DE2529471A1 - Gleichstrom-drehmaschine - Google Patents

Gleichstrom-drehmaschine

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DE2529471A1
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DE19752529471
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Yukuo Karube
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K31/00Acyclic motors or generators, i.e. DC machines having drum or disc armatures with continuous current collectors

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc Machiner (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)

Description

  • Gleichstrom-Drehmaschine Die Erfindung bezieht sich auf eine Gleichstrom-Drehmaschine.
  • Bei den unter die Kategorie der Gleichstrom-Drehmaschinen fallenden Gleichstrom-Motoren ist es üblich, daß der vom Ankerstrom erzeugte magnetische Fluß um 900 im elektrischen Winkel gegenüber dem vom Feldsystem erzeugten magnetischen Fluß versetzt wird, um dadurch ein Drehmoment zu erzeugen. Bei dem allgemein bekannten Elektromotor mit Permanentmagnet-Anregungskommutator veranlaßt beispielsweise der Kommutator, daß der vom Anker erzeugte magnetische Fluß um 900 gegenüber dem vom Feld.-Permanentmagnet erzeugten magnetischen Fluß verzögert wird. Weiterhin ist es auch für bürstenlose Motoren, die einen Permanentmagneten als Rotor benutzen, bekannt, den vom Rotor erzeugten magnetischen Fluß durch ein Lage-Feststellelement, zum Beispiel ein Hall-Element oder dergleichen, festzustellen und die Ankerspule so anzuregen, daß der dabei erzeugte Ankerfluß um 900 gegenüber dem vom Rotor erzeugten Fluß voreilt.
  • Bei diesen üblichen Gleichstrom-Drehmaschinen wird die Speiseleistung zur Ankerspule sequentiell umgeschaltet, um einen Ankerfluß zu erzeugen, der um einen vorbestimmten elektrischen Winkel gegenüber dem Feld-Fluß versetzt ist; und dieses gibt Anlaß zu während des Umschaltens des Treibstroms auftretenden Stromänderungen, die ihrerseits eine änderung des Drehmomentes zur Folge haben. Eine derartige Drehmomentänderung ist bisher durch die Ausnutzung der Motorträgheit oder durch Verwendung eines Schwungrades zu beseitigen versucht worden; es war Jedoch schwierig, bei den üblichen Drehmaschinen sämtliche Drehmomentschwankungen zu beseitigen. Des weiteren würde, wenn die vorstehend beschriebenen Gleichstrom-Drehmaschinen als Gleichstromgeneratoren benutzt würden, eine pulsierende Spannung anstelle des schwankenden Drehmomentes erzeugt werden.
  • Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Gleichstrom-Drehmaschine einfacher Bauart bereitzustellen, bei der die vorstehenden Nachteile der üblichen Gleichstrom-Drehmaschinen beseitigt sind, Insbesondere soll Vorsorge auch dafür getroffen werden, daß die Gleichstrom-Drehmaschine keine mechanischen oder elektrischen Kommutatormittel benötigt, und weiterhin auch dafür, daß die Gleichstrom-Drehmaschine in Folge einer neuartigen Anordnung von Feldsystem und Anker in sehr flachem Aufbau gehalten werden kann. Speziell soll dabei auch die Gleichstrom-Drehmaschine so entworfen sein, daß sämtliche Drehmomentschwankungen während Jeder Drehung auch bei der ins Auge gefaßten flachen Ausführung unabhängig davon vermieden werden können, ob es sich um eine bürstenlose Drehmaschine oder nicht handelt.
  • Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist in den Ansprüchen gekennzeichnet und in der Zeichnung anhand einiger AusfUhrungsbeispiele beschrieben; es zeigen: Fig. 1 eine Schrägansicht zur Erläuterung des der erfindungsgemäßen Gleichstrom-Drehmaschine zugrundeliegenden Prinzips, Fig. 2 eine Draufsicht auf die Anordnung nach Fig. 1 Fig. 3 eine Axial-Schnittansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gleichstrom-Drehmaschine, Fig. 4 eine Schrägansicht des in der Anordnung nach Fig. 3 benutzten Rotor-Bauteils, Fig. 5 eine Axialschnittansicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gleichstrom-Drehmaschine in bürstenloser Ausführung und Fig. 6 eine Schrägansicht des in der bürstenlosen Gleichstrom-Drehmaschine nach Fig. 5 benutzten Rotors.
  • In der Prinzipdarstellung nach Fig. 1 bedeuten die Bezugsziffer 1 die Rotor-Welle und die Bezugsziffern 2 bis 9 radial verlaufende und senkrecht zur Welle 1 angeordnete Leiterstücke. Ein parallel zur Rotor-Welle 1 und senkrecht zu den Leiterstücken orientiertes Magnetfeld H wirkt gleichförmig auf letztere ein.
  • Wenn die Ströme 12 - I9 Je durch ihre entsprechenden Leiter in den durch die Pfeile angegebenen Richtungen fließen, wird die elektromagnetische Kraft entsprechend der Flemming'schen Linken-Hand-Regel an Jedem der Leiterstücke 2 bis 9 in einer Richtung auftreten, die tangential zu einem zur Rotor-Welle 1 zentrierten Kreisumfang verläuft.
  • Daher werden bei fixiertem, auf die Leiterstücke in der dargestellten Weise einwirkendem gleichförmigem Magnetfeld die Leiterstücke in vorbestimmter Richtung um ihre Mittelachse gedreht, und man hat einen Gleichstrom-Motor.
  • Entsprechend Fig. 2, die eine Draufsicht auf die Anordnung nach Fig. 1 darstellt, liegen die inneren Enden der Leiterstücke 2 bis 9 auf einem Kreis des Radius R1 um die Rotor-Welle 1, und die Außenenden der Leiterstücke auf einem hierzu konzentrischen Kreis R2. Weiterhin bedeuten verallgeme:nernd n die Anzahl der Leiterstücke, I der diese durchfließende Strom und H das hierauf einwirkende Magnetfeld. Die auf die einzelnen Leiterstücke einwirkenden Momente der elektromagnetischen Kräfte verlaufen in der gleichen Richtung relativ zur Welle 1, und das Drehmoment T, das auf alle Leiterstücke einwirkt, ist gegeben durch Hierin bedeutet ,ao die magnetische Permeabilität des Vakuums.
  • In vorstehender Gleichung (1) sind n, R1 und R2 durch die Konstruktion des Ankers bestimmt; hieraus folgt, daß das Drehmoment T proportional zur Größe des Magnetfeldes H und zur Größe des durch die Leiterstücke fließenden Stroms I, aber unabhängig von der Winkellage Jedes Leiterstücks relativ zur Welle 1 ist.
  • Demgemäß ist eine entsprechend dem in Fig. 1 dargestellten Prinzip gebaute Gleichstrom-Drehmaschine vollständig frei von Drehmoment-Schwankungen (oder -Pulsierungen).
  • Bei dem nach diesem Prinzip aufgebauten Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 und 4 ist das Außengehäuse der dargestellten Drehmaschine aus einem zylindrischen Topf 13 und diesen verschließenden Deckel 10 aufgebaut; die Teile 10 und 13 bestehen aus unmagnetischem Material. Bürsten 12 und 15 sind am Deckel 10 bzw. am Außenzylinder 13 mit Hilfe von Isolatoren 11 bzw. 14 befestigt. Auf der Deckelinnenseite und am Topfboden sind Permanentmagnete 17 und 19 über zwischengeschaltete Weicheisenkerne 16 und 18 befestigt. Die Permanentmagnete 17 und 19 sind in paralleler Richtung zur Rotor-Welle 20 Jedoch entgegengesetzt zueinander magnetisiert, wie dieses durch die Pfeile in Fig. 3 dargestellt ist. Die Eisenkerne 16 und 18 liegen in Form flacher Platten vor und bilden den Stator der Drehmaschine.
  • Die Rotor-Welle ist am Gehäuse in Drehlagern 26 und 27 gelagert und teilt den auf ihr befestigten Eisenkern 21 des Rotors. Die Oberfläche des flachen Teils des Eisenkerns 21 ist mit einer Isolierschicht 22 belegt, auf der Leiterstücke 23 in der in Fig. 4 dargestellten Weise angeordnet sind. Die Leiterstücke 23 sind radial um die Welle 20 verteilt und ihre gegenüberliegenden Enden sind mit Kollektorringen 24 bzw. 25 verbunden. Der so aufgebaute Rotor bildet kleine Luftspalte zu den Magnetoberflächen des Stators.
  • Bei der solcherart aufgebauten Drehmaschine sind die Magnetflußwege die durch die Pfeile in Fig. 3 dargestellten, und in den Lurtspalten wirkt der magnetische Fluß auf Jedes Leiterstück in senkrechter Richtung ein. Deshalb verläuft, wenn Gleichstrom über die Bürsten 12, 15 in Je gleicher Richtung zu den einzelnen Leiterstücken fließt, die zwischen dem Magnetpol 17 und den hierzu gegenüberliegenden Teilen der Leiterstücke 23 erzeugte elektromagnetische Kraft in derselben Richtung wie die elektromagnetische Kraft, die zwischen dem Magnetpol 19 und den hierzu gegenüberliegenden Teilen der Leiterstücke 23 erzeugt wird, so daß ein Drehmoment im Rotor entsteht, das die Welle 20 antreibt. Das solcherart erzeugte Drehmoment wird, wie erwähnt, frei von Schwankungen sein.
  • Bei der vorstehend beschriebenen Anordnung wird, wenn die Welle 20 von einer äußeren Kraft gedreht wird, eine Gleichspannung in den Leiterstücken induziert, was bei Belastung der dann als Generator arbeitenden Drehmaschine zur Abgabe eines gleichermaßen schwankungsfreien Gleichstromes führt. Bei der dargestellten Anordnung sind die Leiterstücke 23 sämtlich zwischen den Kollektorringen 24 und 25 parallel geschaltet, so daß die Innen-Impedanz des Ankers niedrig ist. D.h. die dargestellte Anordnung liefert eine Gleichstrom-Drehmaschine, die mit niedriger Spannung und hohem Strom betreibbar ist.
  • Aus Gleichung (1) ergibt sich für das Drehmoment T Wenn der Ankerstrom i=nI ist, dann ergibt sich für das Drehmoment Bei der in Fig. 5 und 6 dargestellten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich um eine bürstenlose Gleichstrom-Drehmaschine. In diesen Figuren bezeichnen die Bezugsziffer 110 eine Frontplatte aus weichmagnetischem Material und 130 eine Rückplatte aus demselben Material. Die beiden Platten bilden zusammen (mit einer Zylinderwandung) das Gehäuse für die Drehmaschine. Lager 26 und 127 sind an den Platten 110 bzw. 130 befestigt-und dienen zur drehbaren Lagerung einer Rotor-Welle 120. Die Platten 110 und 130 sind mit ordnungen versehen, über wel e von außen her der Anker spule Strom zugeführt werden kann.
  • Der Außenzylinder 113 des Gehäuses besteht gleichfalls aus weichmagnetischem Material, an ihm ist der Eisenkern 121 des Stators befestigt. Die Oberfläche des Kerns 121 hat einen isolierenden Belag 122, auf dem teiterstücke 123 befestigt sind. Die Leiterstücke 123 umfassen eine Vielzahl Leiter, die senkrecht zur Rotor-Welle 120 sowie radial von diesen weg verlaufend angeordnet sind. Die Leiterstücke sind mit ihren gegenüberliegenden Enden an Kollektorringe 124 und 125 angeschlossen. Der so gebaute Anker wird vom Außenzylinder 113 zur Bildung des Stators gehalten.
  • Der Rotor umfaßt zwei flache, Permanentmagnete bildende Platten, die in Richtung parallel zur Rotor-Welle 120 zwar gleichförmig, Jedoch entgegengesetzt zueinander magnetisiert sind. Die in Fig. 5 eingezeichneten Pfeile geben die Richtungen der Magnetflüsse wieder.
  • 135 ist ein aus unmagnetischem Material bestehendes Rotor-Halteglied.
  • Würde dieses Halteglied 135 aus magnetischem Material hergestellt, so würden die Magnetflüsse hierüber verlaufen, um ein umgekehrtes Drehmoment in Jenen Teilen der Ankerleiter zu erzeugen, die parallel zur Rotor-Welle verlaufen.
  • Die Permanentmagnete 117 und 119 sind also, wie erwähnt, an der Rotor-Welle 120 mit Hilfe des Rotorhaltegliedes 135 aus unmagnetischem Material, z. B. aus rostfreiem Stahl oder dergleichen, befestigt. Die einander gegenüberstehenden Seiten der Permanentmagnete sind den Leiteroberflächen des Stators unter Einhaltung leichter Luftspalte hierzwischen zugewandt.
  • Wenn bei dieser Anordnung Gleichstrom über den Anschlußleiter 112, den Anker und den Anschlußleiter 115 hindurchgeschickt wird, so fließen richtungsmäßig entgegengesetzte, Jedoch senkrecht zur Achse der Welle 120 orientierte Ströme durch die Teile 123a und 123b der Leiterstücke, welche den den Rotor bildenden Magneten Je in Luftabstand gegenüberstehen. Andererseits wirken die Magnetfelder gleichfalls in entgegengesetzter Richtung in den Jeweiligen Luftspalten, so daß die in den Teilen 123a und 123b erzeugten elektromagnetisehen Kräfte in derselben Richtung verlaufen. Als Folge hiervon erfährt der Rotor ein Drehmoment, das er auf die Achse 120 überträgt. Die Ankerleiter können bei der dargestellten Anordnung alternativ durch eine leitende Schicht gebildet sein, die auf den Isolierbelag des Ankerkerns 121 aufplattiert, aufgedampft oder aufgedruckt ist. Auch bei der bürstenlosen Gleichstrom-Drehmaschine ist das erzeugte Drehmoment unabhängig von der relativen Lage zwischen Rotor und Stator, was zu einem Elektromotor führt, dessen Drehmoment schwankungsfrei ist. Auch seine Verwendung als Gleichstromgenerator wird zur Lieferung eines pulsierungsfreien Gleichstroms führen. Bei der dargestellten Ausführungsform gilt hinsichtlich der Einspeisungsstelle für den Strom zu den Ankerleitern 123, daß vorzugsweise eine Vielzahl Einspeisungspunkte in zentrierter Anordnung vorgesehen werden, da es vorzuziehen ist, daß die Ströme bezüglich der Rotor-Welle 120 zentriert verlaufen.
  • Bei der erfindungsgemäßen Gleichstrom-Drehmaschine ist also das erzeugte Drehmoment frei von Schwankungen während Jeder Umdrehung, was bei Verwendung als Elektromotor zu einem vollständig schwankungsfrei und gleichförmig drehenden Motor führt. Bei Verwendung als Generator gibt die Gleichstrom-Drehmaschine einen Gleichstrom ab, der keinerlei Schwankungen in der erzeugten Spannung enthält. Es sind also keine mechanische oder elektrische Kommutatormittel bei der erfindungsgemäßen Gleichstrom-Drehmaschine erforderlich, die demgemäß sehr einfach aufgebaut und insbesondere auch sehr klein gehalten werden kann. Die Erfindung ist daher insbesondere bei kleinen Glaichstrom-Motoren und -Generatoren von hohem Nutzen.

Claims (5)

  1. Patentansprüche
    ( 1 )Gleichstrom-Drehmaschine mit einem Stator und einem Rotor, dadurch gekennzeichnet, daß das in den Luftspalten zwischen dem Stator (16-19; 21-125) und dem Rotor (20-25; 117, 119, 120, 135) durch ein Feld-System erzeugte Magnetfeld gleichförmig ist und parallel zur Rotorwelle (20; 120) verläuft und daß der Ankerstrom, der durch den den Stator oder Rotor bildenden Ankerleiter (23; 123) fließt, radial und senkrecht zu der Rotor-Welle gerichtet ist.
  2. 2. Gleichstrom-Drehmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Feld-System durch ein Paar flacher scheibenförmiger Permanentmagnete (17, 19; 117, 119) gebildet ist, die einander gegenüberstehen und in entgegengesetzter Richtung zueinander magnetisiert sind.
  3. 3. Gleichstrom-Drehmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der in den Luftspalten angeordnete Ankerleiter eine Vielzahl Leiterstücke (1-9) aufweist, die auf gegenUberliegenden Flächen des flach und scheibenförmig ausgebildeten Armaturenkerns (21; 121) angeordnet sind und daß der Ankerstrom, der in einem zwischen den beiden Permanentmagneten und den gegenüberliegenden Ankerflächen definierten Luftspalten-Paar fließt, auf gegenüberliegenden Oberflächen des Ankerkerns unter entgegengesetzten Richtungen orientiert ist.
  4. 4. Gleichstrom-Drehmaschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (16-19) einen Magnetflußweg aufweist, in welchem das Paar Permanentmagnete (17, 19), liegen, daß der Rotor (20-25) einen Magnetflußweg aufweist, in welchem der Ankerleiter und der Kern (21) liegen, und daß der Ankerstrom durch den Ankerleiter über Kollektorringe (24, 25), die auf der Rotor-Welle (20) befestigt sind, hindurchgeschickt wird.
  5. 5. Gleichstrom-Drehmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (117, 119, 120 und 135) einen Magnetflußweg aufweist, in welchem ein Paar Permanentmagnete liegen, daß der Stator (121- 125) einen Magnetflußweg aufweist, in welöhem der Ankerleiter und der Kern (121) liegen, und daß der Ankerstrom über ringförmige Elektroden (124, 125), die an dem Stator angeordnet sind, hindurchgeschickt wird.
DE19752529471 1974-07-03 1975-07-02 Gleichstrom-drehmaschine Withdrawn DE2529471A1 (de)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2625853A1 (fr) * 1988-01-12 1989-07-13 Gadat Jean Marie Moteur pas-a-pas a faible inductance
WO1990014265A1 (de) * 1989-05-24 1990-11-29 Laukien Guenther Verfahren und vorrichtung zum antreiben von wasserfahrzeugen
EP0461490A1 (de) * 1990-06-13 1991-12-18 Robotica S.R.L. Läuferpolschuhe aufweisender Drehmomentmotor

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4894806A (de) * 1972-03-16 1973-12-06
JPH0210434U (de) * 1988-06-23 1990-01-23

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2625853A1 (fr) * 1988-01-12 1989-07-13 Gadat Jean Marie Moteur pas-a-pas a faible inductance
WO1990014265A1 (de) * 1989-05-24 1990-11-29 Laukien Guenther Verfahren und vorrichtung zum antreiben von wasserfahrzeugen
US5352139A (en) * 1989-05-24 1994-10-04 Gunther Laukien Method and apparatus for the propulsion of water vehicles
EP0461490A1 (de) * 1990-06-13 1991-12-18 Robotica S.R.L. Läuferpolschuhe aufweisender Drehmomentmotor

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