DE2749999C3 - Gleichstrom-Kommutatormotor mit Trommelläufer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Gleichstrom-Kommutatormotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein solcher Motor ist aus der DE-OS 24 60 630 bekannt. Dort sind im Ständer zwischen Flußleitstücken tangential magnetisierte Permanentmagnete und in den Flußleitstücken beidseitig jedes Magneten eine Kornpensationsnut angeordnet, so daß je Polteilung ein Hauptpol und zwei in Umfangsrichtung beiderseits benachbarte Hilfspole vorhanden sind. Die Kompensationsnuten sind jeweils mit einer konzentrierten Kompensationswicklung versehen, die den Magneten und die beiden dazu benachbarten Hilfspole umschlingt, wodurch sich eine die Ankerdurchfliitung kompensierende und eine gute Kommutierung schaffende Gegendurchflutung ausbilden kann.

Die in einem Gleichkommutatormotor vom Anker- -to strom erzeugten Magnetfelder haben verschiedene Einflüsse auf den von den Feldpolen erzeugten Magnetfluß, die generell als Ankerrückwirkung bezeichnet werden. Solche Ankerrückwirkung bewirkt

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a) eine Verschiebung der elektrisch neutralen Zone,

b) eine Verringerung des Magnetflusses und

c) eine Ungleichmäßigkeit der Spannung am Kommutator und eine örtlich erhöhte Spannung am Kommutator.

Die Ankerrückwirkung gemäß a) besteht darin, daß der vom Ankerstrom erzeugte Magnetfluß die elektrisch neutrale Zone gegenüber der durch die Feldmagneten definierten geometrisch neutralen Zone verschiebt. Wenn die elektrisch neutrale Zone verschoben ist, kann der Magnetfluß die geometrisch neutrale Zone überschreiten. Da der erwähnte Magnetfluß mit Ankerwindungen verkettet ist, wird in diesen eine Spannung induziert. Wenn sich eine Bürste auf der geometrisch neutralen Zone befindet, wird folglich die induzierte Spannung kurzgeschlossen, es fließt ein hoher Bürstenstrom, es kommt zu einer Funkenbildung und die Kommutierung wird verschlechtert.

Um die Verschlechterung der Kommutierung zu verhindern, wird gewöhnlich je ein Wendepol zwischen zwei benachbarten Hauptpolen angeordnet und/oder eine Kompensationswicklung vorgesehen (Bödefeld, Sequenz, Elektrische Maschinen, 1962, Seite 447, Abb. 6.47.; DE-OS 24 60 630; AT-PS 1 00 926). In manchen Fällen ist es jedoch erwünscht, eine ausreichend gute Kommutierung ohne Wendepole und Kompensationswicklungen zu ermöglichen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Gleichstrom-Kommutatormotor der gattungsgemäßen Art zu schaffen, bei dem eine Verschiebung der elektrisch neutralen Zone gegenüber der geometrisch neutralen Zone und eine dadurch sich ergebende Verschlechterung der Kommutierung verhindert wird, ohne daß Wendepole und/oder Kompensationswicklungen erforderlich sind.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch 1 gekennzeichnet In den Ansprüchen 2 und 3 sind zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.

Aus der GB-PS 8 93 611 ist zwar ein Gleichstrom-Kommutatormotor mit einem Trommelläufer bekannt, bei dem ein oder mehrere Permanentmagnete zwischen den Hauptpolen angeordnet sind, derart, daß sie eine magnetomotorische Kraft entwickeln, die der Ankerrückwirkung entgegenwirkt, wobei volle Kompensation für Nennlast z. B. mit Hilfe von Nickeleisenmagneten oder eine Kompensation für ungefähr halbe Nennlast unter Verwendung von Ferritmagneten vorgesehen ist. Die Permanentmagnete sind dort jedoch nach Art von Wendepolen angeordnet.

Aus der CH-PS 5 19 817 ist ein Gleichstrom-Kommutatormotor mit Trommelläufer bekannt, der einen Polaufbau mit jeweils zwei Polteilen aufweist, die im Abstand voneinander und nebeneinander angeordnet sind, wobei einer der Polteile aus einem permanentmagnetischen Material niedriger Permeabilität, die der von Luft nahekommt, und der andere Polteil aus einem magnetisch gut leitenden Material besteht, dessen Permeabilität relativ zu der des anderen Polteils höher ist. Die magnetisch gut leitenden Polteile schaffen einen bevorzugten Weg für den Fluß, der durch den Ankerstrom erzeugt wird, derart, daß er zu dem Hauptfeldfluß verstärkend beiträgt und dadurch ein Reihenschlußverhalten des Motors verursacht.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsformen und durch Gegenüberstellung mit einem bekannten Motor näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1(a) eine Abwicklungsdarstellung eines herkömmlichen Gleichstrom-KommutatoLTnotors mit Feldmagneten und Ankerwicklungen;

F i g. l(b) ein Diagramm zur Erläuterung der Erscheinung, daß sich die elektrisch neutrale Zone gegenüber der geometrisch neutralen Zone verschiebt, und zur Darstellung der Beziehungen zwischen Positionen längs der Ankerdrehrichtung und dem Magnetfluß, der durch Magnetfelder und die in F i g. l(a) gezeigten Ankerwicklungen erzeugt wird;

Fig.2(a) eine Abwicklungsansicht eines erfindungsgemäßen Gleichstrommotors zur Darstellung des erfindungsgemäßen Prinzips;

F i g. 2(b) ein Diagramm zur Darstellung der Beziehungen zwischen Positionen längs der Ankerdrehrichtung und dem Magnetfluß, der durch Magnetfelder und die Ankerwicklung erzeugt wird, und

F i g. 3 eine Abwicklungsansicht einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform.

Zunächst folgt eine Erläuterung bezüglich eines bekannten Gleichstrommotors. Und zwar wird die Erscheinung, daß die elektrisch neutrale Zone bei herkömmlichen Gleichstrommotoren gegenüber der geometrischen Zone verschoben wird und daß die Kommu-

tieruPigseigenschaften verschlechtert werden, anhand der F ig. 1 erläutert

Der herkömmliche Gleichstrommotor weist Feldmagneten 1 auf, wie sie in F i g. l(a) gezeigt sind. Wenn kein Ankerstrom fließt, ist der durch die Fddmagneten erzeugte Magnetfluß gleichförmig entlang der Längsrichtung der Feldmagneten 1 verteilt, wie es in Fig. l(a) durch eine gestrichelte Linie A gezeigt ist

Theoretisch besitzt der Magnetfluß, der durch den Ankerstrom erzeugt wird, bei einer grafischen Darstellung, bei der der Betrag des Magnetflusses in Ordinatenrichtung und die Position in Abszissenrichtung aufgetragen ist, eine geneigte Linie, die in der Mitte des Feldmagneten t Null ist und in der Mitte der durch zwei benachbarte Feldmagneten gebildete Lücke 2 einen Maximaiwert aufweist Da die Lücke 2 einen großen magnetischen Widerstand aufweist, besitzt die Ve-teilung des durch den Ankerstrom erzeugten Magnetflusses einen Maximalwert bei einem Punkt, der dem Ende des Feldmagneten benachbart ist wie es in F i g. l(b) durch eine strichpunktierte Linie B gezeigt ist Wenn die Ankerwindungen 3 mit Ankerstrom versorgt werden, überlagern sich infolgedessen der von den Feldmagneten erzeugte Magnetfluß (durch die gestrichelte Linie A gezeigt) und der vom Ankerstrom erzeugte Magnetfluß (durch die strichpunktierte Linie B gezeigt). Infolgedessen kann man eine deformierte Verteilungskurve des Magnetflusses erhalten, wie sie durch eine durchgehende Linie Cdargestellt ist

Wenn die Verteilungskurve des Magnetflusses gemäß der durchgezogenen Linie C deformiert ist, ist die elektrisch neutrale Zone E gegenüber der geometrisch neutralen Zone D, die als Mitte zweier benachbarter Feldmagnete entlang der Längsrichtung des Feldmagneten 1 definiert ist verschoben. Daher wird durch den Magnetfluß eine Spannung in den Ankerwindungen 3 induziert die zur geometrisch neutralen Zone D positioniert sind. Wenn sich auf der geometrisch neutralen Zone eine Bürste zur Kontaktbildung mit einem Kommutator befindet, wird die induzierte Spannung zwischen dem Kommutator und der Bürste kurzgeschlossen, und es wird ein Lichtbogen erzeugt. Folglich wird eine Verschlechterung der Kommutierungseigenschaft bewirkt.

Das Prinzip des erfindungsgemäßen Motors wird nun anhand der F i g. 2 erläutert.

Gemäß F i g. 2(a) umfaßt jedes Feldsystem 10 drei Teile, die entlang der Drehrichtung des Ankers angeordnet sind (in F i g. 2(a) sind lediglich Ankerwindungen 22 gezeigt). Diese drei Teile bestehen aus einem Hauptpol 12 und zwei Hilfspolen 14, 16, von denen einer auf der einen Seite an und der andere auf der andsren Seite des Hauptpols 12 angeordnet ist. Der Hauptpol 12 besitzt iamellenartig geschichtete Magnetkernteile, wie Siliciumstahlbleche, um die Feldwindungen 18 gewickelt sind, so. daß der Hauptpol 12 elektromagnetisch erregt werden kann. Bei einer anderen Ausführungsform, wie sie in F i g. 3 gezeigt ist, kann der Hauptpol 12 aus permanentmagnetischem Material wie Alnico-Legierungen, hergestellt sein. In diesem Fall können die Feldwindungen 18(Fig. 2(a)) weggelassen werden. Jeder Hilfspol 14 oder 16 besitzt einen Permanentmagneten aus einem Keramikmaterial, wie Ferrit, und weist eine kleinere magnetische Permeabilität μ auf, als der Hauptpol 12 oder 12', und er besitzt eine große Koerzitivkraft (Hc). Die Polarität eines jeden Hilspols 14 oder 16 ist gleich der des zugehörigen Hauptpols 12 oder 12' gewählt. Die Verteilung des Magnetflusses, der von dem in den Fig. 2{a) und 3 gezeigten Feldsystem JO erzeugt wird, wird nun anhand der F i g. 2(b) erläutert

Wenn kein Ankerstrom in den Ankerwindungen 22 (Fig.2(a)) fließt, ist der Magnetfluß, der je durch die Haup.pole 12 oder 12' und die Hilfspole 14 und 16 erzeugt wird, entlang der Längsrichtung eines jeden Poles gleichförmig verteilt wie es in F i g. 2(b) durch eine gestrichelte Linie Λ'gezeigt ist Die Verteilungskurve des Magnetflusses, der nur durch einen in den Ankerwindungen 22 fließenden Ankerstrom erzeugt wird, ist durch eine geneigte Linie dargestellt, die in der Mitte des Hauptpols 12 Null ist Es sei daran erinnert daß die magnetische Permeabilität μ eines jeden Hilfspols 14 oder 16 kleiner als die des Hauptpols 12 oder 12' ist Dadurch wird verhindert daß ein wesentlicher Teil des vom Ankerstrom erzeugten Magnetflusses in den Hilfspol 14 oder 16 eindringt Folglich kann die Verteilung des vom Ankerstrom erzeugten Magnetflusses gemäß der in 2(b) gezeigten strichpunktierten Linie B' dargestellt werden, die einen Nullwert an einer Stelle aufweist die neben der Mine D der beiden benachbarten Feldmagneteinrichtungen 10 liegt.

Wenn die Ankerwindungen 3 mit einem Ankerstrom beschickt werden, erhält man die als durchgehende Linie C" gezeigte Verteilungskurve des Magnetflusses als Resultierende des vom Hauptpol 12 (F i g. 2(a)) oder 12' (F i g. 3) erzeugten Magnetflusses (gestrichelte Linie A) und des von den Hilfspolen 14 und 16 erzeugten Magnetflusses (strichpunktierte Linie B') Die Verteilungskurve C des Magnetflusses besitzt einen Nullwert an einer Stelle, die neben der geometrisch neutralen Achse liegt, und zwar infolge der Reaktion der Hilfspole 14 und 16. Infolgedessen kann die elektrisch neutrale Zone des erfindungsgemäßen Gleichstrommotors sehr nahe neben der geometrisch neutralen Zone liegen, und daher kann eine Verschlechterung der Kommutierung verhindert werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Gleichstrom-Kommutatormotor mit Trommelläufer und mit einem Feldsystem, das je Polteilung aufweist: einen Hauptpol und zwei in Umfangsrichtung beiderseits des Haupipols angeordnete Hilfspole der gleichen Polarität wie der Hauptpol, von welchen Polen zumindest die Hilfspole permanentmagnetisch erregt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfspole (14, 16) aus permanentmagnetischem Material hergestellt sind und eine geringere magnetische Permeabilität als die Hauptpole (12,12') aufweisen.

2. Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeic'iinet, daß die Hauptpole (12,12') elektromagnetisch erregt sind.

3. Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptpole aus Permanentmagneten bestehen.