<Desc/Clms Page number 1>
Die Erfindung betrifft einen Gleichstrom-Kleinmotor mit eisenlosem Anker, bei dem die über eine Wicklungsträgerscheibe drehfest mit einer Motorwelle verbundene Ankerwicklung in eine Mehr- zahl von in Stern geschaltete Teilwicklungen unterteilt ist, die wie der Sternpunkt über Schleif- ringe gespeist sind, wobei zwischen den freien Sternenden jeder Teilwicklung und dem zugeordneten
Schleifring jeweils eine durch eine Lichtquelle beaufschlagbare elektronische Steuerschaltung zur
Ansteuerung der Teilwicklungen geschaltet ist.
Aus der DE-OS 1538762 ist eine derartige umlaufende elektrische Gleichstrommaschine bekannt, die elektronische Steuerschaltungen verwendet, die mit dem Motor umlaufen und von einer Beleuch- tung angesteuert und durchgeschaltet werden. Kommutatorlose Motoren zeigen auch die DD-PS
Nr. 127141 und die DE-OS 2341712.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gleichstrom-Kleinmotor der eingangs ange- führten Art hinsichtlich seiner Baugrösse, des konstruktiven Fertigungsaufwandes sowie des Energie- verbrauches zu verbessern. Ein solcher Motor soll auch einen schnellen Hochlauf und eine hohe
Lebensdauer sowie eine hohe Störsicherheit aufweisen, wobei der Wirkungsgrad und die Leistung mindestens den bekannten Gleichstrom-Kleinmotoren entspricht.
Nach dem Vorschlag der Erfindung wird dies dadurch erreicht, dass mit der Motorwelle ein
Kollektorteller, welcher die optoelektronischen Steuerschaltungen trägt, und eine Drehzahlgeberschei- be, welche lichtdurchlässige und lichtundurchlässige Felder aufweist, synchron umläuft, und dass die Lichtquelle einerseits zumindest eine der Steuerschaltungen und anderseits die Drehzahlgeber- scheibe beleuchtet, wobei auf der der Lichtquelle gegenüberliegenden Seite der Drehzahlgeberschei- be ein optoelektronischer Sensor angeordnet ist, welcher ein der Motordrehzahl proportionales Signal abgibt.
Durch die Lichtquelle lassen sich somit beispielsweise die Transistoren von jeweils zwei be- nachbarten Steuerschaltungen gleichzeitig beleuchten und damit ansteuern, so dass beispielsweise zwei der in Stern geschalteten Teilspulen gleichzeitig Strom von einem Schleifring über die beiden aktivierten elektronischen Steuerschaltungen zugeführt werden kann. Der Sternpunkt der Teilspu- len ist ebenfalls an einen Schleifring angeschlossen.
Um eine kompakte Baueinheit zu erzielen ist es vorteilhaft, den optoelektronischen Sensor inseitig des Motorgehäusedeckels anzuordnen und mit nach aussen geführten Kühlrippen zu verse- hen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Kollektorteller, die Steuerschaltungen, die Schleifringe und die Drehzahlgeberscheibe eine Baueinheit bilden, die nach Lösung des Kollektortellers von der Wicklungsträgerscheibe gemeinsam aushebbar ist.
Eine bevorzugte Ausbildung sieht vor, dass zur Beleuchtung der optoelektrischen Steuerschaltungen, welche gegebenenfalls aus je einem Steuer- und einem Schalttransistor bestehen, in einem Innendeckel des Motorgehäuses ein eine Blende bildendes, kreisringförmiges Segment ausgespart ist, durch das das Licht von der einzigen Lichtquelle auf die zu beleuchtenden Steuertransistoren fällt.
Durch die lichtdurchlässigen Felder fällt das Licht der Lichtquelle auf eine elektronische Steuerschaltung, die mit einem Phototransistor versehen ist und entsprechend der auf diesen auftreffenden Lichtmenge einen Ausgang liefert, der in einer Komparatorschaltung mit einem Sollwert verglichen wird, so dass hiedurch z. B. die Drehzahl des Motors regelbar ist.
Die Transistoren der Steuerschaltungen, von denen eine je einer der Teilwicklungen zugeordnet ist, werden durch die Lichtquelle über eine Blende beleuchtet, die in Form eines kreisringförmigen Segmentes ausgebildet ist und es ermöglicht, beispielsweise ständig zwei der z. B. fünf Steuerschaltungen zu beleuchten, unter der Annahme, dass die Ankerwicklung in fünf Teilwicklungen unterteilt ist, die in Stern geschaltet sind.
Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnungen im einzelnen erläutert.
Es zeigen : Fig. 1 schematisch im Schnitt den Teil eines Motors mit den Merkmalen der Erfindung, Fig. 2 die Anordnung der Teilwicklungen und der mit diesen verbundenen Steuerschaltungen, Fig. 3 im Detail die Schaltungsanordnung, bestehend aus einer Teilwicklung der zugehörigen Steuerschaltung und der Lichtquelle und Fig. 4 die Schaltungsanordnung von fünf in Stern geschalteten
EMI1.1
<Desc/Clms Page number 2>
Der in Fig. 1 teilweise dargestellte Motor --10-- hat ein Gehäuse, das aus einem Eisenrück- schluss --12--, einem Innendeckel --14-- aus einem isolierenden Kunststoffmaterial und einem äusse- ren Motorgehäusedeckel --16-- aufgebaut ist. (Am in den Zeichnungen nicht dargestellten, entgegen- gesetzten Ende des Motors ist selbstverständlich ebenfalls ein Deckel vorgesehen).
Eine Motorwelle --l8-- ist in gehäusefesten Lagern --22-- eines Magneten --20-- drehbar gelagert, wobei an ihrem freien Ende drehfest mit ihr verbunden eine Wicklungsträgerscheibe - sitzt, an der eine Ankerwicklung --24-- befestigt und drehfest mit ihr verbunden ist.
Auf der von der Motorwelle --18-- abgewandten Stirnseite der Wicklungsträgerscheibe - ist ein Kollektorteller --28-- befestigt und drehfest mit ihr verbunden, so dass er synchron mit ihr umläuft. Der beispielsweise aus beidseits mit Kupfer kaschierter Glasfaserseide gebildete
Kollektorteller --28-- bildet das Substrat für eine Anzahl von Steuerschaltungen --32--, die fest auf dem Kollektorteller--28-- angeordnet sind.
Mit dem Kollektorteller --28-- ist fest ein Zapfen --46-- verbunden, dessen Längsachse mit der Längsachse der Motorwelle --18-- fluchtet. Auf ihm sitzt elektrisch isoliert durch eine Büchse --40-- ein Schleifring --36-- und ein Schleifring --42--, der mittels einer Scheibe --44-- gegen den Schleifring --36-- elektrisch isoliert ist. Der Schleifring --42-- steht aber in elektrisch lei- tender Verbindung mit dem Zapfen --46-- und ist beispielsweise auf diesen aufgeschraubt. Den beiden Schleifringen-36 und 42-- wird elektrische Energie über Bürsten --64-- zugeführt, die im Innendeckel --14-- angeordnet sind. Die Bürsten --64-- sind mit in den Zeichnungen nicht dar- gestellten Verbindungsleitungen für den Anschluss an eine äussere Energiequelle versehen.
Jede Steuerschaltung --32-- ist über eine Leitung --38-- mit dem Schleifring --36-- und über eine Leitung --34-- mit einem Teil der Kupferkaschierung der Kollektorplatte --28-- und über die- sen mittels einer Leitung --30-- mit einer der Teilwicklungen --24-- des Ankers verbunden. (In
Fig. l ist nur eine Ankerwicklung --24--, nicht aber die einzelnen Teilwicklungen dargestellt).
In einer Aussparung des Innendeckels --14-- ist eine Lichtquelle-52-. z. B. eine Glüh- lampe, angeordnet, die über einen Schlitz --54-- im Deckel --14-- einen Teil der Steuerschaltungen - beleuchtet, wie im einzelnen noch erläutert werden wird. Der Schlitz --54-- im Deckel - hat die Form eines Kreisbogensegmentes, wobei seine radiale Breite so gross gewählt ist, dass die Steuerschaltungen --32-- beleuchtet werden. Der Mittelpunkt des Schlitzes --54-- liegt auf der Achse des Zapfens --46--. Bei Verwendung von fünf in Stern geschalteten Teilspulen und fünf Steuerschaltungen --32--, die somit in regelmässigen Winkelabständen von 720 auf dem Kollektor- teller --28-- angeordnet sind. beträgt die Winkelausdehnung des Schlitzes --54-- wenigstens etwa
144 .
(In Fig. 1 sind die elektrischen Verbindungsleitungen für die Lichtquelle --52-- aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt).
Auf dem in Fig. 1 oberen Schleifring --42-- ist eine Drehzahlgeberscheibe angeordnet, die mit dessen flanschartig verbreiterter Stirnfläche --47-- drehfest verbunden ist, so dass sie mit der Drehzahl der Motorwelle --18-- umläuft. Die Drehzahlgeberscheibe --48-- weist abwechselnd lichtdurchlässsige und lichtundurchlässige Felder, beispielsweise in der Form von schmalen Winkelsegmenten auf, die sich von ihrem Mittelpunkt zu ihrem Umfangsrand erstrecken. Es können beispielsweise hundert solcher Segmente vorgesehen sein, wobei jeweils lichtdurch-und lichtundurchlässige Segmente miteinander abwechseln.
Am Innendeckel --14-- ist zwischen der drehbaren Drehzahlgeberscheibe --48-- und der Lichtquelle --52-- eine weitere Drehzahlgeberscheibe --50-- angeordnet, die fest mit dem ortsfesten Deckel --14-- verbunden ist. Ihr Aufbau ist gleich wie der der drehbaren Drehzahlgeberscheibe wobei jedoch nur ihr über der Lichtquelle --52-- liegender Teil zur Wirkung kommt. Aus ökonomischen Gründen sind jedoch beide Drehzahlgeberscheiben -- 48, 50-- gleich ausgebildet.
Auf der von der Lichtquelle --52-- abgewandten Seite der drehbaren Drehzahlgeberscheibe - ist ein optoelektrischer Sensor-56-, z. B. in Form einer Steuerschaltung angeordnet, der an der Innenwand des Gehäusedeckels --16-- befestigt und mit einer nach aussen führenden Kühlrippe --58-- versehen ist. Dieser Sensor --56-- ist über eine Leitung --62-- mit einem Anschluss - verbunden, der mit (nichtgezeigten) nach aussen führenden Leitungen versehen ist, die zu einer Komparatorschaltung und zu einer Energiequelle führen.
<Desc/Clms Page number 3>
Fig. 2 zeigt schematisch die sternförmig geschalteten Teilwicklungen --66--, die zusammen die Ankerwicklung --24-- bilden. Wie dargestellt, ist jeder Teilwicklung --66-- eine Steuerschal- tung --32-- zugeordnet, die zwischen dem freien Ende der jeweiligen Teilwicklung --66-- und der Büchse --40-- liegt. Der Sternpunkt --68-- ist über eine gestrichelt angedeutete Leitung --70-mit dem Schleifring --42-- verbunden.
Fig. 3 zeigt im Detail die Schaltung einer Teilwicklung --66-- und einer Steuerschaltung - -32--, die aus zwei Transistoren, nämlich einem Steuertransistor --74-- und einem Schalttransistor - besteht, die in Darlington geschaltet sind. Die Kollektoren der beiden Transistoren-74 und 76-- sind parallel an den Pluspol einer Energiequelle gelegt, wobei der Emitter des Steuer- transistors --74-- mit der Basis des Schalttransistors --76-- verbunden und dessen Emitter an eine
Seite der zugehörigen Teilwicklung --66-- gelegt ist, deren andere Seite am Minuspol der Energie- quelle liegt. In einer zu den Transistoren und der Teilwicklung --66-- parallelen Leitung - liegt die Lichtquelle --52--, durch welche die Basis des Steuertransistors --74--, der in
Form eines Phototransistors ausgebildet ist, beleuchtet werden kann, wie durch die Pfeile - angedeutet ist.
In Reihe mit der Lichtquelle --52-- liegen ein Potentiometer --72-- und ein
Strombegrenzungswiderstand --82--.
Fig. 4 zeigt schematisch die Anordnung der fünf Teilwicklungen --66-- mit den zugehörigen
Transistoren --74, 76-- sowie die Anschlüsse an die Schleifringe.
Jeder Teilwicklung --66-- ist ein Transistor --74-- und ein Transistor --76-- zugeordnet, die wie an Hand von Fig. 3 beschrieben geschaltet sind. Der Pluspol, mit dem die Kollektoren der beiden Transistoren --74, 76-- verbunden sind, ist an den Schleifring --36-- gelegt und der Stern- punkt -68-- der Teilspulen -66--, der hier den Minuspol darstellt, ist, wie durch die gestrichelte Leitung --70-- angedeutet, an den Schleifring --42-- gelegt.
Der erfindungsgemässe Motor arbeitet folgendermassen :
Die fünf Teilwicklungen --66-- sind mit ihrem freien Ende über den jeder Teilwicklung - 66-zugeordneten Steuerkreis-32-, der aus den Transistoren -- 74, 76-- besteht, an den Schleifring --36-- angeschlossen, während der gemeinsame Sternpunkt --68-- sämtlicher Teilwicklungen - mit dem Schleifring --42-- verbunden ist.
Die Steuerkreise bzw. die Transistoren --74, 76-- sperren nun im Normalfall den Durchgang des Stromes vom Schleifring --36-- zu den einzelnen Teilwicklungen --66--, d. h. der Stromkreis zwischen den Schleifringen --36 und 42-- ist normalerweise unterbrochen. Wird nun, wie in Fig. 3 dargestellt, der Steuertransistor --74-- bzw. dessen Basis durch die Lichtquelle --52-- beleuchtet, so wird dieser Steuertransistor --74-- geöffnet und es fliesst ein Strom von seinem Emitter zur Basis des Schalttransistors --76--.
Durch diesen Steuerstrom wird der Schalttransistor --76-- ebenfalls geöffnet bzw. durchgesteuert, so dass in der Schaltung nach Fig. 3 die elektrische Verbindung vom Pluspol zum Minuspol geschlossen ist, d. h. durch die Teilwicklung --66-- in der Schaltung nach Fig. 3 fliesst Strom und der Stromkreis vom Schleifring --36-- zum Schleifring --42-- ist über die Teilwicklung --66-- gewchlossen, bei deren Steuerkreis --32-- der Steuertransistor --74-- durch die Lichtquelle --52-- mit Licht beaufschlagt wird.
Es ist nun vorgesehen, dass jeweils die Steuertransistoren --74-- von zwei benachbarten Steuerkreisen --32-- durch die Lichtquelle --52-- belichtet werden, so dass jeweils zwei benachbarten Teilwicklungen --66-- Strom parallel zugeführt wird, wie durch die beiden Pfeile-Pl und P2-in Fig. 2 angedeutet. Infolge der parallelen Zufuhr des Stromes durch zwei Teilwicklungen wird der Innenwiderstand der Ankerwicklung --24-- beträchtlich reduziert. Um nun jeweils zwei benachbarte Steuerschaltungen --32- bzw. deren jeweiligen Steuertransistor --74-- beleuchten zu können, ist im Deckel --14-- der Schlitz --54-- in Form eines Kreisringsegmentes vorgesehen, das sich bei Verwendung von fünf Teilwicklungen --66-- in Winkelabständen von 720 über einen Winkel von wenigstens etwa 1440 erstreckt.
Wenn daher von zwei benachbarten, beleuchteten Steuerschaltungen --32-- infolge der Drehung der Motorwelle eine aus dem Lichtkegel bzw. dem Lichtbereich des Schlitzes --54-- austritt, so tritt die nächstfolgende Steuerschaltung --32-- in diesen Lichtbereich des Schlitzes --54-- ein usw., so dass ständig zwei wechselnde Steuerschaltungen --32-- während der Drehung der Motorwelle und der sich mit dieser synchron mitdrehenden Steuerschaltungen beleuchtet werden. Diese Speiseenergie für den Motor wird somit ständig über zwei Teilwicklungen
<Desc/Clms Page number 4>
- -66--, die jedoch zyklisch wechseln, zugeführt, nämlich den Teilwicklungen, deren zugehörige
Schalttransistoren --76-- infolge der Beleuchtung der zugeordneten Steuertransistoren --74-- durch- geschaltet worden sind.
Ein so aufgebauter Motor hat eine sehr hohe Lebensdauer und eine sehr hohe Störfreiheit, da keinerlei Funkenbildung auftritt. Er zeichnet sich ferner durch einen schnellen Hochlauf aus.
Wie Fig. 1 zeigt, werden nun durch die Lichtquelle --52-- nicht nur die Steuerschaltungen - beleuchtet, sondern es wird über die feste Drehzahlgeberscheibe --50-- und die rotierende
Drehzahlgeberscheibe --48-- der optoelektronische Sensor --56-- beleuchtet, der ebenfalls mit einem
Steuertransistor, z. B. einem Phototransistor, ausgestattet ist.
Wie bereits erläutert, sind die bei- den Drehzahlgeberscheiben mit lichtdurch- und lichtundurchlässigen bzw. hellen und dunklen Fel- dern versehen, so dass infolge der Rotation der Drehzahlgeberscheibe-48-- (die sich mit der Motor- drehzahl dreht) einmal das volle Licht von der Lichtquelle --52-- zum optoelektronischen Sensor - -56-- durchgelassen wird, wenn zwei helle Felder übereinander zu liegen kommen, während dann, wenn zwei dunkle bzw. lichtundurchlässige Felder der beiden Drehzahlgeberscheiben übereinander zu liegen kommen, der Lichtdurchgang von der Lichtquelle --52-- zu diesem gesperrt wird.
Im optoelektronischen Sensor --56-- wird somit abhängig von der Lichtmenge, die von der
Lichtquelle --52-- auf jenen auftrifft, ein Ausgang erzeugt, der über den Anschluss --60-- nach aussen zu einer nichtgezeigten Schaltung geführt werden kann, in der dieser Ausgang, d. h. die- ses infolge der Beleuchtung des optoelektronischen Sensors --56-- von diesem erzeugte elektrische
Signal, das einen Istwert darstellt, mit einem Sollwert verglichen werden kann. Stimmen die beiden
Signale nicht überein, so kann von dieser nichtgezeigten Komparatorschaltung ein Fehlersignal erzeugt werden, das zur Regelung der Drehzahl des Motors verwendet werden kann.
Mit Hilfe eines Potentiometers --72-- kann die Stärke der Lichtquelle --52-- eingestellt oder in gewünschter Weise gesteuert werden, so dass sich die von ihr auf die Steuerschaltung --32-- fallende Lichtmenge verändern, d. h. verstärken oder reduzieren lässt. Hiedurch ist es möglich. die Stärke des im Steuertransistor --74-- erzeugten Signales zu verändern und damit die Stärke der Ansteuerung des Schalttransistors-76-. so dass entsprechend mehr oder weniger Energie in die zugehörigen Teilwicklungen --66-- eingespeist werden kann.
Auf diese Weise ist es möglich, z. B. auch das Drehmoment des Motors einzustellen bzw. zu regeln.
Wie dargestellt, bilden der Kollektorteller --28-- mit der Elektronik, d. h. den Steuerkreisen - -32--, den Schleifringen --36 und 42-- sowie der drehbaren Drehzahlgeberscheibe --48-- zusammen mit dem Zapfen --46-- eine Baueinheit oder Baugruppe, die insgesamt nach Lösung des Kollektortellers --28-- von der Wicklungsträgerscheibe --26-- abgenommen werden kann.
Im Innendeckel --14-- sind, wie Fig. 1 zeigt, die Lichtquelle --52--, die feste Drehzahlgeberscheibe --50--, gegebenenfalls ein nicht dargestellter Vorwiderstand für die Lichtquelle, die beiden Bürsten --64-- sowie die beiden nichtgezeigten Bürstenwinkel zum Halten der Bürsten untergebracht. An der Seite des Deckels-14-. auf der die Bürsten angeordnet sind, ist er zweckmässigerweise mit einem Schlitz versehen, der etwas über die Mitte hinausgeht, so dass der Deckel leicht montiert, z. B. von der Seite her eingeschoben werden kann.
Der optoelektronische Sensor - und der mit ihm über die Leitung --62-- verbundene Anschluss --60-- hingegen sind an der Innenseite des Motorgehäusedeckels --16-- angebracht, so dass sie zusammen mit diesem aufgesetzt werden können.
**WARNUNG** Ende DESC Feld kannt Anfang CLMS uberlappen**.