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Gleichstrommotor
EMI1.1
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tators und der Bürstenanordnung und Fig. 7 einen Schnitt des Kommutators.
Der erfindungsgemässe Motor 11 besitzt einen Rotor 13 mit drei Lamellenpaketen 15, 17, 19, die symmetrisch um die Ankerwelle 21 angeordnet sind und die Wicklungen 23,25, 26 tragen. Auf die Enden der Ankerwelle 21 sind zwei runde Scheiben 23a, 25a aus nichtmagnetischem Material, z. B. Plastik, aufgesetzt, welche in die in den Stützgliedern oder Glocken 27,29 ausgebildeten Lager genau hineinpassen.
Auf dem einen Ende der Ankerwelle 21 stützt sich auf die Scheibe 25a eine Druckfeder 31 ; mit ihrem andern Ende liegt die Feder 31 an den Kommutator 33 an, welcher fest mit der Ankerwelle 21 verbunden ist. Der Kommutator 33 besteht wie der Rotor aus drei voneinander getrennten Teilen 35, 37, 39, die mit den Wicklungen 23,25, 26 verbunden sind. Gegen die Welle sind die Kommutatorteile bzw. der Kommutator mit einem Ring 41 aus nichtleitendem Material, z. B. Bakelit, isoliert, dessen Innendurchmesser dem Aussendurchmesser der Ankerwelle genau entspricht.
Die beiden Stützglieder oder Glocken 27 und 29 sind mit einem Abstandsring 43 ausgestattet, der vorzugsweise an den Stützgliedern angegossen ist, so dass er einen Teil derselben darstellt und konzentrisch zur Ankerwelle 21 steht. Jeder der beiden Ringe 43 besitzt eine Innenfläche 45 und eine Aussenfläche 47 und sie ragen oben und unten ein bestimmtes Stück in das Gehäuse hinein und bilden mit ihren Aussenflächen 47 Anschläge für die Magnete 49.
Der Motor 11 nach der Erfindung enthält zwei im Querschnitt rechteckige permanente Statormagne- te 49, die gegenüberliegend um den Rotor 13 angeordnet sind. Ihre dem Rotor zugewandte Seite stellt eine Hohlfläche 51 dar, deren Radius etwa dem Aussenradius des Rotors entspricht. Die drei andern Flä- chen 53,54 und 55 der Magnete 49 sind eben. Für die Herstellung der Magnete 49 eignet sich am besten ein Material mit hoher Remanenz, z. B. Bariumferrit, und ihre Formung kann z. B. durch Sintern oder
Giessen erfolgen. Ein aus magnetischem Material hergestelltes Gehäuse 57, das oben und unten zur Auf- nahme. der Endstücke offen ist, umschliesst die ebenen Flächen 53,54, 55 der beiden Magnete 49, so dass diese mit ihren hohlen Flächen 51 slch gegenüberstehen.
Das Gehäuse 57 ist im Querschnitt rechteckig und besteht aus zwei trennbaren L-förmigen Rahmenteilen 59,61, von denen jeder einen kurzen Schenkel 63,65 und einen langen Schenkel 67, 69 besitzt.
Die Oberkanten der langen Schenkel 67, 69 des Gehäuses 57 besitzen Ausnehmungen 71,73, in welche Nasen 75 derAbstandsringe 43 eingreifen. Die waagrechten Abmessungen der Ausnehmungen 71,73 sind grö- sser als die der Nasen 75, wie dies aus der Zeichnung hervorgeht, um eine seitliche Verschiebung der Rahmenteile 59,61 zu ermöglichen, während die Höhenabmessungen der Ausnehmungen und der Nasen gleich sind, um Verschiebungen der Teile 59 und 61 in Richtung senkrecht zu den Glocken 27,29 zu verhindern. An den Endstücken ist in der Breite und in der Länge ein vorstehender Anschlag angeordnet, der unter Berücksichtigung der Dicke der Gehäuseseiten entsprechend entfernt von der Aussenkante verläuft.
An den Stirnseiten jedoch ist der Abstand von der Aussenkante etwas grösser gewählt als die Dicke der Gehäusewand, da die Stirnwände zur Justierung des Luftspaltes verschiebbar sein sollen.
Die Glocken 27, 29 haben ringförmige Ausnehmungen 85 und 87, in die die Oberkante und Unterkante des Gehäuses 57 eingreifen. Innerhalb der Ausnehmungen 85,87 sind auf den Glocken 27,29 umlaufende Schultern 88, 89 angeordnet.
Um das Gehäuse 57 des Motors 11 zusammenzuhalten, sind an den kurzen Schenkeln 63, 65 Zapfen 77,81 angeordnet, die in Schlitze 79,83 der langen Schenkel 67, 69 eingreifen ; die Schlitze 79,83 sind an den Kanten der entsprechenden Schenkel 67,69 offen, um die Zapfen einschieben bzw. ausschieben zu können.
Das untere Endstück 29 ist mit sich gegenüberliegenden und nach unten gerichteten Zapfen 90 versehen, um welche Federn 92 gewickelt sind, deren jede ein gerades Ende 93 besitzt, welches sich über die äussere Endfläche der Glocke 29 erstreckt und gegen je eine Bürste 93A einwirkt. Die Bürsten sind in Bürstenhaltern 94 geführt, welche aus einem Stück mit der Glocke 29 bestehen. Der Bürstenhalter 94 ist längsgeschlitzt, damit der Federschenkel 93 gegen die Bürste 93A einwirken und sie gegen den Kommutator 33 drücken kann. Eine U-förmige Feder 95 greift mit ihrem Ende hinter eine Nase des Endstückes 29. Die U-förmigen Federn 95 stehen mit den Bürsten 93A in Kontakt und ihr nach aussen gerichtetes und gebogenes Ende dient gleichzeitig als Klemme für den Anschluss des Motors an eine Gleichstromquelle.
Eines der schwierigsten Probleme bei der Entwicklung und Herstellung von Motoren ist die Erhaltung eines vorbestimmten Luftspaltes zwischen dem Rotor und dem Statormagneten. Normalerweise wird die Forderung erhoben, einen Luftspalt von minimalem Ausmass herzustellen, um eine Schwächung des Magnetflusses auf ein Minimum zu verringern. Es muss dabei anerkannt werden, dass es sich um ein sehr schwieriges Problem bei der Herstellung von Motoren insofern handelt, als die Teile für den Rotor, die Statormagneten und der entsprechende Aufbau nur sehr geringe Toleranzen zulassen. Es bedarf deshalb
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kostspieliger Herstellungsverfahren für die einzelnen Teile, um einen minimalen Luftspalt zu erhalten.
Ausserdem müssen komplexe Montageeinrichtungen vorhanden sein und genaue Kontrollen durchgeführt werden, um die Präzisionsteile mit grösster Sorgfalt und Genauigkeit zusammenzufügen, besonders des Rotors und Stators.
Es sind bereits Kleinspannungs-Gleichstrommotoren vorgeschlagen worden, die gepresste permanente Statormagneten in zylindrischer Form verwenden und ein Gehäuse aus magnetischem Material mit ähnlicher Form besitzen, das die aussere Oberfläche des Magneten berührt. Bei dieser Herstellungsart zeigte sich als Ergebnis des Pressens, dass die Dicke des Magneten unterschiedlich ist, so dass grössere Nachbearbeitung erforderlich wird, um die Oberfläche des Magneten auf das gewünschte Ausmass zu bringen.
Ferner muss das Gehäuse präzise nach den Abmessungen des Magneten bearbeitet werden. Auch der Motor muss exakte Masse aufweisen, um eine Verschiebung des Gehäuses hinsichtlich der Magneten zu verhindern.
Wie schon ausgeführt, werden bei der Erfindung gepresste Magneten 49 verwendet ; es kann also durchaus vorkommen, dass ihre Masse von den gewünschten Soll-Massen abweichen. Es soll z. B. angenommen werden, dass die Masse A, B und C (Fig. 3 und 4) nicht dem Soll-Mass entsprechen. Die Erfindung macht nun aber eine Nachbearbeitung überflüssig, indem sie das verstellbare Gehäuse 57 vorschlägt, das zu al- len Magneten passt, selbst wenn sie unterschiedliche Masse A, B und C aufweisen. Jede Abweichung vom
Soll-Mass der Masse A und B wird leicht durch eine Verschiebung der Gehäusewände 59 und 61 ausgegli- chen, u. zw. durch Verkleinern oder Vergrössern der Grundfläche, die durch die Gehäuseteile bestimmt ist.
Die Grössenänderung ist begrenzt durch die horizontalen Abmessungen der Ausnehmungen 7J, 73, der
Schlitze 79, 83 und der Schultern 88, 89. Auch Abweichungen in den Abmessungen C, d. h. in der Höhe der Magnete (Fig. 3), können dadurch ausgeglichen werden, dass die Höhe der Seitenwände des Gehäuses
57 so gewählt wird, dass sie etwas grösser als das normalerweise für C bestimmte Mass ist, wobei zum Aus- gleich ein Raum zwischen der inneren Abmessung der Endstücke 27 und 29 und dem Längsmass der Magnete 49 (Fig. 3)vorhanden ist. Die Konstruktion der Erfindung darf jedoch nicht nur hinsichtlich der Aufnah- me von Magneten mit unterschiedlichen Abmessungen betrachtet werden, sondem auch im Hinblick auf die Aufnahme von Magneten verschiedener Grösse und einer Form, ähnlich dem Magneten 49.
Solange solche unterschiedlich grosse Magneten in die Grenzen, die durch die Ausnehmungen 71 und 73 und die Schlitze 79 und 83 fallen, können sie in der gegenständlichen Konstruktion verwendet werden.
Es muss auch darauf hingewiesen werden, dass ohne Rücksicht auf die unterschiedlichen Abmessungen A, B und C der Magneten 49 durch die Erfindung immer ein vorbestimmter Luftspalt zwischen Anker 13 und Magneten 49 gewährleistet ist. In Fig. 3 ist z. B. deutlich zu erkennen, dass die äussere Oberfläche 47 der Ringe 43 an die innere Oberfläche 51 der Magnete 49 anliegt. Da die Ringe 43 in den Endstücken 27 und 29 befestigt sind und einen Teil derselben bilden und damit zur Achse der Welle 21 in bestimmter radialer Entfernung stehen, wird der Luftspalt von dem Aussendurchmesser der Ringe 43 bestimmt, an dessen Aussenfläche 47 die Magnete anliegen. Erfindungsgemäss werden bei der Montage des Motors die Gehäusewände 59 und 61 gegeneinandergedrückt, bis die hohlen Flächen 51 der Magnete 49 an die äussere Oberfläche 47 der Ringe 43 anliegt.
Damit befinden sich die Magnete 49 stets in einer vorbestimmten Entfernung von dem Anker, wenn der Motor ganz zusammengebaut ist. Zusätzlich ist zu bemerken, dass die ebenen Seiten der Magneten an die Gehäusewände 59,61 anliegen.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, dass es die Konstruktion des Motors 11 erlaubt, das Gehäuse 57 mit den permanenten Magneten 49 zusammenzubringen, ohne dabei Verluste im Magnetfluss in Kauf nehmen zu müssen. Dies wird dadurch erreicht, dass die permanenten Magneten 49 solchermassen magnetisiert werden, dass der Kraftfluss radial durch die Magnete fliesst, wie es in Fig. 4 die gestrichelten Linien zeigen. Der Kraftfluss in den Magneten verläuft normal zu der gewölbten Aussenfläche 51 und fliesst durch den Luftspalt und das Gehäuse 57 ab, und schliesst mit diesem Pfad den Magnetfluss.
Dies steht eigentlich im Widerspruch zu den Eigenschaften der permanenten Magneten, wenn sie in Längsrichtung magnetisiert werden, wobei die Kraftlinien anders als normal zur Oberfläche des Rotors, oder wenn die Konstruktion nach Fig. 4 betrachtet wird, parallel zu den Schenkeln 67 und 69 gerichtet werden. Es ist offensichtlich, dass, wenn in Fig. 4 Längsmagnetisierung angewendet würde, die den Schenkeln 67 und 69 des Gehäuses 57 benachbarten und sie berührenden Teile der Magnete 49 nicht in der Lage wären, eine solche Kraftflussintensität aufrecht zu erhalten, da der durch die an die Magneten 49 angrenzenden Teile fliessende Strom den Rahmen kurzschliessen würde, ohne über die Wicklungen zu fliessen.
Aus diesem Grunde eignet sich die radiale Magnetisierung der Magnete 49 besser für den Aufbau eines kompakten Motors, da ein Motor mit axial magnetisierten Magneten einen grösseren Abstand zwischen Gehäuse und Magnet verlangt, um das Kurzschlussproblem zu beseitigen, wobei die Gesamtgrösse des Motors erweitert
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werden müsste, um solchen Abstand möglich zu machen. Dagegen können in dem erfindungsgemässen Motor axial magnetisierte Magneten verwendet werden, obwohl es auf der Hand liegt ; dass dies eine Verminderung des Kraftflusses zur Folge hat. Ein viel wichtigerer Vorteil der Erfindung ist die neuartige Konstruktion des Motors 11, der mit einem Minimum an Zeit und Arbeit zusammengesetzt und auseinandergenommen werden kann. Es können, mit Ausnahme des Ankers 13, alle Teile mit der Hand zusammengesetzt werden.
Dabei werden zuerst die beiden Enden der Welle 21 in die Endstücke 27 und 29 eingesetzt. Als nächstes werden die Magnete 49 zwischen die Endstücke eingesetzt, wobei die hohle Fläche 51 an die Ringe 43 anliegen muss. Danach wird ein Gehäuseteil 69 so zwischen die Endstücke gebracht, dass die Nasen 75 in die Ausnehmungen 71 der Gehäusewände eingreifen. Ähnlich wird dann der zweite Gehäuseteil 67 eingesetzt und die Gehäusewände werden mittels Zapfen 77, 81 und Schlitzen 79, 83 mitein- ander verbunden. Schliesslich können beide Teile 59 und 61 (Stirnwände) mit einer Hand noch zusam- mengepresst werden, wobei sich der Magnet 49 in genauem Abstand vom Anker 13 und vom Gehäuse 57 befindet, das in Kontakt mit dem Magneten steht und in den Endstücken befestigt ist.
Die Demontage des Motors 11 kann genau so einfach vorgenommen werden, indem in umgekehrter Reihenfolge vorge- gangen wird.
Das anpassbare Gehäuse 57 wurde als aus zwei Teilen bestehend beschrieben. Es soll dabei jedoch vermerkt werden, dass es nach der Erfindung durchaus im Bereiche des Möglichen liegt, den Rahmen aus mehr als zwei Teilen herzustellen, die die Merkmale der Erfindung aufweisen.
Obwohl mit der Beschreibung der Erfindung nur ein Ausführungsbeispiel aufgezeigt wurde, sei aus- drücklich darauf hingewiesen, dass die Erfindung sich nicht auf dieses beschränkt und dass durch Verände- rung in der Konstruktion und den Anordnungen verschiedene Ausführungen des erfindungsgemässen Gegenstandes geschaffen werden können.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Gleichstrommotor mit einem beidseitig in je einem Lagerschilde gelagerten Anker und wenigstens zwei zu diesem ausgerichteten Permanent-Magneten und einem aus magnetisierbarem Werkstoff gefertigten Joch, dadurch gekennzeichnet., dass zur verbindungselementfreien einstellbaren Halterung der genannten Motorenteile das Joch (57) mit Öffnungen (71, 73) versehen ist, in welche an den Lagerschilden (27, 29) vorhandene Nasen (75) mit quer zur Ankerachse liegendem Spiel eingreifen.