DE2853318A1 - Gleichstrommotor - Google Patents

Description

SECOH GIKEN, INC., Tokio, Japan

Gleichstrommotor

Die E_rfindung betrifft einen Gleichstrommotor, dessen Ankerwicklungen nicht einender überlagert sind.

Bei einem Gleichstrommotor mit einer Vielzahl von Ankerwicklungen sind die Wicklungen auf dem Anker auf solche Weise angeordnet, daß sie einander in mehreren Schichten überlagert sind. Demzufolge ist bei der Herstellung derartiger konventioneller Gleichstrommotoren eine wesentliche Arbeit erforderlich, um die Kantenabschnitte der überlagerten Wicklungen zu bearbeiten, was ein Hindernis bezüglich der Massenherstellung darstellt. Wenn eine Vielzahl von Ankerwicklungen mit Harz vergossen und in einer Einheit verfestigt sind, um auf einem Anker angeordnet zu werden, ergibt sich bei der daraus entstehenden Ankereinheit eine erhöhte Dicke, da die Ankerwicklungen

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in einer Vielzahl von Schichten einander überlagert sind« Eine derart erhöhte Dicke des Ankers reduziert erheblich das wirksame,, durch den Anker hindurchgehende Magnetfeld des Feldmagnaten, so daß sich ein reduzierter Wirkungsgrad und eine Reduzierung des Anfangsdrehmoments des Motors ergeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gleichstrommotor zu schaffen, bei dem die vorstehend angegebenen Nachteile beseitigt sind. Die Erfindung schafft insbesondere einen Gleichstrommotor mit einer geringeren Zahl von Ankerwicklungen, welcher der Massenherstellung zugänglich ist und einfacher, d.h. mit geringeren Kosten, hergestellt werden kann. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf einen Gleichstrommotor, der für eine Polzahl 4n (n ist eine positive gcnze Zahl von 1 oder mehr) des Feldmagneten (2n + l) Ankerwicklungen aufweist, die in einer nicht zueinander überlagerten Weise oder in einer einzigen Schicht auf einem scheibenförmigen oder zylindrischen Anker angeordnet sind.

Bei dem erfindungsgemäßen Gleichstrommotor ist die effektive Länge der zur Erzeugung des Drehmoments beitragenden Leiterabschnitte der Ankerwicklung ausreichnd groß im Vergleich zu den anderen, Kupferverluste hervorrufenden Abschnitten der Ankerwicklung, wodurch der Wirkungsgrad des Motors erhöht wird.

Ein Gleichstrommotor nach der Erfindung weist einen Feldmagneten mit 4 mn Polen (m ist eine positive ganze Zahl wie 1 oder größer, η eine positive ganze Zahl wie 1 oder größer)auf, die jeweils in Nord- und Süd-Pole mit gleichen Winkeln magnetisiert sind; außerdem ist ein magnetisches Glied zum Schließen des Magnetkreises des Feldmagneten vorgesehen; m(2n +1) Ankerwicklungen sind jeweils so geformt, daß zwischen den zur Erzeugung des Drehmoments beitragenden Leiterabschnitten derselben ein Winkel

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vorliegt, der gleich der Viinkelgröße des Feldmagnetpoles ist; ein Anker trägt diese m(2n + 1) Ankerwicklungen, v/obei die Ankerwicklungen in gleichen Abständen und nicht übereinanderliegend sowie in einer einander gegenüberliegenden Beziehung zu den Feldmagnetpolen angeordnet sind. Eine Rotationswelle trägt entweder den Anker oder den Feldmagneten zur Ausführung einer Drehung und ist selbst von Lagern aufgenommen, die im Gehäuse des Motors vorgesehen sind.

Die Erfindung schafft somit einen Gleichstrommotor, der einen Feldmagneten mit 4mn Polen (m ist eine positive ganze Zahl wie-1 oder größer, η ist eine positive ganze Zahl wie 1 oder größer) aufweist, die wechselweise in Nord- und Süd-Polaritäten mit gleichen Winkeln magnetisiert sind. Der Gleichstrommotor enthält ferner ein Glied aus magnetischem Material zum Schließen des Magnetkreises des Feldmagneten, m(2n + l) Ankerwicklungen, die jeweils so geformt sind, daß sie zwischen ihren zum Drehmoment beitragenden Leiterabschnitten einon Winkel einnehmen, der gleich der Viinkelgröße des Feldmagnetpoles ist. Ein Anker trägt die m(2n +1) Ankerwicklungen in gleichen Abständen und in nicht Ubereinanderliegender Beziehung zueinander, wobei die Ankerwicklungen in zu den Feldmagnetpolen gegenüberliegender Beziehung vorgesehen sind. Eine drehende Welle trägt entweder den Anker oder den Feldmagneten zur Ausführung einer Drehung und wird von im Motorgehäuse vorgesehenen Lager gelagert.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen des Gleichstrommotors anhand der Zeichnung zur Erläuterung weiterer Merkmale beschrieben. Es zeigen:

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Fig. Ια eine Längsschnittansicht des Motors,,

Fig. Ib eine Aufsicht auf die Feldmagnatpole des Motors nach Fig. la,

Fig. Ic eine Aufsicht auf den Anker des Motors nach Fig. la,

Fig. 2 und 3 abgewickelte Ansichten von Ausführungsforraen, welche die Feldtnagnetpole nach Fig. Ib und die Ankerwicklungen nach Fig. Ic enthalten, die unterschiedliche Zwischenverbindungen haben, und

Fig. 4 eine abgewickelte Ansicht einer weiteren Ausführungsforra, welche andere Feldmagnetpole und Ankerwicklungen gegenüber den Fig. Ib, Ic, 2 und 3 enthält.

Zum besseren Verständnis des erfindungsgemäßen Gleichstrommotors wird eine Ausführungsform dieses Gleichstrommotors beschrieben, die mit acht Feldmagnetpolen und 5 Ankerwicklungen versehen ist. Fig. 1 zeigt den Aufbau eines Kommutator-Motors, der einen scheibenförmigen Anker aufweist. In Fig. la ist mit 1 ein kreis- und tassenförmiges Gehäuse bezeichnet, das durch Preßformen einer Flußstahlplatte hergestellt wird. In den unteren offenen Endabschnitt des Gehäuses 1 ist eine Flußstahlscheibe 5 hineingedrückt, um darin befestigt zu werden und die Bodenplatte des Gehäuses zu bilden. Die Scheibe 5 hat eine kreisförmige Eindrückung 5a in ihrem Mittelabschnitt. Das Gehäuse 1 und die Scheibe 5 bilden und schließen den Hagnetkreis im Motor. An dem Gehäuse 1 und der kreisförmigen Vertiefung 5a sind jeweils Lager 3 bzw. 4 fest angeordnet, die eine drehfähige Welle 2 lagern, wobei das eine Ende der V/elle 2 unter Druck gegen die Innenfläche der Vertiefung 5a anliegt. Ein ringförmiger Feld-

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magnet 6 ist fest an der Innenfläche der Scheibe 5 befestigt. An der Welle 2 ist ein Anker 7 und ein Kommutator 8 befestigt, die durch Pressen bzw. Formen eine integrale Einheit darstellen. An der Welle 2 unter dem Kommutator 8 ist eine Scheibe 9 befestigt, die einen Abschluß gegenüber Ul bezweckt. Der Anker 7 befindet sich innerhalb des Magnetfeldes, welches zwischen dem Gehäuse 1 und dem Feldmagneten 6 auftritt. Der Feldmagnet 6 besteht aus Polen 6-1, 6-2, ... 6-8, die wechselweise Nord- bzw. Süd-Polarität haben, und jeweils einen Winkelbereich von 45 überdecken, wie in Fig. Ib gezeigt ist. In der mittleren Öffnung des ringförmigen Feldmagneten 6 ist ein zylindrisches Glied 10 eingesetzt, das aus Kunst-, stoff geformt ist. Bürsten 11-1, 11-2 sind an ihren Basis-Endabschnitten an der Innenfläche des zylindrischen Glieds 10 befestigt und stehen an ihren freien Endabschnitten mit dem Kommutator 8 in Gleitkontakt. Fig. Ic zeigt den Aufbau des Ankers 7. Gemäß Fig. Ic sind Ankerwicklungssektoren 7-1 bis 7-5 in eine Kunststoffscheibe unter gleichen Abständen eingebettet, d.h. jeder Sektor nimmt einen Winkel von 72 ein. Der Winkelabstand zwischen den zur Erzeugung des Drehmoments beitragenden Leiterabschnitten der Ankerwicklungssektoren beträgt 45 , was gleich der Winkelgröße der Feldmagnetpole 6-1 bis 6-8 ist. In diesem Aufbau der Ankerwicklung kann die Länge der Kupferverluste hervorrufenden äußeren und inneren -Umfange der Ankerwicklung relativ .klein, im Vergleich zur Radiallänge der zur Erzeugung des Drehmoments batragenden Abschnitte gehalten werden, was zur Erhöhung des Wirkungsgrades vorteilhaft beiträgt. Dieser Aufbau der Ankerwicklung wirkt sich sehr günstig zur Erhöhung des Wirkungsgrades auch in dem Fall aus, in welchem derartige Wicklungen auf einen zylindrischen Anker aufgelegt sind (dieser Fall ist in den Zeichnungen nicht gezeigt). Eine derartige Ankerwicklung kann auf übliche Weise durch Rahmenwicklung eines selbsthaftenden

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(self-bondng)Drahtes geformt werden. Bei der Ankerwicklung nach Fig. Ic ist der Draht der Wicklung Windung um Windung in Ausrichtung zu einer Ebene gewickelt, jedoch nicht in Form raehreaar Schichten einander überlagert, wie bei üblichen Schleifenwicklungen, infolgedessen der Anker kleine Dicke haben kann. Demzufolge kann der Abstand zwischen dem Feldmagneten 6 und dem Gehäuse 1 (Fig. la) klein gestaltet werden, damit ein stärkeres Magnetfeld erhalten wird, das in einem erhöhten Wirkungsgrad und größeren Drehmoment resultiert. Bei dem in Fig. Ic gezeigten Anker 7 sind fünf Sektoren-Ankerwicklungen zueinander nebeneinanderliegend in einer Ebene vorgesehen und in den Anker 7 eingebettet, infolgedessen der Anker leicht herstellbar und der Massenproduktion zugänglich ist.

Im folgenden wird auf die Abwicklung nach Fig. 2 Bezug genommen; das Drehprinzip wird für den Fall beschrieben, in welchem die Ankerwicklungen nach Art eines Ringes in Zwischenverbindung stehen. Der Kommutator 8 weist Kommutator-Segmente 8-1 bis 8-20 auf, die jeweils einen Winkelraum von 18 (2/5 des Winkels des Feldmagnetpols) umfassen. Die entsprechenden Sätze der Segmente 8-1, 8-6, 8-11, 8-10, der Segmente 8-2, 8-7, 8-12, 8-17, der Segmente 8-3, 8-8, 8-13, 8-18, der Segmente 8-4, 8-9, 8-14, 8-19, und der Segmente 8-5, 8-10, 8-15, 8-20 sind jeweils über die entsprechenden Drahtzuführungen zusammengeschaltet. Die Bezugszeichen 11-1 und 11-2 bezeichnen die Bürsten, die den Strom jeweils von einem positiven und einem negativen Anschluß 12-1 bzw. 12-2 einer Gleichstromquelle aufnehmen können. Die Winkelabstände zwischen den Bürsten 11-1 und 11-2 sind nach Fig. 2 135 , während jeder andere Wert des Winkelabstandes,wie 45 (z.B. 300 /4mn, wobei m eine positive ganze Zahl wie 1 oder größer und η eine positive ganze Zahl wie 1 oder größer sind und in diesem Fall m = 1 und

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η = 2) oder 225 oder 315 im Prinzip äquivalent zu dem ersten genannten V/ert von 135 sind. In dem in Fig. 2 gezeigten Zustand fließen die Ströme in Richtung der Pfeile, d.h. es fließt ein Strom über die Ankerwicklungen 7-2, 7-1, 7-5, ein weiterer Strom fließt durch die Ankerwicklungen 7-3, 7-4, und somit wird in jeder Ankerwicklung ein Drehmoment erzeugt, um den Anker 7 in. Richtung des Pfeiles A zu drehen. Der Kommutator 8 dreht sich somit in Richtung des Pfeiles Bo Bei der Drehung des Ankers 7 über 9 ändert sich der Stromfluß, so daß der Strom durch die Wicklungen 7-2, 7-1 fließt, ein anderer Strom geht durch die Wicklungen 7«3_? 7-4, 7-5 hindurch, so daß in jeder Wicklung ein Drehmoment erzeugt wird. Bei einer weiteren Drehung von 9 wird wiederum der Strom geändert und fließt durch die Wicklungen 7-3, 7-2, 7-1 _t während ein weiterer Stromfluß durch die Wicklungen 7-4, 7-5 hindurch geht, um in jeder 'Wicklung ein Drehmoment zu erzeugen« Somit wird das Drehmoment aufeinanderfolgend erzeugt, um den Anker abzutreiben« Zusätzlich zu dem vorstehend beschriebenen Merkmal beinhaltet der Motor weitere Merkmale, die für einen scheibenförmigen Motor günstig sind, v/ie beispielsweise hoher Wirkungsgrad, Flachheit in der Konstruktion, geringe Hystereseverluste und geringe Unregelmäßigkeiten im Drehmoment.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Beispiel, bei dem die Anfangs- oder Endanschlüsse der Ankerwicklungen zusammengeschaltet sind. Ähnliche Bezugszeichen geben gleiche Teile wie in Fig. 2 an, so daß zu deren Erläuterung auf Fig. 2 Bezug genommen wird. Gemäß Fig. 3 sind die Anfarig>- oder Endanschlüsse der entsprechenden Ankerwicklungen zusammengeschaltet und in dem in Fig. 3 gezeigten Zustand sind die anderen Enden der Ankerwicklung 7-1 an das Kommutatorsegment 8-5, das andere Ende der Wicklung 7-2 an das Segment 8-9, das andere Ende der Wicklung 7-3 an das Segment 3-13, das andere

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Ende der Wicklung 7-4 an das Segment 8-17 und das andere Ende der Wicklung 7-5 an das Segment 8-1 geschaltet,, Somit fließt in dem in Fig. 3 dargestellten Zustand ein Strom in den durch Pfeile gezeigten Kicbtungen, d.h. es fließt kein Strom durch dio Ankerv/icklunguM 7-1, 7-3, 7-5, so duß kein Drehmoment erzeugt wird, während ein Strom durch diu Ankerwicklungen 7-4 und 7-2 zur Erzeugung von Drehmomenten in letzteren Wicklungen fließt, wodurch dar Anker 7 in Richtung des Pfeiles A angetrieben wird und somit dreht sich der Kommutator S in Richtung des Pfeiles B. Bei einer Drehung des Ankers über 9 fließt kein Strom durch die Wicklungen 7-1, 7-3, 7-A₁ die somit kein Drehmoment erzeugen, jedoch fließt ein Strom durch die Wicklungen 7-5 und 7-2, die somit ein Drehmoment liefern. Bei einer weiteren Drehung von 9 fließt kein Strom durch die Wicklungen 7-1, 7-2, 7-4, dio kein Drehmoment cezeuges: _t jedoch fließt ein Strom durch die Wicklungen 7-5 und 7-3 zur Erzeugung eines Drehmoments an diesen letzteren Wicklungen.. Das Drehmoment wird somit aufeinanderfolgend erzeugt, uti! den Anker anzutreiber?,,

Fig» 4 zeigt die Abwicklung einer v/eiteren Ausführungsform, die mit zwölf Feldsnagnetpolen und sieben Ankerwicklungen versehen ist. Mit 6-1 _D 6-2_r ... ü-12 sind die Feldmagnetpole bezeichnet, die abwechselnd in N- und S-PoIe mit Winkeln von 30 magnetisiert sind uncf einen Feldmagneten 6 bilden, der dem Feldmagneten ό in Fig. la entspricht. Kit 7-1 bis 7-7 sind Ankerwicklungen bezeichnet^ dia in gleichen Abstünden zueinander angeordnet sind, d.h, in Abständen von 3όΟ°/7 (etνα 51,4°) und in eine Ankerscheibe eingebettet sind, die ähnlich der Ankerscheibe 7 nach Fig. la ist. Der Winkel zwischen den zur Erzaugung des Drehmoments beitragenden Leiterabschnitten dar Ankerwicklung, die die Form eines Sektors hat, beträgt 30 , was gleich dem Winkel jedes

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Feldmagnotpols 6-1 bis 6-12 ist. Ein Kommutator 8 weist Kommutator-Segmente 8-1, 8-2, ... 8-42 auf, die jeweils einen Winkel von 360 /42 (etwa 8,57 , d.h. 2/7 des Winkels des Feldmagnetpoles)umfassen. Entsprechende Sätze von Kommutator-Segmenten 8-1, 8-8, 8-15, 8-22, 8-29, 8-36, der Segmente 8-2, 8-9, 8-16, 8-23, 8-30, 8-37, der Segmente 8-3, 8-10, 8-17, 8-24, 8-31, 8-38, der Segmente 8-4, 8-11, 8-18, 8-25, 8-32, 8-39, der Segmente 8-5, 8-12, 8-19, 8-26, 8-33, 8-40, der Segmente 8-6, 8-13, 8-20, 8-27, 8-34, 8-41, und der Segmente 8-7, 8-14, 8-21, 8-28, 8-35, 8-42 sind jeweils über entsprechende Leitungsdrähte zusammengeschaltet. Mit 11-1 und 11-2 sind in Fig. 4 die Bürsten bezeichnet, die zur Stromaufnahme von einem positiven bzw. negativen Anschluß 12-1 bzw. 12-2 einer Gleichstromquelle dienen. Der Winkelabstand zwischen den Bürsten 11-1 und 11-2 beträgt nach Fig. 4 150 , während auch andere Vierte für den Winkelabstand,wie 30°.(360°/4 mn mit m = 1 und η = 3), 90°, 210°, 270° oder 330 im Prinzip äquivalent zu dem erstgenannten Viert von 150 sind. Das Drehprinzip aufgrund des Fleming¹sehen Gesetzes ist ähnlich der AusfUhrungsform nach Fig. 2, weshalb eine Beschreibung desselben nicht nochmals erforderlich ist. Der Betrieb und somit die Wirkung der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform ist ähnlich der Ausführungsform nach Fig. 2. Während bei der Ausführungsform nach Fig. 4 sieben Ankerwicklungen in Ringform miteinander verbunden sind, können dreAnfangs- oder Endanschlüsse der entsprechenden Wicklungen zusammengeschaltet sein.

Während bei den vorstehend erläuterten Ausführungsformen scheibenförmige Anker verwendet werden, können auch zylindrische· Anker eingesetzt werden. Die Erfindung läßt sich auch in einem kollektorlosen Motor realisieren, bei dem der Strom zu den Ankerwicklungen über Halbleitereinrichtungen zugeführt wird. Erfindungsgemäß wird daher für die Zahl der 4n (n ist eine positive ganze

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Zahl von 1 oder mehr) der Feldmagnetpole eine Zahl (2n +1) von Ankerwicklungen verwendet; der Winkelabstand, d.h. der V/inkel der Ankerwicklung ist gleich dem Winkel des Feldmagnetpols. Es können auch verschiedene andere Kombinationen bezüglich der Zahl der Feldmagnetpole und der Zahl der Ankerwicklungen realisiert werden, beispielsweise vier Feldmagnetpole und drei Ankerwicklungen oder sechzehn Feldmagnetpole und neun Ankerwicklungen usw. Erfindungsgemäß werden für 4mn Feldmagnetpole (m ist eine positive ganze Zahl wie 1 oder mehr), m(2n +1) Ankerwicklungen (ra ist ebenfalls eine positive ganze Zahl wie 1 oder mehr) verwendet; die Ankerwicklungen sind dabei in nicht einander überlagernder Weise auf dem Anker angeordnet.

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Claims (2)

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   SECOH GIKEN, INC., Tokio, Japan

   Patentansprüche

   T. feleichstrommotor, dessen Ankerwicklungen nicht einander über-—lagert sind,

   gekennzeichnet durch einen Feldmagneten (ό) mit 4mn Polen, wobei m und η positive ganze Zahlen wie 1 oder größer sind, wobei die Pole abwechselnd in N- und S-Polaritäten
   mit gleichen Winkeln magnetisiert sind,

   durch ein Glied aus magnetischem Material zum Schließen des
   Magnetkreises des Feldmagneten,

   durch m(2n +1) Ankerwicklungen, die jeweils derart geformt sind, daß zwischen den zur Erzeugung des Drehmoments beitragenden Leiterabschnitten derselben ein Winkel gebildet ist, der gleich dem Winkel des Feldmagnetpols ist,

   durch einen Anker, welcher die m(2n +1) Ankerwicklungen trägt, die über gleiche Abstände in einer nicht zueinander überlagerten

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   Art zueinander vorgesehen sind und den Feldmagnetpolen gegenüberliegen, und durch eine drehfähige Welle (2), welche den Anker oder den Feldmagneten zur Ausführung der Drehung aufnimmt und in im Motorgehäuse vorgesehenen Lagern (3, 4) gelagert ist.
2. 2. Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlüsse der m(2n +1) Ankerwicklungen an entsprechende Kommutator-Segmente von 2mn(2n +1) Kommutator-Segmenten angeschlossen sind, wobei jeweils 2mn-Segmente mit 2mn-Segmenten zusammengeschaltet sind, daß Bürsten (Π-1, 11-2) zur Stromzuführung zu den Ankerwicklungen von einem positiven und einem negativen Anschluß einer Gleichstromquelle vorgesehen sind, daß die jsweils mit einem der Kommutator-Segmente in Kontakt stehenden Bürsten über einen Winkel von 300 /4mn oder einen V/inkel in Abstand zueinander angeordnet sind, der zwischen denjenigen Kommutator-Segmenten eingehalten wird, die mit einzelnen Segmenten der Kommutator-Segmente gemeinsam verbunden sind.

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