DE2028228B2 - Kollektorloser Gleichstrommotor, insbesondere für Gyroskope - Google Patents
Kollektorloser Gleichstrommotor, insbesondere für GyroskopeInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen kollektorlosen Gleichst::: r. notor, insbesondere für Gyroskope, mit
einem Gehäuse, mit einem glockenförmigen Rotor hoher Massenträgheit aus magnetischem Material, an
dessen axial verlaufendem Teil innen in radialer Richtung sich erstreckende Dauermagnete wechselnder
Polarität befestigt sind, mit einem innerhalb des Rotors angeordneten Stator, bestehend aus einem Statorkern
aus wirbelstromfreiem Material mit darauf aufgesetzt befestigten, gegeneinander versetzten, flachen Statorwicklungen, die in Abhängigkeit von der Rotorstellung
über einen Halbleiterschalter an eine Gleichstromquelle schaltbar sind, welche Rotorstellung durch einen
ebenfalls innerhalb des glockenförmigen Rotors an
geordneten induktiven Stellungsdetektor erfaßbar ist,
der aus am Ständerkern befestigten flachen Detektorspulen und aus am Rotor befestigten Dauermagneten
wechselnder Polarität besteht
Ein derartiger kollektorloser Gleichstrommotor ist aus der FR-PS 15 16 085 bekannt. Auch die DTPS
12 33 480 zeigt einen kollektorlosen Gleichstrommotor.
In beiden Druckschriften weist der Rotor Magnete auf, die durch einen einstückigen, entsprechend magnetisier
ten Ring gebildet werdea Diese Anordnung weist
Nachteile auf. Da das Magnetmaterial für alle Magnete des Ringes gleich ist, muß ein isotropes Material
verwendet werdea Isotrope Ferrite weisen jedoch nicht die hohe Permanenz und Koerzitivkraft auf, wie es bei
anisotropen Ferriten erreichbar ist. Durch die damit verminderte Flußstärke wird die Höhe des Drehmoments bei einem bestimmten Strom durch einen im
Magnetfeld befindlichen Leiter begrenzt Diese bekannten Motoren weisen daher kein sehr günstiges
Leistungsgewicht und Leistungsvoiumen auf. Auch ergeben sich zwischen benachbarten Polen entgegengesetzten Vorzeichens magnetische Abstoßungskräfte
derart, daß im ÜDergangsbereich der magnetische Fluß
geschwächt wird. Außerdem entstehen in diesem
Übergangsbereich Flußlinien in einer Richtung, die
keinen Beitrag zum Drehmoment des Motors leisten.
Der in dei FR-PS 15 16 085 beschriebene Motor, der
mit Scheibenspulen ohne ferromagnetischen Kern arbeitet, stellt einen einphasigen Motor dar, bei dem das
Motordrehmoment sich aus kurzen Impulsen zusammensetzt, da die Antriebskräfte bei jeder Rotordrehung
mehrfach Null werden. Wenn daher der Motor stärker belastet wird, beginnt seine Drehgeschwindigkeit zu
schwanken. Derartige bekannte Motoren sind daher nur
für sehr geringe Leistungen geeignet.
Beide bekannten Motoren zeigen auch einen ungleichmäßigen magnetischen Luftspaltwiderstand im
Verlauf der Rotordrehung. Der Rotor neigt daher dazu, bei nicht vorhandenem Strom eine Vorzugsstellung
anzunehmen, die der Stellung minimalen magnetischen Widerstands entspricht. Durch diese Vorzugsstellungen
verschlechtern sich die Anlaufeigenschaften der Motoren. Außerdem ergeben sich auch durch diese
schwankenden magnetischen Luftspaltwiderstände
Drehmomentschwankungen, die bei stärkerer Belastung sehr stören können. Der unterschiedliche
magnetische Widerstand im Verlauf der Rotordrehung ergibt sich aus den Einschnitten im Stator, in denen die
Wicklungen angeordnet sind.
Nachteilig ist auch der Aufbau der Drehstellungsdetektoren der beiden bekannten Motoren, weil sie
verhältnismäßig viel Platz einnehmen und dadurch das Gesamtvolumen des Motors erhöhen, ohne daß damit
eine Leistungserhöhung verbunden wäre.
Auch die Genauigkeit der Drehstellungsabtastung läßt noch Wünsche offen.
Aus AEG-Mitteilungen 55.1965. Heft 2. S. 114 bis 117.
ist es bei kollektorlosen Gleichstrommotoren bekannt, den DrehsteiSungsdetektor axial neben dem Motor
anzubringen.
Aus der Zeitschrift »Elektronik«, 1962, Nr. 10, S. 300, ist es außerdem bekannt, Ständerspulen durch Aufkleben zu befestigen.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Motor zu schaffen,
der gegenüber den bekannten Motoren bei gegebenem
Volumen ein größeres Drehmoment und eine größere Leistung aufweist, verbesserte Anlaufeigenschaften
besitzt und einen Drehstellungsdetektor verwendet, der
einen geringen Raumbedarf hat und präziser arbeitet, als es beim Stand der Technik der Fall ist.
Diese Aufgabe wird bei einem kollektorlosen
Gleichstrommotor der eingangs genannten Art nach <jer Erfindung dadurch gelöst, daß bei einem kollektortosen
Gleichstrommotor mit drei um 120' gegeneinander versetzten Statorwicklungen und entsprechenden
Detektorspulen die Dauermagnete des Rotors aus zylindrischen Segmenten geringerer Dicke bestehen
und kleine Abstände voneinander aufweisen, so daß die Dauermagnete für den Drehstellungsdetektor durch
entsprechend magnetisierte Zonen eines flachen Ringes gebildet sind, die an dem radialen Teil des glockenförmigen
Rotors gegenüber der einen Stirnseite des Statorkerns befestigt sind, an welcher Stirnseite die
Detektorspulen, die trapezförmige Gestalt haben, angeordnet sind und daß die Statorwicklungen auf dem
Statorkern aufgeklebt sind.
Diese Anordnung ergibt verschiedene Vorteile. Einmal ist erreicht, daß der magnetische Widerstand des
Luftspaltes zwischen Rotor und Stator im Verlauf der Rotordrehung konstant bleibt, wodurch es keine
Vorzugssiellung für den Rotor bei abgeschaltetem Strom gibt. Dadurch verbessern sich die Anlaufeigenschafien
des Motors und das Drehmoment bleibt während der Rotordrehung konstant. Ein konstantes
Drehmoment ist aber Voraussetzung für eine höhere Leistung des Motors. Die Verwendung von drei Phasen
trägt auch dazu bei, daß das Drehmoment während der Rotorumdrehung nicht schwankt, wie es bei einphasigen
Motoren der Fall ist Voraussetzung für eine möglichst große Motorleistung für ein gegebenes Volumen ist
aber ein konstantes Drehmoment.
Durch die Anordnung der stromdurehflossenen
Leiter auf dem äußersten Umfang des Stators wird der Hebelarm, an dem die magnetischen Kräfte angreifen,
möglichst groß gemacht, was auch einem erhöhten Drehmoment zugute kommt.
Besonders vorteilhaft ist die Anordnung von aus zylindrischen Segmenten geringer Dicke bestehenden
Dauermagneten, weil dadurch nicht isotropes Ferritmaterial verwendet werden kann, das eine höhere
Rem.. enz und eine höhere Koerzitivkraft aufweist, als isotrope Materialien. Auch dies trägt zu einer 1 rhöhung
des erreichbaren Drehmoments bei. In gleicher Richtung wirkt, daß zwischen den einzelnen Magneten
nur sehr wenige nicht nutzbare Magnetflüsse auftreten. Die Anordnung der Drehstellungsdetektoren auf einer
Seitenfläche des Stators gegenüber einem Magnetring am Boden des glockenförmigen Rotors ermöglicht es,
die Drehstellungsanordnung auf einem sehr kleinen Raum unterzubringen. Außerdem wird durch die
Anordnung der Detektorspulen nahe der Peripherie des Stators eine verhältnismäßig große tangentielle Geschwindigkeit
des Induktionsfeldes bezüglich der Spulen erreicht, durch die elektromotorische Kraft, die auf
diese Leiter einwirkt, in den Spulen Induktionsimpulse mit steilem Anstieg und erhöhter Amplitude erzeugt.
Dadurch wird die Drehstellungsabtastung wesentlich genauer. ^
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Statorkern aus einem ferromagnetischen Pulver
hergestellt, das mit einer isolierenden plastischen Masse vermischt ist.
Durch diese Anordnung vermindern sich die Wirbelströme und der Wirkungsgrad des Motors wird
verbessert. Gemäß einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Motors ist der Statorkern aus einer
isolierenden, nicht ferromagnetischei) Masse hergestellt.
Auch hier wird die Bildung von Wirbelströmen unterdrückt
Bei einer noch anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Motors ist der Statorkern ringförmig
gestaltet und von der Welle durchdrungen, auf der der glockenförmige Rotor befestigt und die in dem
Gehäuse, in dem auch der Statorkern gehaltert ist, über
zw^i Kugellager gelagert ist Durch diese Anordnung
wird eine besonders raumsparende Bauform erreicht
Die Merkmale der Ansprüche 2 bis 4 sind an sich bekannt Für die Unteransprüche wird daher nur Schutz
im Zusammenhang mit dem Hauptanspruch begehrt
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Darstellung von Ausführungsbeispielen sowie aus
der folgenden Beschreibung. Es zeigt
F i g. 1 einen Querschnitt durch den erfindungsgemäßen
Motor,
F i g. 2 einen Längsschnitt entlang der Wellenachse,
F i g. 3 eine schematische Darstellung der Schaltung
der Spulen,
F i g. 4 einen Querschnitt durch den Dauermagnetring
für den Drehstellungsdetektor,
F i g. 5 einen Axialschnitt durch den Drehstellungsdetektor.
Fig.6 die Anordnung der Detektorspulen des
Drehstellungsdetektors.
Die F i g. 1 bis 6 zeigen den erfindungsgemäßen Motor mit einer unbeweglichen eisenlosen Wicklung,
die einen Rotor mit multipolarer Magnetisierung in sehr hohe Drehgeschwindigkeit versetzt Wegen der geringen
Hysterese-Verluste und Wirbelströme, die in den die elektrischen Leiter haltenden Teile auftreten, ergibt
sich ein sehr hoher Wirkungsgrad.
Der Rotor 4 dieses Mi'ors bildet ein Schwungrad, das
gegenüber dem Stator eine glatte Oberfläche aufweist. Dieser als Schwungrad ausgebildete Rotor umfaßt acht
Dauermagnete Ai. A2. ... 4e. die aus zylindrischen
Segmenten geringer Dicke bestehen und die kleine Abstände voneinander aufweisen. Die Dauermagnete
sind auf der inneren Oberfläche einer aus Eisen bestehenden Glocke, zum Beispiel durch Kleben,
angeheftet, diese Glocke ist mit einer Welle O fest verbunden. Die Welle O wird von Kugellagern
getragen die in einem Gehäuse 6,7 entfernbar befestigt
sind (F i g. 2). Die Dreiphasen-Wicklung des Stators
besitzt nur eine geringe radiale Dicke. Sie überdeckt einen festen ringförmigen Statorkern 5, der aus einem
Material mit hoher magnetischer Permeabilität bestehen kann, zum Beispiel aus einem ferremagnetischen
Pulver, das mit einer isolierenden plastischen Masse vermischt ist Der Statorkern 5 kann aber auch aus einer
isolierenden, nicht ferromagnetischen Masse hergestellt sein. Die Leiter der Motorwicklung sind durch Kleben
am Stator befestigt. Vorzugsweise ist die Wicklung ganz in eine isolierende Verkleidung aus gehärtetem
plastischem Werkstoff eingebettet, das am Statorkern fest anhaftet.
F i g. 3 zeigt eine schematische Darstellung der Abwicklung der dreiphasigen Motorwicklung. Es ist zu
erkennen, daß diese Wicklung aus dünnen Scheibenspulen besteht, die auf der äußeren zylindrischen Oberfläche
des Statorkerns angeordnet sind. Die erste Phase umfaßt die Scheibenwicklungen 0t und Bi', die zweite
Phase die Scheibenwicklungen Bi und Bi\ die dritte
Phase die Scheibenwicklungen Bj und Bi'. Die für das Drehmoment wirksamen Leiter, die zur erzeugenden
Linie der zylindrischen Oberfläche ausgerichtet sind.
bilden Leitungsbündel, die bezüglich der Polbereiche des Rotors entsprechend angeordnet sind. Die Achsen
dieser Polbereiche sind in der Abwicklung gemäß Fig.3 durch parallele Linien /Vi. N\\ S2, 52', Nj. Ni' ...
Ss, Se' dargestellt.
Zur Kommutierung des Motors dient ein Drehstellungsdetektor.
Es wird ein Detektor mit elektromagnetischer Induktion geringen Raumbedarfs verwendet, der
sich in der Anordnung gemäß F i g. 2 leicht unterbringen
läßt. Der Drehstellungsdetektor besteht aus einem to
sehr flachen multipolaren Dauermagneten A9, der sich
vor einer dreiphasigen Detektorwicklung dreht, die sich in Form eines Kranzes auf der vorn befindlichen Fläche
des Statorkerns 5 befindet. Der Dauermagnet -49 und
die Wicklung, in der durch den Dauermagneten Λ<>
die Drehstellungsinduktionsspannungen erzeugt we:rden, sind in den Fig.4 bis 6 gesondert dargestellt. Die
Detektorwicklung besteht aus dünnen, annähernd trapezförmigen Detektorspulen, deren Seiten gemäß
den Radien angeordnet sind. Die Detektorspulen weisen drei Phasen auf: b\ + b\\ te + te' und te + te'. Der
Dauermagnet Av ist selbst eine dünne Scheibe, die von
parallel zur Motorwelle verlaufenden Feldlinien durchsetzt wird. Sie erzeugt in den scheibenförmigen
Detektorspulen dreiphasige Wechselströme, die die zugehörige Kommutierungseinrichtung steuert.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
- Patentansprüche:J. Koilektorloser Gleichstrommotor, insbesondere für Gyroskope, mit einem Gehäuse, mit einem glockenförmigen Rotor hoher Massenträgheit aus magnetischem Material an dessen axial verlaufendem Teil innen in radialer Richtung sich erstreckende Dauermagnete wechselnder Polarität befestigt sind, mit einem innerhalb des Rotors angeordneten Stator, bestehend aus einem Statorkern aus wirbelstromfreiem Material mit darauf aufgesetzt befestigten, gegeneinander versetzten flachen Statorwicklungen, die in Abhängigkeit von der Rotorstellung über einen Halbleiterschalter an eine Gleichstromquelle schaltbar sind, weiche Rotorstellung durch einen ebenfalls innerhalb des glockenförmigen Rotors angeordneten induktiven Drehstellungsdetektor erfaßbar ist, der aus am Ständerkern befestigten flachen Detektorspulen und aus am Rotor befestigten Dauermagneten wechselnder Polarität besteht, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem kollektorlosen Gleichstrommotor mit drei um 120° gegeneinander versetzten Statorwicklungen (ft. ft'; ft, &'; Bi, Bi') und entsprechenden Detektorspulen (in, b\'; te, bi'; bi, bi') die Dauermagnete (At bis A») des Rotors aus zylindrischen Segmenten geringer Dicke bestehen und kleine Abstände voneinander aufweisen, daß die Dauermagnete für den Drehstellungsdetektor durch entsprechend magnetisierte Zonen eines flachen Ringes (Ai) gebildet sind, die an dem radialen Teil des glockenförmigen Rotors (4) gegenüber der einen Stirnseite des Statorkerns (5) befestigt sind, an welcher Stirnseite die Detektorspulen, die trapezförmige Gestalt haben, angeordnet sind, und daß die Statorwicklungen auf dem S»ato»kern aufgeklebt sind.
- 2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Statorkern (5) aus einem ferromagnetischen Pulver besteht, das mit einer isolierenden plastischen Masse vermischt ist.
- 3. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Statorkern (5) aus einer isolierenden, nichtferromagnetischen Masse hergestellt ist.
- 4. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Statorkern (5) ringförmig gestaltet und von der Welle durchdrungen ist, auf der der glockenförmige Rotor (4) befestigt ist und die in dem Gehäuse (6), in dem auch der Statorkern (5) gehaltert ist, über zwei Kugellager gelagert ist.
Applications Claiming Priority (2)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
EHJ | Ceased/non-payment of the annual fee |