DE3418773A1

DE3418773A1 - Zweipulsiger kollektorloser gleichstrommotor

Info

Publication number: DE3418773A1
Application number: DE19843418773
Authority: DE
Inventors: Rolf Dr.-Ing. 7742 St Georgen Müller
Original assignee: Papst Motoren & Co Kg 7742 St Georgen GmbH; Papst Motoren GmbH and Co KG
Current assignee: Papst Licensing GmbH and Co KG
Priority date: 1984-05-19
Filing date: 1984-05-19
Publication date: 1986-01-30
Also published as: US4717850A; JPH0740781B2; GB8512551D0; DE3418773C2; GB2159002B; JPS6135146A; GB2159002A

Description

λ_ΗΟππλ 1 NACHGEFiEiCHT

J4 I O / /

P61.32D16O/m

Zweipulsiger kollektorloser Gleichstrommotor

Die Erfindung betrifft einen zweipulsigen kollektorlosen ,- Gleichstrommotor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 .

Motoren dieser Art sind durch die Produkte der Anmelderin in vielfältiger Weise bekanntgeworden und werden beispielsweise zum Antrieb von Plattenspeichern verwendet. Solche Plattenspeichermotoren haben gewöhnlich eine Bremse, und wenn der Motor eingeschaltet wird, wird diese Bremse gelöst. War der Motor durch die Bremse in einer ungünstigen Stellung gebremst worden, in der das elektromagnetisch erzeugte Drehmoment in der Nähe von Null ist und in der normalerweise 5 die Kommutierung erfolgt, so steht nur das bei solchen Motoren verwendete Hilfsmoment für den Antrieb des Rotors zur Verfügung, z.B. ein mechanisch erzeugtes Hilfsmoment, oder ein Reluktanzmoment, dessen Form und Verlauf bei einem Motor mit zylindrischem Luftspalt beispielsweise durch die Luftspaltform festgelegt werden kann. Dieses Hilfsmoment muß dann den Rotor in eine Stellung drehen, in der das elektromagnetisch erzeugte Drehmoment den Rotor antreiben kann.

Bei solchen Motoren kann sich das Problem ergeben, daß durch Toleranzen der Steuerung für den KommutierungsZeitpunkt, z.B. durch Toleranzen bei den hierfür verwendeten Hallgeneratoren oder Hall-IC 's, oder durch mechanische Toleranzen im Motor, der KommutierungsZeitpunkt entweder zu früh oder zu spät liegt. Die Folge kann sein, daß das zum Kommutierungszeitpunkt erzeugte elektromagnetische Drehmoment negativ ist, also den Rotor rückwärts drehen will. Gleichzeitig ist dann das Hilfsmoment wirksam, welches den Rotor vorwärtsdrehen will. Die Summe beider Momente kann in solchen Fällen in der Nähe von Null sein, d.h. der Motor läuft dann beim Lösen der Bremse nicht an.

Deshalb ist es eine Aufgabe der Erfindung, Nachteile der bekannten zweipulsigen Motoren zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung gelöst durch die im Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen. Da nämlich der Verlauf des elektromagnetisch erzeugten Drehmoments dem Verlauf der induzierten Spannung entspricht, wird durch die Erfindung in einem kritischen Winkelbereich um den Kommutierungs-Zeitpunkt herum das elektromagnetisch erzeugte Drehmoment künstlich zu Null gemacht, auch wenn in diesem Bereich ein Statorstrom fließt. Dadurch kann in diesem kritischen Winkelbereich nur das dort antreibend wirksame Hilfsmoment wirken, das den Rotor sicher in der richtigen Richtung in Bewegung setzt, bis dann außerhalb dieses kritischen Winkelbereichs das elektromagnetisch erzeugte Drehmoment wirksam wird. Dadurch ergibt sich ein außerordentlich sicherer Anlauf auch unter erschwerten Bedingungen. Wird als Hilfsmoment ein Reluktanzmoment verwendet, das durch Maßnahmen im Luftspalt des Motors erzeugt wird, so ergibt sich zudem der große Vorteil, daß durch die Erfindung auch dieses Reluktanzmoment vergrößert wird und gleichmäßig über einen größeren Bereich wirkt als ohne die erfindungsgemäßen Maßnahmen, was ebenfalls die Sicherheit des Anlaufs

verbessert. Die Erfindung kann jedoch in gleicher Weise auch bei Motoren verwendet werden, die ein mechanisch erzeugtes Hilfsmoment verwenden (solche Motoren wurden im zweiten Weltkrieg in amerikanischen Bombenflugzeugen eingesetzt) , und sie kann auch verwendet werden zur Beeinflussung der Form des elektromagnetisch erzeugten Drehmoments bei Motoren beliebiger Bauart.

Bevorzugt geht man gemäß der Erfindung so vor, wie das im Anspruch 3 angegeben ist. Eine solche Spezialmagnetisierung bewirkt, daß in dem angegebenen kritischen Winkelbereich die magnetische Flußänderung, welche auf den Stator wirkt, gegen Null geht. Dadurch wird in diesem Winkelbereich die induzierte Spannung - und damit auch das elektromagnetisch erzeugte Drehmoment - zu Null (oder annähernd zu Null) gemacht. Erfolgt die Kommutierung in diesem Bereich, so wird dort kein elektromagnetisches Drehmoment erzeugt, auch wenn

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im Stator ein entsprechender Strom fließt. Kommutierungsfehler innerhalb dieses Bereichs spielen daher keine Rolle für einen sicheren Anlauf.

Mit besonderem Vorteil geht man bei der Erfindung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 8 vor. Es hat sich nämlich gezeigt, daß eine Anordnung der Hilfspole, welche symmetrisch zur Grenze zwischen zwei benachbarten Hauptpolen liegt, nicht optimal ist, weil dann die abgeflachten Stellen in der induzierten Spannung, also auch in der Erzeugung des elektromagnetisch erzeugten Drehmoments, nicht auf der Nullinie (Abszisse) liegen, so daß immer noch ein Rest-Drehmoment erzeugt würde, welches wiederum schädlich sein könnte. Es ist daher zweckmäßig, diese zusätzliche Hilfspolanordnung, bezogen auf die angegebene Grenze, etwas entgegen der Drehrichtung zu versetzen. Wird die Versetzung groß genug, so "verschwindet" einer der Hilfspole eines solchen Paares im benachbarten Hauptpol, d.h. wenn z.B. ein Süd-Hilfspol durch die Versetzung aus dem Gebiet eines Nord-Hauptpols in das Gebiet eines Süd-Hauptpols gelangt, verschmilzt er mit diesem, und man hat dann nur noch einen einzigen Hüfspol im Übergangsbereich zwischen den beiden Hauptpolen.

Eine Hilfspolanordnung nach der Erfindung kann gemäß Anspruch 11 und 12 auch in sehr vorteilhafter Weise mit einer Magnetisierung kombiniert werden, wie sie Gegenstand der DE - OS 31 25 694 ist und deren Aufgabe es ist, axiale Asymmetrien des Motors zu kompensieren bzw. der induzierten Spannung eiib bestimmte vorteilhafte Form zu geben. Die Verwendung dieser zusätzlichen Erfindung ist jedoch keine notwendige Voraussetzung für die vorliegende Erfindung.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten, in keiner Weise als Einschränkung der Erfindung zu verstehenden Ausführungsbeispielen, sowie aus den übrigen Unteransprüchen. Es zeigt:

— 7 —

NACHQCREiCHT

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel, hier in Form eines

zweipulsigen kollektorIosen Außenläufermotors, gesehen längs der Linie I-I der Fig. 2,

Fig. 2 einen Schnitt, gesehen längs der Linie II-II der Fig. 1,

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung, gesehen längs

des Pfeiles III der Fig. 1,
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Fig. 4 eine Seitenansicht der Anordnung nach Fig. 3, teilweise im Schnitt dargestellt,

Fig. 5 eine Abwicklung des Rotormagneten des Motors nach den Fig. 1-4,

Fig. 6 Schaubilder zur Erläuterung der Fig. 5, nämlich

A) die Induktion (= Magnetflußdichte), gemessen längs der Linie A-A der Fig. 5,

B) die Induktion, gemessen längs der Linie B-B der Fig. 5,

C) die Induktion, gemessen längs der Linie C-C der Fig. 5,

Fig. 7 den Verlauf der induzierten Spannung bei einem Motor nach Fig. 1-6,

Fig. 8 eine Variante zu Fig. 5,

Fig. 9 die induzierte Spannung bei der Variante nach

Fig. 8,

Fig. 10 eine zweite, bevorzugte Variante zu Fig. 5, und

Fig. 11 die Draufsicht auf einen erfindungsgemäß magne-

tisierten Rotor für einen Motor mit ebenem Luftspalt.

- 8

I NACHGERKiOHT

Bei dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten zweipulsigen kollektorlosen Gleichstrommotor 7 ist mit 10 ein Innenstator bezeichnet, dessen Blechpaket 11 beim vorliegenden Ausführungsbeispiel einen Blechschnitt aufweist, wie ihn die DE - PS 23 46 380 ausführlich beschreibt, insbesondere hinsichtlich der Form des Luftspalts 23. Auf die dortigen Ausführungen, auch hinsichtlich der Form des erzeugten Reluktanzmoments, wird zur Vermeidung von unnötigen Längen ausdrücklich hingewiesen. Diesem Blechschnitt ist beim Ausführungsbeispiel eine etwa trapezförmige Rotormagnetisierung angepaßt, wie sie nachfolgend in Verbindung mit Fig. 6 näher beschrieben wird. Der dargestellte Motor ist ein Außenläufermotor; die Erfindung läßt sich jedoch in gleicher Weise auch bei Innenläufermotoren oder bei Motoren mit ebenem Luftspalt anwenden, ebenso bei Motoren mit anderer Pulszahl. Fig. 11 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen Motor mit ebenem Luftspalt.

Das Blechpaket 11 (Fig. 1 und 2) wird zusammengehalten durch drei jeweils mit einer Verdickung 14 versehene Dorne

15, 16, 17. Es hat eine Mittelausnehmung, in welche ein Lagertragrohr 19 eingepreßt ist, das an seinem einen Ende einen Befestiguxysflansch 20 hat. In die Nuten 8 und 9 des Blechpakets 11 sind zwei Statorwicklungen 24 und 25 eingewickelt, ²^ welche sich wie dargestellt nicht gegenseitig überlappen, dadurch eine geringe axiale Höhe des Motors ergeben und zwischen sich einen wicklungsfreien Raum 21 bilden.

An den unteren Enden der Dorne 15-17 ist eine Schaltplatine

28 aus einem geeigneten Isolierwerkstoff befestigt. Sie ist mit einer gedruckten Schaltung versehen, mit der die Anschlüsse der Statorwicklungen 24 und 25 direkt verbunden werden. Ferner trägt diese Schaltplatine die gesamte elektrische Schaltung zur Steuerung der Ströme in den Wicklungen

24 und 25. Diese Strome werden abhängig von der Rotorstellung kommutiert mit Hilfe eines auf der Platine 28 befestigten, vorzugsweise galvanomagnetischen Sensors, der

hier beispielhaft als Hall-IC 30 ausgebildet ist. Im Rahmen der Erfindung ist jedoch jede andere Art der Kommutierung ebenfalls möglich. Fig. 1 zeigt schematisch zwei elektronische Bauelemente 31, 32, welche auf der Schaltplatine 28 festgelötet sind. Eine geeignete Kommutierungsschaltung für einen zweipulsigen Motor mit nur einem Strang zeigt z.B. die DE - OS 30 22 836 (D 131), und eine Kommutierungsschaltung für einen zweipulsigen Motor mit zwei Strängen zeigt die DE - OS 30 10 435 (D 130). Zur Vermeidung von unnützen Längen wird auf diese Offenlegungsschriften als Beispiele für geeignete Kommutierungsschaltungen verwiesen. Die Erfindung eignet sich gleichermaßen für zweipulsige Motoren mit nur einem Strang oder mit zwei Strängen.

Die Statoranordnung ist mittels ihres Flansches 20 und mit Schrauben 35 an einem Motorträger 36 befestigt. Im Lagertragrohr 19 ist in zwei Gleitlagern 37, 38, zwischen welchen ein Ölvorratsfilz 34 angeordnet ist, eine Rotorwelle 39 gelagert, welche an ihrem in Fig. 1 dargestellten oberen Ende eine aus Weicheisen tiefgezogene Rotorglocke 42 eines Außenrotors 40 trägt, die nach unten geöffnet ist und den Stator 10 übergreift. In der Rotorglocke 42 ist ein durchgehender, ringförmiger Rotormagnet 43 angeordnet. Dieser hat zwei Hauptpole, und zwar sind diese in der in den Fig.

und 2 durch die Buchstaben N (= Nordpol) und S (= Südpol) angedeuteten Weise radial magnetisiert. Die Grenzen zwischen den beiden Hauptpolen sind mit 44 und 45 bezeichnet. Der dargestellte Motor ist zweipolig. Die Erfindung eignet sich in gleicher Weise für höhere Polzahlen. Die Drehrichtung des Rotors 40 ist in den Zeichnungen mit 41 bezeichnet.

Der Hall-IC 30 ist angeordnet im Zwischenraum zwischen den beiden Statorwicklungen 24 und 25, also nahe bei den in Fig. linken Polspitzen 50 und 51, und im Bereich zwischen den beiden Statorpolen 52 und 53. Die Polspitzen 50 und 51 umschliessen, wie dargestellt, die linke Nut 9 und bilden zwischen sich eine relativ schmale Nutöffnung zum Einbringen der

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Statorwicklungen 24 und 25. Wie Fig. 2 klar zeigt, ist der Stator 10 zu seinem Mittelpunkt symmetrisch ausgebildet.

Der Hall-IC 30 ist in ein Kunststoff-Formstück 54 eingepaßt, welches auf der Platine 28 befestigt ist. Es ist in den Fig. 3 und 4 näher dargestellt und hat eine kreisrunde Basisplatte 55, von der Fortsätze 56 nach unten in entsprechende Ausnehmungen der Platine 28 oder eines anderen Tragstücks ragen und dadurch die Lage des Formstücks 54 festlegen. Von der Basisplatte 55 ragt ein Aufbau 57 nach oben, der mit einer Ausnehmung 58 zur formschlüssigen Aufnahme des Hall-IC 30 und eines Dauermagnetstücks 59 versehen ist. Letzteres ist in einem Führungskanal 6 2 verschiebbar, der unten mit einem Anschlag 63 versehen ist. Ein Distanzstück 64 bestimmt den Abstand der Unterseite des Hall-IC 30 von der Basisplatte 55. Die beiden Seitenwangen 65, 66, zwischen denen der Hall-IC 30 angeordnet ist, sind etwas federnd und halten dadurch den Hall-IC 30. Dieser hat unten Drahtanschlüsse 67, von denen nur einer dargestellt ist, und diese sind bei 6 8 mit den Leiterbahnen der Platine 28 verlötet. Das Dauermagnetstück 59 ist mittels eines Klebstofftropfens 71 fixiert. Es dient zur Symmetrierung des Motors, vergl. die DE - OS 31 11 387.

Zur richtigen Steuerung des Hall-IC 30 wird eine bestimmte Magnetflußdichte des Rotormagneten 43 benötigt, d.h. der Überstandsbereich 72 des Rotormagneten 43, der nach unten über das Statorblechpaket 11 übersteht, muß eine bestimmte Mindestlänge haben, z.B. von 5...10 mm. Auf der gegenüberliegenden Seite kann jedoch der dortige Überstandsbereich kürzer sein, da dort ein längerer ÜberStandsbereich keinen Nutzen bringt, aber teures Magnetmaterial vergeudet. Der dem Statorblechpaket 11 gegenüberliegende Teil des Rotormagneten 43 ist in Fig. 1 mit 70 bezeichnet.

Diese unterschiedliche Größe der ÜberStandsbereiche 72 und hat zur Folge, daß auf den Rotor 40 eine Kraft 74 in Richtung nach oben wirkt (vergl. Fig. 1), da der Rotormagnet 43 das

Bestreben hat, sich symmetrisch zum Statorblechpaket 11 einzustellen. Diese nach oben wirkende Kraft 74 ist zudem abhängig vom Drehwinkel des Rotors, da der Luftspalt 23 gemäß Fig. 2 nicht überall dieselbe Größe hat, vergl. die DE - PS 23 46 380, wo die Luftspaltform ausführlich erläutert ist. Deshalb kann diese Kraft 74 Schwingungen und störende Geräusche erzeugen. Zur Reduzierung oder Eliminierung dieses störenden Phänomens kann eine spezielle Magnetisierung des Rotormagneten 43 verwendet werden, wie sie in der DE - OS 31 25 694 (D 138) dargestellt und in Fig. 5 ebenfalls beispielhaft gezeigt ist.

Fig. 5 zeigt den Rotormagneten 43 in Abwicklung. Die Polgrenzen, die auch geschrägt sein können, sind ebenso wie in Fig. 2 mit 44 und 45 bezeichnet. Ebenso ist die Drehrichtung mit 41 bezeichnet.

Die Magnetisierung längs der Linie B-B der Fig. 5, also im "normal" magnetisierten Teil des Motorbereichs 70, ist gemäß Fig. 6B etwa trapezförmig, d.h. auf einem Bereich von etwa 160... 170° el. ist die Induktion B₀₁₃ jeweils praktisch konstant und fällt im Bereich der Pollücken steil ab, so daß sich bei 76 und 77 steile Nulldurchgänge ergeben.

im oberen Rotorbereich, also dem größten Teil des motorisch wirksamen Bereichs 70 und ggf. auch dem oberen Überstandsbereich 73, sind jeweils im Übergangsbereich 78, 79 zwischen zwei Hauptpolen (die mit großen Buchstaben N und S angedeutet sind)

Hilfspole vorgesehen.
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Im Übergangsbereich 78 ist dies ein als Nordpol ausgebildeter magnetischer Hilfspol 81 im Gebiet des dortigen Süd-Hauptpols, und ein als Südpol ausgebildeter magnetischer Hilfspol 82 im Gebiet des dortigen Nord-Hauptpols. Beide Hilfspole 81, 82 haben jeweils eine WinkelerStreckung von z.B. 4 el. (typisch im Bereich von 2...10° el.) und einen Abstand von

beispielsweise 6° el., d.h. der freie Raum zwischen den Hilfspolen ist 6° el. breit. Auch dieser Abstand kann typisch im Bereich von 2 - 10° el. liegen. Werden die Polgrenzen 44, 45 geschrägt, so werden natürlich auch die Hilfspole entsprechend geschrägt.

Wie man ferner aus Fig. 5 erkennt, liegen die Hilfspole 81, 82 nicht symmetrisch zur Polgrenze 45, sondern sind relativ zu dieser entgegen der Drehrichtung versetzt, d.h.

der Hilfspol 81 liegt praktisch auf der Polgrenze 45 und stellt somit einen Fortsatz des rechts von ihm liegenden Nord-Hauptpols dar, während der Hilfspol 82 in einem Abstand von der Polgrenze 45 liegt und eine Südpolinsel im ihn umgebenden Nord-Hauptpol darstellt.

Alternativ kann man naturgemäß auch den Hilfspol 81 als Bestandteil oder Ausbuchtung des rechts von ihm liegenden Nord-Hauptpols sehen, so daß man ebensogut sagen kann, daß der Nord-Hauptpol an der Stelle 81 etwas in Drehrichtung verbreitert ist, und daß in ihm nur ein Hilfspol 82 vorgesehen ist.

In der gleichen Weise sind im Übergangsbereich 79 links von der Polgrenze 44 ein als Südpol ausgebildeter Hilfspol 83 und rechts von der Pol grenze 44 ein als Nordpol ausgebildeter Hilfspol 84 vorgesehen, die in derselben Weise entgegen der Drehrichtung 41 versetzt sind wie die Hilfspole 81, 82 und deren Induktion kleiner ist als die Induktion der Hauptpole.

Die Induktion längs der Linie A-A der Fig. 5 hat an der Oberfläche des Rotormagneten 43 die in Fig. 6A dargestellte Form, d.h. anstelle eines kontinuierlichen Übergangs der Induktion (=Magnetflupdichte) vom Nord- zum Südpol liegen in jedem Übergangsbereich drei Wendepunkte, ein Zwischenmaximum und ein Zwischenminimum. Z.B. hat in Fig. 6A von links her kommend die Induktion B«. zunächst einen negativen Abschnitt 86, dann einen kurzen positiven Abschnitt 87, dann wieder einen kurzen negativen Abschnitt 88, und dieser geht dann in einen positiven Abschnitt 89 von im wesentlichen konstanter Amplitude über.

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In einem gewissen Abstand von den Hilfspolen 81, 82 hebt sich deren Induktion gegenseitig auf, d.h. diese Hilfspole wirken dann wie ein unmagnetischer Abschnitt des Rotors. Versuche haben aber ergeben, daß man nicht dieselben positiven Resultate erzielen kann, wenn man statt der Hilfspole gemä'ß der Erfindung einen nichtmagnetischen Abschnitt des Rotors 40 (in den Pollücken zwischen den Hauptpolen) verwenden würde.

Im untersten Teil des motorisch wirkenden Rotorbereichs 70 ist die Induktion jeweils in Feldern 91, 92 geschwächt. Diese Felder erstrecken sich z.B. jeweils über 120° el. der Polmitten und bewirken dort eine Induktionsabsenkung, vgl. Fig. 6C, wo die Induktionsverteilung längs der Linie C-C der Fig. 5 dargestellt ist, Die Nulldurchgänge 76', 77' von B_cc stimmen mit den NuI!durchgängen 76, 77 überein und bestimmen die Kommutierungszeitpunkte, da an ihnen der Hall-IC 30 umgeschaltet wird, wenn er richtig justiert ist.

Die Hilfspole 81 bis 84 erstrecken sich nicht in den Rotorbereich 72, welcher den Hall-IC 30 steuert, da die Hilfspole dort die Kommutierung

stören würden.
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Fig. 7 zeigt den Verlauf der induzierten Spannung u.j über dem Drehwinkel. Diesen Verlauf erhält man, wenn man den Rotor 40 von außen gleichmäßig antreibt und die Spannung an einem der Stränge 24 oder 25 mißt. Wie man sieht, hat diese Spannung jeweils im Bereich ihrer Nulldurchgänge Abschnitte 93, 94, 95, die im wesentlichen waagerecht verlaufen.

Da das elektromagnetisch erzeugte Drehmoment bei einem zwei pul si gen Motor praktisch dieselbe Form hat wie die induzierte Spannung, wobei man sich den negativen Zweig 96 der induzierten Spannung als Zweig 96' nach oben geklappt denken muß, hat das elektromagnetisch erzeugte Drehmoment Lücken 97, 98 mit einer Winkelerstreckung OC von z.B. 8 ... 20° el., und in diesen Lücken kann auch dann kein (antreibendes oder bremsendes) elektromagnetisches Drehmoment erzeugt werden, wenn dort ein Strom in einem

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der Stränge 24 oder 25 des Motors fließt. Mit anderen Worten ist die Bewegung des Rotors 40 im Bereich dieser Lücken 97, 98 nicht durch den Statorstrom beeinflußbar, sondern wird nur durch das Hilfsmoment beeinflußt, beim Ausführungsbeispiel also durch das Reluktanzmoment, das eine Folge des unregelmäßig verlaufenden Luftspalts 23 ist und das durch die erfindungsgemäßen Hilfspole 81 bis 84 noch verstärkt wird. Fehler bei der Kommutierung in einem Bereich von - 4 bis - 10° el. (je nach der Größe des Winkels oC in Fig. 7) haben also auf das AnI auf verhalten eines erfinlingsgemäßen Motors keinen Einfluß.

Fig. 8 zeigt eine symmetrische Anordnung der Hilfspole 8Γ, 82' relativ zur Polgrenze 45, und Fig. 9 zeigt die hierbei erzeugte induzierte Spannung. Bei dieser Spannung werden die waagerechten Abschnitte 101, 102, 103 nicht beim Nulldurchgang erzeugt, sondern bei einer gewissen Höhe der Spannung. Eine solche Spannungsform mag für bestimmte Zwecke von Nutzen sein, ergibt aber ein entsprechendes elektromagnetisches Drehmoment im Bereich der Kommutierung und ist daher für einen sicheren Anlauf weniger geeignet. Man muß vielmehr die Hilfspole 8Γ, 82' entgegen der Drehrichtung verschieben, um die Spannungsform gemäß Fig. 7 zu erhalten. Fig. 8 zeigt ferner den Rotormagneten 43 und die Rotorglocke 42 im Teil schnitt. Man erkennt, daß sich die Hilfspole nicht durch die gesamte Dicke des Magneten 43 erstrecken, sondern nur teilweise in diesen eindringen, was ihre Induktion begrenzt. Im geschnittenen Teil von Fig. 8 sind ferner auch die Magnetisierungsverhältnisse in der üblichen Weise mit N und S dargestellt.

Fig. 10 zeigt eine erhebliche Verschiebung der Hilfspole 81" und 82" entgegen der Drehrichtung 41. In diesem Fall wird der Hilfspol 81" Bestandteil des Nord-Hauptpol es rechts von der Pol grenze 45,

und die Polgrenze des Nord-Hauptpol es verschiebt sich im Bereich des Hilfspols 81" etwas in Drehrichtung 41. In diesem Fall ist de facto nur noch ein einziger Hilfspol 82" vorhanden, und die Polgrenze hat in der Daraufsicht einen etwa S-förmigen Verlauf.

Fig. 11 z_ei-gt die Draufsicht auf den permanentmagnetischen Rotor 110 eines Motors mit ebenem Luftspalt. Ein solcher Motor ist z.B. in den Fig. 1 - 4 der US-PS 3 840 761

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15 I NAQHQEREiOHT

(US 47 = US - 134 eb) ausführlich dargestellt, so daß zur Vermeidung unnötiger Längen hierauf verwiesen werden kann. Der Induktionsverlauf entlang der Linie A-A entspricht Fig. 6A, und der Induktionsverlauf entlang der Linie B-B entspricht Fig. 6B. Gebiete mit Induktionsschwächung können ebenfalls vorgesehen werden, wenn die induzierte Spannung entsprechend beeinflußt werden soll. Die Polgrenzen sind in Fig. 11 mit 111 - 114 bezeichnet, und die Hilfspole mit 115 - 122. Diese sind ebenfalls entgegen der Drehrichtung 41 versetzt.

Naturgemäß ist im Rahmen der Erfindung für den Fachmann eine Vielzahl von Abwandlungen und Modifikationen möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Ein erfindungsgemäßer Motor eignet sich besonders auch für Anwendungsfälle, bei denen eine Bremse für den Motor vorgesehen ist, welche den Rotor im stromlosen Zustand festhält. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet sind Antriebe für sogenannte

Plattenspeicher, aber auch Motoren für Lüfter und sonstige 20

Antriebe gewinnen durch die Erfindung eine hohe Anlaufsicherheit bei sehr gutem Reluktanzmoment.

- Leerseite -

Claims

PATENTANWALTRAIBLE TELEFON (0711) 85 48 <" 8 Ρ>Δ*Τ"'ΓΤΝιΙΤΔΚΙ\Λ/ΔΙ X 700O STUTTGART 1 TELEGRAMME: ABELPAT S-TUTTGART Γ /-\' I—' N I ΑΛΙ N V VAAL-I LENBACHSTRASSE 32 POSTSCHECK STUTTGART 744 OO-7Ub n|n| .,._ ,...._. r-> λ ι [—> I ■— landesgirokassestuttgart 2915076 LJIh"l "Uno. MAInCD HiAIt)Lt. ZUGELASSENER VERTRETER BEIM EUROR PATENTAMT EUROPEAN PATENT ATTORNEY PAPST-MOTOREN GMBH & CO KG STUTTGART, den 17. Mai 1984 St. Georgen anwaltsakte: P61.32D16O/m NAOH-" "^O" HT Ansprüche

1. Zweipulsiger kollektorloser Gleichstrommotor (7),

mit einem mindestens einen Wicklungsstrang (24, 25) aufweisenden Stator (10) ,

und mit einem permanentmagnetischen Rotor (40), welcher, in Drehrichtung (41) gesehen, aufeinanderfolgende Hauptpole (N, S) alternierender Polarität aufweist, die durch Übergangsbereiche (78, 79) voneinander getrennt sind, wobei der Rotor (40) im Betrieb in dem mindestens einen Wicklungsstrang (24, 25) eine alternierende induzierte Spannung, die sogenannte Gegen-EMK, induziert, bei der einer positiven Halbwelle jeweils eine negative Halbwelle folgt und umgekehrt, und mit Mitteln zur Erzeugung eines Hilfsmoments, das im Bereich der Nulldurchgänge der induzierten Spannung antreibend wirksam ist,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Übergangsbereich (78, 79) zwischen mindestens zwei benachbarten Hauptpolen (N, S) zur Erzeugung eines beim Übergang von einer positiven zu einer negativen Halbwelle oder umgekehrt während eines vorgegebenen Drehwinkelbereichs ( OC ) im Bereich der Spannung Null liegenden, in der grafischen Darstellung etwa waagerechten Verlauf (93, 94, 95) der induzierten Spannung (u. ,) ausgebildet ist.

2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene Drehwinkelbereich (oC) etwa 8 -20° el. beträgt.

3. Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an mindestens einem Übergangsbereich (78, 79) ein Hilfspol (81 - 84; 115 - 122) vorgesehen ist, welcher relativ zu dem Hauptpol, in dessen Polteilung (Vp ) er sich befindet, die entgegengesetzte Polarität aufweist.

4. Motor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an mindestens einem Übergangsbereich (78, 79) sowohl im Gebiet der Polteilung (Tt, ) des einen Hauptpols wie derjenigen des benachbarten Hauptpols ein Hilfspol (81 - 84) vorgesehen ist, derüElativ zu dem Hauptpol, in dessen Polteilung er sich befindet, die entgegengesetzte Polarität aufweist.

5. Motor nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Hilfspol (81 - 84; 115 - 122) eine Breite aufweist, die klein ist im Verhältnis zur Polteilung (t* ), der Hauptpole.

6. Motor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Hilfspol (81 - 84; 115 - 122) eine Breite in der Größenordnung von unter 10° el., bevorzugt 5 ... 8 el., aufweist.

7. Motor nach mindestens einem der Ansprüche 3-6, dadurch gekennzeichnet, daß sich der mindestens eine Hilfspol (81 - 84; 115 - 122) im wesentlichen senkrecht zur Drehrichtung des Rotors (43; 110) erstreckt.

8. Motor nach mindestens einem der Ansprüche 3-7, bei dem

in mindestens einem Übergangsbereich (78, 79) zwei Hilfspole (81 - 84; 115 - 122) entgegengesetzter Polarität vorgesehen sind,

dadurch gekennzeichnet, daß dieses Hüfspolpaar relativ zu der Grenze (44, 45) zwischen zwei benachbarten Hauptpolen entgegen der Drehrichtung (41) versetzt ist.

9. Motor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Versetzungswinkel bei etwa trapezförmig magnetisieren Hauptpolen im Bereich von Null bis etwa 10 el. liegt.

10. Motor nach mindestens einem der Ansprüche 3-9, mit einem galvanomagnetischen Rotorstellungssensor (30), welcher im Magnetfeldbereich einer Umlaufbahn (72) des Rotors (40; 110) angeordnet ist und von dieser im Betrieb gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Hilfspol (81 84; 115 - 122) außerhalb dieser Umlaufbahn (72) liegt.

j NACHCiEREaOHT

11. Motor nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptpole in ihren Mittelbereichen mit Zonen (91, 92) reduzierter magnetischer Flußdichte versehen sind.

12. Motor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Zonen (91, 92) reduzierter magnetischer Flußdichte im wesentlichen parallel zur Drehrichtung (41) des Rotors (40; 110) erstrecken.

13. Motor nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des Hilfsmoments der Motor (7) statorseitig zur Erzeugung eines von der Winkelstellung des Rotors (40; 110) abhängigen Reluktanzmoments ausgebildet ist, dessen antreibende Teile im Betrieb die Lücken (97, 98) des elektromagnetisch erzeugten Drehmoments mindestens teilweise ergänzen.

14. Verwendung eines Motors nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Antrieb eines rotierenden magnetischen Speichermediums, insbesondere einer sogenannten Festplatte.