DE1438370B2 - Gleichstrommotor mit axialem Luftspalt - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Gleichstrom- sierung ohne äußere Schaltungsanordnungen beseitigt

motor mit axialem Luftspalt und einer durch doppel- sind.

seitiges Bedrucken einer Trägerscheibe gebildeten Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, gleichstromgespeisten Läuferwicklung, bei welchem daß in dem Erregerpolkranz wenigstens ein Polpaar der Ständer wenigstens einen Kranz von Magnet- 5 aus Magnetkernen gebildet ist, die an der Stirnfläche polen aufweist, die vor einem ringförmigen Bereich mit Zähnen versehen sind, die in der konstanten der Läuferscheibe liegen, in dem die Wicklungsleiter Querrichtung verlaufen, daß auf den beiden Magneteine im wesentlichen konstante Querrichtung haben. kernen dieses Polpaares Wicklungen angeordnet sind,

Derartige Axialluftspalt-Gleichstrommotoren mit die gegenphasig mit Wechselstrom gespeist werden, gedruckten Wicklungen ergeben beträchtliche Vor- io daß die übrigen Polpaare des Polkranzes als Perteile hinsichtlich der Vereinfachung der Herstellung manentmagnetpole ausgebildet sind und daß die in und des Leistungsgewichts. Da der Rotor infolge dem ringförmigen Bereich der Läuferscheibe liegenscines geringen Trägheitsmoments auf Drehfeld- den Wicklungsleiter mit gleicher Breite und Zwischwingungen stärker reagiert als ein herkömmlicher schenräumen von gleicher Breite wie die Zähne so zylindrischer Rotor, ist vorgeschlagen worden, die 15 ausgebildet sind, daß die magnetischen Eigenschaften Läuferscheibe durch Einfügung eines leitenden Rings der den Leitern entsprechenden Flächen und der zu dämpfen. Das Drehmoment eines derartigen den Zwischenräumen entsprechenden Flächen verMotors weist eine außerordentlich geringe Modula- schieden sind.

tion auf, weil die Läuferwicklung keine Nuten auf- Bei dem nach der Erfindung ausgeführten Motor weist und die Leerlaufdrehzahl mit einer Dämpfung 20 arbeitet die Gleichstromwicklung mit den Permanentder angegebenen Art nur von der Speisespannung magneten nach Art eines üblichen Axialluftspaltabhängt. Dadurch sind die schnellen Drehzahl- Gleichstrommotors zusammen; für die Wirkungsschwankungen beseitigt; es bestehen jedoch noch weise ist es dabei unerheblich, daß einige Pole fehlen, langsame Schwankungen oder Abweichungen der Die mit Wechselstromwicklungen versehenen ge-Drehzahl, zu deren Beseitigung bisher nur außerhalb 25 zahnten Pole wirken dagegen mit den in regelmäßiger der Maschine liegende Steueranordnungen ange- Folge abwechselnden Flächen mit unterschiedlichen wendet weiden konnten, wodurch ein verhältnis- magnetischen Eigenschaften nach Art eines Tonrads mäßig komplizierter elektronischer Aufwand er- zusammen. Dieses Tonrad bleibt jedoch wirkungslos, forderlich war. solange die Gleichstrommaschine mit der Synchron-

Es ist bereits bekannt, die Drehzahl eines Gleich- 30 drehzahl läuft. Nur wenn die Drehzahl von diesem

strommotors bei Schwankungen der Speisespannung Nennwert abzuweichen sucht, übt das Tonrad ein

oder der Belastung dadurch konstant zu halten, daß beschleunigendes bzw. bremsendes Moment aus, das

der Erregerstrom in Abhängigkeit von der Frequenz die Synchrondrehzahl aufrechterhält,

einer Wechselspannung gesteuert wird, die von der Bei diesem Motor wird somit die Leistung im

Gleichstromwicklung abgegriffen wird und daher 35 wesentlichen von der Gleichstromquelle geliefert,

eine der Drehzahl proportionale Frequenz hat. Auch während die Wechselstromquelle lediglich eine

bei dieser bekannten Maschine werden zur Drehzahl- Korrekturgröße abgibt bzw. aufnimmt,

regelung äußere Schaltungsmittel verwendet. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der

Es ist andererseits bekannt, einen genauen Syn- Zeichnung dargestellt. Darin zeigt
chronlauf zwischen zwei oder mehr Gleichstrom- 40 F i g. 1 die Ansicht der Hälfte einer Läuferscheibe motoren zu gewährleisten, indem die Gleichlauf- für eine nach der Erfindung ausgebildete Maschine; Störungen beseitigt werden, die dann auftreten, wenn F i g. 2 und 3 zeigen Schnittansichten eines Teils einer der Motoren stark belastet wird. Zu diesem der Läuferscheibe von F i g. 1 bei verschiedenen Aus-Zweck wird eine übliche Nutenwicklung angewendet, führungsformen der Erfindung;
wobei der Läufer mit breiten Nuten versehen ist, die 45 F i g. 4 zeigt eine Ansicht eines Teils des Erregers durch schmalere Zähne voneinander getrennt sind, einer nach der Erfindung ausgebildeten Maschine, und die Stirnflächen der Polschuhe des Ständers sind welche den Läufer von F i g. 1 enthält, und
mit Zähnen versehen, deren Teilung halb so groß F i g. 5 eine schematische und in eine gerade Linie wie die Teilung der Läuferzähne ist. Die Erreger- gebrachte Schnittansicht der Verzahnung und des wicklung ist zwischen die einzelnen Zähne dieser 50 Läufers einer Maschine nach der Erfindung.
Polschuhe eingelegt. Diese Erregerwicklung dient zur F i g. 1 zeigt die Ansicht der Hälfte einer Seite Abnahme eines Wechselstroms, der durch die einer Läuferwicklung, die nach Art einer Wellen-Drehung der Maschine darin induziert wird. Diese wicklung ausgebildet ist. Diese Wicklung besteht aus Wicklung ist also nur dann von Nutzen, wenn zwei zwei Sätzen von Spulenseiten, die innig auf den Maschinen mit Hilfe dieser Synchronisierwicklungen 55 beiden Seiten eines isolierenden Trägers haften und zusammengekoppelt werden, weil dann bei unter- mittels leitender Durchführungen durch das Isolierschiedlicher Drehzahl eine EMK entsteht, die der material an den Enden der Spulenseitenleiter mit-Diflerenz der in den beiden in Serie geschalteten einander verbunden sind. Jeder Spulenseitenleiter be-Wicklungen induzierten elektromotorischen Kräfte steht aus einem mittleren, annähernd radialen Abentspricht und den Gleichlauf wiederherstellt. Mit 60 schnitt 1, der an einem Ende in einen gekrümmten dieser Lösung können aber die beim Betrieb eines äußeren Abschnitt 2 und am inneren Ende in einen Gleichstrommotors über größere Zeiträume auf- gekrümmten inneren Abschnitt 3 übergeht. Die getretenden langsamen Drehzahlschwankungen nicht krümmten Abschnitte 2 und 3 gehen bis zum äußeren beseitigt werden. bzw. inneren Rand des isolierenden Trägerrings und

Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines 65 enden an diesen Rändern in »Kontaktstücken« 4

Axialluftspaltmotors der angegebenen Art, bei dem bzw. 5. In diesen Kontaktstücken sind die Ver-

die über größere Zeiträume auftretenden Drehzahl- bindungen von der einen zur anderen Seite ausge-

schwankungen durch eine Wechselstromsynchroni- bildet, beispielsweise in Form von metallisierten

Löchern, wie dies bei doppelseitig gedruckten Schaltungen bekannt ist. Die Leiter der Wicklung sind auf ihren Träger aufgedruckt. Der Träger kann aus einem Isoliermaterial 8 bestehen, wie im Fall von F i g. 2 oder 3 angenommen ist.

Die gekrümmten Leiterabschnitte der Spulenseiten schließen sich vorzugsweise aneinander an. Dies ist einerseits aus Gründen der Raumausnützung erwünscht; andererseits ist es vorteilhaft, daß diese Leiterabschnitte, die in elektromagnetischer Hinsicht unwirksam sind, möglichst große Querschnitte haben, damit ihr Widerstand und damit die ohmschen Verluste in diesem Teil der Wicklung möglichst herabgesetzt werden. Die Leiter haben in ihren radialen Abschnitten nur die halbe Breite, so daß zwischen ihnen Zwischenräume der gleichen Breite in dem von den radialen Leiterabschnitten eingenommenen Ring entstehen. Wenn der Träger aus Isoliermaterial besteht (F i g. 2), können diese Zwischenräume mit einem magnetischen Material 16 gefüllt werden. Man kann auch einen magnetischen Träger so gravieren, daß Zähne aus Magnetmaterial glatt mit den Leitern 1 abschneiden. Da die zu erfüllende Bedingung im wesentlichen die Abwechslung von Leitern und magnetischen Zähnen oder von magnetischen Zähnen und dazwischenliegenden »magnetischen Nuten« in einem Wicklungsring ist, kann man umgekehrt auch die Wicklung aus einem zugleich leitenden und magnetischen Material ausbilden und auf einen isolierenden Träger aufbringen; in diesem Fall bilden die Abschnitte 1 der Spulenseitenleiter die für den Zweck der Synchronisation benötigten magnetischen Zähne (F i g. 3). Da die Leiter eine sehr geringe Dicke haben, kann man in allen Fällen praktisch nicht davon sprechen, daß der Läufer mit Nuten versehen ist, so daß die Eigenschaft erhalten bleibt, daß die schnelle Flußmodulation beim normalen Betrieb der Maschine nicht oder nur sehr wenig auftritt.

Die andere Seite der Wicklung ist mit der dargestellten Seite identisch, doch sind natürlich die gekrümmten Abschnitte auf den beiden Seiten in ihrer räumlichen Überlagerung entgegengesetzt geneigt. Die Wicklung wird einfach durch die metallischen Durchführungen an den Enden der Leiter geschlossen. Nicht dargestellte Bürsten liegen auf einem der Ringe aus den geneigten Leiterabschnitten auf einer Seite der Wicklung auf, beispielsweise auf dem Ring aus den inneren Abschnitten 3.

Der dargestellten Wicklung ist in der Maschine ein Ständererreger zugeordnet, von dem ein Teil in F i g. 4 dargestellt ist. Dieser Erreger hat acht Pole, von denen nur sechs Pole in Form von Permanentmagneten 9 wirklich vorhanden sind. Die Pole wechseln in dem Polkranz miteinander ab, und die radiale Höhe des Polkranzes ist im wesentlichen gleich der radialen Höhe des Rings, den die radialen Leiterabschnitte der Wicklung bilden. Zwei Magnetpole sind fortgelassen und durch eine doppelte Verzahnung 10 (F i g. 4 und 5) ersetzt. Jede Hälfte dieser Verzahnung ist mit einer Wicklung 11 ausgestattet. Diese Wicklungen sind miteinander verbunden und an eine Wechselstromquelle so angeschlossen, daß sie in den beiden Verzahnungen gegenphasig wirken. Auf der anderen Seite der Wicklung kann der Ständer ein einfaches Magnetjoch 12 (F i g. 5) aufweisen. An dieser Stelle könnte auch nochmals die gleiche Anordnung wie in F i g. 4 vorgesehen sein; in diesem Fall wären die Wechselstromwicklungen in Reihe geschaltet.

Gegebenenfalls kann man auch eine größere Zahl von Erregerpolen paarweise fortlassen und' durch eine entsprechende Zahl von doppelten Verzahnungen der dargestellten Art ersetzen. Ein Motor der beschriebenen Art kann sogar mit einem einzigen Paar von permanenten Magnetpolen arbeiten. Das Fortlassen von Polpaaren hat nämlich keine störende Unsymmetrie in einem mit Wellenwicklung ausgeführten eisenfreien Anker zur Folge, sondern es wird dadurch lediglich die elektromotorische Kraft verringert (beispielsweise im Verhältnis 8 : 6, wenn man bei einem Erreger, der normalerweise vier Polpaare enthält, ein Polpaar fortläßt).

Die Anordnung mit der doppelten Verzahnung bildet im Zusammenwirken mit den abwechselnden magnetischen und nichtmagnetischen Abschnitten des Ankers praktisch eine Art Synchronuhrenmotor. Bei N Zähnen auf der Läuferscheibe und der Speisespannungsfrequenz / beträgt die Synchrondrehzahl η = 2//7V Umdrehungen/Sekunde. Die Synchronisation ist somit automatisch gewährleistet.

Das Drehmoment entspricht der Summe des Drehmoments des Gleichstromankers und des Wechselstrom-Drehmoments der Frequenz 2/, dessen Vorzeichen und Amplitude von der gegenseitigen Phase der beiden Verzahnungen, nämlich der doppelten Verzahnung 10 und der von dem Wicklungsaufbau gebildeten Verzahnung, im Augenblick des größten Erregerflusses abhängen. Da die in die Maschine eingebaute Synchronisationseinrichtung ein gewisses überschüssiges Drehmoment aufnehmen oder umgekehrt ein zusätzliches Drehmoment liefern kann, falls die Drehzahl bei Belastung abzusinken droht, werden langsame Drehzahlschwankungen unterdrückt, und die Dämpfung des Läufers kann beträchtlich vermindert werden.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Gleichstrommotor mit axialem Luftspalt und einer durch doppelseitiges Bedrucken einer Trägerscheibe gebildeten gleichstromgespeisten Läuferwicklung, bei welchem der Ständer wenigstens einen Kranz von Magnetpolen aufweist, die vor einem ringförmigen Bereich der Läuferscheibe liegen, in dem die Wicklungsleiter eine im wesentlichen konstante Querrichtung haben, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Erregerpolkranz wenigstens ein Polpaar aus Magnetkernen gebildet ist, die an der Stirnfläche mit Zähnen versehen sind, die in der konstanten Querrichtung verlaufen, daß auf den beiden Magnetkernen dieses Polpaares Wicklungen angeordnet sind, die gegenphasig mit Wechselstrom gespeist werden, daß die übrigen Polpaare des Polkranzes als Permanentmagnetpole ausgebildet sind und daß die in dem ringförmigen Bereich der Läuferscheibe liegenden Wicklungsleiter mit gleicher Breite und Zwischenräumen von gleicher Breite wie die Zähne so ausgebildet sind, daß die magnetischen Eigenschaften der den Leitern entsprechenden Flächen und der den Zwischenräumen entsprechenden Flächen verschieden sind.

2. Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter magnetisch sind und daß der Wicklungsträger nichtmagnetisch ist.

3. Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wicklungsträger magnetisch ist und die nichtmagnetischen Leiter in Gravierungen des Wicklungsträgers eingebettet sind.

4. Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter und der Wicklungsträger nichtmagnetisch sind und daß die Zwischenräume zwischen den Leitern mit einem magnetischen Material gefüllt sind.

5. Gleichstrommotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Leiter der Wicklung aus einem im wesentlichen radialen mittleren Abschnitt und zwei geneigten oder gekrümmten Abschnitten besteht, welche bis zum äußeren bzw. inneren Umfang des ringförmigen Wicklungsträgers verlaufen, und daß sich die geneigten bzw. gekrümmten Abschnitte wenigstens im inneren Abschnitt des Wicklungsträgers aneinander anschließen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen