Elektrischer Gleichstrommotor Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf elek trische Motoren sowie auf ein Verfahren zur Her stellung derselben, insbesondere, aber nicht aus schliesslich auf Miniatur-Gleichstrommotoren mit permanenten Magnetfeldern, die von einer Nieder spannungs-Gleichstromquelle, etwa einer Sammler batterie oder Trockenelementen, gespeist werden.
Der nachstehend als Ausführungsbeispiel der Er findung beschriebene Motor ist besonders als Antrieb für elektrische Uhren und Zeitschalteinrichtungen geeignet, wie sie etwa in Automobilen, Booten, Flugzeugen und andern Fahrzeugen angewendet wer den, wobei die einzige verfügbare elektrische Ener giequelle normalerweise eine Niederspannungs-Gleich- stromquelle, etwa eine Akkumulatorenbatterie ist.
Es ist verständlich, dass zur Befriedigung des Bedarfes der Automobilindustrie und anderer Grossindustrien geringe Herstellungskosten und ein für Massenpro duktion geeigneter Aufbau des Motors für Uhren oder Zeitschalteinrichtungen von grosser Wichtigkeit ist, obwohl natürlich gleichzeitig alle Anforderungen bezüglich Zuverlässigkeit und genügende Lebens dauer erfüllt werden müssen.
Zur Erzielung optimaler Leistungsfähigkeit und zur Verringerung der Funkenbildung zwischen den Bürsten und den Kommutatorsegmenten ist bei einem Gleichstrommotor mit Permanentmagnet die rich tige Lage der magnetischen Achse des Permanent- magnetfeldes.gegenüber der Achse der Schleifbürsten erforderlich.
Aber selbst bei Einhaltung dieser Vor aussetzung tritt noch eine gewisse Funkenbildung auf, weshalb zur Erhöhung der Lebensdauer bekannt lich einander benachbarte Kommutatorsegmente über Entladungswiderstände zur Vernichtung der sonst in den Funken auftretenden Energie mitein ander verbunden werden, wodurch eine weitere Ver- minderung des Abbrandes und der Kraterbildung an Bürsten und Kommutatoren erreicht werden kann. Die Erfindung soll die Verwirklichung dieser Merk male in einem billigen Gleichstrommotor ermög lichen, zusammen mit einem Verfahren zur Fabrika tion des Motors mit geringstmöglichen Montageauf wand unter Anwendung der bei Massenprodukten üblichen Gesichtspunkte.
Dabei soll es möglich sein, während des Herstellvorganges die magnetische Achse des Permanentmagnetfeldes genau und für dauernd in eine vorbestimmte Lage relativ zu den andern Motorbauteilen zu bringen. Ferner soll der Gleichstrommotor dadurch verbessert werden, dass eine billige und für Massenproduktion geeignete Widerstandsanordnung zur Verbindung benachbar ter Kommutatorsegmente vorgesehen wird.
Die Erfindung ist nachstehend in einem Ausfüh rungsbeispiel und Varianten an Hand der Fig. 1 bis 6 näher erläutert. Von diesen zeigt: Fig. 1 eine perspektivische Ansicht, teilweise im Schnitt gezeichnet, der auseinandergenommenen Be standteile eines erfindungsgemässen Motors, Fig. 2 einen Axialschnitt des in Fig. 1 darge stellten Motors, Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer Kom- mutatorbaueinheit mit Überbrückungswiderstand,
Fig. 4 ein anderes Ausführungsbeispiel der Kom- mutatorbaueinheit, ähnlich derjenigen von Fig. 3, Fig. 5 ein Prinzipschaltbild des Stromlaufes durch den Motor nach Fig. 1, Fig. 6 eine perspektivische Darstellung einer Magnetisierungsvorrichtung mit einem Abschnitt des Motorstators bereit zur Magnetisierung des Feld magneten.
Wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, besteht das dargestellte Ausführungsbeispiel des Motors der vorliegenden Bauart aus einem Gussgehäuse 1 aus beliebigem geeignetem- Kunststoff, etwa einem mit Faserflocken verstärkten Phenolgiessharz oder einem andern giessbaren und vorzugsweise elektrisch iso lierenden Material. Im Gehäuse 1 ist ein ringförmi ger permanenter Feldmagnet 2 eingebettet und an einander gegenüberliegenden Stellen, auf eine weiter unten noch genauer erläuterte Weise magnetisiert.
Zwei elastische Schleifbürsten 3 sind an den beiden Bolzen 4 des Gehäuses 1, die an demselben angegos sen sind, angebracht. Ein Lager 5 und zwei Augen 6 sind ebenfalls am Gehäuse 1 angegossen. Die Augen 6 sind in vorbestimmter Lage gegenüber den Halte bolzen 4 für die Bürsten angeordnet, um die richtige Ausrichtung der magnetischen Achse des Feldmagne ten 2 relativ zu den Bürstenhaltern 4 bei der Mon tage zu erleichtern, wie weiter unten noch näher dargelegt. Die Enden der Bürsten 3 liegen in den Schlitzen 7, die im Gehäuse 1 eingegossen sind, und werden dort von zwei durch das Gehäuse 1 hin durchführenden Schrauben 8 festgehalten, sind also gegen Verdrehung gesichert.
Die beiden Schrauben 8 dienen gleichzeitig als elektrische Anschlüsse für die Bürsten 3 und sind am Gehäuse 1 mittels der Muttern 9 befestigt.
Die Rotoreinheit, die in Fig. 1 teilweise im Schnitt wiedergegeben ist, besteht aus drei radial an geordneten, einen symmetrischen dreischenkligen Stern bildenden Spulen 10, deren innen gelegene Enden zu einem elektrischen Sternpunkt zusammen geschaltet sind, wie aus Fig. 5 ersichtlich. Durch zwei Kernbleche 11 sind drei Polschuhe an den Sternschenkeln gebildet, deren jeder längs des Um fanges vom jeweils benachbarten Polschuh durch eine Lücke 12 getrennt ist (Fig. 1, 2 und 5).
Die Rotorspulen 10 sind, wie in Fig. 1 und 2 dargestellt, beidseits durch Isolierscheiben 13 von den Kern blechen 11 isoliert. Der Spulenaufbau des Rotors ist auf eine die Welle 14 umschliessende Isolier- hülse 15 aufgepresst. Falls erwünscht, können auch statt dessen die Kernbleche 11 direkt auf die Welle 14 aufgepresst werden, in welchem Falle dann zwei Isolierhülsen 15 von beiden Enden aus auf die Welle 14 aufgeschoben werden.
Die Kommutatoreinheit besteht aus zwei Schei ben 16 aus geeignetem Isoliermaterial, die auf die Welle 14 aufgepresst sind und zwischen sich drei, je einen Ausschnitt aus einem Kreiszylinder bildende Kommutatorsegmente 17 tragen, die mit axial sich erstreckenden Laschen durch entsprechende Schlitze in den Scheiben 16 hindurchragen und ausserhalb umgebogen sind, um so die Segmente 17 festzu halten (siehe auch Fig. 3). Durch eine Scheibe 18 ist die Kommutatoreinheit vom Spulenaufbau isoliert.
Eine weitere Isolierscheibe 19 ist vorgesehen, die eine Anordnung von überbrückungswiderständen für benachbarte Kommutatorsegmente trägt. Die Einzel heiten dieser Widerstandsanordnung wird noch an hand der Fig. 3 und- 4 weiter unten näher erläutert. Aus den Fig. 1 und 2 ist ferner ersichtlich, dass die Rotorwelle 14 am einen Ende in der Lagerhalte rung 5 ruht, die am Gehäuse 1 angegossen und kon zentrisch zum Feldmagnet 2 ausgerichtet ist.
Zwi schen dem innern Rand der Lagerhaltung 5 und der einen Kommutatorscheibe 16 ist eine Abstandshülse 20 auf der Welle 14 angeordnet, welche die Lage der Rotoreinheit in axialer Richtung im Gehäuse 1 be stimmt. Das andere Ende der Rotorwelle 14 ruht in einer in der Deckplatte 22 vorgesehenen Lager halterung 21. Diese Deckplatte 22 ist in ihrer Lage relativ zum Gehäuse 1 durch die an demselben an gegossenen Nasen 23 bestimmt, die in entsprechende Löcher in der Deckplatte 22 passen. Auf der Welle 14 ist auf geeignete Weise ein Ritzel 24 als Kupp lungsglied zur anzutreibenden Einrichtung ange bracht.
Bei manchen Anwendungen kann es ein facher sein, auf die Deckplatte 22 zu verzichten und das betreffende Ende der Welle 14 unmittelbar in der vom Motor anzutreibenden Einrichtung zu lagern. Der Motor ist für eine solche Montage be sonders gut geeignet, da die Nasen 23 dann zur genauen Ausrichtung des Motors gegenüber der anzutreibenden Einrichtung dienen können.
Die Fig. 3 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel einer Kommutatoreinheit, die anstelle der in Fig. 1 und 2 dargestellten verwendet werden kann und bei der ein Überbrückungswiderstand einen Teil der Baueinheit bildet.
Die Kommutatorsegmente 27 sind in ähnlicher Weise wie bei Fig. 1 und 2 gehalten, jedoch besitzt hier die eine der Haltescheiben einen grösseren Durchmesser und trägt die überbrückungs- widerstände. Diese vergrösserte Scheibe 25 besteht aus geeignetem Isoliermaterial und ist mit drei dün nen Kupfersegmenten 26 versehen, die an der Schei benoberfläche befestigt und mit den Kommutator- segmenten 27 elektrisch verbunden sind.
Die Kom- mutatoreinheit kann in gleicher Weise wie die ent sprechende Baueinheit der Fig. 1 und 2 auf der Welle befestigt werden, woraufhin die drei Spulen zuleitungen an je eines der Kupfersegmente 26 ange lötet werden. Auf die Scheibenfläche ist mittels einer beliebigen geeigneten Methode ein Widerstands material 28 direkt aufgebracht, etwa durch Aufstrei chen, Aufdrücken, Aufspritzen, Aufpressen, auf phototechnischem Wege, Aufdämpfen, auf chemi sche oder auf andere geeignete Weise.
Die Wider standsschicht 28 erstreckt sich zwischen benachbar ten Kupfersegmenten 26, dieselben etwas überlap pend, und bildet zwischen denselben je einen über brückungs- bzw. Ableitwiderstand. Für das hier be schriebene Ausführungsbeispiel des Motors liegt der überbrückungswiderstand zwischen je zwei benach barten Segmenten und ist von der Grössenordnung' von 1000 Ohm, jedoch kann durch entsprechende Aus wahl des Widerstandsmaterials und der Gestalt der Widerstandsschicht jeder erwünschte Wert erzielt werden.
Ferner braucht die Scheibe 25 nicht völlig aus Isoliermaterial zu bestehen, wenn nur für das Widerstandsmaterial eine isolierende Oberfläche vor- banden ist und die Kommutatorsegmente voneinander gut isoliert sind. Das Widerstandsmaterial kann dabei auf beliebige Weise auf der isolierenden Ober fläche aufgebracht werden, muss aber auf derselben fest haften. Die aufgebrachten Ableitungswiderstände können natürlich auch auf einer nicht zur Kommu- tatoreinheit gehörenden Scheibe aufgebracht werden, etwa auf der Scheibe 19 der in Fig. 1 und 2 dar gestellten Bauart.
Die Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbei spiel einer Ableitungswiderstandsanordnung, wobei sich die Widerstände und die Kommutatorsegmente gemeinsam auf der Scheibe 29 befinden. Die Kom- mutatorsegmente 30 bestehen hier aus dünnem elek trisch leitendem Material und sind auf der Scheiben oberfläche z. B. aufgedrückt oder auf andere ge eignete Weise aufgebracht. Anschliessend wird dann ein Widerstandsmaterialring 31 aufgebracht, durch den benachbarte Segmente des Kommutators über brückt werden.
Das Aufbringen des Widerstands materials 31 erfolgt mittels geeigneter Methoden, wie sie oben im Zusammenhang mit der Beschrei bung von Fig. 3 erwähnt sind. Die Kommutatorseg- mente 30 sind mit geeigneten Laschen 32 zum An schluss der Zuleitungen zu den Spulen versehen und durch je eine Ausnehmung 33 in der Scheibe 29 voneinander getrennt.
Die Stromzuführung zum Kommutator erfolgt mittels zweier elastischer Draht schleifbürsten 34, die den in Fig. 1 und 2 dargestell ten entsprechen, jedoch hier auf Haltebolzen in anderer Länge am Gehäuse 1 befestigt sind, damit dieselben in axialer Richtung auf die Kommutator- segmente drücken können. Auch hier kann die Scheibe 29 teilweise aus nichtisolierendem Material bestehen, wenn die Widerstandsschicht sich auf einem isolierenden Oberflächenbelag befindet und zwischen den Kommutatorsegmenten eine entspre chende Isolierung gewährleistet ist. Ferner lässt sich die Anordnung der Ableitungswiderstände auch in anderer gewünschter Weise vornehmen.
Wie das Schema in Fig. 5 erkennen lässt, sind die Rotorspulen an ihren innern Enden miteinander bei 35 zu einem Sternpunkt zusammengeschaltet. Jedes der aussen gelegenen Spulenenden ist mit dem zugeordneten Kommutatorsegment verbunden. Die Schleifbürsten sind über die Schrauben 8, die durch das Gehäuse 1, wie aus Fig. 1 und 2 ersichtlich, hindurchragen, an einer geeigneten Gleichstrom quelle 36 angeschlossen.
Der Feldmagnet 2 ist an diametral einander gegenüberliegenden Stellen längs der magnetischen Achse 37 magnetisiert, welche eine vorbestimmte Winkelstellung relativ zu den Schleifbürsten aufweist, deren Achse 38 durch die Haltebolzen 4 (Fig. 1, 2) bestimmt ist.
Wie bereits oben erwähnt, ist die richtige Lage der magnetischen Achse des Feldes relativ zur Bür stenachse von Wichtigkeit, teils um eine optimale Motorleistung zu erhalten und teils wegen einer Verminderung der Funkenbildung zwischen den Bürsten und dem Kommutator. Die günstigste Win- kelstellung zwischen der magnetischen und der Bür stenachse variiert bei verschiedenen Ausführungs beispielen je nach der Anordnung der Rotorspulen, dem Feldverlauf und andern Parametern, jedoch ist für alle Bauarten gemeinsam von grösster Wichtigkeit,
dass die Winkelstellung der beiden Achsen zueinander mit möglichst geringem Aufwand und wenigen Hand griffen richtig einstellbar ist. Die Fig. 6 zeigt das Prinzip eines Verfahrens, um diese Erforderung zu erfüllen, das bei der Her stellung der Statoreinheit des Motors nach Fig. 1 und 2 verwendet wird. Hierzu wird die Statoreinheit 39, bestehend aus dem Gehäuse 1, dem Feldmagnet 2 und den Haltemitteln 4 für die Bürsten aufgebaut, woraufhin der Feldmagnet 2 in einer geeigneten Hal terung 40 magnetisiert wird,
wobei durch dieselbe die magnetische Achse des Feldmagneten 2 in eine vorbestimmte Lage relativ zu den Haltemitteln für die Bürsten gebracht wird, die ihrerseits die Bürsten achse bestimmen. Durch dieses wird eine Anzahl von Fabrikations- und Montagemassnahmen unnötig gemacht, die zur genauen Ausrichtung eines vor magnetisierten Feldmagneten beim Zusammenbau mit dem Gehäuse und dessen Bürstenhalterungen bisher erforderlich sind. Das Verfahren ist besonders dann vorteilhaft, wenn ein ringförmiger Feldmagnet der dargestellten Bauart verwendet wird, da derselbe vollständig symmetrisch ist und keine äussern Merk male zur genauen Ausrichtung seiner magnetischen Achse aufweist.
Im dargestellten Ausführungsbei spiel wird die Statorbaueinheit 39 in einem einzigen Vorgang gegossen, wobei der ringförmige Feld magnet 2 in die Giessform eingelegt und dann das Gehäuse um denselben herum gegossen wird, und dieser im Gehäuse unverrückbar festsitzt. Im glei chen Arbeitsgang werden, zusammen mit dem Ge häuse 1, die Halterungen 4 für die Bürsten und die Augen 6 an diesem angegossen. Die Augen 6 passen auf die Führungsflächen 41 der Grundplatte 42 der Magnetisierungsvorrichtung und gewährleisten die richtige Lage der Statorbaueinheit in derselben.
Die Magnetisierungsvorrichtung ist mit zwei Pol schuhen 43 versehen, sowie den üblichen Magneti- sierwicklungen mit Zubehör (nicht gezeichnet).
Das Verfahren der Herstellung der Statorbau- einheit in einem einzigen Giessvorgang weist bedeu tende Vorteile in fabrikatorischer Hinsicht und in bezug auf die Gestehungskosten auf, jedoch können auch andere Herstellverfahren für die Statorbau- einheit verwendet werden, die ähnliche Vorteile bieten und durch die vorliegende Motorbauart er möglicht werden.
Ausser andern Vorzügen ermöglicht die beschrie- bene Motorbauart niedrige Gestehungskosten, einen Gleichstrommotor für Massenproduktion, und ein Herstellverfahren, durch welches die Magnetfeld achse in genau vorbestimmte Lage zur Bürsten achse gebracht werden kann, was eine optimale Motorleistung und eine Verringerung der Funken- bildung zwischen den Bürsten und dem Kommu- tator ermöglicht. Diese Funkenbildung ist sichtbar vermindert durch die neuartige billige Ableitungs- widerstandsanordnung.