DE1115353B

DE1115353B - Small direct current motor, in particular for driving record players

Info

Publication number: DE1115353B
Application number: DEE15901A
Authority: DE
Inventors: Harald Ernest Barnes
Original assignee: EMI Ltd
Current assignee: EMI Ltd
Priority date: 1957-05-23
Filing date: 1958-05-21
Publication date: 1961-10-19

Description

Gleichstromkleinmotor, insbesondere zum Antrieb von Schallplattenspielern Die Erfindung betrifft einen Gleichstromkleinmotor, insbesondere zum Antrieb von Schallplattenspielern. Es ist ein Gleichstromkleinmotor bekannt, der sich insbesondere zum Antrieb des Plattentellers batteriegespeister Schallplattenspieler eignet, der aus einem entlang des Durchmessers permanentmagnetisierten, kreisringförmigen Feldmagneten und einem dreipoligen Anker- gebildet ist. Ein solcher dreipoliger Anker ist günstig, weil die Wicklungen in einfacher Weise aufgebracht werden können. Eine derartige Anordnung von Permanentmagnet und Anker hat jedoch den Nachteil, daß sich die Magnetpole an den Enden des Durchmessers des Ringmagneten befinden und der magnetische Widerstand des magnetischen Kreises im Motor erheblich kleiner ist, wenn einer der Ankerpole mit der Magnetisierungsrichtung des Permanentmagneten übereinstimmt, als wenn einer der. Ankerpole senkrecht zur Magnetisierungsrichtung steht. Dadurch kommt der Anker beim Abschalten des Motors stets. in einer Stellung kleinsten magnetischen Widerstandes zur Ruhe, und nach dem Einschalten des Motors schwankt das zum Antrieb des Ankers entwickelte Drehmoment entsprechend der Winkelstellung des Ankers. Es ist am größten, wenn ein Ankerpol sich von der unmittelbaren Nachbarschaft eines Magnetpols fortbewegt. Diese Schwankungen des Drehmoments haben zur Folge, daß der Anker ruckartige Bewegungen ausführt und nicht mit konstanter Geschwindigkeit umläuft. Eine derartige ungleichförmige Bewegung ist insbesondere bei einem Motor unerwünscht, mit dem der Plattenteuer eines Schallplattenspielers angetrieben werden soll.Small DC motor, in particular for driving record players The invention relates to a small DC motor, in particular for driving Record players. It is a DC small motor known, in particular battery-powered record player suitable for driving the turntable, the from a ring-shaped field magnet permanently magnetized along its diameter and a three-pole armature is formed. Such a three-pole anchor is cheap, because the windings can be applied in a simple manner. Such a one However, the arrangement of permanent magnet and armature has the disadvantage that the magnetic poles located at the ends of the diameter of the ring magnet and the magnetic resistance of the magnetic circuit in the motor is considerably smaller if one of the armature poles coincides with the magnetization direction of the permanent magnet, as if one the. Armature pole is perpendicular to the direction of magnetization. This is where the anchor comes in always when the engine is switched off. in a position of lowest magnetic resistance to rest, and after the motor is switched on, that fluctuates to drive the armature developed torque according to the angular position of the armature. It is greatest when an armature pole moves away from the immediate vicinity of a magnetic pole. These fluctuations in torque have the consequence that the armature jerky movements executes and does not rotate at a constant speed. Such a non-uniform one Movement is particularly undesirable in an engine with which the flat adventure a turntable is to be driven.

Es ist ferner ein Gleichstrommotor mit zwei Statorpolen und drei Rotorpolen bekannt, bei dem zur Verbesserung des Drehmoments im Bereich seines Minimums Nuten an den Ankerzähnen oder unsymmetrisch zum Polkern angeordnete überlappungen der Feldpole vorgesehen sind. Diese Maßnahmen dienen aber lediglich zur Verbesserung der Anlaufeigenschaften, wenn der Rotor im Drehmomentminimum stehengeblieben ist. Ein gleichmäßiger Lauf, wie er bei Motoren für Plattenspieler gefordert wird, kann mit diesen Maßnahmen nicht erreicht werden. Außerdem würde sich bei einem Motor, dessen Stator aus einem in sich geschlossenen ringförmigen Magneten gebildet wird, eine unsymmetrische überlappung der Feldpole nicht erreichen lassen.It is also a DC motor with two stator poles and three rotor poles known in which to improve the torque in the region of its minimum grooves overlaps arranged on the anchor teeth or asymmetrically to the pole core Field poles are provided. However, these measures are only intended to improve the situation the starting properties when the rotor has stopped at the minimum torque. A smooth run, as it is required for motors for turntables, can cannot be achieved with these measures. In addition, an engine whose stator is formed from a self-contained ring-shaped magnet, do not allow an asymmetrical overlap of the field poles to be achieved.

Die Erfindung betrifft einen Gleichstromkleinmotor mit mehrpoligem, vorzugsweise zweipoligem Stator und mehrpoligem, vorzugsweise dreipoligem Rotor, bei dem die obenerwähnten Drehmomentschwankungen vermindert sind. Gemäß der Erfindung ist die Breite des Luftspalts zwischen Rotor und Stator längs des Umfanges des Rotors derart verschieden bemessen, daß sie bei gegenüberliegender Stellung eines Rotorpols mit einem Statorpol in deren Mitte am -größten ist und von dort innerhalb eines bestimmten Bereichs nach beiden Seiten abnimmt. Vorzugsweise liegen die Außenflächen der Rotorpole auf einer exakt zylindrischen Fläche, während der Stator aus einem in sich geschlossenen, ringförmigen Magneten mit einer öffnung elliptischen Querschnittes besteht, dessen Pole an den Enden der großen Achse der Ellipse angeordnet sind.The invention relates to a small DC motor with multi-pole, preferably two-pole stator and multi-pole, preferably three-pole rotor, in which the above-mentioned torque fluctuations are reduced. According to the invention is the width of the air gap between rotor and stator along the circumference of the rotor dimensioned so different that they are in the opposite position of a rotor pole with a stator pole in the middle of which is the largest and from there within one decreases in a certain range on both sides. The outer surfaces are preferably located the rotor poles on an exactly cylindrical surface, while the stator consists of a self-contained, ring-shaped magnet with an opening of elliptical cross-section consists, the poles of which are arranged at the ends of the major axis of the ellipse.

Dadurch, daß die radiale Breite des Luftspalts zwischen den Rotor- und Statorpolen in deren Mitte ein Maximum aufweist, wird das den Rotor antreibende Drehmoment gleichmäßiger, als dies der Fall sein würde, wenn die radiale Breite des Luftspalts konstant wäre, weil nämlich dann, wenn- ein Rotorpol einem Statorpol gegenüberliegt, das zum Antrieb des Ankers erforderliche Drehmoment kleiner ist- und der Anker daher mit einer weitgehend konstanteren Geschwindigkeit rotiert. Die Zunahme der Luftspaltbreite im Bereich der Polmitte bringt, wie -erwähnt, eine Verminderung des Drehmoments mit sich, das von dem Anker entwickelt werden kann. Diese Wirkung wird aber vorzugsweise durch Vergrößerung der Ampere-Windungszahl der Ankerwicklung ausgeglichen. Durch die konstantere Geschwindigkeit des Ankers werden ferner die in den Lagern des Ankers wirksamen Reibungskräfte kleiner als bei dem mit ungleichförmiger Geschwindigkeit rotierenden Anker bekannter Motoren. Da in batteriebetriebenen Kleinmotoren ein großer Teil der von der Batterie gelieferten Energie zur Überwindung der Lagerreibung aufgewendet werden muß, wird durch die Verminderung der Lagerreibung der Wirkungsgrad des Motors verbessert. Der Nutzeffekt der erfindungsgemäßen Anordnung erbringt zusammen mit der kompensierenden Vergrößerung der Amperewindungszahl eine erhebliche Vergrößerung des Motorwirkungsgrades, der sich insbesondere bemerkbar macht, wenn der Anker eine nur kleine Anzahl von Polen, z. B. drei, besitzt. Es wird angenommen, daß die Zunahme des Wirkungsgrades teilweise der Verminderung der Reibung in den Ankerlagern zuzuschreiben ist und daß diese Wirkungsgradzunahme außerdem eine Verminderung der den Ankerwicklungen zugeführten Amperezahl bei gleicher Drehgeschwindigkeit ermöglicht und der Wirkungsgrad durch diese letztgenannte Verminderung noch weiter wegen der damit zusammenhängenden Verringerung der Kupfer- und Hysteresisverluste verbessert wird. Zum besseren Verständnis der Erfindung wird nachstehend ein Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnung näher erläutert.Because the radial width of the air gap between the rotor and stator poles has a maximum in the middle, the one driving the rotor becomes Torque more even than it would be if the radial width of the air gap would be constant because, namely, if- a rotor pole opposite a stator pole, the torque required to drive the armature is smaller - and the anchor is therefore at a largely more constant speed rotates. As mentioned, the increase in the air gap width in the area of the pole center a reduction in the torque developed by the armature can. However, this effect is preferably achieved by increasing the number of ampere turns the armature winding balanced. Due to the more constant speed of the anchor furthermore, the frictional forces acting in the bearings of the armature are smaller than in the case of the armature of known motors rotating at irregular speeds. As in battery-operated small motors, a large part of the energy supplied by the battery Energy to overcome the bearing friction must be expended, is through the Reducing the bearing friction improves the efficiency of the motor. The benefit the arrangement according to the invention produces together with the compensating magnification the number of ampere-turns a significant increase in the motor efficiency, the is particularly noticeable when the anchor has only a small number of poles, z. B. three owns. It is believed that the increase in efficiency is partly the reduction in friction in the armature bearings is attributable and that this The increase in efficiency also reduces the amount fed to the armature windings Amperage at the same rotational speed allows and the efficiency through this latter reduction even further because of the associated reduction the copper and hysteresis losses are improved. To better understand the In the following, an exemplary embodiment is explained in more detail with reference to the drawing.

Fig. 1 zeigt im Querschnitt einen erfindungsgemäß ausgebildeten Elektromotor, und in Fig. 2 sind der Anker und der Stator des in Fig. 1 gezeigten Motors im Querschnitt dargestellt.Fig. 1 shows in cross section an electric motor designed according to the invention, and in Fig. 2, the armature and the stator of the motor shown in Fig. 1 are in cross section shown.

Das Gehäuse des in Fig. 1 dargestellten Motors besteht aus den beiden vorzugsweise im Spritzgußverfahren hergestellten Teilen 1 und 2. Der Stator besteht aus einem ringförmigen, transversal magnetisierten Permanentmagneten 3 und ist fest in dem Teil l und lose im Teil t angebracht. Der Teil 2 ist mit diametral gegenüberliegenden radialen Ausschnitten versehen, in denen Wendelfedern 4 und 5 mit daran angebrachten Bürsten 6 und 7 befestigt sind. Die Bürsten 6 und 7 machen Kontakt mit den Lamellen eines Kommutators 8, der ebenso wie der Anker 9 koaxial zu dem Feld des Magneten 3 angeordnet ist. An der dem Kommutator 8 gegenüberliegenden Seite des Ankers 9 ist ein Geschwindigkeitsregler 10 vorgesehen. Der Kommutator 8; der Anker 9 und der Geschwindigkeitsregler 10 sind auf einer Welle 11 befestigt, die durch eine Öffnung des Gehäuses hindurch verläuft, in der ein geeignetes Lager 12 für die Welle 11 vorgesehen ist. An dem dem Anker 9 gegenüberliegenden Ende des Kommutators 8 ragt eine zweite Welle 13 hervor, die entweder ein Teil der Achse 11 oder ein getrennter Teil ist, die jedoch in jedem Fall koaxial zur Welle 11 verläuft. Die Welle 13 ist in -einem im Teil 2 des Gehäuses angebrachten Lager 14 gelagert. Die Teile 1 und 2 des. Gehäuses sind so ausgebildet, daß sie relativ zueinander verdreht werden können, um eine gute Kommutierung durch Verstellung der Bürsten 6 und 7 bezüglich der Pole des Magneten 3 einstellen zu können.The housing of the motor shown in Fig. 1 consists of the two parts 1 and 2, preferably manufactured by injection molding. The stator consists of an annular, transversely magnetized permanent magnet 3 and is fixedly attached in part 1 and loosely in part t. The part 2 is provided with diametrically opposed radial cutouts in which helical springs 4 and 5 with brushes 6 and 7 attached thereto are fastened. The brushes 6 and 7 make contact with the lamellae of a commutator 8 which, like the armature 9, is arranged coaxially to the field of the magnet 3. A speed controller 10 is provided on the side of the armature 9 opposite the commutator 8. The commutator 8; the armature 9 and the speed regulator 10 are mounted on a shaft 11 which extends through an opening in the housing in which a suitable bearing 12 for the shaft 11 is provided. At the end of the commutator 8 opposite the armature 9, a second shaft 13 protrudes, which is either a part of the axis 11 or a separate part, but which in any case runs coaxially to the shaft 11. The shaft 13 is mounted in a bearing 14 mounted in part 2 of the housing. The parts 1 and 2 of the housing are designed so that they can be rotated relative to one another in order to be able to set good commutation by adjusting the brushes 6 and 7 with respect to the poles of the magnet 3.

Wie in Fig. 2 zu erkennen ist, besitzt der Anker bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel drei Pole 15, 16, 17: Diese bilden miteinander jeweils einen Winkel von 120°, und ihre Außenflächen liegen exakt auf einer zylindrischen Fläche. Auf jedem der drei Pole befindet sich eine nicht gezeigte Spule. Die drei Spulen sind sternförmig in bekannter Weise mit dem Kommutator verbunden. Die Welle 11, auf der der Anker 9 befestigt ist, dient im vorliegenden Ausführungsbeispiel zum Antrieb des Plattentellers eines Schallplattenabspielgerätes. Der ringförmige Permanentmagnet 3 besitzt eine öffnung von elliptischem Querschnitt; die Richtung der Magnetisierung ist durch den Pfeil 18 angegeben. Die magnetische Achse des Permanentmagneten 3 stimmt also mit der großen Achse der sich im Querschnitt für die Bohrung des Dauermagneten ergebenden Ellipse überein. Die Pole des Magneten befinden sich daher jeweils an den mit N und S bezeichneten Stellen.As can be seen in FIG. 2, the armature in the illustrated embodiment has three poles 15, 16, 17: These each form an angle of 120 ° with one another, and their outer surfaces lie exactly on a cylindrical surface. There is a coil (not shown) on each of the three poles. The three coils are connected to the commutator in a star shape in a known manner. The shaft 11 on which the armature 9 is attached is used in the present exemplary embodiment to drive the turntable of a record player. The ring-shaped permanent magnet 3 has an opening with an elliptical cross section; the direction of magnetization is indicated by arrow 18 . The magnetic axis of the permanent magnet 3 thus coincides with the major axis of the ellipse resulting in the cross section for the bore of the permanent magnet. The poles of the magnet are therefore located at the points marked N and S.

In. der Zeichnung liegt der Ankerpol 15 dem magnetischen Pol N gegenüber. Infolge der Formgebung der einander gegenüberliegenden Flächen von Stator-und Rotorpol ist die Breite des Luftspalts zwischen diesen Polen in der Mitte am größten und nimmt von der Mitte zu beiden Seiten hin ab. Durch geeignete Wahl der Längen der großen und der kleinen Achse der elliptischen Öffnung und der Ausdehnung der Ankerpole in tangentialer Richtung kann eine derartig: unterschiedliche Luftspaltbreite erzielt werden, daß die Drehmomentschwankungen vermindert werden. Durch die elliptische Form des Magneten 3 wird erreicht, daß der magnetische Widerstand des magnetischen Kreises nahezu unabhängig von der Stellung des Ankers ist.In. the armature pole 15 is opposite the magnetic pole N in the drawing. As a result of the shape of the opposing surfaces of the stator and rotor poles, the width of the air gap between these poles is greatest in the middle and decreases from the middle to both sides. By suitable selection of the lengths of the major and minor axes of the elliptical opening and the extension of the armature poles in the tangential direction, such a different air gap width can be achieved that the torque fluctuations are reduced. The elliptical shape of the magnet 3 ensures that the magnetic resistance of the magnetic circuit is almost independent of the position of the armature.

Die Erfindung ist in ihrer Anwendung nicht auf Motoren für batteriebetriebene Schallplattenspieler beschränkt, sondern kann auch bei für andere Zwecke entwickelten Motoren angewendet werden. Der Magnet 3 kann auch außen im Querschnitt elliptische Form aufweisen, so daß die Dicke des Dauermagnetringes über den ganzen Umfang konstant ist. Die Erfindung ist auch bei Motoren mit mehr als den im Ausführungsbeispiel dargestellten Polen anwendbar.The invention is not applicable to battery-powered motors Record players are limited, but can also be used when designed for other purposes Motors are applied. The magnet 3 can also have an elliptical cross-section on the outside Have a shape so that the thickness of the permanent magnet ring is constant over the entire circumference is. The invention is also applicable to engines with more than those in the exemplary embodiment Poles shown are applicable.

Claims

CLAIMS: 1. Gleichstromkleinmotör with multi-core, preferably a two-pole stator and multi-pole, preferably a three-pole rotor, in particular for driving a turntable, data carried in that the width of the air gap between rotor and stator along the circumference of the rotor is dimensioned so differently that they is greatest when a rotor pole is positioned opposite one another with a stator pole in the middle and decreases from there within a certain range to both sides.

2. DC motor according to claim 1, characterized characterized in that the stator consists of a self-contained annular magnet with an opening of elliptical cross-section and its poles at the ends the major axis of the ellipse are provided and that the outer surfaces the rotor poles lie on an exactly cylindrical surface.

3. DC motor after Claim 1 and 2, characterized in that the stator magnet is a permanent magnet is formed.

4. DC motor according to claim 1 to 3, characterized in that that the outer surface of the stator is circular. Considered publications: German patent specification No: 579 160.