DE2537263C3 - Miniatur-Elektromotor mit rotierendem scheibenförmigem Kraftlinienverteiler - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Miniatur-Elektromotor gemäß dem Oberbegriff des An-SDruchs 1.

Ein Elektromotor der obengenannten Art ist bereits bekannt (FR-PS 14 75 948). Ein derartiger Motor besteht aus zwei scheibenförmigen Rotorteilen, zwischen denen konzentrisch eine feststehende Statorwicklung und ein Permanentmagnet angeordnet sind. Auf der Oberfläche des Permanentmagneten wechseln Nord- und Südpole ab. Die beiden Rotorscheiben sind durch ein Joch miteinander verbunden, welches aus magnetisch leitfähigem Material hergestellt ist. Die beiden Rotorscheiben weisen eine gleiche Anzahl von Polzähnen auf, und sie sind derart gegeneinander versetzt, daß die Polzähne der einen Rotorscheibe den Lücken zwischen den Polzähnen der anderen Rotorscheibe gegenüberstehen. Die Gesamtzahl der Polzähne entspricht der Anzahl der Polpaare des Permanentmagneten. Wird die Statorwicklung erregt, so werden die Poizähne der einen Rotorscheibe z. B. in Nordrichtung magnetisiert, während die Polzähne der anderen Rotorscheibe in Südrichtung magnetisiert werden. Die somit zwischen den Polzähnen und Polen des Permanentmagneten entstehenden Kräfte verleihen dem Rotor ein Drehmoment Da bei diesem Motor die Magnetisierung in Nord- und Südrichtung jeweils in einer Rotorscheibe erfolgt, d. h., dadurch, daß zwei Rotorscheiben vorhanden sein müssen, ergibt sich ein relativ hohes Trägheitsmoment des Rotors. Insbesondere bei Miniaturmotoren, bei Stell- und Schrittmotoren ist jedoch ein möglichst geringes Trägheitsmoment erforderlich. Darüber hinaus ergibt sich ein ungünstiges Frequenzverhalten. Ein Versuch, bei einem derartigen Motor das Trägheitsmoment zu vermindern, würde zur Folge haben, daß das Ausgangsdrehmoment ebenfalls vermindert würde, was einen verringerten Wirkungsgrad in der Leistung zur Folge hätte.

Die DE-OS 14 38 267 beschreibt einen Elektromotor mit scheibenförmigem Kraftlinienverteiler als Rotor und einer dazu konzentrisch angeordneten feststehenden Statorwicklung, wobei der Kraftlinienverteiler aus zwei mit radial gerichteten Polklauen ineinandtrgreifenden ringartigen Teilen besteht, die über einen Messingring mechanisch miteinander verbunden sind. Jede der Polklauen ist gegen ihr freies Ende hin verjüngt abgeschrägt. In die Lücken zwischen jeweils zwei einander benachbarten Polklauen können Dauermagnetkörper eingesetzt und am Kraftlinienverteiler befestigt sein. Die Herstellung des Kraftlinienverteilers des bekannten Elektromotors ist verhältnismäßig kompliziert una teuer. Der bekannte Kraftlinienverteiler ist aufgrund seiner kompliz'^rten Gestalt nicht für Miniatur-Elektromotoren verwendbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Miniatur-Elektromotor der eingangs genannten Art anzugeben, der bei einfachstem Aufbau einen verbesserten Wirkungsgrad in der Leistung, wie auch ein besseres Frequenzverhalten gegenüber bekannten Elektromotoren aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die vorteilhaften Eigenschaften eines derartigen Elektromotors werden dadurch erzielt, daß auf einer Rotorscheibe Nord- und Südpole nebeneinanderliegen. Hierdurch wird erreicht, daß bei einem mit herkömmlichen Motoren vergleichbaren Ausgangsdrehmoment das Trägheitsmoment des Rotors herabgesetzt wird. Dies hat zur Folge, daß der Wirkungsgrad des Motors, wie auch sein Frequenzverhalten, spürbar verbessert

werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Motors ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt

F i g. 1 einen Schnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform eines elektrischen Miniaturmotors gemäß der Erfindung,

F i g. 2 eine Darstellung zur Erläuterung der magnetischen Arbeitsweise der Polzähne gemäß der Erfindung, , _e F i g. 3 einen Grundriß der PoJzähne,

F i g. 4 einen Schnitt durch die Polzähne entlang der Linie IV-IV,

F i g. 5 einen Grundriß eines permanentmagnetischen Stators gemäß der Erfindung,

Fig 6 ein Diagramm, welches die magnetische Arbeitsweise des Motors veranschaulicht,

F i g. 7 eine weitere Ausführungsform eines elektrischen Miniaturmotors gemäß der Erfindung,

F i g. 8 einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform eines elektrischen Miniaturmotors gemäß der Erfindung,

Fig.9 ein Verdrahtungsdiagramm von Erregerspulen, wie sie in dem Motor der F i g. 8 verwendet werden, der als Synchronmotor eingesetzt wird,

Fig. 10 ein Diagramm, welches die magnetische Arbeitsweise des Motors der Fig.8 veranschaulicht, welcher als Synchronmotor arbeitet,

F i g. 11 ein Verdrahtungsdiagramm von Erregerspulen, welche in dem Motor der F i g. 8 verwendet werden, der als reversibler Motor arbeitet,

F i g. 12 eine Wellenform eines Stroms, welcher dm ch die jeweilige Erregerspule der F i g. 11 fließt,

Fig. 13 ein Diagramm, welches die magnetische Arbeitsweise des Motors der F i g. 8 veranschaulicht, der als reversibler Motor arbeitet,

Fig. 14 ein ähnliches Diagramm, welches die magnetische Arbeitsweise des Motors der F i g. 8 veranschaulicht, der als reversibler Motor arbeitet,

Fig. 15 einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform eines elektrischen Miniaturmotors gemäß der Erfindung,

Fig. 16 eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform des Rotors, welcher in dem Motor gemäß F i g. 15 verwendbar ist,

■Fig. 17 eine perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform des Rotors, welcher in dem Motor gemäß F i g. 15 verwendbar ist,

Fig. 18(a) eins perspektivische Darstellung des permanentmagnetischen Stators, welcher in dem Motor der F i g. 15 verwendet wird,

F i g. 18(b) einen Schnitt durch den permanentmagnetischen Stator der F i g. 18(a),

F i g. 19 ein Verdrahtungsdiagramm der ErT.gerspulen, welche in dem Motor gemäß F i g. 15 verwendet werden, der als Synchronmotor arbeitet,

F i g. 20 ein Verdrahtungsdiagramm der Erregerspulen, welche in dem Motoi der F i g. 15 verwendet werden, der als reversibler Motor arbeitet.

In der Zeichnung und in der nachfolgenden Beschreibung werden gleiche Bauteile oder Teile mit gleichen Bezugszahlen oder Bezugszeichen versehen.

In F i g. 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform gemäß der Erfindung dargestellt. Mit 1 ist eine Welle bezeichnet, die in den Lagern 2 und 3 gelagert ist

In dem dazwischen angeordneten Joch 4, welches aus weichem magnetischem Material hergestellt ist, ist das Lager 3 befestigt. Zwischen dißsem Zwischenjoch 4 und dem ersten Lager 2 ist ejn Nabeneüement 7 angeordnet, welches aus einem magnetischen Material hergestellt ist und über Scheiben 5 und 6 an der drehbaren Welle 1 angebracht ist Ein erstes Gehäuseelement 8 ist aus einem magnetisch weichen Material hergestellt und ist an dtm Zwischenjoch 4 befestigt. Außen ist es derart gebogen, daß es sich in axialer Richtung zur Welle 1 erstreckt In dem Gehäuseelement 8 ist eine ringförmige Erregerspule 9 untergebracht und an dem Zwischenjoch 4 befestigt Ein zweites Gehäuseelement 10 aus einem nicht-magnetischen Material ist mit seinem inneren Ende an dem ersten Lager 2 angebracht und mit seinem äußeren Ende derart gebogen, daß sich das erste Gehäuselement 8 darin abstützt Innerhalb des zweiten Gehäuseelementes 10 ist ein Permanentmagnet 11 befestigt, der beispielsweise aus Bariumferrit hergestellt ist Dieser Permanentmagnet 11 ist ringförmig ausgebildet und auf seiner Oberfläche axial magnetisiert, um auf gleichen Winkelabständen gemäß Fig.5 abwechselnd Nord- und Südpole zu erzeugen.

Ein Rotor 12 ist aus einem scheibenförmigen magnetisch weichen Eisenteil gebildet, wobei sein innerer und sein äußerer Umfang jeweils axial gebogen ist (F i g. 4). Dieser Rotor 12 ist mit seinem Innenumfang an dem Nabenelement 7 angebracht In der radialen Ebene hat der Rotor eine Vielzahl von Schlitzen 12a (F i g. 3) mil hoher magnetischer Reluktanz, welche L-förmig ausgebildet und so angeordnet sind, daß sie in Umfangsrichtung abwechselnd umgekehrt sind, um Polzähne 12c/und 12ezu bilden. Diese Polzähne 12c/sind am Außenumfang und die Polzähne 12e am inneren Umfang des Rotors 12 magnetisch leitend. Brücken \2b und 12c welche sich über die Enden der jeweils benachbarten Schlitze 12a erstrecken, sind hinreichend schmal ausgebildet, um einen möglichen Kurzschluß des magnetischen Flusses durch diese Schlitze vernachlässigen zu können, während eine ausreichende mechanische Festigkeit zur Überbrückung der benachbarten Polzähne 12rfund 12e erhalten bleibt. Die Anzahl der Polzähne 12c/ und 12e entspricht der Polzahl des permanentmagnetischen Stators 11, wie es in den Fig.3 und 5 dargestellt ist.

Eine Tülle 13 ist in eine öffnung des ersten Gehäuseelementes 8 eingesetzt, und eine Leitung der ringförmigen Erregungsspule 9 ist hindurchgeführt Mit 14 ist ein Abtriebszahnrad bezeichnet, welches auf der Welle 1 befestigt ist.

Bei dem auf diese Weise aufgebauten Motor ist ersichtlich, daß dann, wenn eine Wechselspannung der Erregerspule 9 zugeführt wird, ein wechselnder magnetischer Fluß durch einen durch die Spule fließenden Strom erzeugt wird. Dieser magnetische Fluß bildet einen Kreis über das erste Gehäuseelement 8, das Zwischenjoch 4 und den Rotor 12, wie es in der F i g. 1 dargestellt ist. Demgemäß werden in einem vorgegebenen Halbzyklus der Versorgungsspannung die Polzähne 12c/und 12edes Rotors 12 gleichzeitig als Südpol und als Nordpol jeweils in der Weise magnetisiert, wie es in den F i g. 2 und 3 dargestellt ist.

Wenn die Erregerspule 9 nicht erregt ist, bleiben die Polzähne 12eund 12c/des Rotors 12 in einer Stellung, in welcher der magnetische Flußpfad vom Südpol zum Nordpol des Permanentmagneten 11 einen geringsten magnetischen Reluktanzwert hat, d. h. in einer Stellung in der Mitte zwischen einem benachbarten Nordpol und Südpol des Permanentmagneten 11, wie es in der F i g. 6(a) dargestellt ist. Wenn unter dieser Bedingung eine Wechselspannung an die Erregerspule 9 angelegt

wird, wobei die: Polzähne 12c/gemäß F i g. 2 als Süd- und als Nordpolzähne 12e magnetisiert sind, dann werden die Polzähne YId durch die jeweiligen Südpole des Permanentmagneten 11 abgestoßen und durch die Nordpole angezogen, welche dazu benachbart liegen. In ähnlicher Weise werden die Polzähne 12e durch die jeweiligen Nordpole abgestoßen und durch die dazu benachbarten Südpole angezogen. Somit beginnt der Rotor 12, sich in der durch einen Pfeil (*-) markierten Richtung gemäß Fig.6{a) zu drehen. Bevor der vorgegebene Halbzyklus der Versorgungsspannung zu Ende ist, dreht sich der Rotor 12 in die in der F i g. 6(b) dargestellte Stellung weiter, und zwar aufgrund seines Trägheitsmomentes. Im folgenden Halbzyklus der Versorgungsspannung ändern die Polzähne 12c/und 12e ihre Polsritäter, jeweils in Nord \ir.d Süd, wie es in der F i g. 6(c) dargestellt ist Der Rotor 12 dreht sich dann in die Stellung weiter, wie sie in der F i g. 6(d) dargestellt ist, und zwar aufgrund ähnlicher magnetischer Wechselwirkungen zwischen den magnetisierten Flächen, und der Motor läuft synchron mit der Frequenz der Versorgungsspannung weiter. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß der Rotor 12 beginnt, sich in eine Richtung zu drehen, wie es in der F i g. 6(a) durch einen Pfeil (-») markiert ist, falls die Versorgungsspannung sich in dem anderen Halbzyklus befindet als dem oben erwähnten Halbzyklus, wenn der Betrieb beginnt.

In der vorliegenden Ausführungsform können die Schlitze 12a des Rotors 12 mit einem Material großer magnetischer Reluktanz wie einem Plastikmaterial ausgefüllt sein. Bei diesem Aufbau sind die Brückenelemente 126 und 12c nicht unbedingt erforderlich.

Obwohl die gebogenen Abschnitte des Rotors 12 an seinem inneren und seinem äußeren Ende bei der oben beschriebenen Ausführungsform vorgesehen sind, um die Bereiche zu vergrößern, welche dem Zwischenjoch 4 gegenüberstehen sowie dem ersten Gehäuseelement 8, damit der magnetische Wirkungsgrad erhöht wird, sei darauf hingewiesen, daß sie nicht unbedingt benötigt werden, weil der magnetische Wirkungsgrad von der relativen Ausbildung des Zwischenjoches 4 und des ersten Gehäuses 8 abhängt Obwohl das Zwischenjoch 4 dazu dient das erste Gehäuseelement 8 in der axialen Richtung der Welle 1 zu halten, und weiterhin dazu beiträgt den magnetischen Kreis bei dem Rotor 12 und dem Gehäuseelement 8 in der Ausführungsform zu bilden, kann das Gehäuseelement 8 auch auf andere Weise gehalten werden, beispielsweise durch Befestigung am Lager usw, und der magnetische Kreis kann ohne Zwischenjoch 4 gebildet werden, indem der innere gebogene Abschnitt des Rotors 2 länger ausgebildet wird. Weiterhin braucht die Anzahl der Polzi-üm** welche auf dem Rotor 12 ausgebildet sind, nicht notwendigerweise so groß zu sein wie diejenige der Pole des Permanentmagneten 11, vielmehr können einige entfallen, solange der beabsichtigte Zweck noch erreicht wird.

In der F i g. 7 ist ein 2-Phasen-Elektromotor gemäß der Erfindung dargestellt, welcher einen permanentmagnetischen Stator 11', einen Rotor 12' und ein Zwischenjoch 4' aufweist, und zwar gegenüber einem permanentmagnetischen Stator 11, einem Rotor 12 und einem Zwischenjoch 4, welche jeweils mit den entsprechenden Bauteilen der oben beschriebenen Ausführungsform identisch sind, und zwar in bezug auf eine ringförmige Erregerspule 9. Der permanentmagnetische Stator 11' ist gegenüber dem permanentmagnetischen Stator 11 um einen elektrischen Winkel von 180°

versetzt angeordnet.

Eine weitere Ausführungsform eines 2-Phasen-Elektromotors gemäß der Erfindung ist in der Fig.8 dargestellt. Mit 1 ist eine Welle bezeichnet, an welcher ein Abtriebszahnrad 14 angebracht ist. Ein erstes Zwischenjochelement 4 und ein zweites Zwischenjochelement 4', weiche aus einem weichen magnetischen Material bestehen, tragen jeweils das Lager 2 und das Lager 3. Ein Nabenelement 7 der Rotoranordnung ist an der Welle 1 zwischen dem ersten und dem zweiten Zwischenjochelement 4 bzw. 4' über eine erste Scheibe 5 und eine zweite Scheibe 6 befestigt. Die Bezugszeichen 8 und 8' bezeichnen jeweils ein erstes und ein zweites Gehäuseelement aus einem magnetisch weichen Material. Die Gehäuseelemente 8 und 8' sind magne-

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verbunden und an ihren inneren Enden jeweils mit dem ersten Zwischenjochelement 4 und dem zweiten Zwischenjochelement 4' verbunden. Eine erste ringförmige Erregerspule 9 und eine zweite ringförmige Erregerspule 9' sind konzentrisch zu der drehbaren Welle 1 angeordnet und jeweils an dem ersten Gehäuseelement 8 und dem zweiten Gehäuseelement 8' befestigt. Ein scheibenförmiger Permanentmagnet 11 ist zwischen den Erregerspulen 9,9' am ersten Gehäuseele-.ment 8 durch eine geeignete Einrichtung befestigt und auf seinen entgegengesetzten Oberflächen axial magnetisiert, so daß sich eine Magnetisierung wie bei dem Permanentmagneten 11 der oben anhand der Fig.5 beschriebenen Ausführungsform ergibt. Tüllen 13 und 13' sind in öffnungen eingepaßt welche auf dem ersten Gehäuseelement 8 ausgebildet sind, um jeweils die Leitung für die Erregerspule 9 bzw. die Leitung für die Erregerspule 9' aufzunehmen.

Ein erster Rotor 12 und ein zweiter Rotor 12' die aus magnetisch weichem Material hergestellt sind, haben ihre inneren bzw. äußeren Enden jeweils so gebogen, daß sie sich in derselben Richtung parallel zu der Welle 1 erstrecken. Der erste Rotor 12 und der zweite Rotor 12' sind an ihren jeweiligen inneren Enden mit dem Nabenelement 7 derart verbunden, daß der Permanentmagnet 11 dazwischen liegt wie es in der Fig.8 dargestellt ist
Jeder Rotor 12,12' ist wie an Hand der F i g. 2 und 3 beschrieben ausgebildet so daß bei Speisung der Erregerspule mit Wechselspannung ein Wechselfeld erzeugt wird durch das im Rotor 12 in einem vorgegebenen Halbzyklus der Versorgungsfrequenz Süd- und Nordpole gleichzeitig jeweils in den Polzähnen 12c/ und 12e induziert werden, wie es in den F i g. 2 und 3 dargestellt ist Wenn eine gleiche Spannung

an die zweite Erregersnule 9' angelegt wird, ergibt sich für den zweiten Rotor 12' eine gleiche Arbeitsweise.

Der auf diese Weise aufgebaute 2-Phasen-Miniaturelektromotor kann als zweiphasiger Synchronmotor, als reversibler Synchronmotor und als Impulsmotor bzw. Schrittmotor arbeiten. Der Aufbau wird für jeden solchen Motor unten im einzelnen näher erläutert

Nachfolgend wird ein 2-Phasen-Synchronmotor näher erläutert: Der erste Rotor 12 und der zweite Rotor 12' sind mit axialem Abstand zueinander derart angeordnet, daß der elektrische Winkel zwischen den Polzähnen der jeweiligen Rotoren 12 und 12' auf 0° gehalten ist (in der vorliegenden Ausführungsform ist

der mechanische Winkel dazwischen 0°, 60° oder ein ungerades Vielfaches davon, da die Rotoren 12 und 12' jeweils 12 Polzähne haben). Die erste Erregerspule 9 und die zweite Erregerspule 9' sind zueinander parallel

geschaltet und gemäß Fig.9 mit der Energieversorgung verbunden.

In den Ruhestellungen des ersten Rotors 12 und des zweiten Rotors 12' nehmen die jeweiligen Polzähne 12c/, 12e, 12c/' und 12e' Positionen in der Mitte zwischen benachbarten Nord- und Südpolen des Permanentstators 11 ein, wie es in der Fig. 10(a) dargestellt ist, weil die Stellungen den Pfad einer minimalen Reluktanz in den stationären magnetischen Kreis von dem Nordpol zum Südpol des Permanentmagneten 11 bilden.

Nach dem Anlegen einer Wechselspannung an die Erregerspule 9,9' sind wegen der Phasengleichheit der Spulenströme die beiden Teilmotore in demselben magnetischen Zustand. Es gelten daher für den Betrieb die gleichen Überlegungen wie sie an Hand der F i g. 6 erläutert sind. Wenn beispielsweise die Polzähne YId des ersten Rotors 12 und die Poizähne lld 'des zweiten Rotors 12' mit einer Nordpolarität und die Polzähne 12e des ersten Rotors 12 sowie die Polzähne 12e" des zweiten Rotors 12' mit einer Südpolarität magnetisiert sind, werden die Polzähne Md und 12c/' durch die benachbarten Nordpole des Permanentmagneten 11 abgestoßen und durch dessen benachbarte Südpole angezogen, während die Polzähne 12e und 12e" durch die benachbarten Südpole des Permanentmagneten 11 abgestoßen und durch dessen Nordpole angezogen werden, so daß die Rotoren 12 und 12' in einer Richtung des Pfeils A laufen. Die Polzähne 12c/, 12e, 12c/ 'und 12e" gehen weiter in die jeweiligen Stellungen, wie es in der Fig. 10(b) dargestellt ist, bevor der betrachtete Halbzyklus der Frequenz der Versorgungsspannung vorüber ist.

In dem folgenden Halbzyklus nehmen die Polzähne YId und 12c/' eine Südpolarität an, und die Polzähne 12e und 12^ nehmen eine Nordpolarität an, wie es in der Fig. 10(c) dargestellt ist, und sie gehen weiter in die Stellung gemäß Fig. 10(c) durch starke magnetische Wechselwirkungen zwischen den einander gegenüberstehenden magnetischen Flächen. In gleicher Weise gehen die Polzähne YZd, YIe, 1.2d und 12^ in die Stellungen gemäß F i g. 10(d) und dann in die Stellungen gemäß Fig. 10(e), wodurch die Drehung sicher und positiv mit der Frequenz der Versorgungsspannung synchronisiert wird.

Wenn beim Start die umgekehrten Polaritäten in den Polzähnen induziert werden, laufen die Rotoren 12 und 12' in umgekehrter Richtung.

Nachfolgend wird ein reversibler Synchronmotor im einzelnen näher erläutert: Der erste Rotor 12 und der zweite Rotor 12' sind derart angeordnet, daß die entsprechenden Polzähne gegeneinander um einen elektrischen Winkel von 96° bis 120° versetzt sind (bei der vorliegenden Ausführungsform um einen mechanischen Winkel von 16 bis 20° oder um ein ganzes Vielfaches davon). Die erste Erregerspule 9 und die zweite Erregerspule 9' sind gemäß Fig. 11 zueinander parallel geschaltet und über eine Schalteinrichtung SW mit der Wechselspannungsversorgung verbunden, und ein Kondensator C ist zwischen den Erregerspulen 9 und 9' angeordnet Die Wellenformen der Ströme, welche durch die Erregerspulen 9 und 9' hindurchgehen, sind in der Fig. 12 dargestellt (I) ist eine Wellenform eines Stromes, welcher durch die erste Erregerspule 9 hindurchfließt, (II) ist eine Wellenform eines Stromes, welcher durch die zweite Erregerspule 9' hindurchfließt, wenn jeweils der Schalter SWin einer Stellung ist, wie durch die durchgezogene Linie dargestellt ist, und (III) ist eine Wellenform eines Stromes, welcher durch die zweite Erregerspule 9' hindurchgeht, wenn der Schalter SWiti eine Stellung gebracht ist, welche durch eine unterbrochene Linie angegeben ist

In dem Zeitpunkt (1-0) in der Fi g. 12 ist der durch die erste Erregerspule 9 fließende Strom positiv, und die Polzähne 12c/und 12e des ersten Rotors 12 nehmen beispielsweise eine Nordpolarität bzw. eine Sudpolarität an. Andererseits ist der Strom, welcher durch die zweite Erregerspule' 9' fließt, negativ, und ein Nordbzw, ein Südpol wird jeweils in den Polzähnen YId 'bzw. YZd des Rotors 12' hervorgerufen, wie es in der F i g. 13(a) dargestellt ist.

In der Ruhestellung sind die Polzähne 12c/und 12edes ersten Rotors 12 jeweils über den Nordpolen bzw. den Südpolen des Permanentmagneten 11 angeordnet, und die Polzähne YZd' und 12^ des zweiten Rotors 12 sind in der Mitte zwischen benachbarten Nord- und Südpolen des Permanentmagneten 11 angeordnet. Unter diesen Umständen wird eine abstoßende Kraft auf den ersten Rotor 12 ausgeübt. Diese abstoßende Kraft wirkt sich jedoch nicht so aus, daß die Drehrichtung festgelegt wird, weil die Polzähne YIdund 12e in der Mitte zwischen den Polen des Permanentmagneten 11 stehen. Andererseits werden sowohl eine abstoßende Kraft als auch eine anziehende Kraft auf den zweiten Rotor 12' ausgeübt weil dessen Polzähne YId 'und 12^ in der Mitte zwischen den Polen bleiben. Aufgrund dieser auf den zweiten Rotor 12' ausgeübten Kräfte beginnt dieser Rotor 12', sich zusammen mit dem ersten Rotor 12 zu drehen, und zwar in einer Richtung des Pfeiles B, wobei er ein Drehmoment ausübt.

Die Polzähne YId' und 12^ des zweiten Rotors 12' gehen dann weiter in die Stellungen, wobei sie die Südpole und die Nordpole des Permanentmagneten 11 jeweils kreuzen, bis bei einer Phasenstellung (H-O) der F i g. 12 der durch die zweite Erregerspule 12' fließende Strom positiv geworden ist, wobei die Polaritäten der Polzähne YId 'und YId des zweiten Rotors 12 jeweils in Süd- bzw. Nordpole umgekehrt wird, wie es in der Fig. 13(b) dargestellt ist Dieser zweite Rotor 12' ist daher zwischen dem Permanentmagneten 11 und den Polzähnen YZd' oder \2d einem Rückstoß ausgesetzt Zu dieser Zeit fließt jedoch noch ein maximaler Strom durch die erste Erregerspule 9, und die Polzähne YZd und 12e des ersten Rotors 12 werden auf einer Nord- und einer Südpolarität gehalten, welche stärker ist als diejenige der zweiten Erregerspule 9. Demgemäß wird die Drehung in der Richtung des Pfeiles B aufgrund der magnetischen Wechselwirkung zwischen dem ersten Rotor 12 und dem Permanentmagneten 11 fortgesetzt, wie es in der Fig. 13(b) dargestellt ist Wenn die Polzähne YZd 'des zweiten Rotors 12' durch die Mitte der entsprechenden Pole des Permanentmagneten ii hindurchgehen, erfahren sie eine Rückstoßkraft, damit die Rotoranordnung im Zusammenwirken mit der Anziehungskraft auf die Polzähne YZd und 12e ein großes Drehmoment bekommt An den Phasenstellen (1-1), (II-l) und (1-2) wird die Rotoranordnung jeweils durch einen analogen magnetischen Vorgang in die Stellungen nach den Fig. 13(c), (d) und (e) gebracht Somit setzt die Rotoranordnung ihre Drehung der Richtung des Pfeiles B über jede Umkehr in den Polaritäten der Polzähne YIdund 12edes ersten Rotors 12 oder YZd 'und YZd des zweiten Rotors 12' fort, was von der Umkehr in den Polaritäten der Ströme abhängt, welche durch die erste Erregerspule 9 und die zweite Erregerspule 9' fließen.

Wenn der Schalter SWm die durch eine unterbreche-

ne Linie gekennzeichnete Stellung gebracht wird, fließt der Strom der Wellenform (III) :durch die zweite Erregerspule 9', wie es oben bereits erwähnt wurde. An der Phasenstellung (1-0) der F i g. 12 wird der durch die erste Erregerspule 9 fließende Strom derart umgekehrt, daß er positiv wird, und der durch die zweite Erregerspule 9' fließende Strom wird negativ, so daß Nord- und Südpole jeweils in den Polzähnen 12c/ und \2e des ersten Rotors 12 erzeugt werden und weiterhin jeweils Süd- und Nordpole in den Polzähnen 12c/' und \2e! des zweiten Rotors 12' erzeugt werden, wie es in •der F i g. 14(a) dargestellt ist.

Folglich beginnt der zweite Rotor 12', sich in einer Richtung des Pfeiles C zu drehen (entgegengesetzt zu der Richtung gemäß Fig. 13), und zwar durch Anziehung zwischen dem Rotor und dem Permanentmagneten lt. Wenn die Polzähne 12i/und 12edes ersten Rotors 12 dann in Stellungen gebracht sind, in welchen sie gegenüber den Nordpolen und den Südpolen des Permanentmagnetstators 11 versetzt sind, wird jeweils ein Rückstoß dazwischen ausgeübt, welcher in der Weise wirkt, daß die Drehung in der Richtung des Pfeiles C fortgesetzt wird, und zwar im Zusammenwirken mit der oben erwähnten Anziehung, wodurch den Rotoren 12 und 12' ein Trägheitsmoment erteilt wird. Weiterhin führen die Rotoren eine weitere Drehung in einer Art aus, weiche analog zu dem Fall der F i g. 13 ist, wie es in den F i g. 14(b) bis (e) dargestellt ist. Folglich ist der beschriebene reversible Motor dazu in der Lage, seine Drehrichtung selektiv umzukehren, indem der Schalter SW betätigt wird.

Eine weitere Ausführungsform eines 2-Phasen-Elektromotors, welcher die Erfindung verkörpert, ist in den Fig. 15 bis 20 veranschaulicht, wobei nur ein Rotor verwendet wird, um einen 2-Phasen-Elektromotor zu bilden. Ein Rotor 12, welcher aus einem magnetisch weichen Material hergestellt ist und an einer Welle 1 befestigt ist, und zwar ähnlich wie bei den Rotoren der vorangegangenen Ausführungsformen, hat einen kreisförmigen Abschnitt, welcher in einer radialen Ebene durch die Welle 1 liegt, und hat einen Ansatz, welcher sich in einer Richtung parallel zu der Drehwelle vom Umfang des kreisförmigen Abschnittes aus erstreckt, wie es in der Fig. 15 dargestellt ist Der kreisförmige Abschnitt ist in Umfangsrichtung in eine Vielzahl von Polzähnen 12c/ und 12e unterteilt, welche gleiche Winkelabstände voneinander haben, und zwar durch eine Einrichtung mit einer hohen magnetischen Reluktanz, beispielsweise durch Schlitze 12a, wie es bei den Rotoren der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele der Fall war, und der Ansatz ist auch in Umfangsrichtung in eine Mehrzahl von Polzähnen 12c/' und \2e unterteilt, und zwar auf gleichen Winkeiabständen, durch ähnlicne Schlitze 12a', wie es in den Fig. 16 und 17 veranschaulicht ist Die auf diese Weise auf dem Ansatz des Rotors 12 gebildeten Polzähne 12c/ 'und 12^ haben dieselbe elektrische Phasenbeziehung oder sind um einen elektrischen Winkel von 90° in bezug auf die entsprechenden Polzähne 12c/ und 12e auf dem kreisförmigen Abschnitt des Rotors 12 versetzt Die Anzahl der Polzähne 12c/' und \2d ist dieselbe wie diejenige der Polzähne 12c/ und 12e Obwohl die Polzähne 12ci \2e, 12c/ 'und \2d gemäß F i g. 16 und 17 auf gleichen Winkelabständen angeordnet sind, können einige davon entfallen. Wenn es erforderlich ist, kann entweder der Satz von Polzähnen 12c/ und 12e oder der Satz von Polzähnen \2d' und 12^ gewöhnliche Polzähne aufweisen, welche nicht gleichzeitig in entgegengesetzten Polaritäten magnetisiert sind.

Wie in Fig. 17 zu sehen ist, sind auf dem sich zur Welle 1 radial erstreckenden Teil des Rotors 12 dreieckige oder 4-förmige Ausschnitte ausgebildet, mit diesen Ausschnitten ausgerichtet sind auf der axialen Umfangsseite des Rotors 12 rautenförmige Ausschnitte 12a' vorgesehen.

Ein Permanentmagnetstator 11, welcher beispielsweise aus Bariumferrit hergestellt ist, hat Flächen 11a und

ίο 116 (Fig. 18b), die jeweils so magnetisiert sind, daß abwechselnd Nord- und Südpole auf gleichen Winkelabständen in Stellungen gebildet werden, welche den Polzähnen YId und 12e bzw. den Polzähnen 12c/' und 12C^ gegenüberstehen. Jeder Pol auf der magnetisierten Fläche 11a ist mit einem entsprechenden Pol auf der magnetisierten Fläche 116 in der radialen Richtung flüchtend angeordnet und ist in entweder derselben oder der entgegengesetzten Polarität zu dem fluchtenden Pol auf der Fläche 116 magnetisiert. Ringförmige Erregerspulen 9 und 9', welche den Erregerspulen der obigen Ausführungsform ähnlich sind, sind konzentrisch zu der Drehwelle 1 angeordnet, und zwar an Stellen, wo sie den Polzähnen 12c/und 12e auf dem kreisförmigen Abschnitt und den Polzähnen 12c/' und 12^ auf dem Ansatz jeweils gegenüberstehen. Diese Erregerspulen 9 und 9' sind gemäß F i g. 19 und 20 in Abhängigkeit von den Fällen geschaltet, in welchen der Motor als Synchronmotor oder als reversibler Motor arbeitet. Veränderbare Widerstände können vorzugsweise mit den jeweiligen Erregerspulen 9 und 9' verbunden sein, um das Magnetfeld zu steuern, welches durch die Erregerspulen 9 und 9' erzeugt wird, so daß dadurch die Wechselwirkungen zwischen den Polzähnen 12c/, 12e und der Magnetisierungsfläche 11a und zwischen den Polzähnen 12c/ '12^ und der Magnetisierungsfläche 116 aufeinander abgestimmt werden. Ein Joch 4' (Fig. 15), welches aus einem magnetisch weichen Material besteht, ist zwischen den zwei Erregerspulen 9 und 9' angeordnet, um getrennte abwechselnde Magnetkreise zu bilden, welche durch die Erregung der Erregerspulen 9 und 9' hervorgerufen werden. Das Joch 4' dient auch als magnetische Abschirmung zwischen den Magnetfeldern, welche durch die jeweiligen Erregerspulen 9 und 9' hervorgerufen werden. Andere Abschnitte dieses Motors sind in ähnlicher Weise wie bei den Motoren der obigen Ausführungsbeispiele aufgebaut

In dem auf diese Weise aufgebauten Motor werden zwei abwechselnde Magnetkreise gebildet, nämlich ein Kreis, welcher durch das Gehäuse 8, das Zwischenjoch 4, das Nabenelement 7, den Mittelabschnitt des Rotors 12, das Joch 4' und das Gehäuse 8 gebildet wird, und ein weiterer Kreis, welcher durch das Gehäuse 10 das Gehäuse S, das Joch 4', den Ansatz des Rotors 12 und das Gehäuse 8 gebildet wird. Die Arbeitsweise dieses Motors in Verbindung mit der Erregung der Erregerspulen 9 und 9', die Magnetisierung der Polzähne 12c/, 12e; 12c/' und 12^ und die magnetische Wechselwirkung zwischen den Polzähnen 12c/, 12e, 12c/'und 12C^ des Rotors 12 sowie die magnetisierten Flächen 11a und 116 des Stators 11 sind jeweils ähnlich wie bei dem in der Fi g. 8 dargestellten Motor.

Der Ansatz des Rotors 12 und demgemäß die Polzähne 12c/ 'und 12^ können in derselben Ebene wie der kreisförmige Abschnitt des Rotors 12 liegen. In diesem Falle wird der Permanentstator 11 an Stellen magnetisiert, welche jeweils den Polzähnen 12c/und 12e bzw. den Polzähnen 12c/' und 12^ gegenüberstehen,

• und die ringförmigen Erregerspulen 9 und 9' sind

konzentrisch zu der Welle 1 an solchen Stellen angeordnet, welche jeweils den Polzähnen \2d und 12e sowie den Polzähnen YId ' und \2d gegenüberstehen, und zwar gegenüber von den magnetisierten Flächen 11a und lli> des Stators in bezug auf den Rotor 12. Das Joch 4' ist zwischen den Erregerspulen 9 und 9' angeordnet, um durch die Erregerspulen 9 und 9' zwei getrennte alternierende magnetische Kreise zu bilden.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform der

Erfindung kann der Motor dünner und leichter hergestellt werden als der Motor, der zwei Rotoren hat, weil es bei diesem letztgenannten Motor erforderlich ist, daß die Winkel zwischen den Polzähnen der jeweiligen Rotoren in der Motoranordnung entsprechend eingestellt werden, während die Polzähne durch Spritzen oder Pressen bei der erstgenannten Ausführung leicht und genau hergestellt werden können, wobei eine solche Notwendigkeit der Einstellung entfällt.

Hierzu 11 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Miniatur-Elektromotor mit rotierendem scheibenförmigem Kraftlinienverteiler als Rotor und dazu konzentrisch angeordneter feststehender Statorwicklung und einem Permanentmagneten, welcher in axialer Richtung derart magnetisiert ist, daß auf seiner Oberfläche gleichmäßig Nord- und Südpole abwechseln, mit einem Gehäuse, welches ein Joch aufweist, das aus magnetisch leitfähigem Material hergestellt ist und mit dem Rotor einen magnetischen Kreis bildet, wobei der Rotor eine Vielzahl im wesentlichen sektorförmiger Abschnitte aufweist, die der magnetisierten Fläche des Permanentmagneten gegenüberstehen, d a durch gekennzeichnet, daß die Rotorsektoren (12c/, i2e) als durch Ausschnitte (12a; im einstückigen Rotorblech von einander weitgehend getrennte Bereiche ausgebildet sind, die lediglich über schmale Brücken {\2b, \2c) zusammenhängen.

2. Miniatur-Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausschnitte (12a; im wesentlichen L- oder zl-förmig ausgebildet sind.

3. Miniatur-Elektromotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der dem Rotor (12) und dem Permanentmagneten (11) gegenüberliegenden Seite der Statorwicklung ein zweiter Rotor (12') und ein zweiter Permanentmagnet (1Γ) vorgesehen sind, und daß die beiden Permanentmagneten so zueinander angeordnet sind, daß sie einen elektrischen Winkel von 180° miteinander bilden.

4. Miniatur-Elektromotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (12) aus einer Mehrzahl von scheibenförmigen Kraftlinienverteilern mit darin ausgebildeten sektorförmigen Bereichen besteht, daß jedem Kraftlinienverteiler ein Permanentmagnet (11, 11') gegenübersteht, daß mehrere Statorwicklungen vorgesehen sind, und daß ein oder mehrere Joche (4, 4') jeweils derart ausgebildet sind, daß ein getrennter, alternierender magnetischer Kreis bezüglich des Kraftlinienverteilers bei Erregung der entsprechenden Statorwicklung (9, 9') gebildet wird.

5. Miniatur-Elektromotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der scheibenförmige Rotor einen ringförmigen Ansatz aufweist, der entsprechend den sektorförmigen Bereichen (12cydurch ähnliche Ausschnitte (12a^ aufgeteilt ist, daß der Permanentmagnet (11) so ausgebildet ist, daß er sowohl den Abschnitten auf dem scheiben- als auch auf dem ringförmigen Teil des Rotors gegenübersteht, daß ein weiteres Joch (4') vorgesehen ist, welches dazu dient, einen getrennten alternierenden magnetischen Kreis im Zusammenwirken mit den Abschnitten auf dem ringförmigen Ansatz zu bilden, und daß weiterhin eine ringförmige Statorwickluiig (9') vorhanden ist, die auf der dem Permanentmagneten gegenüberliegenden Seite des ringförmigen Ansatzes vorgesehen ist.