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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft einen Motor und insbesondere einen Gleichstrommotor.
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Die Erfindung betrifft eine Motoranordnung und insbesondere eine Anordnung mit einem Mehrgeschwindigkeits-Gleichstrommotor.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Geräte, die durch Elektromotoren angetrieben werden, müssen häufig mit unterschiedlichen Drehgeschwindigkeiten arbeiten. Wenn beispielsweise ein durch einen Motor angetriebener Bohrer zum Bohren von Löchern verwendet wird, ist eine hohe Betriebsgeschwindigkeit erforderlich, wohingegen eine niedrige Betriebsgeschwindigkeit benötigt wird, wenn der Bohrer als Schraubendreher benutzt wird. Selbst wenn der Motor das Gerät über ein Getriebe antreiben kann, reicht die von dem Getriebe bereitgestellte Geschwindigkeitsreduzierung manchmal nicht aus oder die Verwendung eines Getriebes ist nicht zweckdienlich.
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Geschwindigkeit und Drehmoment und Batterie und Strom
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es besteht daher der Wunsch nach einem Motor, der in verschiedenen vorgegebenen Geschwindigkeitsmoden arbeiten kann.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Gleichstrommotor bereitgestellt, umfassend einen Stator und einen Rotor. Der Rotor hat eine Welle, einen an der Welle befestigten Rotorkern, einen an der Welle befestigten Kommutator, Rotorwicklungen, die um Pole des Rotorkerns herumgeführt sind und an dem Kommutator enden, eine übliche Bürste und zumindest zwei wählbare Bürsten, die sich in Gleitkontakt mit dem Kommutator befinden, zumindest zwei Gleichstromquellen und eine Schaltvorrichtung, die konfiguriert ist für die Verbindung der üblichen Bürste und einer ausgewählten der wählbaren Bürsten mit vorgegebenen Kombinationen der Stromquellen, um den Motor in verschiedenen Geschwindigkeitsmoden zu betreiben.
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Vorzugsweise umfassen die zumindest zwei wählbaren Bürsten eine Niedriggeschwindigkeitsbürste, die dem Niedriggeschwindigkeitsbetrieb des Motors entspricht, und eine Hochgeschwindigkeitsbürste, die dem Hochgeschwindigkeitsbetrieb des Motors entspricht, wobei die Schaltvorrichtung die Stromquellen zwischen der üblichen Bürste und der Hochgeschwindigkeitsbürste in Reihe schaltet, um den Motor in einem Hochgeschwindigkeitsmodus zu betreiben, und wobei die Schaltvorrichtung die Stromquellen zwischen der üblichen Bürste und der Niedriggeschwindigkeitsbürste parallelschaltet, um den Motor in einem Niedriggeschwindigkeitsmodus zu betreiben.
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Vorzugsweise umfassen die zumindest zwei Gleichstromquellen eine erste Stromquelle und eine zweite Stromquelle, und die Schaltvorrichtung umfasst drei einpolige Umschalter, und jeder Schalter hat zwei Kontaktpunkte und einen Kontaktarm. Ein Kontaktpunkt des ersten Schalters ist mit dem positiven Anschluss der ersten Stromquelle und das festgelegte Ende des Kontaktarms mit dem positiven Anschluss der zweiten Stromquelle verbunden. Ein Kontaktpunkt des zweiten Schalters ist mit dem positiven Anschluss der ersten Stromquelle, der andere Kontaktpunkt mit dem negativen Anschluss der ersten Stromquelle und mit der üblichen Bürste verbunden, und das festgelegte Ende des Kontaktarms ist mit dem negativen Anschluss der zweiten Stromquelle verbunden. Ein Kontaktpunkt des dritten Schalters ist mit der Niedriggeschwindigkeitsbürste, der andere Kontaktpunkt mit der Hochgeschwindigkeitsbürste und das festgelegte Ende des Kontaktarms mit dem positiven Anschluss der zweiten Stromquelle verbunden.
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Vorzugsweise sind die Kontaktarme der drei Schalter über eine Schubstange miteinander verbunden.
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Vorzugsweise sind die Spannungen der Stromquellen gleich.
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Alternativ umfasst der Motor zwei wählbare Bürsten, die jeweils der Niedriggeschwindigkeitsbürste und der Hochgeschwindigkeitsbürste entsprechen. Wenn die Schaltvorrichtung die Stromquelle zwischen der üblichen Bürste und der Hochgeschwindigkeitsbürste in Reihe schaltet, arbeitet der Motor in einem Hochgeschwindigkeitsmodus, und wenn die Schaltvorrichtung eine der Stromquellen zwischen die übliche Bürste und die Niedriggeschwindigkeitsbürste schaltet, arbeitet der Motor in einem Niedriggeschwindigkeitsmodus.
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Alternativ umfasst der Motor zwei wählbare Bürsten, die jeweils der Niedriggeschwindigkeitsbürste und der Hochgeschwindigkeitsbürste entsprechen. Die Stromquellen umfassen eine Stromquelle mit einer höheren Spannung und eine Stromquelle mit einer niedrigeren Spannung, und die Schaltvorrichtung schaltet selektiv die Stromquelle mit der höheren Spannung zwischen die übliche Bürste und die Hochgeschwindigkeitsbürste oder die Stromquelle mit der niedrigeren Spannung zwischen die übliche Bürste und die Niedriggeschwindigkeitsbürste.
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Vorzugsweise ist die Schaltvorrichtung ein verlinkter Schalter, der zwischen die Stromquellen und die wählbaren Bürsten geschaltet ist.
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Alternativ umfasst der Motor zwei wählbare Bürsten, die jeweils der niedrigen Geschwindigkeit und der hohen Geschwindigkeit entsprechen. Die Spannungen der Stromquellen sind verschieden, und die Schaltvorrichtung schaltet selektiv eine beliebige der Stromquellen zwischen die übliche Bürste und eine beliebige der wählbaren Bürsten.
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Alternativ umfassen die zumindest zwei wählbaren Bürsten eine Niedriggeschwindigkeitsbürste und eine Hochgeschwindigkeitsbürste, wobei die wenigstens eine wählbare Stromquelle eine erste Stromquelle umfasst, die zwischen die übliche Bürste und die Schaltvorrichtung geschaltet ist, und eine zweite Stromquelle, die zwischen die Schaltvorrichtung und die Hochgeschwindigkeitsbürste geschaltet ist, wobei die Schaltvorrichtung selektiv die erste Stromquelle mit der Niedriggeschwindigkeitsbürste verbindet, um den Motor in einem Niedriggeschwindigkeitsmodus zu betreiben, oder die erste Stromquelle zwischen der üblichen Bürste und der Hochgeschwindigkeitsbürste in Reihe mit der zweiten Stromquelle schaltet, um den Motor in einem Hochgeschwindigkeitsmodus zu betreiben.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen die Möglichkeit, dass durch die Schaltvorrichtung verschiedene Bürsten und entsprechende Kombinationen der Stromquellen gewählt werden können, so dass der Motor in verschiedenen Geschwindigkeitsmoden arbeiten kann. Optional kann die effektive Arbeitszeit des Motors erhöht werden, indem die Stromquellen parallelgeschaltet werden, wenn eine Drehung des Motors mit einer niedrigen Geschwindigkeit oder mit einem größeren Drehmoment erforderlich ist.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nunmehr anhand eines Beispiels beschrieben, wobei auf die Figuren der anliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird. Identische Strukturen, Elemente oder Teile, die in mehr als einer Figur erscheinen, sind in sämtlichen Figuren, in denen sie enthalten sind, mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Die Dimensionen von Bauteilen und Merkmalen, die in den Figuren dargestellt sind, sind im Hinblick auf eine übersichtliche Darstellung gewählt und sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Die Figuren sind im Folgenden aufgelistet.
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1 zeigt eine schematische Verbindungsanordnung des Kommutators, der Bürsten, der Stromquellen und der Schaltvorrichtung eines Motors gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 zeigt eine schematische Verbindungsanordnung, ähnlich wie in 1, eines Motors gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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3 zeigt eine schematische Verbindungsanordnung, ähnlich wie in 1, eines Motors gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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4 zeigt eine schematische Verbindungsanordnung, ähnlich wie in 1, eines Motors gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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5 zeigt eine schematische Verbindungsanordnung, ähnlich wie in 1, eines Motors gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
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6 zeigt eine schematische Verbindungsanordnung, ähnlich wie in 1, eines Motors gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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DETAILBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 zeigt schematisch einen Gleichstrommotor, umfassend einen Kommutator C, eine übliche Bürste B1, eine Niedriggeschwindigkeitsbürste B2, eine Hochgeschwindigkeitsbürste B3, zwei Gleichstromquellen U1, U2 und eine Schaltvorrichtung. Die Bürsten B1, B2, B3 befinden sich in Gleitkontakt mit dem Kommutator C. Der Kommutator C ist an der Motorwelle P befestigt und umfasst eine Mehrzahl von Segmenten, die voneinander beabstandet sind. Wicklungen, die um einen Kern des Rotors herumgeführt sind, sind mit den Segmenten verbunden. In dieser Ausführungsform sind die Spannungen der Gleichstromquellen U1, U2 gleich.
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Die Schaltvorrichtung umfasst drei einpolige Umschalter K1, K2, K3. Jeder Schalter hat zwei Kontaktpunkte und einen Kontaktarm mit einem festgelegten Ende und einem freien Ende, der für die selektive Verbindung mit einem der beiden Kontaktpunkte ausgebildet ist. Bei dem ersten Schalter K1 ist der erste Kontaktpunkt S11 mit dem positiven Anschluss der ersten Stromquelle U1 verbunden, der zweite Kontaktpunkt S12 bleibt unverbunden, und das festgelegte Ende seines Kontaktarms ist mit dem positiven Anschluss der zweiten Stromquelle U2 verbunden. Bei dem zweiten Schalter K2 ist der erste Kontaktpunkt S21 mit einem Punkt zwischen dem negativen Anschluss und der ersten Stromquelle U1 und der üblichen Bürste B1 verbunden. Der zweite Kontaktpunkt S22 ist mit dem positiven Anschluss der ersten Stromquelle U1 und das festgelegte Ende seines Kontaktarms mit dem negativen Anschluss der zweiten Stromquelle U2 verbunden. Bei dem dritten Schalter K3 ist der erste Kontaktpunkt S31 mit der Niedriggeschwindigkeitsbürste B2, der zweite Kontaktpunkt S32 mit der Hochgeschwindigkeitsbürste B3 und das festgelegte Ende des Kontaktarms mit dem positiven Anschluss der zweiten Stromquelle U2 verbunden. Die Kontaktarme der drei Schalter K1, K2, K3 sind über eine Schubstange (anhand der gestrichelten Linie in 1 dargestellt) miteinander verbunden. Das heißt, die Wahl der Zustände der freien Enden der Kontaktarme der drei Schalter kann durch ein Schieben der Schubstange geändert werden.
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Wenn die freien Enden der Kontaktarme der drei Schalter K1, K2, K3 durch ein Schieben der Schubstange mit den ersten Kontaktpunkten S11, S21, S31 verbunden werden, werden die Stromquellen U1, U2 zwischen der üblichen Bürste B1 und der Niedriggeschwindigkeitsbürste B2 parallelgeschaltet, und die Motorwelle P dreht sich mit niedriger Geschwindigkeit, d. h. der Motor arbeitet in einem Niedriggeschwindigkeitsmodus. Wenn die freien Enden der Kontaktarme der drei Schalter K1, K2, K3 durch ein Schieben der Schubstange mit den zweiten Kontaktpunkten S12, S22, S32 verbunden werden, werden die Stromquellen U1, U2 zwischen der üblichen Bürste B1 und der Hochgeschwindigkeitsbürste B3 in Reihe geschaltet, und die Motorwelle P dreht sich mit hoher Geschwindigkeit, d. h. der Motor arbeitet in einem Hochgeschwindigkeitsmodus.
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In der vorstehenden Ausführungsform können durch die Schaltvorrichtung verschiedene Bürsten und entsprechende Kombinationen der Stromquellen gewählt werden, so dass sich der Motor in verschiedenen Geschwindigkeitsmoden drehen kann. Ferner lässt sich die effektive Arbeitszeit des Motors erhöhen, indem die parallelgeschalteten Stromquellen U1, U2 zum Einsatz kommen, wenn eine Drehung des Motors mit einer niedrigen Geschwindigkeit gefordert ist. Als eine alternative Anordnung könnten die drei Schalter durch einen einzigen dreipoligen Umschalter ersetzt werden.
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Eine zweite Ausführungsform ist in 2 gezeigt, in der die Schaltvorrichtung ein verlinkter Schalter K wie zum Beispiel ein zweipoliger Ein/Aus-Schalter, wie dargestellt, oder ein zweipoliger Umschalter ist. Die übliche Bürste B1 ist mit den positiven Anschlüssen der Stromquellen U1, U2 verbunden, und die negativen Anschlüsse der Stromquellen U1, U2 sind über Kontakte des beweglichen Schalters K jeweils mit der Hochgeschwindigkeitsbürste B3 und der Niedriggeschwindigkeitsbürste B2 verbunden. Der verlinkte Schalter K verbindet selektiv die Stromquelle U1 mit der Hochgeschwindigkeitsbürste B3 oder die Stromquelle U2 mit der Niedriggeschwindigkeitsbürste B2. In dieser Ausführungsform ist die Spannung der Stromquelle U1 vorzugsweise höher als die Spannung der Stromquelle U2.
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Es versteht sich, dass die Schaltvorrichtung auch ein Paar verlinkter Schalter K1, K2 sein kann, wie in 3 gezeigt. Die Spannungen der beiden Stromquellen sind nicht gleich. Die selektive Verbindung einer der Stromquellen U1, U2 mit einer der Bürsten B1, B2, B3, wie zum Beispiel die Verbindung von U1 mit B2, von U2 mit B2, von U1 mit B3 oder von U2 mit B3, lässt sich durch das Zusammenwirken des Paares von verlinkten Schaltern K1, K2 bewerkstelligen, wodurch der Motor mit mehreren verschiedenen Geschwindigkeiten betrieben werden kann. Hinzu kommt, dass bei Erschöpfung einer Stromquelle bequem die andere Stromquelle zugeschaltet werden kann.
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Es wird auf 4 Bezug genommen, wobei sich versteht, dass die Schaltvorrichtung auch ein einpoliger Umschalter K sein kann. Der Kontaktpunkt S1 des Schalters K ist mit der Niedriggeschwindigkeitsbürste B2 und der Kontaktpunkt S2 mit dem positiven Anschluss der Stromquelle U2 verbunden, und das festgelegte Ende des Kontaktarms des Schalters K ist mit dem negativen Anschluss der Stromquelle U1 verbunden. Wenn das freie Ende des Kontaktarms des Schalters K mit dem Kontaktpunkt S1 verbunden wird, wird die Stromquelle U1 mit der Niedriggeschwindigkeitsbürste B2 verbunden, und der Motor dreht sich im Niedriggeschwindigkeitsmodus. Wenn das freie Ende des Kontaktarms des Schalters K mit dem Kontaktpunkt S2 verbunden wird, wird die Stromquelle U1 zwischen der üblichen Bürste B1 und der Hochgeschwindigkeitsbürste B3 mit der Stromquelle U2 in Reihe geschaltet, und die Motorwelle dreht sich mit einer hohen Geschwindigkeit.
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Es wird auf 5 Bezug genommen, wobei sich versteht, dass die Schaltvorrichtung auch ein Paar von einpoligen Ein/Aus-Schaltern K1, K2 und ein einpoliger Umschalter K3 sein kann. Die Schalter K1, K2 sind jeweils zwischen die negativen Anschlüsse der Stromquellen U1, U2 und das festgelegte Ende des Kontaktarms des Schalters K3 geschaltet. Der Kontaktpunkt S1 des Schalters K3 ist mit der Niedriggeschwindigkeitsbürste B2 und der Kontaktpunkt S2 des Schalters K3 mit der Hochgeschwindigkeitsbürste B3 verbunden. Die positiven Anschlüsse der Stromquellen U1, U2 sind mit der üblichen Bürste B1 verbunden. Die selektive Verbindung einer der Stromquellen U1, U2 mit einer der Bürsten B2, B3, nämlich beispielsweise die Verbindung von U1 mit B2, von U1 mit B3, von U2 mit B2 oder von U2 mit B3, lässt sich durch die Betätigung der Schalter K1, K2, K3 bewerkstelligen. Darüber hinaus können beide Stromquellen mit beiden wählbaren Bürsten parallelgeschaltet werden, um über eine zusätzliche Leistung in diesem Geschwindigkeitsmodus zu verfügen. Dies ist insbesondere für den Niedriggeschwindigkeitsmodus wünschenswert, wenn ein zusätzliches Drehmoment benötigt wird.
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Wie 6 zeigt, kann die Schaltvorrichtung auch ein einpoliger Umschalter K1 und ein verlinkter Schalter K2 sein. Das festgelegte Ende des Kontaktarms des Schalters K1 ist mit dem positiven Anschluss der Stromquelle U2 verbunden, zwei Kontaktpunkte des Schalters K1 sind jeweils mit zwei Anschlüssen der Stromquelle U1 verbunden, und die übliche Bürste B1 ist mit dem positiven Anschluss der Stromquelle U1 verbunden. Der verlinkte Schalter K2 umfasst vier Kontaktpunkte S1–S4 und einen Kontaktarm mit einem zentralen Anschluss und mit zwei freien Enden für die selektive Verbindung mit zwei der Kontaktpunkte S1–S4. Der Kontaktpunkt S1 ist mit der Niedriggeschwindigkeitsbürste B2, der Kontaktpunkt S2 mit der Hochgeschwindigkeitsbürste B3 und der Kontaktpunkt S3 mit dem negativen Anschluss der Stromquelle U1 verbunden. Der mittlere Anschluss ist mit dem negativen Anschluss der Stromquelle U2 verbunden. Durch die Betätigung der Schalter K1, K2 ist eine selektive Verbindung der Stromquellen U1, U2 mit der Hochgeschwindigkeitsbürste B3 oder eine Verbindung der Stromquelle U2 mit der Niedriggeschwindigkeitsbürste B2 erreichbar, um den Motor in verschiedenen vorgegebenen Geschwindigkeitsmoden zu betreiben. Das heißt, die Niedriggeschwindigkeitsbürste B2 kann mit beiden parallelgeschalteten Stromquellen verbunden werden, während die Hochgeschwindigkeitsbürste B3 mit beiden in Reihe geschalteten Stromquellen oder nur mit der Stromquelle U2 verbunden werden kann, um für zwei Hochgeschwindigkeits-Betriebsmoden zu sorgen. Wenn der Schalter K1 über eine offene Position verfügt, könnte die Bürste B2 nur mit der Stromquelle U2 verbunden werden, wodurch die beiden Stromquellen eine unterschiedliche Spannung aufweisen könnten und daher für eine Parallelschaltung nicht geeignet wären.
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Verben wie ”umfassen”, ”aufweisen”, ”enthalten” und ”haben” sowie deren Abwandlungen in der Beschreibung und in den Ansprüchen sind in einem einschließenden Sinne zu verstehen. Sie geben an, dass das genannte Element vorhanden ist, schließen jedoch nicht aus, dass noch weitere Elemente vorhanden sind.
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Wenngleich die Erfindung anhand einer oder mehrerer bevorzugter Ausführungsformen beschrieben wurde, wird der Fachmann erkennen, dass verschiedene Modifikationen möglich sind, weshalb der Schutzrahmen der Erfindung durch die anliegenden Ansprüche angegeben ist.
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Zum Beispiel kann die Anzahl der Stromquellen optional drei oder vier oder mehr betragen, und die Anzahl der Bürsten kann optional vier oder mehr betragen. Durch die Wahl unterschiedlicher Bürsten und entsprechender Kombinationen von Stromquellen kann der Motor in verschiedenen Geschwindigkeitsmoden arbeiten.
