DE2512273B2 - Wendelpolfreie kommutatormaschine - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine wendepolfreie Kommutatormaschine der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen und in der DT-AS 11 85 276 beschriebenen Art.

Im bekannten Fall soll ein Elektrokleinmotor mit einer dauermagnetischen Statorbaueinheit versehen werden, die die guten Eigenschaften eines geschlossenen Dauermagnetringes aufweist, jedoch nicht auf die Herstellung eines magnetischen Hohlzylinders angewiesen ist. Dazu wird vorgeschlagen, die Feldlöcher zwischen den Permanent-Hauptpolen durch Zwischeneinlagen aus elastisch verformbaren Dauermagneten auszufüllen und formschlüssig sowie magnetisch leitend derart anzuschließen, daß ein zusammengesetzter Magnetring als Statorbaueinheit entsteht. Voraussetzung ist dabei, daß für die Hilfspole in den Pollücken dauermagnetische, d. h. magnetisch harte Materialien vorgesehen werden, da mit Hilfe dieser Eigenschaft der Hilfspole eine erhöhte effektive Polbedeckung und eine Vergrößerung des ständererregten Flusses erreicht werden soll.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, mit besonders einfachen Mitteln das Betriebsverhalten von Kommutatormaschinen der eingangs genannten Art, insbesondere das Drehzahl/Drehmoment-Vcrhalten im Motorbetrieb bzw. das Strom/Spannungs-Verhalten im Ceneratorbctrieb beeinflussen zu können.

Die Lösung der gestellten Aufgabe ist bei einer Kommutatormaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebene Lehre möglich. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben; dabei wird für die Gegenstände der Unteransprüche 2 und 4 kein selbständiger Patentschutz begehrt.

Durch die erfindungsgemäße Lösungskombination wird auf einfache Weise über die Hilfspole ein ankererregter Fluß ausgebildet, durch den im gewünschten Sinn die Drehzahl/Drehmoment- bzw. Strom/Spannungs-Kennlinien ohne eine zusätzliche Ständerwicklung beeinflußbar sind.

Je nach Verschiebungsrichtung der Bürstenachse aus der geometrisch neutralen Zone relativ zum Drehsinn des Läufers wird die Wirkung des »Längsfeldes« des permanentmagnetisch erregten Feldes von einem durch die Ankcrdurchflutung erregten und sich bevorzugt über die zusätzlichen ferromagnetischen Pole ausbildenden »Querfeldes« verstärkt oder geschwächt, wodurch sich die erwähnte Beeinflussung der Maschinencharakteristik erreichen läßt.

Bei Betrieb der erfindungsgemäßen permanenterregten Kommutatormaschine als Generator lassen sich in vorteilhafter Weise eine Kompensation des Ankerspannungsabfalls und u. U. auch des Drehzahleinbruchs der Antriebsmaschine sowie ein Konstantspannungsverhalten bei günstiger Kommutierung dadurch erreichen, daß die Bürstenachse in Richtung des Läuferdrehsinns aus der neutralen Achse verschoben ist. Arbeitet dagegen die erfindungsgemäße permanenterregte Kommutatormaschine im Motorbetrieb, so lassen sich eine Reihenschlußcharakteristik und hohe Anfahrmomente bei guter Kommutierung durch eine Verschiebung der Bürstenachse entgegen der Richtung des Läuferdrehsinns aus der neutralen Zone erzielen.

Die Erfindung wird anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels und von Kennliniendiagrammen in der Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

F i g. 1 in einem einzigen Schnittbild durch eine permanenterregte Kommutatormaschine zwei verschiedene Ausführungen der Ferromagnet-Polschuhe,

Fig.2 Drehzahl-Momentenkennlinien bei Motorbetrieb in Abhängigkeit von verschiedenen Parameterwerten Eq/ E|,

Fig.3 Strom-Spannungs-Kennlinien im Generatorbetrieb in Abhängigkeit von verschiedenen Parameterwerten E_q/E\.

Gemäß Fig. 1 liegen an der Innenwandung eines rohrförmigen Ständerjochs 1 symmetrisch zur geometrisch neutralen Zone /-/ je ein permanenterregtes Magnetsegment 2 dicht an. In den jeweiligen Pollücken zwischen gegenüberliegenden Stirnflächen der Magnetsegmente 2 sind zusätzlich Ferromagnet-Polschuhe 5,6 hoher Permeabilität angeordnet, die ebenfalls in einer guten Verbindung zum Ständerjoch t gehalten sind, derart, daß der Fluß möglichst ungehindert von den Ferromagnet-Polschuhen 5,6 in das Ständerjoch 1 bzw. vom Ständerjoch 1 in die Ferromagnet-Polschuhe 5, 6 übertreten kann. Mit 3 ist der hier nicht bewickelt dargestellte, mit Nuten 4 versehene Läufer bezeichnet.

Die Hezugszcichen 7, 8 kenn/eiehnen die je nach Betriebsweise (Motor- b/.w. Generatorbetrieb) im Sinne dev vorliegenden Erfindung bevorzugte Lage der Bürstenachsen.

Die Ferromagnet-Polschuhe 5, 6 können iuich einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung entweder — wie bei der Ausführung des linken Polschuhes in V i g. I — als massive, ggf. zusätzliche lamellierte Segmente oder — wie bei der Ausführung des rechten Polschuhe', in Fig. I — als einfacher, durch Stanzen oder Biegen herzustellender Blcchbügcl oder aber als eine entsprechende polschuhartigc Formgebung des rohrförmigen Stünderjochs im Bereich der Pallücken ausgebildet sein.

Die vom Feld des Permanentmagneten induzierte EMK E\ ist drehzahlproportional, die EMK des Ankcrquerfeldcs E₁₁ ist strom- und drehzahlproportional. Die rechnerische Untersuchung zeigt darüber hinaus daß das resultierende Ankcrfeld einer mit einem Querfeld versehenen permanenterregten Kommutatormaschine im Vergleich zur entsprechenden Kommutatormaschine ohne zusätzliche Ferromagncl-Polschuhe

in den Pollücken sein Vorzeichen wechselt, l'iir eine übliche Maschinenauslegung gilt:

In I'ig. 2 sind verschiedene Motorkennlinien Λ7 = f(n) für verschiedene Parameterwerte [-',/I-'\ eingezeichnet. Es wird deutlich, daß positive Werte für E₁₁ dem erfindungsgemäß aufgebauten Permanentmagnet-Motor mit Querfeld eine Reihenschlußcharakleristik und eine günstigere Kommutierung bei einer Bürstenverschiebung gegen den Läufer-Drehsinn verleihen sowie das Anfahrmoment erhöhen. In I"ig. 3 sind die Generator-Kennlinien Il = f(l) ebenfalls für ver schiedenc Parameterwerte E,/E\ eingezeichnet. Aus einem Kcnnlinienverglcich ist entnehmbar, daß sich durch eine Bürstenverschiebung im Läuferdrchsinn durch eine Verstärkung des Längsleldcs eine Kompensation des Ankerspannungsabfalls erzielen läßt, so daß Konstant-Spannungs-Generatoren auch mit einfachen permanent magneterregten Kommutatormaschinen bei günstiger Kommutierung realisierbar sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

2δ 12 Patentansprüche:

1. Wendepolfreie Kommutatormaschine mit Permanentmagnet-Polen niedriger Permeabilität und zusätzlichen Ferromagnet-Polschuhen hoher Permeabilität in den Pollücken zwischen den Permanentmagnet-Polen, dadurch gekennzeichnet, daß die Polschuhe (5, 6) in den Pollücken zwischen den Permanentmagnet-Polen (Magnetsegmente 2) aus magnetisch weichem Material gebildet sind und die Bürstenachse (7 bzw. 8) aus der geometrisch neutralen Zone (l-l) verschoben ist.

2. Wendepolfreie Kommutatormaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polschuhe als Massivpole ausgebildet sind.

3. Wendelpolfreie Kommutatormaschine nach Anspruch t, dadurch gekennzeichnet, daß die Polschuhe (5) lamelliert sind.

4. Wendepolfreie Kommutatormaschine nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Polschuhe aus einem gestanzten und/oder gebogenen Blechbügel (6) bestehen.

5. Wendelpolfreie Kommutatormaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polschuhe durch eine entsprechende polschuhartige Formgebung eines rohrförmigen Ständerjoches im Bereich der Pollücken gebildet sind.

6. Wendepolfreie Kommuiatormaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Motorbetrieb die Bürstenachse entgegen der Richtung des Kommutator-Drehsinns aus der neutralen Zone verschoben ist.

7. Wendepolfreie Kommutatormaschine nach einem der Ansprüche t bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Generatorbetrieb die Bürstenachse in Richtung des Kommutator-Drehsinns aus der neutralen Zone ('/-/^verschoben ist.