DE19637864C1

DE19637864C1 - Bidirectional universal motor with supply-independent braking circuit esp. for handheld electrical drills

Info

Publication number: DE19637864C1
Application number: DE1996137864
Authority: DE
Inventors: Hans Hermann Rottmerhusen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-09-17
Filing date: 1996-09-17
Publication date: 1997-10-16
Anticipated expiration: 2016-09-18

Abstract

The motor has a U-shaped pole piece (1) with two field pole arrangements formed by the limbs (4,5) of the U, and a centred field winding (3). The armature (7) is fed by a commutator and brushes. The two field pole sections (8,9) are formed by grooves (10) which broaden out from the openings (11) and contain the pole windings (12). In motor mode the field winding is switched in series with the armature and the pole windings. For braking, a short-circuit bridge connects the field winding with the armature and pole windings in a closed loop.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Universalmotor mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 (FR 13 01 931).The invention relates to a universal motor the features of the preamble of claim 1 (FR 13 01 931).

Bei Elektrowerkzeugen, insbesondere bei Bohrmaschinen, kommen Universalmotoren mit einem Polpaket zur Anwendung, das in dem Bereich der geometrisch neutralen Zone an der einen Seite offen ist und an der anderen Seite eine zentrierte Wicklung aufweist.For power tools, especially for drilling machines, universal motors with a pole pack are used, that in the area of the geometrically neutral zone on the one side is open and the other is one centered winding.

In der FR 13 01 931 wird ein solcher Motor beschrieben.Such a motor is described in FR 13 01 931.

Bohrmaschinen sind üblicherweise für beide Drehrichtungen ausgelegt. Soll hierbei eine gute Kommutierung des Motors erzielt werden, so sind die Bürsten verstellbar am Motoren gehäuse angeordnet, indem das Ankerquerfeld jeweils zur ablaufenden Seite der Feldpole ausgerichtet wird.Drills are usually for both directions of rotation designed. Good commutation of the motor can be achieved, the brushes are adjustable on the motors housing arranged by the cross armature to each trailing side of the field poles is aligned.

Eine Bürstenverstellung hat die Nachteile, daß sie auf wendig ist, und der Motor ist durch eine Kurzschlußbrem sung bei einer ausreichenden Kommutierung schwierig ab zubremsen.A brush adjustment has the disadvantages that it is on is maneuverable, and the motor is by a short-circuit brake difficult with a sufficient commutation to break.

Eine gute Kommutierung sowohl während des Motorbetriebes als auch während des Bremsbetriebes wird erzielt, wenn Wendepole bzw. wenn Wendepolfelder am Polpaket des Motors vorhanden sind. In der EP 0 471 038 B1 ist die Anordnung der Wendepole sowie der Wendepolfelder bei durch eine netzunabhängige Kurzschlußbremsung abbremsbaren Motoren beschrieben. Good commutation both during motor operation as well as during braking is achieved if Reversing poles or if reversing poles on the motor's pole pack available. The arrangement is in EP 0 471 038 B1 the turning poles as well as the turning pole fields at by a Mains-independent short-circuit braking of brakable motors described.

Bei diesem Motor liegen Ankerwicklung, Wendepolwicklung und Feldwicklung stets miteinander in Reihe, bei Motor betrieb am Netz, bei Bremsbetrieb in einem Kurzschluß kreis. Dort ist die Drehrichtung des Motors jedoch nur für eine festgelegte Drehrichtung vorgesehen. Das Pol paket besitzt zwei Feldpole und zwei Wendepole oder zwei Feldpolanordnungen aus jeweils zwei Feldpolteilen, wobei jeder Feldpol und Wendepol, oder die Feldpolan ordnungen und die Feldpolteile, von einer Spule um schlungen werden.This motor has armature winding, reversing pole winding and field winding always in series, with motor operation on the network, in braking operation in a short circuit circle. However, the direction of rotation of the motor is only there intended for a specified direction of rotation. The pole package has two field poles and two reversing poles or two field pole arrangements each consisting of two field pole parts, being each field pole and turning pole, or the field pole orders and the field pole parts, from a coil be looped.

In der Zeitschrift EMA 61. Jg. 1982, H. 10, Seiten 283-286 ist die Aufgabe der Wendepole bei Gleich strommaschinen beschrieben. Ein solches Wendefeld soll bei einem abzubremsenden für beide Drehrich tungen ausgelegten Universalmotor mit einem U-för migen Polpaket zur Anwendung kommen.In the magazine EMA 61st vol. 1982, H. 10, pages 283-286 is the task of the reversing poles at Gleich current machines described. Such a turning field is to be braked for both turning direction universal motor with a U-shaped pole pack are used.

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde einen abbremsbaren und für beide Drehrichtungen ausgelegten mit einem U-förmigen Polpaket versehenden Universal motor zu schaffen, bei dem keine separaten Wendepole erforderlich sind und keine Bürstenverstellung vor gesehen ist, um eine gute Kommutierung in beide Dreh richtungen während des Motorbetriebes und während des Bremsbetriebes zu erzielen.The invention is therefore based on the object brakeable and designed for both directions of rotation with a U-shaped universal pole to create a motor with no separate reversing poles are necessary and no brush adjustment before is seen to be good commutation in both rotation directions during engine operation and during To achieve braking operation.

Diese Aufgabe wird bei einem Universalmotor der gattungsbildenden Art durch die kennzeichnenden Merk male des Patentanspruchs 1 gelöst. Eine alternative Lösung ist im Anspruch 6 angegeben. Weitere Ausgestal tungen der Erfindung sind den übrigen Ansprüchen und der Beschreibung zu entnehmen. This is the task of a universal motor generic type by the characteristic note male of claim 1 solved. An alternative Solution is given in claim 6. Further design the invention are the remaining claims and see the description.

Die Vorteile dem erfindungsgemäßen Blechschnitts des U-förmigen Polpakets mit einer zentrierten Wicklung und einer Wendepolwicklung für einen Universalmotor liegen darin, daß hiermit ohne einer Bürstenver stellung und ohne separat angeordneten Wendepole in beide Drehrichtungen des Motors eine gute Kommu tierung sowohl während des Motorbetriebes als auch während des Bremsbetriebes erzielt wird.The advantages of the sheet metal section according to the invention U-shaped pole pack with a centered winding and a reversible pole winding for a universal motor are that hereby without a brush ver position and without separately arranged reversing poles good communication in both directions of rotation of the motor tion both during engine operation and is achieved during braking operation.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung an Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention is described below with reference to the drawing explained in more detail using exemplary embodiments.

Dabei zeigen:Show:

Fig. 1 einen üblichen Blechschnitt des U-förmigen Polpakets für Univer salmotoren, Fig. 1 a conventional sheet metal section of U-shaped salmotoren Polpakets for Univer,

Fig. 2 einen erfindungsgemäßen Blechschnitt des U-förmigen Polpakets für einen drehrichtungsumkehrbaren und abbrems baren Universalmotor, Fig. 2 shows a sheet metal section according to the invention the U-shaped Polpakets for a reversible direction of rotation and deceleration cash universal motor,

Fig. 3 und 4 Schaltungsanordnungen für das erfin dungsgemäße Polpaket des Universal motors. FIGS. 3 and 4 circuitry for the proper OF INVENTION dung Polpaket of universal motors.

Fig. 1 zeigt einen üblichen Blechschnitt vom Polpaket eines Universalmotors, der zum Beispiel bei Elek trowerkzeugen, und insbesondere bei Bohrmaschinen, zur Anwendung kommt. Fig. 1 shows a conventional sheet metal section of the pole pack of a universal motor, which is used, for example, in electric tools, and in particular in drilling machines.

Das Polpaket 1 ist U-förmig gestaltet, und somit in dem Bereich der geometrisch neutralen Zone 2 an der einen Seite offen und an der anderen Seite ist die zentrierte Feldwicklung 3 am Polpaket angeordnet. Die Polfelder werden durch die Polpaketschenkel 4 und 5 gebildet. Das Ankerquerfeld 6 des Ankers 7 befindet sich in der geo metrisch neutralen Zone 2, wenn der Motor für beide Dreh richtungen vorgesehen und keine Bürstenverstellung vor handen ist.The pole pack 1 is U-shaped, and thus open in the area of the geometrically neutral zone 2 on one side and the center field winding 3 is arranged on the pole pack on the other side. The pole fields are formed by the pole packet legs 4 and 5 . The armature transverse field 6 of the armature 7 is in the geo metrically neutral zone 2 when the motor is provided for both directions of rotation and there is no brush adjustment available.

Die Nachteile bei einem U-förmigen Blechschnitt liegen im besonderen darin, daß die Höhe der einseitigen Be lastung des Ankers in Abhängigkeit mit dem Ankerdurchmesser steht, je größer der Ankerdurchmesser ist, um so größer ist auch die einseitige Belastung des Ankers. Da das Feld der Feldpole sich um so mehr in dem Bereich der Feldwicklung 3 konzentriert je größer der Radius der Pol paketschenkel 4 und 5 ist.The disadvantages of a U-shaped sheet metal cut are in particular that the height of the one-sided loading of the armature is dependent on the armature diameter, the larger the armature diameter, the greater the one-sided loading of the armature. Since the field of field poles is concentrated in the field winding 3 , the larger the radius of the pole packet legs 4 and 5 is.

Daher sinkt der Wirkungsgrad eines solchen Motors mit der Zunahme des Ankerdurchmessers. Außerdem ist die Kommutierung nicht ausreichend, wenn die Bürsten nicht ver stellbar sind und der Motor für beide Drehrichtungen ausgelegt ist, und bei verstellbaren Bürsten ist keine ausreichende Kommutierung bei einer Kurzschlußbremsung des Motors erzielbar.Therefore, the efficiency of such an engine decreases with the Increase in anchor diameter. In addition, the commutation not sufficient if the brushes do not ver are adjustable and the motor for both directions of rotation is designed, and with adjustable brushes is none sufficient commutation in the event of short-circuit braking of the engine achievable.

Fig. 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Blechschnitt vom U-förmigen Polpaket eines Universalmotors, mit dem in Verbindung mit einer Wendepolwicklung eine gute Kommu tierung sowohl während der Betriebsphase als auch während der Abbremsphase des Motors erzielt wird, wobei der Motor für beide Drehrichtungen ausgelegt und keine Bürstenver stellung vorgesehen ist. Fig. 2 shows a sheet metal section according to the invention from the U-shaped pole pack of a universal motor, with which, in conjunction with a reversing pole winding, good commutation is achieved both during the operating phase and during the braking phase of the motor, the motor being designed for both directions of rotation and not a brush ver position is provided.

Das Polpaket besteht aus zwei Feldpolanordnungen, die durch die zwei Polpaketschenkel 4 und 5 gebildet werden. Die Feldpolanordnungen besitzen jeweils zwei etwa gleich große Feldpolteile 8 und 9. Die Feldpolteile 8 und 9 werden durch eine Nut 10 gebildet, die mit einer Öffnung 11 an der Feldpolmitte beginnt und sich in der Richtung zum Polkern der Feldwicklung 3 hinzieht. Die Nut 10 dient zur Aufnahme einer Wendepolwicklung 12. The pole pack consists of two field pole arrangements which are formed by the two pole pack legs 4 and 5 . The field pole arrangements each have two approximately equal field pole parts 8 and 9 . The field pole parts 8 and 9 are formed by a slot 10 , which begins with an opening 11 at the center of the field pole and extends in the direction of the pole core of the field winding 3 . The slot 10 serves to receive a reversible pole winding 12 .

Das Ankerquerfeld 6 ist zur geometrisch neutralen Zone 2 ausgerichtet, hierdurch wird die maximale Anzahl der Anker spulen vom Feld erfaßt, und der Motor kann in beide Dreh richtungen betrieben werden, ohne daß hierfür eine Bürsten verstellung erforderlich wird, um eine gute Kommutierung zu erreichen.The armature transverse field 6 is aligned with the geometrically neutral zone 2 , as a result of which the maximum number of armature coils is detected by the field, and the motor can be operated in both directions of rotation without a brush adjustment being necessary to achieve good commutation.

Die Wendepolwicklung 12 greift mit der einen Wicklungs seite in die Nut 10 des Polpaketschenkels 4 und mit der anderen Wicklungsseite in die Nut 10 des Polpaketschenkels 5. Der Wickelkopf der Wendepolwicklung 12 ist vorzugsweise an der Vorrichtung 13 der Feldwicklung 3 angeordnet. Die Wendepolwicklung 12 ist derart mit dem Anker 7 und der Feldwicklung 3 in Reihe geschaltet, daß durch die Wende polwicklung das Feld jeweils an der ablaufenden Seite der Feldpole verstärkt und das Feld an der auflaufenden Seite der Feldpole geschwächt wird. Die Windungszahl der Wende polwicklung 12 sollte derart zur Feldwicklung und zum Ankerfeld ausgelegt sein, daß bei Nennbetrieb des Motors eine gute Kommutierung gewährleistet ist, und womit der maximale Wirkungsgrad des Motors erzielt wird. Findet das erfindungsgemäße U-förmige Polpaket bei Elektrowerkzeugen mit einer festgelegten Drehrichtung Anwendung (Handkreis sägen, Winkelschleifer), so kann es vorteilhaft sein, die Feldpolteile 8 und 9 der Polpaketschenkel ungleichgroß aus zulegen und das Ankerquerfeld zu der ablaufenden Seite der Feldpole auszurichten.The reversing pole winding 12 engages with one winding side in the groove 10 of the pole packet leg 4 and with the other winding side in the groove 10 of the pole packet leg 5 . The winding head of the reversible pole winding 12 is preferably arranged on the device 13 of the field winding 3 . The reversing pole winding 12 is connected in series with the armature 7 and the field winding 3 that the field winding is reinforced by the reversing pole winding in each case on the outgoing side of the field poles and the field is weakened on the ascending side of the field poles. The number of turns of the turn pole winding 12 should be designed for the field winding and for the armature field in such a way that good commutation is ensured when the motor is in nominal operation, and what the maximum efficiency of the motor is achieved with. If the U-shaped pole packet according to the invention is used in power tools with a fixed direction of rotation (sawing a hand circle, angle grinder), it can be advantageous to design the field pole parts 8 and 9 of the pole packet legs to be unequal in size and to align the armature transverse field to the trailing side of the field poles.

Soll ein derartig ausgelegter Universalmotor durch eine netzunabhängige elektrische Bremsung bei guter Kommu tierung sanft und schnell abgebremst werden, so ist hier für eine entsprechende Schaltungsanordnung vorzusehen. Fig. 3 und 4 zeigen solche Schaltungsanordnungen. Fig. 4 zeigt eine Schaltungsanordnung zum Bremsen eines Universalmotors mittels eines zweipoligen Umschalters. Der Anker 7 und die Wendepolwicklung 12 sind in Reihe geschaltet und zwischen dem ersten und dem zweiten Um schaltglied S1, S2 eingeordnet. If a universal motor designed in this way is gently and quickly braked by mains-independent electrical braking with good commutation, then appropriate circuitry must be provided here. FIGS. 3 and 4 show such circuits. Fig. 4 shows a circuit arrangement for braking a universal motor by means of a two-pole switch. The armature 7 and the reversing pole winding 12 are connected in series and arranged between the first and the second switching element S1, S2.

Der Arbeitskontakt a des ersten Umsehaltgliedes S1 ist mit einem ersten Netzanschluß und der Ruhekontakt b des ersten Umschaltglieds S1 ist über eine Brücke 14 mit dem Arbeitskontakt c des zweiten Umschaltglieds S2 und dem ersten Anschluß der Feldwicklung 3 verbunden, wobei mit der Brücke 14 der erste Anschluß des Strompfads 15 verbunden ist. Der zweite Anschluß des Strompfads 15 ist mit dem zweiten Umschaltglied S2 verbunden, und der zweite Anschluß der Feldwicklung 3 ist mit einem zweiten Netzanschluß und über eine Kurzschlußbrücke 16 mit dem Ruhekontakt d des zweiten Umschaltglieds S2 verbunden. Im Strompfad 15 befindet sich eine in Wechselrichtung geschaltete Diodenanordnung. Diese Diodenanordnung dient als Spannungsrückstand für die Felderregung während des Bremsbetriebes. Die Wendepolwicklung 12 bleibt bei der Schaltungsanordnung der Fig. 3 ständig mit dem Anker 7 in Reihe geschaltet, wobei der Anker 7 und die Wendepol wicklung 12 mit der Feldwicklung 3 verschaltungsmäßig miteinander vertauschbar sind.The normally open contact a of the first switching element S1 is connected to a first mains connection and the normally closed contact b of the first switching element S1 is connected via a bridge 14 to the normally open contact c of the second switching element S2 and the first connection of the field winding 3 , with the bridge 14 being the first connection of the current path 15 is connected. The second connection of the current path 15 is connected to the second switching element S2, and the second connection of the field winding 3 is connected to a second mains connection and via a short-circuit bridge 16 to the normally closed contact d of the second switching element S2. In the current path 15 there is an alternating diode arrangement. This diode arrangement serves as a voltage residue for field excitation during braking. The reversing-pole winding 12 remains connected in series with the armature 7 in the circuit arrangement of FIG. 3, the armature 7 and the reversing-pole winding 12 being interchangeably interchangeable with the field winding 3 .

Bei bestimmten Anwendungen kann es vorteilhaft sein, daß der Bremsvorgang nur über die Feldwicklung 3 er folgt und die Wendepolwicklung 12 nicht am Bremsvor gang beteiligt ist.In certain applications, it may be advantageous that the braking process only follows the field winding 3 and the reversing pole winding 12 is not involved in the braking process.

Fig. 4 zeigt eine derartige Schaltungsanordnung. Der Anker 7 ist zwischen dem ersten und dem zweiten Um schaltglied S1, S2 angeordnet, und die Feldwicklung 3 ist mit ihrem ersten Anschluß mit der Brücke 14 ver bunden, wobei ihr zweiter Anschluß mit der Wendepol wicklung 12 und der Kurzschlußbrücke 16 verbunden ist. Aus Sicherheitsgründen kann in der Kurzschlußbrücke 16 eine Sicherung 17 angeordnet sein. Fig. 4 shows such a circuit arrangement. The armature 7 is arranged between the first and the second switching element S1, S2, and the field winding 3 is connected with its first connection to the bridge 14 , its second connection being connected to the reversing pole winding 12 and the shorting bridge 16 . For safety reasons, a fuse 17 can be arranged in the short-circuit bridge 16 .

Claims

1. universal motor with a U-shaped pole pack ( 1 ) with two field pole arrangements formed by the pole pack legs ( 4 , 5 ) of the pole pack and with a centered field winding ( 3 ) and with a rotating armature ( 7 ) fed by a grain mutator and brushes, wherein the universal motor is designed for both directions of rotation and the motor is assigned a circuit arrangement with a switch to which the motor can be switched from motor operation to braking operation, characterized in that the field pole arrangements of the U-shaped pole pack ( 1 ) each consist of two Field pole parts ( 8 , 9 ) exist, which are formed by a groove ( 10 ) present in the pole packet legs ( 4 , 6 ), in that the groove ( 10 ) begins on the air gap side at the field pole with an opening ( 11 ) and turns in the direction of Field winding ( 3 ) pulls, and in the groove ( 10 ) a reversible pole winding ( 12 ) is arranged, with the one winding side in the groove ( 10 ) of a Polp atschschenkels ( 4 ) and with the other winding side in the groove ( 10 ) of the other pole packet leg ( 5 ) is arranged, and that by means of a switch with at least two order switching elements (S1, S2) during motor operation, the field winding ( 3 ) with the armature ( 7 ) and the turning pole winding ( 12 ) connected in series and connected to a network connection and during braking operation the field winding ( 3 ) via a short circuit bridge ( 16 ) with the armature ( 7 ) and the reversing pole winding ( 12 ) to a closed Circuit is connected ( Fig. 2, 3).

2. Universal motor according to claim 1, characterized in that the field pole parts ( 8 , 9 ) of the field pole arrangements are of the same size; that the armature transverse field ( 6 ) is oriented towards the geometrically neutral zone ( 2 ).

3. Universal motor according to claim 1, characterized in that the field pole parts ( 8 , 9 ) of the field pole arrangements are of unequal size, that the armature transverse field ( 6 ) is aligned with the trailing side of the field poles.

4. Universal motor according to one of claims 1-3, characterized in that the reversing pole winding ( 12 ) both during the motor operation and during the braking operation with the armature ( 7 ) in series GE ( Fig. 3).

5. Universal motor according to one of claims 1-3, characterized in that the armature ( 7 ) and the turning pole winding ( 12 ) with the field winding ( 3 ) are interchangeably interchangeable.

6. Universal motor with all the features of the motor according to claim 1, except that the braking process takes place only via the field winding ( 3 ) and the reversing pole winding ( 12 ) is not involved in the braking process ( Fig. 4).

7. Universal motor according to one of the preceding claims, characterized in that the winding head of the reversing pole winding ( 12 ) on the device ( 13 ) of the field winding ( 3 ) is arranged.

8. Universal motor according to one of the preceding claims, characterized in that a fuse ( 17 ) is arranged in the short-circuit bridge ( 16 ) of the circuit arrangement.