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Die Erfindung betrifft einen kommutatorlosen Elektromotor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Aus der US-PS 39 88 654 ist ein derartiger kommutatorloser Elektromotor bekannt, dessen am Läufer angebrachter Permanentmagnet einen mit der Ankerwicklung in Wechselwirkung tretenden Hauptmagnetpole-Abschnitt sowie einen in axialem Abstand vom Hauptmagnetpol-Abschnitt angeordneten separaten Hilfsmagnetpol-Abschnitt aufweist. In radialem Abstand zum Hilfsmagnetpol-Abschnitt sind mehrere Hallgeneratoren angeordnet, deren axialer Abstand zum Hauptmagnetpol- Abschnitt derart groß gewählt ist, daß sie lediglich auf das Magnetfeld des Hilfsmagnetpol-Abschnitts ansprechen, nicht aber auf das des Hauptmagnetpol-Abschnitts. Diese Konstruktion erfordert allerdings eine relativ große Baulänge des Läufers, so daß der bekannte Elektromotor entweder nicht kompakt aufbaubar oder aber sein maximales Drehmoment bei kürzerem Läufer aufgrund der dann verhältnismäßig geringen Axialerstreckung des Hauptmagnetpol-Abschnitts auf relativ niedrige Werte beschränkt ist. Desweiteren lassen sich mit dem bekannten Elektromotor auch die Kommutierungszeitpunkte nicht völlig exakt einhalten, da einerseits aufgrund des Streuflusses des Hilfsmagnetpol-Abschnitts nicht der in Fig. 6, unterer Kurvenzug, der US-PS 39 88 654 idealisiert gezeigte Magnetflußverlauf erreicht wird, sondern ein Verlauf auftritt, der im Bereich der Nullwerte schwach ansteigende bzw. fallende zeitveränderliche Charakteristik aufweist. Andererseits ist der Schwellenwert der Magnetflußdichte, bei dessen Überschreiten die Hallelemente einen Kommutierungsvorgang auslösen, von internen und externen Parametern wie etwa der Temperatur und dergleichen abhängig, so daß das Ansprechen der Hallelemente bei jeweils geringfügig unterschiedlichen Winkelstellungen des Läufers erfolgen kann. Derartige Veränderungen der jeweiligen Kommutierungszeitpunkte können zu einer Drehmoment-Welligkeit führen.
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Weiterhin ist aus der DE-OS 28 15 217 ein kommutatorloser Elektromotor beschrieben, dessen am Läufer angebrachter Permanentmagnet gleichfalls einen Hauptmagnetpol-Abschnitt sowie einen Hilfsmagnetpol-Abschnitt aufweist. Der Hilfsmagnetpol-Abschnitt ist als separates ringförmiges Bauteil ausgebildet, das am Hauptmagnetpol-Abschnitt angeordnet und in Axialrichtung magnetisiert ist. Das Magnetfeld des ringförmigen Hilfsmagnetpol-Abschnitts wirkt auf einen einzelnen Hallgenerator ein, der in axialem Abstand zum ringförmigen Hilfsmagnetpol-Abschnitt angeordnet ist. Bei dieser Ausgestaltung des Elektromotors treten die zuvor an Hand der US-PS 39 88 654 bereits erläuterten Nachteile hinsichtlich größeren Raumbedarfs bzw. verhältnismäßig geringen maximalen Drehmoments in gleicher Weise auf.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen kollektorlosen Elektromotor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart auszugestalten, daß ohne Beeinträchtigung der Kompaktheit bzw. des maximalen Drehmoments eine deutliche Verringerung der Drehmoment-Welligkeit erzielbar ist.
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Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Bei dem erfindungsgemäßen Elektromotor erstrecken sich somit die Hauptmagnetpole über die gesamte Länge des Permanentmagneten, womit erreicht wird, daß einerseits bei kurzer Baulänge ein starkes Läufer-Magnetfeld mit entsprechend hohem maximalen Drehmoment ausgebildet wird, während andererseits das von den Hauptmagnetpolen erzeugte Magnetfeld mit dem Magnetfeld der axial orientierten, gewissermaßen in die Hauptmagnetpole integrierten Hilfsmagnetpole im Bereich der Hallgeneratoren zusammenwirkt. Da die Magnetisierung der Hilfsmagnetpole auf einen Umfangswinkel von höchstens π/2 rad el begrenzt ist, ergibt sich ein resultierender Magnetfluß mit trapezförmigem Verlauf, wie er in der anliegenden Fig. 5, Kurvenzug C, gezeigt ist. Dieser trapezförmige Magnetflußverlauf zeigt gemäß Fig. 5 zum einen keine Unstetigkeiten und besitzt zum anderen große Amplitude, so daß die eine Kommutierung auslösenden Magnetflußdichten stets zu im wesentlichen gleichen Zeitpunkten erreicht werden, so daß eine exakte Kommutierung mit entsprechend verringerter Drehmoment-Welligkeit sichergestellt ist.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Der erfindungsgemäß erzielbare trapezförmige Magnetflußverlauf bewirkt insbesondere bei Verschaltung der Hallgeneratoren mit einem Differenzverstärker zur Steuerung der Wicklungsbestromung, wie dies im Patentanspruch 3 angegeben ist, in einfacher Weise eine exakte Einhaltung der Kommutierungszeitpunkte und damit eine sehr geringe Drehmoment-Welligkeit.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels in Gegenüberstellung mit einer herkömmlichen Ausführungsform und unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
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Fig. 1 eine schematische Ansicht eines herkömmlichen kommutatorlosen Elektromotors, gesehen von einer Seite seiner Drehwelle,
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Fig. 2 eine Darstellung einer Schaltung für den Elektromotor nach Fig. 1,
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Fig. 3A ein Diagramm, das die Ausgangsspannungen von Hallgeneratoren in der Schaltung nach Fig. 2 zeigt,
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Fig. 3B ein Diagramm, das über die Ankerwicklungen der Schaltung nach Fig. 2 fließende elektrische Ströme zeigt,
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Fig. 4 eine Darstellung des Falls, daß die Ausgangsspannung eines der Hallgeneratoren bei dem herkömmlichen Motor größer als die des anderen Hallgenerators wird,
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Fig. 5 eine Darstellung, die den Unterschied zwischen der Magnetflußdichte in der Umgebung der Hauptmagnetpole des Läufers und der Magnetflußdichte in der Umgebung der Stirnfläche der Läufermagneten zeigt,
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Fig. 6 eine Teilschnitt-Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen kommutatorlosen Elektromotors,
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Fig. 7A eine Aufsicht auf Läufermagneten, die den Läufer bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 bilden,
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Fig. 7B eine Schnitt-Seitenansicht der Läufermagneten, die den Läufer gemäß den Fig. 6 und 7A bilden, und zwar längs der Linie VIIB-VIIB,
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Fig. 8 eine Darstellung, die die Magnetflußdichte- Verteilung in der Umgebung einer Stirnfläche eines zylindrischen Läufers mit Hilfsmagnetpolen veranschaulicht, deren Magnetisierungsbereich- Winkel kleiner als ein elektrischer Winkel von π/8 rad ist,
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Fig. 9 eine Darstellung, die den Fall veranschaulicht, daß bei dem Ausführungsbeispiel die Ausgangsspannung eines der Hallgeneratoren größer als die des anderen Hallgenerators wird,
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Fig. 10A eine Darstellung der Kurvenformen der Ausgangsspannungen der Hallgeneratoren bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 und
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Fig. 10B eine Darstellung der Kurvenformen der über die Ankerwicklungen des Elektromotors gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 fließenden Ströme.
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Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht eines herkömmlichen kommutatorlosen Elektromotors, gesehen von einer Seite seiner Drehwelle. 1 a, 1 b, 1 c und 1 d bezeichnen 4-Phasen-Ankerwicklungen, die einen Ständer bilden, wobei die jeweiligen Wicklungen hinsichtlich des elektrischen Winkels voneinander in einem Abstand von π/2 stehen. 2 a, 2b, 2 c und 2 d bezeichnen 4-Pol-Hauptmagnetpole von Drehantriebsmagneten, die den Läufer bilden, wobei die N- und S-Pole der Magneten in Umfangsrichtung abwechselnd angeordnet sind und die Achse, die durch den N-Pol und den S-Pol eines jeweiligen Magneten verläuft, in der Radialrichtung des Läufers verläuft. HG 1 und HG 2 bezeichnen Hallgeneratoren, die als Drehstellungs-Erfassungselemente wirken, welche die Drehstellung der den Läufer bildenden vierpoligen Magnete ermitteln, wobei die Hallgeneratoren in einem Abstand eines elektrischen Winkels von π/2 angeordnet sind.
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Fig. 2 zeigt die Schaltung des Elektromotors gemäß Fig. 1. Der Schaltung gemäß Fig. 2 kann nicht nur für den herkömmlichen Motor nach Fig. 1, sondern auch für den Motor gemäß dem später beschriebenen Ausführungsbeispiel verwendet werden. Transistoren X 1, X 2, X 3 und X 4 haben einen gemeinsamen Emitteranschluß, während ihre Basen jeweils an Ausgangsanschlüsse a, b, c und d der Hallgeneratoren HG 1 und HG 2 so angeschlossen sind, daß die vier Transistoren X 1, X 2, X 3 und X 4 einen Differenzverstärker mit vier Eingängen bilden. VR 1 bezeichnet einen veränderbaren Widerstand für den Ausgleich der Gleichstrompotentiale an den Ausgangsanschlüssen der Hallgeneratoren HG 1 und HG 2. Der Widerstand VR 1 ist so eingestellt, daß die Gleichstrompotentiale an den Ausgangsanschlüssen der Hallgeneratoren gleich groß sind, wenn auf die beiden Hallgeneratoren HG 1 und HG 2 kein Magnetfeld wirkt.
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Die Hallgeneratoren HG 1 und HG 2 entwickeln an ihren Ausgangsspannungs-Anschlüssen a, b, c und d Ausgangsspannungen entsprechend dem Magnetfluß der Magnetpole 2 a, 2 b, 2 c und 2 d, die den Läufer bilden. Fig. 3A zeigt die Kurvenformen der Ausgangsspannungen an den Ausgangsanschlüssen a, b, c und d der Hallgeneratoren HG 1 und HG 2.
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An den Ausgangsanschlüssen a, b, c und d der Hallgeneratoren HG 1 und HG 2 werden Spannungen entwickelt, die sich in Übereinstimmung mit dem Umlauf der den Läufer bildenden Magneten verändern. Die Emitter-Kollektor-Strecke desjenigen der Transistoren X 1, X 2, X 3 oder X 4, an dem die niedrigste Spannung aus den Spannungen an den Anschlüssen a, b, c und d auftritt, wird leitend bzw. durchgeschaltet, während die übrigen Transistoren gesperrt werden. Ein von den zusammengeschalteten Emittern der Transistoren X 1, X 2, X 3 und X 4 her zugeführter Steuerstrom I fließt über den Kollektor des leitenden Transistors zur Basis eines entsprechenden Transistors aus Transistoren X 5, X 6, X 7 und X 8, so daß ein Strom, der dem mehrfachen des Basisstroms des Transistors entspricht, in die zugehörige Ankerwicklung 1 a, 1 b, 1 c oder 1 d fließt. Das dadurch erzeugte Magnetfeld wirkt an dem Magnetfeld der Magneten, die den Läufer bilden, so daß der Läufer ein Drehmoment erzeugt. Da sich die Ausgangsspannungen an den Ausgangsanschlüssen a, b, c und d der Hallgeneratoren HG 1 und HG 2 gemäß den Kurven 20 a, 20 b, 20 c und 20 d in Fig. 3A aufgrund der Drehung des Läufers, d. h. der Magneten verändern, werden die Ströme in den Ankerwicklungen 1 a, 1 b, 1 c und 1 d gemäß den Kurven 21 a, 21 b, 21 c und 21 d in Fig. 3B aufeinanderfolgend umgeschaltet, womit in dem Läufer ein kontinuierliches Drehmoment entsteht.
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Zur Erhöhung des Drehmoments des herkömmlichen gewöhnlichen kommutatorlosen Elektromotors, der in der vorstehend beschriebenen Weise arbeitet, ist es notwendig, daß der Magnetfluß Φ g der den Läufer bildenden Magneten hohe Intensität hat.
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Dieser Magnetfluß Φ g läßt sich wie folgt berechnen:
wobei Bg die Magnetflußdichte der Magneten des Läufers und A die wirksame Fläche bezeichnen.
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Das heißt, der Magnetfluß Φ g ist proportional zu der wirksamen Fläche, so daß eine Rechteck-Magnetisierung eine Anhebung des Drehmoments der Elektromotoren bewirkt.
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Bei den herkömmlichen kommutatorlosen Elektromotoren wird der zylindrische Permanentmagnet durch Magnetisierung in der Weise geformt, daß N- und S-Pole abwechselnd an seiner Innenseite in Umfangsrichtung angeordnet werden, um an seiner Innenseite in Umfangsrichtung eine rechteckwellenartige Magnetflußverteilung zu schaffen. Dabei wird der der Speisungszeitdauer entsprechende Flußwinkel des über die jeweiligen Ankerwicklungen fließenden Stroms in Abhängigkeit von der Spannungsdifferenz zwischen den Ausgangsspannungen der Hallgeneratoren bestimmt.
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Fig. 4 zeigt die Ausgangsspannungen an den Ausgangsanschlüssen a und b der Hallgeneratoren HG 1 und HG 2, wobei die Ausgangsspannungen mit 20 a bzw. 20 b bezeichnet sind. Ein Ort P ist der Schnittpunkt zwischen den Ausgangsspannungs-Kurven 20 a und 20 b und stellt einen Umschaltpunkt für die Umschaltung durch die Ankerwicklungen 1 a und 1 b fließenden Ströme dar. Da gemäß dieser Darstellung die Hallgeneratoren HG 1 und HG 2 Ausgangsspannungen in Abhängigkeit von dem Magnetfluß der Magnetpole erzeugen, deren Magnetisierung eine rechteckwellenförmige Magnetflußverteilung an der Innenseite des zylindrischen Läufers hervorruft, nehmen auch die Kurvenformen der Ausgangsspannungen der jeweiligen Hallgeneratoren HG 1 und HG 2 rechteckförmige Kurvenform an. Daher ist in der Umgebung des Schnittpunkts und der Ausgangsspannungs-Kurven die Neigung der Ausgangsspannungs-Kurvenform gering, so daß daher der Stromflußwinkel des Stroms durch die Ankerwicklungen aufgrund des Unterschieds zwischen den Ausgangsspannungen der beiden Hallgeneratoren HG 1 und HG 2, eines Fehlers bei der mechanischen Justierung der Hallgeneratoren oder Fehlerspannungen an dem auf die Ausgangsspannungen der Hallgeneratoren HG 1 und HG 2 ansprechenden Spannungsvergleichsteil fehlerhaft sein kann, was eine Drehmoment-Welligkeit, d. h. Schwankungen des Drehmoments des Läufers ergeben kann.
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Eine in Fig. 4 gestrichelt dargestellte Kurve 20 b&min; zeigt den Zustand, bei dem der Ausgangsanschluß b des Hallgenerators HG 2 eine höhere Ausgangsspannung als der Ausgangsanschluß a des Hallgenerators HG 1 hat. In diesem Fall wird der Schaltpunkt des über die Ankerwicklungen fließenden Stroms von P um R e auf P&min; verschoben.
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Die Ausgangsspannung jedes Hallgenerators HG 1 und HG 2, die als Hallspannung bezeichnet wird, ist durch die folgende Gleichung gegeben:
wobei VH die Hallspannung, KH eine Hallkonstante Bg die Flußdichte und IH den Eingangsstrom bezeichnen.
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Die Hallspannung ist somit proportional zur Flußdichte Bg des den Hallgenerator HG 1 oder HG 2 durchsetzenden Magnetflusses und zum Eingangsstrom IH des Hallgenerators.
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Fig. 5 zeigt die Magnetflußdichte-Verteilung der den Läufer bildenden Magneten und die Magnetflußdichte- Verteilung an der Fläche des Hallgenerators HG 1 oder HG 2, der diesen Magnetfluß aufnimmt. Mit A ist die Flußdichte in der Umgebung der Innenfläche der Magneten bezeichnet, die den zylindrischen Läufer bilden, während die Flußdichte in der Umgebung der Stirnseite der Permanentmagneten bezeichnet, an der die Hallgeneratoren angeordnet sind. Wie aus dieser Darstellung ersichtlich ist, ist die Magnetflußdichte in der Umgebung der Stirnfläche der Magneten, an der die Hallgeneratoren HG 1 und HG 2 angeordnet sind, geringer als diejenige in der Umgebung der Innenfläche der Magneten, die den Läufer bilden. Demgemäß sind bei den herkömmlichen Elektromotoren die Ausgangsspannungen der Hallgeneratoren HG 1 und HG 2 niedrig. Da bei Verwendung des Ankerstrom-Schaltkreises gemäß der Darstellung in Fig. 2 der Spannungsunterschied zwischen den Basisspannungen der Transistoren X 1, X 2, X 3 und X 4 wegen der geringen Ausgangsspannungen der Hallgeneratoren HG 1 und HG 2 klein ist, wird das Umschalten der Ankerströme verlangsamt bzw. verzögert, wodurch der Flußwinkel verbreitert wird. Dies kann zu einer Verschlechterung des Wirkungsgrads und zu einer Abweichung hinsichtlich des Schaltpunkts der Ankerströme führen.
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Daher werden bei dem herkömmlichen Elektromotor die Eingangsströme der Hallgeneratoren HG 1 und HG 2 gesteigert und so eingeregelt, daß die Ausgangsspannungen der Hallgeneratoren HG 1 und HG 2 nicht absinken. Hierin bestehen jedoch Probleme insofern, als der maximale Eingangsstrom der Hallgeneratoren HG 1 und HG 2 begrenzt ist und der Stromverbrauch der Hallgeneratoren ansteigt.
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Bei dem nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Elektromotors sind diese vorstehend genannten Unzulänglichkeiten behoben.
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Fig. 6 zeigt eine Darstellung des Aufbaus des kommutatorlosen Elektromotors gemäß dem Ausführungsbeispiel, während die Fig. 7A und 7B eine Draufsicht bzw. eine Schnitt-Seitenansicht von Magneten sind, die den zylindrischen Läufer des Motors gemäß Fig. 6 bilden, wobei die Gestaltung des Läufers das wesentliche Merkmal des Elektromotors darstellt.
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Bei diesen Darstellungen bezeichnet 3 einen mit einer Mehrphasen- Ankerwicklung versehenen Ständer, der an einem Ständerjoch 4 befestigt ist, das einen Lagerteil 4 a mit einer Drehwelle 5 in dessen Mitte hat. Die Drehwelle 5 ist drehbar mittels des Lagerteils 4 a gelagert, wobei an ihrer Oberseite ein Läufer-Außenjoch 6 befestigt ist, das die Form eines umgestülpten Bechers hat. An der Innenfläche des Läufer-Außenjochs 6 ist ein Läufer 7 aus zylindrischen Magneten mit einem vorgegebenen Zwischenraum zwischen seiner Innenfläche und der Außenfläche des Ständers 3 befestigt. Ein Läufer-Innenjoch 6&min; weist ebenfalls die Form eines umgestülpten Bechers auf und ist über seine Oberseite an der Drehwelle 5 mit einem vorgegebenen Zwischenraum zwischen seiner Außenfläche und der Innenfläche des Ständers 3 befestigt.
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Der Läufer 7 aus zylindrischen Permanentmagneten ist durch Magnetisierung in der Weise geformt, daß in der Umfangsrichtung N- und S-Pole abwechselnd angeordnet sind, während eine durch den N-Pol und den S-Pol eines jeweiligen Hauptmagnetpols 7 a, 7 b, 7 c und 7 d für den Drehantrieb laufende Achse sich radial von der Mittelachse des zylindrischen Läufers 7 weg erstreckt. Diese Anordnung der Magneten ist die gleiche wie bei dem vorangehend beschriebenen herkömmlichen Elektromotor; der bei dem Ausführungsbeispiel verwendete Läufer 7 unterscheidet sich von dem herkömmlichen Läufer darin, daß zusätzlich mehrere Hilfsmagnetpole 7 a&min;, 7 b&min;, 7 c&min; und 7 d&min; vorgesehen sind. Diese Hilfsmagnetpole 7 a&min;, 7 b&min;, 7 c&min; und 7 d&min; sind an einer Stirnseite des Läufers 7 (nämlich dem unteren Ende des Läufers 7 gemäß den Fig. 6 und 7B) durch teilweises Magnetisieren des Läufers 7 ausgebildet, der schon im Voraus zur Bildung der Hauptmagnetpole 7 a, 7 b, 7 c und 7 d magnetisiert wurde. Jeder der Hilfsmagnetpole 7 a&min;, 7 b&min;, 7 c&min; und 7 d&min; ist derart ausgerichtet, daß die durch den N-Pol und den S-Pol eines jeweiligen Magnetisierungsbereichs laufende Achse sich axial erstreckt (nämlich parallel zu der Mittelachse des Läufers 7). Der Magnetisierungsbereich-Winkel, der dem Bogenausmaß eines jeweiligen magnetisierten Bereichs entspricht, ist weitaus kleiner als der Magnetisierungsbereich-Winkel eines der Hauptmagnetpole 7 a, 7 b, 7 c und 7 d. Der Magnetisierungsbereich-Winkel ist auf einen Wert gewählt, der hinsichtlich des elektrischen Winkels annähernd zwischen π/2 und π/8 rad el liegt. Die Anzahl der Hauptmagnetpole 7 a, 7 b, 7 c und 7 d ist gleich der Anzahl der Hilfsmagnetpole 7 a&min;, 7 b&min;, 7 c&min; 7 d&min;. Wie aus der Fig. 7A ersichtlich ist, ist jeder der Hilfsmagnetpole 7 a&min;, 7 b&min;, 7 c&min; und 7 d&min; in der Mitte einer Stirnseite eines jeweiligen Hauptmagnetpols 7 a, 7 b, 7 c bzw. 7 d angeordnet.
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In Fig. 7A bezeichnet R M den Magnetisierungsbereich-Winkel der Hauptmagnetpole 7 a, 7 b, 7 c und 7 d, während R S den Magnetisierungsbereich-Winkel der genannten Hilfsmagnetpole darstellt.
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Der Magnetisierungsbereich-Winkel R S der Hilfsmagnetpole 7 a&min;, 7 b&min;, 7 c&min; und 7 d&min; ist kleiner als π/2 rad, da die Verbesserung der Drehmoment-Welligkeit gering wäre, wenn bzgl. des elektrischen Winkels der Magnetisierungsbereich-Winkel R S größer als π/2 wäre. Falls jedoch der Magnetisierungsbereich-Winkel kleiner als π/8 rad gewählt wird, wird gemäß der Darstellung in Fig. 8 die Magnetflußverteilung an der Stirnseite des zylindrischen Läufers 7 gestört. Diese Magnetflußdichte-Verteilung kommt dabei der Magnetflußdichte-Verteilung gemäß der Darstellung durch die Kurve C in Fig. 5 nahe, wenn die Magnetisierungskraft gesteigert wird. Da dann jedoch die Magnetflußdichte der Hauptmagnetpole 7 a bis 7 d für den Drehantrieb abnimmt, würde das Drehmoment abnehmen.
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Wenn die Magnetisierung der genannten Hilfsmagnetpole 7 a&min; bis 7 d&min; mit einem Magnetisierungsbereich-Winkel zwischen π/2 rad el und π/8 rad el ausgeführt wird, ergibt sich eine zufriedenstellende Magnetflußverteilung ohne Absenkung des Drehmoments.
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Die Magnetflußdichte-Verteilung in der Umgebung der Stirnseiten der Permanentmagneten mit den durch die Magnetisierung gebildeten Hilfsmagnetpolen 7 a&min; bis 7 d&min; ist mit der Kurve C in der Fig. 5 dargestellt. Vergleicht man diese Magnetflußdichte-Verteilung (Kurve C) mit der Magnetflußdichte-Verteilung (Kurve B) bei dem herkömmlichen Elektromotor, so ergibt sich, daß die maximale Magnetflußdichte bei der ersteren Verteilung mehr als doppelt so groß wie die letztgenannte Verteilung ist und die Form eines Trapezes besitzt.
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Fig. 9 zeigt eine Darstellung von Ausgangsspannungen 22 a und 22 b an den Ausgangsanschlüssen aund b der Hallgeneratoren HG 1 und HG 2 in dem Fall, daß der Läufer 7 mit den Hilfsmagnetpolen 7 a&min; bis 7 b&min; gemäß der vorangehenden Beschreibung verwendet wird und die in Fig. 2 dargestellte Schaltung angewandt wird. Falls in diesem Fall die Ausgangsspannung an dem Ausgangsanschluß b des Hallgenerators HG 2 größer als die Ausgangsspannung an dem Ausgangsanschluß a des anderen Hallgenerators HG 1 wird, wie es durch die Kurve 22 b&min; dargestellt ist, wird der Ankerstrom-Schaltpunkt von dem Ort Q um R e&min; zu dem Ort Q&min; versetzt. Diese Versetzung ist jedoch beträchtlich geringer als die Versetzung R e des Ankerstrom- Schaltpunkts bei dem herkömmlichen Motor (siehe Fig. 4). Damit ist eine beträchtliche Verbesserung erzielt.
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22 a, 22 b, 22 c und 22 d in Fig. 10A sind Kurvenformen von Ausgangsspannungen an den Ausgangsanschlüssen a, b, c und d der Hallgeneratoren HG 1 und HG 2, die bei dem Ausführungsbeispiel des Elektromotors an einen Ankerstrom-Schaltkreis wie denjenigen nach Fig. 2 angeschlossen sind, während 23 a, 23 b, 23 c und 23 d nach Fig. 10B Kurvenformen der Ankerströme sind. Bei diesen Darstellungen zeigen gestrichelte Linien Ausgangsspannungs-Kurvenformen für den Fall, daß die Ausgangsspannung eines Hallgenerators größer als diejenige des anderen ist, und die Kurvenformen der Ankerströme, deren Flußwinkel dementsprechend verändert ist. Da in einem derartigen Fall die Abweichung des Stromschaltpunkts des Ankerstroms bei dem Ausführungsbeispiel gering ist, wie es anhand der Fig. 9 beschrieben wurde, ist die Flußwinkel-Änderung der Ankerströme bei dem Ausführungsbeispiel geringer als diejenige bei dem vorangehend beschriebenen herkömmlichen Elektromotor, der durch Schwankungen der Ausgangsspannungen der Hallgeneratoren HG 1 und HG 2 beeinträchtigt ist.
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Daher ist ersichtlich, daß bei dem Ausführungsbeispiel die auf Flußwinkel-Änderungen der Ankerströme beruhende Drehmoment-Welligkeit beträchtlich verbessert werden kann.
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Ferner können Flußwinkel-Schwankungen der Ankerströme verbessert werden, die auf Fehler bei der mechanischen Justierung der Hallgeneratoren HG 1 und HG 2 und auf Fehlerspannungen in dem Vergleichsteil für die Ausgangsspannungen der Hallgeneratoren HG 1 und HG 2 beruhen (beispielsweise auf Änderungen der Basis-Emitter-Spannung V BE der Transistoren X 1 bis X 4 gemäß Fig. 2).
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Da darüber hinaus durch das Ausbilden der Hilfsmagnetpole 7 a&min; bis 7 d&min; die Magnetflußdichte an der Stirnseite des zylindrischen Läufers 7 auf einen Wert gesteigert werden kann, der annähernd doppelt so groß ist wie der Wert bei dem herkömmlichen Elektromotor, können die Eingangsströme der Hallgeneratoren HG 1 und HG 2 auf die Hälfte des Werts der Eingangsströme des herkömmlichen Elektromotor verringert werden, so daß es möglich ist, den Stromverbrauch zu senken.
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Der Läufer 7 bei dem Ausführungsbeispiel soll zwar in der Weise hergestellt werden, daß die Hauptmagnetpole 7 a bis 7 d und die Hilfsmagnetpole 7 a&min; bis 7 d&min; durch Magnetisieren eines isotropen Ferritmagneten geformt werden, jedoch kann auch ein anisotroper Ferritmagnet so verwendet werden, daß zwei anisotrope Achsen jeweils den sich radial erstreckenden Hauptmagnetpolen bzw. den sich axial erstreckenden Hilfsmagnetpolen entsprechen.
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Als Ausführungsbeispiele wurde ein kommutatorloser Vierphasen-Elektromotor mit Hallgeneratoren beschrieben; die vorstehend erläuterten Ergebnisse sind jedoch auch bei kommutatorlosen Elektromotoren zu erzielen, die nicht vierphasig sind.
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Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich, daß bei dem Elektromotor die Drehstellung des Läufers genau erfaßt werden kann und daher der Stromschaltkreis für das Umschalten der Ankerströme mittels der genauen Information aus den Erfassungselementen gesteuert wird, so daß ein auf falscher Drehstellungs-Erfassung beruhender Fehler bezüglich des Flußwinkels der Ankerströme sehr gering ist. Demzufolge werden die Ankerwicklungen in der erwünschten Weise erregt, so daß die Drehmoment-Welligkeit verringert ist.
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Es ist ferner möglich, die Ausgangssignale der Drehstellungs-Erfassungselemente zu steigern und die von den Drehstellungs-Erfassungselementen verbrauchten Ströme zu verringern.