DE2039428A1

DE2039428A1 - Langsamlaufender Gleichstrommotor in Flachbauweise

Info

Publication number: DE2039428A1
Application number: DE19702039428
Authority: DE
Inventors: Guenter Saussele; Horst Dipl-Ing Siekmann
Original assignee: Dunkermotoren Praezisions Kleinstmotoren GmbH
Current assignee: Dunkermotoren GmbH
Priority date: 1970-08-07
Filing date: 1970-08-07
Publication date: 1972-02-17
Also published as: DE2039428B2; DE2039428C3; GB1325236A

Description

dunkermotoren, Präzisions-Kleinstmotoren GmbH, 782J5 Bonndorf/Schwarzwald

Langsamlaufender Gleichstrommotor in Flachbauweise.

Die Anmeldung bezieht sich auf einen langsamlaufenden Gleichstrommotor zum direkten Antrieb eines Tongerätes, wie des Plattentellers eines Plattenspielers oder des Tonbandes eines Tonbandgerätes. Da der- f artige Geräte in zunehmendem Masse sehr raumsparend aufgebaut werden, wie beispielsweise Taschendiktiergeräte, ist es erforderlich, den Motor ebenfalls raumsparend, d.h. vorzugsweise flach, aufzubauen.

Es ist bisher üblich gewesen, solche Tongeräte mit einem Gleichstrommotor über ein Untersetzungsgetriebe anzutreiben. Dies hat aber einmal - wie schon erwähnt, den Nachteil des erhöhten Raumbedarfs dieses Antriebes. Andererseits bringt das Getriebe zusätzliche mechanische Verluste mit siuh, welches sich in der Energiebilanz dieser üblicherweise aus Trockenbatterien gespeisten Geräte durch einen schlechten Gesamtwirkungsgrad negativ niederschlägt.

Es sind deshalb auch schon Gleichstrommotoren für den direkten Antrieb einer Tonwelle oder dergl, vorgeschlagen worden, bei denen die Dauermagnetpole als Kreisringsegmente auf einer Läufersoheibe angeordnet sind, die einer Statorscheibe mit den Einzelspulen konzentrlsoh gegenüberliegt (DT-OS 1 538 749). Obwohl aus dieser Vorveröffentlichung nicht zu erkennen 1st, in welcher Weise die Spulen des Stators hergestellt werden sollen, so scheint dooh diese Statorkonstruktion für eine Großserienproduktion nicht besonders fertigungsgünstig zu sein.

6.8.1970

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Ausserdem sind bei dem bekannten Gleichstrommotor nur Teilbereiche des vom Magnetfluss durchsetzten Luftspaltes mit den Wicklungen ausgefüllt. Darüber hinaus tragen die in Umfangsrichtung verlaufenden Wicklungsabschnitte nicht zum Drehmoment bei. Der verhältnismässig grosso Luftspalt hat einen entsprechend grossen magnetischen Widerstand des Magnetkreises zur Folge (flach liegende Scherungsgerade); die daraus resultierende niedrige Luftspaltinduktion geht voll in das Drehmoment-Strom-Verhältnis und damit auch in den Wirkungsgrad des Motors ein.

Es ist auch Aufgabe dieser Anmeldung, einen langsamlaufenden Gleichstrommotor in Flachbauweise zum direkten Antrieb eines Tongerätes vorzuschlagen, der uiit einem vielpolpaarigen Dauermagnetläufer und einem aus mehreren Spulen bestehenden Ständer ausgerüstet ist, wobei die Spulen nacheinander mit einer Gleichstromquelle verbunden werden.

Der neue Motor ist erfindungsgeraäss gekennzeichnet durch ein scheibenförmiges Ständer-Tragteil, auf das von diesem aufragend ein mit mehreren Teilspulen bewickelter Ringkern aufgesetzt ist, und einen flachen glockenförmigen, über die Ringkernwicklung greifenden Läufer, in dem zu beiden Seiten der Ringkernwicklung Dauermagnetpole angeordnet sind.

Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die die Dauermagnetpole des Läufers bildenden ring-, schalen- oder quaderförmigen Dauermagnete auf der Innenwand bzw. einem ringförmigen Steg des aus ferromagnetischem Werkstoff bestehenden Läufers befestigt.

Der Eisenkern der Ringkernwicklung besteht aus geschichteten, verklebten Dynamoblechen und die Ringkernwicklung enthält eine mindestens der doppelten Anzahl der Läuferpole entsprechende Anzahl von Teilspulen.

Der neue Gleichstrommotor soll vorzugsweise als kollektorloser Motor ausgeführt sein. Bei der kollektorlosen AusfUhrungsform des neuen Gleichstrommotors ist gemäss der weiteren Erfindung in einem freien Raun zwi-

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sehen Läuferwelle und ringförmigem Steg eine kontakt- und berührungslos, arbeitende, eine elektronische Kommutierungseinrichtung steuernde Läuferstellungs-Abtastvorrichtung angeordnet. Diese besteht aus einer auf dem Ständer angeordneten Lichtquelle und mindestens einer Photodiode sowie einer an dem Läufer befestigten« zwischen Lichtquelle und Photodiode hindurchlaufenden Steuerblende.

Anstelle einer Läuferstellungs-Abtastung mit den vorgeschlagenen photoelektronischen Mitteln können gigebenenfalls mit dem gleichen Vorteil an sich bekannte galvanomagnetische oder induktive Mittel verwendet werden.

Der neue Gleichstrommotor kann natürlich auch als Kollektormotor ausgeführt werden. In einem solchen Fall kann vorteilhafterweise innerhalb des ringförmigen Steges eine aus feststehenden Schleifringen, Kollektorlamellen und rotierenden Bürsten bestehende mechanische Kommutierungseinrich» tung angeordnet sein.

Der neue Gleichstrommotor kann ausserdem erforderlichenfalls dadurch in eine entweder kostenmässig oder herstellungstechnisch vereinfachte AusfUhrungsform abgewandelt werden, dass entweder auf die äusseren oder inneren Dauermagnetpole des Läufers verzichtet wird, wobei der neue Gleichstrommotor entweder als reiner Innenläufer- oder Aussenläufer-Motor wirkt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Figuren 1 bis 3 näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch den neuen Gleichstrommotor in Draufsicht,

Fig. 2 einen Schnitt durch den neuen Gleichstrommotor geraäss Fig. 1 in Seitenansicht,

Fig. 3 die verschiedenen Stromflüsse in der Ringkernwicklung während einer Lauferumdrehung.

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In Pig. 1 1st eine einpolpaarige Ausführung des neuen Gleichstrommotors gezeigt. Es sind zunächst die auf der Wand 1 und einem ringförmigen Steg 2 aufgeklebten schalenförmigen, in der angedeuteten Weise magnetisierten Dauermagnet-Schalen 3, 4, 5 und 6 zu erkennen, die den an der Läuferwelle 7 drehbar gelagerten Läufer bilden. Zwischen den Dauermagnetpolpaaren 5, 4 bzw. 5» 6 ist feststehend die in vier gleiche Te11wicklungen I, II, III und IV unterteilte Ringkernwicklung 8 angeordnet. Der von Dauermagnetpolpaaren im Ruhezustand durch die als magnetischer Rückschluss dienenden Weicheisenteile des Läufers und den Eisenkern der Ringkemwicklung getriebene Magnetfluss ist als ge-" strichelte Linie eingezeichnet. In dem freien Raum der Läuferwelle 7 und dem ringförmigen Steg ist in einem Halter 9 eine Lichtquelle 10 angeordnet, deren Licht über Lichtleiter, beispielsweise Glasfaserbündel, an die den Photodioden 11 gegenüberliegende Stelle des Halters geleitet

dem wird. Auch kann der Halter selbst als Lichtleiter wirken, bei das Licht an angerauhten Streuflächen austritt (Flutliehtprinzip). Der Halter 9 mit Lichtquelle 10 und Lichtleiter sowie die Fhotodioden sind an dem Ständer befestigt. An dem Läufer ist dagegen die halbkreisförmige, zwischen Halter 9 und Photodioden hindurchlaufende Steuerblende 12 befestigt, die während des Läuferumlaufes Jede Photodiode während einer Halbdrehung des Läufers abdeckt.

fe Die einpolpaarige Ausgestaltung des Ausführungsbeispiels ist verständlicherwelpe nur als eines von mehreren möglichen Ausführungsbeiepielen gedacht. Der neue Gleichstrommotor kann ohne prinzipielle Änderungen auch mehrpolpaarig auegebildet sein. Dies kann für bestimmte Anwendungsfälle von Vorteil sein, well dann der Magnetfluss in mehrere Teilflüsse aufgeteilt wird, so dass fUr den Ringkern und die Weioheleenteile des Läufers geringe Querschnitte ausreichen. Ausserdem wird bei einer raehrpolpaarigen Ausführung die Weglänge der magnetischen Kreise kürzer.

Aus Fig. 2 sind ebenfalls die Wand 1 und der ringförmige Steg de· glockenförmigen Läufers zu erkennen, auf welche die ech&lenförmigen Dauermagneten 3 und 4 aufgeklebt «lad. Zwischen den Dauexmgnetpolen liegt die

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an dem Ständer l4 befestigte Ringkernwicklung 8., An dem Ständer 14 sind ebenfalls der Halter 9 der Lichtquelle 10 und die Photodiode Il befestigt« Die fest mit den Läufer verbundene Welle 7 ist in einem Lager 13 des Ständers 14 drehbar gelagert. An dem Läufer ist auch noch die Steuerblende 12 befestigt. Es sei noch erwähnt, dass ein geraäss den flg. 1 und 2 ausgeführter Gleichstrommotor bei einem Durchmesser von 50 mm eine Bauhöhe von 15 mm aufweist. Daraus ergibt sich, dass der neue Motor tatsächlich nicht nur sehr raumsparend, sondern auch sehr flach aufgebaut ist.

Die Pig. J) zeigt, in weloher Weise die Ständerwicklungen I bis IV" unter Zwischenschaltung von Schaltern ohne mechanische Kontakte an die Gleichspannungsquelle angeschaltet sind, damit sich in den Ständerwicklungen bei einer Umdrehung des Läufers jeweils nach 90 Winkelgraden die im unteren Teil der Fig. 3 durch Pfeile an den Standerwicklungen I bis IV angedeutete Stromrichtung ergibt. Die Schalter bestehen in vorliegenden Ausfuhrungsbeispiel aus den Tranalstoren T. bis Tn, die von einer nicht gezeigten Steuerschaltung jeweils In Abhängigkeit von der Stellung des Läufers gesohaltet werden.

Wenn sich in den Standerwicklungen ein Stromfluss wie im Beispiel A einstellen soll, dann bewirkt die Steuerschaltung, dass die Transistoren T₂* T,, Tg und T„ gesperrt sind, so dass sich ein Stromfluss über | folgende Stationen einstellt: T , Wicklung I, Wicklung III, T₁,, T₅* Wicklung XI, Wicklung IV und Tg. In gleicher Weise lässt sich aus den Beispielen B bis D der Fig. 3 der Stromflus* durch die Wicklung für die weiteren um jeweils 90 Winkelgrade veränderten Läuferati&lungen ablesen.

Bei Verfolgung der verschiedenen Stromverläufe in den Wicklungen wiwi festgestellt werden, dass die Ständerwioklungen stets in R©ih# gtecteltet sind. Dies hat folgende Vorteile;

a) Es ist eine geringere Windungszahl erforderlich, so ums, «leih Misere Bedingungen für da« Wickeln de· Ständer· und «in b««s·»ρ Kapferf Ißlfaktor ergeben. 209808/0837

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b) Da beim Umschalten der Wicklung kurzzeitig Kurzschlüsse auftreten können, nämlich wenn zwei Transistoren (z.B, T₁, T₁J noch nicht sperren, während zwei andere (z.B. T^, T) bereits leitend geworden sind, wird der Strom von der anderen Wicklungegruppe (II, IV) selbsttätig begrenzt.

c) Da die Gegen-Elektroraotorisch© Kraft (EMK) in einer Wicklungsgruppe (z.B. I, III) im gleichen Kasse zunimmt, wie sie in der anderen Wioklungsgruppe (z.B. II, IV) abnimmt, ist die Summe der induzierten Gegen-BMK annähernd konstant, so dass sich eine geringe Welligkeit des aufgenommenen Stromes und des abgegebenen Drehmomentes ergibt.

Ea ist aber auch denkbar, dass die Teilwicklungen I bis IV des Ständers in Parallelschaltung zur Gleiclispannuagsquelle geschaltet sind und Wicklung I und III bzw. II und IV jeweils gemeinsam kommutiert werden.

Ebenso ist es möglich, alle Tellwicklungen als geschlossenen Ring mit Anzapfungen zu wickeln und die Anzapfungen abwechselnd mit dem positiven ader negativen Aris»'shlu.si? der Gleichspannungsquelle zu verbinden. Se ist auseerdew denkbar, dass jede Teilwicklung doppelt vorhanden ist, wobei die eine für die eine Strosariohtung und dl© andere für die andere Strorarichtung an die Gle.-'efcsparrtungs quell« angeschaltet wird.

Abcühlieasend ssi noch *,r*-^:wJ , dass der news QleichstxOnmotor neben den bereits erwähnt an g'ui > st .i. ?<,*)} bt: Lisiier. £i;.:*u schäften ebenfalle ausgezeichnete elektric"*!* Sipenstio.. 1:\,-ν:· xuiV-v\s1;;., £b weist beispielsweise ein gemüse dar lri":?.:.iCT!ng taftic^r i<tsr ^:.v\"JiT-Ia-Ci! eichstyoiüaotoz¹ für den direkten

(ti,j>i, oi:n,6 Ge*,] : -S-.^) :.-,α■.:-■■,■,■■; ■. .i^* s 'Ivnhxcsi ts «sit 36O U/min und ejiiem Dreh-

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Claims

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Paten tansprilohe

[ 1.jLangsamlaufender Gleichstrommotor in Flachbauweise zum direkten An-— trieb eines Tongerätes, der mit einem vielpolpaarigen Dauermagnet-1aufer und einem aus mehreren Spulen bestehenden Ständer ausgerüstet ist, wobei die Spulen nacheinander mit einer Gleichstromquelle verbunden werden, gekennzeichnet durch ein scheibenförmiges Ständertragteil, auf das von diesem aufragend ein mit mehreren Teilspulen bewickelter Ringkern aufgesetzt ist,und einen flachen, glockenförmigen, über die Ringkernwicklung greifenden Läufer, in dem zu beiden Seiten der Ringkernwicklung Dauermagnetpole angeordnet sind.
2. Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die die Dauermagnetpole des Läufers bildenden ring-, schalen- oder quaderförmigen Dauermagnete auf der Innenwand bzw. einem ringförmigen Steg des aus ferromagnetische]!! Werkstoff bestehenden Läufers befestigt sind.
3. Gleichstrommotor nach den AnsprUöhen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Elsenkern der Ringkemwicklung aus geschichteten, verklebten Dynaaoblechen besteht.
4. Gleichstrommotor naoh den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringkemwicklung eine mindestens der doppelten Anzahl der Läuferpole entsprechende Anzahl von Teilspulen enthält.
5. Gleichstrommotor nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in einem freien Raum zwischen Läuferwelle und ringförmigem Steg eine kontakt- und berührungslos arbeitende, eine elektronische Kommutierungseinrichtung steuernde Läuferstellungs-Abtastvorriohtung angeordnet ist.

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6. Gleichstrommotor nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Läuferstellungs-Abtastvorriohtung aus einer auf dem Ständer angeordneten Lichtquelle und mindestens einer Photodiode sowie einer an dem Läufer befestigten, zwischen Lichtquelle und Photodiode hindurchlaufenden Steuerblende besteht.
7. Gleichstrommotor nach den Ansprüchen 1 bis h, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des ringförmigen Steges eine aus feststehenden Schleifringen, Kbllektorlamellen und rotierenden Bürsten bestehende mechanische Koramutierungseinrichtung angeordnet 1st.

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