DE2815217C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen bürstenlosen Gleichstrommotor der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Es sind verschiedene Arten bürstenloser Gleichstrommotoren bekannt, wie beispielsweise zweipolige Wechselphasenmotoren, zweipolige Dreiphasenmotoren, in zwei Drehrichtungen laufende Zweiphasenmotoren, vierpolige Motoren usw. Bei einem zweipoligen Motor mit Phasenwechselumschaltung ist ein einziges Magnetpolpaar, das üblicherweise aus Permanentmagneten bestehende Nord- und Südpolschuhe aufweist, sowie zwei abwechselnd erregte Wicklungen 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 von 180°, und jede Wicklung überspannt in entsprechender Weise einen elektrischen Winkel von 180°.

Bei einem typischen zweipoligen Wechselphasenmotor besitzt jede Wicklung Leitersegmente (Wicklungshälften), die Strom in Richtungen führen, die senkrecht auf dem durch die Per­ manentmagnetpolschuhe gebildeten magnetischen Kraftfluß oder Magnetfluß stehen. Gemäß der Dreifingerregel, die auch unter der Bezeichnung Fleming'sche 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 sind um eine Zylinderfläche gewickelt, so daß die Leitersegmente einen ersten Stromwegbereich, in dem der Strom in einer ersten Richtung, sowie einen zweiten Stromwegbereich bestimmen, in der der Strom in einer zweiten, der ersten Richtung entgegengesetzten Richtung fließt. Diese Stromwegbereiche sind mit einem elektrischen Winkel von 180° voneinander beabstandet. 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, zu dem der erste Stromwegbereich die Zone des magnetischen Kraftflusses mit Nordpolarität verläßt, während dann die andere Wicklung erregt wird. Jede Wicklung wird also nur dann erregt, wenn ihr erster Stromwegbereich in die Zone des Magnetkraftlusses mit vorgegebener Polarität kommt. Infolgendessen weist das sich ergebende Drehmoment eine erhebliche Welligkeit oder Ungleichmäßigkeit auf, die unerwünscht ist. Wenn der Motor nicht läuft und der erste Stromwegbereich jeder Wicklung sich in der Zone befindet, an der der Polaritätsübergang des magnetischen Kraftflusses liegt, ist es erforderlich, eine Hilfseinrichtung zum Anwerfen des Motors zu verwenden.

Bei einem typischen zweipoligen Dreiphasenmotor wird der magnetische Kraftfluß mit aus Permanentmagneten bestehenden Nord- und Südpolschuhen erzeugt. Die Wicklungsanordnung besteht in diesem Falle jedoch im Gegensatz zu den zwei Wicklungen bei dem zuvor beschriebenen zweipoligen Wechselphasenmotor aus drei 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, danebenliegenden Wicklung um 120° beabstandet. Das Drehmoment in einer gegebenen Richtung wird dann erzeugt, wenn der erste Stromwegbereich einer Wicklung sich mit einem vorgegebenen elektrischen Winkel in die Zone des magnetischen Kraftflusses vorgegebener Polarität bewegt hat. Dieser vorgegebene Winkel ist normalerweise ein elektrischer Winkel von etwa 30°. Nachdem eine Wicklung während eines Zeitraums 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 Kraftflusses 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 gegenüber der beim zuvor beschriebenen zweipoligen Wechselphasenmotor wesentllich geringer ist. Aufgrund der besonderen Abmessungen jedes Permanentmagnetpolschuhs, des Winkels, den jede Wicklung einnimmt, und der Phasenversetzung der jeweiligen Wicklungen werden darüber hinaus die im Zusammenhang mit dem zweipoligen Wechselphasenmotor bereits erläuterten Schwierigkeiten vermieden, wenn der Motor an einer Stelle, in der das Drehmoment Null ist, stehenbleibt. Da heißt, es ist keine zusätzliche Einrichtung zum Anlassen des Motors erforderlich.

Bei den zweipoligen Dreiphasenmotoren ist es jeoch nachteilig, daß drei Abtastelemente zur Feststellung der relativen Position jeder Spule bezüglich der Permanentmagnetpolschuhe erforderlich sind. Diese drei Abtastelemente sind zur Steuerung der selektiven Erregung jeder Wicklung nötig. Die Stellen, an denen diese Abtastelemente angebracht werden, müssen bei der Montage des Gleichstrommotors sehr sorgfältig gewählt und eingestellt werden, so daß jedes Ab­ tastelement in der richtigen Zuordnung zu der zugehörigen Wicklung steht. Dadurch werden die Herstellungs- und Montagekosten und damit die Gesamtkosten eines Motors relativ hoch. Wenn die Abtastelemente in einem vorgefertigten Modul zusammengefaßt sind, kann ein solcher Modul nur bei einem zweipoligen Dreiphasenmotor mit entsprechendem Durchmesser verwendet werden. Für Motoren mit anderen Durchmessern müssen andere Module zur Verfügung stehen. Da drei Wicklungen erforderlich sind, sind auch drei getrennte Schaltkreise vorzusehen, um die jeweiligen Wicklungen selektiv zu erregen. Obwohl die Drehmomentkennlinien und -eigenschaften des zweipoligen Dreiphasenmotors besser sind als die eines zweipoligen Wechselphasenmotors, kann dieser Vorteil nur mit wesentlich höheren Kosten des Motors erzielt werden.

Bei einem vierpoligen Zweiphasenmotor sind vier getrennte Erregungen oder vier Stromumschaltvorgänge über einen elektrischen Winkel von 360° erforderlich. Dies erfordert zwei getrennte Abtastelemente und vier getrennte Schaltkreise. Der in zwei Richtungen laufende vierpolige Motor erfordert ebenfalls zwei Abtastelemente 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.

Bei dem in der DE-AS 12 76 796 beschriebenen kollektor- oder bürstenlosen Gleichstrommotor mit ferromagnetischen Wickelkernen, Polschuhen und Jochen, von dem die Erfindung ausgeht, werden Totlagen des Rotors und damit ein Selbstanlauf aus allen Stillstandspositionen dadurch erreicht, daß zwischen zwei in Umfangsrichtung aufeinanderfolgenden Paaren von ungleichnamigen Magnetpolen des Läufers ein nicht- magnetisierter Hilfspol angeordnet ist, der hinsichtlich seiner Polbreite in bestimmter Relation zu den Ständerhauptpolen dimensioniert ist. Durch diese Hilfspole wird ein radial asymmetrischer Verlauf des Mangetflusses erreicht und bei geeigneter Positionierung der Abtastelemente - z. B. Hallgeneratoren oder lichtempfindliche Elemente - läßt sich der die Ständerspulen durchfließende Strom so steuern, daß Totpunkte des Rotors vermieden werden. In dieser Druckschrift ist auch eine Kippschaltung beschrieben, die es ermöglicht, bei z. B. einem vierpoligen bürstenlosen Gleichstrommotor mit nur einem einzigen Abtastelement für die Steuerung der Stromumschaltung auszukommen.

Bei dem in der DE-AS 12 76 796 beschrieben Gleichstrommotor sind jedoch die Wicklungen nicht eisenfrei; sie sind vielmehr auf spezielle Polschuhe gewickelt, die eine gewünschte Führung des Magnetflusses über einen bestimmten Winkel gewährleisten. Außerdem erfordern die Hilfspole nicht nur einen erhöhten Materialaufwand, sondern erschweren auch das Aufbringen oder Einsetzen der Statorwicklungen.

Für viele Anwendungen, insbesondere bei kleinen tragbaren Geräten, werden heute überwiegend Gleichstrommotoren mit eisenlosen Wicklungen verwendet schon aus Gründen de Ge­ wichtseinsparung. Es ist für den Fachmann sofort ersichtlich, daß dann, wenn eisenlose Statorwicklungen verwendet werden sollen, eine bei Eisenwicklungen ohne weiteres mögliche umfangsmäßige Verbreiterung des wirksamen Magnetflusses nicht mehr ohne weiteres zu erzielen ist. Dies ist beispielsweise bei dem in der JP-A-50-90 908 beschriebenen kol­ lektorlosen Gleichstrommotor der Fall, der mit eisenlosen Statorwicklungen ausgestattet ist. Für diesen Gleichstrommotor gelten die oben erwähnten Anlaufprobleme, und der Drehmomentverlauf ist für einige Anwendungen zu wenig gleichmäßig.

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, einen bürstenlosen Gleichstrommotor zu schaffen, der trotz der Verwendung eisenloser Wicklungen aus allen Stillstandspositionen sicher anläuft und sich durch gute Drehmomentkennlinien auszeichnet und der überdies kostengünstig herstellbar ist.

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

Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind in Unteransprüchen gekennzeichnet und werden nachfolgend mit Bezug auf Ausführungsbeispiele weiter erläutert.

Die erfindungsgemäßen bürstenlosen 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 Stelle auf Null abnimmt.

Mit der Erfindung wurde ein bürstenloser Gleichstrommotor zur Verfügung gestellt, bei dem ebenfalls lediglich ein einziges Abtastelement und zwei getrennte Schaltungen für die Wicklungserregung erforderlich sind. Das Drehmoment der erfindungsgemäßen Gleichstrommotoren weist eine relativ geringe Welligkeit bzw. Ungleichmäßigkeit auf.

Bei dem erfindungsgemäßen Motor wird durch Erregung des Läufers oder Ständers ein Drehmoment in einer vorgegebenen Drehrichtung erzeugt, das sich über einen elektrischen Winkel von größer als 180° erstreckt und bei dem das Drehmoment nur eine relativ geringe Welligkeit zeigt.

Die erfindungsgemäßen Gleichstrommotoren besitzen wenigstens zwei Wicklungen. Der magnetische Kraftfluß, der jede Wicklung durchsetzt, erzeugt ein Drehmoment in vorgegebener Richtung über einen Winkelbereich hinweg, der größer als ein elektrischer Winkel von 180° ist, wenn eine Wicklung über die Zone oder den Bereich des magnetischen Kraftflusses mit vorgegebener Polarität hinweg erregt wird. Eine Erregerschaltung sorgt für eine abwechselnde Erregung der Wicklungen, so daß Strom durch jede erregte Wicklung während eines Zeitraums fließt, der im wesentlichen gleich einem elektrischen Winkel von 180° ist oder einem elektrischen Winkel von 180° entspricht, wenn sich die erregte Wicklung innerhalb des Drehmomentbereichs in vorgegebener Richtung befindet. Die erste und zweite Wicklungshälfte ist auf im wesentlichen derselben Zylinderfläche angeordnet, die konzentrisch um die Motorachse herum liegt, wobei die beiden Wicklungshälften voneinander weniger weit beabstandet sind als 180° elektrisch, nämlich etwa 100° bis 120° elektrisch.

Die Erfindung sowie deren Ausgestaltungen und Vorteile werden nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1A bis 1C das Funktionsprinzip für einen herkömmlichen zweipoligen eisenlosen Dreiphasen-Gleichstrommotor,

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

Fig. 3A und 3B eine im Prinzip bekannte, jedoch vorteilhaft optimierte Ausführungsform für eine Schaltung sowie deren Arbeitsweise zur Erregung der Wicklungen eines Gleichstrommotors mit erfindungsgemäßen Merkmalen,

Fig. 4 und 5 die Längs- und Querschnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Gleichstrommotors,

Fig. 6A bis 6E Konstruktionsdetails und Signaldarstellungen zur Erläuterung der Arbeitsweise dieser Ausführungsform eines Gleichstrommotors,

Fig. 7 ein Diagramm, das der Erläuterung der Arbeitsweise einer abgewandelten Ausführungsform des Gleichstrommotors dient,

Fig. 8A und 8B ein zweites Ausführungsbeispiel für einen Gleichstrommotor erfindungsgemäßer Art sowie ein Diagramm zur Erläuterung der Betriebsweise,

Fig. 9A und 9B dienen zur Erläuterung der Gestaltung der Statorwicklung gemäß einer Ausführungsform der er­ findungsgemäßen Lehre,

Fig. 10 bis 12D eine bevorzugte abgewandelte Ausführungsform eines kollektor- und eisenlosen Gleichstrommotors gemäß der Erfindung einschließlich der Diagramme zur Erläuterung vorteilhafter Betriebseigenschaften,

Fig. 13 und 14 zwei Beispiele für die konstruktive Gestaltung eines Gleichstrommotors erfindungsgemäßer Bauart, wobei in diesem Fall die Wicklungen und andere Details des Motors nicht dargestellt sind.

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 Dreiphasenmotor dargestellt. Es sei angenommen, daß der Läufer unterschiedlich magnetisierte Perma­ nentmagnetpolschuhe aufweist. Der Rotor 101 a ist also mit einem Nord-Polschuh N, der einen Kreisbogen von 180° aufweist, sowie einem benachbarten Süd-Polschuh S ausgebildet, der auch einen Kreisbogen von 180° überdeckt. Der durch den Nord- und Südpolschuh erzeugte Magnetfluß ändert sich sinusförmig, wenn man eine Drehrichtung betrachtet. Das heißt, wenn sich ein Bezugspunkt bezüglich des Nord- und Südpolschuhs dreht, so zeigt der Magnetflußverlauf, 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 101 a bilden, ist der Bezugspunkt in Wirklichkeit in seiner Lage festliegend, und der Nord- bzw. Südpolschuh dreht sich bezüglich des Bezugspunkts.

Der Ständer dieses zweipoligen Dreiphasenmotors besteht aus drei Wicklungen L₁, L₂ und L₃. Jede Wicklung kann als um eine zy­ linderförmige, zum Läufer 101 a konzentrische Fläche herumgewickelt gedacht werden und umfaßt ein Strom in der einen Richtung führendes Leitersegment (Wicklungshälfte) und ein weiteres Leitersegment, das Strom in der dazu entgegengesetzten Richtung führt. Beispielsweise können beide Leitersegmente zur Motorachse parallel liegen, so daß jede Wicklung L₁, L₂ und L₃ sich über einen Kreisbogen von 180° erstreckt. Wie Fig. 1A zeigt, ist die senkrecht zur Zeichenebene auf den Betrachter gerichtete Stromrichtung als Punkt und die eingesetzte Stromrichtung mit "x" dargestellt. Bei der hiesigen Beschreibung wird der aus der Zeichenebene herausfließende als in positiver Richtung fließender Strom und damit durch einen positiven Leiterweg der Wicklung fließender Strom bezeichnet, wohingegen der in die Zeichenebene hineinfließende Strom in negativer Richtung und damit durch einen negativen Stromweg der Wicklung fließt. Der positive Stromweg der Wicklung L₁ ist um 120° gegenüber dem positiven Stromweg der Wicklung L₂ phasenversetzt, während der positive Stromweg der Wicklung L₂ seinerseits um 120° gegenüber dem positivem Stromweg der Wicklung L₃ phasenversetzt ist. Der positive Stromweg der Wicklung L₃ ist wiederum um 120° gegenüber dem positiven Stromweg der Wicklung L₁ phasenversetzt. Die drei Phasen der Wicklungen L₁, L₂ und L₃ überlappen sich also gegenseitig, jedoch sind die positiven und negativen Stromwege voneinander jeweils um 180° getrennt.

Wenn der positive Stromweg der Wicklung L₁ zum Punkt R₁ im Bereich des durch den Nordpolschuh erzeugten Magnetflusses gelangt, wird die Wicklung L₁ während des Betriebs erregt. Gemäß der Fleming'schen Regel wird ein Drehmoment erzeugt, so daß zwischen Läufer und Ständer eine Drehung auftritt. Diese Drehung hält an, bis der negative Stromweg der Wicklung L₁ den Punkt R₁ erreicht. Zu diesem Zeitpunkt hat die Wicklung L₁ den Punkt R₂ erreicht, der gegenüber dem Punkt R₁ um 120° versetzt ist. Zu diesem Zeitpunkt wird die Wicklung L₁ entregt und die Wicklung L₂ erregt. Demzufolge wird ein Drehmoment aufgrund des Magnetflusses mit Nord-Polarität und des positiven, durch den positiven Stromweg der Wicklung L₂ fließenden Stroms sowie aufgrund des Magnetflusses mit Süd-Polarität und des negativen, durch den negativen Stromweg der Wicklung L₂ fließenden Stroms erzeugt. Die Wicklung L₂ bleibt erregt, bis der positive Stromweg der nächsten Wicklung L₃ den Punkt R₁ erreicht. Zu diesem Zeitpunkt wird die Wicklung L₂, deren positiver Stromweg den Punkt R₂ erreicht hat, entregt, und die Wicklung L₃ wird erregt. Infolgedessen wird ein Drehmoment aufgrund des Magnetflusses mit Nord-Polarität und des positiven, durch die Wicklung L₃ fließenden Stroms sowie weiterhin aufgrund des Magnetflusses mit Süd-Polarität und des negativen, durch die Wicklung L₃ fließenden Stroms erzeugt.

Wie Fig. 1A zeigt, erreicht der positive Stromweg der Wicklung L₁ zum Zeitpunkt t₁ den Punkt R₁. Der positive Stromweg der Wicklung L₂ erreicht zum Zeitpunkt t₂ den Punkt R₁, und der positive Stromweg der Wicklung L₃ erreicht zum Zeitpunkt t₃ den Punkt R₁. Dies bedeutet, daß die Wicklung L₁ vom Zeitpunkt t₁ bis t₂ erregt ist. Die Wicklung L₂ ist vom Zeitpunkt t₂ bis t₃ erregt, und die Wicklung L₃ ist vom Zeitpunkt t₃ bis t₄ erregt. Fig. 1B stellt die Stromerregungs-Zeitdiagramme dar, die zu den Wicklungen L₁, L₂ bzw. L₃ gehören. Da jede Wicklung nur während eines Zeitraums erregt ist, währenddessen der positive Stromweg dieser Wicklung sich im Bereich des Magnetflusses mit Nord-Polarität befindet, ist das Drehmoment, das bei jeder Erregung der jeweiligen Wicklung erzeugt wird, immer größer als Null. Fig. 1C zeigt das erzeugte Drehmoment. Das positive Drehmoment aufgrund der Erregung der Wicklung L₁ wird zwischen den Zeitpunkten t₁ und t₂ erzeugt. Das positive Drehmoment aufgrund der Erregung der Wicklung L₂ wird zum Zeitpunkt t₂ bis zum Zeitpunkt t₃ erzeugt, und das positive Drehmoment aufgrund der Erregung der Wicklung L₃ wird vom Zeitpunkt t₃ bis t₄ erzeugt. Diese aufeinanderfolgende Erregung der Wicklungen und das sich dadurch ergebende Drehmoment wiederholt sich dann.

Da jede Wicklung für einen Zeitraum von 120° getrennt erregt werden muß und da jede Wicklung nur erregt wird, wenn ihr positiver Stromweg den Punkt R₁ erreicht, muß für jede Wicklung ein individuelles Abtastelement vorgesehen sein, um festzustellen, wann diese Wicklung von Punkt R₁ erreicht. Diese drei Abtastelemente können dazu verwendet werden, die Erregerströme zu den richtigen Zeitpunkten zu erzeugen, wie dies in Fig. 1B dargestellt ist. Darüber hinaus sind zur Erregung der Wicklungen L₁, L₂ bzw. L₃ drei getrennte Schaltkreise erforderlich. Wie zuvor bereits erwähnt, muß die Lage jedes Abtastelements bezüglich der übrigen Abtastelemente und auch bezüglich des Nord- und Süd-Polschuhs sehr sorgfältig und für jedes Element einzeln genau justiert werden. Wenn alle drei Abtastelemente in einem einzigen Modul vereint vorgefertigt sind, kann dieser Modul darüber hinaus nur für Motoren mit demselben Durchmesser verwendet werden.

Fig. 2 zeigt ein Beispiel eines zweipoligen Wechselphasenmotors, bei dem der Läufer 101 b auf nebeneinanderliegenden Nord- und Süd-Magnetpolschuhen besteht, die jeweils einen Kreisbogen von 180° bilden. Der Ständer besitzt zwei Wicklungen L₁ 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 Wicklung sind voneinander um 180° getrennt. Hier überlappen sich die Wicklungen L₁ und L₂ nicht. Jede Wicklung ist vielmehr genauso lang wie ein Magnetpolschuh. Jede Wicklung ist also um eine der Magnetpolschuhüberdeckung entsprechende zylinderförmige, zur Motorachse konzentrische Fläche gewickelt. Wie zuvor können die positiven und negativen Stromwege entsprechend den Leitersegmenten parallel zur Motorachse verlaufend gedacht werden.

Wenn sich der Läufer 101 b dreht, so ist der Verlauf des Magnetflusses, der am Bezugspunkt auftritt, sinusförmig, wie in Fig. 2A dargestellt ist. Wenn der positive Stromweg der Wicklung L₁ den Punkt R₁ erreicht, d. h., wenn der positive Stromweg der Wicklung L₁ den Übergang zwischen dem Nord- und dem Süd-Magnetfluß erreicht hat, an dem der effektive Magnetfluß Null ist, wird die Wicklung erregt. Die Dauer der Erregung der Spule L₁ beträgt 180°, d h., die Erregung hält so lange an, bis der positive Stromweg dieser Wicklung den Punkt R₂ beim nächsten Übergang zwischen dem Nord- und Süd- Magnetfluß erreicht. Zu diesem Zeitpunkt hat der positive Stromweg der Wicklung L₂ den Punkt R₁ erreicht, und die Wicklung L₂ wird erregt, wogegen die Wicklung L₁ entregt wird. Wenn der positive Stromweg der Wicklung L₁ wieder den Punkt R₁ erreicht, dann wird die Wicklung L₂ entregt und die Wicklung L₁ erneut erregt.

Fig. 2B zeigt den Stromverlauf der durch die Wicklungen L₁ und L₂ fließenden Erregerströme. Die Wicklung L₁ wird zum Zeitpunkt t₁, d. h. zum Zeitpunkt erregt, wenn der positive Stromweg dieser Wicklung den Punkt R₁ erreicht. Die Wicklung L₂ wird zum Zeitpunkt t₂, d. h. zu dem Zeitpunkt erregt, an dem der positive Stromweg dieser Wicklung den Punkt R₁ erreicht. Aufgrund des positiven, durch den positiven Stromweg der Wicklung L₁ fließenden Stroms und des Magnetflusses, mit Nord-Polarität einerseits und aufgrund des negativen, durch den negativen Stromweg der Wicklung L₁ fließenden Stroms und des Magnetflusses mit Süd-Polarität, der diesen negativen Stromweg schneidet, wird also ein positives Drehmoment erzeugt. Wenn die Wicklung L₁ erregt ist, wird wiederum ein positives Drehmoment in gleicher Weise erzeugt, nämlich infolge des positiven, durch den positiven Stromweg der Wicklung L₂ fließenden Stroms und des Magnetflusses mit Nord-Polarität sowie auch aufgrund des negativen, durch den negativen Stromweg der Wicklung L₂ fließenden Stroms und des Magnetflusses mit Süd-Polarität, der den negativen Stromweg schneidet. Dieses Drehmoment ist in Fig. 2C dargestellt.

Zu den Zeitpunkten t₁, t₂, t₃, . . . ist das erzeugte Drehmoment ersichtlich Null, und zwar deshalb, weil der positive und negative Stromweg einer erregten Wicklung zu diesen Zeitpunkten einem Magnetfluß von im wesentlichen Null ausgesetzt sind. Aufgrund dieses Drehmoments Null besteht die Möglichkeit, daß dann, wenn der Läufer in einer Lage zur Ruhe kommt, in der sich der positive (oder negative) Stromweg einer Wicklung am Punkt R₁ (oder R₂) befindet, die nachfolgende Erregung der Wicklung ein Drehmoment Null ergibt. Diese bedeutet, daß eine Anlaufhilfseinrichtung erforderlich sein kann, um den Läufer zu Beginn in Drehung zu versetzen. Obgleich der zweipolige Wechselphasenmotor nur ein einziges Abtastelement benötigt, um die Drehlage des Läufers bezüglich der Erregerwicklungen festzustellen, und nur zwei Schaltereinrichtungen erforderlich sind, um die jeweiligen Wicklungen zu erregen, bleibt dennoch die Schwierigkeit bestehen, daß an bestimmten Winkellagen des Läufers ein Drehmoment Null auftritt, was nachteilig ist. Darüber hinaus 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 beseitigt.

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform eines Gleichstrommotors erfindungsgemäßer Bauart in Schnittansicht, und Fig. 5 verdeutlicht einen Querschnitt entlang der in Fig. 4 eingezeichneten Schnittlinie XIII-XIII. Ein Nordpol 107 a und ein Südpol 108 a haben gleiche Kreisbogenabmessungen von jeweils etwa 140°. Zwischen dem Nord- und Südpol 107 a und 108 a befinden sich ein zusätzlicher Nordpol 107 b und ein zusätzlicher Südpol 108 b, die den Umfang auf 360° vervollständigen. Der zusätzliche Nordpol 107 b und der zusätzliche Südpol 108 b überdecken, wie dargestellt, einen Kreisbogen von etwa 40°. Darüber hinaus wechseln sich die zusätzlichen Nord- und Südpole in ihrer Polarität mit dem Haupt-Nord- und Südpol 107 a und 108 a ab, so daß im Drehweg um die Motorachse herum ein Nord-, Süd-, Nord-, Süd-Magnetfluß auftritt.

Wicklungen 110 und 111 sind auf einer Zylinderfläche angeordnet und auf einem Ringkern 109 angebracht. Die Wicklungen 110 und 111 sind also nicht toroidal bzw. ringförmig um den Kern 109, sondern in der gleichen Weise wie die Wicklungen der herkömmlichen, in den Fig. 1 und 2 dargestellten Motoren gewickelt. Die Wicklung 110 definiert einen positiven Stromweg 110 a und einen negativen Stromweg 110 b, durch die der Strom in positiver bzw. negativer Richtung entlang Leitern fließt, die in axialer Richtung liegen. Der positive und negative Stromweg der Wicklung 110 sind jeweils gleichmäßig beabstandet. Die Wicklung 111 weist ebenso wie die Wicklung 110 einen positiven Stromweg 111 a und einen negativen Stromweg 111 b auf, die sich in axialer Richtung erstrecken.

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

Das Abtastelement 115 und die Erregerschaltung 114 befinden sich auf einer Schaltungsplatte 112. Bei einer Ausführungsform ist das Abtastelement 115 ein Hall-Generator, dem ein ringförmiges magnetisches Teil 118 auf dem Läufer 101 in Gegenüberstellung zugeordnet ist. Dieser Ringmagnet 118 ist vorzugsweise in Achsrichtung bzw. in seiner Dickenrichtung magnetisiert, so daß ein Nord- und Südpol über einen Lagewinkel von 180° auftritt. Das heißt, die Drehung des Ringmagneten 118 am Hall-Generator 115 vorbei bewirkt, daß der Hall-Generator Lagesignale entsprechend der Winkellage des Läufers 101 erzeugt. Diese Winkel­ lagesignale werden von der Schaltung 114 zur wahlweisen Erregung der Wicklungen 110 und 111 verarbeitet.

Der in den Fig. 4 und 5 dargestellte Motor ist nochmals in Fig. 6A wiedergegeben, wobei die Wicklungen 110 und 111 jeweils durch eine einzige Windung dargestellt sind. Ein magnetischer Kreis wird über den Nordpol 107 a, den Kern 109, den Südpol 108 a und ein becherförmiges Joch des Läufers 101 gebildet. Ein weiterer magnetischer Kreis ist ausgehend vom Nordpol 107 a über den Kern 109, den zusätzlichen Südpol 108 b und das becherförmige Joch geschlossen. Ein nächster magnetischer Kreis ist durch den zusätzlichen Nordpol 107 b, den Kern 109, den Südpol 108 a und das becherförmige Joch gebildet. Schließlich ergibt sich noch ein magnetischer Kreis durch den zusätzlichen Nordpol 107 b, den Kern 109, den zusätzlichen Nordpol 108 b und das becherförmige Joch. Diese magnetischen Kreise sind in Fig. 14A strichliniert dargestellt. Die magnetische Kraftflußverteilung in einem Umlauf um die Achse des Motors ist in Fig. 6B dargestellt. Der magnetische Kraftfluß mit Südpolarität, der sich von 0° bis 140° erstreckt, ist auf den Südpol 108 a zurückzuführen. Der magnetische Kraftfluß mit Nordpolarität, der sich von 140° bis 180° erstreckt, geht auf den zusätzlichen Nordpol 107 b zurück, der magnetische Kraftfluß mit Südpolarität, der sich von 180° bis 220° erstreckt, geht auf den zusätzlichen Südpol 108 b zurück, und der magnetische Kraftfluß mit Nordpolarität, der sich von 220° bis 360° erstreckt, rührt von dem Nordpol 107 a 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 Wicklung 110 während der gesamten Drehung über 360° hinweg erregt wird, so tritt ein Drehmoment auf, wie es durch die Kurve a in Fig. 6C dargestellt ist und durch den in Fig. 6B gezeigten magnetischen Kraftflußverlauf erzeugt wird, der den positiven Stromweg 110 a durchsetzt. Dieses Drehmoment hat im wesentlichen denselben Verlauf wie der in Fig. 6B dargestellte magnetische Kraftflußverlauf. Dem positiven Strom durch den positiven Stromweg 110 a entspricht ein negativer Strom durch den negativen Stromweg 110 b der Wicklung 110. Wenn man annimmt, daß der negative Stromweg 110 b dieselbe Länge einnimmt wie der positive Stromweg 110 a, dann wird der Drehmoment, das durch den diesen negativen Stromwegteil durchsetzenden Magnetfluß erzeugt wird, den durch die Kurve b′ in Fig. 6C dargestellten Verlauf aufweisen. Ersichtlich ist die Kurve b′ die negative oder invertierte Form der Kurve a und entspricht dem Strom durch den negativen Stromweg 110 b. In Wirklichkeit ist der negative Stromweg 110 b jedoch um 120° zum positiven Stromweg 110 a winkelmäßig versetzt oder phasenverschoben. Das heißt, die Kurve b in Fig. 6C sollte um 120° phasenverschoben sein, da sie das Drehmoment wiedergibt, welches durch den negativen Stromweg 110 b durchsetzenden Magnetfluß erzeugt wird. Selbstverständlich ist das Gesamtdrehmoment gleich der Summe der Kurven a und b. Das heißt, das Gesamtdrehmoment ist gleich der Summe der Komponente, die aufgrund der Durchsetzung des positiven Stromwegs 110 a mit dem Magnetfluß erzeugt wird, und der Komponente, die durch die Durchsetzung des negativen Stromwegs 110 b 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 Fig. 6C dargestellt ist.

Das Gesamtdrehmoment, das durch die Kurve A dargestellt wird, ist also ersichtlich über den Drehwinkel von mehr als 180° positiv. Insbesondere erstreckt sich dieses positive Drehmoment von etwa 132° bis 352° für einen Winkelbereich von etwa 220°. Wenn die Wicklung 110 innerhalb dieses Winkelbereichs von 220° des positiven Drehmoments erregt wird, dreht sich der Läufer 101 in der Drehrichtung W (vgl. Fig. 6A). Erfindungsgemäß wird die Wicklung 110 innerhalb dieses Bereichs von 220° über einen Zeitraum hinweg erregt, der 180° elektrisch entspricht, und anschließend wird die Wicklung 110 während eines Zeitraums erregt, der ebenfalls einem elektrischen Winkel von 180° entspricht. Wenn die Wicklung beispielsweise von der Winkellage R₁ zur Winkellage R₂ erregt wird, dann erreicht der positive Stromweg 111 a der Wicklung 111 die Winkellage R₁, wenn der positive Stromweg die Winkellage R₂ erreicht. Zu diesem Zeitpunkt sollte die Wicklung 110 entregt und die Wicklung 111 erregt werden. Bei einem typischen Beispiel ist die Winkellage R₁ gleich einem Drehwinkel von 150°, der - wie aus Fig. 6A ersichtlich ist - sich um 10° in den magnetischen Kraftfluß mit Nordpolarität erstreckt, der durch den zusätzlichen Nordpol 107 erzeugt wird.

Der Erregungszeitraum der Wicklung 110 und danach der Erregungszeitraum der Wicklung 111 erstreckt sich natürlich von 150° bis 230°, wobei die zuletzt genannte Winkelangabe der Winkellage R₂ entspricht. Wenn die Wicklung 110 von dem Zeitpunkt an, bei dem der positive Stromweg 110 a die Winkellage von 150° erreicht, erregt wird, wobei die Winkellage von 0° als Grenze zwischen dem Haupt-Nord- und Haupt-Südpol 107 a, 108 a gesetzt ist, so wird die Wicklung 110 entregt, wenn der positive Stromweg 110 a die Winkellage 330° und der positive Stromweg 111 a der Wicklung 111 die Winkellage 150° erreicht. Die Wicklung 111 wird dann von dem Zeitpunkt an erregt, bei dem der positive Stromweg 111 a die Winkellage 150° erreicht, und zwar so lange, bis dieser positive Stromweg die Winkellage 330° erreicht. Zu diesem Zeitpunkt wird die Wicklung 111 entregt, und die Wicklung 110 wird von neuem erregt. Das sich ergebende Gesamtdrehmoment, das entsprechend dieser selektiven Erregung der Wicklungen 110 und 111 erzeugt wird, ist in Fig. 6D dargestellt. Die in Fig. 6D angegebenen Winkelpositionen sind die Winkellagen, die von der Wicklung 110 eingenommen werden. Die Wicklung 110, die als die "B-Phase" bezeichnet wird, wird während einer Dauer von 180° von dem Zeitpunkt an erregt, an dem der positive Stromweg 110 a der Wicklung 110 sich bei 330° befindet, und zwar so lange, bis dieser positive Stromweg der Wicklung 110 die Winkelposition 150° erreicht. Zu diesem Zeitpunkt wird die Wicklung 111 entregt, und die Wicklung 110, die als "A-Phase" in Fig. 6D bezeichnet wird, wird während dieses Zeitraums von 180° elektrisch erregt. Es ist also ersichtlich, daß das Gesamtdrehmoment an keiner Stelle während der Umdrehung des Läufers 101 auf Null abnimmt.

Eine Erregerschaltung 114, die entsprechend der in Fig. 3A dargestellten Steuerschaltung ausgebildet sein kann, erregt die Wicklung 110 und die Wicklung 111 selektiv mit einem Erregerstrom, der den in Fig. 6E dargestellten Verlauf aufweist. Vorzugsweise wird jede Wicklung für einen Zeitraum von 180° erregt. Um den dargestellten Motor in zufriedenstellender Weise zu betreiben, ist es jedoch nicht erforderlich, die Wicklungen nur während dieser einander gleichen Winkelzeiträume zu erregen. Beispielsweise kann die Wicklung 110, d. h. die A- Phase, über einen Winkelbereich von 190° und die Wicklung 111, d. h. die B-Phase, über einen Winkelbereich von 170° erregt werden.

Die Erregerschaltung 114, die im Zusammenhang mit dem Abtastelement 115 verwendet werden kann, um die Wicklungen 110 und 111 wahlweise zu erregen, ist in Fig. 3A schematisch dargestellt. Das Abtastelement 115 sei hier ein Hall-Generator mit Ausgängen A und B. Der Ausgang A steht mit der Basis des pnp-Transistors 116 a in Verbindung, dessen Emitter über einen Lastwiderstand an einer geeigneten Betriebs­ spannungsquelle +V liegt und dessen Kollektor mit der Basiselektrode eines Schalttransistors 117 a verbunden ist. Der Ausgang B ist in entsprechender Weise mit der Basiselektrode eines pnp-Transistors 116 b verbunden, dessen Emitter mit dem Emitter des Transistors 116 a in Verbindung steht und dessen Kollektor mit der Basiselektrode eines Schalttransistors 117 b verbunden ist. Die Kollektor-Emitter- Strecken der Schalttransistoren 117 a und 117 b sind in Reihe mit den Wicklungen 110 bzw. 111 geschaltet. Wenn sich der Läufer 101 dreht, so wird der vom Nord- und Südpol 107 und 108 erzeugte Magnetfluß vom Hall-Generator 115 festgestellt und an den Ausgängen A bzw. B werden Ausgangsspannungen a und b erzeugt, die in Fig. 3B dargestellt sind. Obgleich der Nord- und Südpol zueinander asymmetrisch sind und insbesondere der Nordpol 107 sich über einen Kreisbogen von etwa 240°, der Südpol 108 sich dagegen über einen Kreisbogen von 120° erstreckt, sind die Ausgangsspannungen a und b des Hall-Generators 115 zueinander symmetrisch. Die Ausgangsspannung a wird vom Transistor 116 a verstärkt und invertiert, so daß der Transistor 117 a zwischen den Zeitpunkten t₁ und t₂ leitet. In entsprechender Weise wird die Ausgangsspannung b vom Transistor 116 b verstärkt und invertiert, so daß der Transistor 117 b zwischen den Zeitpunkten t₂ und t₃ leitend ist. Es fließen als Erregerströme durch die Wicklungen 110 bzw. 111 in der in Fig. 6E dargestellten Weise. Das heißt, es fließt abwechselnd Strom während eines dem Winkel 180° entsprechenden Zeitraums durch die Wicklungen 110 und 111, während die erregte Wicklung sich im Bereich des Magnetflusses mit Nordpolarität befindet. Der Transistor 117 a wird erregt, wenn sich die Wicklung 110 von der Lage R₁ und die Lage R₂ dreht, und der Transistor 117 b wird erregt, wenn sich die Wicklung 111 von der Lage R₂ in die Lage R₁ dreht.

Bei dem in Fig. 3A dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Wicklungen 110 und 111 jeweils für eine Dauer von 180° abwechselnd erregt. Diese Dauer der abwechselnden Erregung kann auch verändert werden. Beispielsweise kann die Wicklung 110 während einer längeren Dauer als 180° erregt werden, wogegen die Wicklung 111 kürzer als 180° erregt wird. Selbstverständlich kann diese Dauer der Erregung von der Kreisbogenlänge der Wicklungen, der winkelmäßigen Ausdehnung des Magnetflusses mit Nordpolarität und dem Punkt innerhalb dieses Magnetflusses abhängen, an dem die betreffende Wicklung erregt werden soll.

Wenn statt des Hall-Generators ein anderes, beispielsweise ein optisches Abtastelement 111 verwendet wird, kann das Ausgangssignal dieses Elements, beispielsweise die Spannung a (vgl 3B) zur Erregung der Wicklung 110 verwendet werden, wobei die in der Polarität umgekehrte Spannung, beispielsweise die Spannung b (vgl. Fig. 3B) dazu herangezogen werden kann, die Wicklung 111 zu erregen.

Der Ringmagnet 118 der im Zusammenhang mit dem Abtastelement 115 verwendet wird, um festzustellen, wann der Läufer 101 die Winkellage R₁=150° erreicht, ist in Fig. 5 strichliniert dargestellt. Wie sich aus dieser Zeichnung ergibt, befindet sich eine Nord-Süd-Grenze des Ringmagneten 118 bei 115°, wenn die Grenze zwischen dem Haupt-Nord- und dem Haupt-Südpol 107 a, 108 a als 0° angenommen wird. Wenn das Abtastelement 115 diese Grenze im Ringmagnet 118 feststellt, wird die Erregerschaltung 114 durch ein Umschaltsignal beaufschlagt, und die Erregung dieser Wicklung wird umgeschaltet, d. h die Wicklung 111 wird entregt und die Wicklung 110 erregt. Der Ringmagnet 118 besitzt eine weitere Nord- Süd-Grenze, die von der zuerst genannten Nord-Süd-Grenze um 180° beabstandet ist. Diese weitere Nord-Süd-Grenze befindet sich bei 330° bezüglich der 0°-Bezugslage des Haupt- Nord- und das Haupt-Südpols. Wenn das Abtastelement 115 diese andere Nord-Süd-Grenze feststellt, wird ein weiteres Umschaltsignal erzeugt, das die Erregung der Wicklungen umschaltet, so daß die Wicklung 110 nunmehr entregt und die Wicklung 111 erregt wird. Das Zusammenwirken des Ringmagneten 118 und des Abtastelements 115 ergibt also die in Fig. 6E gezeigte Stromumschaltung der Wicklungen 110 und 111.

Die Kreisbogenabmessung des Haupt-Nord- und Haupt-Südpols ist kleiner als 180° und bei der in den Fig. 4 bis 6 dargestellten Ausführungsform 140°. Der winkelmäßige Abstand zwischen dem positiven und negativen Stromweg jeder Wicklung 110, 111 ist kleiner als die Kreisbogenabmessung jedes Hauptpols und ist bei diesem Ausführungsbeispiel etwa 120°. Wie aus den Drehmomentkurven a und b zu ersehen ist, können der positive und negative Stromweg jeder Wicklung voneinander in einem kleineren Winkel als 120° beabstandet sein. Obgleich der durch die Haupt- und zusätzlichen Magnetpole erzeugte Magnetkraftflußverlauf sinusförmige Komponenten aufweist, wie Fig. 6B zeigt, kann der Magnetflußverlauf, der auf den Haupt-Nordpol 107 a (oder auf den Haupt-Südpol 108 a) zurückgeht, eine Trapezform aufweisen. Der Magnetkraftflußverlauf aufgrund der zusätzlichen Pole 107 a und 108 b 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. 7 dargestellt ist, dann ergibt sich ein Gesamtdrehmoment entsprechend der Kurve A in Fig. 7. In dieser Figur ergibt sich die Kurve A aus der Summe der Drehmomentkomponente, die durch den den positiven Stromweg der erregten Wicklung durchsetzenden Magnetfluß erzeugt wird (diese Komponente ist als Kurve a dargestellt) und der Komponente, die durch den den negativen Stromweg der Wicklung durchsetzenden Magnetfluß erzeugt wird (diese Komponente ist durch die Kurve b dargestellt). Die Kurve A von Fig. 7 entspricht der Kurve A von Fig. 6C, jedoch mit dem Unterschied, daß die Welligkeit bei der in Fig. 6C dargestellten Kurve wesentlich geringer ist. Auch hier werden die Wicklungen 110 und 111 abwechselnd derart erregt, daß das aufgrund der Erregung der jeweiligen Wicklung erzeugte Drehmoment im wesentlichen dasselbe ist. Dieses Drehmoment ist als Abschnitt S der Kurve A zwischen den Winkellagen R₁ und R₂ dargestellt. Das heißt, wenn der positive Stromweg 110 a der Wicklung 110 die Winkellage R₁=150° erreicht, wird die Wicklung 110 erregt und bleibt erregt, bis der positive Stromweg 110 a die Winkellage R₂=330° erreicht. Zu diesem Zeitpunkt wird die Wicklung 110 entregt, und die Wicklung 111 wird über einen winkelmäßigen Zeitraum von etwa 180° erregt. Bei Erregung der Wicklung 111 wird also ein Drehmoment erzeugt, das im wesentlichen dem Abschnitt S der Kurve A in Fig. 7 entspricht.

Im Hinblick auf den Verlauf des durch die Haupt- und Zusatzpole erzeugten Magnetflusses (vgl. Fig. 6B) wird deutlich, daß die zusätzlichen Pole bei der Berechnung der Anzahl der Polpaare nicht in Betracht gezogen werden. Auch wenn bei der in den Fig. 4 dargestellten Ausführungsform vier getrennte Magnetpole vorgesehen sind, so ist der Motor dennoch ein zweipoliger Motor, der nur zwei Hauptpole aufweist.

Fig. 8A zeigt eine weitere Ausführungsform. Diese Ausführungsform ist der anhand der Fig. 3 bis 6 erläuterten Ausführungsform ähnlich, jedoch mit dem Unterschied, daß der zusätzliche Nordpol 107 b bei der früher beschriebenen Ausführungsform nunmehr aus zwei zusätzlichen Nordpolen 107 b und 107 c und der zusätzliche Südpol 108 bei der früher beschriebenen Ausführungsform durch ein Paar zusätzlicher Südpole 108 b und 108 c ersetzt ist. Der übrige in Fig. 8A dargestellte Motorbau entspricht im wesentlichen dem bereits beschriebenen Ausführungsbeispiel. Der positive und negative Stromweg jeder Wicklung 110, 111 in Fig. 8A können jedoch in einem geringeren Winkelabstand als 120°, beispielsweise mit einem Winkel von 100°, gegeneinander beabstandet sein.

Infolge der abwechselnd angeordneten zusätzlichen Pole 107 b, 108 c, 107 c und 108 b zeigt der magnetische Kraftfluß über den Drehweg um die Motorachse den in Fig. 8B dargestellten Verlauf. Der magnetische Kraftfluß mit Südpolarität ist vom magnetischen Kraftfluß mit Nordpolarität durch Welligkeit mit Nord- und Südpolarität getrennt, die aufgrund der jeweiligen zusätzlichen Pole auftreten, die zwischen den Hauptpolen angeordnet sind. Bei der in Fig. 8A dargestellten Ausführungsform ist, wie bei den Ausführungsformen der Fig. 3 bis 6, der Haupt-Nordpol in der Nähe eines zusätzlichen Südpols und der Haupt-Südpol in der Nähe eines zusätzlichen Nordpols angeordnet. Obwohl nicht dargestellt, sei darauf hingewiesen, daß das Gesamtdrehmoment, das bei dem in Fig. 8A dargestellten Ausführungsbeispiel auf den Läufer 101 ausgeübt wird, dem Gesamtdrehmoment entspricht, das in der Fig. 6D dargestellt ist, jedoch mit dem Unterschied, daß zusätzliche Welligkeitskomponenten zwischen den positiven Spitzen auftreten, die jedoch nur geringe Amplituden aufweisen.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 8A können noch weitere zusätzliche Pole zwischen dem Haupt-Nordpol und dem Haupt- Südpol vorgesehen sein. Die in der Mitte angeordneten zusätzlichen Pole 107 c und 108 c können auch weggelassen werden. Der sich dabei ergebende Luftspalt bei Entfernung dieser zusätzlichen Pole führt zu einem magnetischen Kraftflußverlauf in der Nähe dieses Luftspalts, dessen Form durch die gestrichelte Linie in Fig. 8B dargestellt ist. Auf diese Weise wird die zusätzliche Welligkeit aufgrund der zusätzlichen Pole 107 c und 108 c vermieden. Der bei Entfernen dieser zusätzlichen Pole gebildete Luftspalt kann darüber hinaus auch mit einem ferrogmagnetischen oder nicht- ferromagnetischen Material gefüllt sein.

Bei der in Fig. 8A 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 Umlaufs auf Null zurück.

Der Winkelabstand zwischen dem positiven und negativen Stromweg jeder Wicklung ist bei den in den Fig. 3 bis 8 dargestellten Ausführungsform kleiner als 180°. Als zahlenmäßige Beispiele wurden für diese Winkelabstände 120° oder 100° für bestimmte Ausführungsformen angegeben. Dieser Winkelabstand kann auch als elektrischer Winkel α bezeichnet werden. Ein Lagewinkel α′ entspricht dem elektrischen Winkel α. Der Lagewinkel, der den positiven und negativen Stromweg einer Wicklung trennt, kann auch durch den suplementären Winkel β angegeben werden, wobei α′+β=360° ist. Beispielsweise ist in Fig. 9A der Winkelabstand α′ zwischen dem positiven Stromweg 110 a und dem negativen Stromweg 110 b der Wicklung 110 mit 120° dargestellt. Die Wicklung 110 kann jedoch auch so ausgebildet sein, daß eine einzige Windung durch ein Leitersegment, welches parallel zur Motorachse verläuft und den positiven Stromweg 110 a bildet, gefolgt von einem weiteren Leitersegment, das einen Winkel von 240° überspannt, weiterhin gefolgt von einem weiteren Leitersegment, das zur Motorachse parallel liegt und den negativen Stromweg 110 b bildet, sowie schließlich durch ein Leitersegment gebildet wird, das einen Kreisbogen von 240° überdeckt und die beiden Stromwege 110 b und 110 a miteinander verbindet. Bei dieser Ausgestaltung umspannt die Wicklung 110, wie dies in Fig. 9A durch ausgezogene Linien dargestellt ist, einen Winkel von 240°, d. h. den Winkelabstand zwischen dem positiven Stromweg 110 a und dem negativen Stromweg 110 b. Eine entsprechende Ausbildung der Wicklung 111, die in Fig. 9A strichliniert dargestellt ist, ergibt einen positiven Stromweg 110 a, der vom negativen Stromweg 111 b einen Winkelabstand von 240° aufweist.

Fig. 9B zeigt eine perspektivische Darstellung einer Windung der Wicklung 110, wobei der positive Stromweg 110 a in einem Winkel von 240° vom negativen Stromweg 110 b beabstandet ist. Wenn beide Wicklungen 110 und 111 vorgesehen sind, überlappen sich Teile dieser beiden. Das heißt, wenn die Wicklungen 110 und 111 zueinander symmetrisch angeordnet sind, liegen die diametral gegenüberliegenden Teile der Wicklung 110 über den diametral gegenüberliegenden Teilen der Wicklung 111, und zwar jeweils über einen Winkel von 60°. Der positive und negative Stromweg der Wicklung 110 (oder der Wicklung 111) kann voneinander durch einen elektrischen Winkel 360°×m+α getrennt sein, wobei m eine positive ganze Zahl ist. Bei einem derartigen Winkelabstand entspricht eine graphische Darstellung dem durch die Wicklung 110 (oder die Wicklung 111) erzeugten Drehmoment.

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

Für den n-poligen Motor läßt sich dann der lagemäßige Winkelabstand zwischen dem positiven und negativen Stromweg einer Wicklung also als α′ oder durch den suplementären Lagewinkel β darstellen, d. h., als

Fig. 10 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform eines vierpoligen Zweiphasenmotors. Der Läufer 101 beteht aus einem becherförmigen Joch, welches Permanentmagnetpole umgibt, wobei der Läufer ein Außenläufer ist. Ein Polpaar besteht aus dem Nordpol 107 A und dem Südpol 108 A, und das andere Polpaar umfaßt den Nordpol 107 B und den Südpol 108 B. Jeder Pol besteht aus Polsegementen, wobei hier jeweils drei Polsegmente dargestellt sind. Jedes Polsegment eines Pols besteht aus unterschiedlichem magnetischem Material. Der Nordpol 108 A besteht also aus den Segmenten 108 Ax, 107 Ay und 107 Az. Der Südpol 108 A besteht aus den Segmenten 108 Ax, 108 Ay und 108 Az. Der Nordpol 107 B besteht aus den Segmenten 107 Bx, 107 By, 107 Bz. Und schließlich besteht der Südpol 108 B aus den Segmenten 108 Bx, 108 By und 108 Bz.

Die Segmente 107 Ax, 108 Ax, 107 Bx und 108 Bx bestehen alle aus Seltenen Erdmetallen und besitzen - wie dargestellt - die größte Magnetisierung. Die Segmente 107 Ay, 108 Ay, 107 By , 108 By bestehen alle aus Ferrit und zeigen eine mittlere Magnetisierung. Die Segmente 107 Az, 108 Az, 107 Bz und 108 Bz bestehen alle aus einem magnetischen Gummimaterial und besitzen die kleinste Magnetisierung. Jedes Polsegment erstreckt sich über einen Kreisbogen von 30°. Beginnend mit dem Polsegment 107 Ax und fortschreitend im Gegenuhrzeigersinn um die Motorachse sind die Pole folgendermaßen zusammengesetzt: Der Nordpol besteht aus einem Segment der Seltenen Erden, einem Ferritsegment und einem magnetischen Gummisegment, der Südpol besteht aus einem magnetischen Gummisegment, einem Ferritsegment und einem Segment der Seltenen Erden, der Nordpol besteht aus einem Segment der Seltenen Erden, einem Ferritsegment und einem magnetischen Gummisegment und der Südpol besteht aus einem magnetischen Gummisegment, einem Ferritsegment und einem Segment der Seltenen Erden.

Die Wicklungen sind zweiphasig vorhanden, wobei zur einen Phase die Wicklungen 110 A und 110 B und zur anderen Phase die Wicklungen 111 A und 111 B gehören. Der positive und negative Stromweg jeder Wicklung sind voneinander um 120° beabstandet. Darüber hinaus sind diese Phasen voneinander um einen elektrischen Winkel von 180° beabstandet. Das heißt, die Wicklung 110 A ist von der Wicklung 111 A um den Lagewinkel von 90° beabstandet, der gleich einem elektrischen Winkel von 180° ist, da der Motor zwei Polpaare aufweist. Die Wicklungen 110 A und 110 B sind in Reihe geschaltet und liegen einander diametral gegenüber, so daß sie mit einem elektrischen Winkel von 360° voneinander beabstandet sind. Die Wicklungen 111 A und 111 B 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. 11 zeigt eine graphische Darstellung der Entmagnetisierungskurven für jedes dieser magnetischen Materialien. Jede Entmagnetisierungskurve ist im zweiten Quadranten der entsprechenden Magnetisierungskurve dargestellt. Auf der Abszisse ist die magnetische Feldstärke (H) und auf der Ordinate der magnetische Kraft­ fluß (B) aufgetragen. Der Schnittpunkt der jeweiligen Kurve mit der Abszisse (Hc) gibt die Koerzitivkraft des jeweiligen magnetischen Materials wieder, und der Schnittpunkt der Entmagnetisierungskurve mit der Ordinate (Br) gibt die restliche Magnetkraftflußdichte für das jeweilige magnetische Material an. Die Kurve X ist die Entmagnetisierungskurve für das Metall der Seltenen Erden, die Kurve Y ist die Entmagnetisierungskurve für das Ferrit und die Kurve Z entspricht der Entmagnetisierungskurve für den magnetischen Gummi. Wie die Darstellung zeigt, ist die Koerzitivkraft Hc (X) des Metalls der Seltenen Erden größer als die Koerzitivkraft Hc (Y) des Ferrits, dessen Koerzitivkraft wiederum größer als die Koerzitivkraft Hc (Z) des magnetischen Gummis ist. Entsprechend ist die restliche magnetische Flußdichte bzw. die Restmagnetisierung Br (X) des Metalls der Seltenen Erden größer als die restliche magnetische Flußdichte Br (Y) des Ferrits, die ihrerseits größer als die restliche Magnetflußdichte Br (Z) des magnetischen Gummis ist. Wenn der Energieeinheit B×H 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 Polen und dem Kern 109 wird durch eine Arbeitskennlinie Pm dargestellt, die in der graphischen Darstellung von Fig. 11 eingetragen ist. Die magnetische Kraftflußdichte in diesem Luftspalt sind die Schnittpunkte, an denen sich die Arbeitskennlinie Pm mit den Entmagnetisierungskurven X, Y und Z schneidet. Das heißt, die durchsetzenden magnetischen Kraftflußdichten aufgrund der Polsegmente werden als Bd(X), Bd(Y) und Bd(Z) bezeichnet und sind kleiner als die entsprechenden restlichen Kraftflußdichten. Hierbei gilt wieder, daß Bd(X) größer als Bd(Y) und Bd(Y) wiederum größer als Bd(Z) ist.

Der in Fig. 10 dargestellte Läufer ist in Fig. 12 A in abgerollter Darstellung wiedergegeben. Der magnetische Kraftfluß, der über einen abgerollten Drehweg um die Motorachse durch die Polsegmente erzeugt wird, zeigt einen Sägezahnverlauf. Der Kraftfluß nimmt von einem Maximum mit Südpolarität bei einem elektrischen Winkel von 180° auf Null ab und erhöht sich dann auf einen Maximalwert mit Nordpolarität. Bei einem elektrischen Winkel von 360° geht der Kraftfluß relativ schnell von einem Maximalwert mit Nordpolarität in einem Maximalwert mit Südpolarität über. Dann nimmt der Kraftfluß bei einem elektrischen Winkel von 180° auf Null ab und steigt dann auf einen maximalen Wert mit Nordpolarität an. Beim nächsten elektrischen Winkel von 360° kehrt sich die Polarität des Kraftflusses wieder um. Obwohl die magnetische Kraftflußdichte Bd(X), Bd(Y) und Bd(Z) sich stufen- bzw. schrittweise ändert, zeigt der magnetische Kraftflußverlauf von Fig. 12A eine im wesentlichen lineare Änderung von einem maximalen Wert mit Südpolarität zu einem maximalen Wert mit Nordpolarität. Diese lineare Änderung anstelle einer stufenweisen Änderung ist auf das Zusammenwirken des magnetischen Kraftflusses zurückzuführen, der durch die jeweiligen Polsegmente erzeugt wird. Die stufen- bzw. schrittweisen Änderungen der Kraftflußdichte werden daher über den Abrolldrehweg um die Motorachse gemittelt.

Der sägezahnförmige Kraftflußverlauf gemäß Fig. 12A geht auf die Änderung der durch die Polsegmente erzeugten magnetischen Kraftflußdichte zurück. Statt die jeweiligen Pole bzw. Polsegmente aus unterschiedlichem magnetischem Material herzustellen, kann jeder Pol bzw. jedes Polsegment aus demselben magnetischen Material bestehen, wobei jedoch die Intensität des durch das jeweilige Polsegment erzeugten Kraftflusses geändert wird. Die zuvor beschriebenen verschiedenen Möglichkeiten und Maßnahmen zur Änderung der magnetischen Kraftflußdichte können bei derartigen Polsegmenten angewendet werden.

Die Drehmomentkompomente Ta, die durch den den positiven Stromweg 110 a der Wicklung 110 A durchsetzenden magnetischen Kraftfluß erzeugt wird, wenn die Wicklung 110 A erregt wird, ist in Fig. 12B dargestellt. Wenn die Wicklung 110 A erregt ist, fließt Strom durch den negativen Stromweg 110 B dieser Spule. Die Drehmomentkomponente Tb, die durch den Fluß erzeugt wird, der diesen negativen Stromweg durchsetzt, ist in Fig. 12B durch die gestrichelte Kurve dargestellt. Ein zusammengesetztes Gesamtdrehmoment, das erzeugt wird, wenn die Wicklung 110 A über einen Drehwinkel von 360° erregt wird, ist als Kurve TA dargestellt. Dieses Drehmoment TA ist über einen Winkelbereich 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 Wicklung 111 A erregt wird. Dieses durch die Wicklung 110 A hervorgerufene Drehmoment wird durch die Kurve TB dargestellt. Da die Wicklung 110 B mit einem elektrischen Winkel von 360° gegenüber der Wicklung 110 A versetzt ist, wird ein entsprechendes Drehmoment TA erzeugt, wenn die Wicklung 110 B erregt ist. In entsprechender Weise wird bei erregter Wicklung 110 B das Drehmoment TB erzeugt, da die Wicklung 111 B gegenüber der Wicklung 111 A um einen elektrischen Winkel von 360° versetzt ist.

Ein Abtastelement, beispielsweise das bereits zuvor beschriebene Element 115 (vgl. Fig. 3A), stellt fest, wann die Wicklung 110 A und wann danach die Wicklung 111 A eine vorgegebene Winkelstellung erreicht. Zu diesem Zeitpunkt löst das Abtastelement eine Stromumschaltschaltung aus, um die Wicklungen 110 A, 110 B und danach die Wicklungen 111 A, 111 B zu erregen. Die Erregerströme, die durch die Wicklung 110 A und 110 B fließen, werden als A-Phasen-Ströme und die Erregerströme, die durch die Wicklungen 111 A und 111 B fließen, werden als B-Phasen- Ströme in Fig. 12C bezeichnet. Die Wicklungen 110 A, 110 B werden also während eines Zeitraums von 180° innerhalb des Bereichs, in dem das Drehmoment TA positiv ist, erregt, und dann werden die Wicklungen 111 A, 111 B während eines Zeitraums von 180° innerhalb des Bereichs erregt, in dem das Drehmoment TB positiv ist. Infolgedessen wird auf den Läufer 101 über eine 360°-Umdrehung ein im wesentlichen konstantes zu­ sammengesetztes Drehmoment ausgeübt, wie dies in Fig. 12D dargestellt ist. Das zusammengesetzte Drehmoment zeigt eine vernachlässigbare Welligkeit.

Fig. 13 gibt eine weitere Abwandlung der Permanentmagnetpole wieder, wie sie anstelle der in Fig. 10 dargestellten Pole verwendet werden können. Jeder Nord- und Südpol 107 A, 107 B, 108 A und 108 B ist bei abgewickelter Darstellung trapezförmig geschnitten. Zusätzliche Pole 107 A′, 108 A′, 107 B′ und 108 B′ sind dreieckig. Die längere senkrechte Seite jedes trapezförmigen Pols ist doppelt so lang wie die andere senkrechte Seite desselben. Wie Fig. 13 zeigt, ändert der Magnetfluß an dem kürzeren Übergang zwischen beispielsweise dem Nordpol 107 A und dem Südpol 108 A die Polarität. Entsprechend zu diesem Übergang liegt die Grenze zwischen den dreieckigen zusätzlichen Polen 107 A′ und 108 A′. Der durch diese zusätzlichen Pole erzeugte Magnetfluß ändert seine Polarität in entgegengesetzter Richtung. An der Grenze zwischen dem Nordpol 107 A und dem Südpol 108 A geht der Magnetfluß also praktisch auf Null zurück. An der Grenze zwischen dem Nordpol 107 A und dem Südpol 108 B ändert sich der Magnetfluß mit maximaler Nordpolarität in einen Magnetfluß mit maximaler Südpolarität. An der Grenze zwischen dem Südpol 108 B und dem Nordpol 107 B geht der Magnetkraftfluß im wesentlichen auf Null zurück. Der Verlauf des magnetischen Kraftflusses bei der in Fig. 13 dargestellten Polstruktur weist also eine Sägezahnform der in Fig. 12A dargestellten Art auf. Infolgedessen zeigt das zusammengesetzte Drehmoment, das am Läufer 101 angreift, den in Fig. 12D dargestellten Verlauf.

An der oberen und unteren Kante des in Fig. 13 dargestellten Läufers 101 ändert sich die Polarität des Magnetflusses in elektrischen Winkelintervallen von 180°. Ein Hall-Generator kann also als Abtastelement verwendet werden, um die Magnetfluß-Polaritätsänderungen festzustellen und um die Umschaltung des Erregerstroms für die Ständerwicklungen zu steuern.

Die in den Fig. 10 und 12A dargestellte Läuferanordnung ist für einen Motor mit radialem Luftspalt bestimmt. Eine entsprechende Anordnung für einen Motor mit axialem Luftspalt ist in Fig. 14 dargestellt. Der Nordpol 107 A besteht in diesem Fall aus plattenförmigen Polsegmenten 107 Ax, 107 Ay und 107 Az, die beispielsweise aus einem Metall der Seltenen Erden, Ferrit bzw. Magnetgummi oder Magnetkautschuk hergestellt sind. Der Südpol 108 A besteht aus plattenförmigen Polsegmenten 108 Ax, 108 Ay und 108 Az, die aus einem Metall der Selten Erden, aus Ferrit bzw. aus einem magnetischen Gummi bestehen. Die übrigen Pole 107 B und 108 B sind in der entsprechenden Weise ausgebildet. Auf diese Weise ergibt sich in Umlaufrichtung der Motorachse ein Magnetfluß mit sägezahnförmigem Verlauf.

Die Erfindung wurde anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen erläutert. Als Beispiel wurde eine Läuferanordnung für bürstenlose Gleichstrommotoren mit Außenläufer beschrieben. Die Erfindung läßt sich in gleicher Weise auch auf Motoren mit Innenläufer anwenden. Die Permanentmagnetpole oder -teile können erforderlichen- oder gewünschtenfalls auch die Ständeranordnung bilden, und der Läufer des bürstenlosen Gleich­ strommotors kann mit erregbaren Wicklungen oder Spulen versehen sein. Gemäß anderen Ausführungsformen können bei dem in Fig. 14 dargestellten Läufer eines Motors mit axialem Luftspalt Wicklungen verwendet werden, die toroidal auf einen Ringkern 11 gewickelt sind.

Claims (6)

1. Bürstenloser Gleichstrommotor mit einem Läufer (101) und einem Ständer (103), bei dem der Ständer wenigstens zwei Wicklungen (110, 111) aufweist, wobei die beiden Wicklungshälften (110 a, 111 a, 110 b, 111 b) im wesentlichen in derselben Fläche verlaufend angeordnet sind, und bei dem der Läufer (101) wenigstens ein Magnetpolpaar (107, 108; 107 a, 108 a; 107 Ax, 108 Ax, 107 Bx, 108 Bx; 107 A, 108 A, 107 B, 108 B) aufweist zur Erzeugung eines Magnetflusses mit wechselnder Nord- und Südpolarität und mit Mitteln, die längs des Rotorumfangs gesehen nach jedem Magnetpolpaar die Gleichförmigkeit des Magnetflusses über einen vorgegebenen elektrischen Winkel, der kleiner als 180° ist, verändern, sowie mit einer Erregerschaltung (115, 116 a, 116 b, 117 a, 117 a), dadurch gekennzeichnet, daß

• - eisenlose Wicklungen vorgesehen sind und die beiden Wicklungshälften (110 a, 111 a; 110 b, 111 b) voneinander mit einem elektrischen Winkel zwischen etwa 100 bis etwa 120° beabstandet sind,
• - die Erregerschaltung (115, 116 a, 116 b, 117 a, 117 b) diejenige Wicklung erregt, die in den Bereich des ungleichförmigen Magnetflusses einläuft, wobei die Wicklungserregung über einen Winkel von etwa 180° andauert, und daß
• - die Mittel zur Abwandlung eines Teilbereichs des Magnetflusses aus wenigstens einem Paar von magnetischen Hilfspolen (107 b, 108 b; 107 c, 108 c; 107 Ay, 107 Az, 107 By, 107 Bz; 107 A′, 108 A′, 107 B′, 108 B′; 108 A, 108 B) bestehen.

2. Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Magnetpolpaar (107 a, 108 a) vier magnetische Hilfspole (107 b, 108 c, 107 c, 108 b) in alternierender Polfolge über einen Kreisbogensegment angeordnet sind, das kleiner ist als die Kreisbogenabmessung eines der Magnetpole (107, 108).

3. Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wicklungshälften (110 a, 111 a, 110 b, 111 b) voneinander in einem elektrischen Winkel R=360° · m+α beabstandet sind, wobei m eine positive ganze Zahl und α etwa 120° elektrisch beträgt.

4. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Magnetpol (107, 108) einen Magnetfluß mit sich stetig ändernder Intensität dadurch erzeugt, daß der Magnetfluß mit wechselnder Polarität des Magnetfelds im Umfangsweg um die Achse (106) des Motors einen Sägezahnverlauf aufweist.

5. Gleichstrommotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Magnetpol aus mehreren magnetischen Elementen (107 Ax, 107 Ay, 107 Az, 108 Ax, 108 Ay, 108 Az, . . .) unterschiedlichen Materials besteht, die jeweils einen Magnetfluß mit fortschreitend abnehmender Intensität erzeugen.

6. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Pol jedes Magnetpolpaars (107 A, 107 B, 108 A, 108 B) bei einer Abwicklung eine trapezförmige Fläche überdeckt und daß unmittelbar angrenzend an den trapezförmigen Nordpol (107 A, 107 B) bzw. den trapezförmigen Südpol (108 A, 108 B), eingepaßt in die Trapezschräge, ein zusätzlicher, dreieckförmiger Hilfssüdpol (108 A′, 108 B′) bzw. ein zusätzlicher dreieckförmiger Hilfsnordpol (107 A′, 107 B′) angeordnet ist, wobei die zusätzlichen Hilfspole ebenfalls nebeneinander liegen.