DE2039428B2 - Langsamlaufender Gleichstrommotor in Flachbauweise - Google Patents

Description

polen auf die Wicklungen hinweisende, an der Wand bzw. dem ringförmigen Steg eines flach glockenförmigen, weichmagnetischen Läufers befestigte Dauermagnete angeordnet sind.

Weitere vorteilhafte Einzelheiten des neuen Motors sind aus den Ansprüchen 2 bis 5 ersichtlich.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Fig. 1 bis 3 näher erläuten. Es zeigt

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

Fig.2 einen Schnitt durch den Gleichstrommotor gemäß Fi g. 1 in Seitenansicht,
" F i g- 3 die verschiedenen Stromflüsse in der Ringkernwicklüng während einer Läuferumdrehung.

In F i g. 1 ist eine einpolpaarige Ausführung des neuen Gleichstrommotors gezeigt. Es sind zunächst die auf der Wand 1 und einem ringförmigen Sie» 2 aufgeklebten schalenförmigen, in der angedeuteten Weise magnetisierten Dauermagnet-Schaler; 3. 4. 5 und 6 zu erkennen, die den an der Läuferwelle 7 drehbar gelagerten Läufer bilden. Zwischen den Dauermagnetpolpaaren 3, 4 bzw. 5, 6 ist feststehend die in vier gleiche Teilwicklungen I, II, TII und IV unteneilte Ringkernwicklung 8 angeordnet. Der von den Dauermagneten im Ruhezustand durch die als magnetischer Rückschluß dienenden Weicheisenteile des Läufers und den Eisenkern der Ringkern« icklung getriebene Magnetfluß ist als gestrichelte 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 wird. Auch kann der Halter selbst als Lichtleitei wirken, bei dem das Licht an angerauhten Streuflächen austritt (Flutlichlprinzip). Der Halter 9 mit Lichtquelle 10 und Lichtleiter sowie die Photodioden sind an dem Ständer befestigt. An dem Läufer ist dagegen die halbkreisförmige, zwischen Halter 9 und Photodioden hindurchlaufende Steuerblende 12 befestigt. die während des Lauferumlaufes jede Photodiode während einer Halbdrehung des Läufers abdeckt.

Die einpolpaarige Ausgestaltung des Ausführungsbeispiels ist verstänJiicherweisr nur als eines von mehreren möglichen Ausführungsbeispielen gedacht. Der neue Gleichstrommoto, kann ohne prinzipielle Änderungen auch mehrpolpaarig ausgebildet sein. Dies kann für bestimmte Anwendungsfälle von Vorteil sein, weil dann der Magnetfluß in mehrere Teilflüsse aufgeteilt wird, so daß für den Ringkern und die Weicheisenteile des Läufers geringe Querschnitte ausreichen. Außerdem wird bei einer mehrpolpaarigen Ausführung die Weglänge der magnetischen Kreise kurzer.

Aus F i g. 2 sind ebenfalls die Wand 1 und der ringförmige Steg des glockenförmigen Läufers zu erkennen, auf welche die schalenförmigen Dauermagnete 3 und 4 aufgeklebt sind. Zwischen den Dauermagnetpolen liegt die an dem Ständer 14 befestigte Ringkernwicklung 8. An dem Ständer 14 sind ebenfalls der Halter 9 der Lichtquelle 10 und die Photodiode 11 befestigt. Die fest mit dem Läufer verbundene Welle 7 ist in einem Lager 13 des Ständers 14 drehbar gelagert. An dem Läufer ist auch noch die 6g Steuerblende 12 befestigt. Es sei noch erwähnt, daß ein gemäß den F i g. 1 und 2 ausgeführter Gleichstrommotor bei einem Durchmesser von 50 mm eine Bauhöhe von 15 mm aufweist. Daraus ergibt sich, daß der neue Motor nicht nur sehr raumsparend, sondern auch sehr flach aufgebaut ist.

Die Fig.3 zeigt, in welcher Weise die Ständerwicklungen I bis IV unter Zwischenschaltung von Schaltern ohne mechanische Kontakte an die Gleichspannungsquelle angeschaltet sind, damit sich in den Ständerwicklungen bei eiaer Umdrehung des Läufers jeweils nach 90 Winkelgraden die im unteren Teil der F i g. 3 durch Pfeile an den Ständerwicklungen I bis IV angedeutete Stromrichtung ergibt. Die Schalter bestehen im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus den Transistoren T₁ bis F_s, die von einer nicht gezeigten Steuerschaltung jeweils in Abhängigkeit von der Stellung des Läufers geschaltet werden.

Wenn sich in den Ständerwicklungen ein Stromfluß wie im Beispiel A einstellen soll, dann bewirkt die Steuerschaltung, daß die Transistoren Γ.,, Γ.,, 7"₆ und T- gesperrt sind, so daß sich ein Stromfluß über folgende Stationen einstellt: T₁, Wicklung I. Wicklung III, T₄, T₅, Wicklung II, Wicklung IV unH 7"_s. In gleicher Weise läßt sich aus den Beispielen B bis D der F i g. 3 der Stromfluß durch die Wicklung für die weiteren um jeweils 90 Winkelgrade veränderten Läuferstellungen ablesen.

Bei Verfolgung der verschiedenen Stromverläufc in den Wicklungen wird festgestellt werden, daß die Ständerwicklungen stets in Reihe geschaltet sind. Dies hat folgende Vorteile:

a) Es ist eine geringere Windungszahl erforderlich, so daß sich bessere Bedingungen für das Wikkeln des Ständers und ein besserer Kupferfüllfaktor ergehen.

b) Da beim Umschalten der Wicklung kurzzeitig Kurzschlüsse auftreten können, nämlich wenn zwei Transistoren (z. B. T₁, T₄) noch nicht sperren, während zwei andere (z. B. T„, T₃) bereits leitend geworden sind, wird der Strom von der anderen Wicklungsgruppe (II, IV) selbsttätig begrenzt.

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

Es ist aber auch denkbar, daß die Teilwicklungen 1 bis IV des Ständers in Parallelschaltung 7ur Gleichspannungsquelle geschaltet sind und Wicklung I und III bzw. II und IV jeweils gemeinsam kommutiert werden. Ebenso ist es möglich, alle Teilwicklungen als geschlossenen Ring mit Anzapfungen zu wickeln und die Anzapfungen abwechselnd mit dem positiven oder negativen Anschluß der Gleichspannungsquelle zu verbinden. Es ist außerdem denkbar, daß jede Teilwicklung doppelt vorhanden ist, wobei die eine für die eine Stromrichtung und die andere für die andere Stromrichtung an die Gleichspannungsquelle angeschaltet wird.

Abschließend sei noch erwähnt, daß der neue Gleichstrommotor neben den bereits erwähnten günstigen baulichen Eigenschaften ebenfalls ausgezeichnete elektrische Eigenschaften aufweist. So weist bei-

spielsweise ein gemäß der Erfindung aufgebauter Batterie-Gleichstrommotor für den direkten (d.h. ohne Getriebe) Antrieb eines Tonbandes mit 360 U/min und einem Drehmoment von 20 Pond X cm einen Wirkungsgrad der elektromechanischen Energieumsetzung von etwa 45°/o auf. Dies i gleich dazu, daß der Wirkungsgrad von ei den bekannten Gleichstrommotoren b niedrigen Drehzahlen auf etwa 10 % a sehr günstiger Wert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

seits bringt das Getriebe zusätzliche mechanische Patentansprüche: Verluste mit sich, was sich in der Energiebilanz die ser üblicherweise aus Trockenbatterien gespeisten

1. Selbstanlaufender, langsamlaufender Gleich- Geräte durch einen schlechten Gesamtwirkungsgrad strom-Kleinmotor in Flachbauweise, z.B. zum 5 negativ niederschlägt.

direkten Antrieb eines Tongerätes, der mit einem Es sind deshalb auch schon Gleichstrommotoren Dauermagnetläufer und einem aus mehreren Spu- für den direkten Antrieb einer Tonwelle od. dgl. vorlen, welche nacheinander mit einer Gleichstrom- geschlagen worden, bei denen die Dauermagnetpole quelle verbunden weiden, bestehenden Ständer als Kreisringsegmente auf einer Läuferscheibe anausgerüstet ist, wobei der Dauermagnetläufer io geordnet sind, die einer Statorscheibe mit den Einzelbeidseitig der Ständerspulen angeordnete Ma- spulen konzentrisch gegenüberliegt (deutsche Offengnetpole aufweist, dadurch gekenn- legungsschrift 1 538 749). Obwohl aus dieser Vorverzeichnet, daß der Ständer aus einem magne- öffentlichung nicht zu erkennen ist, in welcher Weise tisierbaren Ringkern (8) und mehreren auf die- die Spulen des Stators hergestellt werden sollen, so sem angeordneten Ringkern-Teilwicklungen (I, 15 scheint doch diese Statorkonstruktion für eine Groß-II, III, IV) besteht und radial zu beiden Seiten Serienproduktion nicht besonders fertigungsgünstig desselben radial magnetisierte, mit gleichnamigen zu sein.

Polen auf die Wicklungen hinweisende, an der Außerdem sind bei dem bekannten Gleichstrom-Wand (1) bzw. dem ringförmigen Steg (2) eines motor nur Teilbereiche des vom Magnetfluß durchflach glockenförmigen, weichmagnetischen Lau- 20 setzten Luftspaltes mit den Wicklungen ausgefüllt, fers befestigte Dauermagnete (3, 4, 5. 6) angeord- Darüber hinaus tragen die in Umfangsrichtung vernet sind. laufenden Wicklungsabschnitte nicht zum Drehmo-

2. Gleichstrom-Kleinmotor nach Anspruch 1, ment bei. Der verhältnismäßig große Luftspalt hat dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer die der einen entsprechend großen magnetischen Widerstand Anzahl der Teilwicklungen entsprechende Zahl 25 des Magnetkreises zur Folge (flach liegende Schevon Dauermagneten enthält. rungsgerade); die daraus resultierende niedrige Luft-

3. Gleichstrom-Kleinmotor nach Anspruch 1 spaltinduktion geht voll in das Drehmomentoder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer- Strom-Verhältnis und damit auch in den Wirkungsmagnete ring-, schalen- oder quaderförmig ausge- grad des Motors ein.

bildet sind. 30 Es sind auch Motoren kleiner Leistung bekannt

4. Gleichstrom-Kleinmotor nach einem der (deutsches Gebrauchsmuster 1 828 172), welche eine Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß elektronische Version des an sich bekannten Unterzwischen Läuferwelle (7) und ringförmigem Steg brechermotors sind, wobei ein Unterbrechermotor je-(2) eine aus der auf dem Ständer angeordneten doch mitunter noch von selbst anlaufen kann. nä.Ti-Lichtquelle (10) und mindestens einem phoioelek- 35 lieh dann, wenn der Unterbrecherkontakt beim Stilltrischen Wandler (11) sowie der am Läufer befe- setzen des Motors geschlossen wird. Der bekannte stigten, zwischen Lichtquelle und Photodiode Motor muß jedoch in jedem Fall angeworfen werden, hindurchlaufenden Steuerbi«.nde (12) bestehende weil in der Signalspule auf diese Weise c:st eine kontakt · und berührungslos arbeitende, eine elek- Steuers» annung induziert werden muß, damit der tronische Kommutiei ufigacinrichtung steuernde 40 Transistor angesteuert werden kann, der im leitenden Läuferstellungs-Abtastvorrichtung angeordnet ist. Zustand die Batterie mit der Ständerspule verbindet.

5. Gleichstrom-Kleinmotor nach den Ansprü- Solche Motoren sind aber für viele Anwendungschen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß inner- zwecke, unter anderem auch die eingangs erwähnten, halb des ringförmigen Steges eine aus feststehen- unbrauehbat. Andere Nachteile des bekannten Moden Schleifringen, Kollektorlamellen und rotie- 45 tors haben ihre Ursache in dem Fehlen eines Eiscnrenden Bürsten bestehende mechanische Korn- kerns in den Ständerspulen, so daß wegen großer mutierungseinrichtung angeordnet ist. Luftspalte die erzielbare Luftspaltinduktion, die besonders bei niedrigen Drehzahlen für den Wirkungsgrad des Motors entscheidend ist, entsprechend ge-

50 ring ist.

Außerdem sind bei bürstenlosen Gleichstrommotoren elektronische Kommutierungsvorrichtungen bekannt (USA.-Patentschrift 3 096 467), die aus einer fest angeordneten Lichtquelle, mindestens einer 55 feststehenden Fotodiode sowie einer am Läufer befe-

Die Anmeldung bezieht sich auf einen selbstanlau- stigten Steuerblende bestehen.

fenden, langsamlauf^nden Gleichstrom-Kleinmotor Es ist Aufgabe der Anmeldung, einen selbstanlau-

in Flachbauweise, z. B. zum direkten Antrieb eines fenden. langsamlaufenden Gleichstrom-Kleinstrom-Tongeräts, der mit einem Dauermagnetläufer und motor in Flachbauweise, wie zum direkten Antrieb einem aus mehreren Spulen, welche nacheinander 60 eines Tongerätes, anzugeben, der auch bei niedrigen mit einer Gleichstromquelle verbunden werden, be- Drehzahlen einen relativ hohen Wirkungsgrad aufstehenden Ständer ausgerüstet ist, wobei der Dauer- weist.

magnetläufer beidseitig der Ständerspulen angeord- Die Aufgabe ist bei einem Motor der eingangs ge-

nete Magnetpole aufweist. nannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß

Es ist bisher üblich gewesen, Tongeräte mit einem 65 der Ständer aus einem magnetisierbaren Ringkern Gleichstrommotor über ein Untersetzungsgetriebe und mehreren auf diesem angeordneten Ringkernanzutreiben. Dies hat aber einmal den Nachteil des Teilwicklungen besteht und radial zu beiden Seiten erhöhten Raumbedarfs dieses Antriebes. Anderer- desselben radial magnetisierte, mit gleichnamigen