CH621894A5 - - Google Patents

Description

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PATENTANSPRÜCHE hindert wird.

1. Gleichstrommotor mit einem Anker, der Ankerwicklun- Bei einer andern Lösung zur Vermeidung der erwähnten gen aufweist, und einer Mehrzahl von Feldmagnetanordnun- Verschlechterung der Kommutationskennlinie wird ein Feldgen, dadurch gekennzeichnet, dass jede Feldmagnetanordnung magnet und ein Anker so angeordnet, dass der Spalt zwischen einen Hauptpol, der eine vorbestimmte magnetische Polarität 5 dem Feldmagneten und dem Anker an jedem Ende des Feld-zum Erzeugen eines vorbestimmten magnetischen Feldes und magneten gross und im Zentrum des Feldmagneten klein ein Paar von durch Permanentmagneten gebildeten Hilfspolen gewählt wird. Diese Methode genügt jedoch nicht, um die oben aufweist, von denen der eine Hilfspol benachbart zu einem erwähnte Verschiebung der elektrisch neutralen Achse voll-

Ende des Hauptpols und der andere Hilfspol benachbart zum ständig rückgängig zu machen. Da bei dieser Lösung der Spalt anderen Ende des Hauptpols angeordnet ist, wobei die magne- 10 zwischen dem Feldmagneten und dem Anker erheblich ver-

tische Polarität jedes Hilfspoles gleich ist, wie die magnetische grössert wird, wird der mit den Ankerwicklungen verkettete

Polarität des Hautpoles und die Permeabilität jedes Hilfspoles magnetische Fluss herabgesetzt, was eine Verschlechterung kleiner ist als diejenige des Hauptpoles. des betrieblichen Verhaltens des Gleichstrommotors zur Folge

2. Gleichstrommotor gemäss Anspruch 1, dadurch gekenn- hat.

zeichnet, dass der Hauptpol aus einem mit einer Feldwicklung 15 Die vorliegende Erfindung bezweckt nun, einen Gleichversehenen Elektromagneten besteht. strommotor zu schaffen, bei dem eine Verschiebung der elek-

3. Gleichstrommotor gemäss Anspruch 1, dadurch gekenn- trisch neutralen Achse gegenüber der geometrisch neutralen zeichnet, dass der Hauptpol aus einem Permanentmagneten Achse verhindert werden kann und bei dem eine Verschlechte-besteht. rung der Kommutationscharakterstiken vermieden werden

20 kann.

Im weiteren bezweckt die vorliegende Erfindung die Schaf-

fung eines Gleichstrommtors, dessen Kommutationscharakte-

ristiken weitgehend frei von Störungen sind, ohne dass die oben erwähnten Wendepole vorgesehen werden müssen oder, falls Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gleichstrommotor 25 Wendepole notwendig sind, diese Wendepole kleiner ausgebil-mit einem Anker, der Ankerwicklungen aufweist und einer det werden können.

Mehrzahl von Feldmagnetanordnungen, insbesondere einen Die vorliegende Erfindung bezweckt weiter, einen Gleich-

Gleichstrommotor, dessen Drehzahl über einen grossen strommotor mit einer Mehrzahl von Feldmagnetanordnungen

Bereich geändert werden kann. zu schaffen, von denen jede einen Hauptpol und ein Paar von

Es ist bekannt, dass die Ankerwicklungen eines Gleich- m Hilfspolen aus Permanentmagneten aufweist, wobei der Motor strommotors, die sich im Magnetfluss von Feldmagneten befin- einfach im Aufbau sein soll und eine Verschlechterung der den, mit einem elektrischen Strom gespeist werde, wobei dann Kommunationskennlinien verhindern kann.

der Anker durch Zusammenwirken des Ankerstromes und des Diese Zwecke werden erfindungsgemäss durch die Merk-

Magnetfeldes gedreht wird. Die Richtung des dem Anker zuge- male des kennzeichnenden Teils des unabhängigen Patentanführten Stromes wird in Abhängigkeit von der Drehung des 35 Spruches 1 gelöst.

Ankers mittels eines Kollektors und einer Bürste kommutiert. Im folgenden wird anhand der Zeichnung ein Ausführungs-

Wird der Anker eines derartigen Gleichstrommotors mit beispiel des Erfindungsgegenstandes näher erläutert. Es zeigt: einem Ankerstrom gespeist, so werden um den Anker durch Fig. Ha): in abgewickelter Darstellung einen herkömmli-

diesen Ankerstrom Magnetfelder erzeugt. Diese durch den chen Gleichstrommotor mit Feldmagneten und Ankerwicklun-Ankerstrom erzeugten Magnetfelder beeinflussen den Magnet-40 gen>

fluss, der durch die Feldmagnete erzeugt wird. Diese Erschei- Fig. Hb): ein Diagramm zur Erläuterung der Erscheinung,

nung wird mit Ankerrückwirkung bezeichnet. Diese Anker- dass die elektrisch neutrale Achse gegenüber der geometrisch rückwirkung führt zum Beispiel (a) zu einer Verschiebung der neutralen Achse verschoben ist, wobei dieses Diagramm die elektrisch neutralen Achse, (b) zu einer Verminderung des Beziehung zwischen Positionen längs der Drehrichtung des

Magnetflusses und (c) zu einer Ungleichmässigkeit der Span- 45 Ankers und den durch die Magnetfelder und die Ankerwicklun-nung am Kollektor und zu örtlich hohen Spannungen an die- gen gemäss Fig. l(a) erzeugten magnetischen Fluss zeigt, sem Kollektor. Fig. 2(a): eine abgewickelte Darstellung eines Gleichstrom-

Wie unter (a) erwähnt, führt die Ankerrückwirkung dazu, motors gemäss der vorliegenden Erfindung, welche das Prinzip dass der durch den Ankerstrom erzeugte magnetische Fluss die der Erfindung zeigt,

elektrisch neutrale Achse gegenüber der geometrisch neutra- 50 Fig. 2(b): ein Diagramm, welches die Beziehungen zwischen len Achse, die durch die Feldmagnete festgelegt ist, verschiebt. Positionen längs der Drehrichtung des Ankers und des Magnet-Bei verschobener elektrisch neutraler Achse kann der Magnet- flusses der durch Magnetfelder und die Ankerwicklungen fluss an der geometrischen Achse austreten! Ist der oben erzeugt wird, darstellt,

erwähnte magnetische Fluss mit der Ankerwicklung verkettet, Fig. 3: eine abgewickelte Darstellung eines weiteren Aus-so wird in der Ankerwicklung eine Spannung erzeugt Als 55 führungsbeispiels der vorliegenden Erfindung,

Folge davon wird, wenn in der geometrisch neutralen Achse Fig. 4: eine Seitenansicht eines Gleichstrommotors gemäss eine Bürste angeordnet ist, die induzierte Spannung kurzge- der vorliegenden Erfindung, und schlössen und ein Funken erzeugt. Das führt dazu, dass über die Fig. 5: einen Schnitt längs der Linie V-V in Fig. 4.

Bürste ein grosser elektrischer Strom fliesst, was die Kommuta- Anhand der Fig. 1 wird nun die Erscheinung beschrieben, tion erschwert, das heisst die Kommutationskennlinien werden 60 dass bei einem herkömmlichen Gleichstrommotor die elek-verschlechtert. trisch neutrale Achse gegenüber der geometrischen Achse ver-

Um diese Verschlechterung der Kommutationskennlinien schoben ist und dass die Kommutationskennlinien verschlech-zu vermeiden, wird gewöhnlich zwischen zwei benachbarten tert werden.

Feldmagneten ein Wendepol angeordnet. In gewissen Fällen, wie pig- l(a) zeigt, weist ein herkömmlicher Gleichstrom beispielsweise im Fall, in dem die gewünschte Charakteristik 65 motor Feldmagnete 1 auf. Wenn der Anker nicht belastet ist, das des Motors ein Ableiten des Magnetflusses über den Wendepol heisst wenn in den Ankerwicklungen 3 kein Ankerstrom fliesst, nicht erlaubt, ist es schwierig, den Wendepol so anzuordnen, so ist der durch die Feldmagnete erzeugte magnetische Fluss in dass die Verschlechterung der Kommutationskennlinien ver- Längsrichtung der Feldmagnete 1 gleichförmig verteilt, wie

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das durch die gestrichelte Linie A in Fig. l(b) gezeigt ist. beispielsweise Alnico, Alcomax oder «Örstit». In diesem Falle In einer grafischen Darstellung, bei der auf der Ordinate die können die in Fig. 2(a) gezeigten Feldwicklungen 18 weggelas-Grösse des Magnetflusses und auf der Abszisse die Position sen werden. Jeder Hilfspol 14 oder 16 umfasst einen Perma-aufgetragen wird, kann der Magnetfluss, der nur durch den nentmagneten aus Keramikmaterial, beispielsweise Ferrit, durch die Ankerwicklungen 3 (Fig. l(a)) fliessenden Anker- 5 wobei dieser Permanentmagnet eine kleinere magnetische Perstrom erzeugt wird, theoretisch als geneigte Linie dargestellt meabilität n hat als die Hauptpole 12 oder 12' und wobei dieser werden, deren Nullpunkt sich im Zentrum des Feldmagneten 1 Permanentmagnet eine grosse Entmagnetisierungskraft (Hc) befindet und die ihren Maximalwert im Zentrum des Spaltes 2, aufweist. Die magnetische Polarität jedes Hilfspoles 14 oder 16 der durch zwei benachbarte Feldmagnete festgelegt ist, besitzt, wird so gewählt, dass diese magnetische Polarität die selbe ist Da der Spalt 2 einen hohen magnetischen Widerstand besitzt, io wie die magnetische Polarität der Hauptpole 12 oder 12'. Die hat die Kurve des durch den Ankerstrom erzeugten Magnet- Kurve des Magnetflusses, der durch die Feldmagnetanordnung flusses in der Praxis einen Maximalwert an einem Punkt, der 10 gemäss Fig. 2(a) und Fig. 3 erzeugt wird, wird nun im folgen-zum Ende des Feldmagneten benachbart liegt, wie das durch den anhand der Fig. 2(b) erläutert.

die strichpunktierte Linie B in Fig. l(b) dargestellt ist. Das hat Wenn der nicht gezeigte Anker nicht belastet wird, das bei Speisung der Ankerwicklungen 3 mit einem Ankerstrom 15 heisst wenn in der Ankerwicklung 22 (Fig. 2(a)) kein Anker-

zur Folge, dass sich der durch die Feldmagnete erzeugte Fluss ström fliesst, so ist der Magnetfluss, der durch jeden der Haupt-

Wargestellt durch die gestrichelte Linie A) und der durch den pole 12 oder 12' und die Hilfspole 14 und 16 erzeugt wird, in •

Ankerstrom erzeugte magnetische Fluss (dargestellt durch die Längsrichtung jedes Poles gleichmässig verteilt, wie das durch strichpunktierte Linie B) gegenseitig stören. Als Folge davon die gestrichelte Linie A' in Fig. 2(b) dargestellt ist. Die Kurve wird eine deformierte Kurve des Magnetflusses erhalten, wie 20 des Magnetflusses, der nur durch einen durch die Ankerwick-

das durch die ausgezogene Linie C dargestellt ist. Wenn die lungen 22 fliessenden Ankerstrom erzeugt wird, wird durch

Kurve des Magnetflusses wie durch die ausgezogene Linie C eine geneigte Linie dargestellt, die ihren Nullpunkt im Zentrum dargestellt deformiert ist, so ist gleichzeitig die elektrisch neu- des Hauptpoles 12 hat. Es ist darauf hinzuweisen, dass die traie Achse E gegenüber der geometrisch neutralen Achse D, magnetische Permeabilität p. jedes Hilfpoles 14 oder 16 wie die festgelegt ist als Zentrum zweier benachbarter Feld- 25 bereits erwähnt kleiner ist als diejenige der Hauptpole 12 oder magnete längs der Längserstreckung der Feldmagnete 1, ver- 12 ', so dass verhindert wird, dass der durch den Ankerstrom schoben. Als Folge davon wird durch den Magnetfluss in den erzeugte Magnetfluss durch die Hilfspole 14 oder 16 gehen

Ankerwicklungen 3, die sich in der geometrisch neutralen kann. Die Verteilung des durch den Ankerstrom erzeugten

Achse E befinden, eine Spannung induziert. Wenn sich eine Magnetflusses kann daher durch die strichpunktierte Linie B'

Bürste, die in Kontakt mit einem Kollektor steht, auf der geo- 30 in Fig. 2(b) dargestellt werden, welche einen Nullwert an einem metrisch neutralen Achse befindet, so wird die induzierte Span- Ort hat, der zum Zentrum D zweier benachbarter Feldmagnet-

nung zwischen dem Kollektor und der Bürste kurzgeschlossen anordnungen 10 benachbart ist.

und ein Lichtbogen wird erzeugt. Dementsprechend wird eine Werden die Ankerwicklungen 3 nun mit einem Ankerstrom

Verschlechterung der Kommutationskennlinie bewirkt. gespeist, so wird ein Magnetfluss erhalten, der durch die ausge-

Zur Vermeidung oder zur Verminderung der erwähnten 35 zogene Linie C' dargestellt ist, und zwar als eine Resultierende

Verschlechterung der Kommutationskennlinien wird gewöhn- des Magnetflusses (gestrichelte Linie A' ), welcher durch den lieh zwischen den Feldmagneten 1 ein nicht gezeigter Wende- Hauptpol 12 (Fig. 2(a)) oder 12' (Fig. 3) erzeugt wird und des pol angeordnet, wodurch die Verteilung des Magnetflusses ver- Magnetflusses (strichpunktierte Linie B'), der durch die Hilfs-

bessert wird. Wird jedoch zum Verhindern der Verschiebung pole 14 und 16 erzeugt wird. Die Kurve des Magnetflusses hat der elektrisch neutralen Achse nur ein einziger Wendepol vor- 40 einen Nullwert in einem Punkt, der zur geometrisch neutralen gesehen, so muss durch diesen Wendepol ein sehr starker Achse benachbart ist, was durch die Rückwirkung der Hilfs-

Magnetfluss erzeugt werden, um den durch den Ankerstrom pole 14 und 16 bewirkt wird. Dementsprechend kann die elek-

erzeugten Magnetfluss aufheben zu können. Zu diesem Zweck trisch neutrale Achse des erfindungsgemässen Gleichstrommo-

wird häufig das Volumen der Wendepole, insbesondere die tors sehr nahe der geometrisch neutralen Achse sein, wodurch

Querschnittsfläche der Wendepole, vergrössert. Jedoch kann 45 eine Verschlechterung der Kommutationskennlinien verhin-

der durch die Feldmagnete erzeugte Magnetfluss durch einen dert werden kann.

Wendepol mit grosser Querschnittsfläche abgeleitet werden. In den Fig. 4 und 5 ist ein vierpoliger Gleichstrommotor Ein solcher Streumagnetfluss bewirkt eine Verschlechterung gemäss der vorliegenden Erfindung gezeigt. Wie in Fig. 5 darder Wirkungsweise des Gleichstrommotors. Zudem führt ein gestellt ist ein lamellierter, aus Siliciumstahlblechen aufgebau-mit Zuleitungen versehener Wendepol zu einer aufwendigerer 50 ter Hauptpol 12 mittels eines Schraubenbolzes 32 an ein Joch Konstruktion des Gleichstrommotors. 30 angeschraubt. Benachbart zu jedem Ende des Hauptpoles 12 Anhand der Fig. 2 wird nun das Prinzip der vorliegenden ist am Joch 30 mittels eines Klebstoffes je ein Hilfspol 14 und 16 Erfindung erläutert. befestigt. Jeder dieser Hilfspole 14 und 16 besteht aus Ferrit

Wie Fig. 2(a) zeigt, weisen zwei benachbarte Feldmagnet- und weist eine kleinere magnetische Permeabilität |i auf als der anordnungen 10 drei Teile auf, die längs der Drehrichtung eines 55 Hauptpol 12. Die Hilfspole 14,16 haben eine grosse Entmagne-

Ankers, von dem in Fig. 2(a) nur die um den Anker gewickelten tisierungskraft (Hc). In den Zwischenräumen zwischen dem

Ankerwicklungen 22 gezeigt sind, angeordnet sind. Jede Feld- Hauptpol 12 und den Hilfspolen 14,16 sind um den Hauptpol 12

magnetanordnung 10 weist einen Hauptpol 12, der in der Feld- gewickelte Feldwicklungen 18 angeordnet. Wie Fig.4 zeigt, ist magnetanordnung 10 eine zentrale Lage einnimmt, und Hilfs- ein Anker 20 an einer Drehwelle 40 befestigt, die durch Lager pole 14,16 auf, von denen der Hilfspol 14 an einer Endlage der 60 56 und 58 drehbar gelagert ist. Auf den Anker 20 sind Anker-

Feldmagnetanordnung 10 angeordnet ist und der andere Hilfs- Wicklungen 22 (Fig. 5) gewickelt. Die Ankerwicklungen 22

pol 16 an der andern Endlage der Feldmagnetanordnung 10 (Fig. 5) sind an einen Kollektor 50 (Fig. 4) angeschlossen, der angeordnet ist. Der Hauptpol 12 weist einen lameliierten Kern auf der Drehwelle 40 angeordnet ist. Wie Fig. 4 zeigt, wird eine aus Magnetmaterial, zum Beispiel Siliciumstahlblechen, auf, um Bürste 52, die eine zur elektrisch neutralen Achse benachbarte den Feldwicklungen 18 gewickelt sind, so dass der Hauptpol 12 65 Lage einnimmt, durch eine Feder 54 gegen den Kollektor 50

elektromagnetisch erregt werden kann. gedrückt. Die Drehwelle 40 ist hohl. Der Druck im Innern des

Bei einer andern, in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform hohlen Teiles 42 der Welle 40 ist herabgesetzt und in diesem besteht der Hauptpol 12 aus Permanentmagnetmaterial, wie hohlen Teil 42 befindet sich eine geringe Menge von Wasser.

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Die Drehwelle ist als Wärmerohr ausgebildet. Am rückwärtigen Ende der Welle 40 sind abstehende Kühlrippen 44 befestigt Die durch den Anker 20 erzeugte Wärme wird durch den als Wärmerohr wirkenden hohlen Teil 42 der Welle 40 zu den

Kühlrippen 44 geleitet, wo die Wärme an die Umgebung angegeben wird. Ein Kühlventilator 46 und eine Eintrittsöffnung48 sind so angeordnet, dass sie den Kühlrippen 44 gegenüberliegen.

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1 Blatt Zeichnungen