DE2815217A1 - Gleichstrommotor - Google Patents

Description

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft Gleichstrommotoren der in den Oberbegriffen der Ansprüche 1, 38, 40 und 41 angegebenen Art.

Es sind verschiedene Arten bürstenloser Gleichstrommotoren bekannt, wie beispielsweise zweipolige Wechselphasenmotoren, zweipolige Dreiphasenmotoren, in zwei Drehrichtungen laufende Zweiphasen-Motoren, vierpolige Motoren usw. Bei einem zweipoligen Wechselphasenmotor ist ein einziges Magnetpolpaar, das üblicherweise durch aus Permanentmagneten bestehende Nord- und Südpolschuhe aufweist,sowie zwei abwechselnd erregte Wicklungen oder Spulen vorgesehen. Entweder die aus Permanentmagneten bestehenden Polschuhe oder die Wicklungen können am Läufer angebracht sein, und der Läufer kann entweder innerhalb des Ständers oder um den Ständer herum angeordnet sein. Jeder Polschuh erstreckt sich also über einen elektrischen Winkel von180°, und jede Wicklung überspannt in entsprechender Weise einen elektrischen Bogenwinkel von 180°.

Bei einem typischen zweipoligen Wechselphasenmotor besitzt jede Wicklung Leitersegmente, die Strom in Richtungen führen, die senkrecht auf dem durch die Permanentmagnetpolschuhe gebildeten magnetischen Kraftfluß oder Magnetfluß stehen. Gemäß der Dreifingerregel, die auch unter der Bezeichnung Fleming'sehe Regel oder Rechte-Hand-Regel bekannt ist, wird ein Drehmoment in einer Richtung erzeugt, die sowohl auf der Richtung des magnetischen Kraftflusses als auch auf der Richtung des Stromflusses senkrecht steht. Die Wicklungen oder Spulen sind um eine Zylinderfläche gewickelt, so daß die Leitersegmente einen ersten Stromwegbereich, in dem der Strom in einer ersten Rich-

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tung,sowie einen zweiten Stromwegbereich besitzen, in der der Strom in einer zweiten/ der ersten Richtung entgegengesetzten Richtung fließt, wobei diese Stromwegbereiche mit einem elektrischen Winkel von 180° voneinander beabstandet sind. Wenn eine Wicklung in dem Moment erregt wird, bei dem der erste Stromwegbereich die Zone des Magnetkraftflusses mit beispielsweise Nordpolarität erreicht, wird ein Drehmoment erzeugt, so daß der Läufer in einer vorgegebenen Richtung gedreht wird. Diese Wicklung wird dann in dem Augenblick entregt, bei dem der erste Stromwegbereich die Zone des magnetischen Kraftflusses mit Nordpolarität verläßt, und die andere Wicklung oder Spule wird dann erregt. Jede Wicklung oder Spule wird also nur dann erregt, wenn ihr erster Stromwegbereich in die Zone des Magnetkraftschlusses mit vorgegebener Polarität kommt. Infolgedessen weist das sich ergebende Drehmoment eine erhebliche Welligkeit oder Ungleichmäßigkeit ab, die unerwünscht ist. Wenn der Motor nicht läuft und der erste Stromwegbereich jeder Wicklung sich in der Zone befindet, an der der Polatitätsübergang des magnetischen Kraftflusses liegt, ist es erforderlich, eine Hilfseinrichtung zum Anlassen oder Anwerfen des Motors zu verwenden.

Bei einem typischen zweipoligen Dreiphasenmotor wird der magnetische Kraftschluß mit aus Permanentmagneten bestehenden Nord- und Südpolschuhen erzeugt. Die Wicklungsanordnung besteht in diesem Falle jedoch im Gegensatz zu den zwei Wicklungen oder Spulen bei dem zuvor beschriebenen zweipoligen Wechselphasenmotor aus drei Spulen oder Wicklungen. Jede Wicklung ist um eine Zylinderfläche gewickelt und besitzt einen ersten und einen zweiten Stromwegbereich, die voneinander mit einem elektrischen Winkel von 180° beabstandet sind. Der erste Stromwegbereich der einen Wicklung ist jedoch vom ersten Stromwegbereich der nächsten,

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danebenliegenden Wicklung um 120° beabstandet. Das Drehmoment in einer gegebenen Richtung wird dann erzeugt, wenn der erste Stromwegbereich einer Spule sich mit einem vorgegebenen elektrischen Winkel in die Zone des magnetisehen Kraftflusses vorgegebener Polariät bewegt hat. Dieser vorgegebene Winkel ist normalerweise ein elektrischer Winkel von etwa 30°. Nachdem eine Spule während eines Zeitraumes erregt worden ist, der einem elektrischen Winkel von 120° entspricht, hat sich der erste Stromwegbereich der nächsten Wicklung um einen elektrischen Winkel von 30° in die Zone des magnetischen Kraftschlusses vorgegebener Polarität bewegt. Zu diesem Zeitpunkt wird die erste Wicklung entregt und die nächste Wicklung erregt. Infolgedessen werden alle drei Wicklungen nacheinander erregt, so daß ein Gesamtdrehmoment auftritt, dessen Welligkeit oder Ungleichförmigkeit gegenüber der Welligkeit oder Ungleichförmigkeit, die mit dem zuvor beschriebenen zweipoligen Wechselphasenmotor erreicht werden kann, wesentlich geringer ist. Aufgrund der besonderen Abmessungen jedes Permanentmagnetpolschuhs, des Winkels, den jede Wicklung einnimmt und der Phasenversetzung der jeweiligen Wicklungen werden darüberhinaus die im Zusammenhang mit dem zweipoligen Wechselphasenmotor bereits erläuterten Schwierigkeiten vermieden, wenn der Motor an einer Stelle, in der das Drehmoment Null ist, stehenbleibt. Das heißt, es ist keine zusätzliche Einrichtung zum Anlassen des Motors erforderlich.

Bei den zweipoligen Dreiphasenmotoren ist es jedoch nachteilig, daß drei Lageabfühlelemente zur Feststellung der relativen Lage jeder Spule bezüglich der Permanentmagnetpolschuhe erforderlich sind. Diese drei Lageabfühlelemente sind zur Steuerung der selektiven Erregung jeder Spule nötig. Die Stellen, an denen diese Lageabfühlelemente

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angebracht werden, müssen bei der Montage des Gleichstrommotors sehr sorgfältig gewählt und eingestellt werden, so daß jedes Lagerabfühlelement in der richtigen lagemäßigen Zuordnung zu der zugehörigen Wicklung steht. Dadurch werden die Herstellungs- und Montagekosten und damit die Gesamtkosten eines Motors erhöht. Wenn die Lageabfühlelemente in Modulform zusammengefaßt sind, kann ein solcher Modul mit den Lageabfühlelementen nur bei einem zweipoligen Dreiphasendurchmesser mit entsprechendem Durchmesser verwendet werden. Für Motoren mit anderen Durchmesser müssen andere Module verwendet werden. Da drei Spulen oder Wicklungen erforderlich sind, sind auch drei getrennte Schaltkreise vorzusehen, um die jeweiligen Wicklungen selektiv zu erregen. Obwohl die Drehmomentkennlinie^und -eigenschaften des zweipoligen Dreiphasenmotors besser sind als die Drehmomentkennlinien und -eigenschaften des zweipoligen Wechselphasenmotors, so kann dieser Vorteil nur mit wesentlicu höheren Kosten des Motors erzielt werden.

Bei dem vierpoligen Zweiphasenmotor sind vier getrennte Erregungen oder vier Stromumschaltvorgange über einen elektrischen Winkel von 360° erforderlich. Dies erfordert zwei getrennte Lageabfühlelemente und vier getrennte Schaltkreise. Der in zwei Richtungen laufende vierpolige Motor erfordert ebenfalls zwei Lageabfühlelemente und muß auch mit vier getrennten Schaltkreisen für jede Drehrichtung des Motors ausgerüstet sein. Das heißt, dieser in zwei Drehrichtungen laufende Motor benötigt acht einzelne Schaltkreise bzw. Schaltungen für die Umschaltung der Erregerströme. Derartige vierpolige Motoren sind wesentlich teurer als die relativ einfachen zweipoligen Wechselphasenmotoren.

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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Gleichstrommotor zu schaffen, der die zuvor beschriebenen Schwierigkeiten herkömmlicher Gleichstrommotoren nicht aufweist, relativ kostengünstig herzustellen ist, und gute Drehmomenteigenschaften bzw. -kennlinien aufweist.

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

Die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 38 angegebenen Merkmale lösen ebenfalls die gestellte Aufgabe. Dies gilt auch für die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 4o sowie des Anspruchs 41.

Die erfindungsgemäßen Gleichstrommotoren sind relativ kostengünstig herstellbar und weisen nicht mehr die eingangs beschriebenen Nachteile herkömmlicher Gleichstrommotoren auf. Bei dem erfindungsgemäßen Gleichstrommotor wird das Drehmoment über einen elektrischen Winkelbereich von 360° erzeugt, ohne daß' das Drehmoment an irgendeiner Stechstelle dieses Bereichs auf Null abnimmt.

Die Erfindung schafft weiterhin einen bürstenlosen Gleichstrommotor, bei dem lediglich ein einziges Lageabfühlelement und zwei getrennte Schaltungen für die Spulenerregung erforderlich sind. Das Drehmoment der erfindungsgemäßen Gleichstrommotoren weist eine relativ geringe Welligkeit bzw. Ungleichmäßigkeit auf.

Mit der vorliegenden Erfindung ist es also möglich, einen zweipoligen Wechselphasenmotor zu schaffen, bei dem die bereits erläuterten Schwierigkeiten herkömmlicher zweipoliger Wechselphasenmotoren nicht auftreten.

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Erfindungsgemäß wird also ein Motor geschaffen, bei dem durch Erregung des Läufers oder Ständers ein Drehmoment in einer vorgegebenen Drehrichtung erzeugt wird, das sich über einen elektrischen Winkel von größer als 180° erstrecken kann, und bei dem das Drehmoment eine relativ geringe Welligkeit oder üngleichförmigkeit besitzt.

Die erfindungsgemäßen Gleichstrommotoren besitzen wenigstens zwei Wicklungen oder Spulen, durch die Strom hindurchfließen gelassen wird. Jede Spule besitzt einen ersten Stromwegteil, durch den Strom in einer ersten Richtung fließt, sowie einen zweiten Stromwegteil, durch den Strom in einer zweiten, der ersten Richtung entgegengesetzten Richtung fließt. Ein Magnetflußgenerator bzw. ein Generator, der den magnetischen Kraftfluß erzeugt, umfaßt wenigstens ein Magnetpolpaar zur Erzeugung eines magnetischen Kraftflusses mit einem Magnetfeld wechselnder Polarität in einem Drehweg oder Drehablauf um die Motorachse herum. Der magnetische Kraftfluß, der jede Spur durchsetzt, erzeugt ein Drehmoment in vorgegebener Richtung über einen Winkelbereich hinweg, der großer als ein elektrischer Winkel von 180° ist, wenn eine Spule über die Zone oder den Bereich des magnetischen Kraftflusses mit vorgegebener Polarität hinweg erregt wird. Eine Erregerschaltung ist dafür vorgesehen, die Spulen oder Wicklungen abwechselnd zu erregen, so daß Strom durch jede erregte Spule während eines Zeitraumes fließt, der im wesentlichen gleich einem elektrischen Winkel von 180° ist oder einem elektrischen Winkel von 180° entspricht, wenn sich die erregte Spule innerhalb des Drehmomentbereichs in vorgegebener Richtung befindet. Bei einem Ausführungsbeispiel ist jede Spule totoidal um einen Ringkern gewickelt, und zwei Spulen oder Wicklungen sind in einem elektrischen Winkel von 180° voneinander beabstandet. Bei

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dieser Ausführungsform ist die magnetische Polarität des Magnetflusses bezüglich der anderen magnetischen Polarität asymmetrisch. Bei einer weiteren Ausführungsform sind der erste und zweite Stromwegbereich jeder Spule auf im wesentliehen derselben Zylinderfläche angeordnet, die konzentrisch um die Motorachse herum liegt, wobei der erste und zweite Stromwegbereich voneinander weniger weit beabstandet sind, als es einem elektrischen Winkel von 180° entspricht.

Die Erfindung, sowie deren Ausgestaltungen und Vorteile v/erden nachstehend anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1A bis 1C einen herkömmlichen zweipoligen Dreiphasen-Gleichstrommotor ,

Fig. 2A bis 2C einen herkömmlichen zweipoligen Wechselphasen-Gleichstrommotor,

Fig. 3 bis 5 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gleichstrommotors,

Fig. 6A bis 6C Darstellungen, die der Erläuterung der Arbeitsweise dieser Ausführungsform des Gleichstrommotors dienen,

Fig. 7A und 7B eine Ausführungsform für eine Schaltung zur

Erregung der Spulen, sowie deren Arbeitsweise, wobei diese Ausführungsform der Schaltungsanordnung in Zusammenhang mit dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel eines Gleich

strommotors vorteilhafterweise verwendet wird,

Fig. 8A bis 8C eine Abwandlung dieser Ausführungsform des Gleichstrommotors,

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Fig. 9 bis 11 eine weitere Abwandlung dieser Ausführungsform des Gleichstrommotors,

Fig. 12 bis 13 eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gleichstrommotors,

Fig. t4A - 14E Darstellungen, die der Erläuterung der Arbeitsweise dieser Ausführungsform eines Gleichstrommotors dienen,

Fig. 15 ein Diagramm, das der Erläuterung der Arbeitsweise einer abgewandelten Ausführungsform des Gleichstrommotors dient,

Fig. 16 bis 24 verschiedene Abwandlungen dieser Ausführungsform eines Gleichstrommotors,

Fig. 25 bis 27 eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gleichstrommotors, und

Fig. 28 bis 31 verschiedene Abwandlungen dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gleichstrommotors.

Bevor die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erläutert werden, sollen zunächst verschiedene Probleme und Schwierigkeiten, die bei herkömmlichen Gleichstrommotoren auftreten, beschrieben werden. In Fig.1A ist schematisch ein zweipoliger Dreiphasenmetor dargestellt. Es sei im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung angenommen, daß der Läufer unterschiedlich magnetisierte Permanent-

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mangetpolschuhe aufweist. Der Rotor 101a ist also mit einem Nord-Polschuh N, der einen Kreisbogen von 180° aufweist, sowie einem benachbarten Südpolschuh S ausgebildet, der auch einen Kreisbogen von 180° aufweist. Der durch den Ndrd- und Südpolschuh erzeugte Mangetfluß ändert seine magnetische Polarität sinusförmig, wenn man es in einer Drehrichtung um die Motorachse herum betrachtet. Das heißt, wenn sich ein Bezugspunkt bezüglich des Nord- und Südpolschuhs dreht, so zeigt der Magnetfluß, der an dem Bezugspunkt auftritt, eine sinusform, wie dies durch die sinusförmige Welle in Fig. 1A dargestellt ist. Da der Nord- und Südpolschuh den Läufer 101a bilden, ist der Bezugspunkt in Wirklichkeit in seiner Lage festliegend und der Nord- bzw. Südpolschuh dreht sich bezüglich des Bezugspunktes. Nichtsdestoweniger tritt der dargestellte Magnetfluß auf.

Der Ständer dieses zweipoligen Dreiphasenmotors besteht aus drei Spulen L₂ und L₃- -Jede Spule kann als um eine zylinderförmige, zum Läufer 101a konzentrische Fläche herumgewickelt gedacht werden, und jede Spule besitzt ein Strom in der einen Richtung führendes Leitersegment und ein weiteres Leitersegment, das den Strom in der dazu entgegengesetzten Richtung führt. Beispielsweise können beide Leitersegmente zur Motorachse parallel liegen, so daß jede Spule L-, L₂ und L₃ sich über einen Kreisbogen von 180° erstreckt. Wie Fig. 1A zeigt, ist der aus der Zeichenbene herausfließende Strom als Punkt und der in die Zeichenebene hineinfließende Strom als "x" dargestellt. Bei der hier durchgeführten Beschreibung wird der aus der Zeichenebene herausfließende Strom also als in positiver Richtung fließende Strom und damit durch einen positiven Leiterweg der Spule fließender Strom bezeichnet, wogegen der in die Zeichenebene hineinfließende Strom in negativer

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Richtung und damit durch einen negativen Stromweg der Spule fließt. Der positive Stromweg der Spule L₁ ist um 120° gegenüber dem positiven Stromweg der Spule L₂ phasenversetzt, wobei der positive Stromweg der Spule L₂ seinerseits um 120° vom positiven Stromweg der Spule L-. phasenversetzt ist. Der positive Stromweg der Spule L ist wiederum um 120° gegenüber dem positiven Stromweg der Spule L₁ phasenversetzt. Die drei Phasen oder Spulen L.. , L₉ und L., überlappen sich also gegenseitig, jedoch sind die positiven und negativen Stromwege jeder Spule voneinander jeweils um 180° getrennt.

Wenn der positive Stromweg der Spule L. zum Punkt Θ- im Bereich des durch den Nordpolschuh erzeugten Magnetfflusses gelangt, wird die Spule L₁ während des Betriebs erregt.

Gemäß der Fleming¹schem Regel wird ein Drehmoment erzeugt, so daß zwischen Läufer und Ständer eine Drehung auftritt. Diese Drehung hält an, bis der positive Stromweg der Spule L₁ den Punkt Θ* erreicht. Zu diesem Zeitpunkt hat die Spule L₁ den Punkt θ₂ erreicht, der gegenüber dem Punkt Q₁ um 120° versetzt ist. Zu diesem Zeitpunkt wird die Spule L₁ entregt und die Spule L₂ erregt. Demzufolge wird ein Drehmoment aufgrund des Magnetflusses mit Nord-Polarität und des positiven, durch den positiven Stromweg der Spule L- fließenden Stromes, sowie aufgrund des Magnetflusses mit Süd-Polarität und des negativen, durch den negativen Stromweg der Spule L„ fließenden Stromes erzeugt. Die Spule L₂ bleibt erregt, bis der positive Stromweg der nächsten Spule L₃ den Punkt Θ.. erreicht. Zu diesem Zeitpunkt wird die Spule L„, deren positiver Stromweg den Punkt θ₂ erreicht hat, entregt und die Spule L₃ wird erregt. Infolgedessen wird ein Drehmoment aufgrund des Magnetflusses mit Nord-Polarität und des positiven durch die Spule L, fließenden Stromes, sowie weiterhin aufgrund

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des Magnetflusses mit Süd-Polarität und des negativen durch die Spule L- fließenden Stromes erzeugt.

Wie Fig. 1A zeigt, erreicht der positive Stromweg der Spule L₁ zum Zeitpunkt t.. den Punkt Θ. . Der positive Stromweg der Spule L- erreicht zum Zeitpunkt L~ den Punkt Θ* , und der positive Stromweg der Spule L, erreicht zum Zeitpunkt L_ den Punkt θ₁. Dies bedeutet, daß die Spule L₁ vom Zeitpunkt t.j bis t- erregt ist. Die Spule L- ist vom Zeitpunkt t₂ bis t_ erregt, und die Spule L_. ist vom Zeitpunkt t-.

bis t. erregt. Fig. 1B stellt die Stromerregungsschwingungsformen dar, die zu den Spulen L₁, L₂ bzw. L^ gehören. Da jede Spule nur während eines Zeitraumes erregt ist, während dessen der positive Stromweg dieser Spule sich im Bereich des Magnetflusses mit Nord-Polarität befindet, ist das Drehmoment, das bei jeder Erregung der jeweiligen Spule erzeugt wird, immer größer als Null. Fig. IC zeigt das erzeugte Drehmoment. Das positive Drehmoment aufgrund der Erregung der Spule L₁ wird zwischen den Zeitpunkten t₁ und t„ erzeugt. Das positive Drehmoment aufgrund der Erregung der Spule L- wird vom Zeitpunkt t- bis zum Zeitpunkt fc_ erzeugt und das positive Drehmoment aufgrund der j

Erregung der Spule L₃ wird vom Zeitpunkt t- bis t₄ erzeugt. Diese aufeinanderfolgende Erregung der Spulen und das sich dadurch ergebende Drehmoment wiederholt sich dann.

Da jede Spule für einen Zeitraum von 120° getrennt erregt werden muß, und da jede Spule nur erregt werden muß, wenn ihr positiver Stromweg den Punkt Θ* erreicht, muß für jede Spule ein individuelles Lageabfühlelement vorgesehen sein, um festzustellen, wenn diese Spule den Punkt θ₁ erreicht. Diese drei Lageabfuhlelemente können dazu verwendet werden, die Erregerströme zu den richtigen Zeitpunkten zu erzeugen, wie dies in Fig. 1B dargestellt

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ist. Darüberhinaus sind zur Erregung der Spulen L₁, L- bzw. L, drei getrennte Spulenerregerkreise oder Schaltkreise erforderlich. Wie zuvor bereits erwähnt, muß die Lage jedes Lageabfühlelementes bezüglich der übrigen Lageabfühlelemente und auch bezüglich des Nord- und Süd-Polschuhs sehr sorgfältig und genau festgelegt werden. Das bedeutet, daß die winkelmäßige Beziehung jedes Lageabfühlelementes während des Betriebs des Motors einzeln eingestellt werden muß. Wenn alle drei Lageabfühlelemente in einem einzigen Modul vorgesehen sind, kann dieser Modul darüberhinaus nur für Motoren mit demselben Durchmesser verwendet werden. Dies ist beim Aufbau und bei der Montage eines Gleichstrommotors sehr nachteilig. Fig. 2A zeigt ein Beispiel eines zweipoligen Wechselphasenmotors, bei dem der Läufer 101b auf nebeneinanderliegenden Nord- und Süd-Magnetpolschuhen besteht, die jeweils einen Kreisbogen von 180° bilden. Der Ständer basitzt zwei Spulen L- und L2/ die jeweils einen positiven und einen negativen Stromweg aufweisen, wie dies zuvor anhand von Fig. 1A erläutert wurde. Der positive und negative Stromweg jeder Spule ist voneinander um 180° getrennt. Hier überlappen sich die Spulen L., und L„ nicht. Jede Spule ist vielmehr genauso lang wie ein Magnetpolschuh. Jede Spule kann also um dieselbe zylinderförmige zur Motorachse konzentrische Fläche gewickelt sein. Wie zuvor können die positiven und negativen Stromwege als Leitersegmente parallel zur Motorachse gedacht werden, um Ströme in entgegengesetzten Richtungen zueinander zu leiten.

Wenn sich der Läufer 101b dreht, so ist der Magnetfluß, der am Bezugspunkt auftritt, sinusförmig, wie in Fig. 2A dargestellt ist. Wenn der positive Stromweg der Spule L.

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den Punkt Θ.. erreicht, d.h., wenn der positive Stromweg der Spule L₁ den Übergang zwischen dem Nord- und dem Süd-Magnetfluß erreicht, an dem der effektive Magnetfluß Null ist, wird die Spule erregt. Die Dauer der Erregung der Spule L.. beträgt 180°, d.h. die Erregung hält solange an, bis der positive Stromweg dieser Spule den Punkt θ₂ beim nächsten Übergang zwischen dem Nord- und Süd-Magnetfluß erreicht. Zu diesem Zeitpunkt hat der positive Stromweg der Spule L„ den Punkt Θ. erreicht, und die Spule L₂ wird erregt, wogegen die Spule L.. entregt wird. Wenn der positive Stromweg der Spule L. wieder den Punkt θ₁ erreicht, dann wird die Spule L„ entregt und die Spule L erregt.

Fig. 2B zeigt den Stromverlauf der durch die Spulen L- und L„ fließenden Erregerströme. Die Spule L₁ wird zum Zeitpunkt t₁, d.h. zum Zeitpunkt erregt, wenn der positive Stromweg dieser Spule den Punkt ©₁ erreicht. Die Spule L₂ wird zum Zeitpunkt t-, d.h. zu dem Zeitpunkt erregt, an dem der positive Stromweg dieser Spule den Punkt Q₁ erreicht. Aufgrund des positiven durch den positiven Stromweg der Spule L₁ fließenden Stromes und des Magnetflusses mit Nord-Polarität einerseits und aufgrund des negativen, durch den negativen Stromweg der Spule L₁ fließenden Stromes und des Magnetflusses mit Südpolarität, der diesen negativen Stromweg schneidet, wird also ein positives Drehmoment erzeugt. Wenn die Spule L₂ erregt ist, wird wiederum ein positives Drehmoment in gleicher Weise erzeugt, nämlich infolge des positiven durch den positiven Stromweg der Spule L- fließenden Stromes und des Magnetflusses mit Nord-Polarität, sowie auch aufgrund des negativen durch den negativen Stromweg der Spule L„ fließenden Stromes und des Magnetflusses mit Süd-Polarität, der

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den negativen Stromweg schneidet. Dieses Drehmoment ist in Fig. 2C dargestellt.

Zu dem Zeitpunkt t ι t , t.,, ... ist das erzeugte Drehmoment ersichtlich Null, und zwar deshalb, weil der positive und negative Stromweg einer erregten Spule zu diesem Zeitpunkten einem Magnetfluß von im wesentlichen Null ausgesetzt sind. Augrund dieses Drehmomentes Null besteht die Möglichkeit, daß dann, wenn der Läufer in einer Lage zur Ruhe kommt., in der sich der positive (oder negative) Stromweg einer Spule am Punkt Θ.. oder θ~) befindet, die nachfolgende Erregung der Spule ein Drehmoment Null ergibt. Dies bedeutet, daß eine Hilfs-Schnappeinrichtung erforderlich sein kann,um den Läufer zu Beginn in Drehung zu versetzen. Obgleich der zweipolige Wechselphasenmotor nur ein einziges Lageabfühlelement benötigt, um die Drehlage des Läufers bezug-*

lieh der Erregerspulen festzustellen, und nur zwei Schaltereinrichtungen erforderlich sind, um die jeweiligen Spulen __.. zu erregen, bleibt dennoch die Schwierigkeit bestehen, daß an bestimmten Winkellagen des Läufers ein Drehmoment Null auftritt, was nachteilig ist. Darüberhinaus ist das erzeugte Drehmoment nicht gleichförmig sondern ist ziemlich wellig, wie dies Fig. 2C zeigt. Auch dies ist nachteilig.

Die zuvor beschriebenen Nachteile und Schwierigkeiten bei den in den Fig. 1 und 2 schematisch dargestellten Motoren werden mit der vorliegenden Erfindung umgangen. Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in Aufsicht in Fig. 3 und im Querschnitt entlang der Schnittlinien IV-IV in Fig. 4 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist die Läuferanordnung 101 ein Außenläufer, der um die Ständeranordnung herum angeordnet ist und sich um sie dreht. Die Läuferanordnung 101, nachfolgend kurz als Läufer

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bezeichnet, ist ein becherförmiges Joch, das an einem Endbereich einer Welle 106 befestigt ist. Diese Welle 106 ist in einem zylinderförmigen Trägerteil 103 drehbar gelagert, das ein axiales Mittelloch aufweist, dessen eines Ende mit einem Lager 104 versehen ist und dessen anderes gegenüberliegendes Ende mit einem Lager 105 versehen ist. Das zylinderförmige Trägerteil 103 ist zusammen mit den Lagern 104 und 105 sowie der Welle 104 auf einer Trägerplatte 102 befestigt. Das eine Ende der Welle 106 steht nach außen durch die Trägerplatte 102 hindurch vor und dient dem Antrieb eines mit ihm in Verbindung stehenden Teiles. Beispielsweise kann die Welle 102 eine Antriebswelle für ein sich drehendes Kopfrad in einem Videobandaufzeichnungsgerät (VTR) sein. Natürlich können auch andere Geräte und Einrichtungen mit dem dargestellten Motor ausgerüstet werden und die spezielle Anordnung oder Einrichtung, mit der die Welle 106 zusammenwirkt, ist nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung.

Das andere Ende der Welle 106 ist mit einer Stell- bzw. Kopfschraube 106a am Läufer 101 befestigt. Der Läufer 101 besitzt einen aus einem Permanentmagneten bestehenden Nord-Polschuh 107 und einen aus einem Permanentmagneten bestehenden Süd-Polschuh 108. Die Pol-Schuhe 107, 108 sind an der inneren Zylinder-Seitenwand des becherförmigen Jochs befestigt und werden in der Richtung ihrer Dicke derart magnetisiert, daß die Nord- und Süd-Polschuhflächen nach innen, d.h. zur Welle 106 hin gerichtet sind, wie dies noch deutlicher aus Fig. 4 hervorgeht. Der Nord-Polschuh 107 liegt in einem Winkel von 240° um die Motorachse herum, wogegen der Süd-Polschuh 108 um einen Winkel von 120° um die Motorachse herum liegt. Das heißt, der

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Nord-Polschuh 107 ist ein Krexsbogensegment von 140°, wogegen der Süd-Polschuh 108 ein Kreisbogensegment von 120° ist. Da nur ein Pol-Paar vorgesehen ist, ist der "elektrische" Winkel, der von dem jeweiligen Pol-Schuh eingenommen wird, gleich seinem "lagemäßigen" Winkel Ein "lagemäßiger Winkel" ist in Zusammenhang mit den hier vorgenommenen Beschreibungen ein geometrischer Winkel zwischen zwei Punkten auf dem Läufer oder auf dem Ständer. Der "elektrische" Winkel ist gleich dem "lagemäßigen" Winkel geteilt durch die Anzahl der Pol-Paare.

Die Ständeranorndung, nachfolgend kurz Ständer genannt, ist am zylinderförmigen Trägerteil 103 befestigt. Der Stator besteht aus einem ringförmigen Kern 109, der zur Motorachse konzentrisch angeordnet ist, sowie zwei Spulen 110 und 111, die jeweils ringförmige auf den Kern 109 gewickelt sind. Die Spulen 110 und 111 sind voneinander in einem Winkelabstand von 180° angeordnet. Das heißt, der Mittelpunkt der Spule 110 ist um 180° vom Mittelpunkt der Spule 111 versetzt, wie Fig. 4 zeigt.

Diese Spulen liegen also einander diametral gegenüber.

Ein kleiner Spalt ist zwischen der inneren Umfangsflache der Polschuhe 107 und 108 und den äußeren Umfangsflachen der Spulen 101 und 111 vorgesehen. Der zylindrische Trägerteil 103 ist mit einem Flansch versehen, mit dem er an eine Seitenplatte 102 befestigt wird. Eine ringförmige Befestigungsplatte 113 ist auf dem zylinderförmigen Trägerteil 103 vorgesehen und trägt eine Schalterplatte 112. Beispielsweise kann die ringförmige Befestigungsplatte 113 aus Kunstharz bestehen. Eine Steuerschaltung 114 ist an der Schalterplatte 112 befestigt, und (nicht dargestellte) Leitungen von den Spulen 11o und 111 sind mit der Schalterplatte 112 verbunden. Die die Steuer- bzw.

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Erregerschaltung 114 ist dafür vorgesehen, wahlweise die eine oder andere Spule 11o, 111 zu erregen bzw. mit Strom zu versorgen, so daß ein Drehmoment erzeugt wird und sich der Läufer 101 dreht. Dafür ist ein Lageabfühlelement 115, beispielsweise ein Hall-Generator vorgesehen, um die Drehlage des Läufers 111 abzufühlen und um geeignete Signale in Abhängigkeit davon zu erzeugen, um damit die Erregerschaltung 114 zu steuern. Der Hall-Generator bzw. die aufgrund des Hall-Effektes wirkende Einrichtung 115 kann die Intensität und die Polarität des Magnetflusses abfühlen, der durch den Noxd- und Süd-Polschuh 107, 108 erzeugt wird, so daß dadurch Lagesignale in Abhängigkeit des auf diese Weise festgestellten Magnetflusses erzeugt werden. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann das Lageabfühlelement 115 ein optischer Sensor sein, der optische Zeichen oder Markierungen an diskreten Stellen auf dem Läufer 101 feststellt. Es ist selbstverständlich auch möglich, andere Lageabfühlelemente 115 zu verwenden, wenn dies erforderlich erscheint.

Fig. 5A zeigt den Läufer 101 und die Ständerwicklungen 110, 111 in einem vergrößerten Ausschnitt. Der Magnetkreis wird durch den Nord-Polschuh 107, der Kern 109, den Süd-Polschuh 108 und das becherförmige Joch des Läufers 101 gebildet. Der Magnetfluß, der durch diesen geschlossenen Kreis hindurchgeht, ist in Pig. 5A gestrichelt dargestellt. An die Spulen 110 und 111 wird Strom derart angelegt, daß Strom aus der Zeichenebene durch die Leiter jeder Spule, die den Pol-Schuhen am nächsten liegen, sowie Strom in die Zeichenebene durch diejenigen Leiter der Spule, die von den Polschuhen weiter weg liegen, fließt. Die Leiter, die in der Nähe der Pol-Schuhe liegen, werden

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als positiver Stromweg, und die Leiter, die von den Polschuhen weiter weg liegen, werden als negativer Stromweg bezeichnet. Der Magnetfluß, der am positiven Stromweg einer erregten Spule auftritt, ist größer als der Magnetfluß, der am negativen Stromweg auftritt, und zwar wegen der besonderen Ausbildung des dargestellten magnetischen Kreises. Unter Verwendung der Fleming'sehen Regel wird also dann, wenn die Spule 110 bei Vorbeilaufen am Nord-Polschuh 107 erregt wird, ein Drehmoment erzeugt, durch das eine Drehung in der Drehrichtung W hervorgerufen wird, wie dies durch den Pfeil in der Zeichnung angedeutet ist. Selbstverständlich wird ein entgegengesetztes Drehmoment infolge des Magnetflusses mit Nord-Polarität und des negativen durch den negativen Stromweg der Spule 110 fließenden Stromes erzeugt. Weil der Magnetfluß, der an diesem negativen Stromweg auftritt, jedoch geringer ist, ist das entgegengesetzte, dagegenwirkende Drehmoment wesentlich geringer. Es tritt daher ein Gesamtdrehmoment in der Drehrichtung W auf. Wie nachfolgend noch beschrieben werden wird, wird die Spule 110 nur während eines Teils des Winkels, während dem ander Spule 110 ein Magnetfluß mit Nord-Polarität auftritt, erregt. Das heißt also, die Spule 110 wird nur erregt, nachdem sie sich in der Nähe dieses Magnetflusses befindet und dann wird sie von dem Zeitpunkt entregt, bei dem sie aus dieser Nähe des Magnetflusses heraustritt. Die Spule 111 wird in der gleichen Weise nach der Erregung der Spule 110 erregt.

Der positive und negative Stromweg jeder Spule 110, 111 sind durch die Dicke des Kerns 109 voneinander getrennt.

Diese Trennung der Spulen voneinander unterscheidet sich von einer Trennung von 180°, wie dies bei den Spulen L-, L„,

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L_ bei dem herkömmlichen, in Fig. 1A dargestellten Motor der Fall ist. Diese Versetzung von 180° ist bei dem herkömmlichen Motor erforderlich, um ein Drehmoment in einer vorgegebenen Drehrichtung aufgrund des Magnetflusses mit Nord-Polarität, der den positiven Strom schneidet, und aufgrund des Magnetflusses mit Südpolarität, der den negativen Strom schneidet, zu erzeugen. Bei dem in Fig. 5A dargestellten Ausführungsbeispxel wird das Drehmoment in einer vorgegebenen Richtung von vornherein aufgrund des Magnetflusses mit Nord-Polarität erzeugt, der den positiven Strom schneidet. Nur ein sehr kleines entgegengesetztes Drehmoment wird aufgrund des negativen Stroms erzeugt, der durch den negativen Stromweg der erregten Spule fließt. Da sich der Nord-Polschuh 107 über einen größeren Winkel als 180° erstreckt (vgl. Fig. 5A), wenn die Spulen 110 und 111 in der in Fig. 1A dargestellten Weise aufgewickelt sind, ist es möglich, daß sowohl der positive als auch der negative Stromweg derselben Spule gleichzeitig vom Magnetfluß derselben Polarität durchsetzt werden. Das bedeutet, daß gleiche und entgegengesetzte Drehmomente zur selben Zeit erzeugt würden. Diese Schwierigkeit wird durch die in den Fig. 3,4 und 5A dargestellte Wicklungsanordnung vermieden. Wenn jede Spule und dieselbe Zylinderfläche derart gewickelt wird, daß der positive und negative Stromweg in gleicher Weise an derselben Fläche liegen,, dann ist die Anzahl der Windungen der Spule eine Funktion des winkelmäßigen Abstandes zwischen dem positiven und negativen Stromweg. Bezüglich der in Fig. 1A dargestellten Spulen bedeutet dies, daß die Anzahl der Windungen jeder Wicklungen durch den winkelmäßigen Abstand von 180° zwischen dem positiven und negativen Stromweg begrenzt ist. Durch das Aufwickeln der Spulen 110 und 111 ringförmig über den Kern 109 kann die Anzahl der Windungen

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jeder Spule jedoch ohne diese Begrenzung oder Einschränkung vergrößert werden. Das heißt, die Windungszahl einer Spule ist nicht durch den winkelmäßigen Abstand zwischen dem positiven und negativen Stromweg begrenzt, wie dies deutlich aus Fig. 5Ά zu ersehen ist.

Eine Abwandlung des in den Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiels ist in Fig. 5B dargestellt. Bei dieser Abwandlung ist ein zusätzlicher Läufer 111a vorgesehen. Dieser zusätzliche Läufer kann im Innern des Kerns 109 angeordnet und am Außenläufer 101 befestigt werden, so daß beide sich miteinander drehen. Der innere Läufer 101' kann mit magnetischen Nord-Polschuhen 107' und magnetischen Süd-Polschuhen 108' versehen werden, wobei diese inneren Pol-Schuhe den äußeren Pol-Schuhen 107 und 108 gegenüberliegen und symmetrisch zu diesen angeordnet sind. Die jeweiligen zwischen dem Außenläufer 101 und dem Kern 109 einerseits und dem Innenläufer 101" und dem Kern 109 andererseits gebildeten magnetischen Kreise sind in Fig. 5B gestrichelt dargestellt. Der Magnetfluß mit Nord-Polarität, der durch den Nord-Polschuh 107' des Innenläufers 101' erzeugt wird, durchsetzt den negativen Stromweg der Spule 110, so daß ein Drehmoment in der Drehrichtung W erzeugt wird. Das Drehmoment, daß infolge des Innenläufers erzeugt wird, ist also in derselben Richtung wie das Drehmoment gerichtet, das infolge des Außenläufers erzeugt wird.Aus diesem Grunde, und weil sich die Drehmomente addieren, ist der Gleichstrommotor sehr wirkungsvoll.

Obwohl die Permanentmagnet-Pol-Schuhe 107' und 108" bezüglich der bei Permanentmagnet-Pol-Schuhen 107 und 108 symmetrisch sind, so ist diese Symmetrie jedoch kein absolutes Erfordernis. Beispielsweise können die Permanent-

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magnet-Pol-Schuhe 107* und 108' sich jeweils über einen Winkelbogen von 180° erstrecken. Obgleich das Drehmoment aufgrund des Innenläufers 101' und des negativen Stromweges jeder erregten Spule auf Null verringert werden kann, wie dies bei dem herkömmlichen, in den Fig. 2A-2C dargestellten zweipoligen Wechselphasenmotor der Fall ist, wird das Netto-Drehmoment wegen der Asymmetrie der Permanentmagnet-Pol-Schuhe 107 und 108 des Außenläufers 101 nicht auf Null verringert.

Bei dem in Fig. 5B dargestellten Ausführungsbeispiel sei angenommen, daß die Spulen 110 und 111 radial vom Außenläufer 101 und vom Innenläufer 101' beabstandet sind. Alternativ können die Läufer 101 und 101' auch als Scheiben ausgebildet sein, und die Spulen 110 und 111 können von den scheibenförmigen Läufern axial beabstandet und zwischen diesen Scheiben angeordnet sein.

Bei dem in Fig. 5A dargestellten Ausführungsbeispiel ist der durch den Nord-Polschuh 107 und den Süd-Polschuh 108 erzeugte Magnetfluß auf dem abgerollten Drehweg um die Achse des Motors durch die in Fig. 6A dargestellte Kurve wiedergegeben. Die Magnetflußverteilung aufgrund des Nord-Polschuhs 107 ist im wesentlichen trapezförmig und erstreckt sich über einen positiven Winkel größer-als 180°, wie aus Fig. 6A zu entnehmen ist. Die Magnetfluß-Verteilung aufgrund des Süd-Polschuhs 108 ist im wesentlichen sinusförmig und erstreckt sich über einen positiven Winkel, der wesentlich kleiner als 180° ist. Bei dem Beispiel, bei dem angenommen wurde, daß sich der Nord-Polschuh 107 über einen Winkelbereich von 240° erstreckt, verläuft die trapezförmige Magnetflußverteilung aufgrund des Nord-Pols in derselben Weise über einen Winkelbereich von 240°. Der Magnetfluß mit Süd-Polarität erstreckt sich also über einen

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Winkelbereich von 120°.

Fig. GA zeigt auch den positiven Stromweg der beiden Spulen 110, 111. Wenn der positive Stromweg der Spule 110 sich im Magnetfluß mit Nord-Polarität über einen Winkel von erstreckt, wird die Spule 110 erregt. Diese Erregung bleibt während einer Dauer von 180° aufrechterhalten, wobei sich dann der positive Stromweg der Spule HQ, der um 180° gegenüber der Spule 111 versetzt ist, mit einem Winkel von 30' in den Magnetfluß mit Nord-Polarität erstreckt. Zu diesem Zeitpunkt wird die Spule 110 entregt und die Spule 111 erregt. Die Spule 110 ist also zwischen den Punkten Θ.. und Bj erregt, wobei der Punkt Θ« gegenüber dem Punkt Θ, um 180° versetzt ist. In entsprechender Weise wird die Spule 111 zwischen dem Punkt Θ- und θ~ erregt. Am Punkt O₁ ist der Magnetfluß mit Nord-Polarität beinahe konstant.

Daher zeigt das Drehmoment, daß infolge dieses im wesentlichen konstanten Magnetflusses, der die erregte Spule durchsetzt, erzeugt wird, eine minimale Welligkeit.

Fig. 6B zeigt die in Zusammenhang mit den Spulen 110 und 111 verwendeten Erregerstromformen. Ersichtlich wird die Spule 110 also am Zeitpunkt t- erregt, wenn der positive Stromweg dieser Spule 110 den Punkt Θ- erreicht. Diese Erregung bleibt 180° lang bis zum Zeitpunkt ty aufrechterhalten. Zu diesem Zeitpunkt wird die Spule 11o, deren positiver Stromweg den Punkt &2 erreicht hat, entregt, wogegen die Spule 111, deren positiver Stromweg den Punkt Θ., erreicht hat, erregt wird. Die Spule 110 wird dann während einer dem Winkel 180° entsprechenden Dauer erregt, wobei dann diese Spule zum Zeitpunkt t_ entregt und die Spule 110 von neuem erregt wird.

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Fig. 6C zeigt den Verlauf des Drehmoments, der sich ergibt, wenn die Spulen 110 und 1I^ in der in Fig. 6B dargestellten Weise erregt werden. Dieses Drehmoment ist im wesentlichen konstant und weist nur eine minimale Welligkeit auf, weil jede Spule zu einem Zeitpunkt erregt wird, während dem diese Spule mit eine Magnetfluß von im wesentlichen konstantem Wert und während eines Zeitraumes durchsetzt wird, während dem die Magnetschlußgröße konstant bleibt. Während des Zeitraumes, in dem eine Spule erregt wird, geht der diese Spule durchsetzende Magnetfluß nicht auf Null zurück. Auf diese Weise tritt also das Problem eines Drehmomentes Null, das bei dem zuvor beschriebenen herkömmlichen zweipoligen Wechselphasenmotor vorliegt, nicht auf. Aufgrund der praktisch vernachlässxgbaren WeI-ligkeit des erzeugten Drehmoments (vgl.Fig. 6C) kann der erfindungsgemäße Gleichstrommotor als Antriebsmotor in einem Bandaufzeichnungsgerät, als Capstan-Antriebsmotor für ein Magnetbandgerät, als Antriebsmotor für einen Video-Plattenspieler und dergleichen verwendet werden, da ein derartiger Motor eine im wesentlichen konstante Än«- triebskennlinie aufweist und daher eine vorteilhafte Funktionsweise besitzt.

Fig. 6A zeigt, daß dann, wenn eine Spule, beispielsweise die Spule 110, über den Bereich des Magnetglusses mit Nord-Polarität hinweg erregt wird, das sich ergebene, dadurch erzeugte Drehmoment über einen Winkelbereich hinweg erzeugt wird, dessen "elektrische" Winkel größer als 180° ist.Dementsprechend wird ein Endlage-Abfühlelement 115 vgl. Fig. 3) verwendet, um festzustellen, wenn der positive Stromweg der Spule 110 den Punkt Θ. erreicht. Das heißt, das Lageabfühlelement 115 stellt fest, wenn der positive Stromweg der Spule 110 sich in einen Winkel von 20° in die

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Magnetflußverteilung erstreckt, die vom Nord-Polschuh 107 erzeugt wird. Dasselbe Lageabfühlelement 115 kann auch feststellen, wenn der Läufer 110 sich vom Punkt Θ., um 180° gedreht hat. Das Lageabfühlelement kann daher auch feststellen,wenn der positive Stromweg der Spule 110 in einem Winkel von 210° in die durch den Nord-Polschuh 107 erzeugte Magnetflußverteilung hineinragt. Diese abgefühlten Stellungen des Läufers 110 werden dazu verwendet, die Umschaltsignale für die Steuerung der abwechselnden Erregung der Spulen 110 und 111 zu erzeugen.

Wenn das Lageabfühlelement 115 beispielsweise ein HaIl-G+nerator ist, kann es den Magnetfluß vom Nord-Polschuh feststellen, der die Magnetflußgröße am Punkt Θ.. übersteigt. Da diese Größe über den gesamten Bereich von ©.. bis θ~ hinweg ist, würde der Hall-Generator ein Umschaltsignal erzeugen, das dem Erregerstrom der Spule 110, der in Fig. 6B dargestellt ist, zugeordnet ist. Wenn einmal dieses Umschaltsignal erzeugt wird, kann das reciproke Umschaltsignal dazu verwendet werden, die Spule 111 zu erregen. Wie zuvor erwähnt, kann das Lageabfühlelement auch ein optischer Lagefühler sein, und eine geeignete, abfühlbare Markierung kann am Läufer 101 vorgesehen sein, so daß der optische Fühler in der richtigen Weise ausgelöst wird. Bei einer weiteren Ausführungsform kann das Lageabfühlelement 115 so ausgebildet sein, daß es nur den Null-Durchgang von der positiven oder negativen Seite her der in Fig. 6A dargestellten Magnetflußverteilung ermitteln. Es können dann geeignete Verzögerungsschaltungen verwendet werden, um die Umschaltsignale (vgl. Fig. 6B) zu den Zeitpunkten t.. , t₂,..

in Abhängigkeit dieser festgestellten Null-Durchgänge von der positiven oder negativen Seite zu erzeugen.

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Ein Beispiel für die Steuerschaltung 114,. die in Zusammenhang mit dem Lageabfühlelement 115 verwendet werden kann, um die Spulen 110 und 111 wahlweise zu erregen, ist in Fig. 7A schematisch dargestellt. Das Lageabfühlelement 115 sei hier ein Hall-Generator mit Ausgängen 115a und 115b. Der Ausgang 115a steht mit der Basis eines pnp-Transistors 116a in Verbindung, dessen Emitter über einen Lastwiderstand an einer geeigneten Betriebsspannungsquelle +V liegt, und dessen Kollektor mit der Basiselektrode eines Stromschalttransistors 117a verbunden ist. Der Ausgang 115b ist in entsprechender Weise mit der Basiselektrode eines pnp-Transistors 116b verbunden, dessen Emitter mit dem Emitter des Transistors 116a in Verbindung steht, und dessen Kollektor mit der Basiselektrode eines Schalttransistors 117b verbunden ist. Die Kollektor-Emitter-Wege der Transistoren 117a und 117b sind in Reihe mit den Spulen 11o bzw. 111 geschaltet. Wenn sich der Läufer 101 dreht, wird der vom Nord- und Süd-Polschuh 107 und 108 erzeugte Magnetfluß vom Hall-Generator 115 festgestellt und an den Ausgängen 115a bzw.115b werden Ausgangsspannungen a und b erzeugt, die in Fig. 7B dargestellt sind. Obgleich der Nord- und Süd-Polschuh zueinander asymmetrisch sind und insbesondere der Nord-Polschuh 107 sich über einen Kreisbogen von etwa 240°, der Süd-Polschuh 108 sich dagegen über einen Kreisbogen von 120° erstreckt, sind die Ausgangsspannungen a und b des Hall-Generators 115 einander symmetrisch. Die Ausgangsspannnung a wird vom Transistor 116a verstärkt und invertiert, so daß der Transistor 117a zwischen den Zeitpunkten t₁ und t~ in den leitenden Zustand versetzt wird. In entsprechender Weise wird die Ausgangsspannung b vom Transistor 116b verstärkt und invertiert, so daß der Transistor 117b zwischen den Zeitpunkten t„ und t, in den leitenden Zustand versetzt wird. Es fließen also Erregerströme

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durch die Spulen 110 bzw. 111 in der in Fig. 6B dargestellten Weise. Das heißt, es fließt abwechselnd Strom während eines dem Winkel 180° entsprechenden Zeitraumes durch die Spulen 110 und 111 während die erregte Spule sich im Bereich des Magnetflusses mit Nord-Polarität befindet. Der Transistor 117a wird erregt, wenn sich die Spule 110 von der Lage θ-j in die Lage θ₂ dreht,und der Transistor 117b wird erregt, wenn sich die Spule 111 von der Lage Θ- in die Lage θ~ dreht.

Bei dem in Fig. 7A dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Spulen 110 und 111 jeweils für eine Dauer von 180° abwechselnd erregt. Diese Dauer der abwechselnden Erregung kann auch verändert werden. Beispielsweise kann die Spule 110 während einer längeren Dauern als 180° erregt werden, wogegen die Spule 110 kürzer als 180° erregt wird. Selbstverständlich kann diese Dauer der Erregung von der Kreisbogenlänge der Spule, der winkelmäßigen Ausdehnung des Magnetflusses mit Nord-Polarität und dem Punkt innerhalb dieses Magnetflusses abhängen, an dem die Spule erregt wird.

Wenn statt des Hall-Generators ein anderes Lageabfühlelement 115, beispielsweise ein optisches Lageabfühlelement verwendet wird, kann das Ausgangssignal dieses Elementes, beispielsweise die Spannung a (vgl. 7B) zur Erregung der Spule 110 verwendet werden, wobei die in seiner Polarität umgekehrte Spannung, beispielsweise die Spannung b (vgl. Fig. 7B) dazu herangezogen werden kann, die Spule 111 zu erregen.

Bei dem in den Fig. 3, 4 und 6 dargestellten Ausführungsbeispiel wurde angenommen, daß sich ein Magnet-Polschuh

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über einen Kreisbogen von 240° und der andere Magnet-Polschuh sich über einen Kreisbogen von 120° erstreckt. Dieses 2:1-Verhältnis ist jedoch nicht kritisch. Es ist vielmehr lediglich wichtig, daß die Permanentmagnet-Polschuhe 107 und 108 unsymmetrisch sind. Beispielsweise kann sich einer dieser Polschuhe über einen Kreisbogen von 270° und der andere Polschuh über einen Kreisbogen von 90° erstrecken. Die Spulen 110 und 111 können dann während eines gleich langen Zeitraumes von 180° oder während unterschiedlich langer Zeiträume, beispielsweise von 240° und 120° erregt werden.

Wenn sich ein Magnet-Polschuh über einen Kreisbogen erstreckt, der bezüglich des Kreisbogens des anderen Polschuhes zu groß ist, ist der Magnetfluß im kleineren PoI-schuh so stark konzentriert, daß sich dieser kleinere Polschuh magnetisch sättigt. Daher zeigt der Magnet-Polschuh, der die Spulen 110 und 111 durchsetzt, eine verringerte Magnetflußdichte. Das bedeutet, daß bei der graphischen Darstellung der Magnetflußdichte in Fig. 6B die Magnetflußgröße über den Bereich von θ.. bis θ~ hinweg verringert ist. Infolgedessen wird das Drehmoment aufgrund dieses Magnetflusses in entsprechender Weise verringert. Es ist also vorteilhaft, daß die kreisbogenmäßigen Ausmaße des Nord- und Süd-Polschuhes so gewählt werden, daß die Größe der Magnetflußdichte, die von einem dieser Polschuhe erzeugt wird, wenigstens gleich einem vorgegebenen Wert ist, der über einen möglichst großen Winkelbereich hinweg im wesentlichen konstant ist. Beispielsweise sei die kreisbogenmäßige Ausdehnung oder die ümfangs-Abmessung eines Magnet-Polschuhes zwischen 220° und 280°, während die kreisbogenmäßige Ausdehnung oder die Ümfangsabmessung des anderen Magnet-Polschuhes in einem Bereich von 80° bis

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140° .liegt. Insbesondere kann der größere' Magnet-Polschuh eine Kreisbogenabmessung von 240° bis 260° und der kleinere Magnet-Polschuh eine Kreisbogenabmessung von 100° bis 120° vorteilhafterweise aufweisen.

Bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel war angenommen worden, daß die kreisbogenmäßige Ausdehnung oder die Kreisbogenabmessung des Nord-Polschuhes größer als diejenige des Süd-Polschuhes ist. Gewünschtenfalls kann dies auch umgekehrt sein, so daß der Süd-Polschuh größer als der Nord-Polschuh ist. Darüberhinaus war angenommen worden, daß der Motor ein einfacher zweipoliger Motor ist. Das zuvor beschriebene erfindungsgemäße Prinzip kann jedoch in gleicher Weise auch auf einen vierpoligen oder 2npoligen Motor angewandt werden. Bei der vorausgegangenen Beschreibung, Erwähnung oder E läuterung der kreisbogenmäßigen Ausdehnung, der Winkeldauer und der Winkellage bezogen sich diese Begriffe auf den "elektrischen" Winkel.

Darüberhinaus wurde die kreisbogenmäßige Ausdehnung oder die Kreisbogenabmessung der Spulen 110 und 111 nicht . spezifiziert. Es ist jedoch ersichtlich, daß diese Spulen einander diametral gegenüberliegen und jedes winkelmäßig bzw. kreisbogenmäßig (umfangsmäßig) kleiner ist als wenigstens der größere Polschuh.

Bei dem anhand von den Fig. 3 bis 7 beschriebenen Aufbau des Gleichstrommotors geht das Drehmoment an keinem Punkt der Drehung des Läufers über den gesamten "elektrischen" Winkelbereich von 360° hinweg auf Null zurück. Da die Magnetflußdichte, die die erregte Spule durchsetzt, über im wesentlichen die gesamte Dauer dieser Erregung hinweg konstant ist, weist das Drehmoment eine sehr geringe, vernachlässigbare Welligkeit auf. Weil nur der positive

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(oder negative) Stromweg jeder Spule mit einem Magnetfluß gewisser Größe durchsetzt ist, werden entgegengesetzte Drehmomente nicht erzeugt, da die positiven - und negativen Ströme durch die erregte Spule fließen.

Ein Vergleich des in Fig. 6C dargestellten Drehmomentverlaufs mit dem in Fig. 1C dargestellten Drehmomentsverlauf zeigt die wesentlichen Verbesserung, die mit der vorliegenden Erfindung gegenüber den herkömmlichen zweipoligen Dreiphasenmotoren erzielt werden kann. Diese Verbesserung wird unter gleichzeitiger Verringerung der Zahl der erforderlichen Lageabfühlelemente und einer Vereinfachung der Spulenerregerschaltung erreicht. Die Kosten für die Herstellung des erfindungsgemäßen Motors sind daher wesentlich geringer. Darüberhinaus kann die Spulensteuerschaltung leicht als integrierte Schaltung hergestellt werden. Da nur ein einziges Lageabfühlelement bei dem erfindungsgemäßen Motor verwendet wird, ist eine lagemäßige Justierung oder Einstellung dieses Elementes im Hinblick auf die Spulen relativ einfach. Dasselbe einzige Lageabfühlelement kann darüberhinaus für Motoren mit unterschiedlichem Durchmesser verwendet werden. Das bedeutet, daß standardisierte Teile für Motoren mit unterschiedlichen Abmessungen verwendet werden können. Dies führt zusätzlich zu geringeren Kosten bei der Herstellung und Montage derartiger Motoren.

Der in den Fig. 3 und 4 dargestellte Läufer 101 kann in der in den Fig. 8A - 8C dargestellten Weise abgewandelt werden. Hierbei zeigt Fig. 8B den modifizierten Läufer in Aufsicht, Fig. 8A einen Querschnitt entlang der in Fig. 8B eingezeichneten Schnittlinie 8A-8A und Fig. 8C eine Explosionsdarstellung. Ein scheibenförmiger Permanentmagnet 120, der in Achsenrichtung bzw. in Richtung

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seiner Dicke magnetisiert ist, liegt zwischen Jochs 121, 122, die aus magnetischem leitenden Material hergestellt sind. Das Joch 121 steht in magnetischem Kontakt mit dem Nordpol des Scheibenmagneten 110 und das Joch 122 steht in magnetischem Kontakt mit dem Südpol des Scheibenmagneten 120. Das Joch 121 besitzt eine halb-zylinderförmige Seitenwand 121b, die sich über einen Kreisbogenbereich oder eine Kreisbogenabmessung von etwa 24 0° erstreckt. Ein Loch 125 ist in der Mitte einer Grund- oder Bodenwand 121a des Jochs 121 ausgebildet und nimmt die. Motorwelle 106 auf.

Das Joch 122 weist in entsprechender Weise eine halbzylinderförmige Wand 122b auf, die sich über einen Kreisbogenbereich oder eine Umfangsabmessung von etwa 120° erstreckt.

Das Joch 122 besitzt eine becher- bzw. kappenförmige Grund- oder Bodenwand 122a, in der ein mittleres Loch 126 ausgebildet ist, das zum Loch 125 ausgerichtet ist, so daß die Welle 106 hindurchgehend kämmt. Eine Befestigungsbzw. Einstellschraube 127 am Kragen des Joches 122 dient der Befestigung der Jochs 121 und 122 an der Welle. Der Scheibenmagnet 120 besitzt ebenfalls ein zentrales Loch 124 und ist an der Bodenwand 121a des Jochs 121 und an der kappenförmigen Basiswand 122a des Jochs 122 befestigt, wie dies aus Fig. 8A hervorgeht.

Die Jochs 121 und 122 erzeugen Magnetflüsse mit einer Magnetflußvertexlung, wie sie in Fig. 6A dargestellt ist. Die Jochs 121 und 122 entsprechen also den Polschuhen 107 bzw. 108. Die (nicht dargestellten) Ständerwicklungen 110 und 111 sind innerhalb der Jochs 121 und 122 analog der Anordnung und Ausbildung des Ständers, wie er in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist, angeordnet. Eine weitergehende Beschreibung der Arbeitsweise und der Vorteile

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dieses in den Fig. 8A bis 8C dargestellten Ausführungsbeispiels ist daher nicht erforderlich.

Die in den Fig. 3 bis 8 dargestellten Ausführungsformen stellen einen sogenannten Gleichstrommotor mit radialem Luftspalt dar. Das heißt, bei diesen Ausführungsformen ist der Läufer 101 vom Ständer radial beabstandet. Obgleich der Läufer als Außenläufer dargestellt ist, kann der Motor mit radialem Luftspalt nichts desto weniger auch als Innenläufertyp aufgebaut sein. Gemäß einer weiteren Abwandlung und Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gedankens kann der Gleichstrommotor ein sogenannter Gleichstrommotor mit axialem Luftspalt sein, bei dem der Läufer und der Ständer voneinander axial beabstandet sind. Ein Beispiel eines Gleichstrommotors mit axialem Luftspalt ist in Aufsicht bzw. als teilweise Schnittdarstellung in Fig. 9 dargestellt. Querschnitte entlang der in Fig. 9 eingezeichneten Schnittlinien X-X und XI-XI sind in den Fig. 10 und 11 dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden dieselben Bezugsweisen für die entsprechenden, zuvor bereits beschriebenen Teile verwendet.

Bei dem dargestellten Motor mit axialem Luftspalt sind vier Pole, etwa die Nord-Polschuhe 107a, 107b und die Süd-Polschuhe 108a, 108b vorgesehen, die kreisbogenmäßig abwechselnd in dem becherförmigen Joch des Läufers 101 angeordnet sind, wie dies aus den Fig. 9 und 11 hervorgeht. Ein Paar Polschuhe wird durch den Nord-Polschuh 107a und den benachbarten Süd-Polschuh 108a sowie ein weiteres Polschuhpaar durch den Nord-Polschuh 107b und den benachbarten Süd-Polschuh 108b gebildet. In jedem Polpaar sind die Nord- und Süd-Polschuhe zueinander

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unsymmetrisch, und der Nord-Polschuh in einem Polpaar liegt dem Nord-Polschuh des anderen Polpaares diametral gegenüber, während der Süd-Polschuh in einem Polpaar dem Süd-Polschuh im anderen Polpaar diametral gegenüberliegt. Die Kreisbogenabmessung des Nord-Polschuhs 107a ist gleich etwa 240 "elektrische" Grad, was einem Lagewinkel von 120° entspricht, wogegen der Süd-Polschuh 108a eine Kreisbogenabmessung von 120° aufweist, die einem Lagewinkel von 60° entspricht. Der Nord-Polschuh 107b und der Süd-Polschuh 108b weisen entsprechende Kreisbogenabmessungen auf.

Um einen Ringkern 109 sind vier Spulen 110a, 110b, 111a, 111b toroidal gewickelt. Einander benachbarte Spulen sind jeweils mit einem Lagewinkel von 90° voneinander beabstandet. Die Spulen 110a und 110b liegen einander diametral gegenüber und sind in Reihe geschaltet. Dasselbe gilt für die Spulen 111a und 111b. Wie aus Fig. 9 deutlich wird, sind die jeweiligen Spulen von den Polschuhen axial beabstandet. Die Polschuhe werden also in axialer Richtung magnetisiert, so daß an den den Spulen 110a bis 111b gegenüberliegenden Flächen geeignete Nordbzw. Süd-Pole gebildet werden.

Wie Fig. 9 zeigt, besitzt die Spule 111a einen positiven (oder negativen) Stromweg, der aus einem Leiter besteht, welcher sich in radialer Richtung erstreckt. Der positive (oder negative)Stromweg der Spule 111a liegt daher näher am Ndrd-Polschuh 107b als der negative (oder positive) Stromweg dieser Spule 111a. Das entsprechende gilt für die Spule 111b und den Nord-Polschuh 107a, die Spule 11oa und den Süd-Polschuh 108a, sowie die Spule 110b und den

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Süd-Polschuh 108b. Die durch die Nord- und Süd-Polschuhe erzeugte Magnetflußverteilung entspricht der in Fig. 6A dargestellten Magnetflußverteilung, wobei die Winkellagen "elektrische" Winkel und nicht Lagewinkel sind. Das Drehmoment wird also beispielsweise durch das gegenseitige Zusammenwirken der Spule 111a und des Polschuhes 107b erzeugt, der einen die Spule 111a durchsetzenden Magnetfluß mit Nord-Polarität erzeugt. Ein gleichgerichtetes Drehmoment wird durch den die Spule 111b durchsetzenden Magnetfluß des Polschuhs 107a erzeugt. Die Spulen 111a und 111b werden während einer winkelmäßigen Dauer von 180° erregt und dann werden die Spulen 110a und 110b während einer winkelmäßigen Dauer von 180° erregt.

Es braucht nur ein einziges Lageabfühlelement 115 vorhanden sein, um die Winkellage des Läufers 101 zur wahlweisen Erregung der jeweiligen Spulen festzustellen. Wenn eine Spule die Winkellage θ^ (vgl. Fig. 6A) erreicht, wird sie zusammen mit der ihr diametral gegenüberliegenden, in Reihe geschalteten Spule erregt. Diese Erregung bleibt aufrechterhalten, bis die erregte Spule die Winkellage Θ-erreicht. Zu diesem Zeitpunkt werden die in Reihe geschalteten Spulen entregt und die anderen einander diametral gegenüberliegenden, in Reihe geschalteten Spulen werden erregt. Das Lageabfühlelement 115 stellt fest, wenn die Winkellagen Θ.. und θ~ erreicht werden, so daß die Erregung der Spulen 110a, 110b und der Spulen 111a und 111b selektiv gesteuert oder umgeschaltet wird. Die in Fig. 7A dargestellte Steuerschaltung kann als Steuerschaltung 114 verwendet werden. Das Drehmoment mit dem in Fig. 6C dargestellten Verlauf wird also durch die in den Fig. 9 bis gezeigte Ausführungsform erzeugt.

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Bei den anhand der Fig. 3 bis 11 zuvor beschriebenen Ausführungsformen sind die Spulen toroidal auf einen Ringkern gewickelt. Nachfolgend sollen die Fig. 12 und 13 beschrieben werden, bei denen für die entsprechenden Teile dieselben Bezugszeichen wie bei den vorausgegangenen Figuren benutzt werden. Bei diesen Figuren 12 und 13 sind die Spulen auf einer zylindrischen Fläche, die zur Achse des Motors konzentrisch angeordnet ist, aufgewickelt. Fig. 12 zeigt die weitere erfindungsgemäße Ausführungsform in Aufsicht und Fig. 3 ist ein Teilquerschnitt entlang der in Fig. eingezeichneten Schnittlinie XIII-XIII. Der Nord-Polschuh

107 ist hier als Nord-Polschuh 107a und der Süd-Polschuh

108 ist hier als Süd-Polschuh 108a gezeigt. Die Polschuhe 107a und 108a haben jeweils gleiche Kreisbogenabmessungen von jeweils etwa 140°. Zwischen den Nord- und Süd-Polschuhen 107a und 108a befinden sich ein zusätzlicher Nord-Polschuh 107b und ein zusätzlicher Süd-Polschuh 108b, so daß der Umfang von 360° für die Polschuhe vervollständigt wird. Der zusätzliche Nord-Polschuh 107b und der zusätzliche Süd-Polschuh 108b weisen, wie dargestellt, eine Kreisbogenabmessung von etwa 4o° auf. Darüberhinaus wechseln sich die zusätzlichen Nord- und Süd-Polschuhe in ihrer Polarität mit den Haupt-Nord- und Süd-Polschuhen 107a und 108a ab, so daß im Drehweg um die Motorachse herum ein N rd-, Süd-, Nord-, Süd-Magnetfluß auftritt.

Die Spulen 110 und 111 befinden sich auf einer Zylinderfläche und sind auf dem Ringkern 109 angebracht. Die Spulen 110 und 111 sind also nicht toroidal bzw. ringförmig um den Kern 109 gewickelt. Die Spulen sind vielmehr in der gleichen Weise wie die Spulen der herkömmlichen, in den Fig. 1 und 2 dargestellten Motoren gewickelt.

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Die Spule 110 besitzt einen positiven Stromweg 110a und einen negativen Stromweg 110b, durch die der Strom in positiver bzw. negativer Richtung entlang Leitern fließt, die in axialer Richtung liegen. Die Ausführungsform gemäß der Fig. 12 und 13 unterscheidet sich von den Ausführungsformen der Fig. 3 bis 11 darin, daß der positive und negative Stromweg der Spule 110 von den Magnet-Polschuhen in jeweils gleichmäßig beabstandet ist. Die Spule 111 weist ebenso wie die Spule 110 einen positiven Stromweg 111a und einen negativen Stromweg 111b auf, die sich in axialer Richtung erstrecken.

Die positiven und negativen Stromwegteile der Spule 110 sind voneinander in einem kreisbogenmäßigen Abstand von etwa 120° getrennt. In gleicher Weise sind der positive und negative Stromweg der Spule 111 mit einem Kreisbogen von 120° voneinander beabstandet. Das heißt, der Winkel, der durch den positiven und negativen Stromweg einer Spule festgelegt wird, ist gleich 120°. Die Spulen 110 und 111 liegen einander diametral gegenüber oder sind voneinander um 180° beabstandet.

Das Lageabfühlelement 115 und die Spulensteuer- bzw. Erregerschaltung 114 befinden sich in entsprechender Weise wie bei dem in Fig. 3 dargestellten Aufbau auf einer Schaltungsplatte 112. Bei einer Ausführungsform ist das Lageabfühlelement 115 ein Hall-Generator, und ein ringförmiges magnetisches Teil 118 ist auf dem Läufer 101 gegenüber diesem Hall-Generator angeordnet. Der Ringmagnet 118 ist vorzugsweise in der Achsenrichtung bzw. in der Richtung der Dicke dieses Ringmagnets magnetisiert, so daß ein Nord- und Südpol über einen Lagewinkel von 180° auftritt. Das heißt, die Drehung des Ringmag-

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nets 118 am Hall-Generator 115 vorbei bewirkt, daß der Hall-Generator Lagesignale entsprechend der Winkellage des Läufers 101 erzeugt. Diese Winkellagesignale werden von der Schaltung 114 zur wahlweisen Erregung der Spulen und 111 in derselben Weise verarbeitet, wie dies bereits zuvor beschrieben wurde.

Der in den Fig. 12 und 13 dargestellte Motor ist nochmals in Fig. 15A wiedergegeben, und die Spulen 110 und werden jeweils durch eine einzige Windung dargestellt. Ein mangetischer Kreis wird über den Ndrd-Polschuh 107a, den Kern 109, den Süd-Polschuh 108a und das becherförmige Joch des Läufers 101 gebildet. Ein weiterer magnetischer Kreis oder Weg wird durch den Nord-Polschuh 107a, den Kern 109, den zusätzlichen Süd-Polschuh 108b und das becherförmige Joch gebildet. Ein anderer magnetischer Kreis wird durch den zusätzlichen Nord-Polschuh 107b, den Kern 109, den Süd-Polschuh 108a und das becherförmige Joch gebildet. Schließlich wird noch ein magnetischer Kreis durch den zusätzlichen Nord-Polschuh 107b, den Kern 109, den zusätzlichen Nord-Polschuh 108b und das becherförmige Joch gebildet. Diese magnetischen Kreise sind in Fig. 14A strichliniert dargestellt. Die magnetische Kraftflußverteilung in einen Drehweg bzw. einem Umlauf um die Achse des Motors ist in Fig. 14B dargestellt. Der magnetische Kraftfluß mit Süd-Polarität, der sich von 0° bis 14 0° erstreckt, ist auf den Süd-Polschuh 108a zurückzuführen. Der magnetische Kraftschluß mit Nord-Po.larität, der sich von 140° bis 180° erstreckt, geht auf den zusätzlichen Nord-Polschuh 107b zurück, der magnetische Kraftfluß mit Süd-Polarität, der sich von 180° bis 220° erstreckt, geht auf den zusätzlichen Süd-Polschuh 108b zurück, und der

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magnetische Kraftfluß mit Nord-Polarität, der sich von 220° bis 360° erstreckt, rührt von dem Nord-Polschuh 107a her. Der magnetische Kraftfluß zeigt also einen sinusförmigen Verlauf von 0° bis 140°, einen weiteren sinusförmigen Verlauf von 140° bis 220° und den zuerst genannten sinusförmigen Verlauf von 220° bis 360°.

Wenn angenommen wird, daß die Spule 110 während der gesamten Drehung über 360° hinweg errecht wird, dann tritt ein Drehmoment, das durch den in Fig. 14B gezeigten magnetischen Kraftflußverlauf, der den positiven Stromweg 110a durchsetzt, auf, wie es durch die Kurve a in Fig. 14C dargestellt ist. Dieses Drehmoment hat im wesentlichen denselben Verlauf wie der in Fig. 14B dargestellte magnetische Kraftflußverlauf. Wenn nun positiver Strom durch den positiven Stromweg 110a fließt, wird dies ein negativer Strom durch den negativen Stromweg 110b der Spule 11 ο. Wenn man annimmt, daß der negative Stromweg 110b dieselbe Lage einnimmt, die der positive Stromweg 110a in der dargestellten Weise einnimmt, dann wird das Drehmoment, das durch den diesen negativen Stromwegteil durchsetzenden Magnetfluß erzeugt wird, den durch die Kurve b¹ in Fig. 14C dargestellten Verlauf aufweisen. Ersichtlich ist diese Kurve b¹ die negative oder invertierte Form der Kurve a, wie dies durch den negativen Strom, der durch den negativen Stromweg 110b fließt, zu erwarten war. In Wirklichkeit ist der negative Stromweg 110b jedoch um 120° vom positiven Stromweg 110a winkelmäßig versetzt oder phasenverschoben. Das heißt, die Kurve b in Fig. 14C sollte um 120° phasenverschoben sein. Durch eine phasenverschobene Kurve ist als Kurve b dargestellt, die das Drehmoment wiedergibt, welches durch den den negativen Stromweg 110b durchsetzenden Magnet-

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fluß erzeugt wird* Selbstverständlich ist das Gesamtdrehmoiiient, das erzeugt wird, gleich der Summe der Kurven a und bv Das heißt, das Gesamtdrehmoment ist gleich der Summe der Komponente, die aufgrund der Durchsetzung des positiven Stromweges 11Oa mit dem Magnetfluß erzeugt wird, und der Komponente, die durch die Durchsetzung des negativen Stromwegs 110b durch den Magnetfluß erzeugt wird. Wenn die Kurven a und b addiert werden, ergibt sich daraus ein Gesamtmoment, wie es durch die ausgezogene Kurve A in

TO Fig. 14C dargestellt ist. -. "

Das Gesamtdrehmoment, das durch die Kurve A dargestellt wird, ist also ersichtlich über einen Drehwinkel größer als 180° positiv. Insbesondere erstreckt sich dieses positive Drehmoment von etwa 132° bis etwa 352° für an einen Winkelbe- reich von etwa 220°. Wenn die Spule 110 innerhalb dieses Winkelbereichs von 220° des positiven Drehmoments erregt wird, ist klar, daß sich dann der Läufer 101 in der Dreh-"" '-r richtung W (vgl. Fig. 14A) dreht. Erfindungsgemäß wird die Spule 110 innerhalb dieses Bereiches von 220° über einen Zeitraum hinweg erregt, der 180 elektrischen Graden entspricht, und dann wird die Spule 110 während eines Zeitraumes erregt, der einem elektrischen Winkel von 180° entspricht. Wenn die Spule beispielsweise von der Winkellage Θ. bis zur Winkellage θ₂ erregt wird, dann erreicht der po- - sitive Stromweg 111a der Spule 111 die Winkellage θ^, wenn der positive Stromweg 110a die Winkellage θ₂ erreicht. Zu diesem Zeitpunkt sollte die Spule 110 entregt und die Spule 111 erregt werden. Bei einem typischen Beispiel ist die Winkellage Θ- gleich einem Drehwinkel von 150°, der - wie aus Fig. 14A ersichtlich ist - sich um 10° in den magnetischen Kraftfluß mit Nord-Polarität erstreckt, der der durch den zusätzlichen Nord-Polschuh 107b erzeugt wird.

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Der ErregungsZeitraum der Spule 110 und danach der Erregungszeitraum der Spule 111 erstreckt sich natürlich von 150° bis 230°, wobei die zuletzt genannte Winkelangabe der Winkellage θ₂ entspricht. Wenn die Spule 110^v von dem Zeitpunkt an, bei dem der positive Stromweg 110a die Winkellage von 150° erreicht, erregt wird, wobei die Winkellage von 0° als Grenze zwischen dem Haupt-Nord- und Haupt-Süd-Polschuh 107a, 108a gesetzt ist, dann wird also die Spule 110 entregt, wenn der positive Stromweg 110a die Winkellage 330° und der positive Stromweg 111a der Spule 111 die Winkellage 150° erreicht. Die Spule 111 wird dann von dem Zeitpunkt an erregt, bei dem der positive Stromweg 111a die Winkellage 150° erreicht, und zwar so lange, bis dieser positive Stromweg die Winkellage 330° erreicht. Zu diesem Zeitpunkt wird die Spule 111 entregt und die Spule 110 wird von neuem erregt. Das sich ergebende Gesamtdrehmoment, das entsprechend dieser selektiven Erregung der Spulen 110 und 111 erzeugt wird, ist in Fig. 14D dargestellt. Die in Fig. 14D angegebenen Winkel-Stellungen oder -lagen sind die Winkellagen, die von der Spule 110 eingenommen werden. Die Spule 110, die als die "B-Phase" bezeichnet wird, wird während einer Dauer von 180° von dem Zeitpunkt an erregt, an dem der positive Stromweg 110a der Spule 110 sich bei 330° befindet, und zwar so lange, bis dieser positive Stromweg der Spule zur Winkellage 150° kommt. Zu diesem Zeitpunkt wird die Spule 111 entregt, und die Spule 110, die als "A-Phase" in Fig. 14D bezeichnet wird, wird während eines Zeitraumes von 180 elektrischen Graden erregt. Es ist also ersichtlich, daß das Gesamtdrehmoment an keiner Stelle während der Umdrehung des Läufers 101 auf Null abnimmt.

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Die Steuerschaltung 114, die entsprechend der in Fig. 7A dargestellten Steuerschaltung ausgebildet sein kann, erregt die Spule 110 und die Spule 111 selektiv mit einem Erregerstrom, der den in Fig. 14E dargestellten Verlauf aufweist. Vorzugsweise wird jede Spule für einen Zeitraum von 180° erregt. Um den dargestellten Motor in zufriedenstellender Weise zu betreiben, ist es jedoch nicht erforderlich, daß die Spulen nur während dieser einander gleichen Winkelzeiträume erregt werden. Beispielsweise kann die Spule 110, d.h. die Α-Phase, über einen Winkelbereich von 190° und die Spule 111, d.h. die B-Phase, über einen Winkelbereich von 170° erregt werden.

Der Ringmagnet 118, der im Zusammenhang mit dem Lageabfühlelement 115 verwendet wird, um festzustellen, wen sich der Läufer 101 in die Winkellage 6^150° dreht, ist in Fig. 13 strichliniert dargestellt. Wie sich aus dieser Zeichnung ergibt, befindet sich eine Nord-Süd-Grenze des Ringmagneten 118 bei 150°, wenn die Grenze zwischen dem Hauptnord- und dem Hauptsüd-Polschuh 107a, 108a als 0° angenommen wird. Wenn diese Grenze im Ringmagnet 118,also vom Lageabfühlelement 115 festgestellt wird, wird der Spulensteuerschaltung ein geeignetes Umschaltsignal bereitgestellt, so daß die Erregung dieser Spulen umgeschaltet werden kann und die Spule 111 entregt und die Spule erregt wird. Der Ringmagnet 118 besitzt eine weitere·Nord-Süd-Grenze bei 180° von der zuerst genannten Nord-Süd-Grenze beabstandet. Diese weitere Nord-Süd-Grenze befindet sich bei 330° bezüglich der O°-Bezugslage des Haupt-Nord- und des Haupt-Süd-Polschuhs. Wenn das Lageabfühlelement 115 also diese andere Nord-Süd-Grenze abfühlt, wird ein weiteres Umschaltsignal erzeugt, das die Erregung der Spulen umschaltet, so daß die Spule 110 nunmehr entregt und die Spule 111 erregt wird. Das Zusammen-

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wirken des Ringmagneten 118 und des Lageabfühlelements
115 ergibt also die in Fig. 14E gezeigten Stromumschaltsignale, wodurch die Spulen 110 und 111 abwechselnd erregt werden.

Die Kreisbogenabmessung des Haupt-Nord- und Haupt-Süd-Polschuhs ist kleiner als 180° und bei der in den Fig. bis 14 dargestellten Ausführungsform 140°. Der winkelmäßige Abstand zwischen dem positiven und negativen Stromweg jeder Spule 110, 111 ist kleiner als die Kreisbogenabmessung jedes Haupt-Polschuhs und ist bei diesem Ausführungsbeispiel· etwa 120°. Wie aus den Drehmomentkurven a und b zu ersehen ist, können der positive und negative Stromweg jeder Spuie voneinander in einem kieineren Winkel als 120° beabstandet sein. Obgleich der durch die

Haupt- und zusätzlichen Magnet-Polschuhe erzeugte Magnetkraftflußverlauf sinusförmige Komponenten aufweist, wie
Fig. TAB zeigt, kann der Magnetflußverlauf, der auf den
Haupt-Ndrd-Polschuh 107a(od,er auf den Haupt-Süd-Polschuh 108a) zurückgeht, eine Trapezform aufweisen, wie dies

beispielsweise zuvor in Fig. 6A dargeste^t ist. Der
Magnetkraftflußverlauf aufgrund der zusätzlichen Polschuhe 107a und 108b kann auch geringere Amplituden
oder Flußwerte aufweisen. Wenn die Magnetflußdichte über den Winkelbereich von 140° bis 120° auf diese Weise reduziert ist, wie dies durch die Kurve a in Fig. 15 dargestellt ist, dann ergibt sich ein Gesamtdrehmoment entsprechend der Kurve A in Fig. 15. In dieser Figur ergibt sich die Kurve A aus der Summe der Drehmomentkompenente, die durch den den positiven Stromweg der erregten Spule

durchsetzenden Magnetfluß erzeugt wird (diese Komponente ist als Kurve a dargestellt) und der Komponente, die durch den den negativen Stromweg der Spule durchsetzenden Mag-

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netfluß erzeugt wird (diese Komponente ist durch die Kurve b dargestellt). Die'Kurve A von Fig. 15 entspicht der Kurve A von Fig. 14C, jedoch mit dem Unterschied, daß die Welligkeit bei der in Fig. 14C dargestellten Kurve wesentlich geringer ist. Auch hier werden die Spulen 110 und 111 abwechselnd derart erregt, daß das aufgrund der Erregung der jeweiligen Spule erzeugte Drehmoment im wesentlichen dasselbe ist. Dieses Drehmoment ist als Abschnitt S der Kurve A . zwischen den Winkellagen Θ. und ©₂ dargestellt. Das heißt, wenn der positive Stromweg 11Oa der Spule 110 die Winkellage 6^=150° erreicht, wird die Spule 110 erregt und bleibt erregt, bis der positive Stromweg 110a die Winkellage Θ₂=33Ο° erreicht. Zu diesem Zeitpunkt wird die Spule 110 entregt und die Spule 111 wird über einen winkelmäßigen Zeitraum von etwa 180° erregt. Bei Erregung der Spule 111 wird also ein Drehmoment erzeugt, das im wesentlichen dem Abschnitt S der Kurve A in Fig. 15 entspricht.

Im Hinblick auf den Verlauf des durch die Haupt- und Zusatz-Polschuhe erzeugten Magnetflusses (vgl. Fig. 14B), wird deutlich, daß die zusätzlichen Polschuhe bei der Berechnung der Anzahl der Polschuhpaare nicht in Betracht gezogen werden. Auch wenn bei der in den Fig. 12 bis 14 dargestellten Ausf.ührungsform vier getrennte Magnet-Polschuhe vorgesehen sind, so ist der Motor dennoch ein zweipoliger Motor,

der nur zwei Hauptpole aufweist. . .

Eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform ist in Fig. T6A dargestellt, bei der der Nord-Polschuh 107 und der Süd-Polschuh 108 zwischen sich eine Grenze festlegen, und bei der ein Luftspalt 130 zwischen den anderen Enden dieser Polschuhe vorgesehen ist. Wie bei dem zuvor be-

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schriebenen Ausführungsbeispiel weist der Nord- und Süd-Polschuh auch hier eine Kreisbogenabmessung von 140° auf. Der Luftspalt 13Ö besitzt daher eine Kreisbogenabmessung von 80°. Der gesamte Kreisbogen, der sich aus dem Nord-Polschuh 107, dem Süd-Polschuh 108 und dem Luftspalt zusammensetzt, beträgt also 360°. Die zusätzlichen Polschuhe 107b und 108b, die in den Fig. 13 und 14 dargestellt sind, sind also hier weggelassen. Darüberhinaus sind der positive und der negative Stromweg jeder Spule 110, 111 voneinander mit einem Winkel von 100° beabstandet. Dies ist gegenüber der in den Fig. 13 und 14 dargestellten Ausführungsform anders, bei der der positive und negative Stromweg einer Spule um 120° voneinander beabstandet werden,

Wie Fig. 16B zeigt, ist die Magnetflußdichte, die die Spulen 110, 111 in der Nähe des LuftSpaltes 130 durchsetzt, bezüglich der übrigen Magnetflußdichte wesentlich kleiner. Dies wird natürlich dadurch hervorgerufen, daß bei dem Luftspalt kein Magnetfluß erzeugt wird. Die Drehmomentkomponente, die durch den in Fig. 16B dargestellten Magnetflußverlauf, welcher den positiven S romweg 110a der Spule 110 durchsetzt, hervorgerufen wird, ist durch die Kurve a in Fig. 16C dargestellt. Die Drehmomentkomponente, die auf den Magnetfluß zurückzuführen ist, der den negativen Stromweg 110b durchsetzt, der gegenüber dem positiven Stromweg 110a um 100° phasenverschoben ist, ist durch die Kurve b in Fig. 16C dargestellt. Die Kurve A zeigt das Gesamtdrehmoment, das durch den die Spule 110 durchsetzenden Magnetfluß erzeugt wird ^ Ein entsprechendes Drehmoment wird durch den die Spule 110 durchsetzenden Magnetfluß erzeugt.

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Das Drehmoment, das erzeugt werden würde, wenn eine Spule über einen Winkelbereich von 360° erregt wird, ist für einen Winkelbereich positiv, der größer als 180° ist. Wenn die Spulen 110 und 111 abwechselnd jeweils für eine Dauer, die einem Winkel von etwa 180° entspricht, erregt werden, dann wird ein positives Drehmoment, das nicht auf Null abnimmt, über einen Drehwinkel von 380° erzeugt. Fig. 16D zeigt den Verlauf dieses positiven Drehmomentes. Hierbei ist die als Α-Phase bezeichnete Kurve das Drehmoment, das durch die erregte Spule 110 während einer Dauer von 180° erzeugt wird, und die als B-Phase bezeichnete Kurve ist das Drehmoment, das erzeugt wird, wenn die Spule 110 während einer Dauer von 180° erregt wird.

Durch den Luftspalt 130 zeigt das in Fig. 16D dargestellte Gesamtdrehmoment eine noch kleinere Welligkeit als das in den Fig. 14D und 15 dargestellte Gesamtdrehmoment .

Die Spulen 110 und 111 können mit einer Schaltung der in Fig. 7A dargestellten Art erregt werden, wobei ein Lageabfühleelement und ein Ringmagnet, beispielsweise das Element 15 und der Magnet 118, wie sie in den Fig. 12 und 13 dargestellt sind, verwendet werden. In Fig. 16C kann die.Spule 110 von dem Zeitpunkt an erregt werden, bei dem der positive Stromweg die Winkellage von 150° erreicht, und so lange bis der positive Stromweg die Winkellage von 330° erreicht. Eine entsprechende, alternative Erregung der Spule 111 ergibt sich dann danach.

Eine weitere Acwandlung der vorliegenden Erfindung ist in der Fig. 17A dargestellt, bei der der Nord-Polschuh

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und der Süd-Polschuh 108 eine Kreisbogenabmessung von 180° zeigen. In der den Spulen 110 und 111 zugewandten Fläche der Polschuhe ist jedoch ein Ausschnitt 131 vorgesehen. Dieser Ausschnitt kann sich über einen Kreisbogen von etwa 80° erstrecken und ist mit dem in Fig. 16A dargestellten Luftspalt 130 vergleichbar. Aufgrund dieses Ausschnittes ist die die Spulen 110, 111 durchsetzende Magnetflußdichte in der Nähe dieser Spulen relativ gering. Der sich ergebende Magnetflußverlauf in einem um die Achse des Motors herum liegenden Drehweg oder Umlauf ist in Fig. 17B dargestellt. Ersichtlich hat der Ausschnitt 131 auf den Magnetflußverlauf (vgl. Fig. 17B) denselben Einfluß wie der Luftspalt 130 (vgl. den Magnetflußverlauf in Fig. 16B). Die in Fig. 17A dargestellte Ausführungsform führt also zu einem Gesamtdrehmoment, das über einen Bereich, der größer als 180° ist, positiv ist, wie dies in Fig. 16C dargestellt ist. Durch abwechselnde Erregung der Spulen 110 und 111 über Zeiträume, die etwa 180° entsprechen, wird auf den Läufer 101 ein "Drehmoment mit dem in Fig. 16D dargestellten Verlauf ausgeübt. Das heißt, das Drehmoment, das durch die in Fig. 17A dargestellte Ausführungsform erzeugt wird, ist ganz ähnlich dem Drehmoment, das durch die in-Fig. 16A dargestellte Ausführungsform entsteht.

Bei der in Fig. 16A dargestellten Ausführungsform und bei der in Fig. 17A dargestellten Ausführungsform kann der Luftspalt 130 bzw. der Ausschnitt 131 mit nicht-magnetischem Material, das eine relativ geringe magnetische Suszeptibilität aufweist, gefüllt sein.Dieses Material ändert oder stört jedoch den in den Fig. 16B bzw. 17B dargestellten Magnetflußverlauf nicht wesentlich.

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Fig. 18A zeigt eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform, und gibt einen vierpoligen bürstenlosen Motor wieder. Ein Polschuhpaar besteht aus dem Nord-Polschuh 107a und .;, dem Süd-Polschuh 108a, die voneinander durch einen Luftspalt 130a getrennt sind. Das andere Polschuhpaar besteht aus dem Nord-Polschuh 107b und dem-Süd-Polschuh 108b, die durch einen Luftspalt 130b voneinander getrennt sind. Die jeweiligen Polpaare sind zueinander symmetrisch angeordnet und erstrecken sich über Lagewinkel von jeweils 180°. --.

TO Die Spulen bestehen aus Spulen 11O₂. und 11O_n, die eine Phase bilden, sowie aus Spulen 111, und 11I_n; die die andere Phase bilden. Die Spulen 1TO₂. und 110 liegen einander diametral gegenüber, genauso wie die Spulen 1H_A und 111_B.

Die Kreisbogenabmessungen und die winkelmäßigen Abstände der jeweiligen in Fig. 18A dargestellten Teile bzw. Elemente können elektrisch gleich den in Fig. 16A dargestellten Kreisbogenabmessungen und winkelmäßigen Abständen sein. Da bei der in Fig. 18A dargestellten Ausführungsform zwei Pole vorgesehen sind, ist der elektrische Winkel doppelt so groß wie der Lagewinkel. Aufgrund der beiden symmetrischen Luftspalte T30a und 130b ist die Drehung des Läufers 101 bei der in Fig. 18A dargestellten Ausführungsfform gleichförmiger als die Drehung des Läufers 101 bei der in Fig. 16A dargestellten Ausführungsform*

Eine Abwandlung der in Fig. 18A dargestellten Ausführungsform ist in Fig. 18B dargestell. Bei dieser abgewandelten Ausführungsform sind drei Polpaare und auch zwei Spulen-•30 phasen vorgesehen.Ein Polpaar besteht aus dem Nord-Polschuh 107a und dem Süd-Polschuh 108a, die durch den Luftspalt

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130a voneinander beabstandet sind. Ein weiteres Polpaar besteht aus dem Nord-Polschuh 107b und dem Süd-Polschuh 18 0b, die durch den Luftspalt 130b beabstandet sind. Das dritte Polpaar besteht aus dem Nord-Polschuh 107c und dem Süd-Polschuh 108c, die durch den Luftspalt 130c voneinander getrennt sind. Die Polpaare liegen zur Achse des Motors jeweils symmetrisch, und die Nord- und Süd-Polschuhe wechseln auf einem Kreisbogen einander ab· Eine Phase besteht aus den Spulen 110 , 110 und 110 , und die andere Phase besteht aus den Spulen 111,/ 1T 1 _ und 111 . Diese Spulen sind bezüglich der Motorachse symmetrisch angeordnet und eine Spule einer Phase wechselt mit der entsprechenden Spule der anderen Phase ab. Aufgrund der Symmetrie der drei Polschuhpaare, der je— wciligcn Luftspaltc und der Spulenphasen ist die Drehung des Läufers 101 bei der in Fig. 18B dargestellten Ausführungsform gleichförmiger als die Drehung der Läufers bei der in der Fig. 18A dargestellten Ausführungsform.

Fig. 19A zeigt noch ein anderes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform zeigen der Nord-Polschuh 107 und der Süd-Polschuh 108 eine Kreisbogenabmessung von 180°. Das becherförmige Joch des Läufers 101 ist jedoch mit einem Ausschnitt 132 versehen, der sich über einen Winkel von etwa 80° erstreckt. Das becherförmige Joch bildet einen Teil des magnetischen Kreises, dessen magnetischer Fluß die Spulen 110 und durchsetzt, wobei der Ausschnitt 132 ein Teil dieses magnetischen Kreises verkleinert bzw. entfernt. Der magnetische Fluß, der die Spulen in der Nähe dieses Ausschnittes durchsetzt, weist daher eine geringere Kraftflußdichte auf. Der magnetische Kraftflußverlauf in einen

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Umlaufweg um die Motorachse besitzt daher die in Fig. 19B dargestellte Form. Dieser Verlauf ist dem in Fig. 16B dargestellten Verlauf recht ähnlich. Das Gesamtdrehmoment, das durch den die Spulen 110 und 111 durchsetzenden Magnetfluß erzeugt wird, entspricht also dem in den Fig. 16C und 16D dargestellten Verlauf des Gesamtdrehmoments. Bei der in Fig. 19A dargestellten Ausführungsform werden die Spulen 110 und 111 über im wesentlichen dieselbe Dauer von etwa 180° abwechselnd erregt. Erforderlichen- oder gewünschtenfalls kann der Ausschnitt 132 des becherförmigen Jochs mit nicht-magnetischem Material gefüllt werden.

Eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform ist in Fig. 2OA dargestellt, bei der der Nord-Polschuh 107 und der Süd-Polschuh 108 jeweils eine Kreisbogenabmessung von 180° aufweisen. Bei dieser Ausführungsform ist jedoch ein Ausschnitt im Nord- und Süd-Polschuh vorgesehen, und eine magnetische Abschirmplatte 130 ist in diesem Ausschnitt befestigt. Die winkelmäßige Ausdehnung dieser ferromagnetischen Abschirmplatte kann beispielsweise ein Winkel sein, der gleich der winkelmäßigen Ausdehnung des in Fig. 17A dargestellten Ausschnitts 138 ist. Die Abschirmplatte 133 kann sich auch über einen größeren Kreisbogen erstrecken.

Wie durch die gestrichelten Linien in Fig. 2OA dargestellt ist, dient die Abschirmplatte 133 als magnetischer Kurzschlußkreis, der verhindert, daß. ein Teil des durch den Nord- und Süd-Polschuh in der Nähe dieser Abschirmplatte erzeugten magnetischen Flusses die Spulen 110 und 111 erreicht. Infolgedessen ist die magnetische Kraftflußdichte im Luftspalt zwischen der Abschirmplatte 133 und dem Kern 109 wesentlich geringer. Das heißt, die Spulen 110 und

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sind in der Nähe der Abschirmplatte 133 gegenüber dem magnetischen Kraftfluß abgeschirmt. Infolgedessen weist die magnetische Kraftflußdichte in einem um die Motorachse verlaufenden Drehweg den in Fig. 2OB dargestellten Verlauf auf. Der magnetische Kraftfluß geht also in dem Winkelbereich, der durch die Abschirmplatte 133 festgelegt ist, auf etwa Null zurück. Dieser magnetische Kraftfluß entspricht dem in Fig. 16B dargestellten Kraftflußverlauf. Das auf den Läufer 101 gemäß der in Fig. 2OA dargestellten Ausführungsform einwirkende Gesamtdrehmoment weist daher den in Fig. 16D dargestellten Verlauf auf.

Fig. 21A zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der sich der Nord-Polschuh 107 und der Süd-Polschuh 108 über einen kleineren Winkelbereich als 180° erstrecken. Diese Polschuhe legen eine Grenze beispielsweise bei einer 0°-Bezugslage fest, und ein aus ferromagnetischem Material bestehendes Joch 134 ist im Zwischenraum zwischen den anderen Enden der Polschuhe angeordnet.

Das Joch 134 füllt den zuvor in Zusammenhang mit Fig. 16A beschriebenen Luftspalt 130 aus. Der Nord-Polschuh 107 und der Süd-Polschuh 108 besitzen also eine Kreisbogenabmessung von 140°, und das Joch 134 besitzt einen Kreisbogenwinkel von etwa 80°.

Der magnetische Kraftflußweg durch das Joch 134 vom Nord- und Süd-Polschuh ist in Fig. 41A durch gestrichelte Linien dargestellt. Dieses Joch verändert also den magnetischen Kraftfluß, der die Spulen 110 und 111 durchsetzt, in der Nähe dieser Spulen. Dieser magnetische Kraftfluß weist

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einen in Fig. 21B dargestellten Verlauf entlang des Dreh- bzw. Umlaufweges um die Motorachse auf. Dieser magnetische Kraftflußverlauf entspricht dem in Fig. 14B gezeigten und entspricht darüberhinaus der in Zusammenhang mit Fig. 15 beschriebenen Ausfuhrungsform. Das Gesamtdrehmoment, das bei der in Fig. 21A dargestellten . Ausführungsform auf den Läufer 101 ausgeübt wird, ist in den Fig. 14C und 15 durch die Kurven A dargestellt. Wenn die Spulen 110 und 111 abwechselnd erregt werden, geht das Gesamtdrehmoment also an keiner Stelle des gesamten Drehbereichs von 360° auf Null zurück, und die Welligkeit dieses Drehmomentverlaufs ist relativ klein. ■

Fig. 22A zeigt eine weitere Ausführungsform. Diese Ausführungsform ist der anhand der Fig. 12 bis 14 erläuterten Ausführungsform ähnlich, jedoch mit dem Unterschied, daß der zusätzliche Nord-Polschuh 107b bei der früher beschriebenen Äusführungsform nunmehr aus zwei zusätzlichen Nord-Polschuhen 1o7b und To7c, und der zusätzliche Süd-Polschuh 108b bei der früher beschriebenen Ausführungsform nunmehr durch ein Paar zusätzlicher Süd-Polschuhe 108b und 108c ersetzt ist. Der übrige in Fig. 22A dargestellte Motoraufbau entspricht im wesentlichen dem bereits früher beschriebenen Ausführungsbeispiel. Der positive und negative Stromweg jeder Spule 110, 111 in Fig. 22A kann jedoch in einem geringeren winkelmäßigen ■ Abstand'als 120° beispielsweise in einem winkelmäßigen Abstand von 100° voneinander beabstandet sein.

Infolge der abwechselnd angeordneten zusätzlichen Polschuhe 107b, 108c," "1:0,7c und 108b zeigt der magnetische Kraftfluß über den Drehweg um die Motorachse hinweg den

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in Fig. 22B dargestellten Verlauf. Der magnetische Kraftfluß mit Süd-Polarität ist vom magnetischen Kraftfluß mit Nord-Polarität durch Wenigkeiten mit Nord- und Süd-Polarität getrennt, die aufgrund der jeweiligen zusätzlichen Polschuhe auftreten, die zwischen den Haupt-Polschuhen angeordnet sind. Bei der in Fig. 22A dargestellten Ausführungsform ist wie bei den in den Fig. 12 bis 14 dargestellten Ausführungsformen der Haupt-Nordpol natürlich in der Nähe eines zusätzlichen Südpols und der Haupt-Südpol in der Nähe eines zusätzlichen Nordpoles angeordnet. Obwohl dies nicht dargestellt ist, sei darauf hingewiesen, daß das Gesamtdrehmoment, das bei dem in Fig. 22A dargestellten Ausführungsbeispiel auf den Läufer 101 ausgeübt wird, dem Gesamtdrehmoment entspricht, das in der Fig. 14D dargestellt ist, jedoch mit dem Unterschied, daß zusätzliche Welligkeitskomponenten zwischen den positiven Spitzen auftreten, obwohl diese zusätzlichen Welligkeitskomponenten nur geringe Amplitude bzw. Werte aufweisen.

Bei dem in Fig. 22A dargestellten Ausführungsbeispiel können noch weitere zusätzliche Polschuhe zwischen dem Haupt-Nord-Polschuh und dem Haupt-Süd-Polschuh vorgesehen sein. Gewünschtenfalls können die in der Mitte angeordneten zusätzlichen Polschuhe 107c und 108c auch weggelassen werüen. Der sich dabei ergebende Luftspalt bei Entfernung dieser zusätzlichen Polschuhe führt zu einem magnetischen Kraftflußverlauf in der Nähe dieses Luftspaltes, dessen Form durch die gestrichelte Linie in Fig. 22B dargestellt ist. Auf diese Weise wird die zusätzliche Welligkeit aufgrund der zusätzlichen Polschuhe 107c und 108c vermieden. Der bei Entfernen dieser zusatz-

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lichen Polschuhe gebildete Luftspalt kann darüberhinaus auch mit einem ferromagnetischen oder nicht-ferromagnetischen Material gefüllt sein.

Bei der in Fig. 22A dargestellten Ausführungsform, sowie bei den zuvor beschriebenen Abwandlungen dieser Ausführungsform bleibt das Gesamtdrehmoment über einen Winkel von 360° hinweg positiv und es geht an keiner Stelle eines Umlaufes auf Null zurück. ■

Fig. 23A zeigt eine weitere Abwandlung der vorliegenden Erfindung, bei der die magnetischen Polschuhe des Läufers 101 aus einem einzigen zylindrischen Anisotropenmagneten 135 gebildet werden. Dieser Anisotropemagnet ist von dem becherförmigen Joch umgeben und so magnetisiert, daß er vier Pole besitzt. Die magnetischen Bereiche befinden sich an der O°-Bezugslage und an einem Lagewinkel von 180°.. Ein im wesentlichen kontinuierlicher übergang des magnetischen Flusses von der Nord-Polarität in die Süd-Polarität besteht bei den 0°- und 180°-Magnetbereichen bzw. -domänen.

Bei den Zonen X und Y, d.h. bei den Lagewinkeln 90° und 270° ist die magnetische Kraftflußdichte aufgrund des Anisotopenmagneten 135 kleiner. Der sich ergebende magnetische Kraftflußverlauf in einem Drehweg um die Motorachse herum ist in Fig. 23B dargestellt, wobei die kleinere magnetische Kraftflußdichte in den Zonen X und Y von Fig. 23A auch in Fig. 23B angedeutet ist. Aufgrund der vier Pole, die durch den Anisotropenmagneten 135 gebildet werden, besteht ein kompletter Zyklus des magnetischen Kraftflußverlaufs, oder ein elektrischer Winkel von 360° in einem Drehwinkel von 180°. Das heißt,

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wenn der Läufer 101 eine vollständige Umdrehung durchführt, weist der magnetische Kraftfluß, der eine Bezugslage an der Spule 110 oder der Spule 111 durchsetzt, die in Fig. 23B dargestellte Form auf.

Die kleinere Kraftflußdichte an den Zonen X und Y entspricht der in Fig. 16B dargestellten verkleinerten Kraftflußdichte. Das auf den Läufer 101 ausgeübte Gesamtdrehmoment ist also im wesentlichen gleich dem in Fig. 16D dargestellten Verlauf.

Der in Fig. 23B dargestellte magnetische Kraftflußverlauf kann durch Änderung der Intensität der Magnetisierung des Anisotropenmagneten 135 in den Zonen X und Y erhalten werden. Die Verwendung eines Anisotropenmagneten ist insbesondere für einen vierpoligen Wechselphasen-Gleichstrommotor vorteilhaft. In der Fig. 23A sind zwei getrennte Spulen 110 und 111 dargestellt. Jede dieser Spulen kann jedoch auch aus zwei in Reihe geschaltete Spulen bestehen, wie dies zuvor anhand von Fig. 18A beschrieben wurde. Bei der in den Fig. 12 bis 22 dargestellten Ausführungsform sind die winkelmäßige Ausdehnung oder die Kreisbogenabmessung der zusätzlichen Polschuhe, der Luftspalte, der Ausschnitte, der Abschirmplatten und der Jochs kleiner als 180°. Als Beispiel wurden diese Teile mit einem elektrischen Winkel von etwa 80° dargestellt. Es sind jedoch auch andere kreisbogenmäßige Abmessungen oder Kreisbogenwinkel möglich, wenn dies vorteilhaft oder wünschenswert ist.

Der winkelmäßige Abstand zwischen dem positiven und negativen Stromweg jeder Spule ist bei den in den Fig. 12 bis dargestellten Ausführungsformen kleiner als 180°. Als zah-

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lenmäßige Beispiele wurden für diese Winkelmaßigen Abstände 120^p oder 100° für bestimmte Ausführungsformen angegeben. Dieser Winkelabstand kann auch als elektrischer Winkel <£ bezeichnet werden. Ein Lagewinkel Ot- ' entspricht dem elektrischen Winkelet". Der Lagewinkel, der den positiven und negativen Stromweg einer Spule trennt, kann auch durch den suplementären Winkel ß angegeben werden, wobei φ¹ + ß =360° ist. Beispielsweise ist in Fig. 24A der Winkelabstand d, ' zwischen dem positiven Stromweg 110a und dem negativen Stromweg 110b der Spule 110 mit 120° dargestellt. Die Spule 110"kann jedoch auch so ausgebildet sein, daß eine einzige Windung durch ein Leitersegment welches parallel zur Motorachse verläuft und den positiven Stromweg 110a bildet, gefolgt von einem weiteren Leiter^- segment, das einen Winkel von 24 0° bildet, weiterhin gefolgt von einem weiteren Leitersegment, das der Motorachse parallel liegt und den negativen Stromweg 110b bildes, sowie schließlich durch ein Leitersegment gebildet wird, das einen Kreisbogen von 240° bildet und die beiden Stromwege 110b und 11Oa miteinander verbindet. Bei dieser Ausgestaltung ist die Kreisbogenabmessung der Spule 110, wie dies in Fig. 24A durch ausgezogene Linien dargestellt ist, das heißt der Winkelabstand zwischen dem positiven . Stromweg 110a und dem negativen Stromweg 110b gleich einem Winkel von 240°. Eine entsprechende Ausbildung der Spule 111, die in Fig. 24A strichliniert dargestellt ist, ergibt einen positiven Stromweg 110a, der vom negativen Stromweg 111b in einem Winkelabstand von 240° beabstandet ist.

Fig. 24B zeigt eine perspektivische Darstellung einer Windung der Spule 110, wobei der positive Stromweg 110a in einem Winkel von 240° vom negativen Stromweg 110b be-

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abstandet ist. Wenn beide Spulen 110 und 111 vorgesehen sind, überlappen sich Teile dieser beiden Spulen. Das heißt, wenn die Spulen 110 und 111 zueinander symmetrisch angeordnet sind, liegen die diametral gegenüberliegenden Teile der Spule 110 über den diametral gegenüberliegenden Teilen der Spule 111, und zwar jeweils über einen Winkel von 60°. Der positive und negative Stromweg der Spule (oder der Spule 111) kann voneinander durch einen elektrischen Winkel 360° χ m + d- getrennt sein, wobei m eine positive ganze Zahl ist. Bei einem derartigen Winkelabstand entspricht eine graphische Darstellung des durch die Spule 110 ( oder die Spule 111 ) erzeugten Drehmomentes den Kurven a und b von Fig. 16C, wobei diese Kurven um 360° χ m nach rechts verschoben sind. Das sich ergebende zusammengesetzte Drehmoment, das durch den die Spule 110 durchsetzenden Magnetkraftfluß erzeugt wird, würde dann der in Fig. 16C dargestellten Kurve A entsprechen.

Allgemein kann für einen n-poligen Motor der Lagewinkel °6' durch den der positive und der negative Stromweg der Spule 110 (oder der Spule 111) voneinander getrennt sind, durch folgende Gleichung ausgedrückt werden:

n
2

Für den n-poligen Motor kann der lagemäßige Winkelabstand zwischen dem positiven und negativen Stromweg einer 2c Spule also als oC ' oder durch den suplementären Lagewinkel· ß ausgedrückt werden, wobei

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360° χ m +

ß = 360° - η

Als Beispiel der zuvor angegebenen Gleichung ist in Fig. 24C ein vier-poliger Motor dargestellt. Bei diesem Beispiel ist ein elektrischer Winkel, durch den der positive Stromweg 110a vom negativen Stromweg 110b getrennt ist, mit 100° angenommen, wie dies auch bei dem in Fig. 16A dargestellten Ausführungsbeispxel der Fall war. Darüberhinaus sind die Spulen bei diesem vier-poligen Motor in zwei Phasen gewickelt, wobei eine Phae aus den Spulen und 110_D, die durch die ausgezogenen Linien in Fig. 24C dargestellt und einander diametral gegenüberliegen, besteht, und die andere Phase aus der Spule 111, und der Spule 11T besteht, die einander diametral gegenüberliegen. Alle Spulen sind symmetrisch um den Kern 109 angeordnet. Unter Heranziehung der Gleichung für den Lagewinkel oC' und unter der Annahme, daß m = 1 ist, kann der Lagewinkel cL' zwischen dem positiven und dem negativen Stromweg der Spule 110_B folgendermaßen berechnet werden:

³⁶⁰° I ¹⁰⁰° = 230

Ein entsprechender Lagewinkel oC¹ = 230° trennt den positiven und negativen Stromweg der übrigen Spulen 110g/ 111 und 11I_n voneinander.

Der Lagewinkel, durch den der positive und der negative Stromweg jeder Spule voneinander getrennt werden, kann auch als Suplementwinkel ß ausgedrückt werden. Das heißt,

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wenn der Lagewinkel cC ' = 230° ist, dann, ist der Supplementwinkel ß - 130°. Dieser lagemäßige Supplementwinkel ß entspricht einem elektrischen Winkelabstand von 260° (da zwei Polpaare vorgesehen sind).

Wie Fig. 24C weiterhin zeigt, sind die Spulen 110₂. und

A Jj

voneinander durch einen Lagewinkel von 180^α getrennt, der gleich einem elektrischen Winkel von 360° ist. Die Spule

110 ist auch winkelmäßig durch einen Lagewinkel 90° von der Spule 111, beabstandet, wobei der Lagewinkel von 90° gleich dem elektrischen Winkel von 180° ist. Ein entsprechender Winkelabstand ist zwischen der Spule 110 und

der Spule 11I_n, zwischen der Spule 110-, und der Spule

111 und zwischen der Spule 110_ß und der Spule 111 vorgesehen.

Fig. 25 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform eines vier-poligen Zweiphasenmotors. In Fig. 25 werden dieselben Bezugszeichen verwendet, die für entsprechende Teile in den vorausgegangenen Figuren benutzt wurden. Der Läufer 101 besteht aus einem becherförmigen Joch, welches Permanentmagnet-Polschuhe umgibt, wobei der Läufer ein Außenläufer ist. Ein Polpaar besteht aus dem Nord-Polschuh 107_a und dem Süd-Polschuh 108 , und das andere

A A

Polpaar besteht aus dem Nord-Polschuh 107_ und dem Süd-

Jj

Polschuh 108-.· Jeder Polschuh besteht aus Polschuh-

Jj

Segmenten, wobei hier jeweils drei Polschuh-Segmente dargestellt sind. Jedes Polschuh-Segment in einem Polschuh besteht aus unterschiedlichem magnetischem Material. Der Nord-Polschuh 107 besteht also aus den Segmenten

¹⁰⁷Ax' ¹⁰⁷A ^{Und 107}Az* ^{Der süd}~^{Polscnun 108}A ^besteht 0 aus den Segmenten 108 , 108 und 108 . Der Nord-Pol-

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schuh IQ-Z_n besteht aus den Segmenten 107 ,107-, , ΛQi- . Und. schließlich besteht der Süd-Polschuh 108_ß aus den

Segmenten 108_ , 108" und 1Q8_ ..
tsx jbsy uz

Die Segmente 107 _v, 108 , 107_w und 108_n bestehen alle

_--..- ' . AX AX Jj X . JjX

aus seltenen Erdmetallen, und besitzen - wie dargestellt — die größte Magnetisierung. Die Segmente 107_{Ä r} 108 , 107- , 1Q8_ bestehen alle aus Ferrit und zeigen eine mittlere Magnetisierung. Die Segmente 107_Λ , 108. , 107_D

"■..-"." AZ ■ .Az _ JjZ

und 108' bestehen alle aus einem magnetischen Gummimaterial und besitzen die kleinste Magnetisierung. Jedes Polschuhsegment erstreckt sich über einen Kreisbogen von 30°. Beginnend mit dem Polschuhsegmetn 1Ö7_a und fort-

sehreitend im Gegenuhrzeigersinn um die Motorachse hinweg, sind die Polschuhe folgendermaßen Zusammengesetz. Der Nord-Polschuh besteht aus einem Segment der seltenen Erden, einem Ferritsegment und einem magnetischen Gummisegment, der Süd-Polsehuh besteht aus einem magnetischen Gummi-Segment, einem Ferritsegment und einem Segment der seltenen Erden, der Nord-Polschuh besteht aus einem Segment der seltenen Erden, einem Ferritsegment und einem magnetischen Gummisegment, und der Süd-Polsehuh besteht aus einem magnetischen Gummisegment, einem Ferritsegment und einem Segment der seltenen Erden.

Die Spulen bestehen aus zwei Phasen, wobei die eine Phase aus den Spulen 1 TO " und 110 und die andere Phase aus

A ti

den Spulen 111. und 1H_R besteht. Der positive und negative Stromweg jeder Spule sind voneinander um 120° beabstandet. Darüberhinaus sind diese Phasen voneinander um einen elektrischen Winkel von 180° beabstandet. Das heißt, die Spule 110, ist von der Spule 111, um den Lagewinkel

A - A

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von 90° beabstandet, der gleich einem elektrischen Winkel von 180° ist, da der Motor zwei Polpaare aufweist. Die Spulen 110, und 110_β sind in Reihe geschaltet und liegen einander diametral gegenüber, so daß sie mit einem elektrischen Winkel von 360° voneinander beabstandet sind. Die Spulen 111, und 111 sind ebenfalls in Reihe geschaltet und voneinander in einem elektrischen Winkel von 360° beabstandet.

Wie zuvor bereits erwähnt, unterscheidet sich die Magnetisierung der jeweiligen magnetischen Materialien, d.h. des Metalls aus den seltenen Erden, des Ferrits und des magnetischen Gummis, voneinander. Fig. 2f- zeigt eine graphische Darstellung der Entmagnetisierungskurven für jedes dieser magnetischen Materialien. Jede Entmagnetisierungs-" kurve ist im zweiten Quadranten der entsprechenden Magnetisierungskurve dargestellt. Auf der Abszisse ist die magnetische Feldintensität (H) und auf der Ordinate der magnetische Kraftfluß (B) aufgetragen.Der Schnittpunkt der jeweiligen Kurve mit der Abszisse (H ) gibt die Koercitivkraft des jeweiligen magnetischen Materials wieder, und der Schnittpunkt der Entmagnetisxerungskurve mit der Ordinate (B ) gibt die restliche Magnetkraftschlußdichte für dieses magnetische Material an. Die Kurve X ist die Entmagnetisxerungskurve für das Metall der seitenen Erden, die Ko rve Y ist die Entmagnetisxerungskurve für das Ferrit und die Kurve Z ist die Entmagnetisierungskurve für den magnetischen Gummi. Wie die Kurve zeigt, ist die Koercitivkraft H (X) des Metalls der seltenen Erden größer als die Koercitivkraft H (Y) des Ferrits, dessen Koercitivkraft wiederum größer als die Koercitivkraft H (Z) des magnetischen Gummis ist. Entsprechend ist die

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restliche magnetische Flußdichte bzw. die Restmagnetisierung B (X) des Metalls der seltenen Erden größer als die restliche magnetische Plußdichte B (Y) des Ferrits, die seinerseits größer als die restliche Magnetflußdichte B (Z) des magnetischen Gummis ist. Wenn die Energie BxH ist, dann ist die Energie des Metalls der seltenen Erden größer als die Energie des Ferrits, die ihrerseits wieder größer als die Energie des magnetischen Gummis ist.

Der magnetische Kraftfluß im Luftspalt zwischen den PoI-schuhen und dem Kern 109 wird durch eine Arbeitslinie P dargestellt, die in der graphischen Darstellung von Fig. eingetragen ist.. Die magnetischen Kraftflußdichten in diesem Luftspalt sind die Schnittpunkte, an denen sich die Ärbeitslinie P mit den Entmagnetisierungskurven X, Y und Z schneidet. Das heißt, die durchsetzenden magnetischen Kraftflußdichten aufgrund der Polschuhsegmente werdenals B,,»,, B-, _fy, und B^, „» bezeichnet, wobei die durchsetzenden magnetischen Kraftflußdichten kleiner als die entsprechenden restlichen Kraftflußdichten sind, und · wobei B^ ₍ . größer als B^,_γ. und Β^_(γ\ wiederum größer als B_d(z) ist.

Der in Fig. 25 dargestellte Läufer ist in Fig. 27A in abgerollter Darstellung wiedergegeben. Der magnetische Kraftfluß, der über einen abgerollten Drehweg um die Motorachse hinweg durch die Polschuhsegmente erzeugt wird, zeigt einen Sägezahnverlauf. Der Kraftfluß nimmt von einem Maximum mit Süd-Polarität bei einem elektrischen Winkel von 180° auf Null ab und erhöht sich dann auf einen Maximalwert mit Nord-Polarität. Bei einem elektrischen Winkel von 360° geht der Kraftfluß relativ schnell von einem Maximalwert

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mit Noxd-Polarität in einen Maximalwert mit Süd-Polarität über. Dann nimmt der Kraftfluß bei einem elektrischen Winkel von 180° auf Null ab lind steigt dann auf einen maximalen Wert mit Nord-Polarität an. Beim nächsten elektrisehen Winkel von 360° kehrt sich die Polarität des Kraftflusses wieser um. Obwohl die magnetische Kraftflußdichte ^Bd(X)' ^Bd(Y) ^{und B}d(Z) ^sic^ ^sturen~ bzw. schrittweise ändert, zeigt der magnetische Kraftflußverlauf von Fig. 27A eine im wesentlichen lineare Änderung von einem maximalen Wert mit Südpolarität zu einem maximalen Wert mit Nord-Polarität. Diese lineare Änderung anstelle einer stufenweisen Änderung ist auf das Zusammenwirken des magnetischen Kraftflusses durchzuführen, der durch die jeweiligen Polschuhsegmente erzeugt wird. Die stufen- bzw. schrittweisen Änderungen der Kraftflußdichte werden daher über den Abrolldrehweg um die Motorachse herum gemittelt.

Der sägezahnförmige Kraftflußverlauf gemäß Fig. 27A geht auf die Änderung der durcn die Polschuhsegmente erzeugten magnetischen Kraftflußdichte zurück. Statt die jeweiligen Polschuhe bzw. Polschuhsegmente aus unterschiedlichem magnetischem Material herzustellen, kann jeder Polschuh bzw. jedes Polschuhsegment aus demselben magnetischen Material bestehen, wobei jedoch die Intensität des durch das jeweilige Polschuhsegment erzeugten Kraftflusses geändert wird. DJLe zuvor beschriebenen verschiedenen Möglichkeiten und Maßnahmen zur Änderung der magnetischen Kraftflußdichte können bei derartigen Polschuhsegmenten herangezogen werden.

Die Drehmomentkomponente T , die durch den den positiven

Stromweg 110 der Spule 110 durchsetzenden magnetischen

a Ά

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-- . - —.—. .-- .■--. —-_ _:— .——^ r—— 1 ■ .- ...."". ._ S / O P I 2.

Kraftfluß erzeugt wird, wenn die Spule 110₈ erregt wird, ist in Fig. 2?B dargestellt. Wenn die Spule 11O₇. erregt ist, fließt negativer Strom durch den negativen Stromweg

■'. 110₀ dieser Spule. Die Drehmomentkomponente T, , die durch den Fluß erzeugt wird, der diesen negativen Stromweg durchsetzt, ist in Fig. 27B durch die gestrichelte Kurve dargestellt. Ein zusammengesetztes Gesamtdrehmoment, das erzeugt wird, wenn die Spule HO₇. über einen Drehwinkel von 360° erregt wird, ist als Kurve T,. dargestellt. Dieses Drehmoment T ist über einen Winkelbereich hinweg positiv, der größer als der elektrische Winkel von 180° ist. Ein entsprechendes, um einen elektrischen Winkel von 180° verschobenes Drehmoment wird erzeugt, wenn beispielsweise die Spule 111 erregt wird. Dieses durch die Spule 110 hervorgerufene Drehmoment wird durch die Kurve T_ dargestellt. Da die Spule 110g mit einem elektrischen Winkel ;. von 360° gegenüber der Spule 110,. versetzt ist, wird ein entsprechendes Drehmoment T, erzeugt, wenn die Spule 110_ß erregt ist. In entsprechender Weise wird bei erregter Spule 11 Or, das Drehmoment T_ erzeugt, da die Spule 111_ß gegenüber der Spule 111, um einen elektrischen Winkel von 360° versetzt ist.

Ein Lageabfühlelement, beispielsweise das bereits zuvor beschriebene Element 115, kann dafür vorgesehen sein, um

25-"-,- festzustellen, wenn die Spule T10^ und wenn danach die Spule 111, eine vorgegebene Winkelstellung erreicht. Zu diesem Zeitpunkt löst das Lageabfühlelement eine Stromumschaltschaltung aus, um die Spulen 110 , 110₁₁ und danach die Spulen 111 , 111_β zu erregen. Die Erregerströme, die durch die Spulen 110, und 110 fließen, werden aus A-Phasen-Ströme und die Erregerströme, die durch

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die Spulen 111 und 111 fließen, werden als B-Phasen-Ströme in Fig. 27C bezeichnet. Die Spulen 110, 110_D werden also während eines Zeitraumes von 180° innerhalb des Bereiches, in dem das Drehmoment T positiv ist, erregt, und dann werden die Spulen 111,, 11I_n während eines Zeitraumes von 180° innerhalb des Bereiches erregt, in dem das Drehmoment T- positiv ist. Infolgedessen wird

ti

auf den Läufer 101 über eine 360"-Umdrehung des Läufers ein im wesentlichen konstantes zusammengesetztes Drehmoment ausgeübt, wie dies in Fig. 27B dargestellt ist. Das zusammengesetzte Drehmoment zeigt eine vernachlässigbare Welligkeit.

Fig. 28 zeigt eine Abwandlung der Magnet-Polschuhe, die aus Polschuhsegmenten gemäß Fig. 25 gebildet wurden. Jeder Polschuh 107.,, 108-, 197_D , und 108- in Fig. 28 weist eine sich stetig ändernde Dicke auf. Das bedeutet, daß der Luftspalt zwischen einem Polschuh und dem Kern 109 stetig größer wird (oder kleiner wird). Aufgrund dieser Änderung des Luftspalts besitzt die die Spulen 110,, 11O_n, 111,

A Xj A.

und 111_D durchsetzende Magnetflußdichte den in Fig. 27A ti

dargestellten Verlauf. Das heißt, durch Ändern der Dicke der jeweiligen Polschuhe ändert sich die Intensität des erzeugten Magnetkraftflusses entsprechend. Das zusammengesetzte Drehmoment, das bei der in Fig. 28 dargestellten Ausführungsform entsteht, entspricht daher dem zusammengesetzten Drehmoment, dessen Verlauf in Fig. 27D dargestellt ist.

Jeder der in Fig. 8 dargestellten Polschuhe weist eine sich allmählich ändernde Dicke auf. Die Dicke der PoI-schuhe, beispielsweise jeder Süd-Polschuh kann jedoch auch aus Segmenten gebildet werden, die sich in ihrer

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Dicke stufenweise voneinander unterscheiden. Jedes dieser Polschuhsegmente mit unterschiedlicher Dicke kann sich über einen Kreisbogen von 30° erstrecken. Es können auch andere Verfahren verwendet werden, von denen einige zuvor beschrieben worden waren, um die durch die jeweiligen Polschuhe erzeugte Magnetflußintensität zu verändern, so sich ein sägezahnförmiger Verlauf des magnetischen Kraftflusses der in Fig. 27A dargestellten Art ergibt.

Fig. 29A zeigt die abgerollte Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels für die Ausbildung der magnetischen Polsehuhe, wie sie anstelle der in Fig. 25 dargestellten Polschuhsegmente verwendet werden können. Jeder der Polsehuhe 107_A, 108_A, 107_ß und 108_ß ist dabei trapezförmig. Die kürzere Seite des trapezförmigen Nord-Polschuhs 107" liegt an der kürzeren Seite des trapezförmigen Süd-Polschuhs 108_B, und die längere Seite des trapezförmigen· Nord-Polschuhs 107_Ά liegt an der längeren Seite des trapezförmigen Süd-Polschuhs 1O8_. in entsprechender Weise liegt die kürzere Seite des trapezförmigen Nord-Polschuhs 107_ an der kürzeren Seite des trapezförmigen Süd-Polschuhs 108g, und die längere Seite des trapezförmigen Nord-Polschuhs 107_R liegt an der längeren Seite des trapezförmigen Süd-Polschuhs 108 . Aufgrund der Ausbildung der jeweiligen, in Fig. 29A dargestellten Magnet-Polschuhe ändert sich der Verlauf oder die Wellenform des magnetischen Kraftflusses entlang unterschiedlicher Wege. Beispielsweise ist der Magnetflußverlauf entlang des Weges c in Fig. 29A als gestrichelte Kurve c in Fig. 29B dargestellt. Der Verlauf des Magnetkraftflusses entlang des Weges d in Fig. 29A ist in Fig. 29D als ausgezogene

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Kurve d dargestellt. Wenn die Achse des Motors, in dem die in Fig. 29A gezeigten Magnet-Polschuhe den Läufer bilden, senkrecht auf den Wegen bzw. Geraden c und d steht, ist der Verlauf des zusammengesetzten Magnetflusses, der die Ständerwicklungen durchsetzt, proportional der Summe des Kraftflußverlaufes, der als die Kurve c und d in Fig. 29B dargestellt ist. Der zusammengesetzte Magnetkraftflußverlauf weist also die in Fig. 29C dargestellte Sägezahnform auf. Das zusammengesetzte Drehmoment, das auf den in Fig. 29A dargestellten Läufer 101 einwirkt, weist also den in Fig. 27D dargestellten Verlauf auf.

Fig. 3OA gibt eine weitere Abwandlung der Pemanentmagnet-Polschuhe wieder, wie sie anstelle der in Fig. dargestellten Polschuhe verwendet werden können. Jeder Nord- und Spd-Polschuh 107 , 107 , 108 und 108 ist

XT. ΰ .c"V D

trapezförmig. Zusätzliche Polschuhe 107 ',108', 107 ' und ΤΟδ^¹ sind dreieckig. Die längere senkrechte Seite jedes trapezförmigen Polschuhs ist doppelt so lang wie die andere senkrechte Seite desselben. Wie Fig. 3OA zeigt, ändert der Magnetkraftfluß an dem kürzeren übergang zwischen beispielsweise dem Nord-Polschuh 107 und dem Süd-Polschuh 108 die Polarität. Zu diesem übergang bzw. zu dieser Grenze ist die Grenze ausgebildet, die zwisehen den dreieckigen zusätzlichen Polschuhen 107 '- und 108-' liegt. Der durch diese zusätzlichen Polschuhe erzeugte Magnetfluß ändert seine Polarität in der umgekehrten Richtung. An der Grenze zwischen dem Nord-Polschuh 107_n und dem Süd-Polschuh 108_n geht der Magnetfluß also praktisch auf Null zurück. An der Grenze zwischen dem Nord-Polschuh 107 und dem Süd-Polschuh 108 ändert sich

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der Magnetfluß mit maximaler Nord-Polarität in einen Magnetfluß mit maximaler Süd-Polarität. An der Grenze zwischen dem Süd-Polschuh 108_ und dem Nord-Polschuh 107 geht der .Magnetkraftfluß im wesentlichen auf Null zurück. Der Verlauf des magnetischen Kraftflusses bei der in Fig. 3ΌΑ dargestellten Polstruktur weist also eine Sägezahnform der in Fig. 27A dargestellten Art auf. Infolgedessen besitzt das zusammengesetzte Drehmoment, das am Läufer 110 angreift, die in Fig. 27D dargestellte Form.

An der oberen und unteren Kante des in Flg. 30Ά dargestellten Läufers 101 ändert sich die Polarität des Magnnetflusses in Irtervallen von einem elektrischen Winkel von 180°. Ein Hall-Generator kann also als Lageabfühlelement verwendet werden, um die Magnetfluß-Polaritätsänderungen festzustellen und um die Umschaltung des Erregerstroms für die Stähderwicklungen zu steuern.

Fig. 3OB zeigt eine weitere Ausführungsform der Magnet-Polschuhe, die zur Erzeugung eines Magnetflußverlaufes mit Sägezahnform verwendet werden können. Jeder Polschuh ist dreieckförmig, wobei die Hypotenuse des Polschuhs 108_Ä über der Hypotenuse des Nord-Polschuhs 107* liegt. Die kürzere Seite des dreieckigen Polschuhs 107' liegt an der kürzeren Seite des dreieckigen Polschuhs 108„, und die Hypotenus des letztgenannten Polschuhs 108 liegt über der Hypotenuse des dreieckigen Nord-Polschuhs 107_B. Der Magnetfluß, der von den jeweiligen rechteckigen Polschuhen erzeugt wird, nimmt von einem maximalen Wert mit Süd-Polarität an der links liegenden Kante des Süd-Polschuhs 108_& auf im wesentliehen Null an der Grenze zwischen dem Süd-Polschuh 108

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und dem Noxd-Polschuh 107- ab. Dann kehrt sich die Polarität des Magnetflusses um und steigt allmählich bis zur rechten Kante des Nord-Polschuhs 107, an. An diesem Punkt ändert sich die Magnetflußintensität von einem Maximalwert mit Mord-Polarität in einen Maximalwert mit Süd-Polarität. Der Magnetfluß nimmt dann in seiner Intensität bis zur Grenze zwischen dem Süd-Polschuh 108_n und dem Nord-Polschuh 107 im wesentlichen auf Null ab. Der Magnetfluß steigt also mit Nord-Polarität an. Infolgedessen besitzt der erzeugte Magnetfluß eine Sägezahnform, und das zusammengesetzte Drehmoment, das am Läufer 101 angreift, wiest die in Fig. 27D dargestellte Form auf.

Die in den Fig. 25 und 27A dargestellte Läufer-Anordnung ist in einem Motor des sogenannten Typs mit radialem Luftspalt enthalten. Eine entsprechende Anordnung für einen Motor mit axialem Luftspalt ist in Fig. 31 dargestellt. Der Nord-Polschuh 107, besteht in diesem Falle aus plattenförmigen Polschuh-Segementen 107_Ä , 107 und 107 _r die beispielsweise aus einem Metall der seltenen Erden, Ferrit bzw. Magnetgummi oder Magnetkautschuk hergestellt sind. Der Süd-Polschuh 108 besteht aus plattenförmigen PolschuhSegmenten 108 ?108_a und 108_{Λ r} die aus einem Metall der seltenen Erden, aus Ferrit bzw. aus einem magnetischen Gummi bestehen. Die übrigen Polschuhe 107

und 108 sind in der entsprechenden Weise ausgebildet.

Auf diese Weise erhält der Magnetfluß in einem Rotationsweg um die Motorachse herum einen sägezahnförmigen Verlauf.

Eine weitere Ausführungsform einer Läuferausbildung für einen Motor mit axialem Luftspalt ist in Fig. 31B dargestellt. Die jeweiligen Nord- und Süd-Polschuhe 107 , 10 7_ß

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und 108. 108 sind so geformt, daß sich die Breite jedes Polschuhes bei jeder Winkellage eines Rotationsweges um die Motorachse herum ändert. Jeder Polschuh ist etwa komma-förmig. Diese Struktur erzeugt einen sägezahnförmigen magnetischen Kraftflußverlauf.

Die vorliegende Erfindung wurde anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen erläutert. Dem Fachmanne sind jedoch zahlreiche Abwandlungen und Ausgestaltungen sowohl in der Form sowie auch in den Einzelheiten möglich, ohne daß dadurch der Erfindungsgedanke verlassen wird. Als Beispiel wurde eine Läuferanordnung des Gleichstrommotors beschrieben, bei dem der Läufer ein Außenläufer ist. Gewünschtenfalls kann die vorliegende Erfindung auch in gleicher Weise bei einem Motor mit Innenläufer verwendet werden. Die Permanentmagnet-Polschuhe oder -teile können erforderlichen- oder gewünschtenfalls auch die Ständeranordnung bilden, und der Läufer des Gleichstrommotors kann mit erregbaren Wicklungen oder Spulen versehen sein. Bei einem solchen Motor können Bürsten vorgesehen werden. Gemaß anderen Ausführungsformen können bei dem in den Fig. 31A und 31B dargestellten Läufer eines Motors mit axialem Luftspalt Wicklungen verwendet werden, die toroidal auf einem Ringkern beispielsweise in der in den Fig. 9 und 11 dargestellten Weise gewickelt sind.

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Leerseite

Claims (41)

1. MÜLLER - STEiNMEiSTER

   TER MEER - MÜLLER - STEiNMEiSTE

   D-UOOO München 22 D-»löOQ Bielefeld

   TriitstiVißo 4 Siekorwall 7

   S78P12 8. April 1978

   SONY CORPORATION
   7-35, Kitashinagawa 6-chome, Shlnagawa-ku, Tokyo, Japan

   Gleichstrommotor

   Prioritäten: 8. April 1977, Japan, No. 40565/1977 18. Juni 1977, Japan, No. 72689/1977 20. Februar 1978, Japan, No. 18274/1978

   Patentansprüche

   / 1. !Gleichstrommotor mit einem sich um eine Achse drehenden ^—Läufer, wenigstens zwei Wicklungen, durch die zur Erregung Strom fließt, und die jeweils einen ersten Stroiri'-wegbereich, durch den Strom in einer ersten Richtung fließt, und einen zweiten Stromwegbereich, durch den Strom in einer zweiten, der ersten Richtung entgegengesetzten Richtung fließt, aufweisen, Magnetflußerzeugungseinrichtungen, die wenigstens zwei auf einem Kreisbogen angeordnete Magnetpole zur Erzeugung eines magneti-

   1ο sehen Flusses mit wechselnder Polarität des Magnetfeldes auf einem Umlaufweg um die Achse herum aufweisen, sowie

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   ORIGINAL INSPECTED

   ILI? Ml LIi -MDLLtN ■ SiLINMLI¹OiLR S78P12

   Einrichtungen, die die Wicklungen abwechselnd erregen, dadurch gekennzeich.net , daß der magnetische Fluß jede Wicklung (11o, 111) derart durchsetzt, daß ein Drehmoment mit vorgegebener Richtung über einen Bereich mit einem elektrischen Winkel hinweg, der größer als 180° ist, erzeugt wird, wenn eine Wicklung (11o, 111) über einen elektrischen Winkelbereich von 360° hinweg erregtwird, und daß die Einrichtungen (115, 116a, 116b, 117a, 117b) zum abwechselnden Erregen der Wicklungen diese abwechselnd erregen, so daß durch jede erregte Wicklung (11o, 111) Strom während eines Zeitraumes fließt, der im wesentlichen einem elektrischen Winkel von 18o° entspricht, wenn die erregte Wicklung (11o, 111) sich innerhalb dieses Drehmomentbereichs mit vorgegebener Richtung befindet.
2. 2. Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß ein Ringkern (109) vorgesehen ist, daß jede Wicklung (110, 111) toroidal auf den Ringkern (109) gewickelt ist und diese mit einem elektrischen ' Winkel von 18o° voneinander beabstandet sind, und daß eine magnetische Polarität des durch wenigstens ein Polpaar (107, 108) erzeugten Magnetflusses bezüglich der anderen Polarität des Polpaares (1o7, 1o8) asymmetrisch ist.
3. 3. Gleichstrommotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Ringkern (109) und wenigstens zwei Magnetpole (107, 108) konzentrisch um die Achse angeordnet sind, und daß sich der erste Stromwegbereich in axialer Richtung erstreckt und von den Mangnepolen radial beabstandet ist.

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   Mr:m -mülllr · stunmcibk r S78P12
4. 4. Gleichstrommotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Ringkern (109) und wenigstens zwei Magnetpole (1o7, 1o9) konzentrisch um die Achse angeordnet sind, und daß sich der erste Stromwegbereich in radialer Richtung erstreckt und von den Magnetpolen axial beabstandet ist.
5. 5. Gleichstrommotor nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß einer der Magnetpole (107) eines Magnetpolpaares bezüglich der Achse eine kreisbogenmäßige Abmessung aufweist, die größer als ein elektrischer Winkel von 180° ist, und daß der andere Magnetpol dieses Magnetpolpaares oder Pluspolpaares eine Kreisbogenabmessung aufweist, die kleiner als ein elektrischer Winkel von 180° ist.
6. 6. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens ein Polpaar (107, 108) eine erste Gruppe von Magnetpolen und die Magnetfluß-Erzeugungseinrichtungen eine weitere Gruppe von Magnetpolen (107¹, 108') bilden, die zu dem einen Magnetpolpaar (107, 108) konzentrisch angeordnet ist, und daß die weitere Gruppe von Magnetpolen (107¹, 108") wenigstens eine Gruppe von Magnetpolen (107', 108') aufweist, die dem zweiten Stromwegbereich jeder Wicklung (110, 111) zugewandt und von diesem Bereich beabstandet ist.
7. 7. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzei-chnet , daß einer der Magnetpole in einem Magnetpolpaar in der weiteren Gruppe von Magnetpolen (107', 108') dieselbe magnetische Polarität wie ein Magnetpol im Magnetpolpaar der ersten Gruppe von Magnetpolen (107, 108) aufweist und zu diesem ausgerichtet ist.

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   MCIiR · MÜLLER · STtZINMtIISTLR S78P1

   -A-
8. 8. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß einer der Magnetpole des Magnetpolpaares (107, 108) einen ersten einen magnetischen Weg bildender Teil (121) und der andere Pol des Magnetpolpaares(107, 108) einen zweiten einen magnetischen Weg bildenden Teil (122) aufweist, daß das erste und zweite Teil dem ersten Stromwegbereich jeder Wicklung (11o, 111) zugewandt ist und daß weiterhin ein Permanentmagnet (120) in magnetischem Kontakt mit dem ersten und zweiten Teil (121, 122) steht, wobei von dem Permanentmagneten (12o) der Magnetfluß bereitgestellt wird.
9. - Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Kreisbogenabmessung des einen Magnetpols (107) in einem Magnetpolpaar sich innerhalb eines elektrischen Winkelbereiches von 22o° bis 280° befindet.
10. 10. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß der elektrisehe Winkelbereich zwischen 24o° und 26o° liegt.
11. 11. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 1o, dadurch gekennzeichnet , daß jede Wicklung (11o, 111) bezüglich der Achse eine Kreisbogenabmessung aufweist, die kleiner als die Kreisbogenabmessung eines Poles ist.
12. 12. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet , daß der Gleichstrommotor ein bürstenloser Motor ist, daß der Läufer eine sich drehende Welle (106) aufweist und die Magnet-

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    flußerzeugungseinrichtungen (107, 108) an der Welle (106) befestigt sind und sich mit dieser drehen, und daß der Ständer wenigstens die beiden Wicklungen (11o, 111) aufweist.
13. 13. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtungen (115, 116a, 116b, 117a, 117b) zur abwechselnden Erregung der Wicklungen (11o, 111) folgende Bauteile aufweisen: ein fest angeordnetes Abfühlelement (115), das die Drehlage des Läufers (101) abfühlt, ein erstes Schaltelement (117a), das mit einer der beiden Wicklungen (11o, 111) elektrisch verbunden ist, ein zweites Schaltelement(117b), das mit der anderen der beiden Spulen (11o, 111) elektrisch verbunden ist, ein erstes Schaltungsteil (116a), das mit dem Abfühlelement (115) in Verbindung steht, das erste Schaltelement (117a) in den leitenden Zustand versetzt, wenn sich der Läufer (101) in einer vorgegebenen Lage befindet, und das erste Schaltelement (1o7a) in den nicht leitenden Zustand versetzt, wenn sich der Läufer (101) von der vorgegebenen Lage ab über einen elektrischen Winkel von 180° dreht, und einen zweiten Schaltungsteil (116b), der mit dem Abfühlelement (115) verbunden ist und das zweite Schaltelement (117b) bezüglich des ersten Schaltelementes (117a) in inverser Weise in den leitenden Zustand versetzt (Fig. 7A).
14. 14. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet , daß der erste Stromwegbereich(110a, 111a) und der zweite Stromweg-

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    bereich (11Ob, 111b) jeder Wicklung (11o, 111) auf im wesentlichen derselben Zylinderfläche konzentrisch um die Achse angeordnet sind, und daß der erste und zweite Stromwegbereich voneinander in einem elektrischen Winkel beabstandet ist, der kleiner als 180° ist.
15. 15. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens ein Magnetpolpaar (107, 108) einen Nordpol und einen Südpol aufweist, die jeweils eine Kreisbogenabmessung aufweisen, die kleiner als ein elektrischer Winkel von 180° ist.
16. 16. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 15, gekennzeichnet durch zusätzliche Magnetpole (107b, 108b), die neben dem Nord- und dem Südpol (107a, ,107b) liegen, wobei die gesamte Kreisbogenabmessung des Nordpols, des Südpols und der zusätzlichen Pole gleich dem elektrischen Winkel von 360° ist.
17. 17. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet , daß die zusätzlichen Magnetpole einen neben dem Nordpol (107a) liegenden zusätzlichen Südpolschuh (108b) und einen neben dem Südpol (108a) liegenden zusätzlichen Nordpolschuh (107b) auf v/eisen, und daß die zusätzlichen Süd- und Nordpolschuhe Kreisbogenabmessungen aufweisen, die kleiner als die Kreisbogenabmessungen des Süd- bzw. Nordpoles sind.
18. 18. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet , daß die zusätz-

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    ER MEIER · MÜLLER ■ STEINMEISTER S78P12 j . . _ _ _ j·

    lichen Magnetpole (108b) neben dem Nordpol (107a) liegende, abwechselnde Süd- und Nordpolschuhe (108b, 108c) und neben dem Südpol (108a) liegende abwechselnde Nord- und Südpolschuhe (107b, 107c) aufweisen, und daß die jeweiligen abwechselnden Polschuhe Kreisbogenabmessungen aufweisen, die kleiner als die Kreisbogenabmessungen des jeweiligen Süd- bzw. Nordpols sind.
19. 19. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet , daß der Nord- und Südpol (107, 108) durch ein Luftspalt (130) getrennt sind, die gesamte Kreisbogenabmessung aus Nordpol , Südpol und Luftspalt gleich einem elektrischen Winkel von 36 0° ist, und daß die Intensität des die Wicklungen (110, 111) durchsetzenden Magnetflusses in der Nähe des Luftspalts kleiner ist.
20. 20. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet , daß ein einen magnetischen Weg bildendes Teil vorgesehen ist, das aus ferromagnetischem Material (134) besteht und den Nord- und den Südpol (107, 108) trennt, daß die gesamte Kreisbogenabmessung des Nordpoles, des Südpoles und des den magnetischen Weg bildenden Teils gleich einem elektrischen Winkel von 36 0° ist, und daß die Intensität des die Wicklungen (110, 111) durchsetzenden Magnetflusses in der Nähe des den magnetischen Weg bildenden Teils kleiner ist.
21. 21. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 2o, dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens ein Magnetpolpaar mit einem Nordpol (108) und einem Südpol (107) vorgesehen ist, wobei jeder Pol eine Kreis-

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    ll'R MEER · MÜLLER · STEINMEISTER S78P12

    bogenabmessung aufweist, die gleich dem elektrischen Winkel von 18o° ist, und daß die Magnetflußerzeugereinrichtungen die Intensität verringernde Ausbildungen (131, 132, 133) aufweisen, die die Intensität des die Wicklungen (11o, 111) durchsetzenden Magnetflusses in der Nähe des Polaritätsübergangs des Magnetflusses verringern.
22. 22. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet , daß die die Intensität vermindernden Ausbildungen (131, 132, 133) aus einem Ausschnitt (131) bestehen, der im Nordpol (107) und im Südpol (108) an einer Grenze derselben ausgebildet sind und der eine Kreisbogenabmessung aufweist, die kleiner als ein elektrischer Winkel von 180° ist.
23. 23. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet , daß die die Intensität vermindernden, Ausbildungen (131, 132, 133) aus einem magnetischen Abschirmteil (133) bestehen, der im Nordpolschuh und im Südpolschuh (107, 108) an einer Grenze derselben ausgebildet ist, und eine Kreisbogenabmessung aufweist, die kleiner als ein elektrischer Winkel von 180° ist.
24. 24. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 23,

    dadurch gekennzeichnet , daß die Magnetflußerzeugereinrichtungen eine einen magnetischen Weg bildende Vorrichtung (101) aufweisen, die das Magnetpolpaar (107, 108) im wesentlichen umgibt, und daß die die Intensität vermindernden Einrichtungen (131, 132,

    133) einen Ausschnitt (132) in der den Magnetweg bil-

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    den Vorrichtung ( 101) an der Grenze zwischen dem Nord- und dem Südpol aufweisen, wobei der Ausschnitt (132) eine Kreisbogenabmessung aufweist, die kleiner als eine elektrischer Winkel von 180° ist.
25. 25. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet , daß nur ein einziges Magnetpolpaar (107, 108) vorgesehen ist.
26. 26. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet , daß mehrere Magnetpolpaare (107a, 108a, 107b, 108b) vorgesehen sind, und daß die Anzahl der Wicklungen (110A, 110B, 111A, 111B) gleich der Anzahl der Magnetpole ist, wobei die Wicklungen bezüglich der Achse symmetrisch angeordnet sind.
27. 27. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet , daß die Magnetflußerzeugereinrichtungen einen um die Achse konzentrisch angeordneten,anisotropen Magneten (135) aufweisen, der mehrere Magnetpolpaare besitzt, und bei dem die Magnetisierungsstärke zwischen benachbarten Paaren bezüglich der Magnetisierungspaare zwischen den Magnetpolen in diesem Paar verringert ist.
28. 28. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet , daß der erste und zweite Stromwegbereich (110a, 111a, 11 ob, 111b) jeder Wicklung (11o, 111) voneinander in einem elektrischen Winkel θ beabstandet sind, wobei θ = 360° χ m + °C ist, m eine positive ganze Zahl ist, und ⁰^ kleiner als ein elektrischer Winkel von 180° ist.

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29. 29. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet , daß der erste und zweite Stromwegbereich (110a, 110b, 111ä, 111b) jeder Wicklung (110, 111) voneinander durch einen

    elektrischen Winkel ß beabstandet sind, wobei

    ß = 360° - _ist^ _{m eine positive ganze Zahl}

    ist, cf- kleiner als ein elektrischer Winkel von 180° ist, und η die Zahl der Magnetpolpaare (107a, 107b, 108a, 108b) ist.
30. 30. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet , daß jeder
    Magnetpol (107, 108) einen Magnetfluß mit sich stetig ändernder Intensität derart erzeugt, daß der erzeugte Magnetfluß mit wechselnder Polarität des Magnetfeldes im Umfangsweg um die Achse des Motors herum einen Sägezahnverlauf aufweist.
31. 31. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 30, dadurch gekennzeichnet , daß jeder Magnetpol aus mehreren magnetischen Elementen (107Ax, 107Ay, 107Az, 108Ax, 108Ay, 108Az, usw.) unterschiedlichen Materials besteht, die jeweils einen Magnetfluß mit fortschreitend abnehmender Intensität erzeugen.
32. 32. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 31, dadurch gekennzeichnet , daß jeder Magnetpol (107, 108) aus mehreren magnetischen Elementen gebildet ist, die in einem fortschreitend zunehmenden Maß von der Zylinderfläche beabstandet sind, auf der sich die Wicklungen (110, 111) befinden.

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33. 33. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 32, dadurch gekennzeichnet , daß jeder Magnetpol (107, 108) aus einem magnetischen Element (107A, 107B, 108A, 108B) gebildet wird, dessen Oberfläche in fortschreitend zunehmendem Maße von der Zylinderfläche beabstandet ist, auf der sich die Wicklungen befinden.
34. 34. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 33, dadurch gekennzeichnet , daß jedes Magnetpolpaar aus einem Nordpolschuh(107A, 107B) und einem Südpolschuh (108A, 108B) bestehen, wobei diese Polschuhe bei einer Abwicklung trapezförmig sind.
35. 35. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 34, gekennzeichnet durch einen neben dem trapezförmigen Nordpolschuh ( 107A, 107B) liegenden dreieckigen, zusätzlichen Südpolschuh (108A¹, 108B¹), und einem neben dem trapezförmigen Südpolschuh (108A, 108B) liegenden dreieckigen, zusätzlichen Nordpolschuh (107A¹, 107B¹)/ wobei die zusätzlichen Polschuhe eben- · falls nebeneinander liegen.
36. 36. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 35, dadurch gekennzeichnet , daß jedes Magnetpolpaar einen neben einem dreieckigen Südpolschuh (108A, 108B) liegenden dreieckigen Nordpolschuh (107A, 107B) aufweist.
37. 37. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 36, dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens zwei Magnetpolpaare (107Ax, 107Ay, 107Az, 107Bx, 107By, 107Bz, 108Ax, 108Ay, 108Az, 108Bx, 108By, 108Bz,107A,107B, 108a, 10 8b) von den Wicklungen (110, 111) axial beab-

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    standet sind, und daß jedes Magnetpolpaar magnetisierte Nord- und Südpolflächen aufweist, die dem ersten und zweiten Stromwegbereich zugewandt sind und sich in einem Umfangsweg um die Achse des Motors ändern.
38. 38. Bürstenloser Gleichstrommotor mit einem Läufer und einem Ständer, bei dem der Ständer einen um eine Achse angeordneten Kern mit wenigstens zwei um den Kern angeordnete Wicklungen aufweist, die jeweils einen ersten Stromwegbereich, durch den der Strom in einer ersten Richtung fließt, sowie einen zweiten Stromwegbereich, durch den der Strom in einer zweiten, entgegengesetzten Richtung fließt ,besitzt, und bei dem der Läufer Magnetflußerzeugereinrichtungen mit wenigstens einem Magnetpolpaar, das um die Achse herum kreisförmig angeordnet ist und einen Magnetfluß mit abwechselnder Nord- und Südpolarität in einem Umfangsweg um die Achse herum erzeugt, sowie Einrichtungen zur Erregung der jeweiligen Wicklung aufweist, dadurch g'ekennzeichnet , daß die Wicklungen (110, 111) toroidal auf den Kern

    (109) gewickelt sind, der erste S-tromwegbereich mehr an der Achse (106) als der zweite Stromwegbereich liegt, der magnetische Kraftflußverlauf von einem Pol in einem Polpaar (107, 108) sich über einen elektrischen Winkel erstreckt, der größer als 180° ist, der magnetische Kraftflußverlauf vom anderen Paar des Polpaares (107,

    108) sich über einen elektrischen Winkel erstreckt, der kleiner als 180° ist, und die Einrichtungen (115, 116a, 116b, 117a, 117b) zur Erregung der Wicklungen die entsprechende Wicklung (110, 111) während eines Zeitraumes erregen, der im wesentlichen gleich einem elektrischen Winkel von 180° ist, wobei sich diese Wicklung (110, 111) innerhalb des magnetischen Kraft-

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    flusses von dem einen FoI befindet.
39. 39. Kraftstrommotor nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet , daß sich einer der Pole des Polpaares (107, 108) über einen elektrischen Winkel von etwa 270° und sich der andere Pol des Polpaares (107, 108) über einen elektrischen Winkel von etwa 90° erstreckt, und daß die Einrichtungen(115, 116a, 116b, 117a, 117b), die die Wicklungen (110, 111) erregen, eine der Wicklungen (110, 111) während eines Zeitraumes erregen, der im wesentlichen gleich einem elektrischen Winkel von 24o° ist, und die andere Wicklung während eines Zeitraumes erregen, der im wesentlichen gleich einem elektrischen Winkel von 120° ist.
40. 40. Bürstenloser Gleichstrommotor mit einem Läufer und einem Ständer, bei dem der Ständer wenigstens zwei Spulen aufweist, die jeweils einen ersten Stromwegbereich in axialer Richtung, durch den der Strom in einer ersten Richtung fließt, sowie einen zweiten Stromwegbereich in der axialen Richtung, durch den der Strom in einer zweiten, entgegengesetzten Richtung fließt, besitzen, wobei sowohl der erste als auch der zweite Stromwegbereich auf im wesentlichen derselben Zylinderfläche konzentrisch um die Achse des Motors angeordnet ist, und bei dem der Läufer Magnetflußerzeugereinrichtungen mit wenigstens einem Magnetpolpaar, das kreisförmig um die Achse angeordnet ist und einen Magnetfluß mit sich gleichförmig wechselnder Nord- und Südpolarität in einem Umfangsweg um die Achse erzeugt, sowie Einrichtungen zum Erregen der Wicklungen aufweist, dadurch gekennzeichnet , daß der erste und zweite Stromwegebereich (110a, 110b,

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    111a, 111b) voneinander mit einem elektrischen Winkel beabstandet sind, der kleiner -als 180° ist, daß der Motor weiterhin Einrichtungen (107b, 108b, 130, 131, 132, 133, 134, 135) aufweist, die einen Teil des Magnetflusses abwandeln, um die Gleichförmigkeit des Magnetflusses über einen vorgegebenen elektrischen Winkel, der kleiner als 180° ist, zu verändern, wenn die Polarität des Magnetflusses sich in einer Richtung ändert, und daß die Erregereinrichtungen (115, 116a, 116b, 117a, 117b) die jeweilige Wicklung (110, 111) während eines Zeitraumes erregen, der im wesentlichen gleich einem elektrischen Winkel von 180° ist, und der beginnt, wenn die Wicklung vom abgeänderten Teil des Magnetflusses durchsetzt ist.
41. 41. Bürstenloser Gleichstrommotor mit einem sich um eine Achse drehenden Läufer und einem Ständer, bei dem der Ständer wenigstens zwei Wicklungspaare besitzt, wobei die Wicklungen in einem Wicklungspaar in Reihe geschaltet sind und jede Wicklung einen ersten Stomwegbereich, durch den Strom in einer ersten Richtung fließt, sowie einen zweiten Wicklungsbereich, durch den Strom in einer zweiten, entgegengesetzten Richtung fließt, besitzt, und bei dem der Läufer Magnetflußerzeugereinrichtungen mit wenigstens zwei Magnetpol— paaren, die um die Achse kreisförmig angeordnet sind und einen Magnetfluß mit wechselnder Nord- und Südpolarität erzeugen, sowie Erregereinrichtungen aufweist, die die jeweilige Wicklung erregen, dadurch gekennzeichnet , daß der erste und zweite Stromwegbereich (110a, 110b, 111a, 111b) voneinander auf einem Kreisbogen um die Achse mit einem elektrischen Winkel voneinander beabstandet sind, der kleiner

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    als 180° ist, daß der Magnetfluß eine Intensität mit einem Sägezahnverlauf aufweist, der sich über einen elektrischen Winkel von 360° erstreckt, und daß die Erregereinrichtungen (115, 116a, 116b, 117a, 117b) die jeweilige Wicklung während eines Zeitraumes erregen, der im wesentlichen gleich einem elektrischen Winkel von 180° ist und beginnt, wenn die Wicklung mit einem vorgegebenen Teil des sägezahnförmigen Magnetflusses durchsetzt ist.

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