DE3201280A1

DE3201280A1 - Kollektorloser gleichstromaussenlaeufermotor

Info

Publication number: DE3201280A1
Application number: DE19823201280
Authority: DE
Inventors: Rolf Dr.-Ing. 7742 St Georgen Müller
Original assignee: Papst Motoren GmbH and Co KG
Current assignee: Papst Licensing GmbH and Co KG
Priority date: 1980-07-18
Filing date: 1982-01-18
Publication date: 1983-07-28

Description

Kollektorloser Gleichstromaußenläufermotor
(Zusatz zu P 31 28 417.5) Die Erfindung betrifft einen kollektorlosen Gleichstromaußenläufermotor mit im wesentlichen zylindrischem Luftspalt, insbesondere zum Antrieb von Magnetplattenspeichern, mit einem Rotor, der einen mindestens zwei Pol paare aufweisenden dauermagnetischen Erregermagneten und einen dauermagnetischen Steuermagneten trägt, dessen eines Pol paar derart unsymmetrisch ausgebildet ist, daß der Pol der einen Magnetisierungsrichtung in Umfangsrichtung etwas kürzer als der Pol der anderen Magnetisierungsrichtung ist, während das oder die weiteren Steuermagnetpolpaare symmetrisch sind, ferner mit zwei mit dem Steuermagneten zusammenwirkenden, einander im wesentlichen diametral gegenüberstehenden Drehstellungsdetektoren und einer mit den Ausgangssignalen der beiden Drehstellungsdetektoren beaufschlagten Auswerteschaltung, die je Umdrehung des Rotors nur einen Impuls erzeugt, nach Patent ...... (Patentanmeldung P 31 28 417.5).
Fig. 5a des Hauptpatents zeigt ein Magnetisierungsmuster, bei dem der Erregermagnet in Umfangsrichtung vier gleich breite Pole von abwechselnd entgegengesetzter radialer Magnetisierungsrichtung aufweist. Der gegebenenfalls mit dem Erregermagneten einteilig verbundene Steuermagnet hat ein mit dem einen Pol paar des Erregermagneten übereinstimmendes Polpear, während das andere Pol paar des Steuermagneten insgesamt zwar gleiche Breite wie das eine Pol paar hat, der Pol dieses anderen Pol paars mit der einen Magnetisierungsrichtung jedoch breiter als der Pol der anderen Magnetisierungsrichtung ist. Die Ausbildung eines solchen Magnetisierungsmusters ist in der Praxis insbesondere dann nicht ganz einfach, wenn Erregermagnet und St euermagnet einteilig miteinander verbunden sind und z.B. aus einem einteiligen Magnetring oder einem ringförmig gebogenen Magnetstreifenmaterial bestehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Gegenstand des Hauptpatents in der Weise weiter zu vervollkommnen, daß sich Steuer- und Erregermagnet besonders einfach in der erforderlichen Weise magnetisieren lassen.
Entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Magnetisierung des Erregermagneten mit der Magnetisierung des Steuermagten auch bezüglich der Unsymmetrie des einen Pol paars im wesentlichen übereinstimmt. Im Motorbereich stört die Unsymmetrie des einen Pol paars des Erregermagneten nicht, weil die Statorwicklungsanordnung immer gleichzeitig mit allen Polen zusammenwirkt und dadurch eine die unterschiedliche Polbreite unschädlich machende Mittelung eintr tt, zumal es für die Erzeugung des gewünschten einen Impulses je Umdrehung nur einer vergleichsweise geringen Unsymmetrie bedarf.
Entsprechend einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung verlaufen die Pollücken von Erreger- und Steuermagnet im wesentlichen geradlinig, jedoch mindestens zum Teil schiefwinklig gegenüber der Richtung der Rotordrehachse, wobei der Schrägungswinkel einer Pollükke von den untereinander im wesentlichen gleichen Schrägungswinkeln der anderen Pollücken abweicht und wobei die gegenseitigen Pollückenabstånde in dem bezogen auf die Richtung der Rotorachse mittleren Bereich des Erregermagneten untereinander alle im wesentlichen gleich sind. Auch ein solches Magnetisierungsmuster läßt sich besonders leicht ausbilden. Außerdem läßt sich auf diese Weise einfach erreichen, daß die Kommutierung gegenüber dem Nulldurchgang der induzierten Spannung in der Motorwicklung etwas vorverlegt ist, was vor allem bei hochtourigem Betrieb den Motorwirkungsgrad verbessert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann auch die die Pole des unsymmetrischen Pol paars voneinander trennende Pollücke im Übergangsbereich von Erregermagnet und Steuermagnet treppenartig oder hakenförmig, insbesondere mit stetiger Krümmung, ausgebildet sein.
Die Erfindung ist im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den beiliegenden Zeichnungen zeigen: Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch einen kollektorlosen Gleichstromaußenläufermotor nach der Erfindung, Fig. 2a eine Abwicklung von Erreger- und Steuermagnet des Motors nach Fig.), Fign. 2b bis 2e verschiedene bei dem Magnetisierungsmuster gemaß Fig. 2a auftretende Signale, Fig. 3 ein schematisches Schaltbild der Drehstellungsdetektoren sowie einer Auswerteschaltung in Form einer einseitig wirkenden exklusiven ODER-Schaltung, die in Verbindung mit der Ausführungsform des Motors nach den Fign. 1 und 2 anwendbar ist, Fig. 4a eine Abwicklung von Erreger- und Steuermagnet mit einem abgewandelten Magnetisi erungsmuster, Fign. 4b bis 4e verschiedene bei dem Magnetisierungsmuster gemäß Fig. 4a auftretende Signale und Fig. 5 eine Abwicklung von Erreger- und Steuermagnet gemäß einer weiter abgewandelten Ausführungsform der Erfindung.
Der in Fig. 1 schematisch dargestellte kollektorlose Gleichstromaußenläufermotor 10 weist ein Statorblechpaket 11 auf, das eine Statorwicklungsanordnung 12 trägt, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel einsträngig ausgebildet ist. Das Statorblechpaket 11 bildet zusammen mit einem ringförmigen, dauermagnetischen Feld- oder Erregermagneten 13 einen im wesentlichen zylindrischen Luftspalt 14. Der Erregermagnet 14 kann beispielsweise vi er polig radial magnetisiert sein. Das heißt, an der dem Luftspalt 14 zugewendeten Innenseite des Erregermagneten befinden sich in wechselnder Folge zwei magnetische Südpole und zwei magnetische Nordpole. Es wird auf diese Weise in Umfangsrichtung des Luftspalts 14 eine annähernd rechteckige oder trapezförmige Magnetisierung erhalten. Der Erregermagnet 13 und ein derunter sitzender, mit dem Erregermagneten vorzugsweise einteilig verbundener dauermagnetischer Steuermagnet 18 sind in einer den magnetischen Rückschluß bildenden Außenläuferglocke 16 untergebracht, z.B. in diese Glocke eingeklebt. Mit dem Steuermagneten 18 wirken zwei magnetfeldabhängige Drehstellungsdetektoren 20, 21, z.B. Hallgeneratoren oder Hall-ICs, zusammen, die einander mit Bezug auf die Rotorachse diamet-ral gegenüberstehen.
Bei den Erreger- und Steuermagneten kann es sich insbesondere um Gummimagnete oder kunststoffgebundene Magnete handeln. Es lassen sich aber auch u.a. gesinterte Magnetringe oder schalenförmige Magnetsegmente vorsehen.
In der Mitte der Außenläuferglocke 16 ist eine Stummelwelle 23 befestigt, die über Kugellager 24 in einer Hülse 25 abgestützt ist. Die Hülse 25 trägt das Statorblechpaket 11; sie ist ihrerseits auf einer Statorgrundplatt 26 befestigt.
Wie aus Fig. 2a hervorgeht, weisen Erreger- und Steuermagnet 13, 18 zwei Polpaare 42, 43 und 44, 45 gleicher Breite auf. Die Pole 44, 45 des einen Pol paares sind untereinander gleich breit, während der Südpol 42 des anderen Pol paars 42, 43 UM einen vorbestimmten, in Fig. 2a übertrieben dargestellten Betrag verbreitert und der zugehörige Nordpol 43 entsprechend verkürzt ist.
Dreht sich die Außen)äuferglocke 16 mit Bezug auf die stationären DrehsteZlungsdetektoren 20, 21, gibt der Detektor 20 ein Signal 48 gemäß Fig. b ab, während der Detektor 21 ein Signal 49 entsprechend Fig. 2c liefert.
Wie in Fig. 3 gezeigt ist, sind die Ausgänge der Drehstellungsdetektoren 20, 21 über jeweils eine Diode 50, 51 mit einem Koppel punkt 52 verbunden. Am Koppel punkt 52 erscheint ein Signal 53 (Fig. 2d), das dem jeweils positiveren der beiden Signale 48, 49 entspricht und ein symmetrisches Kommutierungssignal darstellt. Mit dem Signal 53 wird eine bei 32 schematisch angedeutete Kommutierungseinrichtung beaufschlagt . Die Basis eines Transistors 55 ist über einen Vorwiderstand 56 an den Ausgang des Detektors 21 angeschlossen, während der Emitter des Transistors 55 mit dem Ausgang des Detektors 20 verbunden ist. Der derart angeschlossene Transistor 55 wirkt als einseitige exklusive ODER-Schaltung, die an ihrem Ausgang 57 einen Impuls 58 (Fig. 2e) nur dann abgibt, wenn das Signal 49 positivcr als das Signal 48 ist. Diese Bedingung ist während jeder vollen Umdrehung der Außenläuferglocke 16 nur einmal für eine der Verkürzung des Pols 43 entsprechende Zeitdauer erfüllt. Am Ausgang 47 erscheint daher das gewünschte Steuersignal in Form eines Impulses 58 pro Umdrehung.
An Stelle der Auswertungsschaltung gemäß Fig. 3 lassen sich ohne weiteres auch die Auswertungsschaltungen nach den Fign. 7 und 9 des Hauptpatents einsetzen. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird insoweit auf den Inhalt des Hauptpatents verwiesen.
Die Fig. 4a zeigt eine Abwicklung eines Erregermagneten 13' und eines damit vorzugsweise einteilig verbundenen Steuermagneten 18' mit einem Magnetisierungsmuster entsprechend einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung. Wie dargestellt, sind die Pollücken 70, 71, 72, 73 von Erreger- und Steuermagnut 13', 18' im wesentlichen geradlinig. Dabei sind die Pollücken 70, 71, 72 gegenüber der Richtung der Rotordrehachse in der einen Richtung geneigt, während die Pollücke 73 nach der entgegengesetzten Richtung 8geneigt ist. Die Pollücken 70 bis 73 sind so in Umfangsrichtung verteilt, daß die gegenseitigen Pollückenabstände in dem bezogen auf die Richtung der Rotorachse mittleren Bereich des Erregermagneten 13' (durch die strichpunktierte Linie 75 angedeutet) untereinander alle im wesentlichen gleich sind. Bei dem so aufgebauten Magnetisierungsmuster ist im Bereich des Steuermagneten 18' der Südpol 42' unter gleichzeitiger Verkürzung des zugehörigen Nordpols 43' verbreitert. Die Signale 48', 49', 53' und 58' der Fign. 4b bis 4e entsprechen den Signalverläufen nach den Fign. 2b bis 2e, wobei ein Vergleich der Fign.4a und 4d zeigt, daß das symmetrische Kommutierungssignal 53' um einen gewissen Betrag gegenüber dem Schnittpunkt der Pollücken 70, 71, 72, 73 mit der gedachten Linie 75 voreilt.
Zur Gewinnung des Signals 58' können die Drehstellungsdetektoren 20, 21 auch bei dieser Ausführungsform Teil der Auswerteschaltung gemäß Fig. 3 oder aber der Fign. 7 und 9 des Hauptpatents sein.
In Fig. 5 ist eine dritte Ausführungsform des Magnetisierungsmusters von Erregermagnet 13" und 18" veranschaulicht. Dabei ist die die Pole 42", 43" des unsymmetrischen Steuermagnetpolpaars voneinander trennende Pollücke 73H unter stetiger Krümmung treppenartig oder hakenförmig ausgebildet.
Bei entsprechend Fig. 4a schräg verlaufender Pollücke 73 könnten die Pollücken 70, 71 und 72 auch in Richtung der Rotorachse verlaufen. Umgekehrt ist es möglich, bei entsprechend Fig. 4a schräg gestellten Pollücken 70, 71, 72 eine parallel zur Richtung der Rotorachse ausgerichtete Pollücke 73 vorzusehen. Auch bei diesen abgewandelten Ausführungsformen wird die erwünschte Unsymmetrie im Bereich eines Polpears des Steuermagneten erhalten, während die Pol teilung im Erregermagnetbereich im wesentlichen gleichförmig ist.

Claims

Anspriiche Kollektorloser Glefchstromaußenläufermotor mit im wesentlichen zylindrischem Luftspalt, insbesondere zum Antrieb von Magnetplattenspeichern, mit einem Rotor, der einen mindestens zwei Polpaare aufweisenden dauermagnetischen Erregermagneten und einen dauermagnetischen Steuermagneten trägt, dessen eines Pol paar derart unsymmetrisch ausgebildet ist. daß der Pol der einen Magnetisierungsrichtung in Umfangsrichtung etwas kürzer als der Pol der anderen Magnetisierungsrichtung ist, während das oder die weiteren Steuermagnetpolpaare symmetrisch sind, ferner mit zwei mit dem Steuermagneten zusammenwirkenden, einander im wesentlichen diametral gegenüberstehenden Drehstellungsdetektoren und einer mit den Ausgangssignalen der beiden Drehstellungsdetektoren beaufschlagten Auswerteschaltung, die je Umdrehung des Rotors nur einen Impuls erzeugt. nach Patent ............. (Patentanmeldung P 31 28 417.5), dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetisierung des Erregermagneten (13) mit der Magnetisierung des Steuermagneten (18) auch bezüglich der Unsymmetrie des einen Pol paars (42, 43) im wesentlichen übereinstimmt.
2. Kollektorloser Gleichstromaußenläufermotor mit im wesentlichen zylindrischem Luftspalt, insbesondere zum Antrieb von Magnetplattenspeichern, mit einem Rotor, der einen mindestens zwei Polpaare aufweisenden dauermagnetischen Erregermagneten und einen dauermagnetischen Steuermagneten trägt, dessen eines Pol paar derart unsymmetrisch ausgebildet ist, daß der Pol der einen Magnetisierungsrichtung in Umfangsrichtung etwas kürzer als der Pol der anderen Magnetisierungsrichtung ist, während das oder die weiteren Steuermagnetpolpaare symmetrisch sind, ferner mit zwei mit dem Steuermagneten zusammenwirkenden, einander im wesentlichen diametral gegenüberstehenden Drehstellungsdetektoren und einer mit den Ausgangssignalen der beiden Drehs tell ungsdetektoren beaufschlagten Auswerteschaltung, die je Umdrehung des Rotors nur einen Impuls erzeugt, nach Patent ............. (Patentanmeldung P 31 28 417.5), dadurch gekennzeichnet, daß die Pollücken (70 bis 73) von Erreger- und Steuermagnet (13', 18') im wesentlichen geradlinig, gegenüber der Richtung der Rotordrehachse mindestens zum Teil aber schiefwinklig verlaufen, daß der Schrägungswinkel einer Pollücke (73) von den untereinander im wesentlichen gleichen Schrägungswinkeln der anderen Pollücken (70, 71, 72) abweicht, und daß die gegenseitigen Pollückenabstände im bezogen auf die Richtung der Rotorachse mittleren Bereich des Erregermagneten (13') untereinander alle im wesentlichen gleich sind.
3. Kollektorloser Gleichstromaußenläufermotor mit im wesentlichen zylindrischem Luftspalt, insbesondere zum Antrieb von Magnetplattenspeichern, mit einem Rotor, der einen mindestens zwei Pol paare aufweisenden dauermagnetischen Erregermagneten und einen dauermagnetischen Steuermagneten trägt, dessen eines Pol paar derart unsymmetrisch ausgebildet ist, daß der Pol der einen Magnetisierungsrichtung in Umfangsrichtung etwas kürzer als der Pol der anderen Magnetisierungsrichtung ist, während das oder die weiteren Steuermagnetpolpaare symmetrisch sind, ferner mit zwei mit dem Steuermagneten zusammenwirkenden, einander im wewesentlichen diametral gegenüberstehenden Drehstellungsdetektoren und einer mit den Ausgangssignalen der beiden Drehstellungdetektoren beaufschlagten Auswerteschaltung, die je Umdrehung des Rotors nur einen Impuls erzeugt, nech Patent ............. (Patentanmeldung P 31 28 417.5), dadurch gekennzeichnet, daß die die Pole (42", 43fl) des unsymmetrischen Pol paars voneinander trennende Pollücke (73") im Übergangsbereich von Erregermagnet (13") und Steuermagnet (18fl) treppenartig oder hakenförmig ausgebildet ist.
4. Kollektorloser Gleichstromaußenläufermotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die die Pole (42", 43") des unsymmetrischen Pol paars voneinander trennende Lücke (73») im Übergangsbereich von Erregermagnet (13") und Steuermagnet (18) stetig gekrümmt ist.
5. Kollektorloser Gleichstromaußenläufermotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Erreger- und Steuermagnet (13, 18, 13', 18', 13, 18") miteinander einteilig verbunden sind.