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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gleichstrommotor mit zwei Schichten Ankerspulen, die um die Zähne eines Ankerkerns in einer radialen Richtung gewickelt sind.
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Bei einer Art eines Gleichstrommotors wird eine zweischichtig aufgebaute Ankerspule verwendet, die eine Innenschicht-Spule und eine Außenschicht-Spule aufweist. Ein Ankerkern weist Zähne auf, die jeweils ein distales Ende aufweisen, das sich in zwei Verzweigungszähne aufgabelt. Die Innenschicht-Spule ist um ein Basisende jedes Zahns gewickelt. Die Außenschicht-Spule ist um die Verzweigungszähne von benachbarten Zähnen gewickelt.
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In einem derartigen Gleichstrommotor erhält die zweischichtig aufgebaute Ankerspule ausreichend Drehmoment und vermindert Schwingungen, ohne dass der Motor vergrößert wird. In der
japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 2011-55655 ist ein Gleichstrommotor offenbart, der eine Ankerspule mit einem zweischichtigen Aufbau aufweist.
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Bei dem in der vorstehenden Veröffentlichung offenbarten Gleichstrommotor wird die Induktanz der Spule aufgrund des zweischichtigen Aufbaus der Ankerspule auf ein Viertel gesenkt, wenn die Anzahl von Windungen dieselbe ist wie die einer einschichtig aufgebauten Ankerspule als konzentrierte Wicklung.
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Die Induktanz der Innenschicht-Spule ist jedoch größer als die der Außenschicht-Spule. Zwischen einer Bürste und einem Gleichrichtersegment werden somit größere Funken erzeugt, wenn die Bürste von der Innenschicht-Spule durch den Gleichrichter getrennt ist, als wenn die Bürste von der Außenschicht-Spule durch den Gleichrichter getrennt ist.
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Dadurch wird der durch die Funken an dem verbundenen Segment verursachte Verschleiß verstärkt, wenn die Bürste von der Innenschicht-Spule getrennt ist. In einer Umfangsrichtung entstehen somit Absätze in dem Gleichrichter. Die Lebensdauer der Bürste wird infolgedessen verkürzt und es kommt leicht zu elektromagnetischem Rauschen.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Gleichstrommotors, der den Verschleiß durch Funken beschränkt, wodurch die Lebensdauer der Bürste verkürzt werden würde, ohne dass die Ausgangseigenschaften verändert werden.
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Zur Lösung der vorgenannten Aufgabe weist ein Gleichstrommotor gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung einen Kern, zwei gegabelte Verzweigungsabschnitte, eine innere Spule und eine äußere Spule auf. Der Kern weist Zähne auf. Jeder Zahn weist ein distales Ende und ein Basisende auf. Die Verzweigungsabschnitte befinden sich am distalen Ende. Die innere Spule ist um das Basisende gewickelt. Die äußere Spule ist um jeden der Verzweigungsabschnitte des Zahns und einen Verzweigungsabschnitt eines benachbarten Zahns gewickelt. Die innere Spule und die äußere Spule weisen jeweils eine Anzahl von Windungen auf, die so angepasst ist, dass eine Induktanz der inneren Spule einer Induktanz der äußeren Spule entspricht.
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Bei diesem Aufbau entspricht die Induktanz der inneren Spule der Induktanz der äußeren Spule.
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Bevorzugt ist, dass die innere Spule einen ersten Weg magnetischer Feldlinien erzeugt, der einen ersten Spalt enthält, der zwischen benachbarten Zähnen verläuft, und dass die äußere Spule einen zweiten Weg magnetischer Feldlinien erzeugt, der einen zweiten Spalt, der zwischen den zwei Verzweigungsabschnitten verläuft, und einen dritten Spalt enthält, der von den Verzweigungsabschnitten zu einem Stator verläuft. Bevorzugt ist auch, dass der dritte Spalt länger ist als der erste Spalt und der zweite Spalt und dass die innere Spule weniger Windungen aufweist als die äußere Spule.
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Bei diesem Aufbau weist die innere Spule weniger Windungen auf als die äußere Spule, sodass die Induktanz der inneren Spule der Induktanz der äußeren Spule entspricht.
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Bevorzugt ist, dass die innere Spule eine geringere Anzahl von Windungen aufweist und die äußere Spule eine höhere Anzahl von Windungen aufweist.
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Bei diesem Aufbau weist die innere Spule eine geringere Anzahl von Windungen auf und die äußere Spule weist eine höhere Anzahl von Windungen auf, sodass die Induktanz der inneren Spule der Induktanz der äußeren Spule entspricht.
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Bevorzugt ist, dass die geringere Anzahl von Windungen der inneren Spule mit der höheren Anzahl von Windungen der äußeren Spule übereinstimmt.
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Bei diesem Aufbau entspricht die Induktanz der inneren Spule der Induktanz der äußeren Spule und die Ausgangseigenschaften des Gleichstrommotors werden beibehalten.
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Bevorzugt ist, dass der Gleichstrommotor ferner einen Anker aufweist. Bevorzugt ist auch, dass der Anker den Kern und einen Gleichrichter aufweist, der ein mit der inneren Spule verbundenes Segment und ein mit der äußeren Spule verbundenes Segment aufweist, und dass der Stator eine Bürste aufweist, die den Gleichrichter schleifend berührt und der inneren Spule und der äußeren Spule Gleichstrom zuführt.
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Bei diesem Aufbau weisen, wenn der inneren Spule und der äußeren Spule Gleichstrom von der Bürste durch den Gleichrichter zugeführt wird, die zwischen der Bürste und dem Segment erzeugten Funken dieselbe Größe auf.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine Querschnittdarstellung, die einen Gleichstrommotor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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2 ist eine grafische Darstellung eines Wegs magnetischer Feldlinien, der in einer in 1 dargestellten inneren Spule erzeugt wird.
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3 ist eine grafische Darstellung eines Wegs magnetischer Feldlinien, der in einer in 1 dargestellten äußeren Spule erzeugt wird.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Eine Ausführungsform eines Gleichstrommotors wird nun unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Ein in 1 dargestellter Gleichstrommotor weist einen Stator 1 und einen Anker 2 auf, der so gelagert ist, dass er an der Innenseite des Stators 1 drehbar ist. Der Stator 1 weist ein zylindrisches Jochgehäuse 3 auf. Der Stator 1 weist auch drei als N-Pole dienende Magnete 4 und drei als S-Pole dienende Magnete 5 auf, die an der Innenumfangsfläche des Jochgehäuses 3 angeordnet sind. Die drei als N-Pole dienende Magnete 4 und die drei als S-Pole dienende Magnete 5 sind in einer Umfangsrichtung abwechselnd angeordnet und bilden sechs magnetische Pole.
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Der Anker 2 weist eine rotierende Welle 6 auf, die sich in der Mitte des Jochgehäuses 3 in der radialen Richtung befindet. Die zwei Enden der rotierenden Welle 6 werden von dem Jochgehäuse 3 so gehalten, dass sie drehbar ist. Ein Gleichrichter 7 ist an einem Ende der rotierenden Welle 6 angeordnet und befindet sich in dem Jochgehäuse 3. Der Gleichrichter 7 dreht sich einteilig mit der rotierenden Welle 6. Der Gleichrichter 7 weist vierundzwanzig Segmente 8 auf, die in gleichen Abständen in der Umfangsrichtung angeordnet sind.
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Zwei Bürsten 9 sind auf gegenüberliegenden Seiten der rotierenden Welle 6 nahe dem Gleichrichter 7 angeordnet. Jede Bürste 9 weist ein distales Ende auf, das den Gleichrichter 7 schleifend berührt. Von einer externen Einrichtung zugeführter Gleichstrom wird von den Bürsten 9 nacheinander den Segmenten 8 zugeführt, wenn die Segmente 8 den Bürsten 9 gegenüberliegen.
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Der axial mittlere Abschnitt der rotierenden Welle 6 weist einen Kern 10 auf, der sich einteilig mit der rotierenden Welle dreht. Der Kern 10 weist zwölf Zähne 11 auf, die in Richtung der Innenumfangsfläche des Jochgehäuses 3 verlaufen. Die zwölf Zähne 11 sind in gleichen Abständen angeordnet. Jeder Zahn 11 weist ein distales Ende auf, das sich in zwei Verzweigungsabschnitte 12 aufgabelt.
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Die Verzweigungsabschnitte 12 jedes Zahns 11 weisen distale Enden auf, die aufeinander zu verlaufen. Wie in 2 und 3 dargestellt ist, stimmt ein erster Spalt t1 zwischen einem Verzweigungsabschnitt 12 jedes Zahns und einem Verzweigungsabschnitt 12 des benachbarten Zahns 11 mit einem zweiten Spalt t2 zwischen den Verzweigungsabschnitten 12 jedes Zahns 11 überein. In der vorliegenden Ausführungsform sind der erste Spalt t1 und der zweite Spalt t2 jeweils auf 3 mm eingestellt.
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Ein dritter Spalt d verläuft zwischen der Innenumfangsfläche des Jochgehäuses 3 und den Verzweigungsabschnitten 12 jedes Zahns 11. Der dritte Spalt d ist länger als der erste Spalt t1 und der zweite Spalt t2. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Abstand des dritten Spalts d auf 4,7 mm eingestellt.
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Eine zweischichtig aufgebaute Ankerspule ist um jeden Zahn 11 gewickelt. Eine innere Spule 13 ist um das distale Ende des Zahns 11 in konzentrierten Wicklungen herum gewickelt. Eine äußere Spule 14 ist zwischen einem Verzweigungsabschnitt 12 des Zahns 11 und einem Verzweigungsabschnitt 12 des benachbarten Zahns 11 in verteilten Wicklungen gewickelt.
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Die inneren Spulen 13 und die äußeren Spulen 14 sind mit entsprechenden Segmenten 8 im Gleichrichter 7 verbunden. Wenn den Bürsten 9 Gleichstrom zugeführt wird, lässt der den inneren Spulen 13 und den äußeren Spulen 14 zugeführte Gleichstrom den Anker 2 drehen.
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Die innere Spule 13 weist weniger Windungen auf als die äußere Spule 14. Wie in 2 dargestellt ist, enthält ein erster Weg magnetischer Feldlinien mgw1, der erzeugt wird, wenn Gleichstrom durch die innere Spule 13 fließt, den ersten Spalt t1, der eine drei Millimeter dicke Luftschicht ist.
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Ein zweiter Weg magnetischer Feldlinien mgw2, der erzeugt wird, wenn Gleichstrom durch die äußere Spule 14 fließt, weist zwei parallel zueinander verlaufende Wege magnetischer Feldlinien auf. Der zweite Weg magnetischer Feldlinien mgw2 weist insbesondere einen Weg magnetischer Feldlinien auf, der den zweiten Spalt t2 enthält, der eine drei Millimeter dicke Luftschicht ist, und einen Weg magnetischer Feldlinien, der den dritten Spalt d enthält, dessen Abstand die Summe aus der Dicke der Luftschicht von den Verzweigungsabschnitten 12 der Zähne 11 zu den Innenumfangsflächen der Magnete 4 und 5 und der radialen Dicke der Magnete 4 und 5 ist. Der Abstand des dritten Spalts d beträgt 4,7 mm. Mit anderen Worten ist der Abstand des dritten Spalts d der Abstand von der radial äußeren Seite jedes Verzweigungsabschnitts 12 zur Innenumfangsfläche des Jochgehäuses 3.
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Wenn die innere Spule 13 dieselbe Anzahl von Windungen aufweist wie die äußere Spule 14, ist die Induktanz der inneren Spule 13 größer als die der äußeren Spule 14. In der vorliegenden Ausführungsform weist die innere Spule 13 weniger Windungen auf als die äußere Spule 14, damit der Unterschied der Induktanz zwischen der inneren Spule 13 und der äußeren Spule 14 verringert wird. Die Anzahl von Windungen der äußeren Spule 14 ist ferner höher, damit die Verringerung der Anzahl von Windungen der inneren Spule 13 ausgeglichen wird.
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Die Funktionsweise des vorstehenden Gleichstrommotors wird nun beschrieben.
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Wenn der Bürste 9 Gleichstrom von einer externen Einrichtung zugeführt wird, wird von dem Gleichstrom, der nacheinander der inneren Spule 13 und der äußeren Spule 14 von dem Segment 8 aus zugeführt wird, ein Magnetfeld erzeugt. Des Weiteren wird ein Magnetfeld von den Magneten 4 und 5 des Stators 1 erzeugt. Die Magnetfelder erzeugen eine Drehkraft in dem Anker 2 und drehen die rotierende Welle 6.
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Die Induktanz der inneren Spule 13 stimmt im Wesentlichen mit der der äußeren Spule 14 überein. Die zwischen der Bürste 9 und dem mit der inneren Spule 13 verbundenen Segment 8 erzeugten Funken sind somit im Wesentlichen genauso groß wie die zwischen der Bürste 9 und dem mit der äußeren Spule 14 verbundenen Segment 8 erzeugten Funken.
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Der vorstehende Gleichstrommotor weist die nachstehend beschriebenen Vorteile auf.
- (1) Der Gleichstrommotor weist eine zweischichtig aufgebaute Ankerspule auf. Die innere Spule 13 weist weniger Windungen auf als die äußere Spule 14, sodass die Induktanz der inneren Spule 13 im Wesentlichen der der äußeren Spule 14 entspricht. Die zwischen der Bürste 9 und dem mit der inneren Spule 13 verbundenen Segment 8 erzeugten Funken sind somit im Wesentlichen genauso groß wie die zwischen der Bürste 9 und dem mit der äußeren Spule 14 verbundenen Segment 8 erzeugten Funken.
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Die Anzahl von Windungen wird nicht einfach verringert, sodass die innere Spule 13 weniger Windungen aufweist als die äußere Spule 14. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Anzahl von Windungen der äußeren Spule 14 vielmehr erhöht, damit die Verringerung der Anzahl von Windungen der inneren Spule 13 ausgeglichen wird. Mit einer derartigen Anordnung wird ein relativer Unterschied zwischen der Anzahl von Windungen der inneren Spule 13 und der der äußeren Spule 14 erzeugt. Des Weiteren entspricht die Induktanz der inneren Spule 13 der der äußeren Spule 14. Die Gesamtanzahl von Windungen wird somit nicht verringert und die Ausgangseigenschaften des Motors können beibehalten werden.
- (2) Die Funken haben dieselbe Größe. Dadurch wird die Entstehung von Absätzen an der Oberfläche des Segments 8 eingeschränkt, die durch einen durch Funken bedingten Verschleiß verursacht werden würde. Die Bürste 9 und der Gleichrichter 7 können somit jeweils eine längere Lebensdauer aufweisen.
- (3) Die zwischen der Bürste 9 und dem Segment 8 erzeugten Funken können reduziert werden. Dadurch werden hochfrequente Störungen vermindert, die durch von den Funken herrührendes elektromagnetisches Rauschen erzeugt werden.
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Es sollte für einen Fachmann ersichtlich sein, dass die vorliegende Erfindung in vielen anderen konkreten Formen ausgeführt sein kann, ohne vom Geist oder Umfang der Erfindung abzuweichen. Es sollte insbesondere zu verstehen sein, dass die vorliegende Erfindung in der folgenden Form ausgeführt sein kann.
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Die innere Spule und die äußere Spule können dieselbe Induktanz aufweisen, indem die Anzahl von Windungen lediglich in der inneren Spule verringert wird oder die Anzahl von Windungen lediglich in der äußeren Spule erhöht wird.
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Die vorliegenden Beispiele und Ausführungsformen sollen als veranschaulichend und nicht einschränkend betrachtet werden und die Erfindung ist nicht auf die hier angegebenen Einzelheiten zu beschränken, sondern kann innerhalb des Umfangs und der Gleichwertigkeit der beigefügten Ansprüche abgewandelt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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