DE2101459A1

DE2101459A1 - In mehreren Drehzahlstufen betreibbarer Gleichstrommotor

Info

Publication number: DE2101459A1
Application number: DE19712101459
Authority: DE
Inventors: Adolf 7582 Bühlertal; Bäuerle Oskar 7580 Bühl Schemel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1971-01-14
Filing date: 1971-01-14
Publication date: 1972-08-03
Also published as: IT946437B; FR2122132A5; BE778012A

Description

R. 152 Sh/KT
5.1.1971

Anlage zur
Patent- -und

ItOhERT BOGCH GIiBII, 7 Stuttgart; (Deutschland)

In mehreren Drehzahl stufen betreibbarex· Gleichötromrnotor

Die.· Erfindung betrifft einen in mehreren Drehzahlstufen betreiLbaren Gleichstrommotor, mit mindestens zwei galvanisch getrennten, an jeweils einem Kollektor angeschlossenen Ankerwicklungen, die.wahlweise einzeln oder gemeinsam in den Ankeratroiakreis des Motors einschaltbar sind.

Kin bekannter Gleichstrom-Reihenschlußmotor dieser Art trägt auf seinem Anker zwei Wicklungen, deren Anzapfungen zu getrennten Kollektoren geführt sind. Beide Wicklungen können über einen Schalter jeweils mit der Feldwicklung des Motors verbunden

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werden. Die eine Ankerwicklung "besitzt eine Anzahl von Aiaperewindunf :-^ die für die normale Drehzahl des Motors bemessen ist, während die andere weniger Amperew3ndungen aufweist. Die Umschaltung von der ersten auf die zweite Ankerwicklung "bewirkt eine Drehzahlerhöhung des Motors.

Der Nachteil dieser Ausführung "besteht darin, daß der Motor nur für eine Drehzahl optimal ausgelegt werden kann, so daß er zwangsläufig in der anderen Geschwindigkeitsstufe nicht im Wirkungsgradmaximum arbeitet.

Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist bereits vorgeschlagen worden, die Feldwicklung mit Anzapfungen zu versehen, um bei Umschalten auf die höhere Drehzahl das Erregerfeld schwächen zu können, so daß auch in der -zweiten Drehsahlstufe der Arbeitspunkt des Motors wieder im Wirkungsgradmaximum liegt.

Hierbei ist jedoch ein sehr hoher Schaltungsaufwand erforderlich, der insbesondere bei mittleren und kleineren Motoren in keinem "Verhältnis zu dem erreichten Effekt der Wirkungogredverbesserung steht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gleichstrommotor zu bauen, der in allen Drehzahlstufen nahezu im Wirkungsgradmaximum arbeitet und bei dem die Drehzahlumschaltung ohne Umschaltung des Erregerfeldes erfolgt.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Erregung des Motors Permanentmagnete vorgesehen sind, deren magnetische Eigenschaften und geometrische Abmessungen so gewählt sind, daß die beim Umschalten von einer in eine andere Drehzahlstufe hervorgerufene Ankerquerfeldänderung eine zum Verschieben des Arbeitspunktes des Motors in das Wirkungsgrad-' maximum der jeweiligen Drehzahlstufe erforderliche Hauptflußänderung bewirkt.

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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines Gleichstrommotors gemäß der Erfindung dsi'gestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise schematisierte Darstellung des Gleichstrommotors im Längsschnitt,

Pig. 2 eine Stirnansicht des Motors in Pig. I, "bei ausgebautem Läufer,

Pig. 3 einen Schaltplan mit Drehzahlstufenschalter, Pig. 4- ein Wiekelschema der Ankerwicklung,

Pig. 5 Drehzahl- und Wirkungsgradkennlinieri des Motors bei zwei unterschiedlichen Arbeitspunkten,

Pig. 6 ein Diagramm des vom Hotor abgegebenen Drehmoments in Abhängigkeit vom Windungsfluß bei verschiedenen Drehzahl stufen und.

Fig. 7 die permanente Zustands-kurve des Mognetkreises des Motors.

Das rahrienartige Gestell 13 des Gleichstrommotors hat einen Polring 14, an den durch Heltebleche Ii? zwei Permanentnarnotsegmente 16 und IG¹ befestigt sind. Im Innern des durch die Permanentmagnete gebildeten Ringes ist der Anker 17 des Motors drehbar angeordnet. Eine den Anker 17 tragende Ankerwelle i.^c:t in Legerdeckoln 19 und 19' drehbar gelagert, die on den Stirnseiten des Rahmens 13 angeflanscht sind. Auf der Ankerwelle 18 sitzen beidseitig des Ankers 17 zwei Kollektoren 20 und 20', '/ro deren Lamellen die Windungen zweier in Anke rau ton 71'.. dos Ankers eingelegten Wicklungen 22 und 22' geführt sind.

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In Fig. 4 ist ein Wickelschema der Ankerwicklungen dargestellt. Kit den Zahlen 1 bis 12 sind die Segnente der Ko.llektoren 20 bzw. 20' beziffert, die der Anzahl der Ankernuten 21 entsprechen. Uie Wicklungen 22 und 22' sind galvanisch getrennt, sie besitzen die gleiche Windungszahl und den gleichen Wicklungsschritt, Die Drahtdurchnesser beider Wicklungen sind verschieden gewählt. Die sich entsprechenden Windungen der Wicklungen 22 und 22' sind an den entsprechenden Lamellen des Jeweiligen Kollektors 20 bzw. 20' angeschlossen. Die beiden Wicklungen sind als Schleifenwicklungen aufgeführt, die beim Wickeln parallel eingelegt werden.

Die Kollektorbürsten 23 und 2 V (Fig. 3) sind über einen Umschalter ?A so miteinander verbunden, daß in der Stellung I des Umschalters 2M nur die Wicklung 22 an eine Stromquelle 25 angeschlossen ist und in Stellung II die Wicklungen 22 und 22' hintereinander geschaltet in Keilie mit der Stromquelle 25 liegen. Hierdurch ergeben sich, wie später eingehend ausgeführt wird, zwei Geschwindigkeitsstufen für den IJotor: Stellung I hohe Drehzahl, Stellung II kleine Drehzahl.

^ Der Gleichctroramotoa.· ist als Antrieb für einen Lüfter ausgelegt. Die Lüfterkennlinie M = f (n^c) ist als Kurve a in Fig. 5 dargestel.lt, wobei das Drehmoment ΓΙ auf der Abszisse und die Drehzahl η auf der Ordinate abgetragen sind. Die Gerade b im gleichen Diagramm zeigt die Drehmomentcnkonnlit;] ο ΙΊ = f (n) des Motors bei angeschlossener V/ick lung 22.

Die permanente Zustanclskurvo des magnetischen Kreises des Kotors ist in Fig. 7 dargestellt. Die rcri:ianentmag:iote sind sogenannte Oxidmagnete, die sich durch vcrhültni si'iäiM g flache permanente Zustandskurven auszeichnen. Die Abmessungen di-r Pei'manentmagneto, des Lu f tspa.1 tos und ei er Streu faktor des

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magnetischen Kreises sind so gewählt, dnß sich bei stromlosen Motor der Arbeitsrunkt 0 auf der roi-inanenten Zustandskurvo einstellt. Die UrSprungsgerade c durch den Arbeitspunkt, die sogenannte Arbeitsgerade, bildet mit der Ordinationsachse den Uinkel oc . Bei Belastung des Motors nit dem LüftermoL.ent K-, wird der Magnet infolge des nunmehr auftretenden Ankerquerfeldes um die Feldstärke 1%,- entmagnetisiert, so daß sich der Arbeitspunkt I auf der Zustandskurve ergibt.

Der Kotor arbeitet bei angeschlossener Wicklung 22 - und offener Wicklung 22' - und bei Belast\mg genäß der Lüfterkennlinie a im Arbeitspunkt 1 bei n, (Fig. 5) ^uri(i Gibt entsprechend der Leitorzahl z-, der Wicklung 22 und dem Erregerfluß φ-, des Erregersyr.tcr.rj das Drehmoment" FL ab (Kurv- d in Fig. 6).

In Fig. 6 ist das Drehmoment, H des Motors in Abhängigkeit von Lrregerfluß (£ mal Leiterzahl ·λ bei einer bestimmten Drehzahl η des Motors aufgezeichnet. Kurve d zeigl: den Verlauf dos Drehmoments bei Änderung des Windungsflusses 2TCp und konstant gehaltener Drehzahl n-, des Motors. Der Motor ist so ausgelegt, daß der Arbeitspunkt I in l⁽"ig. 5, Kurve a, und Fig. 6, Kurve d, im V/irkungsgraämcycimum liegt;, wie aus der Uirkungsgradkurve e des Motors in I'ig. 5 zu ersehen ist.

ί>ο!11 nur,mehr der Motor auf die kleine Drehzahl umgeschaltet v/erden, so ist der Umscha'I ter 24· in seine Stellung II zu bringen. Durch die Umschaltung werden die Ankerwicklungen 22 und 2?¹ in Reihe geschaltet, die Leitorzahl 2: hat sich vergrößert, wodurch die Drehzahl aLn i.mmI;. iss ergibt sich der fjkbive Momentenverlauf f in i'ig. G. Gleichzej big vergrößert sich jedoch auch der Ankerwiderstand, so daß sich der Momentenverlauf g einstellen würde.

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Mit der Drehzahl dec Hotorn verringert sich die Drehzahl des Lüfters und somit auch die Belastung gemäß der Lüfterkennlinie a in !'ig. 5· Hit der Belastung nimnt auch der Ankerstrom I des Ho tors ab und zwar* stärker als die Windungszahl ^ zunimmt, so daß das Ankerqiierfeld des Motors ,das den Produkt Z(j) proportional ist, geschwächt wird. Seine Verringerung bewirkt eine geringere Entmagnetisierung des Magneten und damit eine Vergrößerung der Erregung φ bzw. der Induktion B des Magnetkreises. Es wird sich also der wirkliche Momentenverlauf h in Fig. 6 ergeben und der Motor wird im neuen Arbeitspunkt II in J.''ig. 5 uft^- £'ig. 6 arbeiten.

Durch Berechnung und Versuche ist der Magnetkreis des Motors nun so ausgelegt, daß der neue Arbeitspunkt II annähernd im Wirkungsgradmaximum des in der neuen Drehzahlstuf e arbeitenden Motors liegt (vergl. Drehmoraentenkermlinie i und Virkungsgrad kurve k in Fig. 5). Hierzu ist die permanente Zustandskurve des Magnetkreises (Fig. 7) so festgelegt, daß bei Umschalben auf die kleine Drehzahlstufe n~ die Abnahme des Ankerquerfeldes und damit die Verringerung der Entmagnetisierung von He-j auf liejj die gewünschbe Induktionserhöhung bewirkt. Der Arbeitspunkt des Hagnetkreises kommt in Punkt II in Fig. 7 zu liegen, was eine Erhöhung dor Induktion von B-, nach B₀ bedeutet. Damit vergrößert sich der Erregerfluß des Motors, von ([λ auf G)o, entsprechend ändert sich der fiktive Momentenverlauf g des Motors in Fig. G in den tatsächlichen Momentcnverlauf h, so daß nunmehr der Motor in dor zweiten Drehzahlstuf ο im Arbeitspunkt II mit der Erregung .φ_ο und der Loiterzahl Zp arbeitet und entsprechend das Drehmoment M₂ abgibt.

Ein gemäß der Erfindung ausgeführter Gleichstrommotor hat folgende technische Daten:

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GM - Hotor mit Permanenterregung

Kennβ ung ' ■ 12 V

Wenn! ung ■ 48/7 W

Kenndj- .^ahl 4300 / 2300 U/min

Nennstrom 7 / 1,5 Λ

Polzahl 2

Hauptarmessungcn:

Anker	40 mm
Durchmesser	19 mm
Länge
Magnetkreis	Ox* 300
Mn gn e tv; e rk s t ο ί" f	7 mm
Länge des Magneten	15 cm^
Querschnitt des Magneten	0,5 mn
Luftspalt	55 κι™
Jo ch:l rollendurchmesser

Ankervd cklung

Eingängige Schleifenwicklung

V/indunp;szöhl 192 / 192

Zahl der Leiter 384 / 384

Nutzahl - 12

Schaltschritt 1:2

Zahl der Leiter pro Nut 32 / 32

Leiterquer schnitt .0,24 / 0,096 im

2 0 9 8 3 2 / ü 2 A 0 BA

- 8

Claims

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Stuttgart 5.1.1971

An Sprüche

/1.) In mehreren Drehzahl stufen betreibbarer Gleichstrommotor, mit mindestens zwei galvanisch getrennten, an jeweils einem Kollektor angeschlossene Ankerwicklungen, die wahlweise einzeln oder gemeinsam in den Ankerstromkreis des Kotors einschaltbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erregung des Motors Permanentmagnete (16, 16') vorgesehen sind, deren magnetische Eigenschaften und geometrischen Abmessungen so gewählt sind, daß die beim Umschalten von einer in eine andere Drehzahlstufe hervorgerufene /.nkerquerfeldänderung eine zum Verschieben des Arbeitspunktes des Motors in das Wirkungsgradmaxiir.uiPi der jeweiligen Drehzahl stufe erforderliche Hauptf J. uß änderung bewirkt.
2. Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet-, daß die Ankerwicklung aus zwei galvanisch getrennten, parallel mit gleichen Uirkungszahlen gewickelten Leitern unterschiedlichen Durchmessers bestehen, deren Uindimgen an die entsprechenden Lamellen des jeweiligen Kollektor^ angeschlossen sind.

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