DE3632509A1

DE3632509A1 - Buerstenloser gleichstrommotor

Info

Publication number: DE3632509A1
Application number: DE19863632509
Authority: DE
Inventors: Yasuo Suzuki; Tetsuo Kawamoto; Ryo Motohashi; Masato Nagai; Katsumi Takegawa; Naohiro Taniguchi
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1985-09-25
Filing date: 1986-09-24
Publication date: 1987-04-02
Also published as: JP2575628B2; DE3632509C2; JPS6271465A; US4704567A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen bürstenlosen Gleichstrommotor und insbesondere auf einen bürstenlo sen Motor, der mit einem Gleichstrom anläuft und damit in kleinen elektrischen Geräten bestens verwendbar ist.

Ein derartiger bürstenloser Gleichstrommotor umfaßt ei nen Stator mit einem Kern und auf den Kern gewickelten Spulen zum Erregen und zum abwechselnd entgegengesetz ten Polarisieren von radial sich erstreckenden Poltei len des Stators sowie einen Rotor mit einem Permanent magnet, der beispielsweise längs seines Umfangs nach einander entgegengesetzt polarisiert ist. Dabei ist der Stator so angeordnet, daß der in die Statorspulen nacheinander in entgegengesetzten Richtungen geleitete Gleichstrom den Rotor dreht. Der Motor wird zum Antrieb speziell in kleinen elektrischen Geräten, wie beispiels weise Kühlventilatoren, benützt.

In bürstenlosen Gleichstrommotoren sind üblicherweise die magnetischen Polteile, die sich aus einem Kernteil des Stators erstrecken und der magnetisierten inneren Umfangsfläche des Außenläufers gegenüberstehen, alle gleich dimensioniert. Es ist daher erforderlich, eine getrennte Vorrichtung vorzusehen, die dem Rotor ein An laufmoment in einer vorbestimmten Richtung erteilt. Ei ne derartige Anordnung verleiht dem Rotor Selbstanlauf eigenschaften dergestalt, daß der Rotor sich stets in der vorbestimmten Richtung dreht. Dies machte aber den Aufbau ziemlich kompliziert.

Ein bürstenloser Gleichstrommotor, bei dem der Selbst anlauf lediglich mit vorhandenen Bauteilen erreicht wurde, wurde in der US-PS 44 29 263 vorgeschlagen. Der Rotor umfaßt dort einen vierpoligen Permanentmagnet, der symmetrisch über der Drehachse abwechselnd entgegen gesetzt polarisiert ist. Der Stator weist vier symme trisch angeordnete und im wesentlichen T-förmige Pol teile auf und trägt Spulen, die die Polteile abwechselnd in entgegengesetzter Polarität erregen. Zwischen der inneren Umfangsfläche des Rotors und den äußeren Um fangsflächen der Polteile befinden sich Spalte, die sich allmählich entgegen dem Uhrzeigersinn erweitern. Im nicht erregten Zustand ist daher die magnetische Flußdichte in den Spalten auf der Seite des einen Um fangsendes im Uhrzeigersinn jedes Polteils höher als auf der Seite des anderen Endes entgegen dem Uhrzeiger sinn. Der Rotor bleibt so stehen, daß die Mitte der je weiligen Polzonen im Uhrzeigersinn aus der Mitte der jeweils entgegengesetzten Polteile des Stators leicht verschwenkt ist. Wenn die Stator-Polteile so erregt sind, daß sie jeweils die gleiche Polarität wie die ge rade gegenüberliegenden Rotor-Polteile aufweisen, tritt daher eine magnetische Abstoßung zwischen den gegenüber liegenden Stator- und Rotor-Polen ein und der Rotor dreht im Uhrzeigersinn. Auf diese Weise ist der bürsten lose Motor der US-PS mit der Selbstanlaufeigenschaft ver sehen.

Für Fachleute ist es andererseits klar, daß das Ausmaß der Verschwenkung zwischen den Stator- und Rotor-Polen im nicht erregten Zustand voll in die Anlaufbewegung oder das Anlaufdrehmoment des Motors eingeht. Unter die sem Blickwinkel weist der Motor der US-PS Nachteile auf, weil das Anlaufmoment nicht vergrößert werden kann. Das bloße allmähliche Aufweiten der Spalte zwischen den Sta tor-Polteilen und den Rotor-Polen entgegen dem Uhrzeiger sinn ergibt nämlich nur eine verhältnismäßig kleine Um fangsverschwenkung der Rotorpole gegenüber den Stator polteilen.

Zahlreiche von den Erfindern entwickelte Einzelstücke von Motoren erzielen die Selbstanlaufeigenschaft mit einem hohen Anlaufmoment, einer davon wurde angeregt durch die US-PS 36 14 495. Die Weiterentwicklung wurde Jahrelang auf der Grundlage dieser Einzelstücke betrie ben. In dieser US-PS 36 14 495 wird ein Wechselstrom motor mit gegenüberliegenden Stator- und Rotor-Flächen vorgeschlagen. Der Rotor besteht aus einem scheibenför migen Permanentmagnet mit abwechselnd magnetisierten Polen in radial gleichmäßig aufgeteilten Abschnitten. Der Stator, ebenfalls scheibenförmig, weist sich radial erstreckende Polzähne auf, die in ihrer Anzahl den Ro torpolen entsprechen und abwechselnd angeordnete brei tere Hauptzähne und schmalere Nebenzähne umfassen. Die Nebenzähne sind in einer gewünschten Drehrichtung des Rotors verschwenkt in der Nähe eines der benachbarten Hauptpolzähne angeordnet. Dadurch werden die zugehöri gen Polzähne nacheinander in entgegengesetzter Polarität erregt, und der Rotor dreht selbstanlaufend in der ver schwenkten Richtung. Wenn die Breite der Haupt-Polzähne doppelt so groß ist wie die der Neben-Polzähne, kann eine ausreichend große elektrische Winkeldifferenz für ein großes Anlaufmoment bezüglich der Rotorpole zwischen den Haupt- und den Neben-Polzähnen erreicht werden.

Die erwähnte Anordnung von gegenüberliegenden Flächen von Rotor und Stator eines Wechselstrommotors konnte nicht ohne weiteres auf einen Gleichstrommotor des, bei spielsweise, Außenläufertyps angewandt werden. Es be stand die Forderung, einen bürstenlosen Gleichstrommotor zu schaffen, in dem von den Grundlagen der US-PS 36 14 495 Gebrauch gemacht wird.

Hiervon ausgehend wurde ein bürstenloser Gleichstrom motor geschaffen, welcher Gegenstand der Patentanmeldung P 35 29 174.5-32 ist. Bei diesem Gleichstrommotor ist einer der überstehenden Statorpole, welcher sich in Vor wärts- und Rückwärtsrichtung bezüglich des Drehsinns des Rotors erstreckt, um einen vorbestimmten elektrischen Winkel versetzt gegenüber einer in Umfangsrichtung gleich mäßig beabstandeten Stellung bezüglich des anderen Stator pols und ist in ausreichendem Maße kleiner als der andere Pol, wodurch erreicht wird, daß der Rotor sicher und stets nur in der gewünschten Richtung anläuft. Auf diese Weise wird zwar das angestrebte Anlaufverhalten erreicht, je doch bestehen weiterhin ungelöste Probleme. So wird bei spielsweise der Raumfaktor bei den Wicklungen auf den je weiligen Statorpolen verschlechtert, weil die Abstände zwischen den Statorpolen zwangsläufig vermindert werden, so daß die Anzahl von Windungen der Wicklung kleiner ge macht werden muß, woraus wiederum gegebenenfalls ein ver mindertes Drehmoment des Motors resultiert. Ferner besteht die Gefahr, daß die Wicklungen auf den verschiedenen Sta torpolen miteinander direkt in Berührung kommen, wenn versucht wird, die Wicklungen möglichst groß zu machen; hierdurch wird eine Wickeltechnik erforderlich, die auf wendig und kompliziert ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen bürstenlosen Gleichstrommotor zu schaffen, bei dem ohne Erhöhung der Anzahl von erforderlichen Bauteilen das Anlaufverhalten verbessert wird, wobei weiterhin eine Vereinfachung der Wickeltechnik angestrebt wird, der Wicklungs-Raumfaktor vergrößert werden soll und sowohl beim Anlaufen als auch im Normalbetrieb ein hohes Dreh moment erzielt werden soll.

Entsprechend der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch einen bürstenlosen Gleichstrommotor mit einem Stator, der auf einen Kern gewickelte Spulen zum Erre gen wenigstens eines Paars von magnetischen Polteilen, die sich vom Kern aus erstrecken, in abwechselnd entge gengesetzter Polarität, und einem Rotor aus einem Perma nentmagnet, der abwechselnd am Umfang fortlaufend in der Drehrichtung des Rotors entgegengesetzt gepolte Oberflä chen aufweist und der in Drehung versetzt wird durch ei nen abwechselnd in seiner Flußrichtung umgekehrten Gleich strom, der in die Statorspulen eingespeist wird. Eines der in gleichen mechanischen Winkelabständen angeordne ten Polteile des Stators ist kleiner als ein anderes Polteil ausgebildet, insbesondere dadurch, daß ein Teil des in Umfangsrichtung verbreiterten Polschuhs ausgespart oder teilweise abgeschnitten wird. Die Flußrichtung des in die Statorspulen eingespeisten Gleichstroms kann ab hängig von den Stellungen des Rotormagnets gesteuert werden, die durch ein Hall-Element gemeldet werden, das jeweils die Polarität einer der magnetisierten Flächen des Rotormagnets in einer vorbestimmten Stellung erkennt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen und aus der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch einen bürstenlosen Gleichstrommotor mit Außen läufer entsprechend einem Ausführungs beispiel der Erfindung, längs der Linie I-I in Fig. 2;

Fig. 2 einen waagerechten Schnitt durch den bürstenlosen Motor von Fig. 1;

Fig. 3 bis 5 Schnitte ähnlich der Fig. 2, wobei verschiedene Phasen der Drehung des Rotors im Motor der Fig. 1 gezeigt sind;

Fig. 6 eine Stromversorgungs-Steuerschaltung für Statorspulen;

Fig. 7 ein Diagramm, das den Funktionszusammen hang zwischen dem Drehwinkel und dem Drehmoment des Rotors im bürstenlosen Motor von Fig. 1 zeigt;

Fig. 8 ein Diagramm, das die Magnetverteilung bei dem Rotor des Gleichstrommotors nach Fig. 1 zeigt; und

Fig. 9 einen waagerechten Schnitt eines bürsten losen Außenläufer-Gleichstrommotors nach einer weiteren Ausführungsform.

In den Fig. 1 bis 5 ist ein bürstenloser Außenläufer- Zweipol-Motor 10 entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Der Motor 10 umfaßt einen Stator 11 und einen ringförmigen Rotor 12, der koaxial um den Stator herum angeordnet ist. Im einzelnen umfaßt der Stator 11 einen geblechten Kern 13 mit zwei Polteilen, die einen breiteren Pol 14 und einen schmaleren Pol 15 aufweisen. Die Polteile erstrecken sich radial aus einem Zentralteil des Kerns heraus und sind in Umfangsrichtung verbreitert. Der eine, breitere Pol 14 ist allgemein T-förmig. Der an dere, schmalere Pol 15 ist annähernd L-förmig. Dadurch bilden eine breitere Endfläche 16 des Pols 14 und eine schmalere Endfläche 17 des Pols 15 je einen Teil einer zylindrischen Fläche, die durch einen schmalen Spalt von der inneren Umfangsfläche des weiter außen angeordneten Rotors 12 beabstandet ist. Im gezeichneten Ausführungs beispiel sind die axialen Mittellinien dieser Pole 14 und 15 symmetrisch und in gleichen Winkelabständen von 180° angeordnet. Die Umfangsbreite des schmalen Pols 15 ist genügend kleiner als die des breiten Pols 14. Die Umfangsbreite D ₂ des schmaleren, L-förmigen Pols 15 be trägt vorzugsweise weniger als 50% der Umfangsbreite D ₁ des breiteren Poles 14. Hieraus ergibt sich, daß die axiale Mittellinie des sich in Umfangsrichtung verbrei ternden, L-förmigen, schmaleren Poles 15 versetzt ist gegenüber einer Stellung diametral gegenüber der Mittel linie des T-förmigen, breiteren Poles 14, wobei die Ver setzung vorzugsweise einem elektrischen Winkel von 25 bis 30° in Drehrichtung des Rotors 12 entspricht. Der L-förmige, schmalere Pol 15 weist somit einen Polschuhteil 15 a auf, der sich in der einen Umfangsrichtung erstreckt und in der entgegengesetzten Umfangsrichtung abgeschnitten ist. Auf der abgeschnittenen Seite kann der Pol 15 so belassen bleiben, wird aber vorzugsweise auf der betreffenden Sei te wenigstens teilweise oder um ein kurzes Stück verbrei tert, um das Aufbringen der Wicklung zu erleichtern. Ge mäß einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, daß hier ein unmagnetisches Teil 15 b angesetzt wird, das bei spielsweise ein Kunststoffteil ist, welches symmetrisch zu dem Polschuhteil 15 a ausgebildet und durch geeignete Mittel auf der freien Seite des Poles 15 befestigt ist, um sich in der anderen Umfangsrichtung zu erstrecken.

Am Stator 11 sind Spulen 18 und 19 auf die radial über stehenden Schenkel der Pole 14 und 15 bifilar gewickelt. Ein Gleichstrom, der durch einen im einzelnen später be schriebenen Steuerkreis in die Spulen gespeist wird, fließt in abwechselnd entgegengesetzter Richtung durch die Spulen. Dadurch werden die Pole 14 und 15 abwechselnd in entgegengesetzter Polarität magnetisiert. Der Kern 13 ist axial an einer hohlen zylindrischen Traghülse 20 be festigt, die ihrerseits mit einem axialen Ende an einem Einbaurahmen 21 befestigt ist.

Der Rotor 12 umfaßt ein umgedrehtes schüsselförmiges Joch 22, das in der Mitte des obenliegenden Bodens am oberen Ende einer Drehwelle 23 befestigt ist, die die Traghülse 20 durchdringt. Das Joch 22 erstreckt sich abwärts vom Einbaurahmen 21 und ist drehbar in der Hül se 20 mit Hilfe von in die Hülse eingesetzten oberen und unteren Lagern 24 und 25 gehalten. An der inneren Seiten wand des Jochs 22 gegenüber den Endflächen 16 und 17 der Statorpole und getrennt durch den schmalen Spalt ist ein zylindrischer Permanentmagnet 28 befestigt, der zwei ma gnetisierte Flächen 26 und 27 von abwechselnd entgegen gesetzter Polarität aufweist. Die magnetisierten Flächen erstrecken sich im wesentlichen über einen Bereich von 180 Winkelgrad (im vorliegenden Fall gleich dem mecha nischen Drehwinkel). Der Permanentmagnet 28 umfaßt ein zylindrisches, wie angegeben magnetisiertes Teil, kann aber auch aus zwei bogenförmigen Permanentmagneten ge bildet sein, die in entgegengesetzter Polarität zuein ander auf ihrer inneren Umfangsfläche magnetisiert und einstückig verbunden sind.

Innerhalb des Rotors 12 und an einer Stelle, die sich in der Drehrichtung im wesentlichen im Abstand von neun zig elektrischen Winkelgraden von der Mittellinie des breiten Statorpols 14 befindet, ist ein Hall-Element 29 beispielsweise in einem integrierten Schaltkreis ange ordnet, um die Stellungen des Rotors über die Polarität einer der magnetisierten Rotorflächen 26 und 27, die dem Element gegenüberliegt, zu ermitteln. Die Signale des Elements werden einem Spulenstrom-Steuerkreis zugeführt, der weiter unten beschrieben wird.

Die Wirkungsweise des bürstenlosen Motors 10 des voran gehenden Ausführungsbeispiels wird unter Bezug auf Fig. 6 beschrieben, die einen Stromversorgungs-Steuerkreis PPC für die Spulen 18 und 19 zeigt. Wenn den Spulen 18 und 19 keine elektrische Energie zugeführt wird und der Motor aus diesem Grund sich in seinem nicht erregten Zustand befindet, bleibt der Rotor 12 stabil in der in Fig. 2 gezeigten stationären Stellung. Er ist in bezug auf die Mitte des breiten Statorpols 14 verschwenkt. In dieser Stellung fluchtet die Mitte der magnetisierten Fläche 27 im wesentlichen mit der Mitte des Polschuhteils 15 a des schmalen Statorpols 15. Infolgedessen verdichtet die ver hältnismäßig kleine Umfangsbreite des schmalen Stator pols 15 den magnetischen Fluß aus der magnetisierten Ro torfläche 27 auf den schmalen Pol 15. Die verhältnismäßig große Umfangsbreite des breiten Statorpols 14 ermöglicht es dem magnetischen Fluß, aus der anderen magnetisierten Rotorfläche 26 zum breiten Pol 14 ohne eine Verdichtung zu fließen. Die magnetische Zwangskraft des schmalen Pols 15 in bezug auf den Rotor 12 ist also größer als die des breiten Pols 14. Fig. 2 zeigt nur als ein Beispiel eine Phase, in der die als Südpol magnetisierte Rotorflä che 27 in der Mitte stationär dem schmalen Statorpol 15 gegenüberliegt. Man sieht aber, daß die andere, als Nord pol magnetisierte Rotorfläche 26 den Platz der Südpol- Fläche 27 einnimmt, wenn die Nordpol-Fläche 26 auf der Seite des schmalen Pols 15 in der Endphase einer Drehung des Rotors 12 steht. In der oben geschilderten Stellung des Rotors steht das Hall-Element 29 im Abstand des elek trischen Winkels von neunzig Grad von der Mittellinie des breiten Pols 14 in der Stellung gegenüber der magnetisier ten Rotorfläche 26 (Nordpol in Fig. 2). Diese ist sta tionär gegenüber dem breiten Pol 14 versetzt in Richtung zum Element 29 wegen der wie oben erläutert versetzten Stellung des Rotors 12. Dadurch erkennt das Element 29 stets die Polarität (hier den Nordpol) der magnetisier ten Rotorfläche, die dem breiten Statorpol 14 gegenüber liegt. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel wird das Hall- Element 29 durch den Nordpol aktiviert und gibt eine Aus gangsspannung ab. Beim Erkennen des Südpols nimmt die Aus gangsspannung den Wert Null an. Die Spulen 18 und 19 sind vorzugsweise fortlaufend bifilar gewickelt und umfassen erste und zweite Wicklungen L ₁ und L ₂ (Fig. 6). Ein in die zweite Wicklung L ₂ gespeister Gleichstrom magnetisiert den breiten Statorpol 14 als Nordpol und den schmalen Statorpol 15 als Südpol. Wird die erste Wicklung L ₁ er regt, werden diese Pole 14 und 15 umgekehrt als Südpol bzw. Nordpol magnetisiert.

Wenn eine Gleichspannung durch die Stromversorgungs- Steuerschaltung PPC nach Fig. 6 an den Motor 10 ange legt wird und wenn der Rotor 12 sich in einer festen Stellung befindet, wie beispielsweise in Fig. 2 gezeigt ist, so stellt das Hall-Element 29 den Nordpol fest und liefert eine Ausgangsspannung, durch welche ein Basis strom zu einem Transistor Q ₂ fließt, um diesen durchzu schalten. Hierdurch fließt ein Basisstrom in einem wei teren Transistor Q₃, so daß dieser durchgeschaltet wird. Schließlich fließt ein Gleichstrom durch die zweite Wicklung L ₂. Ein Basisstrom in dem ersten Transistor Q ₁ ist währenddessen ausreichend klein, so daß dieser Tran sistor Q ₁ gesperrt ist und kein Gleichstrom durch die erste Wicklung L ₁ fließt. Infolgedessen werden die Sta torpole 14 und 15 als Nordpol bzw. Südpol magnetisiert. Die diesen Statorpolen gegenüberliegenden Rotoroberflä chen 26, 27, die als Nordpol bzw. Südpol magnetisiert sind, werden von den jeweils gleichgepolten Statorpolen 14, 15 abgestoßen und in Umfangsrichtung sowie im Uhr zeigersinn bewegt, weil durch die feste Versetzung am Rotor eine Auslenkkraft erzeugt wird, durch welche die ser Rotor 12 veranlaßt wird, im Uhrzeigersinn bezüglich Fig. 3 anzulaufen.

Wenn der Rotor 12 auf diese Weise in Drehung versetzt wird und das in Drehrichtung vordere Ende der Südpol- Rotoroberfläche 27 zu dem Hall-Element 29 gelangt, er kennt dieses Element den Südpol und läßt die Ausgangs spannung auf Null absinken, wodurch der zweite und der dritte Transistor Q ₂, Q ₃ durchgeschaltet werden, damit der zweiten Wicklung L ₂ kein Stromfluß mehr zugeführt wird. Hingegen fließt nun ein Basisstrom über Widerstän de R ₁, R ₂ und eine Diode D zu dem ersten Transistor Q₁, um diesen durchzuschalten und einen Gleichstromfluß in der ersten Wicklung L ₁ zu erzeugen. Infolgedessen werden, wie in Fig. 4 gezeigt, die Statorpole 14, 15 als Südpol bzw. Nordpol magnetisiert und haben dieselben Polaritäten wie die als Südpol bzw. Nordpol gepolten Rotoroberflächen 27 bzw. 26. Es tritt daher erneut eine Bewegung des Rotors 12 unter der Wirkung der Abstoßungskräfte auf, so daß sich dieser Rotor 12 im Uhrzeigersinn weiterdreht, wie in Fig. 5 veranschaulicht ist. Durch fortwährende Wiederho lung wird eine kontinuierliche Drehbewegung des Motors 10 erreicht.

Bei der geschilderten Wirkungsweise kommt keine Stelle mit einem Drehmoment Null vor, und der Motor kann sogar eine positive Selbstanlauffähigkeit mit einem ausreichend großen Anlaufmoment erzielen.

Aus der Fig. 7 ist zu entnehmen, daß auf den Rotor 12 gleichzeitig ein Hauptdrehmoment und ein Hilfsdrehmoment wirken, gezeigt durch die Kurven T ₁ und T ₂. Das Hauptdreh moment T ₁ ist eine Resultierende aus einer magnetischen Feldstärke, die durch die Magnetisierung der Statorpole 14 und 15 mit den mit Gleichstrom erregten Spulen erzeugt wird, und einer Feldstärke des Permanentmagnets 28. Das Hauptdrehmoment T ₁ tritt bei jedem halben Drehzyklus auf. Das Hilfsdrehmoment T ₂ beruht auf Reluktanz und stammt hauptsächlich aus einer magnetischen Feldstärke, die die versetzte stationäre Stellung des Rotors im nicht ver setzten Zustand mit sich bringt. Das Hilfsdrehmoment T ₂ weist eine doppelt so hohe Frequenz wie das Hauptdreh moment T ₁ auf. Die Versetzung durch den abgetrennten oder ausgesparten Teil des schmalen Statorpols 15 in bezug auf den breiten Statorpol 14 verschiebt aber die Phase des Hilfsdrehmoments T ₂ in der Drehrichtung des Rotors aus der des Hauptdrehmoments T ₁ um einen Drehwinkel von bei spielsweise R₁ oder R₂. Dadurch ergibt sich ein zusammen gesetztes Drehmoment von T ₁ und T2, wie es durch die ge strichelte Kurve T ₁ plus T ₂ gezeigt ist. Diese Kurve er reicht keine Nullstelle und liegt im großen Ganzen flach im wesentlichen bei einem festen Wert. Dadurch kann der Motor 10 selbst anlaufen und gleichmäßig drehen. Die Ver setzungswirkung, die sich dadurch ergibt, daß an dem schmaleren Statorpol 15 ein Teil abgetrennt bzw. ausge spart wurde, und die sehr viel geringere Umfangsbreite dieses Statorpols 15 bewirken eine erheblich größere Ver setzung des Rotors 12 bezüglich des breiteren Statorpols 14, so daß ein größeres Anlaufmoment erhalten wird.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die beiden magnetisierten Rotoroberflä chen 26, 27 des Permanentmagneten 28 derart ausgebildet, daß die Scheitel einer Kurve, welche ihre Magnetvertei lung wiedergibt, entgegengesetzt zur Drehrichtung des Rotors 12 versetzt sind gegenüber einer Kurve, welche eine gleichmäßige Magnetisierung wiedergibt, vorzugswei se um etwa 45° (elektrischer Winkel), wie in Fig. 8 ge zeigt ist. In dieser Figur stellt die mit durchgehendem Strich gezeigte Kurve die versetzte Magnetverteilung der Rotorflächen 26, 27 dar, während eine regelmäßige Magnet verteilung des Rotors gestrichelt gezeigt ist, wie sie beispielsweise bei einem Motor nach der Patentanmeldung P 35 29 174.5-32 vorgesehen ist.

Durch die versetzte Magnetisierung des Rotors 12 wird in Verbindung mit der Versetzungswirkung, die durch das Abtrennen oder Aussparen am schmaleren Statorpol 15 er reicht wird, eine weitere Steigerung der Gesamtversetzung erreicht, wodurch sich ergibt, daß das Hilfsdrehmoment T ₂ um etwa 40° (elektrischer Winkel) in Drehrichtung des Rotors verschoben wird, wie in Fig. 7 veranschaulicht ist, um auf diese Weise ein höheres Anlaufmoment zu er zeugen.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Fig. 9 ebenfalls für einen bürstenlosen Außenläufer- Gleichstrommotor 10, aber als vierpolige Ausführung, ge zeigt. Die im wesentlichen gleichen Bauteile wie in den Fig. 1 bis 5 sind mit den gleichen Bezugszeichen, er höht um 100, versehen. Wo zwei gleiche Teile verwendet sind, ist das jeweils zweite mit einem Zusatz "a" be zeichnet. Bei diesem Ausführungsbeispiel umfaßt ein Stator 111 ein Paar breiter vorspringender Magnetpole 114 und 114 a, die sich diametral gegenüberliegen, und ein Paar von schmalen vorspringenden Magnetpolen 115 und 115 a, die sich ebenfalls diametral gegenüberliegen, symmetrisch zueinander bezüglich der Drehachse des Motors. Die schmalen Pole 115 und 115 a sind jeweils teilweise aus gespart oder abgetrennt, so daß ihre Umfangsbreite vorzugs weise weniger als 50% der Umfangsbreite bei den breiten Polen 114 und 114 a beträgt. Ferner ist ein Hall-Element 129 im Abstand von der Mittellinie des breiten Pols 114 in der Drehrichtung des Rotors in einem elektrischen Winkel von vorzugsweise neunzig Grad angeordnet. Ein Rotor 112 umfaßt einen zylindrischen Permanentmagnet 128 mit vier abwechselnd entgegengesetzt magnetisier ten Flächen 126, 127, 126 a und 127 a, die in ihrer An zahl der Zahl der Statorpole entsprechen. Die Schei telpunkte der Magnetisierungskurve dieser magnetisier ten Oberflächen sind vorzugsweise um etwa 45° (elek trischer Winkel) entgegengesetzt zur Drehrichtung des Rotors 12 versetzt.

Ansonsten sind Ausbildung und Wirkungsweise dieser Aus führungsform die gleichen wie bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 5. Bei der Ausführungsform nach Fig. 9 kann im Ergebnis dieselbe wirksame Versetzung des Rotors 112 wie bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 5 erreicht werden, um eine gleichmäßige Dre hung des Motors zu gewährleisten.

Die Erfindung kann auf verschiedene Weise abgewandelt werden. Beispielsweise kann sowohl die Zahl der Stator pole als auch die der Permanentmagnet-Rotorpole, falls erforderlich, erhöht werden. Weiter kann der Permanent magnet-Rotor innerhalb des Stators angeordnet werden, falls ein zylindrischer Permanentmagnet, polarisiert auf der Umfangsfläche, und ein Stator, der um diesen Magnet herum angeordnet ist, verwendet werden. Schließlich können der schmale Pol oder die schmalen Pole eine L-Form anstelle der erwähnten T-Form aufweisen. In die sem Fall kann die Anordnung des L-förmigen schmalen Statorpols so abgewandelt werden, daß sich der Pol symmetrisch zum Stator in bezug auf den breiten Stator pol radial erstreckt, und zwar ohne Verschwenkung, und daß allein die Umfangsbreite des schmalen Statorpols sich in einer verschwenkten Stellung, nämlich um einen elektrischen Winkel von 140 bis 160 Grad in einer der Rotordrehrichtung entgegengesetzten Drehrichtung, be findet.

Claims

1. Bürstenloser Gleichstrommotor mit einem Rotor, der einen Permanentmagnet mit am Umfang abwechselnd entge gengesetzt magnetisierten Polen umfaßt, einem Stator, der am Umfang in gleichen mechanischen Winkelabständen angeordnete überstehende Polteile und Spulen zum ab wechselnden Erregen dieser Polteile in entgegengesetz ter Polarität aufweist, Mitteln zum Starten des Rotors in einer vorher festgelegten Drehrichtung, einem Hall- Element zum Erkennen der Polarität des gerade gegenüber stehenden Rotorpols in einer vorbestimmten Stellung so wie Mitteln, die durch ein Steuersignal aus dem Hall- Element steuerbar und von der erkannten Polarität ab hängig einen Gleichstrom in einer vorbestimmten Rich tung in die Spulen zu deren Erregung speisen, dadurch gekennzeichnet, daß die überstehenden Polteile des Stators am Umfang abwechselnd breitere und schmalere Polschuhteile umfassen und daß die schmaleren Polteile an ihren in Umfangsrichtung verbreiterten Polschuhteilen zumindest teilweise abgetrennt oder ausgespart sind.

2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die schmalen Polteile des Stators eine Umfangsbreite von weniger als fünfzig Prozent der Umfangsbreite der breiten Polteile aufweisen.

3. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die abwechselnd entgegengesetzten Rotorpole des Perma nentmagneten in ihren magnetisierten Oberflächen Schei telpunkte der Magnetisierungsverteilung aufweisen, die ent gegengesetzt zur Drehrichtung des Rotors versetzt sind.

4. Motor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Versetzung der Scheitelpunkte der Magnetisierungs verteilung deutlich mehr als 40 elektrische Winkelgrade beträgt.