DE102005037518A1 - Gleichstrombürstenmotor - Google Patents

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DE102005037518A1
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commutator
inner rotor
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power supply
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DE102005037518A
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English (en)
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Shigekazu Yawara Nagai
Takeshi Yawara Hirose
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SMC Corp
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SMC Corp
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K23/00DC commutator motors or generators having mechanical commutator; Universal AC/DC commutator motors
    • H02K23/62Motors or generators with stationary armatures and rotating excitation field
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K13/00Structural associations of current collectors with motors or generators, e.g. brush mounting plates or connections to windings; Disposition of current collectors in motors or generators; Arrangements for improving commutation

Abstract

Ein Gleichstrombürstenmotor (10) umfasst einen inneren Rotor (16) mit einer Welle (12) und zwei Permanentmagneten (14a, 14b), die an einer Oberfläche der Welle (12) vorgesehen sind, einen im Wesentlichen zylindrischen äußeren Stator (20), der gegenüber den Permanentmagneten (14a, 14b) außerhalb des inneren Rotors (16) angeordnet ist, wobei zwischen diesen ein Luftspalt (18) vorgesehen ist, und erste und zweite Spulen (26a, 26b), die in einer Mehrzahl von Schlitzen (22) an einer Innenfläche des äußeren Stators (20) angeordnet sind und deren Oberflächen in Kunststoff (24) eingeformt sind.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Gleichstrommotor mit einer Bürste und einer Spule.
  • Bei einem Gleichstrombürstenmotor ist herkömmlicherweise eine Spule in einem Schlitz eines inneren Rotors angeordnet. Ein äußerer Stator, der Permanentmagneten aufweist, ist außerhalb des inneren Rotors angeordnet, wobei er einen festgelegten Abstand von dem inneren Rotor aufweist (vgl. die japanischen Patentoffenlegungsschriften Nr. 2003-169437 und 2003-230234). Ein Kommutator ist an der Oberfläche einer Welle vorgesehen, die als zentrale Welle des inneren Rotors dient. Die Spule ist elektrisch an den Kommutator angeschlossen. Bürsten stehen in Kontakt mit der Oberfläche des Kommutators, um den Gleichstrom von außen auf die Spule zu übertragen.
  • Wenn der Gleichstrom von außen über die Bürsten zu dem Kommutator fließen kann, fließt der Gleichstrom über den Kommutator durch die Spule. Entsprechend der Wirkung des magnetischen Flusses, der durch den Gleichstrom an der Spule erzeugt wird, und des magnetischen (Induktions)flusses, der den inneren Rotor von den Permanentmagneten kreuzt, wird an dem inneren Rotor ein Drehmoment erzeugt. Der innere Rotor wird um die Mittelachse der Welle gedreht.
  • Bei dem herkömmlichen Gleichstrombürstenmotor wird im Vergleich zu einem normalen Betriebszustand durch die Spule eine große Wärmemenge erzeugt und heizt den inneren Rotor auf, beispielsweise wenn der Gleichstrombürstenmotor in einer Umgebung mit hoher Temperatur und hoher Luftfeuchte eingesetzt wird oder eine Schubkraft in einem Zustand erreicht werden soll, in der die Drehung der Welle angehalten ist und die Drehantriebskraft über die Welle auf eine andere Vorrichtung übertragen wird. In einer solchen Situation kann bei dem oben beschriebenen Gleichstrombürstenmotor die durch den inneren Rotor erzeugte Wärme aufgrund des Luftspaltes, der zwischen dem inneren Rotor und dem äußeren Stator existiert, und der Permanentmagneten des äußeren Stators nicht wirksam nach außen abgeführt werden.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Gleichstrombürstenmotor vorzuschlagen, bei dem die durch eine Spule erzeugte Wärme wirksam abgegeben werden kann.
  • Diese Aufgabe wird mit der Erfindung im Wesentlichen durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und der Zeichnungen näher erläutert. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist ein Schnitt durch einen Gleichstrombürstenmotor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 2 ist ein Schnitt entlang einer Linie II-II in 1;
  • 3 ist ein Schaltdiagramm mit einem Kommutierungsabschnitt gemäß 1;
  • 4 ist ein Schnitt entlang einer Linie IV-IV in 1, der Hauptkomponenten des Kommutierungsabschnitts darstellt;
  • 5 ist eine Seitenansicht einer modifizierten Ausführungsform des Kommutierungsabschnitts gemäß 3;
  • 6 ist ein Schnitt entlang einer Linie VI-VI in 1, der Hauptkomponenten des Kommutierungsabschnitts darstellt;
  • 7 ist ein Schnitt entlang einer Linie VII-VII in 1, der Hauptkomponenten des Kommutierungsabschnitts darstellt;
  • 8 ist eine perspektivische Ansicht, die die Anordnung des Gleichstrombürstenmotors gemäß 1 in einer elektrischen Klemmvorrichtung zeigt;
  • 9 ist eine perspektivische Ansicht, die die Anordnung des Gleichstrombürstenmotors gemäß 1 in einem elektrischen Stellglied zeigt; und
  • 10 ist eine perspektivische Ansicht, die die Anordnung der Gleichstrombürstenmotors gemäß 1 in einem elektrischen Stellglied zeigt.
  • Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • Ein in den 1 und 2 dargestellter Gleichstrombürstenmotor 10 umfasst einen inneren Rotor 16 mit einer Welle 12 und zwei Permanentmagneten 14a, 14b (N-Pol und S-Pol), die an der Oberfläche der Welle 12 angeordnet sind, einen im Wesentlichen zylindrischen äußeren Stator 20, der gegenüber den Permanentmagneten 14a, 14b außerhalb des inneren Rotors 16 angeordnet ist, wobei dazwischen ein Luftspalt 18 vorgesehen ist, Statorspulen 26 (nachfolgend auch als "erste und zweite Spulen 26a, 26b'' bezeichnet), die in zwei Schlitzen 22 an der inneren Oberfläche des äußeren Stators 20 angeordnet sind und die jeweils eine in Kunststoff oder Kunstharz 24 eingeformte Oberfläche aufweisen, einen im Wesentlichen zylindrischen Kommutierungsabschnitt (Stromwendeabschnitt) 28, der an der Oberfläche der Welle 12 angeordnet ist, wobei er von den Permanentmagneten 14a, 14b beabstandet ist, ein im Wesentlichen zylindrisches Motorgehäuse 30, das den äußeren Stator 20 aufnimmt, Stromzufuhrbürsten 34 (nachfolgend auch als "erste und zweite Stromzuführbürsten 34a, 34b'' bezeichnet), die jeweils ein Ende aufweisen, das mit der Innenfläche des Motorgehäuses 30 über eine Feder 32 verbunden ist, und ein anderes Ende, das mit der Oberfläche des Kommutierungsabschnitts 28 in Kontakt treten kann, und Spulenanschlussbürsten 36 (nachfolgend auch als "erste und zweite Spulenanschlussbürsten 36a, 36b'' bezeichnet).
  • Die Welle 12 besteht aus einem leitfähigen Material. Die Welle 12 kann aber auch aus einem nicht dargestellten Isoliermaterial bestehen. Alternativ kann die Welle aus einem nicht dargestellten leitfähigen Material bestehen, das mit einem Isoliermaterial beschichtet ist.
  • Bei den Permanentmagneten 14a, 14b sind im Wesentlichen kreisbogenförmige magnetische Elemente als N-Pol bzw. S-Pol magnetisiert, um den Permanentmagneten zu bilden, und in ausgesparten Bereichen (Schlitzen) der Welle 12 angeordnet. Bei dieser Anordnung können Teile der Welle 12 in radialer Richtung als N-Pol bzw. S-Pol magnetisiert sein, um die Permanentmagneten 14a, 14b zu bilden. Alternativ kann eine Mehrzahl von magnetischen Elementen, die der Zahl der Pole des Gleichstrombürstenmotors 10 entsprechen, als N-Pol bzw. S-Pol magnetisiert sein, um die Permanentmagneten zu bilden.
  • Der äußere Stator 20 ist so aufgebaut, dass eine Mehrzahl von Kohlenstoffstahlplatten mit Silizium (Siliziumstahlplatten mit der in 2 gezeigten Gestalt) in Längsrichtung der Welle 12 gestapelt bzw. hintereinander angeordnet sind. Erste und zweite Zahnabschnitte 38a, 38b, die in Richtung zu dem inneren Rotor 16 im wesentlichen Y-förmig gestaltet sind, sind an der Innenfläche des äußeren Stators 20 ausgebildet. Bei dieser Anordnung sind die ersten und zweiten Zahnabschnitte 38a, 38b mit einem Abstand von 180° relativ zu der Mittelachse der Welle 12 angeordnet. Die Mehrzahl von Schlitzen 22 wird durch die Lücken zwischen dem ersten Zahnabschnitt 38a und dem zweiten Zahnabschnitt 38b gebildet. Die ersten und zweiten Spulen 26a, 26b sind in den Schlitzen 22 angeordnet.
  • Die ersten und zweiten Spulen 26a, 26b sind so geformt, dass Kupferdrähte 40, die jeweils mit einem Isoliermaterial beschichtet sind und einen runden oder rechteckigen Querschnitt aufweisen, um die ersten und zweiten Zahnabschnitte 38a bzw. 38b gewickelt sind, wobei die gesamten gewickelten Kupferdrähte 40 in den Kunststoff bzw. Kunstharz 24 eingeformt sind (vgl. 1).
  • Wie in den 3 und 4 dargestellt ist, ist die erste Spule 26a elektrisch an die erste Spulenanschlussbürste 36a angeschlossen, während die zweite Spule 26b elektrisch an die zweite Spulenanschlussbürste 36b angeschlossen ist.
  • Wie in den 1 bis 4 dargestellt ist, umfasst der Kommutierungsabschnitt 28 Kommutatorelemente oder -teile 42 (erste und zweite Kommutatorteile 42a, 42b), die jeweils aus einem im Wesentlichen kreisbogenförmigen leitfähigen Material bestehen, und Schleifringe 45 (erste und zweite Stromzufuhrringe 45a, 45b), die jeweils aus einem im Wesentlichen ringförmigen leitfähigen Material bestehen und auf die äußere Umfangsfläche der Welle 12 aufgesetzt sind.
  • Bei dieser Anordnung wird der erste Kommutatorteil 42a durch zwei Isolierabschnitte 43 elektrisch von dem zweiten Kommutatorteil 42b isoliert. Beide Enden der ersten und zweiten Kommutatorteile 42a, 42b und die jeweiligen Isolierabschnitte 43 sind auf der Oberfläche der Welle 12 angeordnet und über Befestigungsringe 44 befestigt, um dadurch den Kommutator zu bilden. Die Befestigungsringe 44, der erste Stromzufuhrring 45a und der zweite Stromzufuhrring 45b sind voneinander jeweils durch ringförmige Isolierabschnitte 47 elektrisch isoliert. Zwei nicht dargestellte Ausschnitte, die voneinander beabstandet sind und sich in Axialrichtung der Welle 12 erstrecken, sind an der inneren Umfangsfläche jedes der Ringe 45a, 45b und an der inneren Umfangsfläche jedes der Isolierabschnitte 47 ausgebildet. Kupferdrähte 49a, 49b (vgl. 3), deren Oberfläche jeweils mit einem Isolierelement beschichtet ist, sind in den Ausschnitten angeordnet. Der Kupferdraht 49a verbindet den ersten Stromzufuhrring 45a elektrisch mit dem ersten Kommutatorteil 42a, während der Kupferdraht 49b den zweiten Stromzufuhrring 45b elektrisch mit dem zweiten Kommutatorteil 42b verbindet.
  • Dementsprechend wird der im Wesentlichen zylindrische Kommutierungsabschnitt 28 an der Oberfläche der Welle 12 gebildet.
  • Die Zahl der ersten und zweiten Kommutatorteile 42a, 42b ist die Gleiche wie die Zahl der ersten und zweiten Spulen 26a, 26b. Die ersten und zweiten Kommutatorteile 42a, 42b sind mit einem Abstand von 180° relativ zu der Mittelachse der Welle 12 angeordnet.
  • Das Motorgehäuse 30 gemäß den 1 und 2 besteht aus dem leitfähigen Material mit der beschichteten Oberfläche. Das Motorgehäuse 30 kann aber auch aus einem nicht dargestellten Isoliermaterial bestehen. Das Innere des Motorgehäuses 30 umfasst einen Bereich, in dem der äußere Stator 20 und die Statorspulen 26 aufgenommen sind, und einen Bereich, in dem der Kommutierungsabschnitt 28 aufgenommen ist. Eine Öffnung 46, die von der inneren Umfangsfläche zu der äußeren Umfangsfläche des Motorgehäuses 30 durchtritt, ist durch die Seitenfläche des Motorgehäuses 30 vorgesehen. Ein Anschluss 50, der mit einer Gleichstromquelle 48 verbunden ist (vgl. 3 und 4), ist an der äußeren Umfangsfläche des Motorgehäuses 30 so vorgesehen, dass er die Öffnung 46 nach außen abdeckt.
  • Die ersten und zweiten Stromzufuhrbürsten 34a, 34b und die ersten und zweiten Spulenanschlussbürsten 36a, 36b (vgl. 1, 3 und 4) bestehen aus leitfähigen Materialien, einschließlich beispielsweise kohlenstoffhaltigen Materialien, Graphitmaterialien, Elektrographitmaterialien und Metallgraphitmaterialien. Die ersten und zweiten Stromzufuhrbürsten 34a, 34b sind mit dem Anschluss 50 jeweils über Anschlusslitzen oder -leitungen 52 verbunden. Bei dieser Anordnung sind die ersten und zweiten Stromzufuhrbürsten 34a, 34b mit einem Abstand von 180° um die Mittelachse der Welle 12 angeordnet. Die erste Stromzufuhrbürste 34a steht in Kontakt mit der Oberfläche des ersten Stromzufuhrringes 45a, während der zweite Kommutatorteil 42b in Kontakt mit der Oberfläche des zweiten Stromzufuhrringes 45b steht.
  • Die ersten und zweiten Spulenanschlussbürsten 36a, 36b sind auch über Anschlusslitzen 54 mit den ersten bzw. zweiten Spulen 26a, 26b verbunden. Bei dieser Anordnung sind die ersten und zweiten Spulenanschlussbürsten 36a, 36b mit einem Abstand von 180° um die Mittelachse der Welle 12 angeordnet. Die ersten und zweiten Spulenanschlussbürsten 36a, 36b stehen in Kontakt mit den ersten und zweiten Kommutatorteilen 42a, 42b oder der Oberfläche des Isolier abschnitts 43. Außerdem ist die Feder 32 eine Feder aus Isoliermaterial oder eine Feder, die mit einem Isoliermaterial beschichtet ist.
  • Bei dem Gleichstrombürstenmotor 10 sind die Öffnungen an beiden Enden des Motorsgehäuses 30 mit Deckelelementen 56, 58 (vgl. 1) abgedeckt, die jeweils aus einem Isoliermaterial oder einem leitfähigen Material mit einer Oberflächenbeschichtung aus isolierendem Material bestehen. Außerdem sind die Deckel 56, 58 über eine Mehrzahl von Bolzen 60 an den beiden Enden des Motorgehäuses 30 befestigt. Öffnungen 61, 63, die koaxial zu der Welle 12 verlaufen, sind an zentralen Bereichen der Deckel 56, 58 vorgesehen. Lager 62, 64, die Öffnungen mit im Wesentlichen dem gleichen Innendurchmesser wie der Durchmesser der Welle 12 aufweisen, sind koaxial mit der Welle 12 in den Öffnungen 61 bzw. 63 angeordnet. Dementsprechend kann die Welle 12 durch die jeweiligen Öffnungen hindurchtreten, um nach außen vorzustehen.
  • Der Gleichstrombürstenmotor 10 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann auch so aufgebaut sein, wie es in 5 für einen Kommutierungsabschnitt 28a gemäß einer modifizierten Ausführungsform gezeigt ist. Die Kommutatorteile 42a, 42b können so angeordnet sein, dass sie in Kontakt mit den ersten und zweiten Stromzufuhrbürsten 34a, 34b stehen. Außerdem kann der ersten Stromzufuhrring 45a so angeordnet sein, dass er in Kontakt mit der ersten Spulenanschlussbürste 36a steht, und der zweite Stromzufuhrring 45b kann so angeordnet sein, dass er in Kontakt mit der zweiten Stromzufuhrbürste 36b steht.
  • Der Gleichstrombürstenmotor 10 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist im Wesentlichen wie oben beschrieben aufgebaut. Nachfolgend werden seine Betriebs-, Funktions- und Wirkungsweise erläutert.
  • Zunächst wird eine Situation gemäß den 1 bis 4 erläutert, bei welcher der Gleichstrom durch die ersten und zweiten Spulen 26a, 26b in einem Zustand fließen kann, in dem der Permanentmagnet 14a als N-Pol magnetisiert ist, während der Permanentmagnet 14b als S-Pol magnetisiert ist. Der Einfachheit halber wird bei der nachfolgenden Beschreibung der Permanentmagnet 14a als "N-Polmagnet 14a'' und der Permanentmagnet 14b als "S-Polmagnet 14b'' bezeichnet.
  • In den 1 und 2 ist der N-Polmagnet 14a an der Oberseite der Welle 12 angeordnet, während der S-Polmagnet 14b an der Unterseite der Welle 12 angeordnet ist. Wenn der Gleichstrom von der positiven Elektrode der Gleichstromquelle 48 (vgl. 3) über den Anschluss 50 und die Anschlusslitze 52 zu der ersten Stromzufuhrbürste 34a fließen kann, wie es in 4 gezeigt ist, fließt in diesem Fall der Gleichstrom durch den ersten Kommutatorteil 42a über den ersten Stromzufuhrring 45a und den Kupferdraht 49a (vgl. 3). Außerdem fließt der Gleichstrom über den ersten Kommutatorteil 42a von der ersten Spulenanschlussbürste 36a zu der ersten Spule 26a.
  • Der Gleichstrom, der zu der ersten Spule 26a fließt, fließt von der ersten Spule 26a zu der zweiten Spule 26b. Der Gleichstrom fließt über die zweite Spulenanschlussbürste 36b zu dem zweiten Kommutatorteil 42b. Außerdem fließt der Gleichstrom, der durch das zweite Kommutatorteil 42b fließt, über den Kupferdraht 49b und den zweiten Stromzufuhrring 45b zu der zweiten Stromzufuhrbürste 34b. Der Gleichstrom fließt über die Anschlusslitze 52 und den Anschluss 50 zu der negativen Elektrode der Gleichstromquelle 48.
  • Die magnetischen (Induktions)flüsse werden durch den Gleichstrom an den ersten und zweiten Spulen 26a, 26b erzeugt. Die jeweiligen magnetischen (Induktions)flüsse erstrecken sich von den ersten und zweiten Zahnabschnitten 38a, 38b (vgl. 2) des äußeren Stators 20 über den Luftspalt 18 und kreuzen den N-Polmagnet 14a und den S-Polmagnet 14b. Das Drehmoment wird an dem inneren Rotor 16 durch die sich schneidenden magnetischen (Induktions)flüsse und die durch den N-Polmagnet 14a und den S-Polmagnet 14b erzeugten magnetischen (Induktions)flüsse generiert. Das Drehmoment dreht die Welle 12 in Richtung des Pfeils in 1 und 4.
  • Wenn die Welle 12 gedreht wird, verschiebt sich die Position des N-Polmagneten 14a zu der in 6 gezeigten linken Seite der Welle 12, während sich die Position des S-Polmagneten 14b zu der rechten Seite der Welle 12 verschiebt. Die Positionen der ersten und zweiten Kommutatorteile 42a, 42b werden ebenfalls in Reaktion auf die Drehung der Welle 12 verschoben. Das bedeutet, wie in 6 gezeigt, dass das erste Kommutatorteil 42a nach links verschoben wird, während das zweite Kommutatorteil 42b nach rechts verschoben wird.
  • In dieser Situation leiten die ersten und zweiten Kommutatorteile 42a, 42b über die ersten und zweiten Spulenanschlussbürsten 36a, 36b. Dementsprechend sind die ersten und zweiten Kommutatorteile 42a, 42b relativ zu der Gleichstromquelle 48 elektrisch kurzgeschlossen und die Zufuhr des Gleichstromes von der Gleichstromquelle 48 zu den ersten und zweiten Spulen 26a, 26b wird unterbrochen.
  • Wenn die Welle 12 weitergedreht wird, wird die Position des N-Polmagneten 14a zu der Unterseite der Welle 12 in 7 verschoben, während sich die Position des S-Polmagneten 14b zu der Oberseite der Welle 12 verschiebt. In dieser Situation verschiebt sich die Position des ersten Kommutatorteiles 42a zu der Unterseite der Welle 12, während sich die Position des zweiten Kommutatorteiles 42b zu der Oberseite der Welle 12 verschiebt.
  • In diesem Fall fließt der Gleichstrom, der von der positiven Elektrode der Gleichstromquelle 48 über den Anschluss 50 (vgl. 1), die Anschlusslitze 52, die erste Stromzufuhrbürste 34a, den ersten Stromzufuhrring 45a und den Kupferdraht 49a (vgl. 3) durch das erste Kommutatorteil 42a fließt, zu der ersten Spulenanschlussbürste 36a. Der Gleichstrom fließt von der ersten Spulenanschlussbürste 36a zu der zweiten Spule 26b und weiter zu der ersten Spule 26a. Der Gleichstrom, der durch die erste Spule 26a geflossen ist, fließt von der zweiten Spulenanschlussbürste 36b über den Kupferdraht 49b, den zweiten Stromzufuhrring 45b, die zweite Stromzufuhrbürste 34b, die Anschlusslitze 52 und den Anschluss 50 zu der negativen Elektrode der Gleichstromquelle 48.
  • Dementsprechend werden die magnetischen (Induktions)flüsse an den ersten und zweiten Spulen 26a, 26b erzeugt. Die magnetischen (Induktions)flüsse erstrecken sich von den ersten und zweiten Zahnabschnitten 38a, 38b (vgl. 1 und 2) des äußeren Stators 20 über den Luftspalt 18, um den N-Polmagneten 14a und den S-Polmagneten 14b zu kreuzen. Ein Drehmoment wird an dem inneren Rotor 16 durch die Wirkung der sich schneidenden magnetischen (Induktions)flüsse und die durch den N-Polmagnet 14a und den S-Polmagnet 14b erzeugten magnetischen (Induktions)flüsse generiert. Das Drehmoment dreht die Welle 12 weiter.
  • Die obige Beschreibung erfolgte für den Fall, in dem der Gleichstrom von der Gleichstromquelle 48 in dem Zustand, in dem die ersten und zweiten Spulen 26a, 26b in Kontakt mit den ersten und zweiten Spulenanschlussbürsten 36a, 36b stehen können, zu dem Kommutierungsabschnitt 28 fließen kann (vgl. 1, 3 bis 7). Es versteht sich jedoch, dass der innere Rotor 16 beispielsweise auch dann gedreht wird, wenn der Gleichstrom durch die entsprechende Kommutatorteile von der Gleichstromquelle 48 in einem Zustand fließen kann, in dem eine Vielzahl von beispielsweise drei oder mehr Kommutatorteilen anstelle der ersten und zweiten Kommutatorteile 42a, 42b vorgesehen sind, und wobei drei oder mehr Spulen in Kontakt mit den entsprechenden Kommutatorteilen treten können.
  • Wenn sich die Positionen des N-Polmagneten 14a und des S-Polmagneten 14b (vgl. 1 und 2) entsprechend der Drehung der Welle 12 ändern, wenn der Kommutierungsabschnitt 28a so aufgebaut ist, wie es in 5 gezeigt ist, so schalten die ersten und zweiten Kommutatorteile 42a, 42b die ersten und zweiten Stromzufuhrbürsten 34a, 34b, um entsprechend der Positionsänderung in Kontakt zu treten. Dementsprechend kann der innere Rotor 16 gedreht werden, indem der Gleichstrom von der Gleichstromquelle 48 (vgl. 3) zu den ersten und zweiten Kommutatorteilen 42a, 42b fließen kann. Es ist möglich, eine temporäre Variation oder Fluktuation des an dem inneren Rotor 16 erzeugten Drehmomentes zu vermeiden, wenn der innere Rotor eine Drehbewegung vollzieht.
  • Die Kontaktpositionen der ersten und zweiten Spulenanschlussbürsten 36a, 36b mit den ersten und zweiten Kommutatorteilen 42a, 42b können durch unter Druck setzen einer nicht dargestellten Feder, pneumatischen Druck oder hydraulischen Druck oder die Schwerkraft der jeweiligen Bürsten 36a, 36b verschoben werden. Hierdurch ist es möglich, einen Kurzschlusszustand (vgl. 6) zu vermeiden, der auftritt, wenn die ersten und zweiten Kommutatorteile 42a, 42b in Kontakt mit den ersten und zweiten Spulenanschlussbürsten 36a bzw. 36b treten. Es ist daher möglich, temporäre Variationen oder Fluktuationen des an dem inneren Rotor 16 erzeugten Drehmomentes zu vermeiden.
  • Der Gleichstrommotor 10 kann als Motor mit drei oder mehr Polen aufgebaut sein, indem die Zahl der Spulenanschlussbürsten und der Spulen erhöht wird. Hierdurch wird auch dann, wenn ein Kurzschluss zwischen den beiden Spulen auftritt, der Kurzschluss durch den Gleichstrom, der zwischen den anderen beiden Polen fließen kann, kompensiert. Auch in diesem Fall ist es daher mög lich, temporäre Variationen oder Fluktuationen des an dem inneren Rotor 16 erzeugten Drehmomentes zu vermeiden.
  • Als nächstes werden mit Bezug auf die 8 bis 10 beispielhafte Anwendungen erläutert, bei denen der Gleichstrommotor 10 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei einer elektrischen Klemmvorrichtung bzw. elektrischen Stellgliedern eingesetzt wird.
  • 8 zeigt ein Beispiel, bei dem der Gleichstrommotor 10 bei einer elektrischen Klemmvorrichtung 70 (vgl. beispielsweise die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2001-310225) eingesetzt wird. Bei dieser Anordnung ist ein Drehantriebsmechanismus 76, der mit der Welle 12 des Gleichstrommotors 10 verbunden ist und aus einer Mehrzahl von Zahnrädern 72 und einem Kniehebelmechanismus 74 besteht, in der elektrischen Klemmvorrichtung 70 vorgesehen. Ein Klemmarm 78 ist mit dem Kniehebelmechanismus 74 verbunden. Bei dieser Anordnung wird der Drehantriebsmechanismus 76 entsprechend der Drehung der Welle 12 angetrieben, und der Klemmarm 78 wird in Richtung des Pfeiles gedreht.
  • Die 9 und 10 zeigen Beispiele, bei denen der Gleichstrommotor 10 in elektrischen Stellgliedern 80, 81 (vgl. beispielsweise die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 7-284242) eingesetzt wird. In diesem Fall ist der Gleichstrommotor 10 als Drehantriebsquelle in dem elektrischen Stellglied 80 angeordnet. Die Welle 12 ist in eine Kugelspindel 82 integriert. Eine Kugelspindelhülse 84, die die Drehbewegung der Welle 12 in eine gradlinige Bewegung umwandelt, steht mit der Kugelspindel 82 in Eingriff. Seitenbereiche der Kugelspindelhülse 84 sind mit Tischblöcken 86a, 86b verbunden.
  • Wird bei dieser Anordnung die Kugelspindel 82 durch den Gleichstrommotor 10 gedreht, so wird die Drehbewegung der Kugelspindel 82 durch die Kugelspin delhülse 84 in die gradlinige Bewegung umgewandelt, und die Tischblöcke 86a, 86b gleiten in Richtung des Pfeiles entlang einer Führungsschiene 88.
  • Wie oben beschrieben wurde, umfasst der Gleichstrommotor 10 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die ersten und zweiten Spulen 26a, 26b, die an dem äußeren Stator 20 angeordnet sind. Dementsprechend kann die Wärmeabgabefläche, die für die an den ersten und zweiten Spulen 26a, 26b erzeugte Wärme zur Verfügung steht, im Vergleich zu der Wärmeabgabefläche der Spule irgendeines Gleichstrommotors gemäß dem Stand der Technik erhöht werden. Wenn der Gleichstrom von der Gleichstromquelle 48 zu den ersten und zweiten Spulen 26a, 26b fließen kann, wird daher die Wärme, die an den ersten und zweiten Spulen 26a, 26b erzeugt wird, auf den Kunststoff 24 und den äußeren Stator 20 übertragen. Außerdem kann die Wärme von dem äußeren Stator 20 über das Motorgehäuse 30 effizient nach außen abgegeben werden.
  • Wird in dem Fall des Gleichstrommotors 10 die Wärme, die an den ersten und zweiten Spulen 26a, 26b erzeugt wird, nach außen abgegeben, so kann die Wärme nach außen abgegeben werden, ohne durch den Luftspalt 18 und die Permanentmagneten 14a, 14b zu treten, weil der Wärmeweg beispielsweise den Luftspalt 18 und die Permanentmagneten 14a, 14b, die die Wärmeabgabe behindern, nicht umfasst. Somit enthält der Gleichstrommotor 10 im Gegensatz zu den Gleichstrommotoren gemäß dem Stand der Technik keine Teile, die die Wärmeabgabe behindern. Dadurch ist es möglich, die Wärme mit der vorliegenden Erfindung wirksam abzugeben.
  • Außerdem sind die Permanentmagneten 14a, 14b in dem inneren Rotor 16 angeordnet, so dass die Trägheitskraft des inneren Rotors 16 reduziert wird. Es ist auch einfach, beispielsweise einen Zylinder, eine Klemme oder ein Getriebe anzutreiben, indem die Drehbewegung des inneren Rotors 16 genutzt wird.
  • Dadurch kann der Gleichstrommotor 10 dazu eingesetzt werden, die oben beschriebene Vorrichtung schnell zu beschleunigen und/oder abzubremsen.
  • Vollzieht der innere Rotor 16 die relative Drehbewegung gegenüber dem äußeren Stator 20, so schalten die Kommutatorteile 42a, 42b des Kommutierungsabschnitts 28 die ersten und zweiten Spulenanschlussbürsten 36a, 36b, zu denen der Gleichstrom fließen kann, entsprechend dem Drehwinkel der Permanentmagneten 14a, 14b. Auch wenn sich der innere Rotor 16 dreht, ist es daher möglich, temporäre Variationen oder Fluktuationen des an dem inneren Rotor 16 erzeugten Drehmomentes zu vermeiden.
  • Der äußere Stator 20 besteht aus dem Stapel von Kohlenstoffstahlplatten, die Silizium enthalten. Dadurch kann die thermische Leitfähigkeit des äußeren Stators 20 verbessert werden. Die Wärme, die an den ersten und zweiten Spulen 26a, 26b erzeugt wird, kann effizient auf das Motorgehäuse 30 übertragen und von dem Motorgehäuse 30 nach außen abgegeben werden.
  • Die Trägheit der Welle 12 wird dadurch abgesenkt, dass die Permanentmagneten 14a, 14b in dem inneren Rotor 16 vorgesehen werden. Wenn der Gleichstrommotor 10 in die elektrische Klemmvorrichtung 70 oder die elektrischen Stellglieder 80, 81 eingesetzt wird, kann dementsprechend die Drehantriebskraft über die Welle 12 auf das Bewegungselement in den oben beschriebenen Vorrichtungen übertragen werden, wobei die an den ersten und zweiten Spulen 26a, 26b erzeugte Wärme wirksam abgeführt werden kann. Im Falle des oben beschriebenen Gleichstrommotors 10 kann daher die Wärmeerzeugung im Inneren vermieden werden. Es ist möglich, eine gewünschte Schubkraft in einem Zustand zu erhalten, in dem die Drehung der Welle 12 angehalten wird. Dadurch kann die Schubkraft beispielsweise dazu verwendet werden, den Klemmarm 78 gemäß 8 in Richtung des Pfeiles zu drehen, und/oder die Tischblöcke 86a, 86b gemäß den 9 und 10 in Richtung des Pfeiles zu verschieben.
  • Es versteht sich, dass der Gleichstrommotor gemäß der vorliegenden Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist, sondern auch in verschiedenen anderen Formen realisiert werden kann, ohne den Rahmen der beigefügten Ansprüche zu verlassen.

Claims (12)

  1. Gleichstrommotor mit: einem inneren Rotor (16), der Permanentmagneten (14a, 14b) aufweist, welche integral mit einer Drehwelle (12) drehbar sind; einem äußeren Stator (20), der die Permanentmagneten (14a, 14b) umgibt, wobei er von diesen einen festgelegten Abstand aufweist, und der eine Mehrzahl von Schlitzen (22) aufweist, die an einer Oberfläche gegenüber den Permanentmagneten (14a, 14b) ausgebildet sind; einer Mehrzahl von Statorspulen (26, 26a, 26b), die in den Schlitzen (22) des äußeren Stators (20) angeordnet sind; einem Kommutierungsabschnitt (28, 28a), der koaxial mit dem inneren Rotor (16) angeordnet ist; einer Mehrzahl von Spulenanschlussbürsten (36, 36a, 36b), die in Kontakt mit einem Ende des Kommutierungsabschnitts (28, 28a) stehen und jeweils elektrisch an die Statorspulen (26, 26a, 26b) angeschlossen sind; und zwei Stromzufuhrbürsten (34a, 34b), die in Kontakt mit dem anderen Ende des Kommutierungsabschnitts (28, 28a) stehen und über die ein Gleichstrom zu dem Kommutierungsabschnitt (28, 28a) fließen kann.
  2. Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kommutierungsabschnitt (28) einen Kommutator aufweist, der elektrisch an die Stromzufuhrbürsten (34a, 34b) angeschlossen ist und der eine Mehrzahl von Kommutatorteilen (42, 42a, 42b) aufweist, und dass die Kommutatorteile (42, 42a, 42b) die Spulenanschlussbürsten (36, 36a, 36b), zu denen der Gleichstrom fließen kann, entsprechend einem Rotationswinkel des inneren Rotors (16) schalten, wenn der innere Rotor (16) relativ zu dem äußeren Stator (20) eine Drehbewegung vollzieht.
  3. Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kommutierungsabschnitt (28a) einen Kommutator aufweist, der elektrisch an die Spulenanschlussbürsten (36, 36a, 36b) angeschlossen ist und der eine Mehrzahl von Kommutatorteilen (42, 42a, 42b) aufweist, und dass die Kommutatorteile (42, 42a, 42b) die Stromzufuhrbürsten (34a, 34b), zu denen der Gleichstrom fließen kann, entsprechend einem Rotationswinkel des inneren Rotors (16) schalten, wenn der innere Rotor (16) relativ zu dem äußeren Stator (20) eine Drehbewegung vollzieht.
  4. Gleichstrommotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kommutierungsabschnitt (28) eine Mehrzahl von Schleifringen (45, 45a, 45b) aufweist, die die Stromzufuhrbürsten (34a, 34b) mit den jeweiligen Kommutatorteilen (42, 42a, 42b) elektrisch verbinden.
  5. Gleichstrommotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kommutierungsabschnitt (28a) eine Mehrzahl von Schleifringen (45, 45a, 45b) aufweist, die die Spulenanschlussbürsten (36, 36a, 36b) mit den jeweiligen Kommutatorteilen (42, 42a, 42b) elektrisch verbinden.
  6. Gleichstrommotor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifringe (45, 45a, 45b) über Kupferdrähte (49a, 49b), die jeweils eine mit einem Isoliermaterial beschichtete Oberfläche aufweisen, elektrisch mit den jeweiligen Kommutatorteilen (42, 42a, 42b) verbunden sind.
  7. Gleichstrommotor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifringe (45, 45a, 45b) mit festgelegten Abständen um die Dreh welle (12) angeordnet sind, und dass die Schleifringe (45, 45a, 45b) voneinander über Isolierabschnitte (47) elektrisch isoliert sind.
  8. Gleichstrommotor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommutatorteile (42, 42a, 42b) mit festgelegten Winkelabständen auf der Drehwelle (12) angeordnet sind, dass die Kommutatorteile (42, 42a, 42b) durch Isolierabschnitte (43) elektrisch voneinander isoliert sind, und dass der Kommutator dadurch gebildet wird, dass die Kommutatorteile (42, 42a, 42b) und die Isolierabschnitte (43) mit Hilfe von Befestigungsringen (44) auf der Drehwelle (12) befestigt werden.
  9. Gleichstrommotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Stator (20) aus Kohlenstoffstahlplatten besteht, die Silizium enthalten.
  10. Gleichstrommotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Zahnabschnitten (38a, 38b), die zu dem inneren Rotor (16) gerichtet sind, mit festgelegten Winkelabständen an einer Innenfläche des äußeren Stators (20) ausgebildet sind, und dass die Schlitze (22) durch Lücken zwischen den Zahnabschnitten (38a, 38b) gebildet werden.
  11. Gleichstrommotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Motorgehäuse (30), welches den inneren Rotor (16), den äußeren Stator (20), die Statorspulen (26, 26a, 26b) und den Kommutierungsabschnitt (28, 28a) aufnimmt.
  12. Gleichstrommotor nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Federn (32), deren erste Enden mit einer Innenfläche des Motorgehäuses (30) verbunden sind und deren zweite Enden mit den Spulenanschlussbür sten (36, 36a, 36b) bzw. den Stromzufuhrbürsten (34a, 34b) verbunden sind, wobei die Federn (32) die Spulenanschlussbürsten (36, 36a, 36b) bzw. die Stromzufuhrbürsten (34a, 34b) so vorspannen, dass sie in Kontakt mit einer Außenfläche des Kommutierungsabschnitts (28, 28a) treten.
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