DE2627082A1 - Elektromotor fuer gleichstromanschluss - Google Patents

Description

Dr !ng. Walter Ablte Dr,DicterF.Morf 16, JUNI 1976 Dr. Hans-Α. Brauns B Munch«88.Pi·«««*«*·²» A679-O21

PAUL GUILDEN
2 Sutton Place South, New York, N.Y., V.St.A.

Elektromotor für Gleichstromanschluss

Die Erfindung betrifft Elektromotoren und insbesondere bürstenlose Elektromotoren für einen Gleichstromanschluss.

Beim üblichen Elektromotor für Gleichstromanschluss umgibt ein Stator einen mit Ankerwicklungen versehenen Rotor, wobei die Wicklungen mit einem in Segmente unterteilten Kommutator verbunden sind. Bürsten sind stationär gegenüber dem Stator angeordnet und stehen in federnder Anlage mit dem Kommutator, wobei die Bürsten parallel zu den Klemmen der zur Stromversorgung dienenden Gleichstromquelle liegen. Die Bürsten führen über den Kommutator Gleichstrom an die Ankerwicklungen, welche magnetische Felder erzeugen,

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die auf das Statorfeld einwirken. Mittels einer geeigneten Verbindung der Ankerwicklungen mit bestimmten Kommutatorsegmenten wirken die Rotor- und Statorfelder in einer Weise aufeinander ein, durch welche eine Rotordrehung eingeleitet und unterhalten wird. Die Kommutator-Bürsten-Anordnung stellt eine Schalteranordnung dar, die abhängig von der Winkellage des Rotors arbeitet.

Wenn die Bürsten nacheinander in Anlage mit den Kommutatorsegmenten kommen und diesen den vollen Rotorstrom zuführen, tritt ein sichtbares Bürstenfeuer auf, welches die Anwendung dieser Motoren beschränkt, beispielsweise dann, wenn in der Umgebungsatmosphäre brennbare Gase und dergleichen vorhanden sind. Ferner führt die Anlage der stationären Bürsten am rotierenden Kommutator zur Abnützung der Bürsten, wodurch ein Ersatz derselben notwendig wird. Diese und andere Nachteile, wie beispielsweise ein komplizierter baulicher Aufbau, haben die Motorbauer veranlasst, sich nach Ersatzlösungen für den üblichen Gleichstrommotor umzusehen. Im Bestreben, die Rotorstellung abzufühlen, ohne dass der Rotor mechanische Schaltkontaktelemente tragen muss, wurden kapazitive Kommutatoren vorgeschlagen, bei welchen verschiedene Kapazitäten während der RotorUmdrehung zwecks Anzeige der Rotorstellung festgelegt werden, sowie elektrooptische Kommutatoren, die einen umlaufenden Lichtverschluss und zugeordnete Fühler für den gleichen Zweck verwenden und schliesslich elektromechanische Kommutatoren, bei welchen vom Rotor getrennt angeordnete Schalter durch einen vom Rotor getragenen Nocken oder Magneten betätigt werden. Jedes dieser Systeme weist bauliche und/oder funktionelle Merkmale auf, welche seine Wirksamkeit als Ersatz für den üblichen Motor verringern. Das erste System gibt eine Anzeige der Rotorstellung abhängig von der Ermittlung verschiedener Winkelbereiche des Rotors mittels Feststellung einer Kapazitätsände-

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rung, also eines Parameters, welcher schwierig festzulegen und zu messen ist. Das zweite System ist wegen der Notwendigkeit

optischer Elemente unpraktisch. Das dritte System hat einen korn- |

plexen baulichen Aufbau, wie beispielsweise aus einer Ausführungs- !

form gemäss der US-PS 2 753 471 ersichtlich ist, in welcher ein j

aus einem Dauermagneten bestehender Rotor zwei getrennte Abschnit- ■

te aufweist, wovon einer mit einem mehrere Wicklungen aufweisenden '.

Stator zusammenwirkt, um die Motorausgangswelle zu drehen, und der j

andere einen offenen magnetischen Zungenschalter betätigt, um den ', Statorstrom zwecks Aufrechterhaltung der Rotation zu steuern.

Ein weiteres Gleichstrommotorsystem ist in der US-PS 2 753 501 beschrieben, gemäss welcher ein zweipoliger Rotor zum Antrieb der Motorausgangswelle durch Reaktion mit einem gewickelten Stator verwendet wird und ferner dazu dient, in Sensorwicklungen des Stators Signale zu induzieren. -. ... ' Die Sensorwicklungen steuern ihrerseits elektronische Schalter, welche während des Betriebs ausserhalb der Anlaufphase Strom in die Statorantriebswicklungen leiten. Dieses System ist nachteilig, da es mehrere Statorwicklungen erfordert,sowie eine ungewöhnliche Rotorkonstruktion,gemäss welcher der Rotor in zwei Abschnitten ausgebildet ist,einschliesslich eines exzentrisch angeordneten, beweglichen Abschnitts, welcher einen Schalterkontakt eines Schalters trägt, der während des Anfahrens 4es Motors geöffnet und geschlossen wird, um den Stromfluss im Stator zu bestimmen. Dieses System verwendet praktisch einen üblichen, mit Bürsten arbeitenden Kommutator während der Anlaufphase.

Gemäss der US-PS 3 264 538 wird die letztgenannte Anordnung vereinfacht, indem einerseits ein derartiger, in Abschnitte unterteilter Rotor vermieden wird und ferner eine einzige, mit einer Mittenanzapfung versehene Statorwicklung vorhanden ist, deren eine Hälfte als Sensorwicklung arbeitet, während die andere als Rotorantriebswicklung dient. Jedoch wird dieser

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Motor dadurch kompliziert, dass eine besondere Statorpolanordnung vorhanden ist, bei welcher ein exzentrischer Spalt zwischen jedem Polstück und dem zweipoligen Rotor liegt.

Weitere Versuche des Stands der Technik zur Entwicklung bürstenloser Gleichstrommotore ergeben sich aus den anschliessend erörterten Patentschriften. Gemäss diesen Versuchen wird ein offenes Bürstenfeuer durch die Verwendung gekapselter magnetischer Zungenschalter oder Hallgeneratoren vermieden, welche teilweise ziemlich niedere Ströme führen. Im Einklang mit diesen Versuchen ist ein Betrieb während des Anlaufs möglich sowie ein normaler Motorbetrieb, ohne dass exzentrisch angeordnete bewegliche Rotorabschnitte verwendet werden und ohne dass exzentrische Luftspalte zwischen Stator und Rotor vorhanden sind. Jedoch erfordern diese Anordnungen, wie sich aus der folgenden Erörterung ergibt, mehrfache Statorwicklungen und eine unerwünscht hohe Anzahl magnetischer Schalter, welche die Rotorstellung ermitteln und den Stromfluss durch die Statorwicklungen festlegen.

Gemäss der US-PS 2 798 995 sind vier Statorwicklungen auf nicht magnetischen Kernen im Winkelabstand voneinander angeordnet und wirken mit einem als Dauermotor ausgebildeten Rotor zusammen. Eine Klemme einer jeden Statorwicklung ist mit einer gemeinsamen Klemme der Gleichstromversorgungsquelle verbunden. Die übrigen Klemmen der Statorwicklungen sind an zwei magnetische Schalter angeschlossen, deren Schaltzustände durch magnetische Reaktion mit dem Rotor gesteuert wird.

Gemäss der US-PS 3 383 57¹* wirkt ein aus einem Dauermagneten bestehender Rotor mit einem Stator zusammen, welcher zwei Wicklungen und zwei Hallgeneratoren aufweist. Die Hallgeneratoren sind jeweils mit einem als Zeitverhältnissteuerung dienenden Verstärker verbunden, welcher eine einzige Statorwicklung speist.

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Die US-PS 3 517 289 kombiniert vier Statorwicklungen und zwei Hallgeneratoren in einem aus einem Dauermagneten bestehenden Rotor.

Gemäss der US-PS 3 678 359 wirkt ein aus einem Dauermagneten bestehender Rotor mit einem Stator zusammen, welcher drei Kerne aufweist, wovon jeder sowohl eine Wicklung wie ein Paar entgegengesetzt eingestellter magnetischer Zungenschalter aufweist. Das Zungenschalterpaar eines jeden Kerns ist mit der Wicklung des folgenden Kerns verbunden, um ein wirksames rotierendes Statorfeld zu ergeben. Eine ähnliche Anordnung ist in der US-PS 3 634 873 dargestellt, gemäss welcher sechs Statorkerne verwendet werden, die jeweils eine Wicklung tragen, sowie drei magnetische Zungenschalter.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Elektromotor für Gleichstromanschluss zu schaffen.

Dies wird erfindungsgemäss mittels eines Motors erreicht, welcher einen Stator mit einer einzigen Wicklung aufweist, einem als Dauermagneten ausgebildeten Rotor, eine magnetisch betätigte Schaltvorrichtung, die an einer einzelnen Statorposition angebracht ist, sowie einen Schaltkreis, welcher auf den Betriebszustand der Schaltvorrichtung anspricht, um einen Stromfluss durch die einzige Statorwicklung zu leiten. In der bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemässe Motor einen Dauermagneten auf, welcher gegenüber dem Rotor eine bestimmte Lage aufweist, um bei Abschaltung des Stators den Rotor in solcher Weise zu bewegen, dass der Motorbetrieb bei erneuter Einschaltung des Stators erleichtert wird.

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Die vorausgehend genannten sowie weitere erfindungsgemässe Merkmale ergeben sich aus der anschliessenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäss verwendeten Stators, bei welchem die Statorwicklung aus Gründen der besseren Darstellung weggelassen ist,

Fig. 2 eine teilweise schematische Darstellung eines erfindungsgemässen Elektromotors, welcher mit dem Stator gemäss Fig. 1 ausgestattet ist und eine einzige, mit Mittenanzapfung versehene Wicklung aufweist, wobei ein Rotor und ein Motorschaltkreis mit dem Stator verbunden sind,

Fig. 3 ein elektrisches Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform des Motorschaltkreises und der Statoranschlüsse nach Fig. 2,

Fig. 4(a)-(b) schematische Schaltkreise zur Erleichterung des Verständnisses der Erfindung und

Fig. 5 eine alternative erfindungsgemässe Ausbildung.

Gemäss Fig. 1 enthält der Stator 10 einen Kern 12 mit Stator-Polstücken 14 und 16 und einer Durchtrittsöffnung in einem erhabenen Abschnitt 12a, welche die Rotorachse aufnimmt und zur Drehung relativ zum Stator hält. Im Abschnitt 12a ist der Kern 12 mit Vorsprüngen 20 und 22 versehen, wobei der erstere einen Dauermagneten 24 in einer Lage hält, die gleich weit von den Stator-Polstücken 14 und 16 entfernt ist. Der Vorsprung 22 trägt eine magnetisch betätigte Schaltvorrichtung 26. Gemäss Fig. 2 ist eine Wicklung 28 kontinuierlich um den Kern 12 aufgewickelt, wobei die Wicklungsanschlüsse jeweils mit den Leitungen 30

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und 32 verbunden sind, während eine Mittenanzapfung der Wicklung an die Leitung 34 angeschlossen ist. Der Stator wird von einem Rotor 36 umgeben, der einen äusseren Weicheisenring 37 aufweist, welcher nebeneinander angeordnete Dauermagnet-Polstücke 36a-36f umgibt, wobei benachbarte Polstücke entgegengesetzte magnetische Polarität N bzw. S aufweisen. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, entspricht die Krümmung der Statorpolstücke 14 und 16 der Krümmung der Rotorinnenseite, wobei zwischen den Stator-Polstücken und den Rotorpolen ein ausreichend grosser Luftspalt vorhanden ist, um eine unbehinderte Relativdrehung dieser Teile zueinander zu gestatten.

Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform besteht der Kern 12 aus Weicheisenpulver, das durch ein hitzehärtendes Harz isoliert wird und in die Form gemäss Fig. 1 verdichtet und gesintert wurde. Der Kern 12 ist somit ferromagnetisch, jedoch elektrisch nicht leitend, wodurch Wirbelstromverluste verringert werden. Da der Kern 12 ein elektrischer Isolator ist, kann ein mit einer Lackierung versehener Draht unmittelbar auf den Kern gewickelt werden, ohne dass eine elektrisch isolierende Spulenhülse zur Verhinderung eines Kurzschlusses erforderlich ist. Der Magnet 24 und die Schaltvorrichtung 26 können mit dem Kern lediglich durch Kleben verbunden sein.

Wie anschliessend noch näher erläutert wird, wirkt der Magnet 24 auf den Rotor 36 ein, um sicherzustellen, dass ein einzelner Rotorpol gemäss Fig. 2 gegenüber der magnetisch betätigten Schaltvorrichtung 26 in einer Betätigungsstellung liegt. Die Schaltvorrichtung 26 ist mit den Leitungen 38, 40 und 42 verbunden, und diese Leitungen sowie die Leitungen 30, 32 und 34 sind an die Motorsteuerung angeschlossen, die seinerseits durch Leitungen 48 und mit einer Gleichstromquelle 46 verbunden ist.

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Gemäss den Fig. 2 und 3 ist die Schaltvorrichtung neben dem Rotor-Polstück 36a dargestellt und besteht gemäss einer Ausführungsform als einpoliger, gekapselter, als Umschalter wirkender, magnetischer Zungenschalter. Der bewegliche Innenkontakt 26a macht KontaktSchluss mit dem Aussenkontakt 26b und liegt im Abstand zu dem gegenüberliegenden Aussenkontakt 26c, wobei diese Stellung des Kontakts 26a durch die Einwirkung des durch den Rotorpol 36a bestimmten N-PoIs festgelegt wird. Liegt die Schaltvorrichtung 26 einem S-PoI gegenüber, so befindet sich, wie ersichtlich, der Kontakt 26a in elektrischer Verbindung mit dem Kontakt 26c und liegt im Abstand vom Kontakt 26b.

Gemäss der Ausführungsform der Motorsteuerung 44 nach Fig. 3 sind die Schaltelemente 52 und 54 insbesondere als steuerbare Siliciumgleichrichter dargestellt. Die ersten Kathoden 52a und 5^a der Gleichrichter 52 und 5h sind gemeinsam mit der Leitung 50 verbunden, die ihrerseits an die negative Klemme der Stromversorgungsquelle 46 angeschlossen ist. Die Steuerelektroden 52b und 54b der Gleichrichter sind jeweils mit der Leitung 42 bzw. 40 verbunden. Die Anoden 52c und 54c der Gleichrichter 52 und 5¹* sind jeweils mit der Leitung 32 bzw.30 und den gegenüberliegenden Platten des Kondensators 56 verbunden. Die Anoden der einander gegengeschalteten, zur induktiven Entstörung dienenden Dioden 58 und 60 sind jeweils mit den Leitungen 30 und 32 verbunden, wobei ihre Kathoden gemeinsam an die Leitung 34 angeschlossen sind. Die Leitung 34 ist ferner über einen Schalter 62 mit einer Leitung 48 verbunden, welche an die positive Klemme der Stromversorgungsquelle 46 angeschlossen ist. Die Leitung 38 ist über einen Widerstand 64 und einen Schalter 62 an die Leitung 48 angeschlossen.

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Befindet sich der Rotor gegenüber dem Stator gemäss Fig. in einer Ruhestellung, so wird der Schalter 62 zum Einschalten des Motors geschlossen. Positive Gleichspannung wird über den Widerstand 64, die Kontakte 26a und 26b und der Leitung 40 der Steuerelektrode 54b des Gleichrichters zugeführt, wodurch dieser leitend wird. Dadurch fliesst Gleichstrom von der Leitung 48 durch den Schalter 62, den Wicklungsabschnitt 28b, die Gleichrichterelektroden 54c und 54a und durch die Leitung 50. Der Wicklungsabschnitt 28a ist offen, da der Gleichrichter 52 sich im nicht leitenden Zustand befindet. Abhängig von dem Drehsinn, mit welchem die Wicklung 28 auf den Kern 12 aufgewickelt ist, bildet das Stator-Polstück 16 einen N- oder S-PoI. Wird angenommen, dass das Stator-Polstück 16 einen N-PoI bildet, so stellt das Stator-Polstück 14 einen S-PoI dar, und der Rotor 36 führt eine resultierende Bewegung im Uhrzeigersinn gemäss den in Fig. 2 eingetragenen Pfeilen aus, wobei das Stator-Polstück 16 den Rotorpol 36c abstösst und den Rotorpol 36b anzieht, während das Stator-Polstück 14 den Rotorpol 36f abstösst und den Rotorpol 36e anzieht.

Beim Anlaufen des Motors folgt nach näherungsweise einer 30°-Drehung des Rotors im Uhrzeigersinn,ausgehend von der genannten Ruhestellung, der Rotorpol 36f auf den Rotorpol 36a in seiner Lage neben der Schaltvorrichtung 26, worauf der Kontakt 26a sich vom Kontakt 26b löst und in Berührung mit dem Kontakt 26c gelangt. Tritt dies ein, so wird eine positive Gleichspannung von der Leitung 40 auf die Leitung 42 umgeschaltet und damit von der Steuerelektrode 54b des Gleichrichters 54 zur Steuerelektrode 52b des Gleichrichters 52, wodurch letzterer leitend wird. Der Gleichrichter 54 wird dagegen andererseits durch die Zuführung einer Spannung entgegengesetzter Polarität an

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seinen Elektroden 5**a und 5¹Ic abgetrennt, da der Kondensator über den Gleichrichter 52 jetzt mit der Elektrode 5**a verbunden ist. Diese Spannung, deren Grosse dem Doppelten der Klemmenspannung der Versorgungsquelle 46 entspricht, wird durch den Kondensator 56 geliefert, da der Kondensator während des leitenden Zustands des Gleichrichters 5²I entsprechend aufgeladen wird.

Bei Leitung des Gleichrichters 52 fliesst Strom durch den Wicklungsabschnitt 28a in einer Richtung, die entgegengesetzt zu dem nun unterbrochenen Stromfluss durch den Wicklungsabschnitt 28b ist, wodurch die frühere magnetische Polarität des Stator-Polstücks 16 von N auf S umgekehrt wird und das Stator-Polstück Ik von einem S-PoI zu einem N-PoI wird. Der Rotor erfährt daher weiterhin ein resultierendes Moment im Uhrzeigersinn, da das Stator-Polstück lh jetzt den Rotorpol 36e abstösst und den Rotorpol 36d anzieht und das Polstück 16 den Rotorpol 36b abstösst und den Rotorpol 36a anzieht.

Bei weiterer Drehung des Rotors 36 veranlasst der Rotorpol 36f die Schaltvorrichtung 26, in ihren Ausgangszustand zurückzukehren, wobei die Kontakte 26a und 26b in Berührung miteinander stehen. Dieser Betriebszustand führt erneut zu einer Leitung des Gleichrichters 5^ zum Einschalten des Wicklungsabschnitts 28b und zur Unterbrechung der Stromleitung des Gleichrichters 52 durch Sperrung seiner Elektroden 52a und 52b mittels des Kondensators 56. Diese zyklische Umkehrung des Stromflusses durch die Statorwicklung 28 in 60°-Intervallen wird ständig fortgesetzt und hält die Motordrehung aufrecht.

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Erfindungsgemäss wird ein Magnet in Verbindung mit der Schaltvorrichtung 26 verwendet, durch welchen der Schalter eine magnetische Polarität erhalten kann, die nach Wunsch des Anmelders jener gemäss Fig. 3 entgegengesetzt ist. Ist es beispielsweise erwünscht, wahlweise statt der einleitend erwähnten Drehung im Uhrzeigersinn eine umgekehrte Motordrehung zu erhalten, so wird zunächst beim Anfahren die Wicklung 28a anstelle der im vorausgehenden Beispiel genannten Wicklung 28b eingeschaltet. Durch die Betätigung des Polarisierungsmagneten 26d gegenüber der Schaltvorrichtung 26, wie dies in Fig. 3 gestrichelt dargestellt ist, wobei die N-S-Achse des Magneten 26d parallel zur Drehachse des Rotors liegt, liegen die Kontakte 26a und 26c in Berührung miteinander. Beim Schliessen des Schalters 62 wird der Gleichrichter 52 leitend und es erfolgt ein einleitender Stromfluss durch den Wicklungsabschnitt 28a, wodurch das Stator-Polstück 14 ein N-PoI und das Stator-Polstück 16 ein S-PoI wird. Entsprechend stösst das Stator-Polstück 14 den Rotorpol 36e ab und zieht den Rotorpol 36f an, während das Stator-Polstück 16 den Rotorpol 36b abstösst und den Rotorpol 36c anzieht, wodurch ein resultierendes Drehmoment im Gegenzeigersinn und eine entsprechende Rotordrehung erhalten werden. Bei Bewegung des Magneten 26d aus der magnetisierenden Stellung gegenüber der Schaltvorrichtung 26 gelangt der Kontakt 26a in Anlage mit dem Kontakt 26c, und der Gleichrichter 54 wird zunächst leitend, wodurch ein Stromfluss durch den Wicklungsabschnitt 28b und eine Drehung des Rotors im Uhrzeigersinn erfolgen. Es ist offensichtlich, dass andere Massnahmen zur wahlweisen Umkehr der Drehrichtung verwendet werden können. Beispielsweise kann ein zweipoliger Umschalter zwischen den Leitungen 40 und 42 und den Steuerelektroden 52b und 54b vorgesehen werden, so dass die Leitung 40 mit der Steuerelektrode 52b und die Leitung

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mit der Steuerelektrode 5^b verbunden werden können oder die Leitungen ¹JO und 42 mit diesen Elektroden nach Wahl des Anwenders gemäss Fig. 3 verbunden werden. Nach Wunsch kann ein derartiger zweipoliger Umschalter zwischen die Leitungen 30 und 32 und die Elektroden 52c und 54c eingeführt werden, um diese Leitungen und Elektroden gemäss Fig. 3 zu verbinden oder um die Leitung 30 mit der Elektrode 52c und die Leitung 32 mit der Elektrode 54c zu verbinden. Die Verwendung eines Schalters in den Leitungen 40 und 42 hat gegenüber der Verwendung in den Leitungen 30 und 32 Vorteile, da der Stromfluss in den Leitungen 40 und 42 geringer als in den Leitungen 30 und 32 ist.

Bei der vorausgehenden Erörterung wurde die relative Anfahrstellung des Rotors 36 und des Stators 10 gemäss Fig. unterstellt. Diese Stellung, bei welcher die Stator-Polstücke in einer Gleichgewichtsstellung mit einem Paar benachbarter Rotorpole liegen, kann selbstverständlich bei öffnen des Schalters 62 und Bewegung des Rotors 36 in eine Ruhestellung vorliegen. Jedoch ist es in diesem Falle hinsichtlich der relativen Stellung von Stator und Rotor möglich, dass die Stellung gemäss Fig. 4(a) eingenommen wird, wobei ein Magnet 24 nicht verwendet wird. Unter Bezugnahme auf Fig. 4(a), in welcher der Magnet 24 weggelassen ist, ergibt sich, dass die Stator-Polstücke 14 und 16 im wesentlichen neben einem einzigen Rotorpol liegen und in zweiter Linie neben gleichen Abschnitten von Rotorpolen, deren Polarität entgegengesetzt zu dem erstgenannten Rotorpol ist. Befindet sich die Schaltvorrichtung in einem ihrer beiden leitenden Betriebszustände, so wird, falls die Statorwicklung unter diesen Umständen durch Schliessen des Schalters 62 eingeschaltet wird, kein resultierendes Moment zur Drehung des Rotors 36 erzeugt, wie dies durch gestrichelte Pfeile in Fig. 4(a) angegeben ist. Der Rotor befindet sich praktisch in einer Null-Stellung, und es ist ein magnetischer Gleichgewichtszustand vorhanden.

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Um zu vermeiden, dass der Rotor 36 gegenüber dem Stator 10 eine derartige Null-Stellung einnimmt,dient erfindungsgemäss ein Magnet 24, wobei die Polarität dieses Stabmagneten derart gewählt ist, dass dem Rotor 36 ein einziger Magnetpol zugewandt ist. Gemäss Fig. 4(a) liegt der Magnet neben den Rotorpolen 36d und 36e und ist mit einem N-PoI dem Rotor 36 zugewandt, wobei dem Rotor eine Drehung erteilt wird, um ihn aus der in Fig. 4(a) gezeigten Stellung in die Stellung gemäss Fig. 2 zu bringen. Somit stösst der Magnet 24 den Rotorpol 36e ab und zieht gemäss Fig. 4(a) den Rotorpol 36d an, wodurch anschliessend die Stator-Polstücke 14 und 16 im Gleichgewichtszustand neben einer Anzahl von Rotorpolen liegen, nämlich den Polen 36e und 36f und den Polen 36b und 36c. Rotiert der Rotor 36 in eine Ruhestellung nach dem Abschalten des Motors gemäss Fig. 2 und Fig. 4(b), so führt der Magnet 24 keine Korrektur der Rotorstellung aus, da diese nicht erforderlich ist. Es ist ersichtlich, dass der Magnet 24 mit einem S-PoI dem Rotor mit dem gleichen Ergebnis zugewandt sein kann, wie wenn er einen N-PoI darbietet, und die durch den Magnet 24 gegebene Antriebskraft den Rotor noch ausreichend verdreht, um ein Nebeneinanderliegen der Stator-Polstücke mit jedem der Rotorpole zu erreichen.

In den vorausgehend beschriebenen Ausführungsformen gemäss der Erfindung wirkt ein sechspoliger Rotor mit einem zweipoligen Stator zusammen. Bei dieser Anordnung ist die magnetisch betätigte Schaltvorrichtung 26 im gleichen Abstand von den Polstücken 14 und 16 angeordnet, um sich in einer Lage zu befinden, in welcher ihr leitender Betriebszustand nicht durch die Einschaltung der Statorwicklung beeinträchtigt wird, so dass sich die Schaltvorrichtung neben einem einzigen Rotorpol befindet, wenn die Stator-Polstücke neben mehreren Rotorpolen liegen. Eine derartige Einzelstellung der Schaltvorrichtung

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gewährleistet, dass diese einen bestimmten Betriebszustand aufweist und nicht gemeinsamen magnetischen Einflüssen entgegengesetzter Polarität unterliegt, wie dies.im Falle der Anordnung nach Fig. 4(a) zutreffen würde. Eine derartiger gegenseitiger Abstand zwischen der Schaltvorrichtung 26 und den Stator-Polstücken ist beim Bau des erfindungsgemässen Elektromotors festgelegt, wobei die weitere Lage der Schaltvorrichtung 26 neben einem einzelnen Rotorpol und das Nebeneinanderliegen der Stator-Polstücke mit mehreren Rotorpolen beispielsweise durch den Magnet 24 gewährleistet wird.

Gemäss Fig. 5 besteht die Schaltvorrichtung 26· aus einem mit einem Hallgenerator arbeitenden Schalter, welcher durch den Spannungsunterschied zwischen den mit dem Schalter verbundenen Leitungen 66 und 68 betrieben wird. Die Leitung ist mit der Leitung 48 über einen Widerstand 70 und einen Schalter 62 verbunden, und die Leitung 68 ist an die Leitung 50 angeschlossen. Die Leitungen 72 und 74, welche mit der Schaltvorrichtung 26' verbunden sind, werden jeweils getrennt mit positivem Potential versehen, jeweils abhängig vom Betriebszustand der Schaltvorrichtung entsprechend der magnetischen Beeinflussung desselben durch die Rotorpole 36. Befindet sich der Rotorpol 36a, wie dargestellt, neben der Schaltvorrichtung, so wird eine positive Spannung der Leitung Ik zugeführt, während an der Leitung 72 keine Spannung liegt.

Gemäss Fig. 5 ist die einzige Wicklung 28' nicht mit einer Mittenanzapfung versehen und ihre endseitigen Ausgänge werden durch die Leitung 76 mit einem den Transistoren 78 und 80 gemeinsamen Verbindungspunkt sowie durch eine Leitung 82 mit einem den Transistoren 84 und 86 gemeinsamen Verbindungspunkt verbunden. Die Kollektoren der Transistoren 78 und 84 werden über einen Schalter 62 mit der Leitung 48

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verbunden, während die Emitter der Transistoren 80 und 86 an die Leitung 50 angeschlossen sind. Die Emitter der
Transistoren 78 und 84 sind jeweils mit den Kollektoren
der Transistoren 80 und 86 verbunden. Die Basis der Transistoren 78 und 86 ist jeweils mit der Leitung 72 über einen Widerstand 88 bzw. 90 verbunden. Die Basis der Transistoren 80 und 84 ist jeweils über einen Widerstand 92 bzw. 94 mit der Leitung 74 verbunden. Ist die Leitung 74 positiv, so leiten die Transistoren 80 und 84, wodurch ein Stromfluss von der Leitung 48 durch den Schalter 62,den Transistor 84,
die Leitung 82, die Wicklung 28», die Leitung 76 und den
Transistor 80 zur Leitung 50 erfolgt'. Bei Drehung des Rotors 36 kommt die Schaltvorrichtung 26' neben einem Rotorpol mit S-Polarität zu liegen und führt der Leitung 72
eine positive Spannung zu, während die positive Spannung
an der Leitung 74 abgeschaltet wird. Tritt dies ein, so
werden die Transistoren 80 und 84 nicht leitend, ..und
die Transistoren 78 und 86 werden leitend, wodurch ein
Stromfluss von der Leitung 48 durch den Schalter 62, den
Transistor 78, die Leitung 76, die Wicklung 28', die Leitung 82 und den Transistor 86 zur Leitung 50 erfolgt. Wie ersichtlich, wird die Stromrichtung durch die Wicklung 28' gegenüber der vorausgehend erwähnten Stromrichtung umgekehrt. Schalter zur Umkehr der Drehrichtung können in die Leitungen 72, 74 oder in die Leitungen 76, 82, wie vorausgehend bei der Ausführungsform nach Fig. 3 erwähnt, eingebaut werden.

Während die Erfindung in Verbindung mit spezifischen Ausführungsformen beschrieben wurde, sind weitere Abänderungen möglich. Beispielsweise ist die Verwendung von steuerbaren Siliciumgleichrichtern gemäss Fig. 3 und einer Transistorschaltvorrichtung gemäss Fig. 5 lediglich als Ausführungsbeispiel zu verstehen, da andere Schaltkreiselemente

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Ab

und Anordnungen zur Steuerung des Stromflusses verwendet werden können. Die beschriebenen Ausführungsformen zeigen zwar einen vom Rotor umgebenen Stator, jedoch wäre auch die umgekehrte Anordnung möglich, gemäss welcher der Stator den Rotor umgibt. Diese und andere Abänderungen werden im Rahmen der Ansprüche von der Erfindung mitumfasst.

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Claims (15)

A679-O21 Patentansprüche

1.) Elektromotor für Gleichstromanschluss, gekennzeichnet durch

(a) einen Stator (10) mit einer auf einem Kern (12) aufgewickelten Einzelwicklung (28), wobei der Kern mindestens ein Polstück (14, 16) aufweist, dessen magnetische Polarität durch den Stromfluss in der Wicklung (28) festgelegt wird,

(b) einen zur Drehung gegenüber dem Stator angeordneten Rotor (36), welcher aufeinanderfolgend eine Anzahl Dauermagnete (36a-36f) aufweist, wobei benachbarte Rotorpole jeweils eine erste und zweite, einander entgegengesetzte, magnetische Polarität aufweisen,

(c) eine magnetisch betätigte Schaltvorrichtung (26), welche stationär an einer Einzelstellung angeordnet ist, um durch die Rotorpole mit der ersten magnetischen Polarität in einen ersten leitenden Betriebszustand und durch die Rotorpole der zweiten magnetischen Polarität in einen zweiten leitenden Betriebszustand gebracht zu werden, und durch

(d) einen Schaltkreis, welcher mit der Schaltvorrichtung (26) der Statorwicklung (28) und der Gleichstromquelle (46) verbunden ist, um Strom bei Betätigung der Schaltvorrichtung (26) im ersten Betriebszustand in einer ersten Richtung durch die Statorwicklung (28) zu leiten, und bei Betätigung der Schaltvorrichtung im zweiten Betriebszustand in einer zweiten entgegengesetzten Richtung.

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2. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelstellung für die Schaltvorrichtung (26) gegenüber dem Stator-Polstück (14, 16) einen derartigen Abstand aufweist, dass die Schaltvorrichtung neben einem einzigen der Rotorpole (36a-36f) liegt, wenn das Stator-Polstück neben die verschiedenen Rotorpole zu liegen kommt.

3. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (10) zwei Polstücke (I¹J, 16) aufweist, die neben diametral einander gegenüberliegenden Rotorabschnitten liegen.

4. Elektromotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (36) sechs Rotorpole (36a-36f) aufweist und die Einzelstellung für die Schaltvorrichtung (26) gleiche Entfernung von jedem der Stator-Polstücke (14, 16) aufweist.

5. Elektromotor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Antriebseinrichtung (24) zur Drehung des Rotors, damit dieser in einer vorgegebenen Stellung relativ zum Stator-Polstück gebracht wird, wenn der Stromfluss in der Stator-Wicklung unterbrochen wird.

6. Elektromotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung aus einem Dauermagneten (24) besteht, welcher gegenüber dem Rotor eine bestimmte Lage einnimmt.

7. Elektromotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Dauermagnet (24) am Stator (10) befestigt ist.

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8. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorwicklung (28a, 28b) zwei Enden aufweist, welche jeweils Anschlüsse bilden, sowie einen dritten Anschluss, welcher mit der Wicklung zwischen den beiden Enden verbunden ist und der Schaltkreis Strom vom ersten Anschluss zum dritten Anschluss leitet, wenn sich die Schaltvorrichtung (26) im genannten ersten Betriebszustand befindet und ferner Strom vom zweiten Anschluss zum dritten Anschluss leitet, wenn sich die Schaltvorrichtung (26) im zweiten genannten Betriebszustand befindet.

9. Elektromotor für Gleichstromanschluss, gekennzeichnet durch

(a) einen Stator (10), welcher eine auf einen Kern (12) aufgebrachte Einzelwicklung(28) aufweist, wobei der Kern mindestens ein Polstück (14, 16) bildet, dessen magnetische Polarität durch den Stromfluss in der Wicklung bestimmt ist,

(b) einen zur Drehung gegenüber dem Stator (10) gelagerten Rotor (36), welcher eine Anzahl von Dauermagnetpolen (36a-36f) aufweist, die aufeinanderfolgen, wobei benachbarte Rotorpole jeweils einander entgegengesetzte magnetische Polarität haben,

(c) eine Rotorsteuerung (44), um Strom mit bestimmter Richtung abhängig von der Winkelstellung der Rotorpole gegenüber den Stator-Polstücken durch die Statorwicklung (28) zu leiten, und

(d) eine Antriebseinrichtung (24), um den Rotor in eine bestimmte Stellung gegenüber dem Stator-Polstück zu verdrehen, wenn der Stromfluss in der Statorwicklung (28) abgeschaltet wird.

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A679-O21 ί

10. Elektromotor nach Anspruch 9* dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung aus einem Dauermagneten (24) besteht, welcher gegenüber dem Rotor stationär angeordnet ist.

11. Elektromotor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Dauermagnet (24) vom Stator (10) getragen wird.

12. Elektromotor nach Anspruch 9 > dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorsteuerung (44) einen magnetisch betätigten Schalter (26) aufweist, welcher in einer Einzelstellung angeordnet ist, um durch die Rotorpole einer magnetischen Polarität in einen ersten leitenden Betriebszustand und durch die Rotorpole entgegengesetzter magnetischer Polarität in einen zweiten leitenden Betriebszustand gebracht zu werden, wobei ein Schaltkreis mit der Schaltvorrichtung (26), der Statorwicklung (28) und der Gleichstromquelle (46) verbunden ist, um Strom bestimmter Richtung abhängig vom Betrieb der Schaltvorrichtung (26) durch die Statorwicklung (28) zu leiten.

13. Elektromotor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorwicklung (28) zwei Enden aufweist, welche jeweils zwei Anschlüsse bilden, .wobei ein dritter Anschluss mit der Statorwicklung an einer Stelle zwischen den beiden Enden verbunden ist und der Schaltkreis Strom vom ersten Anschluss zum dritten Anschluss leitet, wenn sich die Schaltvorrichtung (26) im ersten leitenden Betriebszustand befindet, und ferner Strom vom zweiten Anschluss zum dritten Anschluss, wenn sich die Schaltvorrichtung im zweiten leitenden Betriebszustand befindet.

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14. Elektromotor für Gleichstromanschluss, gekennzeichnet durch

(a) einen Stator (10) mit einem Kern (12) und einer darauf aufgebrachten Einzelwicklung (28), wobei der Kern zwei Polstücke (14, 16) bildet, deren einander entgegengesetzte magnetische Polarität durch den Stromfluss in der Wicklung festgelegt ist und die Wicklung zwei endseitige Anschlüsse aufweist und ferner ein dritter Anschluss mit der Windung zwischen den Enden derselben verbunden ist,

(b) einen zur Drehung gegenüber dem Stator gelagerten Rotor (36), welcher eine Reihe von aufeinanderfolgenden Dauermagnetpolen aufweist, wobei benachbarte Rotorpole entgegengesetzte magnetische Polarität haben,

(c) eine magnetisch betätigte Schaltvorrichtung (26), die an einer Einzelstelle stationär angeordnet ist und durch die Rotorpole einer ersten magnetischen Polarität in einen ersten leitenden Betriebszustand gebracht wird und ferner durch die Rotorpole entgegengesetzter magnetischer Polarität in einen zweiten leitenden Betriebszustand,

(d) einen Schaltkreis, welcher mit der Schaltvorrichtung (26), der Statorwicklung (28) und der Gleichstromquelle (46) verbunden ist, um bei der Betriebsweise der Schaltvorrichtung (26) im erstgenannten Betriebszustand Strom von dem ersten Anschluss der Wicklung zum dritten Anschluss der Wicklung zu leiten und ferner, wenn sich die Schaltvorrichtung im zweiten Betriebszustand befindet, vom zweiten Anschluss der Wicklung zum dritten Anschluss derselben, und

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(e) einen in.stationärer Lage angeordneten Elektromagneten (24), um den Rotor relativ zum Stator-Polstück in eine vorgegebene Lage zu verdrehen, wenn der Stromfluss der Statorwicklung abgeschaltet wird.

15. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorwicklung (28) zwei Enden aufweist, welche jeweils zwei Anschlüsse bilden, und der Schaltkreis Strom vom ersten Anschluss zum zweiten Anschluss leitet, wenn sich die Schaltvorrichtung (26) im erstgenannten leitenden Zustand befindet und ferner Strom vom zweiten Anschluss zum dritten Anschluss, wenn sich die Schaltvorrichtung im zweiten leitenden Zustand befindet .

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