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Kontaktlose elektrische Einrichtung zur Erzeugung von Impulsen Die
Erfindung betrifft eine kontaktlose elektrische Einrichtung zur Erzeugung von Impulsen
mit mindestens einem magnetfeldabhängigen Halbleiter (Feldplatte), relativ zu dem
ein magnetischer Kreis drehbar angeordnet ist. Die Erfindung besteht darin, daß
der magnetische Kreis ein Topfkerlimagnet mit weichinagnetischein- Kern, Deckel
und Boden und mit parallel zur Topfachse (Drehachse) permanentmagnetisiertem Mantel
ist, daß der Deckel eine sektorförmige Ausnehmung besitzt und von einein zur Topfachse
koaxialen Luftspalt unterbrochen ist und daß in den Luftspalt mindestens eine Feldplatte
gesetzt ist.
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Gemäß weiterer Erfindung -können in den Luftspalt drei Feldplatten
gesetzt sein, die auf einem Kreis um 120' gegeneinander versetzt sind. In diesem
Fall hat die- sektorförmige7Ausnehmung einen Mittelpunktswinkel zwischen etwa 120
und 1401.
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Insbesondere bei einer Anordnung mit drei Fel& platten werden
diese zweckmäßig in einem Kunst# stoffring gelagert, der in den kreisförmigen- Luftspalt
des Deckels des Topfmagneten eingesetzt ist. Durch die Anwendung eines solchen Kunststoffringes
wird die Lage jeder einzelnen Feldplatte stabilisiert und trotzdem das Magnetfeld
nicht durch elektrisch oder magnetisch leitende Körper behindert.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung eignet sich ins# besondere als Kommutator
für die Erregerwicklungen von Gleichstrommotoren. -
Die Erfindung wird im
folgenden air Hand der Zeichnung-näher erläutert; es zeigen Fig* # 1 und
2 ein schematisches AusführungS7 beispiel einer erfindungsgemäßen Einrichtung im
Aufriß und Querschnitt, F i g. 3 einen Schnitt längs der Linie III von F
i g.- 23
F i g. 4 ein Ausführungsbeispiel eines Gleichstrommotors mit
einem erfindungsgemäßen -Schaltkopf, F i g. 5 und 6 zwei Schnitte
durch die Einrichtung gemäß F i g. 4, F i g. 7 eine Schaltung für
den Motor gemäß F i g-. 4.
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In F i g. 1 ist ein schematisch gezeichnetes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen kontaktlosen elektrischen Impulserzeuger-Einrichtung irn
Aufriß (parallel zur Drehachse 9) dargestellt. Der magnetische Kreis der
Einrichtung besteht aus dem Kein 1, dem- Boden 2, den koaxialen Teilen 4
und 5
des Deckels sowie den permanentmagnetischen (zylindrischen) Mantel
3. Die Teile 1, 2, 4 und 5 sind weichmagnetisch - und
können beispielsweise aus Magneteisen- bestehen, Auf den Topfkemmagneten mit dem
kreisförmigen Luftspalt,6- -ist eine.Schutzhaube 8 -gesetzt,- an- die,
-in den Luftspalt: ragend; mindestens eine Feldplatte, beispielsweise. an
den! Träger 7, befestigt ist'. Im gezeichneten Ausfuhrungs;-beispiel (F i
g. 2) sind drei Feldplatten 11,a bis 11 c
in den Luftspalt gesetzt-.
Der Träger 7 hat die Form eines'flachen Zylinders mit relativ dünner Wandung
und kann insbesondere aus Kunststoff bestehen- Die Haube 8 * der Einrichtung,»
die . ebenfalls aus i#ist# Stoff hergestellt, sein kann, söll im allgemeineil
rä=-' lich feststehend sein, während, der. Topfkernmagnet um die Achse
9 *ehbar sein _#soll. Auf'diese.. Weise. werden bewegliche Kontakte-,
-Z. B. Sdh.Ileifkontaktd, für- die StromzuführungQn 'der Feldplatte übetflüssig.
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In Fig.'2 ist ein Schnitt. durch die Anordhung gemäß F i
g. 1 gezeichnet, der parallel zur Linie 11-II verläuft. Gleiche Teile sind,
in F ig, 2'# ebenso; be-' zeichnet wie in F i g. 1. Die Fig. 2 zeigt
etwa, welche Form die sektorförinige Ausnehräung *des Deckels des Topfmagneten haben
kann. Der Winkel (p kam! eine Größe zwischen etwa 120 und,; 1401 ' haben,
Dieser Winkel wird so gewählt, daß in bestimmt-eii Drehlagen des - Topfkernmagneten
zwei' Feldplatten gerade noch zugleich im praktisch. feldfreien Teil des erweiterten
Luftspaltes 12.Iiegen können, In der gezeichneten Drehlagedes Töpfkernmagneten in
F i g. 2 befinden sich'die Feldplatten 11 b, und 11
c in einem Bereich, in dem der Luftspalt 6 schmal ist. Seine Breite kann
in diesem Bereich giöß6n-e ordnungsmäßig etwa,0,6.mm betragen. Dagegen befindet
sich die Feldplattd 11 a in einem stark erweP terten Bereich 12 des Luftspaltäs,
so daß diese letztere Feldplatte, nur voneihem schwachen magne#
tischen
Strdufeld d.V#chsetzt wird und,daher gegenüber den beiden aMeren F#lä#latt#i#,»C'ln-2e'n'«kiemen
elektrischen Widerstand besitzt.
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In F i g. 3 ist ein Schnitt durch F i g. 2 gezeichnet,
der etwa längs der Linie111 verlaufen.kann. Mit 3
ist der obere Rand "de's
-p'ermanentüiägnetis#hen Mantels de",»iT#.6#finägieten bezeichnet. Auf 'diesen Rand
ist ein =,gezeichneten Schnitt dreieckig erscheinender abge5.chrägter weichmagnetischer
Teilring 14 aufgesetzf `und- >daran e . in . magnetisch nichtleitender
Teilring 15 angesetzt. Eine wie in Fig. 3 schematisch angedeutete
Ausbildung des äußeren Ringes des Deckels des Topfmagneten im Bereich -von dessen-
Ausnehmung ist -zweckmäßig, um denTopfmagneten auszuwuchten und um weiterhin die
Magnetfeldlinien mt Hilfe des abgeschrägten Teils 14 wen:iigstens 'ötwas in Richtung
auf den'inn -ren Teil 4 des Deckels zu richten. Die Körper 14 und 15 werden
zweckmäßig so ausgewählt, daß ihr spezifisches-Gewicht. dem des übrigen Deckels
entspricht. Zur Auswuchtung des Topfinagneten kann ferner die Ausnehmung 12 des
inneren Teils 4 des Deckels durch ein nichtmagnetisches Material ersetzt werden,
das ebenfalls etwa das gleiche spezifische Gewicht hat wie das übrige Material des
Topfmagneten.
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. InFi.g.4isteinAusführungsb.eispieleines.Gleichstrommotors
mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung als Schaltkopf schematisch gezeichnet. Gleiche
-Teile sind wie in den F i g. 1 und 2 bezeichnet. Der ' Motor kann
einen permanentmagnetischen Rotor 20 (N-S) haben, der von den drei Wicklungen 21,
22 und 23 F i g. 5), die iin Stator 24 befestigt sind, erregt wird.
Zwischen dem eigentlichen Motortei.1 und dem erfindungsgemäßenSchaltkopf kann eine
Scheibe 25 gesetzt sein, die aus einem Material, wie Dynamoblech, besteht,
das Magnetfelder abschirmt. Der Rotor und der Topfinagnet sind im Ausführungsbeispiel
nach der Zeichnung auf der Achse 9 starr verbunden. Die Achse kann z. _B.
in die Lager 30
gesetzt sein.
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- Die F i g. 5 und 6 zeigen zwei Schnitte durch
die Einrichtung gemäß F i g. 4. Die F i g. 5 ist ein Schnitt längs
der Linie V-V. Diese Figur betrifft eine Anordnung der Erregerwicklungen im Stator
des Motors. Die F i g. 6 entspricht der F i g. 2 und ist ein Schnitt
länigs der Linie VI-VI. In beiden Figuren sind gleiche Teile wie in den vorhergehenden
Figuren bezeichnet.
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F i g. 7 zeigt eine Schaltung, mit Hilfe derer die Erregerwicklungen
21 bis 23 des Motors gemäß F i g. 4 durch die Feldplatten
11 a bis 11 c geschaltet werden können. Die Erreäerwicklungen sind
in der Schaltung mit Li bis L3 und die Feldplatten mit R." bis Rp. bezeichnet.
Weiterhin enthält die Schaltung die Widerstände R, bis R, und die Transistoren T,
bis T..
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Es hat siäh als zweckmäßig erwiesen, den drei Feldplatteii gemeisam,
einen regelbaren Vorwiderstand Rv vorzuschalten. Dadurch können auf einfache Weise
die Toleranzen der erfindungsgemäßen Einrichtung einschließlich der Schaltung gemäß
Fig. 7 ausgeglichen werden. Weiterhin lassen sich mit Hilfe des Vorwiderstandes
RV sowohl das Schaltverhältnis-RB/RO der Feldplatte als auch der Wirkungsgrad der
gesamten Einrichtung einstellen bzw. verbessern oder den jeweiligen Arbeitsbedingungen
optimal anpassen (RB ist der Feldplattenwiderstand im . -Magneffeld H und..R.
der Widerstand öhne Mägnetfeld).
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Die Widerstände Ri bis R, werden zweckmäßig als Heißleiter ausgebildet,
um den Teniperattirgang der F,eldplattegwiderstände (Rpl bis RF.) und .-Transistoren,
.(Ti bis T") kompensieren zw können. Da die Temperaturgänge von Feldplatten und
Transistoren in gleicher - Richtung verlaufen, kann die Schaltung ohne Temperaturkompensation
andernfalls stark temperaturabhängige Eigenschaften haben. Bekannte Feldplatten
besitzen einen Temperaturgang des Widerstandes von 2 %/' C. Ein für die Schaltung
geeigneter Transistor ist z. B. der Siemens-Germanium-Schalttransistor AC
153 mit einem Temperaturgang des Kollektorwiderstandes von etwa 1,5 %/0 C.
Bei Verwendung derartiger Elemente sind beispielsweise für die Widerstände Ri und
R, Heißleiter mit einem Temperaturgang des Widerstandes von etwa 3,51/o/'
- C geeignet. Ein solcher Heißleiter ist z. B. der Siemens-Heißleiter K
11.
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Die Schaltung liegt an -Spannung U, und zwar sind die drei
Erregerwicklungen L, bis L, parallel ge-. schaltet. In einem Fall, wie er
in F i g. 4 bis 6 gezeichnet ist, in dem also die Feldplatte
11 a in dem erweiterten Luftspalt liegt, so daß sie wegen des in diesem
Bereich herrschenden schwachen Magnetfeldes nur den kleinen Grundwiderstand hat,
ist der zu ihr gehörige Transistor geöffnet. Es sei angenommen, daß dieses der Transistor
T, ist. In diesem Fall wird bei entspree-helider Auslegung der Schaltung der Lastwiderstand
Li von Strom durchflossen. Ist dieser Lastwiderstand Li die Erregerspule 21 des
Gleichstrommotors (F i g. 5), so wird sich der Rotor 20 bei entsprechender
Polung der Wicklung 21 in Bewegung setzen. Bei Drehung des Rotors kommt jedoch nach
kurzer Zeit die Feldplatte 11 a in den engen Teil des Luftspaltes
6 des Topfmagneten. Dadurch wird der Widerstand der Feldplatte so weit erhöht,
daß der ihm zugehörige Transistor (T1) sperrt und die Windung 21 (L1) keinen Strom
mehr erhält. Gleichzeitig kommt jedoch eine der FeldpIatten 11 b
oder
11 c aus dem engen Bereich des Luftspaltes heraus, so daß die entsprechenden
Erregerwicklungen 22 bzw. 23 unter Spannung gesetzt werden.
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Als Material für die Feldplatten sind stark magnetfeldabhängige Halbleitersubstanzen
geeignet, z. B. die bekannten AljBv-Verbindungen, wie Indiumantimonid oder Indiumarsenid
aus der M. und V. Gruppe des Periodensystems der Elemente. Man erhält besonders
starke Magnetfeldabhängigkeit, wenn im Halbleitermaterial parallel zueinander ausgerichtete
nadelförmige Einschlüsse eingebettet sind, beispielsweise Nadeln aus Nickelantimonid
in Indiumantimonid.