Gleichstrommaschine nach dem Magnetmotor-Prinzip mit einem Läufer aus Dauermagnetwerkstoff Die Erfindung bezieht sich auf eine Gleichstrom maschine nach dem Magnetmotor-Prinzip mit einem Läufer aus Dauermagnetwerkstoff und ist gekenn zeichnet durch das Merkmal, dass die Pole des Stators vormagnetisiert sind und die elektromagnetisch er zeugte Felderregung der Vormagnetisierung entgegen gerichtet ist.
Hierdurch wird erreicht, dass im Gegen satz zu den bekannten Gleichstrommaschinen dieser Bauart die Richtung des in der Feldspule fliessenden Stromes immer gleichbleibend ist. Es ist also nicht mehr notwendig, durch ein Polwechsel Schaltwerk die Felderregung in dem geeigneten Augenblick, be zogen auf die Stellung des Läufers, umzuschalten, sondern es genügt ein einfacher Schalter, der die Spannung phasenrichtig an die Feldspule an- bzw. abschaltet.
Die Ausführungsformen, die nach diesem Prinzip möglich sind, unterscheiden sich im wesent lichen durch die Polzal sowohl auf der Ständer- wie auf der Läuferseite. Bei vielpoligen Anordnungen wird das Drehmoment über eine Umdrehung gleich mässiger, so dass eine derartige Ausführungsform für viele Anwendungszwecke besondere Vorteile bietet.
Bei vergrösserter Polzahl des Ständers muss natürlich auch die Zahl der Schalter vergrössert werden, wenn die auf den Polen angebrachten Erregerspulen nach einander geschaltet werden sollen.
In einer, besonderen Ausgestaltung der. Erfindung erfolgt die Vormagnetisierung des Feldmagneten durch Dauermagnete; sie kann aber auch durch eine gesonderte gleichstromgespeiste Wicklung bewirkt werden.
Letztere ist dann zweckmässig, wenn starke Spannungsschwankungen auftreten, da in diesem Falle sowohl der ständig fliessende Vormagnetisie- rungsstrom, als auch der über den Schalter zuge- führte Felderregungsstrom in gleicher Weise mit der Spannung schwanken. . In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Betätigung eines Schalters zur Steuerung des Statorfeldstromes über Nocken von der umlau fenden Läuferachse.
Eine solche Anordnung kann als Motor oder Gleichstrom-Generator in der üblichen Weide Verwendung finden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann aber die Steuerung des Feldstromes auch durch elektronische Schalter, wie Stromtore, Transistoren od. dgl. bewirkt werden, welche ihre Steuerspannung von der Erregerwicklung bzw. von gesonderten, vom umlaufenden Dauermagnetanker erregten Hilfswick lungen beziehen. Dabei können die Hilfspole so an geordnet sein, dass sie nach Art der Bürstenanordnung bei einer Gleichstrommaschine gegenüber dem Feld magneten verdrehbar sind.
Auf diese Weise ist eine saubere Einstellung des Schaltzeitpunktes, bezogen auf die Stellung des Läufers, möglich. Diese Aus führungsform ist besonders dann von Vorteil, wenn der Motor für höhere Leistungen bzw. für hohe Drehzahlen ausgelegt wird. Auch bei Verwendung dieser Anordnung als Generator bietet diese Art der Steuerung Vorteile.
Die Steuerung des Feldstromes der erfindungs gemässen Maschine kann aber auch durch Kontakt- einrichtungen bewirkt werden, welche unabhängig von der Läuferachse betätigt werden. Diese Art der Steuerung des Feldstromes gibt die Möglichkeit, den Motor synchron mit derjenigen Achse laufen zu lassen, welche die Kontakteinrichtung antreibt. Auf diese Weise können drehzahlgenaue Fernantriebe, beispielsweise zum Zwecke der Drehzahlmessung oder ähnliches, gebaut werden.
Bei derartigen An- ordnungen ergibt sich aber auch die Möglichkeit, das Drehzahlverhältnis zwischen der die Kontakteinrich tung antreibenden Achse und dem Motor anders als 1 zu wählen, so dass sowohl über- als auch Unter setzungen möglich sind.
Es ist aber auch möglich, durch diese Betätigung der Kontakteinrichtung Fernzählwerke aufzubauen, bei welchen der Feldstrom nicht durch eine um laufende, periodisch arbeitende Kontakteinrichtung, sondern durch einzelne Impulse gleicher Richtung gebildet wird. Diese Ausführungsform lässt sich z. B. zum Zählen von Impulsen in der Nachrichtentechnik, beispielsweise als Gesprächszähler, oder in der all gemeinen Technik bei Lichtschranken, als Hubzähler für Maschinen oder dergleichen, zur Anwendung bringen.
Gegenüber den bekannten Anordnungen, die dem gleichen Zweck dienen, bei welchen Schalt klinken, malteserkreuzartige Anordnungen oder der gleichen Verwendung finden, ist durch die erfindungs gemässe Lösung ein Gerät gegeben, das in seinem Antriebsteil völlig ohne Verschleissteile arbeitet.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Kontakteinrichtung als mechanisches oder elek trisches schwingfähiges Gebilde ausgebildet, wodurch die Konstanthaltung der Drehzahl der Maschine vor zugsweise in ihrer Anwendung als Motor ermöglicht wird. Gleichstrommaschinen mit konstanter Drehzahl werden in der Technik an vielen Stellen benötigt, wie beispielsweise als Antrieb für schreibende Mess geräte, Nachrichtengeräte usw. Eine besonders vor- teilhafte Anwendung der erfindungsgemässen Ma schine mit Drehzahlregelung liegt. auf dem Gebiet der Kreiselgeräte.
Der erfindungsgemässe Motor ist näm lich besonders geeignet zur Erzielung höchster Dreh zahlen, ein Gesichtspunkt, der ihn für das vorgenannte Anwendungsgebiet besonders vorteilhaft erscheinen lässt. Da aber bei derartigen Geräten gute Konstanz der Drehzahl eine weitere Bedingung ist, erscheint der erfindungsgemässe Motor mit Drehzahlregler für diesen Zweck besonders geeignet, zumal er mit elek tronischem Schalter, wie z. B. Transistor, frei von allen beweglichen Schaltorganen ist. Auch als Kraft maschine für hochtourig arbeitende Werkzeugma schinen und ähnliche Zwecke ist aus den vorstehenden Gründen die neue Maschine besonders geeignet.
In den Figuren -sind zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Gleichstrommaschine in ver- einfachter Darstellung veranschaulicht, und zwar zeigen:
Fig. 1 in schematischer Darstellung einen Motor mit zweipoligem Stator und zweipoligem Rotor, Fig. 2 ebenfalls schematisch einen Motor mit vier- poligem Stator und sechspoligem Rotor, und Fig. 3 eine Tabelle, aus der entnommen werden kann, in welcher zeitlichen Reihenfolge die vier Statorspulen des Motors gemäss Fig.2 eingeschaltet sind.
Der Magnetmotor gemäss Fig. 1 besteht aus einem Stator und einem Rotor 2. Der magnetische Kreis des Stators wird aus dem Rückschlussjoch 1 aus ferro- magnetischem Werkstoff und den beiden Polschuhen 4 und 5, ebenfalls aus ferromagnetischem Werkstoff, gebildet.
Sowohl das Rückschlussjoch 1 als auch die Polschuhe 4 und 5 werden zweckmässig aus voneinan der isolierten dünnen Blechen, die aufeinanderge- schichtet werden, wie bei Wechselstrommotoren, her gestellt. Zwischen dem Rückschlussjoch 1 und den Pol schuhen 4 und 5 sind Dauermagnete 6 bzw. 7 aus hoch- koerzitivem Dauermagnetwerkstoff, wie beispielsweise anisotropes Barium-Ferrit, vorgesehen, deren Polarität durch die Buchstaben N und S angedeutet ist.
Die Polschuhe 4 bzw 5 weisen sichelartige Verlängerungen 8 bzw. 9 auf, durch die in bekannter Weise ein ein deutiger Drehsinn des Rotors festgelegt wird. Auf den Polschuhen 4 bzw. 5 sind Wicklungen 10 bzw. 11 angebracht, die aus einer Gleichstrom-Batterie 12 über Leitungen 13, 14 gespeist werden. Der Rotor 2 aus hochkoerzitivem Dauermagnetwerkstoff ist in Richtung eines Durchmessers magnetisiert, wie eben falls durch Buchstaben<I> N </I> und<I> S </I> angedeutet. Er ist auf der Welle 15 drehbar gelagert. Auf der Welle 15 befindet sich ein Nocken 16, der den Kontakt 17 bei jeder Umdrehung einmal betätigt.
Die beim Öff nen dieses Kontaktes entstehenden Funken können durch einen Kondensator 18 gelöscht werden. Die Wirkungsweise ist aus der vorstehenden allgemeinen Beschreibung ohne weiteres verständlich.
Der Magnetmotor gemäss Fig. 2 besteht aus einem sechspoligen Rotor 20 und einem vierpoligen Stator. Der magnetische Kreis des Stators wird aus dem Rückschlussring 22, den vier Polschuhen 23 aus ferro- magnetischem Werkstoff, die ebenfalls zweckmässig aus einzelnen Blechen aufgeschichtet werden, und den dazwischen angeordneten vier Dauermagneten 24 aus hochkoerzitivem Dauermagnetwerkstoff, deren Polarität durch die Buchstaben N und S ange deutet ist, gebildet.
Die Polschuhe 23 tragen je eine Wicklung 25, die aus einer nicht dargestellten Gleich strom-Batterie gespeist werden. Der sechspolige Rotor aus hochkoerzitivem Dauermagnetwerkstoff ist auf der Welle 26 drehbar gelagert. Auf dieser Welle ist eine nicht dargestellte Nockenscheibe mit drei um 120 versetzten Nocken angebracht. Diese Nocken scheibe betätigt vier ebenfalls nicht dargestellte, um 90 gegeneinander versetzte Schalter, die die vier Spulen 25 in bestimmter Reihenfolge an die Gleich strom-Batterie schalten.
Die Reihenfolge, in der die vier zur Unterscheidung mit den Buchstaben<I>a</I> bis<I>d</I> gekennzeichneten Spulen geschaltet werden, ist aus Fig. 3 ersichtlich. Dabei entspricht die Stellung Null dem ausgeschalteten Zustand. Wird der Motor einge schaltet, so werden nach jeweils<B>30 </B> Drehung zwei der Feldspulen<I>a</I> bis<I>d zu-</I> bzw. abgeschaltet. Im. ein geschalteten Zustand ändert sich die Polarität des jeweiligen Poles unter Einfluss der eingeschalteten Feldspule.
Diese geänderten Polaritäten sind durch einen Kreis um den jeweiligen Buchstaben N , bzw. S gekennzeichnet. Die nach einer Drehung um je weils 30 erreichten Stellungen sind mit 1 bis 12 bezeichnet. Die vier Schalter mit der Nockenscheibe wurden, um die Darstellung nicht zu komplizieren, in Fig. 2 nicht eingezeichnet, da eine derartige Anord nung jedem Fachmann geläufig ist. Insbesondere erübrigte sich die Einzeichnung, weil die Wahl der Schaltmittel, wie z. B. Schalter, Transistoren oder Röhren, dem jeweiligen Verwendungszweck angepasst werden kann, wie dies in der Einleitung bereits er wähnt ist.
Während bei dem Magnetmotor nach Fig. 1 die Drehrichtung durch den mechanischen Aufbau festgelegt ist, kann sie bei dem Motor nach Fig. 2 durch die Schaltfolge der vier Spulen 25 verändert werden.
DC machine based on the magnetic motor principle with a rotor made of permanent magnet material The invention relates to a DC machine based on the magnetic motor principle with a rotor made of permanent magnet material and is characterized by the feature that the poles of the stator are premagnetized and the electromagnetic field excitation generated the bias is directed against.
This ensures that, in contrast to the known direct current machines of this type, the direction of the current flowing in the field coil is always constant. It is no longer necessary to switch the field excitation at the appropriate moment, based on the position of the rotor, by changing the pole switching mechanism, but a simple switch is sufficient that switches the voltage on or off in the correct phase to the field coil.
The embodiments that are possible according to this principle differ essentially by the Polzal both on the stator as on the rotor side. In the case of multi-pole arrangements, the torque becomes more uniform over one revolution, so that such an embodiment offers particular advantages for many application purposes.
If the number of poles in the stator is increased, the number of switches must of course also be increased if the excitation coils attached to the poles are to be switched one after the other.
In a special embodiment of the. Invention, the bias of the field magnet is carried out by permanent magnets; but it can also be brought about by a separate DC-fed winding.
The latter is useful when strong voltage fluctuations occur, since in this case both the constantly flowing bias current and the field excitation current supplied via the switch fluctuate in the same way with the voltage. . In an advantageous embodiment of the invention, a switch for controlling the stator field current is actuated via cams from the rotating axis of the rotor.
Such an arrangement can be used as a motor or direct current generator in the usual pasture.
In a further embodiment of the invention, however, the field current can also be controlled by electronic switches such as current gates, transistors or the like, which obtain their control voltage from the field winding or from separate auxiliary windings excited by the rotating permanent magnet armature. The auxiliary poles can be arranged so that they can be rotated according to the type of brush arrangement in a DC machine with respect to the field magnets.
In this way, a correct setting of the switching time, based on the position of the rotor, is possible. This imple mentation form is particularly advantageous when the engine is designed for higher performance or for high speeds. This type of control also offers advantages when this arrangement is used as a generator.
The control of the field current of the machine according to the invention can, however, also be effected by contact devices which are actuated independently of the rotor axis. This type of control of the field current allows the motor to run synchronously with the axis that drives the contact device. In this way, precise speed remote drives, for example for the purpose of speed measurement or the like, can be built.
With such arrangements, however, there is also the possibility of selecting the speed ratio between the axis driving the contact device and the motor other than 1, so that both gear ratios and gear ratios are possible.
But it is also possible to build remote counters by this actuation of the contact device in which the field current is not formed by a continuous, periodically operating contact device, but by individual pulses in the same direction. This embodiment can be used, for. B. for counting pulses in communications technology, for example as a call counter, or in all common technology for light barriers, as a stroke counter for machines or the like, apply.
Compared to the known arrangements that serve the same purpose, in which pawls switching, Maltese cross-like arrangements or the same use, a device is given by the fiction, contemporary solution that works in its drive part without wearing parts.
In a further embodiment of the invention, the contact device is designed as a mechanical or elec trical oscillatable structure, which enables the speed of the machine to be kept constant, preferably in its application as a motor. DC machines with constant speed are required in many places in technology, such as, for example, as a drive for writing measuring devices, communication devices, etc. A particularly advantageous application of the machine according to the invention with speed control is. in the field of gyroscopes.
The motor according to the invention is particularly suitable for achieving the highest speeds, an aspect that makes it appear particularly advantageous for the aforementioned field of application. Since, however, good constancy of the speed is a further condition in such devices, the motor according to the invention with speed controller appears particularly suitable for this purpose, especially since it is equipped with an electronic switch such. B. transistor, is free of all movable switching devices. Also as a prime mover for high-speed machine tool machines and similar purposes, the new machine is particularly suitable for the reasons above.
In the figures, two exemplary embodiments of the direct current machine according to the invention are illustrated in a simplified representation, namely show:
1 shows a schematic representation of a motor with a two-pole stator and two-pole rotor, FIG. 2 also shows a schematic representation of a motor with a four-pole stator and six-pole rotor, and The stator coils of the motor are switched on according to FIG.
The magnetic motor according to FIG. 1 consists of a stator and a rotor 2. The magnetic circuit of the stator is formed from the yoke 1 made of ferromagnetic material and the two pole shoes 4 and 5, also made of ferromagnetic material.
Both the return yoke 1 and the pole shoes 4 and 5 are expediently made from thin sheets of metal that are isolated from one another and are stacked on top of one another, as in AC motors. Between the yoke 1 and the pole shoes 4 and 5, permanent magnets 6 and 7 made of high-coercive permanent magnet material, such as anisotropic barium ferrite, are provided, the polarity of which is indicated by the letters N and S.
The pole shoes 4 and 5 have sickle-like extensions 8 and 9, by means of which a clear direction of rotation of the rotor is determined in a known manner. On the pole pieces 4 and 5, windings 10 and 11 are attached, which are fed from a direct current battery 12 via lines 13, 14. The rotor 2 made of high-coercivity permanent magnet material is magnetized in the direction of a diameter, as also indicated by the letters <I> N </I> and <I> S </I>. It is rotatably mounted on the shaft 15. On the shaft 15 there is a cam 16 which actuates the contact 17 once for each revolution.
The sparks produced when opening this contact can be extinguished by a capacitor 18. The mode of operation can be readily understood from the above general description.
The magnetic motor according to FIG. 2 consists of a six-pole rotor 20 and a four-pole stator. The magnetic circuit of the stator is made up of the return ring 22, the four pole pieces 23 made of ferromagnetic material, which are also conveniently stacked from individual sheets, and the four permanent magnets 24 made of high-coercive permanent magnet material, the polarity of which is indicated by the letters N and S is formed.
The pole shoes 23 each carry a winding 25, which are fed from a direct current battery, not shown. The six-pole rotor made of high-coercivity permanent magnet material is rotatably mounted on the shaft 26. A cam disk (not shown) with three cams offset by 120 is attached to this shaft. This cam disk actuates four switches, also not shown, offset by 90 against each other, which switch the four coils 25 in a certain order to the direct current battery.
The order in which the four coils identified by the letters <I> a </I> to <I> d </I> to distinguish them are switched can be seen from FIG. 3. The position zero corresponds to the switched-off state. If the motor is switched on, two of the field coils <I> a </I> to <I> d are switched on or off after every <B> 30 </B> rotation. In the switched-on state, the polarity of the respective pole changes under the influence of the switched-on field coil.
These changed polarities are indicated by a circle around the respective letter N or S. The positions reached after rotating by 30 each are denoted by 1 to 12. In order not to complicate the illustration, the four switches with the cam were not shown in FIG. 2, since such an arrangement is familiar to anyone skilled in the art. In particular, the drawing was unnecessary because the choice of switching means, such. B. switches, transistors or tubes, can be adapted to the respective purpose, as it is already mentioned in the introduction.
While in the magnetic motor according to FIG. 1 the direction of rotation is determined by the mechanical structure, in the case of the motor according to FIG. 2 it can be changed by the switching sequence of the four coils 25.