DE2748162A1

DE2748162A1 - Permanentmagnetisch erregter gleichstromkleinmotor

Info

Publication number: DE2748162A1
Application number: DE19772748162
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Latz; Adolf Dr Ing Mohr
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1977-10-27
Filing date: 1977-10-27
Publication date: 1979-05-03
Also published as: FR2407598B3; IT1100137B; GB1584947A; FR2407598A1; IT7829068A0

Description

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Robert Bosch GmbH 27. September 1977

7000 Stuttgart 1

Permanentmagnetisch erregter Gleichstromkleinmotor Zusammenfassung

Es wird ein permanentmagnetisch erregter Gleichstromkleinmotor insbesondere höherer Leistung angegeben, dessen Leistungsgewicht bei ausreichender Entmagnetisierungsbeständigkeit des Magnetmaterials nahezu ein Minimum ist. Hierzu ist der Motor so ausgelegt, daß der Erregerfluß oder das Motormoment als Funktion des Ankerdurchmessers bei konstantem Motordurchmesser mindestens annähernd sein Maximum erreicht, und im Ankerstromkreis mindestens ein temperatur-, drehzahl-, strom- oder zeitabhängiges Strombegrenzungselement für den Ankerstrom vorgesehen. Um den Wirkungsgrad nicht zu verschlechtern, ist das Strombegrenzungselement derart ausgebildet, daß es im Nennbetrieb des Motors unwirksam ist.

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Die Erfindung betrifft einen permanentmagnetisch erregten Gleichstromkleinmotor, insbesondere einen Gleichstromkleinmotor größerer Leistung, mit einem Permanentmagnetsegmente und Rückschlußjoch tragenden Ständer und einem im Ständer umlaufenden Anker.

Solche Permanentmagnetmotore zeichnen sich durch hohen Wirkungsgrad, großes Anlaufmoment, kleine Bauform, geringes Gewicht und geräuscharmen Lauf aus und erschließen immer mehr Anwendungsgebiete. So werden sie bereits seit langem als Antriebsmotore für Scheibenwischer in Kraftfahrzeugen, für Uhren, für Tonbandgeräte und Plattenspieler, in Spielzeugen und anderem verwendet.

Gegenüber elektrisch erregten Gleichstrommotoren haben diese Permanentmagnetmotore den Nachteil, daß ein zu großes Ankerquerfeld eine bleibende Entmagnetisierung des Magnetmaterials hervorruft, die den Motor unbrauchbar macht. Generell ist das Ankerquerfeld am größten während des Anlaufvorgangs des Motors bei tiefen Temperaturen. Zusätzlich nimmt noch die Beständigkeit des Magnetmaterials gegen Entmagnetisierung bei Kälte ab. Bei der Auslegung dieser Motoren müssen daher die Anforderungen hinsichtlich der Beständigkeit des Magnetmaterials gegen das Ankerquerfeld unter verschiedenen Betriebsbedingungen des Motors sorgfältig beachtet werden.

Noch kritischer wird die Entmagnetisierungsbeständigkeit des Magnetmaterials bei MotoSfen mit größerer Leistung, da das Ankerquerfeld mit zunehmender Motorgröße stärker wächst als die Abmessungen des Motors. Das gleiche trifft für hochausgenutzte Motoren geringer Einschaltdauer oder hoher Nenndrehzahl zu.

Bei bekannten Permanentmagnetmotoren der eingangs genannten Art hat man daher die Beständigkeit des Magnetmaterials gegen Entmagnetisierung durch ein starkes Ankerquerfeld durch eine größere Dicke der Magnetsegmente erreicht. Bei gegebenem konstanten Außendurchmesser des Motors verringert sich damit aber zwangsläufig der Ankerdurchmesser und damit die»Ankermantelflache,

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Da aber Drehmoment M des Motors proportional dem dauermagnetisch erregten Fluß fund dem Strom X ist und dieses Produkt proportional dem Ankervolumen bzw.bei konstantem Verhältnis Ankerlänge zu Ankerdurchmesser dem kubischen Ankerdurchmesser D^ ist, führt die Erhöhung der Entmagnetisierungsbeständigkeit des Magnetmaterials durch dickere Magnete zu einer Fluß- und Momentverringerung. Der Motor gibt also mit Rücksicht auf die Beständigkeit des Magnetmaterials eine kleinere Leistung ab, als er theoretisch aufgrund seiner Motorgröße liefern könnte. Das Verhältnis Leistung zu Gewicht des Motors ist unbefriedigend.

Bei anderen bekannten permanentmagnetisch erregten Gleichstromkleinmotoren ist die Entmagnetisierungsbeständigkeit gegen ein

bestehendes Ankerquerfeld durch Vergrößerung des Wertes der Koerzitivfeldstärke jllc erzielt worden, was durch Auswahl entsprechender permanentmagnetischer Materialien erreichbar ist. Aus Gründen der physikalischen Abhängigkeit der Stoffwerte verringert sich aber bei Vergrößerung des jHc~Wertes der Wert der Remanenzinduktion B_r. Mit Verkleinerung des B_r-Wertes nimmt aber auch der Fluß ab. Eine Moment- und eine Leistungsverringerung des Motors ist gleichermaßen durch das Erfordernis der Entmagnetisierungsbeständigkeit in Kauf zu nehmen. Das Leistungsgewicht der Motoren ist wie bei den vorstehend beschriebenen bekannten Motoren relativ groß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, permanentmagnetisch erregte Gleichstromklcinmotoren der eingangs genannten Art, insbesondere Motoren größerer Leistung ab ca. 30 W, so zu verbessern, daß bei gleichen Motorabmessungen eine größere Leistung bzw. umgekehrt bei gLeicher Motorleistung kleinere Motorabmessvingen und damit ein geringeres Gewicht erzielbar ist, das Leistungsgewicht also weitgehend einom Minimum angenähert wird, ohne dabei die notwendige Entmagnetisierungsbeständigkeit des Magnetmaterials gegen das unvermeidliche Ankerquerfeld zu gefährden.

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Diese Aufgabe ist gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, daß bei vorgegebenem Motordurchmesser der Durchmesser des Ankers gleich oder annähernd gleich dem optimalen Ankerdurchmesser gewählt ist, wobei der optimale Ankerdurchmesser derjenige Durchmesser des Ankers ist, bei welchem der Erregerfluß oder das Motorraoment als Funktion des Ankerdurchmessers bei verschiedenen Dicken des RückschlußJoches sein großes Maximum erreicht, und daß im AnkerStromkreis mindestens ein temperatur-,drehzahl-, strom- oder zeitabhängiges Strombegrenzungselement für den Ankerstrom vorgesehen ist.

Bei einem gemäß Fig. 1 aufgebautem zweipoligen Außenpolmotor mit dem konstanten Außendurchmesser D_mot , dem konstanten Luftspalt cT, der Rückschlußjochdicke Dr, dem Ankedurchmesser D_A und der Permeabilitäty^q ist der optimale Ankerdurchmesser bei dem der Fluß |j zum Maximum wird

D_Aopt{ - C₂ (1 - If- S ) (D und bei dem das Moment M zum Maximum wird

^DAoptM = 3C2+C1 (1 - 71 - 16C₁C₂ _{} (2)} ""* (3C2+C!)²

wobei C₁ = D_Mot - 2 (,</+ D_R) (3)

^C2 = D_Mot - ² <^^{+ D}R> +

Dies ergibt sich aus einer Maximum-Minimum-Betrachtung der Funktion J = f (D_A) und M = g (D_A), wobei

φ ~-B_r

^DA ^^i^A' (5)
C₂ - D_A

(6)

C₂ - D_A

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und B_r die Remanenzinduktion des Magnetmaterials ist und zwischen den Motorabmessungen die aus Fig. 1 ersichtliche Beziehung

= ^DA + 2 <χΛ ^DM + ^DR>

besteht. Die Gleichungen (5) und (6) lassen sich aus den be kannten Zusammenhängen

B_L = ^B£ (8),

/ 4

~- ⁰A · BL
z.p. ^. I~D_A2 . B_L (10)

ableiten, wobei B_L die Luftspaltinduktion in einem gescherten Magnetsystem bei Vernachlässigung der Sättigungserscheinung, ζ die Gesamtleiterzahl des Ankers, ρ die Polpaarzahl und I der Ankerstrom ist. Der Zusammenhang nach Gl. (5) ist in Fig. 2 für zwei verschiedene Motorgrößen gegenübergestellt. In Fig. ist das Moment über dem Ankerdurchmesser für verschiedene Rückflußjochdicken aufgetragen. Wie ersichtlich,nehmen die Maxima des Moments mit abnehmender Rückschlußjochdicke zu, erreichen ein eindeutiges Maximum und nehmen dann infolge der Sättigungseinflüsse wieder ab. Der dem größten Maximum zugeordnete Durchmesser des Ankers wird als optimaler Ankerdurchmesser D^opt bezeichnet. Das gleiche gilt natürlich auch für den Erregerfluß in Abhängigkeit vom Ankerdurchmesser nach Gl. (5), wobei in Fig. 2 allerdings auf die Darstellung verschiedener Kurven für unterschiedliche Rückschlußjochdicken verzichtet worden ist.

Wie aus den graphischen Darstellungen in Fig. 2 und 3 hervorgeht, ist ein maximales spezifisches Motormoment und damit das kleinste Leistungsgewicht bei einer bestimmten Wahl der Motorabmessungen erzielbar. Ausgehend von einem vorgegebenen konstanten Außendurchmesser des Motors lassen sich der optimale Ankerdurchmesser,

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sowie die optimale Rückschlußjoch- und Magnetdicke für verschiedene Magnetmaterialien und Motorbaugrößen ermitteln.

Bei kleinen Motoren, das heißt mit kleinem Motordurchmesser und kleiner Leistung, ist die Entmagnetisierungsbeständigkeit unproblematisch. Rechnungen zeigen, daß der Auslegungspunkt bekannter Motoren mit einer Leistung bis zu ca. 30 W nicht all zu weit von dem vorstehend definierten Fluß- oder Momentmaximum entfernt ist. Ein möglicher Leistungsgewinn durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ist relativ klein.

Mit zunehmender Motorgröße und damit größerer Leistung wird wie ein Blick auf Gl. (3) und (4) zeigt - der Unterschied zwischen C·) und C2 immer geringer, da der Luftspalt nicht mit den Abmessungen des Motors mitwächst. Das Verhältnis C-| : C2 kommt immer näher an 1, der optimale Ankerdurchmesser wird prozentual immer größer und die optimale Magnetdicke prozentual immer kleiner, so daß wegen der mit zunehmender Motorgröße noch stärker anwachsende Entmagnetisierungsgefahr die Koerzitivfeldstärke -j-Hq des Magnetmaterials an Bedeutung gewinnt. Da diese durch das Magnetmaterial festgelegt ist, kann - wie aus Fig. 3 zu entnehmen ist - bei Motoren bestimmter Größe das absolute Maximum des Moments wegen der Entmagnetisierungsgrenze, die in Fig. 3 punktiert eingezeichnet ist, gar nicht erreicht werden.

Anhand von Zahlenbeispielen läßt es sich nachweisen, daß aus Gründen der Entmagnetisierungsbeständigkeit sämtliche bekannten permanentmagnetisch erregten Gleichstromkleinmotore ab einem Leistungsbereich von ca. 30 W so ausgelegt sind, daß ihr Fluii bzw. Moment vor dem Maximum des Fluß- oder Momentenverlaufs nach Fig. 2 und 3 liegt. Mit der erfindungsgemäßen Maßnahme durch Annäherung des Ankerdurchmessers des Motors an den optimalen Ankerdurchmesser nach Gl. (1) oder (2) eine Verschiebung des Auslegepunktes derart zu erzielen, daß der Motor im oder dicht bei dem Maximum des Flußverlaufs nach Gl. (5)oder des Momentverlaufs nach Gl. (6) betrieben wird, läßt sich bei gleichem Außendurchmesser des Motors eine beträchtliche Leistungssteigerung erzielen.

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Voraussetzung für die Verschiebung des Auslegepunktes ist jedoch, daß die Entmagnetisierungsbeständigkeit des Magnetmaterials entsprechend angepasst wird, was erfindungsgemäß durch die temperatur-, drehzahl- strom- oder zeitabhängige Strombegrenzung des Ankerstroms sichergestellt wird. Die Strombegrenzung kommt einer höheren Beständigkeit bzw. Steigerung der Koerzitivfeidstärke j_Uq gleich mit dem zusätzlichen Vorteil, daß die Remanenzinduktion B_r, die linear in den Erregerfluß nach Gl. (5) und in das Drehmoment nach Gl. (6) eingeht, im Gegensatz zu Magnetmaterialien mit entsprechend größerer Koerzitivfeldstärke unverändert groß bleibt.

Wird z.B. der Strom, der beim Einschalten des Motors bei einer Temperatur von -4 0⁰C auftritt, durch das Strombegrenzungselement auf einen Wert reduziert, der bei 0⁰C zugelassen ist, so entspricht dies einer Reduzierung des Ankerquerfelds von 16% bei einer gleichzeitigen Steigerung des jH^-Wertes von 25%, so daß die Magnetdicke des erfindungsgemäßen Motors gegenüber einem Motor ohne das Strombegrenzungselement ca. 31% dünner ausgeführt werden kann.

Wird beispielsweise der Einschaltstrom des Motors auf den 1,5-fachen Nennstrom begrenzt, so reduziert sich die Magnetdicke um den Faktor 3, das heißt die Magnetdicke des erfindungsgemäßen Motors kann gegenüber einem Motor ohne Strombegrenzungselement um 67% kleiner gemacht werden.

Die Magnetdicke wird aber bei vorgegebenem Außendurchmesser des Motors letztlich durch den optimalen Ankerdurchmesser festgelegt, da der Motor ein Leistungsgewichtminimuni aufweisen soll. Damit richtet sich der maximale Wert, auf den der im Ankerkreis auftretende Strom begrenzt werden muß, nach der Dicke der Permanentmagnete .

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Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird somit mit unverändertem Magnetmaterial und den konstanten magnetischen Werten bei konstantem Außendurchmesser des Motors die Motorleistung erhöht bzw. umgekehrt kann bei gleicher Motorleistung der Motor kleiner und leichter gebaut werden.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das temperaturabhängige Strombegrenzungselement als Widerstand mit negativem Temperatürkoeffizienten ausgebildet.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist dabei in dem Kohlematerial mindestens einer Kommutatorbürste ein Materialzusatz enthalten, der mit abnehmender Temperatur den spezifischen Widerstand der Kohlebürste erhöht. Auf diese Weise wird eine einfache und preiswerte Lösung eines Kälteschutzes gewonnen, die mit Vorteil bei Motoren für Fahrzeugausrüstung eingesetzt werden kann; denn die Forderung nach leichten, kleinen Motoren, die zu dem noch bei extrem niedrigen Temperaturen mit gutem Wirkungsgrad arbeiten, ist besonders bei der Kraftfahrzeugbranche evident.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Kohlekörper eine Bohrung auf, in welche die Stromzuführungslitze für die Bürste hineinragt und welche mit dem die Stromzuführungslitze umgebenden Materialzusatz ausgefüllt ist. Dadurch läßt sich in einfacher Weise ein solcher widerstandsveränderlicher Materialzusatz mit dem Kohlekörper der Kommutatorbürste verbinden.

Eine, weitere Aus führung s form der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das temperaturabhängige Strombegrenzungselement aus einem im Ankerstromkreis liegenden Widerstand und einem Thermoschalter besteht, dessen Schaltkontakt dem Widerstand parallelgeschaltet ist, und daß der Thermoschalter so ausgelegt ist, daß der Schaltkontakt bei niedrigen Temperaturen geöffnet ist und schließt, wenn die Motor- oder Magnettemperatür einen vorgegebenen Wert überschreitet. Dies stellt eine weitere, wenn auch aufwendigere Lösung eines Kälteschutzes für den Gleichstrommotor dar.

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Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, das Strombegrenzungselement derart auszubilden, daß es im Nennbetrieb des Motors unwirksam ist. Dies ist vor allem dann von Vorteil, wenn der Motor nur bei durchschnittlichen Temperaturwerten betrieben und keinerextremen Kälte ausgesetzt wird. Das Strombegrenzungselement ist nur in der Anlaufphase des Motors wirksam und wird im Nennbetrieb abgeschaltet. Der Wirkungsgrad des Motors wird daher nicht nachteilig beeinflusst.

Nach weiteren vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindung besteht das drehzahl-,strom-,oder zeitabhängige Strombegrenzungselement jeweils aus einem im Ankerstromkreis angeordneten Widerstand und einem dem VJiderstand parallel geschaltetem Schaltkontakt, der bei drehzahlabhängigem Strombegrenzungselement von einem Drehzahlschalter, bei einem stromabhängigen Strombegrenzungselement von einem Stromrelais und bei einem zeitabhängigen Strombegrenzungselement von einem zeitabhängigen Relais betätigt wird. Das Stromrelais kann als Uberstromrelais oder Drehspulrelais, das zeitabhängige Relais als Verzögerungsrelais mit Ansprechoder Abfallverzögerung oder als Zeitrelais ausgebildet sein. Drehzahlschalter,Stromrelais und zeitabhängiges Relais sind so ausgelegt, daß jeweils bei Erreichen des Nennbetriebs des Motors der Widerstand im Ankerstromkreis kurzgeschlossen ist.

Weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten, auf die ausdrücklich Bezug genommen wird.

Die Erfindung ist anhand einiger Ausführungsbeispiele unter Zuhilfenahme der Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen

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Fig. 1 einen Querschnitt des permanenterregten Gleichstromkleinmotors in vereinfachter Darstellung,

Fig. 2 ein Diagramm des Erregerflusses <[) als Funktion des Ankerdurchmessers D_A gemäß Gl.(5) für zwei verschiedene Motorgrößen,

Fig. 3 ein Diagramm des Motormoments als Funktion des Ankerdurchmessers gemäß 01.(6),

Fig. 4 einen Querschnitt einer Kommutatorbürste des erfindungsgemäßen Gleichstrommotors,

Fig. 5 einen Querschnitt einer Ausführungsvariante der Kommutatorbürste in Fig. 4,

Fig. 6 einen Schaltplan des erfindungsgemäßen Gleichstrommotors und

Fig. 7 einen abgewandelten Schaltplan des erfindungsgemäßen Gleichstrommotors.

Der Stator des in Fig. 1 der Übersichtlichkeit halber vereinfacht dargestellten Gleichstromkleinmotors hat ein zylindrisches Rückschlußjoch 11, dessen Dicke mit D_R bezeichnet ist. Der Außendurchmesser dieses Rückschlußjoches ist gleich dem Außendurchmesser des Motors und mit D^ot bezeichnet. An der Innenwand des zylindrischen Rückschlußjoches 11 sind zwei um 180 gegeneinander versetzte Permanentmagnetsegmente 12 und 13 befestigt, deren Dicke mit Dj^ angegeben ist. Im Stator läuft ein auf einer Welle 14 drehfest angeordneter Anker 15 um. Der Ankerdurchmesser ist mit D_A bezeichnet. Zwischen dem Außenmantel des Ankers 15 und den Permanentmagnetsegmentpolen liegt in bekannter Weise der Luftspalt (// Der Anker 15 trägt an seinem Umfang gleichmäßig verteilte Ankernuten 16, von denen aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich drei dargestellt sind. Die Ankernuten nehmen in bekannter Weise die nicht dargestellte Ankerwicklung auf, deren freie Enden zu einem Kommutator geführt sind. Auf dem Kommutator schleifen ebenfalls in bekannter Weise zwei um 180 am

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Umfang des Kommutators versetzt angeordnete Stromwende- oder Kommutatorbürsten 17 und 18 (Fig. 6 und 7), die über Stromzuführungen 19 und 20 an einer Gleichstromquelle 21 angeschlossen sind.

Der Gleichstrommotor in Fig. 1 ist so ausgelegt, daß der Durchmesser des Ankers 15 gleich oder annähernd gleich dem optimalen Ankerdurchmesser ϋ_ΛΟρ£, wie er in Fig. 2 und 3 zu entnehmen ist, gewählt ist. Dabei ist der optimale Ankerdurchmesser D^opt derjenige Durchmesser des Ankers 15, bei welchem der Magnetfluß φ oder das Motormoment M als Funktion des Ankerdurchmessers D^ bei verschiedenen Dicken Dr des Rückschlußjoches sein größtes Maximum erreicht. Dieses Maximum ist in Fig. 2 und 3 mit P_opt bezeichnet und ergibt sich bei entsprechender Auswertung der eingangs aufgeführten Gleichungen (1), (2) , (5) , (6). Dabei ist in Fig. 3 der Momentenverlauf als Funktion des Ankerdurcnmessers für verschiedene Dicken D_R-| bis D_R^ dargestellt, während in Fig. 2 der Flußverlauf nur für die optimale Dicke des Rückschlußjoches 11 dargestellt ist, und zwar für einen Motor kleinerer Leistung links im Diagramm und für einen Motor größerer Leistung rechts im Diagramm.

Im Ankerstromkreis ist mindestens ein temperatur-, drehzahl- , strom- oder zeitabhängiges Strombegrenzungselement 22 für den Ankerstrom vorgesehen.

In einem ersten Ausführungsbeispiel besteht das temperaturabhängige Strombegrenzungselement 22 aus einem im Ankerstromkreis, und zwar in der Stromzuführung 19, liegenden Widerstand und einem Thermoschalter 24,dessen Schaltkontakt 25 dem Widerstand 23 parallelgeschaltet ist. Der Thermoschalter 24 ist so ausgelegt, daß der Schaltkontakt 25 bei niedrigen Temperaturen geöffnet ist und schließt, wenn die Motor- oder Magnettemperatur einen vorgegebenen Wert überschreitet. Da der Thermoschalter 24 ein allseits bekanntes Bauelement ist, wird auf eine ausführliche Beschreibung und Darstellung eines solchen Thermoschalter verzichtet. Im Falle, daß der Thermoschalter 24 in Abhängigkeit von der Magnettemperatur

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ansprechen soll, ist der nicht dargestellte Thermofühler des Thermoschalters 24 mit den Permanentmagnetsegmenten 12 und/ oder 13 in räumlichen Kontakt zu bringen. Soll der Thermoschalter 24 durch die Motortemperatur aktiviert werden, so ist der Fühler an beliebiger Stelle innerhalb des Motors anzuordnen. Bei tiefen Temperaturen ist durch den Widerstand 23 der Ankerwiderstand vergrößert, wodurch der Ankerstrom reduziert wird. Dies ist insbesondere für das Anfahren bei tiefen Temperaturen von Bedeutung. Im Nennbetrieb wird der Motor seine Betriebstemperatur erreichen, somit die Temperatur den vorgegebenen Wert überschreiten, und der Thermoschalter 24 wird den Schaltkontakt 25 schließen. Der Widerstand 23 ist überbrückt und der Ankerwiderstand wieder auf seinen Nennwiderstand reduziert. Der Motor arbeitet im Nennbetrieb mit dem vorgesehenen Wirkungsgrad.

Ein einfacheres temperaturabhängiges Strombegrenzungselement 22 erhält man nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung durch Anordnen eines Widerstandes 26 mit negativen Temperaturkoeffizienten im Ankerstromkreis, zweckmäßigerweise in einer der Stromzuführungen 19 oder 20 (Fig. 1). Ein solcher Widerstand vergrößert automatisch den Ankerwiderstand bei tiefen Temperaturen und reduziert somit den Ankerstrom. Bei entsprechender Bemessung des Ankerwiderstandes und dieses zusätzlichen Widerstandes 26 kann erreicht werden, daß im Nennbetrieb bei Erreichen der Betriebstemperatur der bei der Motorauslegung errechnete Ankerwiderstand erreicht wird, so daß der Motor im Nennbetrieb mit vorgesehenem Wirkungsgrad arbeitet.

In einem dritten Ausführungsbeispiel wird der im Ankerstromkreis angeordnete Widerstand 26 ,nit negativem Temperaturkoeffizienten durch entsprechende Ausbildung mindestens einer der Kommutatorbürsten 17 bzw. 18 realisiert. Die Kommutatorbürsten 17 und/oder 18 bestehen üblicherweise aus Kohlematerial. Diesem Kohlematerial wird ein Materialzusatz beigefügt wie Magnesium-Titanoxyd oder Magnesium-Nickeloxyd mit Kobaltzusatz u.a., der mit abnehmender Temperatur den spezifischen Widerstand der

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Komittutatorbürste 17 und/oder 18 erhöht. In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 weist dabei der Kohlekörper 27 der Kommutatorbürste 17 und/oder 18 eine Bohrung 28 auf, in welcher die mit den Stromzuführungen 19 und/oder 20 verbundene Stromzuführungslitze hineinragt. Die Bohrung 28 ist mit dem Materialzusatz 30 ausgefüllt, das die Stromzuführungslitze umgibt. In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist der Materialzusatz 30 als eigenständiger Körper 31 ausgebildet, der die Stromzuführungslitze 29' aufnimmt. Der Körper 31 ist mit dem Kohlekörper 27' elektrisch leitend zu einem einheitlichen räumlichen Gebilde verbunden, das die Kommutatorbürste 17' und/oder 18' darstellt.

Soll eine drehzahlabhängige Strombegrenzung des Ankerstroms erfolgen, so besteht nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung das drehzahlabhängige Strombegrenzungselement aus einem im Ankerstromkreis angeordneten Widerstand 23 und einem Drehzahlschalter 32. Der Schaltkontakt 25 des Drehzahlschalters 32 ist dem Widerstand 23 parallelgeschaltet und der Drehzahlschalter 32 so ausgelegt, daß der Schaltkontakt bei kleinen Drehzahlen geöffnet ist und bei Erreichen der Nenndrehzahl des Motors schließt. Dadurch ist das Strombegrenzungselement 22 nur in der Anlaufphase des Motors wirksam und begrenzt den Einschaltstrom des Motors. Sobald die Nenndrehzahl erreicht ist, wird der Widerstand 23 durch den geschlossenen Schaltkontakt 25 kurzgeschlossen und der Motor arbeitet ohne Wirkungsgradverschlechterung im Nennbetrieb. Drehzahlschalter sind bekannte Bauelemente, so daß hier auf eine weitergehende Beschreibung eines solchen Drehzahlschalters 32 verzichtet wird. Ein Ausführungsbeispiel eines Drehzahlschalters ist beispielsweise in dem AEG-HiIfsbuch, 10. Auflage, 1967, Seite 602 beschrieben.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel besteht das nunmehr zeitabhängige Strombegrenzungselement 22 aus einem in dem Ankerkreis eingeschalteten Widerstand 23 und einem zeitabhängigen Relais 33. Der Schaltkontakt 25 des zeitabhängigen Relais 33

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ist dem Widerstand 23 parallelgeschaltet. Das Relais 33 ist derart ausgelegt, daß der Schaltkontakt 25 im Augenblick des Einschaltens des Motors geöffnet ist und nach einem in etwa der Hochlaufzeit des Motors entsprechendem Zeitintervall schließt. Das zeitabhängige Relais 33 kann als Verzögerungsrelais entweder mit Ansprech- oder mit Abfallverzögerung, aber auch als Zeitrelais ausgebildet sein. Solche Relais sind ebenfalls bekannter Stand der Technik und beispielsweise in dem genannten AEG-HiIfsbuch auf Seite 224 beschrieben. Da die Anlaufzeit des Motors bei in dem Ankerkreis eingeschalteten Widerstand 23 nahezu konstant ist, ist die Auslegung des Relais 33 mit keinerlei Schwierigkeiten verbunden. Sobald der AnlaufVorgang beendet ist, fällt das zeitabhängige Relais wieder ab und der Widerstand 23 ist kurzgeschlossen. Auch hier ist"wiederum das Strombegrenzungselement 22 im Nennbetrieb des Motors unwirksam.

In einem weiteren Ausführungsbexspiel der Erfindung wird das stromabhängige Strombegrenzungselement 22 von einem in den Ankerkreis eingeschalteten Widerstand 23 und von einem Stromrelais 34 gebildet. Der Schaltkontakt 25 des Stromrelais 34 ist wiederum dem Widerstand 23 parallelgeschaltet. Das Stromrelais ist derart ausgelegt, daß der Schaltkontakt 25 bei einem Ankerstrom, der größer als der Motornennstrom ist, geöffnet ist und etwa bei Motornennstrom schließt. Das Stromrelais 34 kann als einfaches Öberstromrelais oder auch als Drehspulrelais ausgebildet sein. Solche Relais sind bekannt und beispielsweise auf Seite 232 des vorstehend genannten AEG-HiIfsbuchs angesprochen. Sobald der Motor eingeschaltet wird, wird im Ankerkreis ein erhöhter Ankerstrom auftreten, der wesentlich größer als der Nennstrom des Motors ist. Dadurch spricht das Relais 18 an und öffnet den bei unerregtem Stromrelais 34 den Widerstand 23 überbrückenden, in diesem Fall als Ruhekontakt ausgebildeten Schaltkontakt 25. Sobald nach Ende der Hochlaufphase des Motors sich Nennstrom einstellt, fällt das Stromrelais 34 wieder ab und der Schaltkontakt 25 kehrt in seine den Widerstand 23 kurzschließende

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Ruhestellung zurück. Auch in diesem Ausführungsbeispiel ist das Strombegrenzungselement 22 im Nennbetrieb des Motors unwirksam und trägt ausschließlich während des Anlaufvorgangs des Motors zur Strombegrenzung des Ankerstroms bei.

Eine andere Art der Ausbildung des stromabhängigen Strombegrenzungselementes 22 ist die Fig. 7 dargestellt. Hier besteht das stromabhängige Strombegrenzungselement 22 aus einer im Ankerkreis liegenden Induktivität 35 und einer dem Anker parallelgeschalteten , d.h. an die Kommutatorbürsten 17 und angeschlossenen Reihenschaltung aus einem Kondensator 36 und einem Widerstand 37. Auch hier wird der in der Anlaufphase wesentlich über den Nennstrom liegende Ankerstrom im Ankerkreis durch das Strombegrenzungselement 22 auf einen für die Entmagnetisierungsbeständigkeit der Permanentmagnetsegmente 12, 13 zulässigen Wert begrenzt, während im Nennbetrieb des Motors das Strombegrenzungselement 22 unwirksam ist.

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Claims

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Stuttgart 1

Patentansprüche

/ 1.)Permanentmagnetisch erregter Gleichstromkleinmotor, ins- ^— besondere Gleichstromkleinmotor größerer Leistung, mit

einem Permanentmagnetsegmente und Rückschlußjoch tragenden Stator und einem im Stator umlaufenden Anker, dadurch gekennzeichnet, daß bei vorgegebenem Motordurchmesser (Df₁JQt) der Durchmesser (D^) des Ankers (15) gleich oder annähernd gleich dem optimalen Ankerdurchmesser gewählt ist, wobei der optimale Ankerdurchmesscr

derjenige Durchmesser des Ankers (15) ist, bei welchem der Erregerfluß ( φ ) oder das Motormoment (M) als Funktion des Ankerdurchmessers (D^) bei verschiedenen Dicken (D_R) des RückschlußJoches (11) sein größtes Maximum erreicht, und daß im Ankerstromkreis mindestens ein temperatur-, drehzahl-, strom-, oder zeitabhängiges Strombegrenzungselement (22) für den Ankerstrom vorgesehen ist.
2. Motor nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß das temperaturabhängige Strombegrenzungselement (22) aus einem im Ankerstromkreis liegenden Widerstand (23) und einem Thermoschalter (24) besteht, dessen Schaltkontakt (25) dem Widerstand (23) parallelgeschaltot ist, und daß der Thermoschalter (24) so ausgelegt ist, daß der Schaltkontakt (25) bei niedrigen Temperaturen geöffnet ist und schließt, wenn die Motor- oder Magnettemperatur einen vorgegebenen Wert überschreitet.

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3. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennze ichne t, daß das temperaturabhängige Strombegrenzungseleuient (22) als Widerstand (26) mit negativem Temperaturkoeffizienten ausgebildet ist.
4. Motor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Kohlematerial mindestens einer Kommutatorbürste (17, 18) ein Materialzusatz enthalten ist, der mit abnehmender Temperatur den spezifischen Widerstand der Kommutatorbürste (17, 18) erhöht.
5. Motor nach Anspruch 4, dadurch gekenn-

ze ichne t, daß der Kohlekörper (17) der Kommutatorbürste (17, 18) eine Bohrung (28) aufweist, in welche die Stromzuführungslitze (29) hineinragt .und welche mit dem die Stromzuführungslitze (29) umgebenden Materialzusatz (30) ausgefüllt ist.
6. Motor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Materialzusatz (30') als die Stromzuführungslitze (29') aufnehmender Körper (31) ausgebildet ist, der mit dem Kohlekörper (27') der Kommutatorbürste (17', 18') verbunden ist.
7. Motor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Ausbildung den Strombcgrenzungselementes (22) derart, daß es im Nennbetrieb des Motors unwirksam ist.
8. Motor nach Anspruch 7,dadurch gekennzeichnet, daß das drehzahlabhängige Strombegrenzungselement (22) aus einem im Ankerstromkreis angeordneten Widerstand (23) und einem Drehzahlschalter (32) besteht,dessen Schaltkontakt (25) dem Widerstand (23) parallelgeschaltet ist, und daß der Drehzahlschalter (32) so ausgelegt ist, daß der Schaltkontakt (25) bei kleinen Drohzahlen geöffnet ist und etwa bei Nenndrehzahl des Motors schließt.

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9. Motor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das zeitabhängige Strombegrenzungselement (22) aus einem in dem Ankerstromkreis eingeschalteten Widerstand (23) und einem zeitabhängigen Relais (33)besteht, dessen Schaltkontakt (25) dem Widerstand (23) parallelgeschaltet ist, und daß das Relais (33) derart ausgelegt ist, daß der Schaltkontakt (25) nach einem etwa der Hochlaufzeit des Motors entsprechenden Zeitintervall schließt.
10. Motor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das stromabhängige Strombegrenzungselement (22) aus einem in den Ankerstromkreis eingeschalteten Widerstand (23) und einem Stromrelais (34) besteht, dessen Schaltkontakt (25) dem Widerstand (23) parallelgeschaltet ist, und daß das Stromrelais (34) derart ausgelegt ist, daß der Schaltkontakt (25) bei einem Ankerstrom, der größer ist als der Motornennstrom, geöffnet ist und etwa bei Motornennstrom schließt.
11. Motor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das stromabhängige Strombegrenzungselement (22) aus einer im Ankerstromkreis liegenden Induktivität (35) und einer dem Anker (15) parallelgeschalteten Reihenschaltung von einem Kondensator (36) und einem Widerstand (37) besteht.

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