DE2815611A1 - Gleichstrommotor - Google Patents

Description

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Gleichstrommotor mit Zwischenpolen.

Es ist ein Gleichstrommotor bekannt, bei dem in Ankerwicklungen, die innerhalb einer Kommutierungszone liegen, aufgrund der Ankerdrehung innerhalb eines Hauptmagnetfeldes eine gegenelektromotorische Kraft induziert wird. Ein Eunken wird zwischen einem Kommutator und einer Bürste, und in manchen !Fällen zwischen zwei Bürsten,~aufgrund der gegenelektromotorischen Kraft in den Ankerwicklungen erzeugt. Es ist bekannt, Zwischenpole anzuordnen, um ein kompensierendes Magnetfeld innerhalb des Gleichstrommotors vorzusehen, derart, daß das kompensierende Magnetfeld mit den Ankerwicklungen in Verbindung steht und daß die erwähnte gegen- ' elektromotorische Kraft eliminiert wird, wodurch die Erzeugung des Funkens verhindert werden kann. In einem solchen Gleichstrommotor muß man die magnetischen Eigenschaften der Zwischenpole so wählen, daß das kompensierende Magnetfeld, das durch die Zwischenpole erzeugt wird und mit den Ankerwindungen innerhalb der Kommutierungszone in Verbindung steht, eine kompensierende elektromotorische Kraft erzeugen kann, die effektiv die gleiche wie die in den Ankerwindungen erzeugte gegenelektromotorische Kraft ist. Man muß noch auf folgendes hinweisen: Wenn die magnetischen Eigenschaften der Zwischenpole in der zuvor genannten Weise gewählt sind, werden die Zwischenpole zusätzlich von einem Magnetfluß durchdrungen, der nicht nur durch ein durch die Zwischenpole an sich

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bewirktes Magnetfeld erzeugt wird, sondern auch durch einen Magnetfluß, der von einem Magnetfeld (einem durch die Ankerrückwirkung verursachten Magnetfeld) erzeugt wird, das durch den Ankerstrom induziert wird und dessen Richtung entgegengesetzt zu derjenigen des durch die Zwischenpole an sich erzeugten Magnetfeldes ist. Als Ergebnis wird die elektromotorische Kraft der Zwischenpole verringert.

Betrachtet man den eben gegebenen Hintergrund, kann man zu dem Schluß kommen, daß, um die Vorteile der Zwischenpole voll zu erreichen, die magnetomotorische Kraft der Zwischenpole als ein Wert gewählt werden muß, der die Summe ist aus:

(A) der kompensierenden magnetomotorischen Kraft, welche die gegenelektromotorische Kraft erzeugen kann, die gleich der in den Ankerwindungen erzeugten elektromotorischen Kraft ist; und

(B) der magnetomotorischen Kraft, die das durch die Ankerrückwirkung verursachte Magnetfeld eliminieren kann.

Ein herkömmlicher Gleichstrommotor, der die genannte Anforderung erfüllen kann, benötigt große Zwischenpole mit einer großen Querschnittsfläche. Demgemäß erzeugt der herkömmliche Motor eine große Värmemenge_/ und verschiedene Betriebseigenschaften des Motors werden verschlechtert.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Gleichstrommotor verfügbar zu machen, bei dem solche Nachteile überwunden sind.

Die Lösung dieser Aufgabe ist in den Ansprüchen 1 und 3 gekennzeichnet und in den Ansprüchen 2 und 4 vorteilhaft weitergebildet.

Mit der vorliegenden Erfindung ist also ein Gleichstrommotor verfügbar gemacht worden, bei dem Zwischenpole auf einem Joch derart angeordnet sind, daß sie vom Joch magnetisch isoliert sind und bei diesem Motor ist verhindert, daß der Magnetfluß, der durch das durch die Ankerrückwirkung bewirkte Magnetfeld erzeugt wird, durch das Joch zirkuliert, und als Folge kann die von den Zwischenpolen benötigte magnetommotorisehe Kraft verringert werden. Demgemäß kann die Größe der Zwischenpole kompakt gemacht werden, die vom Motor erzeugte Hitzemenge kann reduziert werden und die Betriebseigenschaften des Motors können auf einem hohen Wert gehalten werden.

Durch eine Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist ein Gleichstrommotor verfügbar gemacht worden, bei dem ein Joch mit Zwischenpolen versehen ist, die wenigstens zwei schmale Pole umfassen, wobei die Polaritäten zweier benachbarter schmaler Pole voneinander verschieden gewählt sind. Die schmalen Pole sind auf dem Joch in einer vorbestimmten Richtung angeordnet und magnetisch vom Joch isoliert, wodurch magnetische Kreise zwischen zwei benachbarten schmalen Polen und dem Anker gebildet werden,und folglich kann die Größe der Zwischenpole kleiner als bei einem herkömmlichen Motor sein, kann die vom Motor erzeugte Wärmemenge herabgesetzt werden und kann verhindert werden, daß sich die Betriebseigenschaften des Motors verschlechtern.

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Eine andere Weiterbildung der vorliegenden Erfindung führt zu einem Gleichstrommotor, "bei dem ein Joch Kreisform besitzt und mit Zwischenpolen versehen ist, von denen jeder einen schmalen Hauptpol und zwei schmale Hilfspole umfaßt, wodurch zwei magnetische Kreise, deren Flußrichtungen sich voneinander unterscheiden, zwischen den schmalen Hilfspolen, dem schmalen Hauptpol und dem Anker gebildet werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Ausführungsform,unter Gegenüberstellung mit dem Stand der Technik, näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine vertikale Schnittansicht eines herkömmlichen Gleichstrommotors;

Pig. 2 eine vertikale Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Gleichstrommotors; und

Fig. 3 eine Schnittansicht längs der Linie III - III in Fig. 2.

In Pig. 1 besitzt ein Rotor 7 eine drehbare Welle 1, die von (nicht gezeigten) Lagern drehbar gehalten wird. Ein Anker 3 ist an der drehbaren Welle 1 befestigt, und Ankerwindungen 5 sind um den Anker 3 gewickelt. Ein Stator 13 umfaßt ein kreisförmiges Joch 27 und zwei Hauptmagnetpole 9 und 11, die in gleichem Abstand rund um den Innenumfang des Jochs 27 außerhalb des Ankers angeordnet sind. Die Hauptmagnetpole 9 und 11 sind mit Feldwicklungen 15 bzw. 17 derart bewickelt, daß ihre Polaritäten sich voneinander

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unterscheiden. Den Feldwicklungen 15 und 17 wird elektrischer Strom zugeführt, der in den in Fig. 1 gezeigten Richtungen fließt. Folglich dreht sich der Anker 3 i^m Gegenuhrzeigersinn, wie es durch einen Pfeil a angedeutet ist. Einige der Ankerwicklungen 5a und 5*> > die zwischen den Hauptmagnetpolen 9 und 11 angeordnet sind, liegen innerhalb einer Kommutierungszone.

Zwischenpole 19 und 21, die mit Zwischenpolwicklungen 23 bzw. 25 bewickelt sind, sind an Stellen zwischen den Hauptmagnetpolen 9 bzw. 11 so angeordnet, daß die in den Ankerwindungen 5a und 5b induzierte gegenelektromotorische Kraft eliminiert und ein vorbestimmtes Magnetfeld erzeugt wird, das mit den innerhalb der Kommutierungszone liegenden Ankerwindungen 5a und ^b in Verbindung treten kann. Die Polaritäten der Zwischenpole 19 und 21 unterscheiden sich von jenen der Hauptmagnetpole 9 bzw. 11, die in Drehrichtung des Ankers 3 vor den Zwischenpolen 19 bzw. 21 angeordnet sind. Wenn die Flußrichtung des Ankerstroms geändert wird, muß die Richtung des Stromflusses in den Zwischenpolwicklungen 23 und 25 gleichzeitig geändert werden. Das von den Zwischenpolen 19 und 21 erzeugte Magnetfeld steht mit den Ankerwindungen 5a und ^b innerhalb der Kommutierungszone in Verbindung und erzeugt eine elektromotorische Kraft, welche die in den Ankerwindungen 5a und 5b induzierte gegenelektromotorische Kraft eliminieren kann.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten herkömmlichen Gleichstrommotor bildet der Magnetfluß Φ,. und φ ρ des Magnetfeldes, das durch die Ankerrückwirkung verursacht wird, die durch den gesamten innerhalb der

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Ankerwicklungen 5 fließenden elektrischen Strom induziert ist, einen zirkulierenden Weg, der durch den Zwischenpol 19, den Anker 3, den Zwischenpol 21 und das Joch 27 führt und wieder den Zwischenpol 19 erreicht. Die Richtung des Magnetflusses φ^ und φο ist entgegengesetzt zu derjenigen des Magnetflusses, der durch die Zwischenpole 19 und 21 erzeugt wird. Daher müssen die Zwischenpole 19 und 21 aufweisen:

(A) eine magnetomotorische Kraft, die den Magnetfluß φ ^ und φ_? eliminieren kann; und

(B) eine kompensierende magnetomotorische Kraft, welche die in den Ankerwicklungen 5 induzierte gegenelektromotorische Kraft eliminieren kann.

Folglich wird die Querschnittsfläche der Zwischenpolwicklungen 23 und 25 enorm vergrößert.

Anhand der Fig. 2 und 3 wird nun ein erfindungsgemäßer Gleichstrommotor erläutert. Teile in den Fig. 2 und 3, die solchen in Fig. 1 gleichen, sind mit denselben Bezugsziffern bezeichnet und werden nicht noch einmal erläutert. In den Fig. 2 und 3 sind Zwischenpole 29 und 31 an der Innenseite eines Jochs 27 mittels Bolzen 37 (Fig· 3) befestigt, und Abstandsstücke 33 und 35 aus nicht magnetischem Material, wie Aluminium, sind zwischen das Joch 27 und die Zwischenpole 29 bzw. 3I gefügt. In Fig. 2 besitzt der Zwischenpol 29 einen schmalen Hauptpol 29a, der in einer Mittelposition angeordnet ist, einen in Ankerdrehrichtung vor dem schmalen Hauptpol 29a liegenden ersten schmalen Hilfspol 29b und

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einen in Ankerdrehrichtung hinter dem schmalen Hauptpol 29a liegenden zx^eiten schmalen Hilfspol 29c. Der schmale Hauptpol 29a, der erste schmale Hilfspol 29b und der zweite schmale Hilfspol 29c sind derart angeordnet, daß sie der Oberfläche des Ankers 3 unter Aufrechterhaltung eines kleinen Luftspaltes dazwischen gegenüberliegen. Der schmale Hauptpol 29a ist mit Zwischenpolwindungen 59 bewickelt, so daß der schmale Hauptpol 29a bei einer Drehung des Ankers 3 in der durch einen Pfeil a angedeuteten Eichtung elektromagnetisch auf eine vorbestimmte Polarität S angeregt wird, die zu derjenigen des in Ankerdrehrichtung vor dem schmalen Hauptpol 29a liegenden Hauptmagnetpol 9 entgegengesetzt ist, und die Polarität der schmalen Hilfspole 29b und 29c wird N, also entgegengesetzt zur Polarität des schmalen Hauptpols 29a. Der Zwischenpol 31 umfaßt ebenfalls einen schmalen Hauptpol 31a und einen ersten und einen zweiten schmalen Hilfspol 31b bzw. 31c. Um den schmalen Hauptpol 31a sind ebenfalls Zwischenpolwindungen 41 derart gewickelt, daß die Polarität des schmalen Hauptpols 31a bei einer Drehung des Ankers 3 in. Richtung des Pfeils N wird, und die Polarität der schmalen Hilfspole 31b und 31c wird S. Die elektromagnetomotorische Kraft der Zwischenpole 29 und 31 kann gemäß Änderungen des Ankerstroms durch Indern der Stromzufuhr in die Windungen 39 und 41 variiert werden.

Erfindungsgemäß kann das Magnetfeld, das durch die Ankerrückwirkung verursacht wird und die Zwischenpole 29,31 aktiviert, aus dem nachfolgend angegebenen Grund verringert werden. Beim erfindungsgemäßen Gleichstrommotor wird der Magnetfluß φ ^ und φ~, der im herkömmlichen

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Gleichstrommotor gemäß Fig, 1 erzeugt worden ist, aufgrund des Vorhandenseins der Abstandsstücke 33 und 35 aus nicht magnetischem Material an einem Eindringen in das Joch 27 gehindert. Daher kann der magnetische Fluß φ. und φ ^ keine zirkulierenden Wege bilden, die ,je durch die Zwischenpole 29 und 31, den Anker 3 und das Joch 27 führen. Andererseits kann nur ein Magnetfluß £y. und f-z durch die schmalen Hauptpole 29a bzw. 31a?den Anker 3 und die ersten schmalen Hilfspole 29b bzw. 31b gelangen und zirkulierende Wege bilden. Ein Magnetfluß fp und f, kann durch die zweiten schmalen Hilfspole 29c bzw. 3^c, den Anker 3 und die schmalen Hauptpole 29a bzw. 31b gelangen und zirkulierende Wege bilden. Deshalb brauchen die Zwischenpole 29 und 31 lediglich zu haben:

(A) eine magnetomotorische Kraft, die den durch die kleinen zirkulierenden Wege gelangenden Magnetfluß f^, f₂, f^ und f^ eliminieren kann und viel kleiner als der Magnetfluß φ^, und

4>p ist; und

(B) eine kompensierende magnetomotorische Kraft, welche die in den Ankerwindungen induzierte gegenelektromotorische Kraft eliminieren kann.

Der Betrag der magnetomotorischen Kraft, der im erfindungsgemäßen Gleichstrommotor angeordneten Zwischenpole 29 und 31 ist viel kleiner als derjenige, der im herkömmlichen Gleichstrommotor nach Pig. 1 angeordneten Zwischenpole. Als Ergebnis kann der erfindungsgemäße Gleichstrommotor, von dem ein Beispiel in den Fig. 2 und gezeigt ist, mit Zwischenpolwicklungen 39 und 41 aufgebaut werden, die eine sehr kleine Querschnittsfläche besitzen, können die Ab-

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messungen der Zwischenpole 29 und 31 kompakt gemacht werden und kann die vom Motor erzeugte Wärme reduziert werden. Als Folge können die Betriebseigenschaften auf einem guten Wert gehalten werden.

In Fig. 3 wird eine drehbare Welle von Lagern 43 und 45 drehbar gehalten. Ein Anker 3 und ein Kommutator 47 sind an der drehbaren Welle 1 befestigt. Bürsten 49 werden mittels Jedem 51 gegen &en Kommutator gedrängt.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können die Abstandsstücke aus nicht magnetischem Material, die dazu verwendet werden, die Zwischenpole magnetisch vom Joch 27 zu isolieren, durch einen zwischen den Zwischenpolen 29 und 31 und dem Joch 27 vorgesehenen Luftspalt ersetzt werden. Darüberhinaus sind weitere Änderungen im Rahmen der Erfindung möglich. Beispielsweise kann die Anzahl der Hauptmagnetpole auf 4 oder mehr erhöht werden.

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Claims (4)

BLUMBACH · WEÖt/R · BERGEN · KRAlVSER ZWfRNHR · HIRSCH · BRLI^ IM O Q 1 Π C 1 PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN £0IOut ' Patenlconsult P.adeckestrsße 43 fiiOO Münrher. 60 Telefon (C89) £3 Ji.03/£33604 Telex 05-212313 Toloorarr.nio Pelr-n:consuii Patentconsult SonnenbergeT Straße 43 62C0 Wiesbaden Telefon (04121) 562943/551993 Telex 04-186237 Telegramm·? Patentconsult su Tfanuc Limited 78/8714 5-1, Asahigaoka 3-chome, Hino-shi, Tokyo, Japan Gleichstrommotor Patentansprüche

1. Gleichstrommotor mit einem Joch (27), mit mehreren Eaupt-"""■' magnetpolen (9,11), ä-ie mit vorgegebenem Abstand zwischen zwei benachbarten, unterschiedliche Polarität aufweisenden Hauptmagnetpolen (9,11) in vorgegebener Richtung auf dem Joch (27) angeordnet sind, mit einem mit Ankerwicklungen (5) bewickelten Anker (3), cLer durch eine von den Hauptmagnetpolen (9 und 11) verursachte elektromotorische Kraft angetrieben und längs der vorgegebenen Richtung, in welcher die Hauptmagnetpole (9,11) angeordnet sind, bewegt wird, und mit zwischen zwei 'benachbarten Hauptmagnetpolen (9 und 11) angeordneten Zi-jiscasnpoIsE. (29ο31) -, C-ie auf dem Joch (2?)

Hündisn: R. ICrsr.ier Dipl.-Ing. · V/. Weser Oipl.-~!ws. D;"- .";■'. nsi. · Λ Hirsch Dipl.-tno. - ;;. P. Brehm Dipi.-Chem. Dr. ph.I. nat. Wiesbaden: P.G. BijnbaciiO'pi.-hc:. . ".Berlin Dipi.-mg. Dr. jur. · G. Z/.'.rner Dipi.-Ing. Di.:.>-'Λ'.-ing.

OFÖGWAL INSPECTED

angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenpole (29,31) magnetisch vom Joch (2?) isoliert sind und den innerhalb einer Kommutierungszone liegenden Ankerwiridungen (5a,^b) gegenüberliegen.

2. Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadui?ch gekennzeichnet, daß jeder Zwischenpol (29,31) wenigstens zwei schmale Pole (29a, 29b, 29c) auf v/eist, die in der vorgegebenen Richtung auf dem Joch (27)» von diesem magnetisch isoliert, angeordnet sind, und daß die Polaritäten zweier benachbarter schmaler Pole (29a und 29b oder 29a und 29c) voneinander verschieden sind, so daß magnetische Kreise zwischen zwei benachbarten schmalen Polen (29a und 29b oder 29a und 29c) und dem Anker (3) vorhanden sind.

3. Gleichstrommotor mit einem kreisförmigen Joch (27) mit mehreren Hauptmagnetpolen (9,11), die auf der Innenseite des Jochs (27) mit einem vorgegebenen Abstand zwischen zwei benachbarten Hauptmagnetpolen (9 und 11) angeordnet sind, wobei die Polaritäten zweier benachbarter Hauptmagnetpole voneinander verschieden sind, mit einem mit Ankerwicklungen (5) "bewickelten Anker (3), cLer einer von den Hauptmagnetpolen verursachten elektromotorischen Kraft ausgesetzt ist und längs einer vorgegebenen Richtung, in der die Hauptmagnetpole (9_S11) angeordnet sind, gedieht wi"i_; "jni mit Zi-jischenpolen (29?3Ό: die sxlZ ds::- ^nnsnssi'it dss -~~-ü,.'s (27)

Hauptmagnetpolen (9 und 11) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenpole innerhalb einer Kominutierungszone liegenden Ankerwindungen 5a, 5b) gegenüberliegen, daß jeder Zwischenpol wenigstens zwei schmale Pole (298.,29b,29c) aufweist, die längs der vorgegebenen Richtung angeordnet und vom Joch (27) magnetisch isoliert sind, und daß die Polaritäten zweier benachbarter schmaler Pole (29a und 29b oder 29a und 29c) voneinander verschieden sind, so daß zwischen zwei benachbarten schmalen Polen (29a und 29b oder 29a und 29c) und <lem Anker (3) magnetische Kreise vorhanden sind.

4. Gleichstrommotor nach Anspruch 3? dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zwischenpol (29 oder 31) einen schmalen Hauptpol (29a oder 31a) und zwei schmale Hilfspole (29b und 29c oder 31b und 31c) aufweist, daß die Polarität der schmalen Hilfspole (29b und 29c oder ^-Vo und 31c) von der Polarität des schmalen Hauptpols (29a oder 31a) verschieden ist, daß die Polarität eines jeden schmalen Hauptpols (29a, 31a) von der Polarität desjenigen Hauptmagnetpols (9 oder 11) verschieden ist, welcher in Ankerdrehrichtung vor diesem schmalen Hauptpol (29a, 31a) liegt, daß sich von den schmalen Hilfspolen in Ankerdrehrichtung einer (29b,31t>) vor und einer (29c,31c) hinter dem schmalen Hauptpol (29a,31a) auf der Jochinnenseite befindet und daß die schmalen Haupt- und die schmalen Hilfspole vom Joch (27) magnetisch isoliert sind, so daß zwei magnetische Kreise mit voneinander verschiedener Flußrichtung zwischen je einem der schmalen Hilfspole (29b,29c,31b,31c),

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dem schmalen Hauptpol (29a,31a) und dem Anker (3) vorhanden sind.

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