DE1613005B2 - Kollektorloser gleichstrommotor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen kollektorlosen Gleichstrommotor mit einem ein- oder vielpolpaarigen Permanentmagnetläufer und mit mehreren stationären Wicklungssträngen, die mittels einer Steuerschaltung nacheinander an eine Gleich-Stromquelle gelegt werden.

Kollektorlose Gleichstrommotoren dieser Art werden mit einer Statorwicklung ausgebildet, die mehrere, beispielsweise drei einzelne Wicklungsstränge aufweist, die gleichmäßig gegeneinander versetzt über den Umfang des Motors verteilt angeordnet sind (deutsche Zeitschrift »Der Elektromeister«, 1965, H. 17, S. 1234 bis 1236). Werden derartige Motoren mehrpolpaarig ausgeführt, so kann die Welle eines solchen Motors direkt als Tonwelle eines Tonbandgerätes ausgebildet sein, da an ihr ein gleichmäßiges und ausreichend starkes Drehmoment erzielbar ist.

Tonwellen von Tonbandgeräten müssen auf verschiedene Drehzahlen zur Erzielung unterschiedlicher Bandgeschwindigkeiten umschaltbar sein. Dabei wird bei allen Drehzahlen das gleiche Drehmoment gefordert. Andererseits ist auch die Versorgungsspannung des Gerätes bei jeder Drehzahl der Tonwelle die gleiche.

Beim Betrieb des Motors gilt folgende Spannungsgleichung:

wobei U_K die Klemmenspannung des Motors, EMK die in der Motorwicklung erzeugte elektromotorische Gegenkraft, R_w der Wicklungswiderstand und / der Motorstrom ist.

Soll das Drehmoment gleichbleiben, so muß bei jeder Drehzahl auch der gleiche Motorstrom I fließen. Bei einer Drehzahlverringerung bei gleichbleibendem Drehmoment wird aber auch die elektromotorische Gegenkraft EMK kleiner und damit eine geringere Klemmenspannung U_K erforderlich sein.

Bei bekannten drehzahlgeregelten Motoren wird der Unterschied der Klemmenspannung U_K des Motors von der im allgemeinen von einer Batterie gelieferten Versorgungsspannung durch einen Spannungsabfall an einem Vorwiderstand, beispielsweise an einem Transistor einer Steuerschaltung, bewirkt. (Deutsche Zeitschrift »Der Elektromeister«, 1965, H. 17, S. 1236, Bild 4.) Dies bedeutet eine nutzlose Vernichtung eines Teiles der zugeführten Energie, und der Wirkungsgrad der gesamten Anordnung, nämlich des Motors und seiner zugeordneten Regelschaltung, sinkt bei verringerter Drehzahl merk-Hch ab.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, den vorstehend geschilderten Nachteil zu vermeiden und einen kollektorlosen Gleichstrommotor der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem eine Drehzahlumschaltung ohne wesentliche Verminderung des Wirkungsgrades der Anlage erzielt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Wicklungsstränge in einzelne Abschnitte unterteilt sind, die über mindestens einen Umschalter oder eine Klemmleiste wahlweise so miteinander verbindbar sind, daß unterschiedliche Kombinationen von Parallel- und/oder Reihenschaltungen der Strangabschnitte entstehen. Dadurch können unterschiedliche Kombinationen von Parallel- und/oder Reihen-Schaltungen der Strangabschnitte im Sinne der Erzeugung einer unterschiedlichen elektromotorischen Gegenkraft im Strang hergestellt werden. Bei einpolpaarigen Maschinen können die Strangabschnitte durch Windungsgruppen einer einzigen Strangspule, und bei mehrpolpaarigen Maschinen können sie durch Einzelspulen oder Einzelspulenabschnitte gebildet sein.

Da die unterschiedlichen Bandgeschwindigkeiten von Tonbandgeräten genormt sind und sich jeweils durch den Faktor 2 voneinander unterscheiden, werden die Kombinationen von Parallel- und/oder Reihenschaltungen der Einzelspulen und Einzelspulenabschnitte der Wicklungsstränge mittels der Umschalter od. dgl. zweckmäßig so gewählt, daß in den Strängen wahlweise elektromotorische Gegenkräfte erzielbar sind, die sich ebenfalls jeweils durch den Faktor 2 voneinander unterscheiden. Gleichstrommotoren gemäß der Erfindung können aber auch für abweichende Drehzahlverhältnisse ausgelegt werden, indem die die Strangabschnitte bildenden Einzelspulen und/oder Einzelspulenabschnitte hinsichtlich der Größe der in ihnen erzeugten elektromotorischen Gegenkräfte ungleichmäßig bemessen sind.

Die erfindungsgemäß ausgebildeten kollektorlosen Gleichstrommotoren haben also den Vorteil, daß durch die mittels der unterschiedlichen Schaltungskombinationen getroffene Abstufung der im Motor erzeugten elektromagnetischen Gegenkraft (EMK) die Leistungsaufnahme der Anlage an die Drehzahlen angepaßt und dadurch ein weitgehend gleichmäßiger Wirkungsgrad bei sämtlichen Drehzahlen erzielt wird.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgebildeten Gleichstrommotors und die verschiedenen Kombinationsmöglichkeiten der Einzelspulen eines Wicklungsstranges schematisch dargestellt sind. Es zeigt

F i g. 1 eine Draufsicht auf die Läuferscheibe eines Gleichstrommotors in Flachbauweise,

F i g. 2 eine Draufsicht auf eine der Läuferscheibe nach F i g. 1 zugeordneten Ständerscheibe eines erfindungsgemäß ausgebildeten Motors,

F i g. 3 einen zentralen Querschnitt durch einen aus den in F i g. 1 und 2 gezeigten Teilen zusammengesetzten Gleichstrommotor,

F i g. 4 a bis 4 d vier verschiedene Schaltungskombinationen der Einzelspulen eines Wicklungsstranges eines erfindungsgemäß ausgebildeten Gleichstrommotors.

Die in F i g. 1 dargestellte Läuferscheibe 1 ist mit 16 gleichmäßig über ihren Umfang verteilt und im Abstand voneinander angeordneten Permanentmagnet-Ringsegmenten 2 abwechselnder Polung besetzt, also mit acht Polpaaren. Ihnen gegenüberliegend sind gemäß F i g. 2 auf einer Statorscheibe 3 zwölf flache Ringspulen 4 befestigt. Die Statorscheibe 3, die den Rückschluß für die Permanentmagneten bildet, ist in radialer Richtung lamelliert. Dies kann auf einfache Weise dadurch erreicht werden, daß die Scheibe 3 aus einem schmalen Weicheisenband 5 spiralförmig gewickelt wird.

In Fig. 3 ist ein aus einer Läuferscheibe 1 und einer Statorscheibe 3 aufgebauter flacher Gleichstrommotor dargestellt. Die Läuferscheibe 1 ist auf einer die sogenannte Tonwelle eines Tonbandgerätes bildenden Welle 6 mittels einer Hülse 7 befestigt. Die Welle steht vertikal und ruht mit ihrem unteren Ende 6 a auf einer Lagerkugel 8, die ihrerseits an einer im schematisch angedeuteten Gehäuse 9 des Motors ge-

lagerten Stellschraube 10 anliegt. Mittels der Stellschraube 10 kann die Höhenlage der Welle 6 und der mit ihr verbundenen Läuferscheibe 1 verstellt und damit der Luftspalt 11 zwischen den Permanentmagnetsegmenten 2 der Läuferscheibe 1 und den flachen Ringspulen 4 der Statorscheibe 3 zur Einstellung einer günstigen Induktionswirkung verändert werden.

Die aus F i g. 2 ersichtlichen zwölf flachen Ringspulen 4 werden vorzugsweise zu drei Wicklungssträngen zusammengefaßt, von denen also jeder vier Einzelspulen 4 umfaßt. Dabei werden jeweils mehrere Einzelspulen zusammengefaßt, die um gleiche Spulenschritte gegeneinander versetzt am Stator angeordnet sind.

Die in Fig. 2 dargestellten stationären Ringspulen 4 weisen jeweils Wicklungsenden 4 a, 4 b und einen Mittelabgriff 4 c auf, so daß also jede Spule in zwei Spulenabschnitte unterteilbar ist. Die Wicklungsenden und der Mittelabgriff jeder Ringspule sind zu einem nicht dargestellten Umschalter oder an eine Klemmleiste geführt, mit dessen oder deren Hilfe verschiedene Kombinationen des Zusammenschaltens der acht Spulenabschnitte der vier Einzelspulen einer jeder der drei Wicklungsstränge durchgeführt werden können.

In F i g. 4 sind vier verschiedene Zusammenschaltungen der acht Spulenabschnitte eines Wicklungsstranges dargestellt, die erfindungsgemäß wahlweise einstellbar sind. In F i g. 4 a sind die acht Spulenabschnitte 12/1 bis 12/8 alle in Reihe miteinander geschaltet. Bei der Schaltung gemäß Fig. 4b sind die Spulenabschnitte jeweils paarweise parallel und diese vier Parallelschaltungen in Reihe miteinander geschaltet. Bei der Schaltung nach F i g. 4 c sind die Spulenabschnitte 12/1 bis 12/4 und 12/5 bis 12/8 jeweils parallel zueinander und diese beiden Vierergruppen in Reihe miteinander geschaltet. Bei der Schaltung nach F i g. 4 d schließlich sind sämtliche acht Spulenabschnitte 12/1 bis 12/8 parallel zueinander geschaltet.

Die bei den einzelnen Schaltungskombinationen der F i g. 4 an den Anschlußklemmen des Wicklungsstranges erzielbaren elektromotorischen Gegenkräfte verhalten sich bei konstanter Drehzahl wie 8:4:2:1 und die zugehörigen Drehzahlen bei konstanter Spannung wie 1:2:4:8.

Mit den Schaltungskombinationen der F i g. 4 lassen sich also vier verschiedene Drehzahlen erzielen, die sich jeweils durch den Faktor 2 voneinander unterscheiden, wie dies bei Tonbandgeräten erforderlich ist.

Da die Einzelspulen stationär angeordnet sind, macht das Heranführen der Spulenenden und der Spulenanzapfungen zu einem Wählschalter od. dgl.

keine Schwierigkeiten. Das Verhältnis der an den Anschlußklemmen des Wicklungsstranges auftretenden Spannung zur Batteriespannung steht bei einem erfindungsgemäß ausgebildeten Gleichstrommotor in einem günstigen Verhältnis. Die Umschaltung zwischen den einzelnen Drehzahlen läßt sich auch während des Laufes des Motors durchführen.

Die Anwendung der Erfindung ist selbstverständlich nicht auf Flachmotoren mit nebeneinanderliegenden Einzelspulen beschränkt, sondern kann auch bei handelsüblichen Motoren mit einem zylindrischen Stator und sich überschneidenden Spulen erfolgen. Sie ist auch unabhängig von der Polpaarzahl anwendbar.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Kollektorloser Gleichstrommotor mit einem ein- oder vielpolpaarigen Permanentmagnetläufer und mit mehreren stationären Wicklungssträngen, die mittels einer Steuerschaltung nacheinander an eine konstante Gleichstromquelle gelegt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungsstränge in einzelne Abschnitte (12/1 bis 12/8) unterteilt sind, die über mindestens einen Umschalter oder eine Klemmleiste wahlweise so miteinander verbindbar sind, daß unterschiedliche Kombinationen von Parallel- und/oder Reihenschaltungen der Strangabschnitte entstehen.

2. Kollektorloser Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er als einpolpaarige Maschine ausgebildet ist und die einzelnen Strangabschnitte (12/1 bis 12/8) durch Windungsgruppen einer einzigen Strangspule (12) gebildet sind.

3. Kollektorloser Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er als mehrpolpaarige Maschine ausgebildet ist und die einzelnen Strangabschnitte (12/1 bis 12/8) durch Einzelspulen oder Einzelspulenabschnitte gebildet sind.

4. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kombinationen der Parallel- und/oder Reihenschaltungen der Strangabschnitte (12/1 bis 12/8) sich jeweils um den Faktor 2 hinsichtlich der Größe der in den Wicklungssträngen erzeugten elektromotorischen Gegenkräfte voneinander unterscheiden.

5. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die Strangabschnitte (12/1 bis 12/8) bildenden Einzelspulen hinsichtlich der Größe der in ihnen erzeugten elektromotorischen Gegenkräfte ungleichmäßig bemessen sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen