DE2640899A1

DE2640899A1 - Elektromotor

Info

Publication number: DE2640899A1
Application number: DE19762640899
Authority: DE
Inventors: Michael Keith Steventon; John Pelham Wren
Original assignee: Plessey Handel und Investments AG
Current assignee: Plessey Handel und Investments AG
Priority date: 1975-09-12
Filing date: 1976-09-10
Publication date: 1977-03-24
Also published as: US4096419A; JPS5264611A

Description

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Patentanwälte

Dipl.-lng. ΟίρΙ.-Chem. Dipl.-lng.

E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser

Ernsbergerstrasse 19

8 München 60

Unser Zeichen: P 2313 8.September 1976

PLESSEY HANDEL UND INVESTMENTS AG
6300 Zug, Schweiz
Gartenstrasse 2 -

Elektromotor

Die Erfindung bezieht sich auf einen Elektromotor insbesondere auf einen elektrischen Plattenspielermotor.

Nach der Erfindung ist ein Elektromotor mit einem Rotor, einem Stator und einem Kommutator dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor eine gerade Anzahl von permanentmagnetischen Rotorpolen aufweist, die in einem um die Motorwelle zentriert verlaufenden Kreis angeordnet sind, daß der Stator pro Phase eine oder mehrere eisenlose Statorwickiungen aufweist, deren Anzahl pro Phase geringer als die Anzahl der Rotorpolpaare ist, und daß der Kommutator derart ausgebildet ist, daß er den den Statorwicklungen zugeführten Strom so steuert, daß diese Wicklungen in Zusammenwirkung mit den Rotorpolen eine Drehung des Rotors hervorrufen und daß für alle Phasen die Summe aus dem Produkt des magnetischen Flusses und dem Strom für jede Phase bei jeder Winkelstellung der Motorwelle zur Erzielung eines konstanten

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Drehmoments der Motorwelle im wesentlichen konstant bleibt.

Der Motor kann zwar bis zu vier Statorwicklungsphasen aufweisen, doch kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, daß derMotor eine zweiphasige Statorwicklung aufweist und einen Rotor enthält, der so aufgebaut und angeordnet ist, daß sich eine sinusförmige Magnetflußänderung mit der Winkelposition der Motorwelle ergibt, wobei der Kommutator für die zwei Phasen der Statorwicklung einen Strom mit einem sinusförmigen bzw. mit einem kosinusförmigen Verlauf liefert; die Anordnung ist dabei so ausgeführt, daß der Stromverlauf auf einer Drehung des Rotors um eine Rotorpolteilung einen Sinushalbzyklus vervollständigt.

Da das Drehmoment dem Produkt aus dem Magnetfluß und dem Strom proportional ist und da sich.diese beiden Größen sinusförmig mit der Rotorwinkelstellung ändern, ist das am Rotor auftretende Drehmoment gleich der auf jede Phase zurückzuführenden Drehmomentsumme, die daher proportional

ρ ρ
dem Ausdruck sin θ + cos θ ist, der wobei θ die Rotorwinkelstellung ist.

ρ ρ
dem Ausdruck sin θ + cos θ ist, der eine Konstante ist,

Wenn andere Phasenanordnungen angewendet werden, werden die angelegten Kurvenformen und der zu den Rotorpolen gehörige Fluß in geeigneter Weise so modifiziert, daß bei allen Winkelstellungen für alle Phasen die Summe aus dem Produkt aus Fluß und Strom in jeder beliebigen Rotorwinkelstellung konstant ist.

Der Stator und der Rotor können einander so gegenüberliegen, daß dazwischen ein zylindrischer Luftspalt gebildet wird.

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Der Motor kann so ausgebildet sein, daß er ein Bandgerät, ein Videoabspielgerät oder einen Plattenspieler direkt antreibt.

Der Rotor des Motors kann einen Teil eines Plattentellers bilden, an dem eine gerade Anzahl von permanentmagnetischen Rotorpolen so befestigt ist, daß sie am Umfang eines zum Umfang des Plattentellers konzentrischen Kreises liegen. Die Statorwicklungen können bezüglich der Statorpole so angeordnet sein, daß dazwischen ein zylindrischer Luftspalt entsteht, und die Rotorpole können ein solches Profil aufweisen, daß von Pol zu Pol ein sinusförmiger Magnetflußgradient entsteht.

Indem eine geringere Anzahl von Statorwicklungen pro Phase als Rotorpolpaare vorgesehen wird, lassen sich offensichtlich bei der Herstellung Einsparungen erzielen. Das Weglassen einiger Statorwicklungen, das dazu führt, daß nicht zu jedem Zeitpunkt Rotorpole eine Lage einnehmen/ in der sie mit dem von einer gegenüberliegenden Statorwicklung erzeugten Feld reagieren, führt jedoch zu einem Drehmomentverlust, doch kann dieser Verlust durch Anwendung eines Rotors mit größerem Durchmesser in vielen Anwendungsfällen kompensiert werden. Ein Rotor mit einem relativ großen Durchmesser ergibt sich natürlich dann, wenn der Rotor so ausgebildet ist, daß er einen Teil eines Plattentellers bildet.

Die Wicklungen können bezüglich des Winkelabstands der Rqtorpole einen/solchen Winkelabstand aufweisen, daß ein Zweiphasenmötor mit einer Wicklung pro Phase entsteht. Es können auch zwei Wicklungen pro Phase vorgesehen sein, wobei die Wicklungen jeder Phase diametral gegenüber angeordnet sind.

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In der zuletzt genannten Anordnimg sind die Statorwicklungen so angeschlossen, daß sie diametral entgegengesetzt wirken, wodurch radiale Kräfte, die Schwingungen verursachen könnten, im wesentlichen ausgeglichen werden. Eine Möglichkeit zu? Erzielung dieses Ausgleichs besteht darin, die Wicklungen jeder Phase so anzuschließen, daß sie bei der Erregung die- gleichen magnetischen Eigenschaften aufweisen; die Wicklungen sind dabei so angeordnet, daß sie mit diametral gegenüberliegenden Rotorpolpaaren zusammenwirken, wobei die Pole jedes Paars die gleiche Polarität haben.

Die Statorwicklungen können so angeordnet sein, daß sie in die Rotorpole hineinragen, die vom Randteil des Plattentellers getragen sind; der Randteil ist allgemein zylindrisch ausgebildet, und er befindet sich unterhalb des Plattentellers mit dazu konzentrischem Verlauf.

Der Plattentellerrand kann aus weichmagnetischem Material hergestellt sein. Der Randteil kann von einer Kante des Plattentellers gebildet sein, wobei die Rotorpole dann an der Innenseite des Randteils gehalten sind.

Die Rotorpole können in ein magnetisches Kunstst offmaterial eingeprägt sein, das so geformt ist, daß ein allgemein zylindrisch verlaufendes Band entsteht, das an der Innenfläche des Randteils befestigt ist. Zur Verbesserung des Wirkungsgrades des Magnetkreises können zwei konzentrische Ränder vorgesehen sein, von denen der eine die Rotorpole trägt, während beide aus weichmagnetischem Material hergestellt sind; die Statorwicklungen sind so angeordnet, daß sie in den Raum zwischen den zwei Rändern ragen.

Die eisenlosen Statorwicklungen können auf einer zylindrischen Materialwand gehalten werden, die die Innenwand einer

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unterhalb des Plattentellers befestigten becherartigen Anordnung bilden kann. Der Plattenteller kann zweckmässigerweise in einem hydrodynamischen Lager gelagert sein.

D er Kommutator kann Halleffekt-Bauelemente aufweisen, die so angebracht sind, daß sie mit den Magnetpolen des Rotors zusammenwirken und von diesen geschaltet werden; es kann jedoch auch ein zusätzlicher Magnet zur Betätigung der Halleffekt^Bauelemente am Plattenteller befestigt werden.

Als Alternative zur Kommutierung unter Anwendung von Halleffekt-Bauelementen kann eine optisch-elektrische Anordnung vorgesehen werden^ bei der eine Verschlußvorrichtung oder eine optisch abgestufte Scheiben- oder Filtervorrichtung so mit dem Plattenteller verbunden ist, daß normalerweise auf einen oder mehrere Photodetektoren fallendes Licht unterbEochen wird, wodurch der oder die Photodetektoren ein zur Kommutierung verwendetes Ausgangssignal liefert. Die Scheibe kann optisch so abgestuft sein, daß aus zwei im Abstand voneinander angebrachten Photodetektoren, die durch die Scheibe Licht empfangen, Sinus- und Kosinusfunktionssignale geliefert werden. Die Sinus- und Konsinusfunktionssignale können dann zur Steuerung des jeder Phase eines zweiphasigen Motors zugeführten Stroms verwendet werden, wobei das Sinusfunktionssignal für eine Phase und das Kosinusfunktionssignal für die andere Phase vorgesehen ist. Jeder Detektor kann aus zwei Photodetektorelementen bestehen, die so gegenphasig angeschlossen sind, daß Unterschiede der Konstantzustandswirkungen zusammen mit den daraus resultierenden Verzerrungen aufgehoben werden.

Der Kommutator kann aber auch ein herkömmlicher Schleifbürstenkommutator sein« In einer weiteren Ausführungsform

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kann die Kommutierung mit Hilfe eines oder mehrerer Reed-Relais bewirkt werden, die von Magneten geschaltet werden, die sich mit dem Plattenteller drehen, wobei diese Magnete die die Rotorpole bildenden oder auch zusätzlichen Magnete sein können.

Zur Erzielung einer Drehzahlregelung kann eine Rückkopplungsspannung erzeugt und einem Komparator zugeführt werden, der zur Erzeugung einer Differenzspannung, die zur Drehzahlregelung verwendet wird, einen Vergleich mit einer Bezugsspannung durchführt. Das Rückkopplungssignal des Motors kann aus der ßegen-EMK erzeugt werden, die in den Motorwicklraigen entstellte Es kam auefe ein Tachogenerator vorgesehen werden_P der am. Motor befestigt ist, damit er ein ¥echselstromsignal abgibt₉ das dem Komparator zur Durchführung des Vergleichs mit einer Bezngsspanaung und zur Erzeugung eines Fehlersignals - zur Motorregelung zugeführt wird. Der Tachogenerator kann eine optische Anordnung enthalten, wie sie in der !britischen Patentanmeldung Nr. 35 859/76 beschrieben ist. Die Ausgangsspannung des Tachogenerators kann eine Wechselspannung sein, die digital mit einer digitalen Bezugsfrequenz, beispielsweise einem Wechselstromsignal verglichen wird. Die Ausgangsspannung des Tachogenerators kann gedoch auch eine Gleichspannung oder eine gleichgerichtete Wechselspannung sein, die dem Komparator zugeführt wird und von diesem zur Erzielung eines zur Regelung der Motordrehzahl verwendeten Fehlersignals mit einem Bezugsgleichspannungswert verglichen wird. Es sei bemerkt, daß durch Auswahl verschiedener Bezugsspannungswerte, die dem Komparator zugeführt werden, verschiedene Drehzahlen ausgewählt werden können. Die Drehzahlregelung kann mit Hilfe eines Phasenverriegelungs-Servosystems bewirkt werden, bei dem ein Schieberegister oder ein Phasendetektor mit Torschaltungen

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angewendet wird. Die Drehzahlbezugsgröße kann in diesem Fall von einem RC-Öszillator mit einem Schwingquarz oder einer Oberflächenwellenfiltervorrich tung geliefert werden. Die Drehzahlbedienungsorgane oder andere Bedienungsorgane können elektronische Berührungselemente sein, und die Drehzahl kann an einer digitalen Anzeigevorrichtung angezeigt werden.

Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung beispielshalber erläutert. Es zeigen:

Fig.1 eine Draufsicht auf einen Plattenteller mit einem Direktantriebsmotor,

Fig.2a eine Draufsicht auf einen dem Motor von Fig.1 ähnlichen Motor, der jedoch zweiphasig ist und pro Phase zwei Statorwicklungen aufweist, .

Fig.2b einen Schnitt längs der Linie A-A des in Fig.2a dargestellten Motors,

Fig.3 ein schematisches Blockschaltbild eines Teils einer Motordrehzahlregelanordnung,

Fig,4 ein schematisches Blockschaltbild einer anderen Ausführungsform einer Drehzahlregelanordnung,

Fig.5 eine Abwicklungsansicht eines Teils des in Fig.1, 2a, und 2b dargestellten Rotors,

Fig.6a, 6b und 6c Diagramme mit Spannungs/Drehmomentkurven eines Dreiphasenmotors,

Fig.7 das Schaltbild eines Halleffekt-Schalters zur Steuerung des der Statorwicklung eines Motors zugeführten Stroms

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Fig.8 eine andere Ausführungsform einer Schaltung eines Halleffekt-Schalters zum Schalten des durch die Statorwicklungen eines Motors fliessenden Stroms.

In Fig.1 ist die Anordnung aus einem Plattenspielermotor und Plattenteller dargestellt, die einen Plattenteller 1 aus gepreßtem Stahl aufweist, der mit einem zylindrischen, nach unten ragenden Rand 2 versehen ist, an- dessen Innenseite ein Streifen 3 aus einem permanentmagnetischen Kunststoffmaterial befestigt ist. In den Streifen aus permanentmagnetischem Material- sind vier Polpaare eingeprägt, die so angeordnet sind, daß sie mit Statorwicklungen. 4 und 5 zusammenwirken. Im vorliegenden Beispiel ist ein weiterer Rand 2a so angebracht, daß ein ringförmiger Raum zwischen den Rändern 2 und 2a zur Verbesserung des magnetischen Wirkungsgrades entsteht; der Motor arbeitet jedoch auch dann, wenn nur der Rand 2 vorhanden ist. Die Statorwicklungen 4 und 5 sind an dem nach oben stehenden Rand eines Kunststoffbechers 7 befestigt, der unterhalb des Plattentellers angebracht und so angeordnet ist, daß der nach oben stehende Rand in den Ringraum zwischen den Rändern 2 und 2a ragt. Zwischen dem Magnetstreifen 3 und den Wicklungen 4 und 5 wird auf diese Weise ein zylindrischer Luftspalt erzeugt. Im Betrieb des Motors werden die Wicklungen 4 und 5 jeweils um 90° phasenverschoben gespeist, wie es für einen Zweiphasenmotor erforderlich ist, und die Statorv/icklungen werden entsprechend den Erfordernissen mit Hilfe von zwei Halleffekt-Bauelementen 8 und 9 umgeschaltet, die den Wicklungen 4 bzw. 5 wirkungsmässig so zugeordnet sind, daß der ihnen zugeführte Strom jeweils mit Umpolung zugeführt wird. Halleffekt-Bauelemente sind bekannt; sie bewirken die Steuerung des den Spulen zugeführten Stroms, wenn sich die am Streifen 3 befestigten Magnetpole des Rotors an ihnen vorbeibewegen.

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Durch Verwendung einer Statoranordnung mit eisenlosen " Wicklungen werden Ruckeffekte vermieden, da der Rotor keine bevorzugte Ausrichtwinkelposition hat. Damit Schwingungswirkungen beim Betrieb des Motors noch weiter herabgesetzt werden, ist dafür gesorgt, daß das Motordrehmoment konstant ist. Dies wird dadurch erreicht, daß der aus permanentmagnetischem Material bestehende Streifen 3 mit Polen in der Form versehen wird, die in Fig.5 mit der gestrichelten Linie 3a dargestellt ist, so daß sich der Magnetfluß von Pol zu Pol rund um den Rotor sinusförmig ändert. Somit ändert sich der Statorstrom bei einem Schalten mit Halleffekt-Bauelementen ebenfalls sinusförmig. Somit wird die Eigenschaft des konstanten Drehmoments erzeugt, und Schwingungswirkungen auf Grund von Drehmomentänderungen werden vermieden.

Der aus permanentmagnetischem Material bestehende Streifen kann so magnetisiert sein, daß er magnetisierte Teile bildet, wie mit der gestrichelten Linie 3a dargestellt ist, oder er kann zur Erzielung dieses Ergebnisses zugeschnitten oder profiliert sein.

Als Alternative zu der einfachen Ausführungsform nach Fig.1 kann die in den Figuren 2a und 2b dargestellte Anordnung vorgesehen werden^ bei der eine Phase zwei diametral gegenüberliegende Wicklungen 11 und 12 aufweist, während die andere Phase zwei diametral gegenüberliegende Wicklungen 13 und 14 aufweist. Die Wicklungen 11 und 12 können in Serie geschaltet oder parallel miteinander verbunden sein, damit sie die gleiche magnetische Reaktion bezüglich ihrer zugehörigen Pole 14 bzw. 15 zeigen, so daß die Radialkräfte im Motor ausgeglichen werden, was zu einer Reduzierung von Schwingungen führt. Der Plattenteller 1 ist mit einer Mittelspindel 16 verbunden, die in einem bei 17 schematisch dargestellten hydrodynamischen Lager gelagert ist. In der

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hier beschriebenen Ausführungsform wird zwar ein hydrodynamisches Lager verwendet, doch kann auch ein herkömmliches Kugellager oder ein flaches selbstschmierendes Lager verwendet werden.

In den Figuren 1 und 2 ist zwar die Verwendung von Halleffekt-Bauelementen 8 und 9 dargestellt worden, doch können auch andere Kommutatoranordnungen, wie ein herkömmlicher Bürstenkommutator, ein optisch-elektrischer Kommutator oder eine Schaltanordnung mit Reed-Relais verwendet werden, wobei diese Anordnungen so angeschlossen sind, daß sie als Kommutator dienen und den Strom in Form einer Sinus-oder Kosinusfunktion in den Statorwicklungen für Zweiphasenmaschinen steuern«

Zur Regelung der Drehzahl des Motors kann gemäß Fig.3 die Gegen-EMK abgetastet und über die Leitung 17 von der schematisch dargestellten Motorwicklung 18 zu einem Komparator 19 geleitet werden, dem über die Leitung 20 eine Bezugsspannung zugeführt wird. Abhängig von der Spannungsdifferenz zwischen der Bezugs spannung und der. Spannung an der Leitung 17 wird an der Leitung 21 eine Regelspannung erzeugt, die über einen Verstärker 22 und eine Ausgangsleitung 23 zur Steuerung des den Motorfeldwicklungen zugeführten Stroms geführt wird. Das Signal .an der Leitung 23 kann zur Steuerung der den Feldwicklungen zugeführten Spannung verwendet werden.

Wie in Fig.4 dargestellt ist, kann eine andere Ausführungsform einer Drehzahlregelanordnung verwendet werden, die einen Tachogenerator 24 enthält, der an der Leitung 25 ein Ausgangssignal erzeugt, dessen Frequenz der Drehzahl

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des Motors proportional ist· Dieses Wechselstromsignal wird über einen Verstärker 26 einer Gleichrichteranordnung 27 zugeführt, und der resultierende Gleichspannungswert wird an der Leitung 28 nach dem Glätten an einen Komparator angelegt, dem an der Leitung 30 eine Bezugsspannung zugeführt wird. An der Ausgangsleitung ,31 . des Komparators wird abhängig von der Differenz der Spannungen an den Leitungen 28 und 30 eine Fehlerspannung erzeugt, die über einen Verstärker 32 zur Steuerung der Speisespannung oder des Speisestroms der Motorwicklungen geleitet wird. Der Tachogenerator kann in herkömmlicher Weise ausgeführt sein, doch kann eine besonders zweckmässige Anordnung eines oder mehrere Reed-Relais enthalten, die nacheinander mit Hilfe eines am Rotor des Motors befestigten Magnets so betätigt werden, daß ein impulsförmiges Ausgangssignal erzeugt wird, dessen Frequenz der Drehzahl des Motors proportional ist. Es sei bemerkt, daß in der oben beschriebenen Anordnung die Statorwicklungen 4 und 5 von Fig.1 und die Wicklungen 11, und 13, AM von Fig.2 eisenlose Wicklungen sind, die an einem symmetrischen Rand befestigt sind, der in der vorliegenden Ausführungsform aus Kunststoff besteht, jedoch auch aus weichmagnetischem Material bestehen kann* Bei dieser Anordnung existiert keine bevorzugte Ausrichtung für den Rotor, da die Statorwicklungen keinen Eisenkern enthalten, so daß keine Neigung für den Plattenteller besteht, unglejb hmässig zu laufen. Zusätzlich zum Fehlen eines ungleiehmässigen Laufs, das sich aus der symmetrischen Rotor- und Statoranordnung ergibt, ergibt das Fehlen von radial unausgeglichenen Kräften, das aus den sich gegenüberliegenden Statorwicklungen gemäß Fig.2 resultiert, einen besonders geeigneten schwingungsfreien Motor für die Verwendung in qualitativ hochwertigen Schallplattenwiedergabegeräten. Natürlich kann

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jede zweckmässige Anzahl von Rotorpolen verwendet werden, obwohl in der Praxis eine gerade Anzahl zwischen 6 und 18 gewählt werden kann; für jede Phase können auch mehrere Statorwicklungen in Übereinstimmung mit der Bedingung, daß pro Phase weniger Wicklungen als Rotorpolpaare vorhanden sind, ausgewählt werden, wobei im Interesse der Wirtschaftlichkeit normalerweise eine oder zwei Wicklungen pro Phase ausgewählt werden.

Wie noch erläutert wird, können anstelle der Aufprägung einer sinusförmigen Kennlinie des Rotorpolflusses. und des Statorstroms auch andere Anordnungen getroffen werden.

In Fig.6c ist ein mit einer gestrichelten Linie 33 dargestelltes Rechtecksignal angegeben, das beim Anlegen an eine Phase der Statorwicklung eines mit permanentmagnetischem Rotor ausgestatteten Elektromotors eine Drehmomentkennlinie erzeugt, die in Fig.6a als Kurve 34 dargestellt ist. Ein dem Verlauf 33 entsprechendes (nicht dargestelltes) Rechtecksignal, das bezüglich des Verlaufs 33 um 90° phasenverschoben ist,wird der anderen Phase des Stators zugeführt, damit eine Drehmomentkennlinie erzeugt wird, die in Fig.6b als Kurve 35 angegeben ist. Das am Motor auftretende resultierende Drehmoment ist die Summe der Signalverläufe 34 und 35; dieser (nicht dargestellte ) Summensignalverlauf zeigt eine Welligkeit, die unerwünschte Schwingungen in einem Motor erzeugen kann. Wenn der Motor beispielsweise ein Motor zum direkten Antreiben eines Plattentellers ist, dann ist eine Drehmomentwelligkeit besonders unerwünscht, da die von dieser Drehmomentwelligkeit verursachten Schwingungen entsprechende Störsignale im Tonabnehmer des Plattenspielers erzeugen kann, mit dem der Motor verbunden ist. Zur Vermeidung der Drehmomentwelligkeit muß für jede Phase eine Dreh-

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momentkennlinie erzeugt werden, wie sie in den Figuren 6a und 6b mit Hilfe der Dreieckskurven 36 bzw. 37 angegeben ist. Die Dreieckskurve 36 kann dadurch erzeugt werden, daß an den die Kurve erzeugenden Stator eine Spannung mit einem modifizierten Verlauf 38 angelegt wird, der Absenkungen aufweist, wie in Fig'.6c angegeben ist. Wenn auch die andere Phase des Motors gemäß einer dem Verlauf 38 von Fig.6c ähnlichen Kurvenform, jedoch um 90° phasenverschoben gespeist wird, dann wird die in Fig.6b angegebene dreiecksförmige Drehmomentkennlinie. 37 erzeugt. Es sei bemerkt, daß bei der Addition der Kurven 36 und 37 eine Summendrehmomentkennlinie entsteht, in der nur eine geringe oder keine Welligkeit enthalten ist.

Mit dieser Anordnung kann ein Motor erzeugt werden, bei dem auf eine Drehmomentwelligkeit zurückzuführende Schwankungen auf ein Minimum verringert sind.

Der Verlauf der den Wicklungen zugeführten Speisesignale kann natürlich mit Hilfe einer elektronischen Schaltung in die in Fig.6c dargestellte Dreiecksform gebracht werden; sie kann auch mit Hilfe einer Schaltung nach Fig.7 erzeugt werden, die ein Halleffekt~Bauelement 39 enthält.

In der Schaltung von Fig.7 ändert sich die Leitfähigkeit des Halleffekt-Bauelements abhängig vom Magnetfeld, dem es ausgesetzt ist. Wenn das Halleffekt-Bauelement im Feld des Rotors des Motors angeordnet wird, könnte normalerweise eine Drehmomentkennlinie erzeugt werden, wie sie durch die Kurven 34 und 35 für jeweils eine Phase der Maschine angegeben ist. Durch eine Profilierung der Kanten des Rotormagnets in einer solchen Weise, daß die auf das Halleffekt-

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Bauelement 39 einwirkende Feldstärke entsprechend modifiziert wird, kann eine Felderregungskurve entsprechend der Kurve von Fig.6c erzeugt werden. Die Magnete des Rotors können zwar selbst profiliert sein, doch können auch eigene Magnete zur Betätigung des Halleffekt-Bauelements vorgesehen werden, die zur Erzielung des erforderlichen Feldes in geeigneter ¥eise profiliert sind.

In der Schaltung von Fig.7 ist das Halleffekt-Bauelement so eingefügt, daß die Statorwicklungen 40 über eine Schaltung aus Transistoren 41₉ 42, 43, 44 und 45, Dioden 46, 47 und 48 und Widerstände 49 und 50 gespeist werden. Aus der Schaltung ist zu erkennen, daß die Transistoren und 44 abhängig von der Richtung des Magnetfeldes, dem das Halleffekt-Bauelement 39 ausgesetzt ist,im Gegentakfbetrieb arbeiten, wobei das Magnetfeld mit Hilfe einer geeigneten Profilierung der Rotormagnete so geformt ist, daß die oben erwähnte Kurve 38 entsteht«

Es kann auch eine Schaltung nach Fig.8 vorgesehen werden, bei der ein Halleffekt-Baueleraent 51 zwischen Transistoren 52 und 53 eingefügt ist, die für jede Phase jeweils eine der Statorwicklungen 54 und 55 versorgen, wobei der Strom für das Halleffekt-Bauelement über Widerstände 56 und 57 zugeführt wird.Es ist zu erkennen, daß beim Drehen des Rotors5 das auf das Halleffekt-Bauelement ein veränderliches Magnetfeld zur Einwirkung bringt, die Transistoren und 52 aabwechselnd leiten ₉ damit die für die Statorwicklungen 54 und 55 erforderlichen Schaltströme geliefert werden. Das die Leitfähigkeit des Halleffekt-Bauelements steuernde Magnetfeld wird durch eine geeignete Auswahl der Magnete oder durch Profilierung der Magnete so eingestellt,

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daß eine der Kurve 38 entspreeilende Kurve erzeugt wird, die im Zusammenhang mit Fig.7 beschrieben wurde«

Es sei bemerkt, daß die Dreieckskurven zur Erzeugung
eines Statorfeldes ausgewählt werden, das mit dem einen allgemein linearen konstanten Flußwert aufweisenden
Rotorfeld so zusammenwirkt, daß eine gleichmässige,
welligkeitsfreie Drehmomentkennlinie erzeugt wird»

Es ist somit zu erkennen, daß bei Rotormagneten, die
unübliche Magnetkennlinien haben, wie sie durch Profi»
lieren erzeugt werden können, die Notwendigkeit bestehen kann, den Stator mit einer Kurve zu erregen, deren Form von der dargestellten und zur Erzeugung der gewünschten welligkeitsfreien Drehmomentkennlinie verwendeten Dreieckskurve abweicht; wie für Zweiphasenmaschinen erläutert wurde, können für eine Phase ein Rotorfluß und ein Statorstrpm mit sinusförmigem Verlauf und für die andere Phase ein Rotorfluß und ein Statorstrom mit kosinusförmigem.
Verlauf gewählt werden.

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Claims

P a t e η ta η s ρ r ü c h e

1. Elektromotor mit einem Rotor, einem Stator und einem Kommutator, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor eine gerade Anzahl von permanentmagnetischen Rotorpolen aufweist, die in einem um die Motorwelle zentriert verlaufenden Kreis angeordnet sind, daß der Stator pro Phase eine oder mehrere eisenlose Statorwicklungen aufweist, deren Anzahl pro Phase geringer als die Anzahl der Rotorpolpaare ist, und daß der Kommutator derart ausgebildet ist, daß er den den Statorwicklungen zugeführten Strom so steuert, daß diese Wicklungen in Zusammenwirkung mit den Rotorpolen eine Drehung des Rotors hervorrufen, und daß für alle Phasen die Summe aus dem Produkt des magnetischen Flussses und dem Strom für jede Phase bei jeder Winkelstellung der Motorwelle zur Erzielung eines konstanten Drehmoments der Motorwelle im wesentlichen konstant bleibt.

2. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweiphasige Statorwicklung vorgesehen ist, daß der Rotor so aufgebaut und angeordnet ist, daß sich ein sinusförmiger Magnetflußgradient von Pol zu Pol ergibt, und daß der Kommutator für die zwei Phasen der Statorwieklung einen Strom mit sinusförmigem bzw.mit kosinusförmigem Verlauf liefert, wobei vorgesehen ist, daß der Verlauf des Stroms jeweils nach einer Drehung des Rotors um eine Rotorpolteilung einen Halbzyklus vollendet.

3. Elektromotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator und der Rotor hinsichtlich ihrer Lage so miteinander in Beziehung stehen, daß zwischen ihnen ein zylindrischer Luftspalt entsteht, und daß der Rotor einen

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Teil eines Plattentellers bildet, an dem eine gerade Anzahl von permanentmagnetischen Rotorpolen so befestigt ist, daß sie am Umfang eines zum Umfang des Plattentellers konzentri schen Kreises angeordnet sind.

4. Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Statorwicklungen im Winkelabstand bezüglich der Rotorpole angeordnet sind, so daß ein Zweiphasenmotor mit einer Wicklung pro Phase entsteht.

5. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Statorwicklungen im Winkelabstand bezüglich der Rotorpole angeordnet sind, so daß ein Zweiphasenmotor mit zwei Wicklungen pro Phase entsteht.

6. Elektromotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Statorwicklungen im Winkelabstand bezüglich der Rotorpole angeordnet sind, so daß ein Zweiphasenmotor mit zwei Wicklungen pro Phase entsteht, die diametral gegenüber angeordnet sind, so daß radiale Kräfte im wesentlichen ausgeglichen sind.

7. Elektromotor nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorpole in einem permanentmagnetischen Kunststoff material gebildet sind, das an einem Randteil des Plattentellers gehalten ist und dabei so geformt ist, daß ein an der Innenfläche des Randteils befestigtes Band entsteht.

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8. Elektromotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Plattenteller ein weiterer Rand aus magnetischem Material vorgesehen ist, daß die zwei Ränder konzentrisch zueinander verlaufen und daß die eisenlosen Statorwicklungen so angeordnet sind, daß sie in den Ringraum zwischen den zwei Rändern ragen.

9. Elektromotor nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet,daß der Plattenteller in einem hydrodynamischen Lager gelagert ist,

10. Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kommutator Halleffekt-Bauelemente enthält.

11. Elektromotor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Halleffekt-Bauelemente so angeordnet sind, daß sie von dem von den Polen des Rotors ausgehenden Fluß schaltbar sind.

12. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kommutator eine optisch-elektrische Anordnung enthält, die eine optisch abgestufte Filterscheibe enthält, die so angebracht und angeordnet ist, daß sie mit dem Plattenteller drehbar ist und normalerweise auf einen oder mehrere Photodetektoren fallendes Licht unterbrechen, so daß der oder die Photodetektoren ein Signal liefern, das zur Kommutierung und zur Steuerung der Stromzufuhr zu den zwei Phasen eines Zweiphasenmotors gemäß einer Sinusfunktion bzw. einer Kosinusfunktion verwendet wird.

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13· Elektromotor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe mehrere in gleichem Abstand um die Scheibe angeordnete Bereiche aufweist, deren Anzahl gleich der Anzahl von Rotorpolpaaren ist, und daß jeder Bereich gemäß einer Sinusfunktion so abgestuft ist, daß auf zwei Photodetektoren fallendes Licht gemäß einer Sinusfunktion bzw. einer Kosinusfunktion variiert, wodurch entsprechende elektrische Ausgangssignale für jede Phase erzeugt werden, die sich sinusförmig bzw. kosinusförmig ändern.

14. Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Drehzahlregelanordnung mit einem Tachogenerator zur Erzeugung eines Signals, dessen Frequenz von der Umdrehungsfrequenz des Motors

. und einem Standardfrequenzsignal abhängt, und einen Komparator, in dem die zwei Signale so miteinander verglichen werden, daß ein Fehlersignal erzeugt wird, wobei die Drehzahl des Motors abhängig von diesem Fehlersignal gesteuert wird.

15. Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Drehzahlregelung mit Hilfe einer Tachoanordnung erzielt wird, die eine in der britischen Patentanmeldung Nr₀ 35 859/76 beschriebene optische Anordnung enthält.

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