DD160092A1

DD160092A1 - Langsam laufender gleichstrommotor

Info

Publication number: DD160092A1
Application number: DD23128381A
Authority: DD
Inventors: Peter Scherber; Dietmar Teuber
Original assignee: Peter Scherber; Dietmar Teuber
Priority date: 1981-06-30
Filing date: 1981-06-30
Publication date: 1983-04-27

Abstract

Langsam laufender Elektromotor mit hoher Konstanz des Drehmomentes zum Direktantrieb von Speichergeraeten mit einfachen Aufbau und einfacher Herstellungstechnologie, der nach dem Prinzip des Linearmotors arbeitet. Der Elektromotor besteht aus einem ringfoermigen flachen Ringkernstator und einen darueberliegenden Rotor, der Dauermagnete traegt. Der Ringkernstator besteht aus einer Ringscheibe aus weichmagnetischem Material, auf der um 90 Grad gegeneinander versetzte Spulenpaare gewickelt sind, die abwechselnd von Strom durchflossen werden. Die Spulen eines Spulenpaares sind so angeschlossen, dass ihr magnetischer Fluss in der Ringscheibe gegeneinander wirkt, wobei jede Spule knapp die Haelfte der Ringscheibe bedeckt. Die Dauermagnete des Rotors stehen mit einem Pol zum Ringkernstator und bilden mit der Ringscheibe einen Luftspalt, in dem sich einige der langgestreckten Teile der Windungen von einer Wicklung befinden.

Description

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Titel der Erfindung

Langsam laufender Gleichst radmotor

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen langsam laufenden Gleichstrommotor mit hoher Konstanz des Drehmomentes zum Direktantrieb von Speichergeräten, die niedrige Drehzahlen benötigen*

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Zum Direktantrieb von Schallplattenabspielgeräten sind bereits Gleichstrommotoren mit niedriger Drehzahl bekannt» Diese Gleichstrommotoren sind mit stillstehenden Erregerspulen und umlaufenden Permanentmagneten ausgestattet» Sie besitzen Wandler als Stellungsgeber für eine elektronische Kommutierung (DT-OS 24 24 290),

Das von den digital koramutierten langsam laufenden Gleichstrommotoren abgegebene Drehmoment schwankt stark entsprechend der Rotorstellung· Das ist für das Anlaufverhalten und den Gleichlauf ungünstig, Um die Konstanz des Drehmomentes zu erhöhen,· ist es bekannt, eine analog steuernde Kommutierung einzusetzen. Dazu sind analoge Stellungsgeber wie Hallsonden und eine die nicht linearen Wechselbeziehungen zwisc-hen Spulen und Magnetpolen ausgleichende elektronische Stromsteuerung notwendig*

Weiterhin sind zum Erreichen eines definierten Kraftverlaufes und zur Vergrößerung des Wirkungsgrades Spulen mit komplizierter Gestalt erforderlich. Die Herstellung der Spulen und damit des

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ganzen Motors erfordert eine spezielle Technologie mit aufwendigen Verfahrensschritten (Aufbau des Unitorque-Motors: Punktechnik 5/79 S» 220, Konstantes Drehmoment mit 'Unitorque"-Gleichstrommotor).

Zur Bewegung von Tragarmen ist es bekannt, in Schallplattenffbspielgeräten Gleichstromlinearmotoren zu verwenden^ Diese Motoren erzeugen direkt eine Längsbewegung,' so daß eine Umformung einer routierenden Bewegung in eine lineare Bewegung nicht notwendig ist,· Dabei wird unter Ausnutzung der Lorentzkraft ein Magnet, in dessen Luftspalt sich stromdurchflossene Leiter befinden;:' seitlich verschoben (DT-OS 2916-147).

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, einen langsam laufenden Gleichstrommotor zum Antrieb von Speichergeräten zu schaffen, der einfach aufgebaut ist» eine einfache Herstellungstechnologie hat*^! der ein konstantes Drehmoment abgibt,: gleichmäßig läuft und zu dessen Betrieb keine analogen und eng tolerierten Stellungsgeber notwendig sind,

Darlegung des Wesens der Erfindung

Dsr Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen langsam laufenden, routierenden Gleichstrommotor auf dem Prinzip des Gleichstrom-Lineartnotors zu bauen»

Die Aufgabe wird erfindungsgemäS dadurch gelöst, daß eine flachs Ringscheibe aus weichmagnetischem Material zwei Paar magnetisch gegeneinander arbeitende Wicklungen mit radial verlaufenden Windungen trägt, die zusammen einen Ringkernstator bilden. Die zu einem Wicklungspaar gehörenden Wicklungen sind auf der Ringscheibe symmetrisch gegenüberliegend angeordnet

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Dede Wicklung umfaßt jeweils etwas weniger als die halbe Ringscheibe. Das zweite Wicklungspaar ist gegenüber dem ersten um 90° versetzt angeordnet. Über den radial langgestreckten Teilen dsr Windungen sir.er Wicklung sind Permanentmagnete angebracht," die mit einem Pol zum Ringkernstator stehen und mit der Ringscheibe einen Luftspalt bilden. 3eder Permanentmagnet bedeckt nur einen kleinen Sektor der Fläche des Ringkernstators. Die Permanentmagnete sind gegenüberliegend mit gegensätzlicher Polarität an einem Rotor angebracht, Es können auch Sektoren eines homogenen Rotors magnetisiert werden. Damit sich die Permanentmagnete stets über einem stromführenden Wicklungspaar befinden,; ist ein Stellungsgeber vorgesehen» der mit einem digitalen Kommutator zusammenarbeitet. Die Wicklungspaare werden mit Gleichstrom über einen digitalen Kommutator gespeist*

Seim Einschalten des Gleichstrommotors sollen sich die P.ermantentmagnete jeweils über dem Bereich einer stromdurchflossenen Wicklung befinden. Dabei befinden sich einige Leiterzüge der Wicklung im Magnetfeld der Permanentmagnete, Da de*r Ringkernstator als Abschirmung für die rückführenden Leiterzüge wirkt_# liegen nur die dem Ringmagnet zugewandten Windungsteile im Magnetfeld, Durch die Lorentzkraft werden diese Leiterzüge aus dem Magnetfeld herausgedrängt und* da sie fest liegen, wirkt die Lorentzkraft auf das Magnetfeld und damit auf die Permanentmagnete zurück, so daß sich diese bewegen. Die Permanentmagnete werden bis zum Wicklungsende gleichförmig über der Wicklung bewegt. Am Ende der Wicklung wurden Gegenkräfte auftreten, so daß der Motor stehen bliebe. Um das zu vermeiden, wird vor Erreichen des Wicklungsendes durch den digitalen Kommutator das bisher stromführende Wicklungspaar abgeschaltet und dafür das bisher stromlose Wicklungspaar angeschaltet. Da die Wicklungspaare um 90 gegeneinander versetzt sind und sich im Obergangsbereich überlappen, befinden sich nunmehr die Permanentmagnete wieder im Bereich eines stromführenden Wicklungspaares. Der digitale Kommutator ist so aufgebaut, daß in der

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Umschaltphase die Summe der in beiden Wicklungspaaren fließenden Ströme gleichgroß dem Strom ist ^ der im Normaifall fließt» so daß der Rotor stets mit gleicher Kraft angetrieben wird. Da die Wicklungen der Wicklungspaare gegeneinander geschaltet sind, heben sich die"magnetischen Flüsse der Spulen im Ringkernstator nahezu auf»' so daß im wesentlichen nur der Fluß der von den Permanentmagneten herrührt» den Ringkern durchfließt.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt in

Fig,- I : einen Schnitt durch einen langsam laufenden Gleichstrommotor

Fig. 2

und 3 : die Bewicklung des Ringkernstators

Fig. 4 : den Ringmagneten

In Fig. 1 ist ein langsam laufender Gleichstrommotor im Schnitt dargestellt. Zwischen einer Montageplatte 1»^! die auch ein Achslager 2 trägt_t ^: und einer Isolierplatte 3, die zweckmäßigerweise als Leiterplatte ausgebildet ist, liegt ein Ringkernstator 4» Fig. 2 zeigt die untere Bewicklung des Ringkernstators 4. Dabei ist eine Ringscheibe 5 aus Weicheisen - oder Stahlblech symmetris mit einem ersten Paar sektorförmiger Wicklungen 6 mit radial verlaufenden Windungen versehen, deren Sektorwinkel etwa 150° umfaßt Diese beiden Wicklungen 6 sind elektrisch in Reihe so geschaltet, daß ihr magnetischer Fluß gegeneinander wirkt,; d. h. sich in der Ringscheibe 5 aufzuheben versucht. Fig. 3 zeigt die obere Be~ wicklung,- nachdem die unteren Wicklungen 6 durch eine Wicklungsisolation 7 abgedeckt sind» Die Anordnung des zweiten Wicklungs-

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paares 8 gleicht der des ersten, ist jedoch um 90 zu diesem versetzt.

Ober dem Ringkernstator 4 ist axial zu diesem ein Ringmagnet drehbar gelagert, der gemäß Fig, 4 zwei sektorförmige etwa Sektorwinkel umfassende»; symmetrisch angeordnete Magnetpole entgegengesetzter Polarität aufweist. Für den magnetischen Rückschluß ist eine Weicheisenplatte 10 vorgesehen, die gleichzeitig Träger des Ringmagneten 9 ist, seine- mechanische. Verbindung zur Achse 11 darstellt und auch Träger eines Komrautierungselementes wie z_a B, einer Blende 12 ist. Diese taucht als digitaler Stellungsgeber in den Strahlengang von wenigstens zwei 90° versetzten Optokopplern 13 ein.

Der von den Magnetpolen des Ringmagneten 9 abgegebene magnetische Fluß durchsetzt die dem Ringmagneten 9 zugewandten Leiterzüge der Wicklungen 6 und 8 und wird über die Ringscheibe 5 zurückgeführt, Wird, durch eines der Wicklungspaare 6 oder S Strom geleitet,, so wird der Ringmagnet 9 durch die Lorentz-kraft bewegt. Die Magnetpole wandern entlang der Wicklungen 6 bzw. 8. Durch den Optokoppler wird die Stellung der Magnetpole des Ringmagneten 9 kontrolliert. Sobald die Blende 12 den Strahlengang frei gibt^ erfolgt eine Umschaltung der Wicklungen 6 oder 8_# so daß die Magnetpole des Ringmagneten 9 nicht das-Ende der jeweiligen Wicklung 6 oder 8 erreichen, sondern nahezu in der Mitte des angeschalteten Wicklungspaares 6 oder 8 arbeiten.

Claims

"» 6 ** Erfindungsanspruch 231283

1, Langsam laufender Gleichstrommotor mit stillstehender Erregerspule und umlaufenden Permanentmagneten» der nach dem Prinzip des Gleichstromlinearmotors arbeitet und der digital kommutiert ist» dadurch gekennzeichnet, daß eine flache Ringscheibe (5) aus weichmagnetischem Material mit zwei Paar magnetisch gegeneinander arbeitenden Wicklungen (6 und 8) mit radial verlaufenden Windungen zu einem Ringkernstator (4) bewickelt ist, wobei die Wicklungen der Wicklungspaare (6 und 8) auf der Ringscheibe (5) symmetrisch gegenüberliegend angeordnet sind, jede Wicklung jeweils etwas weniger als die halbe Ringscheibe (5) bedeckt und das eine Wicklungspaar (6) gegenüber dem anderen Wicklungspaar (8) um 90° versetzt angeordnet ist, und daß über dan radial langgestreckten Teilen der Windungen (6 und 8) Permanentmagnete an einem Rotor (9) so angebracht sind* daß sie mit einem Pol zum Ringkernstator (4) stehen, mit der Ringscheibe (5) einen Luftspalt bilden», nur einen kleinen Sektor der Fläche des Ringkernstators (4) bedecken und paarweise mit gegensätzlicher Polarität gegenüberliegend am Rotor (9) angebracht sind»

2. Langsam laufender Gleichstrommotor nach Punkt I₃ dadurch gekennzeichnet,' daß Sektoren eines homogenen· hartmagnetisch^ Rotors (9) magnetisiert sind*

3»^: Langsam laufender Gleichstrommotor nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet/ daß ein einen digitalen Kommutator steuernde? Stellungsgeber (12, 13) am Rotor (9) befestigt ist.

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