Gleichstrommaschine mit elektronischer Kommutierungseinrichtung. Magnetfeldabhängige
Halbleiterwiderstände, die sogenannten "Feldplatten'l, die insbesondere aus Indiumantimonid
oder Indiumarsenid bestehen, können im Luftspalt zwischen den Polschuhen von Magneten
so angebracht werden, daß bei Veränderung des Magnetfeldes relativ zur Feldplatte
kontaktlos gesteuerte elektrische Signaleinrichtungen entstehen. Der elektrische
Widerstand einer Feldplatte erreicht ein Maximum RB, wenn sich die Feldplatte ganz
im Magnetfeld befindet bzw. dieses seinen größten liiert hat. Durch Herausziehen
der Feldplatte aus dem Magnetfeld-bzw. durch Erniedrigung des Magnetfeldes kann
der Widerstand der Feldplatte bis zu einem Minimum R, verkleinert werden.DC machine with electronic commutation device. Magnetic field dependent
Semiconductor resistors, the so-called "field plates'l, made in particular of indium antimonide
or indium arsenide can exist in the air gap between the pole pieces of magnets
be attached so that when the magnetic field changes relative to the field plate
Contactless controlled electrical signaling devices are created. The electric one
Resistance of a field plate reaches a maximum RB when the field plate is completely
is in the magnetic field or has had its greatest relationship. By pulling it out
the field plate from the magnetic field or. by lowering the magnetic field
the resistance of the field plate can be reduced to a minimum R.
Mit Hilfe von Feldplatten können z.B.- Transistoren gesteuert werden.
Dazu kann eine Feldplatte zwischen Basis ünd Emitter oder zwischen Basis und Kollektor
eines Transistors, in dessen Kollektor-Emitter-Kreis die Last geschaltet ist, gelegt
werden. Derartige Signaleinrichtungen sind schon-in Gleichstrommaschi-'nen mit permanentmagnetischen
Läufer und elektronischer Kommutierungseinrichtung verwendet worden (siehe z.B:
deutsche Auslegeschriften 1218 502 und 121$ 503)o Diese Maschinen sind mit
einem mit dem Läufer mitrotierenden Steuermagneten (Steuerkopf),
der
ein oder mehrere Feldplatten beeinflußt, gesteuert; dabei kann z.B. eine im Stern
geschaltete Mehrphasenwicklung im Ständer über steuerbare Halbleiter, insbesondere
Transistoren, gespeist sein. Gleichstrommaschinen mit kontaktloser Kommutierungseinrichtung
(Steuerkopf) haben bisher einen wesentlich geringeren.Wirkungsgrad als mechanisch
kommutierte Maschinen gehabt. Wegen der begrenzten Lamellenspannung des Stromwenders,
wegen des Verschleissens der mechanischen Kontakte und der damit verbundenen Verluste
letzterer Maschinen wurden trotzdem schon kontaktlose Kommutatoren benutzt. Der
Wirkungsgrad bei mit Feldplatten kommutierten-Maschinen hängt unter anderem davon
ab, ob das Widerstandsverhältnis RB/Ro (Feldplattenwiderstand mit und ohne Magnetfeld)
groß genug gemacht werden kann. Um eine exakte Komnutiei:_rlg :z.u gewährleist9n,
sollen außerdem die Schaltimpulse ähnlich hoch sein wie bei Maschinen mit mechanischen
Kollektoren. Bei einem bekannten Gleichstrommotor mit kontaktlosem Steuerkopf (vgl.
deutsche Auslegeschrift 1218 503) sind die Feldplatten der elektronischen Kommutierungseinrichtung
in den Luftspalt zwischen einem ortsfesten und einem drehbaren Teil eines Magnets
kreisen (Steuerkopf) angeordnet. Der drehbare Teil des Magnetkreiaes ist dabei lediglich
mechanisch mit der Läuferachse gekoppelt und dreht sich zugleich mit dem Läufer.
Der Luftspalt des Magnetkreises muß also so breit sein, daß die Feldplatten in ihm
frei beweglich sind. In vielen Fällen ist jedoch ein so breiter Luftspalt wegen
der durch ihn bedingten Magnetfeldverluste ungünstig, da der Wirkungsgrad der Kommutierungseinrichtung
stark davon abhängt, wi, groß das Widerstandsverhältnis der Feldplatten maximal
sein kann. Dieses Verhältnis wird um so größer,. je stärker der
Magnetfluß im Luftspalt maximal werden kann, also -bei
gleichem Erregermagneten - je schmaler der Luftspalt ist.-
Wenn mit den Feldplatten relativ .starke Ströme geschaltet
wer-
den sollen, -ist es außerdem erforderlich, die in den Feldplat-
ten freiwerdende Verlustwärme abzuführen: Das ist bei im Luft-
spalt beweglichen - also nicht an feste Materie grenzenden
-
Feldplatten nur in geringem Maße möglich.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine-Gleich-
strommaschine mit kontaktloser Kommutlerungseinrichtung zu
schaffen, deren Steuerkopf starr mit dem Ständer (Stator) ver-
bunden ist und keine mit dem Läufer mitrotierende Teile, die
an
die Feldplatten angrenzen, enthält, so daß die Feldplatten
fest
in die zugehörigen Lustspalte eingesetzt werden können.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Gleichstrommaschine mit
per-
manentmagnetischem Läufer und elektronisch kommutierten Ständer-
wicklungen, denen je eine Feldplatte zugeordnet ist, welche
in
Abhängigkeit von der Läuferstellung die Kommutierungseinrichtung
steuert. Die Erfindung -besteht darin, daß die-Feldplatten
je in
einen Luftspalt, der für die Rückleitung des Läuferflusses
vor-
gesehenen Ständerpolschenkel starr eingesetzt sind und daß
der
Luftspalt im Magnetkreis mindestens eines am Ständer befestigten
Permanentmagneten liegt.
Unter "einer Feldplatten ist dabei ein magnetfeldabhängiger
Wi-
derstand verstanden, der aus einem oder mehreren Halbleiterkör-
pern bzw. -schichten besteht, die auf Trägerplatten aufgebracht
und mit Deckplatten abgedeckt sein können. Letztere Platten
können aus Keramik, Ferrit und bei entsprechender Isolierung
auch ;
aus,elektrisch leitendem, insbesondere ferromagnetischem Material
f
bestehen.
Beispielsweise kann die Feldplatte in einen Luftspalt der ruhen-
den StänderrUckleitung des Läuferflusses (B), welcher bei Erre-
gung der der Feldplatte zugehörigen Ständerwicklung auch von
deren F.luß durchsetzt ist, starr eingesetzt sein.
Der am Ständer befestigte zusätzliche Permanentmagnet dient - dazu,
den Arbeitspunkt auf der - bis etwa 5 kG - ungefähr parabelförmigen Magnetfeld-Widerstandskennlinie
(R- B2) der Feldplatte so einzustellen - die Feldplatte also so "vorzumagnetisieren"
-, daß bei Umdrehung des permanentmagnetischen Läufers der Feldplattenwiderstand
sich zwischen seinem möglichen Minimum R0 und dem Maximum RB ändert. Der Widerstand
Ro soll sich einstellen, wenn im Bereich der Feldplatte der Maschinenfluß (B) gerade
umgekehrt gleich dem Fluß des zusätzlichen Permanentmagnetkreises ist. Den Widerstand
RB soll die Feldplatte haben, wenn in ihrem Bereich der maximal mögliche Maschinenfluß
und der Fluß des Permanentmagnetkreises gleichgerichtet sind. Zwischen zwei Widerstandsmaxima
RB der Feldplatte soll sich ein ausgeprägtes Widerstandsminimum R, befinden. Ist
die Feldplatte beispielsweise in den Kollektor-Basis-Kreis eines Schalttransistors
eingeschaltet, in dessen Kollektor-Emitter-Kreis die der Feldplatte zugehörige Maschinenwicklung
und eine Gleichspannungsquelle bzw. ein Verbraucher liegt, so bleibt diese Wicklung
während eines Widerstandsbereiches um das Minimum stromlos. Während eines Widerstandsbereiches
um das Maximum jedoch ist der Transistor leitend, und die zugehörige Wicklung wird
erregt. Um also den Transistor (d.h. die Maschine) sicher durchschalten zu können,
ist es wichtig, ein möglichst großes Widerstandsverhältnis RB/Ro, d.h. deutlich
getrennte Maxima und Minima, zu haben. Zur Erregung des zusätzlichen Permanentmagnetkreises
jeder Feldplatte, der diese, wie beschrieben, vormagnetisieren soll, werden bei
der erfindungsgemäßen Maschine vorzugsweise Magnete verwendet, die gegenüber dem
an sie und dem an die Feldlatte angrenzenden magnetisch leitenden Teilen, die auch
vom Maschinenfluß durchsetzt sind, schwachpermeabel sind und eine hohe Koerzitivkraft
besitzen. Beispielsweise kann der Permanentmagnet
aus oxydischem Material mit einer relativen Permeabilität-von
ungefähr= 1 bestehen. Der Permanentmagnet soll schwachperme-
abel sein, damit sein magnetischer Widerstand groß gegenüber
demjenigen des an die Feldplatte` angrenzenden und für seinen
F'luß und den Maschihenfluß vorgesehenen, magnetisch leitenden
Materials (z.B:-Trafoblech) ist.
In den Steüermechänismus der erfindungsgemäßen Maschine sind
die Feldplatten starr eingebaut, und der Steuerkopf wird nicht
bewegt. Daher kann die Breite der Luftspalte, in die die Feld-
platten eingesetzt sind, auf die Feldplattendi'cke beschränkt
werden und schließlich brauchen keine mehr oder weniger stoß-
empfindlichen Feldplattanhalterungen verwendet zu werden. Zwar
wird für die Feldplatte meist ein zusätzlicher Luftspalt mit
Magnetkreis des Maschinenflusses erforderlich. Dieser Luftspalt,
der im allgemeinen höchstens 100 bis 5001a breit zu
sein braucht,
ist aber schmal gegenüber dem Luftspalt zwischen Läufer und
Ständer. Die erfindungsgemäße Maschine hat also fast den gleichen
Wirkungsgrad wie die herkömmliche Kollektormaschine. Sie hat
dieser aber gegenüber u.-a. den-Vorteil, daß sie keine mechanisch
gegeneinander bewegten. Kontakte enthält. -
Dadurch, daß die Feldplatten starr in den zugehörigen Luftspalt
eingesetzt sind, ist einerseits eine schnelle Abführung der
in
den Feldplatten freiwerdenden Verlustwärme gewährleistet:.
An-
dererseits-wird das Widerstandsverhältnis RB/Ro der Feldplatten,
da die Luftspaltbreite auf die Feldplattendicke beschränkt
wer-
den kann, so*:.groß, daß die Elektronik, auf die Feldplatten
im
.allgemeinen geschaltet werden5 sehr einfach aufgebaut sein
kann. In einer solchen Elektronik können die Feldplatten
beispielsweiss auf. je einen. Schalttransistor geschaltet sein,
in dessen ICollektor-E:mitter-Kreis eine zu steuernde Last
liegt.
Während ee b.:er im allgemeinen erforderlich warg zwischen
die
Feldplatte und den Schalttransistor eine weitere Transistorstufe
zu schalten, kann die Feldplatte bei der erfindungsgemäßen Kommutierungseinrichtung
unmittelbar auf den Schalttransistor - und zwar in dessen Kollektor-Basis- oder
Emi:tter-Basis-Kreis - geschaltet werden. Die Tatsache, daß bei der neuen Maschine
pro Wicklung ein Transistor weniger - bei einer dreiphasigen Maschine also drei
Transistoren - als bei frÜheren Maschinen dieser Art gebraucht wird, bedeutet einen
großen Vorteil und läßt sich damit begründen, daß - vor allem bedingt durch den
schmalen Luftspalt - das Widerstandsverhältnis der Feldplatte größer ist als bei
früheren Maschinen. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Steuerkopfes besteht
darin, daß die Feldplatten, deren Fläche z.B. nur 1 bis 2 mm2 beträgt, meist in
einen Luftspalt gesetzt sind, der eine Fläche von etwa 10facher Größe hat. Die LrIftspaltfläche
ist deshalb im allgemeinen so groß, weil der Luftspalt i_fw #..>tarken Maschirenfluß
liegt, dessen magnetisch leitende Teile einen gewissen Mindestquerschnitt haben
sollen, damit sie nicht magnetisch gesättigt werden. Wegen dieser relativ großen
Luftspaltfläche . ist es also nicht erforderlich, die Feldplatten - wie das sonst
meist wichtig ist - an einer ganz bestimmten winzigen Stelle einzujustieren. Vielmehr
können die Feldplatten an einer beliebigen Stelle der Luftspaltfläche liegen. Der
Einbau der Feldplatten ist also beim erfindungsgemäßen Steuerkopf bzw. der Maschine
technisch besonders einfach. Bei einigen Maschinen, insbesondere bei einigen weiter
unten beschriebenen (Fig.1 bis 3) Innenläufermaschinen, kann die erforderliche Anzahl
von Feldplatten vor dem Einbau schon in einem Ring, der z.B. aus Kunststoff bestehen
kann, gesetzt werden und dieser Ring dann so auf die Ständerpakete aufgesetzt werden.,
daß jede Feldplatte auf der vorgesehenen luftspaltfläche liegt.With the help of field plates, for example, transistors can be controlled. For this purpose, a field plate can be placed between the base and emitter or between the base and collector of a transistor in whose collector-emitter circuit the load is connected. Such signaling devices have already been used in DC machines with permanent magnetic rotors and electronic commutation devices (see e.g. German Auslegeschriften 1218 502 and 121 $ 503) Field plates influenced, controlled; For example, a star-connected multiphase winding in the stator can be fed via controllable semiconductors, in particular transistors. DC machines with a contactless commutation device (control head) have so far had a significantly lower degree of efficiency than mechanically commutated machines. Because of the limited lamellar voltage of the commutator, because of the wear and tear of the mechanical contacts and the associated losses in the latter machines, non-contact commutators have nonetheless been used. The efficiency of machines commutated with field plates depends, among other things, on whether the resistance ratio RB / Ro (field plate resistance with and without a magnetic field) can be made large enough. In order to guarantee exact communication, the switching pulses should also be as high as in machines with mechanical collectors. In a known DC motor with a contactless control head (cf. German Auslegeschrift 1218 503), the field plates of the electronic commutation device are circling in the air gap between a stationary and a rotatable part of a magnet (control head). The rotatable part of the magnetic circuit is only mechanically coupled to the rotor axis and rotates at the same time as the rotor. The air gap of the magnetic circuit must be so wide that the field plates can move freely in it. In many cases, however, such a wide air gap is unfavorable because of the magnetic field losses it causes, since the efficiency of the commutation device depends heavily on how large the resistance ratio of the field plates can be at a maximum. This ratio is all the greater. the stronger the Magnetic flux in the air gap can be maximum, so -at
same excitation magnet - the narrower the air gap.
If relatively strong currents are switched with the field plates
should, - it is also necessary to
dissipate lost heat that is released: This is the case with air
gap movable - i.e. not bordering on solid matter -
Field plates only possible to a limited extent.
The invention is therefore based on the object of providing an equal
power machine with contactless commutation device
create whose control head rigidly connected to the stator (stator)
is bound and no parts rotating with the rotor that are attached to
the field plates adjoin, contains, so that the field plates firmly
can be used in the associated pleasure column.
The invention relates to a DC machine with per-
magnetic rotor and electronically commutated stator
windings, each of which is assigned a field plate, which is in
The commutation device depends on the rotor position
controls. The invention consists in that the field plates each in
an air gap, which is used for the return flow of the rotor flow
seen stator pole legs are rigidly inserted and that the
Air gap in the magnetic circuit at least one attached to the stand
Permanent magnet lies.
Under "a field plate is a magnetic field-dependent wi-
understood the state that consists of one or more semiconductor bodies
pern or layers, which are applied to carrier plates
and can be covered with cover plates. The latter plates
can be made of ceramic, ferrite and with appropriate insulation;
made of electrically conductive, in particular ferromagnetic material f
exist.
For example, the field plate can be placed in an air gap of the resting
the stator return of the rotor flux (B), which when
generation of the stator winding belonging to the field plate also from
whose flow is permeated must be rigidly inserted.
The additional permanent magnet attached to the stator is used to set the operating point on the approximately parabolic magnetic field resistance characteristic (R-B2) of the field plate - up to about 5 kG - so that the field plate is "pre-magnetized" so that when the permanent magnet rotor rotates the field plate resistance changes between its possible minimum R0 and the maximum RB. The resistance Ro should be set when the machine flux (B) in the area of the field plate is exactly the opposite of the flux of the additional permanent magnetic circuit. The field plate should have the resistance RB when the maximum possible machine flux and the flux of the permanent magnetic circuit are rectified in its area. A pronounced resistance minimum R should be located between two resistance maxima RB of the field plate. For example, if the field plate is switched into the collector-base circuit of a switching transistor, in whose collector-emitter circuit the machine winding belonging to the field plate and a DC voltage source or a consumer are located, then this winding remains de-energized during a resistance range around the minimum. During a resistance range around the maximum, however, the transistor is conductive and the associated winding is excited. In order to be able to safely switch through the transistor (ie the machine), it is important to have the largest possible resistance ratio RB / Ro, ie clearly separated maxima and minima. To excite the additional permanent magnetic circuit of each field plate, which, as described, is intended to pre-magnetize it, magnets are preferably used in the machine according to the invention which are weakly permeable to the magnetically conductive parts adjoining them and the magnetically conductive parts which are also permeated by the machine flux and have a high coercive force. For example, the permanent magnet made of oxidic material with a relative permeability of
consist approximately = 1. The permanent magnet should be weakly
be abel so that its magnetic resistance is great compared to
that of the one adjoining the field plate and for his
Flux and the machine flux provided, magnetically conductive
Material (e.g. transformer sheet).
In the control mechanism of the machine according to the invention are
the field plates are rigidly installed, and the control head is not
emotional. Therefore, the width of the air gaps into which the field
plates are used, limited to the field plate cover
and finally no more or less shocking
sensitive field plate holders to be used. Though
there is usually an additional air gap for the field plate
Machine flux magnetic circuit required. This air gap
which generally needs to be at most 100 to 5001a wide,
but is narrow compared to the air gap between the runner and
Stand. The machine according to the invention has almost the same
Efficiency like the conventional collector machine. she has
but towards this, among others. the advantage that they are not mechanically
moved against each other. Contains contacts. -
Because the field plates are rigid in the associated air gap
are used is, on the one hand, a quick removal of the in
heat loss released by the field plates is guaranteed: At-
on the other hand, the resistance ratio RB / Ro of the field plates,
since the air gap width is limited to the field plate thickness
that can, so *:. great that the electronics, on the field plates in the
.generally switched5 be very simple
can. In such electronics, the field plates
for example white on. one each. Switching transistor be switched,
in whose ICollektor-E: middle circle there is a load to be controlled.
While ee b.:er was generally required between the
To switch the field plate and the switching transistor to a further transistor stage, the field plate in the commutation device according to the invention can be switched directly to the switching transistor - specifically in its collector-base or emitter-base circuit. The fact that the new machine uses one less transistor per winding - i.e. three transistors in a three-phase machine - than in earlier machines of this type is a great advantage and can be justified by the fact that - mainly due to the narrow air gap - the resistance ratio of the field plate is greater than in previous machines. Another advantage of the control head according to the invention is that the field plates, the area of which is, for example, only 1 to 2 mm 2, are usually placed in an air gap which has an area of about 10 times the size. The air gap area is generally so large because the air gap i_fw # ..> is strong machine flux, the magnetically conductive parts of which should have a certain minimum cross-section so that they are not magnetically saturated. Because of this relatively large air gap area. It is therefore not necessary to adjust the field plates - as is usually important - at a very specific tiny point. Rather, the field plates can be located at any point on the air gap surface. The installation of the field plates is technically particularly simple in the control head or the machine according to the invention. In some machines, especially in some of the internal rotor machines described below (FIGS. 1 to 3), the required number of field plates can be placed in a ring, which can be made of plastic, for example, and this ring can then be placed on the stator packs be placed. That each field plate lies on the intended air gap area.
Die erfindungsgemäße Gleichstrommaschine kann. sowohl eine Innenläufer-
als auch eine Außenläufermaschine sein. Ein Beispiel
einer Gleichstrommaschine
mit permanentmagnetischem Innenläufer ist der sog. Hörnermotor (siehe deutsche Patentschrift
1117 721). Dieser besitzt einen Ständer, der pro Phase ein langgestrecktes parallel
zur Notorachse verlaufendes Ständerpaket (Polschuh) mit einem gemeinsamen, etwa
senkrecht zur Motorachse stehenden Rückschlußblech (Joch) enthält.. Es können dabei
z.B. drei oder sechs Ständerpakete aus Trafoblech vorgesehen sein, die - um 120o
bzw. 60o gegeneinander versetzt - am zylindrischen Läufer (der parallel zu einem
Zylinderdurchmesser permanent magnetisiert ist) entlangführen und vom Läufer nur
durch einen schmalen Luftspalt getrennt sind. Die Ständerpakete bzw. Polschuhe des
Hörnermotors sind nach einer Seite hin parallel zur Motorachse verlän -gert. Die
verlängerten Teile werden als "Hörner" bezeichnet.The DC machine according to the invention can. both an internal rotor
as well as an external rotor machine. An example
a DC machine
with a permanent magnetic internal rotor is the so-called horn motor (see German patent specification
1117 721). This has a stand that has an elongated parallel per phase
to the notor axis running stator package (pole shoe) with a common, for example
Contains the return plate (yoke) perpendicular to the motor axis .. It can thereby
E.g. three or six stator stacks made of transformer sheet can be provided, which - by 120o
or 60o offset from one another - on the cylindrical rotor (which is parallel to a
Cylinder diameter is permanently magnetized) and from the rotor only
are separated by a narrow air gap. The stator packs or pole pieces of the
Horn motors are lengthened on one side parallel to the motor axis. the
elongated parts are referred to as "horns".
Um diese "Hörner" ist je eine Motorwicklung gelegt, die maschinengewickelt
sein kann. Auf die Enden der Hörner ist die Ständerrückleitung (Joch) des rJLo-:@orflusses
aufgesetzt.` Die Ständerrückleitung kann dabei eine massive Scheibe, das "Rückschlußblech"
(z.B. aus Traf ablecr@ Bei einer derartigen lnnenläufermaschine kann jede Feldplatte
gemäß weiterer Erfindung ,zwischen das Rückschlußblech und ein Ständerpaket gesetzt
sein. Zur iiormagnetisierung der Feldplatte kann dabei ein'zur Maschinenachse koaxialer
Ringmagnet vorgesehen sein.-Beispielsweise kann der Ringmagnet parallel oder senkrecht,
axial oder radial zur Maschinenachse magnetisiert sein. Er kann dabei die Ständerpakete
zylinderförmig umgeben. Ebenso ist es möglich, daß ein Ringmagnet koaxial zur Maschinenachse
in den zylindrischen Raum zwischen den Ständerpaketen eingesetzt oder auf die Enden
der 'Ständerpakete - innerhalb oder außerhalb des Rückschlußbleches - aufgesetzt
ist. Wenn zwei oder mehrere dieser Ringmagnete zugleich verwendet werden, - soll
sich deren F luß im Bereich der Feldplatte addieren. Die zur Vormagnetisierung der
Feldplatten angewendeten Magnete können selbstverständlich auch andere Formen als-"die
Ringform haben; auch können für jede Feldplatte getrennte Vormägnetisierungsmagnete
vorgesehen sein. Die Ringmagnete sind bei der
Innenläufermaschine
lediglich als Beispiel einer einfachen Konstruktion genannt. Auch können die Ringmagnete
bei vielen Anwendungen zusätzlich stabilisierend auf den Ständer, insbesondere auf
die Ständerpolschenkel, wirken. Wesentlich ist aber weder die Form noch die - vorteilhaften
-stabilisierend wirkenden Eigenschaften der zusätzlichen Permanentmagnetkreise.
Vielmehr ist wesentlich, daß das magnetische Volumen der Erregermagneten dieser
Kreise ausreicht, um den Arbeitspunkt auf der Widerstandskennlinie der Feldplatte
in der oben beschriebenen Weise an die richtige Stelle zu verschieben. Das gelingt
bei starkem Maschinenfluß oft nur mit einem entsprechend starken Fluß des zusätzlichen
Permanentmagnetkreises, also nur mit einem relativ großen magnetischen Volumen von
deren Erregermagneten. Wenn die Maschine dadurch nicht verlängert werden soll, ist
es - jedenfalls bei Innenläufermaschinen -zweckmäßig, die Ringmagnete zu verwenden.
Selbstverständlich soll deren Vormagnetisierungsfluß trotzdem auf die Feldplatten
konzentriert werden. Das kann durch an die Kreisform der Maschine angepaßte Form
der den zusätzlichen Magnetkreis bildenden Körper erreicht werden. Bei der Außenläufermaschine
ist die Konstruktion bisweilen einfacher, wenn jede Feldplatte getrennt vormagnetisiert
wird. Hat die Außenläufermaschine einen permanentmagnetischen zylindrischen Läufer,
so kann gemäß weiterer Erfindung der Läufer in Maschinenachsrichtung nach einer
Seite hin verlängert sein, und die starr mit dem Ständer verbundene innerhalb des
verlängerten Außenläufers ruhende Ständerrückleitung kann für jede Ständerwicklung
mindestens eine vom Maschinenfluß senkrecht zu ihrer Fläche durchsetzte permanent
vormagnetisierte Feldplatte enthalten. Bei einer Drei-Phasen-Ständerwicklung werden
drei Feldplatten bzw. Feldplattenanordnungen gebraucht, die um 120 o gegeneinander
versetzt in den Raum zwischen der Maschinenachse und den ver-
längerten Außenläufer gesetzt sind. Zu einer Feldplattenanord-
nung gehört dabei mindestens ein Permanentmagnet zur Vormagne-
tisierung der Feldplatte. Der Fluß dieses Magneten ist dabei
so
geführt, daß er auf :die Feldplatte konzentriert ist. Gleichzei-Y
tigwird die Feldplatte - je nach Läuferstellung - mehr oder
weniger stark vom Maschinenfluß durchsetzt. Auch dieser Fluß
ist genau wie bei der Innenläufermäschne im Bereich der Feld-
platte konzentriert.
Die erfindungsgemäße Maschine kann sowohl als Motor als auch als Generator angewendet
werden. Dabei kann die Beschaltung der Feldplatten auf einfache Weise dem Zweck
angepaßt werden. Anhand der schematischen Zeichnung von Ausführungsbeispielen werden
weitere Einzelheiten der Erfindung erläutert; es zeigen: Fig.1 bis 3 Schnitte durch
eine erfindungsgemäße Innenläufermaschine, deren Steuerkopf zwischen Läufer und
Ständerjoch gesetzt ist; Fig.4 u5 den Feldplattenwiderstand in Abhän#gkeit vom Ro,tordrehwinkel;
-Fig.6 eine Schaltung für die Kommutierungseinrichtung; Fig:7 die Abhängigkeit der
Maschinenerregung von der Größe des Emitter-Basis-Widerstandes gemäß 6 Fig.8 u.
9 Schnitte durch eine erfindungsgemäße Innenläufermaschine, deren Steuerkopf einen
bezüglich der. Maschinenachse axial magnetisierten Erregermagneten enthält und außerhalb
des Ständerjochs - liegt; Fig.10 bis 12 wie Fig.8 und 9 mit radial magnetisiertem
Erregermagneten
Fig.13 bis 15 Schnitte durch eine erfindungsgemäße
Innenläufermaschines bei der der Maschinenfluß nur zum Teil durch die Feldplatte
geleitet wird und Fig.16 u.17 Schnitte durch eine erfindungsgemäße Außenläufermaschine.
In den Fig.1 bis 3 sind gleiche Teile gleich bezeichnet. In Fig.1 ist ein Schnitt
senkrecht zur Maschinenachse einer Innenläufermaschine mit einem erfindungsgemäßen
Steuerkopf gezeichnet. Die Fig.2 und 3 sind Schnitte durch die Maschine gemäß Fig.1
längs der Linien II-II bzw. III-III. Das in Fig.1 und 2 gezeichnete Ausführungsbeispiel
einer dem Hörner Motor entsprechenden Maschine besitzt drei Ständerwicklungen, von
denen zwei in Fig.2 mit 15 und 16 bezeichnet sind. Die Feldplatten 1 bis 3 sind
zwischen die Ständerpakete 4 bis 6 und das Rückschlußblech (Joch) 14 eingeklemmt.
Die Feldplatten 1 bis 3 sind also auf die das Rückschlußblech 14 berührenden Endflächen
der Ständerpakete 4 bis 6 aufgesetzt. . Auf der Innenseite - also auf der zur Maschine
hingewandten Seite - des Rückschlußbleches 14 sind dabei zwei zur Maschinenachse
7 koaxiale; parallel zu dieser magnetisierte Ringmagnete 8 und 9 vorgesehen, die
an die Ständerpakete 4 bis 6 angrenzen. Die Feldplatten werden vom Fluß des Läufers
17 und von den Flüssen der Magnete 8 und 9 durchsetzt. Die Magnete 8 und 9 können
die oben beschriebenen Ringmagnete sein; ihr Fluß durchsetzt das Blech 14, die Ständerpakete
4 bis 6 und die Segmente 18 und 19; letztere sind in dem Schnitt III-III, der in
Fig.3 gezeichnet ist, deutlicher dargestellt. Es ist jedoch auch möglich, nur einen
Ringmagneten 8 oder 9 zu verwenden oder aber jeder Feldplatte einen Teil eines oder
beider Ringmagnete zuzuordnen. Die Segmente 18 und 19 wären dann entsprechend zu
verkleinern. Beispielsweise reicht es in vielen Fällen aus, für die Vormagnetisierung
der Feldplatten nur die Teile 109 11 bzw. 12 und 13 (und
entsprechend bei der Feldplatte 3) der Ringmagnete zu ver-
wenden. .
Bei der augenblicklichen Läuferstellung gemäß Fig.2 über-
lagern sich die Flüsse des Läufers und der Magneten 8 und '9
so,
daß die Feldplatte 1 praktisch magnetfeldfrei ist und die Feld-
platte 2 einem starken Magnetfeld ausgesetzt ist. Bei Umdrehung
des Läufers 17 um etwa 120° um die Maschinenachse 7 wird die
Polarität des Läufers so umgedreht,:daß die Feldplatte .1 einem
starken Magnetfeld ausgesetzt@ist und die Feldplatte 2 prak-
tsch.magnetieldfrei wird:
In der erfindungsgemäßen Kommutierungseinrichtung können die
Feldplatten auf je einen Schalttransistor geschaltet sein.
Dieser Transistor, in dessen Arbeitskreis die Errgerwicklung
liegt, ist bei entsprechender sonstiger Be`schaltung leitend,
wenn die ihm zugeordnete Feldplatte hochohmig, also einem Star-
ken Magnetfeld ausgesetzt ist. Bei der augenblicklichen Läu-
ferstellung in Fig. ? ist ` .= c? F@:.Ldplatte 2.
Das Bauprinzip des an sich .ekannten Hörner-Tviotors, das in
Fig.1 und 2 erläutert ist, eignet sich für die Erfindung be-son-
ders gut, da bei dieser Maschinenart zwischen die Erregerwick-
lungen 15 ,und 16 und das Rückschlußblech 14 nur der z.3. 0,5
bis 1 cm lange (in Achsrichtung gemessen) :erfindungsgemäße
Steuerkopf gesetzt wird.
In einem Ausführungsbeispiel hat der Steuerkopf einen Durch-
messer von 2,5 cm und eine Länge von etwa 1 cm: (Der Steuerkopf
ist also keineswegs länger als eine herkömmliche Kollektorein-
richtung.) Die Feldplatten können 150 bis 500 ja dick sein;
da- -
bei ist in die Feldplattendicke sowohl die-Halbleiterschicht
als auch deren Trägerplatte eingerechnet. Die Magnete sind
ringförmig und bestehen aus, oaydischem Material, z.B. aus
Stron-
tium-Ferrit (0x 100 oder D 52). Das RücksehluBblech (in Fig.2
mit 14 bezeichnet) soll (zur Herabsetzung von Wirbelstromverlusten)
aus einem Material mit hohem elektrischen (Gleichstrom-) Widerstand bestehen. Geeignete
Materialien sind z.B. gesintertes Permenorm oder Trafoperm. Es kann auch lamelliertes
Blech verwendet werden; dieses Bleohkann aber bei einigen Maschinenkonstruktionen
(z.B. denjenigen gemäß Fig.2) zur Vergrößerung des Luftspaltes im Maschinenfluß
beitragen. In den Fig.4 und 5 ist der relative Feldplattenwiderstand RB/Ro in Abhängigkeit
vom RotordrehwinkeloGdargestellt. Die Kurve in Fig.4 ist mit einem Steuerkopf gemäß
Fig.1 und 2 aufgenommen, bei dem nur der innere Ringmagnet 8 verwendet war. In der
Kurve gemäß Fig.4 fällt auf, daß außer den beiden Maxima 20 und 22 auch ein kleines
Maximum 21 im Minimum vorkommt. Dieses kleine Maximum (Höcker) vermindert naturgemäß
das für die Transistorschaltung ausnutzbare Widerstandsverhältnis der Feldplatte.
Der Höcker 21 rührt daher, daß der Magnet 8 allein zur Vormagnetisierung der Feldplatte
nicht ausreicht, d.h., daß der Arbeitspunkt auf der Kennlinie der Feldplatte noch
nicht vollkommen richtig eingestellt ist. In Fig.5 ist eine der Fig.4 entsprechende
Kurve gezeichnet, die mit einer Maschine gemäß Fig.2 aufgenommen wurde, die sowohl
den Ringmagneten 8 als auch den Ringmagneten 9 enthielt. Die Kurve in Fig.5 besitzt
die Höcker 21, die in Fig.4 störten, nicht mehr. Die Minima 25 und 26 in
Fig.5 sind vielmehr stark ausgeprägt und fast 900 (Drehwinkel) breit. In Fig.4 beträgt
der Wert von RB/R0 an den Maxima 20 und 22 etwa 10,7 und am Höcker 21 etwa 1,8.
Dagegen beträgt in Fig.5 das Widerstandsverhältnis RB/Ro an den Maxima etwa 12,8
und an den Minima etwa 1. Während die Widerstandsänderung bei der Anordnung gemäß
Fig.4 schon den recht beträchtlichen Faktor 5 hat, liegt er in Fig.5 bei über 12.
Zum Ansteuern eines Transistors in einer Kommutierungsschaltung,
wie
sie beispielsweise in Fig.6 gezeichnet ist, hat es sich in vielen Fällen nicht nur
als zweckmäßig erwiesen, ausgeprägte Minima in der drehwinkelabhängigen Widerstandskurve
der Feldplatte zu haben (siehe 25 und 26 in Fig.5), sondern auch die Maxima
der Kurve abzuflachen, wie das in Fig.5 mit der gestrichelten Linie 27 angedeutet
ist. Auf diese Weise werden die Flanken der Widerstandskurve relativ steiler als
vorher.: Die Aufgabe, die Widerstandskurve etwa so einzustellen, wie das- in Fig.5
mit 27 angedeutet ist, kann gemäß weiterer Erfindung dadurch gelöst werden, daß
der Magnetkreis des zusätzlichen Permanentmagneten teilweise aus Ferrit hergestellt
wird. Beispielsweise können die Segmente 18 und 19 gemäß Fig.2 und 3 aus
Ferrit: bestehen. Eine Schaltung für die erfindungsgemäße Kommutierungseinrichtung
ist in Fig.6 gezeichnet: Bei einer dreipoligen Gleichstrommaschine ist es erforderlich,
den Erregerstrom der drei Wicklungen 11 1 bis 1 3 zu kommutieren.
Das geschieht erfindungsgemäß durch Verwendung eines Steuerkopfes mit den Feldplatten
R F1 bis R F3, die (gemäß Fig.6) in den Köllektor-Basis-Kreis der Schalttransistoren
T1 bis T3 eingeschaltet sind. Die Wicklungen Li bis h3 sind zusammen mit der Gleichspannungsquelle
bzw. einen Verbraucher U in den Laststromkreis deo zugehörigen Transistors-eingeschaltet.-In
der Schaltung gemäß Fig.6 sind außerdem die drei Widerstände R1 bis R3 erforderlich.
Diese Emi.tter-Basis-Widerstände erlauben durch Wahl ihrer Größe den Schaltwinkel,
d.h: die Länge des Minimums gemäß Fig.5, einzustellen. In Fig.7 sind zwei? Kurven
28 und 29 gezeichnetg die den durch eine Wicklung fließenden Gesamt-Strom I in Abhängigkeit
vom Drehwinkel w des Läufers wiedergeben. In der Schaltung, mit der die Kurven gemäß
Fig.7 gemessen wurden, hatte die Maschinenwicklung einen ohmschen Widerstand von
10.m und die feldplatte einen-Grundwiderstand von 100,. Am Arbei-;skreis lagen 6
V Gleichspannung. Die Kurve 28 wurde mit einem Emit ter-Basis-Widerstand (entsprechend
R1 bis R3- von Fig.6) von 33 aufgenommen, die Kurre 29 mit einem Emitter-
-Basis-Widerstand
von 7ZL . Es ergibt sich aus Fig.7 deutlich, daß allein durch Änderung der
Emitter-Basis-Widerstände der Schaltwinkel, d.h. die Erregungsdauer, jeder Vdoklung
auf einfachste Weise einstellbar ist. Es hat sich weiterhin als zweckmäßig, wenn
auch nicht als notwendig erwiesen, den drei Feldplatten R F1 bis RF3 gemäß Fig.6
einen regelbaren Vorwiderstand RV vorzuschalten. Damit können auf einfache Weise
Toleranzen der Kommutierungseinrichtung ausgeglichen werden. Auch läßt sich mit
Hilfe des Vorwiderstandes das Widerstandsverhältnis der Feldplatte und der Wirkungsgrad
der Maschine einstellen bzw. verbessern. Der regelbare Vorwiderstand RV kann einen
Transistor enthalten, der durch Signale gesteuert wird, die üb#.:r drei Dioden G11
bis G13 von den drei Erregerwicklungen abgenommen werden. Schließlich kann bei vorgegebenem
Widers t#"ne@s-- erhältnis der Feldplatte das Verhältnis der Kollektürströme der
Transistoren im ein- und ausgeschalteten Zustand (der Transistören) erhöht werden,
wenn den Transistoren ein gemeinsamer Emitter-Widerstand RE vorgeschaltet ist. Dieser
Emitter-Widerstand kann auch regelbar sein. In einer Schaltung hatten die Feldplatten
Grundwiderstände R, von etwa 100-a , die Erregerwicklungen (Z1 bis Z3) etwa 10.R
, die Widerstände (R1 bis R3) etwa 10.L1 , die Transistoren T1 bis T3 waren vom
Typ AC 153. Der Widerstand RE hatte einen Wert zwischen 0,2 und 0,6.i1 , und der
Widerstand Rv bestand unter anderem aus einem pnp-Regeltransistor vom Typ BFY 39
111-Die Fig.8 und 9 zeigen Schnitte durch eine erfindungsgemäße Innenläufermaschine,
deren Steuerkopf mindestens einen bezUglich der Maschinenachse axial magnetisierten
Erregermagneten enthält und außerhalb des Ständerjochs (RÜckschlußblech) lief Die
Maschine gemäß Fig.8 und 9 besitzt sechs Ständerwicklungen, die um die Ständerpakete
40 bis 45 gelegt sein können. Den
Ständerwicklungen entsprechen
die sechs Feldplatten 1, 1' bis 3, 3'. Als weitere Besonderheit gegenüber den vorher
beschriebenen Maschinen besitzt die Maschine gemäß Fig:ß und 9 sechs einzelne Liagnete-50
bis 55, die Ringsegmente sein können und zur Vormagnetiserung der Feldplatten vorgesehen
sind. Dieses Ausführungsbeispiel einer Sechspolmaschine ist u.a. angegeben;, um
zu zeigen, daß-die Erfindung nicht auf die Dreipolmaschine beschränkt ist. Bei dem
Ausführungsbeispiel gemäß Fig.8 und 9 liegen die Feld-p ' La tten
auf der :Peripherie des in den durch die Ständerpakete 40 bis 46 gebildeten Hohlraum
eingesetzten Rückschlußbleches 46 (Ständerjoch). Die Feldplatten befinden sieh daher
im Maschinenfluß, von dem jede. je nach Stellung des um die Achse 7 drehbaren permanentmagnetischen
Rotors (N-S) mehr oder weniger ' stark durchsetzt wird. Die Feldplatten befinden
sich gleichzeitig im Vormagnetisierungsfluß der Permanentmagneten 50 bis 55. Dieser
Fluß wird durch dic feichmagnetischen Körper 47 und 48 und das Rückschlußbl e c.Lr
geleitet. Die Teile 47 und 48 können ebenso ib.,^_e die Magneten 50 bis 55 in Ringsegmente
bzw. Kreisausschnitte aufgeteilt sein. Es ist aber auch möglich, anstelle der einzelnen
Magnete 50 .bis 55 einen einzigen Ringmagneten zu verwenden. In Pig.8 ist in die
Magnetkreise der feldplatten 1 und 1' je ein Ferrit-Segment 49 eingezeichnet: Dieses
Segment kann die gleiche Fläche (gemessen senkrecht zum Magnetfloß) haben wie die
Magnete 50 bis 55. letztere sind in Fig.9 etwas größer@gezeichnet als die Ständerpakete.
Mit Hilfe der Ferritsegmente 49 kann. erreicht werden, daß die Maxima der Widerstandskurven
der Feldplatten abgeflacht werden, wie das in Fig.5 mit 27 bezeichnet ist. In den-Fig.1fl
bis 12 ist eine ähnliche Maschine wie in Fig:B und 9 gezeichnet. Bei dieser Maschine
ist jedoch der Erregermagnet 60 des Vormagnetisierungskreises (46, 47, 61)
der Feldplatte radial bezüglich der Maschinenachse 7 magnetisiert. Außerdem ist
die Maschine- gemäß Pig.10 bis 12 dreipolig. Die
Fig.11 ist ein
Schnitt längs der Linie XI-XI und die Fig.12 ein Schnitt längs der Linie XII-XII
von Fig.10. Der Erreger-' magnet 60 kann ein Kreis ring. sein, wie er in Fig.10
und-11 gezeichnet ist. Während die Teile 47 und 61 bis 63 der Permanentmagnete aus
Weicheisen bestehen können, ist es zweckmäßig, das in der Regel kreisförmige Rückschlußblech
(Joch) 46 aus Trafoblech herzustellen. Das gleiche gilt übrigens für die Permanentmagnetkreise
gemäß Fig.8 und 9. In den Fig.13 bis 15 sind Schnitte durch eine erfindungsgemäße
Innenläufermaschine gezeichnet, bei der der Maschinenfluß nur zum Teil durch die
Feldplatten geleitet' wird. Die Feldplatten 1 bis 3 befinden sich gewissermaßen
in einem Nebenschluß des Maschinenflusses. Fig.14 stellt einen Schnitt längs der
Linie XIV-XIV durch Fig.13 dar. In den Fig.13 bis 15 ist zur Vormagnetisierung jeder
Feldplatte ein Permanentmagnetkreis 71 bis 73 mit den Permanentmagneten 74 verwendet.
Es kann für jeden Permanentmagnetkreis ein einzelner Magnet oder für alle drei zusammen
ein radial magnetisierter Ringmagnet verwendet werden. Der Luftspalt .jedes Permanentmagneten,
in dem die Feldplatte eingesetzt ist, ist in der Maschine gemäß Fig.13 bis 15 von
einem Teil des Maschinenflusses der der Feldplatte zugeordneten Ständerpakete (40,
42) durchsetzt. Der Durchmesser des kreisförmigen, koaxial in den zylindrischen
Hohlraum zwischen den Ständerpaketen eingesetzten Rückschlußblechen (Joch) 46 ist
kleiner als die lichte Weite des zylindrischen Hohlraumes. Daher wird ein Teil des
Maschinenflusses nicht unmittelbar über das Rückschlußblech rückgeleitet, sondern
über die Feldplatten 1 bis 3. Die Luftspalte der Permanentmagnetkreise, in die die
Feldplatten gesetzt sind, befindet sich in axialer Richtung neben dem Spalt zwischen
den Ständerpaketen 40, 42 und dem Rückschlußblech 46. Dabei ist der Permanentmagnetkreis
jeder Feldplatte magnetisch leitend sowohl mit dem zugehörigen Ständerpaket als
auch mit dem Rückschlußblech verblinden. '
Wenn es günstig erscheint,
die Maxima der Feldplatten-Widerstandskurven abzuflachen, wie das mit 27 in Fig.3
bezeichnet ist, kann zwischen Ständerpaket und Permanentmagnetkreis und/ oder zwischen
Rückschlußblech und Permanentmagnetkreis ein Ferritkörper 77 bzw. 78 bis 80 gesetzt
sein. Der innere Ferrtkörper 77 kann, wie in Fig.14 gezeichnet, ein Kreisring sein:
Dagegen sollen die äußeren Ferrtkörper 78 bis 80 Ringsegmente sein, deren Umfangswinkel
dem der Magnetkreise 71 bis 73 entspricht. Wie in Fig.15 gezeichnet ist, kann der
innere 'Ferritring 77 auch weggelassen werden. In diesem Falle ist es zweckmäßig,
den Magnetkreis bis an das Rückschlußblech heran zu verlängern, wie das mit 81 bezeichnet
ist. 3m übrigen entspricht die Fig.15 der Figo13. In den Fig.16 und 17 ist eine
erfindungsgemäße Außenläufermaschine bzw. deren Steuerkopf in zwei Schnitten gezeichnet.
Fig.17 ist ein Schnitt längs der Linie XVII®XVII von Fig.16. Die Feldplatten sind.
mit 1 bis 3 bezeichnet. Sie sind in je einen Magnetkreis 88 bis 90 mit einem Permanentmagneten
91 gesetzt, die in Fig.16 zu sehen sind. Die permanente Vormagnetisierung der Feldplatten
ist bei den Feldplatten 1 bis 3 radial bezüglich der Maschinenachse 7 gerichtet.
Ebenfalls senkrecht zur Feldplattenebene verläuft auch der durch den Ständer 86
rückgeleitete Fluß des zylindrischen Außenläufers 87. Die drei Feldplattenanordnungen
gemäß Fig.16 und 17 sind starr mit dem Ständer gekoppelt, während der Außenläufer
87 um die Achse 7 drehbar ist. Der Außenläufer ist magnetisiert, wie in Fig.16 und
17 mit S-N bezeichnet. Je nach Stellung des Läufers ist also in Figo17 einmal die
Feldplatte 1 und ein anderes Mal die Feldplatte 2 hochohmig bzw. niederohmig und
die dieser Feld plätte °en.tsprechende Wicklung des Ständers (in Figo16 und 17 nicht
wird: erregt bzw. nicht erregt.
Als Material für die Feldplatten
aller erfindungsgemäßen Gleichstrommaschinen sind stark magnetfeldabhängige Halbleitersubstanzen
geeignet, z.B. die bekannten AIIIBV-Verbindungen, wie Indiumantimonid oder Indiumarsenid,
aus der III. und V. Gruppe des Periodensystems der Elemente. Man erhält, wie z.B.
in der Zeitschrift für Physik, Band 176, 1963, Seiten 399 bis ¢08 beschrieben ist,
besonders starke Magnetfeldabhängigkeit, wenn im Halbleitermaterial parallel zueinander
ausgerichtete nadelförmige Einschlüsse eingebettet sind, beispielsweise Nadeln aus
Nickelantimonid in Indiumantimonid.A motor winding, which can be machine-wound, is placed around these "horns". The stator return line (yoke) of the rJLo -: @ or flow is placed on the ends of the horns. The stator return line can be a solid disk, the "return plate" (e.g. A ring magnet coaxial to the machine axis can be provided for the magnetization of the field plate. For example, the ring magnet can be magnetized parallel or perpendicular, axially or radially to the machine axis It is possible that a ring magnet is inserted coaxially to the machine axis in the cylindrical space between the stator packs or on the ends of the 'stator packs - inside or outside the back yoke plate. If two or more of these ring magnets are used at the same time, their flow should flow add in the area of the field plate The magnets used for the premagnetization of the field plates can of course also have shapes other than - "the ring shape; separate pre-magnetization magnets can also be provided for each field plate. In the case of the internal rotor machine, the ring magnets are only mentioned as an example of a simple design. In many applications, the ring magnets can also have a stabilizing effect on the stator, in particular on the stator pole legs. However, neither the shape nor the - advantageous - stabilizing properties of the additional permanent magnetic circuits are essential. Rather, it is essential that the magnetic volume of the exciter magnets of these circles is sufficient to move the operating point on the resistance characteristic of the field plate to the correct location in the manner described above. In the case of a strong machine flux, this is often only possible with a correspondingly strong flux of the additional permanent magnet circuit, that is to say only with a relatively large magnetic volume of the exciter magnets. If the machine is not to be lengthened as a result, it is advisable to use the ring magnets - at least for internal rotor machines. Of course, their bias flux should nevertheless be concentrated on the field plates. This can be achieved by adapting the shape of the bodies forming the additional magnetic circuit to the circular shape of the machine. The construction of the external rotor machine is sometimes simpler if each field plate is premagnetized separately. If the external rotor machine has a permanent magnetic cylindrical rotor, then according to a further invention the rotor can be extended to one side in the machine axis direction, and the stator return line rigidly connected to the stator within the extended external rotor can for each stator winding at least one of the machine fluxes perpendicular to its surface permanently pre-magnetized field plate included. With a three-phase stator winding, three field plates or field plate arrangements are required, which are 120 o against each other offset in the space between the machine axis and the
extended external runners are set. To a field plate arrangement
at least one permanent magnet belongs to the pre-magnet
tization of the field plate. The flow of this magnet is like this
led that he is concentrated on: the field plate. Simultaneous Y
The field plate becomes tig - depending on the rotor position - more or
less penetrated by the machine flow. This river too
is exactly the same as with the inner runner machine in the field
plate focused.
The machine according to the invention can be used both as a motor and as a generator. The wiring of the field plates can be easily adapted to the purpose. Further details of the invention are explained with the aid of the schematic drawing of exemplary embodiments; 1 to 3 show sections through an internal rotor machine according to the invention, the control head of which is placed between the rotor and the stator yoke; 4 and 5 the field plate resistance as a function of the ro, gate rotation angle; -Fig.6 a circuit for the commutation device; 7 shows the dependency of the machine excitation on the size of the emitter-base resistance according to 6, FIGS. 8 and 9, sections through an internal rotor machine according to the invention, the control head of which has a relative to the. The machine axis contains axially magnetized exciter magnets and lies outside the stator yoke; Fig.10 to 12 as Fig.8 and 9 with radially magnetized exciter magnet Fig.13 to 15 sections through an internal rotor machine according to the invention in which the machine flux is only partially passed through the field plate and Fig.16 and 17 sections through an external rotor machine according to the invention. In Figures 1 to 3, the same parts are labeled the same. In Figure 1, a section is drawn perpendicular to the machine axis of an internal rotor machine with a control head according to the invention. FIGS. 2 and 3 are sections through the machine according to FIG. 1 along the lines II-II and III-III, respectively. The embodiment of a machine corresponding to the Hörner motor shown in FIGS. 1 and 2 has three stator windings, two of which are denoted by 15 and 16 in FIG. The field plates 1 to 3 are clamped between the stator stacks 4 to 6 and the return plate (yoke) 14. The field plates 1 to 3 are therefore placed on the end surfaces of the stator stacks 4 to 6 that touch the return plate 14. . On the inside - that is, on the side facing the machine - of the return plate 14 are two coaxial to the machine axis 7; Ring magnets 8 and 9 which are magnetized parallel to this are provided, which are adjacent to the stator stacks 4 to 6. The field plates are penetrated by the flux of the rotor 17 and by the flux of the magnets 8 and 9. The magnets 8 and 9 can be the ring magnets described above; Their flow passes through the sheet metal 14, the stator assemblies 4 to 6 and the segments 18 and 19; the latter are shown more clearly in section III-III, which is drawn in FIG. However, it is also possible to use only one ring magnet 8 or 9 or to assign a part of one or both ring magnets to each field plate. The segments 18 and 19 would then have to be reduced in size accordingly. For example, in many cases it is sufficient for the premagnetization of the field plates to only use parts 109 11 or 12 and 13 (and corresponding to the field plate 3) of the ring magnets
turn around. .
With the current rotor position according to Fig.
the fluxes of the rotor and the magnets 8 and 9 are so
that the field plate 1 is practically free of magnetic fields and the field
plate 2 is exposed to a strong magnetic field. At rotation
of the rotor 17 by about 120 ° about the machine axis 7 is the
Polarity of the rotor reversed so that: the field plate .1 a
is exposed to a strong magnetic field @ and the field plate 2 is practically
Tsch.magnetield-free will be:
In the commutation device according to the invention, the
Field plates each be connected to a switching transistor.
This transistor, in whose working group the excitation winding
is conductive if otherwise switched on,
if the field plate assigned to it has a high resistance, i.e. a star
exposed to a magnetic field. At the current ringing
production in Fig. is `. = c? F @ :. disk 2.
The construction principle of the known horn Tviotor, which is used in
Fig. 1 and 2 is explained, is particularly suitable for the invention
good, because with this type of machine between the exciter
lungs 15, and 16 and the return plate 14 only the z.3. 0.5
up to 1 cm long (measured in the axial direction): according to the invention
Control head is set.
In one embodiment, the control head has a through
knife of 2.5 cm and a length of about 1 cm: (The control head
is by no means longer than a conventional collector unit
direction.) The field plates can be 150 to 500 thick; there- -
at is in the field plate thickness both the semiconductor layer
as well as their carrier plate included. The magnets are
ring-shaped and consist of, oaydic material, e.g. from Stron-
tium ferrite (0x 100 or D 52). The rear panel (in Fig. 2
denoted by 14) should (to reduce eddy current losses) consist of a material with high electrical (direct current) resistance. Suitable materials are, for example, sintered Permenorm or Trafoperm. Laminated sheet metal can also be used; this bleoh can, however, in some machine constructions (eg those according to FIG. 2) contribute to the enlargement of the air gap in the machine flow. In FIGS. 4 and 5, the relative field plate resistance RB / Ro is shown as a function of the rotor rotation angle oG. The curve in Figure 4 is recorded with a control head according to Figure 1 and 2, in which only the inner ring magnet 8 was used. In the curve according to FIG. 4 it is noticeable that, in addition to the two maxima 20 and 22, there is also a small maximum 21 in the minimum. This small maximum (hump) naturally reduces the resistance ratio of the field plate that can be used for the transistor circuit. The hump 21 is due to the fact that the magnet 8 alone is not sufficient for the premagnetization of the field plate, that is to say that the operating point on the characteristic curve of the field plate has not yet been set completely correctly. In FIG. 5, a curve corresponding to FIG. 4 is drawn, which was recorded with a machine according to FIG. 2, which contained both the ring magnet 8 and the ring magnet 9. The curve in FIG. 5 no longer has the cusps 21, which interfered with in FIG. Rather, the minima 25 and 26 in FIG. 5 are very pronounced and almost 900 (angle of rotation) wide. In FIG. 4, the value of RB / R0 at the maxima 20 and 22 is approximately 10.7 and at the cusp 21 is approximately 1.8. In contrast, in FIG. 5 the resistance ratio RB / Ro is about 12.8 at the maxima and about 1. While the change in resistance in the arrangement according to FIG. 4 already has a quite considerable factor of 5, it is in FIG about 12 for driving a transistor in the commutation circuit, as for example depicted in Figure 6, it has been found not only be expedient in many cases to have pronounced minima in the rotary angle-dependent resistance curve of the field plate (see 25 and 26 in FIG .5), but also to flatten the maxima of the curve, as indicated by the dashed line 27 in FIG. In this way, the flanks of the resistance curve are relatively steeper than before. The task of setting the resistance curve approximately as indicated in FIG is made from ferrite. For example, the segments 18 and 19 according to FIGS. 2 and 3 can consist of ferrite. A circuit for the commutation device according to the invention is shown in FIG. 6: In a three-pole DC machine, it is necessary to commutate the excitation current of the three windings 11 1 to 1 3. This is done according to the invention by using a control head with the field plates R F1 to R F3, which (according to FIG. 6) are switched into the collector-base circuit of the switching transistors T1 to T3. The windings Li to h3 are switched on together with the DC voltage source or a load U in the transistor associated with the load circuit deo. In the circuit according to FIG. 6, the three resistors R1 to R3 are also required. These emitter-base resistors allow the switching angle, ie: the length of the minimum according to FIG. 5, to be set by choosing their size. In Fig.7 there are two? Curves 28 and 29 shown which represent the total current I flowing through a winding as a function of the angle of rotation w of the rotor. In the circuit with which the curves according to FIG. 7 were measured, the machine winding had an ohmic resistance of 10 m and the field plate a basic resistance of 100 m. 6 V DC voltage was applied to the working circuit. The curve 28 was recorded with an emitter-base resistance (corresponding to R1 to R3- of Figure 6) of 33, the curve 29 with an emitter-base resistance of 7ZL . It is clear from FIG. 7 that the switching angle, that is to say the duration of excitation, can be set in the simplest way for each Vdoklung simply by changing the emitter-base resistances. It has also proven to be useful, if not necessary, to connect a controllable series resistor RV upstream of the three field plates R F1 to RF3 according to FIG. In this way, tolerances of the commutation device can be compensated for in a simple manner. The resistance ratio of the field plate and the efficiency of the machine can also be adjusted or improved with the aid of the series resistor. The controllable series resistor RV can contain a transistor which is controlled by signals that are taken from the three excitation windings via three diodes G11 to G13. Finally, with a given resistance of the field plate, the ratio of the collector currents of the transistors in the switched-on and switched-off state (the transistors) can be increased if a common emitter resistor RE is connected upstream of the transistors. In a circuit, the field plates had basic resistances R of about 100-a, the excitation windings (Z1 to Z3) about 10.R, the resistors (R1 to R3) about 10.L1, the transistors T1 to T3 were of the AC 153 type. The resistance RE had a value between 0.2 and 0.6.i1, and the resistance Rv consisted, among other things, of a pnp regulating transistor of the type BFY 39 111-FIGS. 8 and 9 show sections through an internal rotor machine according to the invention, the control head of which contains at least one exciter magnet axially magnetized with respect to the machine axis and ran outside the stator yoke (back plate). The machine according to FIGS. 8 and 9 has six stator windings s that can be placed around the stator packs 40 to 45. The six field plates 1, 1 'to 3, 3' correspond to the stator windings. As a further special feature compared to the machines described above, the machine according to FIGS. 3 and 9 has six individual lines 50 to 55, which can be ring segments and are provided for pre-magnetizing the field plates. This exemplary embodiment of a six-pole machine is given, inter alia, in order to show that the invention is not restricted to the three-pole machine. In the embodiment according to Figure 8 and 9 are the field p 'La tten to the: circumference of the yoke plate inserted into the space formed by the stator cores 40 to 46 cavity 46 (stator yoke). The field plates are therefore located in the machine flow, each of which. depending on the position of the permanent magnetic rotor (NS) rotatable about the axis 7, more or less' is penetrated. The field plates are at the same time in the bias flux of the permanent magnets 50 to 55. This flux is passed through the feichmagnetischen body 47 and 48 and the return path c.Lr. The parts 47 and 48 can also ib., ^ _E the magnets 50 to 55 be divided into ring segments or sections of a circle. But it is also possible to use a single ring magnet instead of the individual magnets 50 to 55. In Pig. 8 a ferrite segment 49 is drawn in each of the magnetic circuits of the field plates 1 and 1 ': This segment can have the same area (measured perpendicular to the magnetic raft) as the magnets 50 to 55. The latter are somewhat larger in FIG @drawn as the stand packages. With the help of the ferrite segments 49 can. it can be achieved that the maxima of the resistance curves of the field plates are flattened, as indicated by 27 in FIG. A machine similar to that in FIGS. B and 9 is drawn in FIGS. In this machine, however, the exciter magnet 60 of the bias circuit (46, 47, 61) of the field plate is magnetized radially with respect to the machine axis 7. In addition, the machine is three-pole according to Pig. 10 to 12. FIG. 11 is a section along the line XI-XI and FIG. 12 is a section along the line XII-XII of FIG. The exciter 'magnet 60 can be a circular ring. as it is drawn in Fig.10 and -11. While the parts 47 and 61 to 63 of the permanent magnets can consist of soft iron, it is expedient to produce the generally circular return plate (yoke) 46 from transformer plate. Incidentally, the same applies to the permanent magnetic circuits according to FIGS. 8 and 9. In FIGS. 13 to 15, sections are drawn through an internal rotor machine according to the invention, in which the machine flux is only partially passed through the field plates. The field plates 1 to 3 are, so to speak, in a bypass of the machine flow. 14 shows a section along the line XIV-XIV through FIG. 13. In FIGS. 13 to 15, a permanent magnetic circuit 71 to 73 with permanent magnets 74 is used for the premagnetization of each field plate. A single magnet can be used for each permanent magnetic circuit or a radially magnetized ring magnet can be used for all three together. The air gap of each permanent magnet in which the field plate is inserted is penetrated in the machine according to FIGS. 13 to 15 by part of the machine flow of the stator packs (40, 42) assigned to the field plate. The diameter of the circular back yoke (yoke) 46 inserted coaxially into the cylindrical cavity between the stator packs is smaller than the clear width of the cylindrical cavity. Therefore, part of the machine flow is not returned directly via the return plate, but via the field plates 1 to 3. The air gap of the permanent magnet circuits in which the field plates are set is located in the axial direction next to the gap between the stator packs 40, 42 and the return plate 46. The permanent magnetic circuit of each field plate is magnetically conductive and blind both to the associated stator assembly and to the return plate. If it seems favorable to flatten the maxima of the field plate resistance curves, as indicated by 27 in FIG. The inner ferrule 77 can be a circular ring, as shown in FIG. As shown in FIG. 15, the inner ferrite ring 77 can also be omitted. In this case it is advisable to extend the magnetic circuit as far as the return plate, as indicated by 81. Otherwise, FIG. 15 corresponds to FIG. 13. In FIGS. 16 and 17, an external rotor machine according to the invention or its control head is drawn in two sections. Fig.17 is a section along the line XVII®XVII of Fig.16. The field plates are. denoted by 1 to 3. They are each set in a magnetic circuit 88 to 90 with a permanent magnet 91, which can be seen in FIG. The permanent premagnetization of the field plates in the field plates 1 to 3 is directed radially with respect to the machine axis 7. The flow of the cylindrical outer rotor 87, which is returned through the stator 86, also runs perpendicular to the field plate plane. The three field plate arrangements according to FIGS. The external rotor is magnetized, as indicated by SN in FIGS. 16 and 17. Depending on the position of the rotor, the field plate 1 and the other time the field plate 2 are high-resistance or low-resistance and the winding of the stator corresponding to this field plate (in FIGS. 16 and 17 is not: excited or not excited. Semiconductor substances that are strongly dependent on magnetic fields are suitable as material for the field plates of all DC machines according to the invention, for example the known AIIIBV compounds, such as indium antimonide or indium arsenide, from groups III and V of the periodic table of the elements. Volume 176, 1963, pages 399 to [08], particularly strong magnetic field dependence when needle-shaped inclusions aligned parallel to one another are embedded in the semiconductor material, for example needles made of nickel antimonide in indium antimonide.