2013-09-18 Micronel AG Vorrichtung mit einem Stator und einem in diesem gelagerten Rotor
US20120112461A1 (en) * 2011-12-21 2012-05-10 Earth Sure Renewable Energy Corporation Dual use fan assembly for hvac systems and automotive systems to generate clean alternative elecric energy
WO2018117910A1 (ru) * 2016-12-22 2018-06-28 Дмитрий Владимирович ВЕДЕНИН Устройство для передачи механической энергии текучей среде
RU172875U1 (ru) * 2016-12-22 2017-07-28 Дмитрий Владимирович Веденин Устройство для передачи механической энергии текучей среде
US10473107B1 (en) * 2017-11-29 2019-11-12 Stephen Thomas Newton Variable performance axial flow ducted fan with high efficiency and reduced current drawn
US10796846B2 (en) 2018-05-23 2020-10-06 Matrix Design Group, Llc Long range coil and power source for a magnetic field generator
US11895803B2 (en) * 2020-06-27 2024-02-06 Intel Corporation Fan for an electronic device

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1996195A (en) * 1933-05-05 1935-04-02 Julian K Ferguson Electric fan
US2472039A (en) * 1946-12-09 1949-05-31 Zacharias Erhard Electric fan
US2697986A (en) * 1952-04-05 1954-12-28 Jr James M Meagher Axial flow glandless impeller pump
US3140434A (en) * 1959-08-11 1964-07-07 Ass Elect Ind Bistable multivibrator controlled oscillating d.-c. motor
US3230434A (en) * 1962-09-18 1966-01-18 Gen Precision Inc Motor fitted with hall generator and semiconductor controls
US3418550A (en) * 1966-06-14 1968-12-24 Gen Electric Brushless adjustable speed drive
DE1613380A1 (de) * 1967-04-21 1970-09-24 Siemens Ag Kollektorloser Gleichstom-Kleinstmotor
DE1638216A1 (de) * 1968-02-07 1971-07-01 Hornstein Wolf Freiherr Von Buerstenloser Gleichstrommotor
US3531672A (en) * 1968-12-10 1970-09-29 Nathan E Knecht Stator winding having maximum of two adjacent end turns
GB1444549A (en) * 1972-11-23 1976-08-04 Lucas Electrical Ltd Method of manufacturing a dynamo electric machine
US4011475A (en) * 1973-06-23 1977-03-08 Papst-Motoren Kg Torque equalized brushless permanent magnet rotor motor
US4025831A (en) * 1975-02-18 1977-05-24 Webb Robert L Brushless direct current motor
DE2532575A1 (de) * 1975-07-21 1977-02-10 Oskar Hubert Richt Synchronmotor
DE2647675C3 (de) * 1975-10-23 1983-01-20 Hitachi, Ltd., Tokyo Elektromotor
NL163075C (nl) * 1976-07-12 1980-07-15 Gils Adrianus Van Gelamineerde wikkeling voor elektrische machines.
DE2730142C2 (de) * 1977-07-04 1988-01-21 Papst-Motoren GmbH & Co KG, 7742 St Georgen Kollektorloser Gleichstrommotor der zweisträngigen Bauart
JPS5424073A (en) * 1977-07-25 1979-02-23 Hitachi Ltd Magnetism detecting apparatus
IT1083394B (it) * 1977-07-28 1985-05-21 Fiat Spa Apparecchiatura di alimentazione regolazione e comando per macchine elettriche in corrente continua a commutazione eletronica
US4373148A (en) * 1981-02-17 1983-02-08 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Rotating electric machine having a toroidal wound motor winding
FR2501933A1 (fr) * 1981-03-13 1982-09-17 Peugeot Aciers Et Outillage Unite de ventilation, notamment pour un moteur a combustion interne
DE3113532A1 (de) * 1981-04-01 1982-11-04 Jai-Chun Dipl.-Ing. 1000 Berlin Chang "elektrische maschine"
JPS5889054A (ja) * 1981-11-20 1983-05-27 Japan Servo Co Ltd 回転電機
US4459087A (en) * 1982-06-02 1984-07-10 Aciers Et Outillage Peugeot Fan unit for an internal combustion engine of automobile vehicle
CA1205115A (en) * 1982-09-10 1986-05-27 Clyde J. Deavers Simple brushless dc fan motor
ATE26634T1 (de) * 1982-12-10 1987-05-15 Micronel Ag Ventilator mit elektronisch kommutiertem gleichstrommotor.
US4553075A (en) * 1983-08-04 1985-11-12 Rotron Incorporated Simple brushless DC fan motor with reversing field
US4563622A (en) * 1984-07-12 1986-01-07 Rotron Incorporated Simple brushless DC fan motor

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10036339A1 (de) * 2000-07-26 2002-02-07 Bayerische Motoren Werke Ag Gebläse mit einem Lüfterrad und einem zugehörigen Antriebsmotor
DE10156941B4 (de) * 2001-11-20 2007-05-31 Sunonwealth Electric Machine Industry Co., Ltd. Bürstenloser Gleichstrommotor

Also Published As

Publication number Publication date
DE3602138A1 (de) 1986-08-14
US4618806A (en) 1986-10-21
CA1267690A (en) 1990-04-10
FR2577355A1 (fr) 1986-08-14
FR2577355B1 (fr) 1995-05-24
JPS61189162A (ja) 1986-08-22

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