DE3320555A1

DE3320555A1 - DC motor having a mechanical commutator

Info

Publication number: DE3320555A1
Application number: DE19833320555
Authority: DE
Inventors: Georg 7710 Donaueschingen Lehmann; Jürgen Lindner
Original assignee: STEGMANN UHREN ELEKTRO
Current assignee: STEGMANN UHREN ELEKTRO
Priority date: 1983-06-07
Filing date: 1983-06-07
Publication date: 1984-12-13

Abstract

The invention relates to a DC motor having a mechanical commutator. The construction of the rotor and of the armature is in this case intended to correspond to that of a multi-phase synchronous machine. The same characteristics as those of a DC motor can be achieved if the armature currents are controlled as a function of the rotor position. The motor has the typical rotation speed/torque characteristic of an externally excited DC motor. The rotor 2 is fitted with permanent-magnet material, and the armature winding 1 and the commutator are arranged to be stationary while the sliding contact of the commutator rotates. <IMAGE>

Description

Gleichstrommotor mit mechanischem KommutatorDC motor with mechanical commutator

Die Erfindung betrifft einen Gleichstrommotor mit mechanischem Kommutator, wobei der Aufbau von Rotor und Anker einer mehrphasigen Synchronmaschine entspricht.The invention relates to a direct current motor with a mechanical commutator, the structure of the rotor and armature being multiphase Synchronous machine corresponds.

Gleichstrommotoren mit mechanischem Kommutator werden in einer großen Zahl in der Industrie, im Haushalt, in Kraftfahrzeugen und in vielen anderen Bereichen verwendet. Sie sind in vielen Fällen nicht durch Drehfeldmaschinen ersetzbar und haben den Vorteil, daß sie sich auf einfache Weise steuern und regeln lassen. Ferner lassen sich mit ihnen meist höhere spezifische Leistungen und spezifische Drehmomente erzielen, als mit Drehfeldmaschinen. Die am häufigsten verwendeten Gleichstrommaschinen sind heute heteropolare Gleichstrommotoren. Der Rotor ist dabei mit einer Ankerwicklung versehen. Die Ankerströme werden über Bürsten und einen rotierenden Kollektor dem Anker zugeführt, so daß die Ströme unter den feststehenden Erregerpolen die erforderliche Richtung für die vorgegebene Drehrichtung aufweisen. Außerdem gibt es Synchronmaschinen mit feststehendem Kollektor für Gleichstrombetrieb. Derartige Synchronmaschinen haben eine feststehende Ankerwicklung, die meist auf einfache Weise hergestellt ist. Der Rotor kleinerer Synchronmotoren ha-'t meist keine Wicklung. Er ist häufig mit Permanentmaterial bestückt oder er besteht aus weichmagnetischem Material (Reluktanzläufer).DC motors with mechanical commutators are used in large numbers in industry, in households, in motor vehicles and used in many other areas. In many cases they cannot be replaced by induction machines and have the The advantage that they can be controlled and regulated in a simple manner. Furthermore, they can usually be used for higher specific Achieve performance and specific torques than with rotary field machines. The most commonly used DC machines are now heteropolar DC motors. The rotor is provided with an armature winding. The anchor currents are fed to the armature via brushes and a rotating collector, so that the currents under the fixed exciter poles have the required direction for the specified direction of rotation. There are also synchronous machines with fixed collector for direct current operation. Such synchronous machines have a fixed armature winding, mostly is made in a simple manner. The rotor of smaller synchronous motors usually has no winding. It is often made with permanent material equipped or it consists of soft magnetic material (reluctance rotor).

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, einen Gleichstrommotor der eingangs genannten Art zu schaffen, der mit relativ geringem fertigungstechnischem Aufwand die Herstellung einer Gleichstrommaschine nach dem Synchronmaschinenpriniip ermöglicht. The invention has the task of providing a direct current motor of the type mentioned to create the production of a with relatively little manufacturing effort DC machine based on the synchronous machine principle.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Hauptanspruch angeführten Merkmale celöst» Die UnteransprUohe kennzeichnen weitere Ausbildungen!This object is achieved according to the invention by the main claim The listed features celöst »Identify the subclaims further training!

^fJ?h9 ore tische und experimentelle Unterauahungen haften ergeben» daß man bei einem aolohen Motor die gleichen Kennlinien wie ^For historical and experimental studies it is evident that one has the same characteristic curves as

bei Gleichstrom erhalten kann, wenn die Ankerströme in Abhängigkeit von der Rotorposition gesteuert werden. Ein derartiger Motor weist die typische Drehzahl- Drehmoment-Charakteristik eines fremderregter» Gleichstrommotors auf.at direct current can be obtained when the armature currents in dependence controlled by the rotor position. Such a motor has the typical speed-torque characteristics a separately excited »DC motor.

Die wesentlichen Vorteile der erfindungsgemäßen Anordnung liegen in einem sehr einfachen Aufbau und somit geringen Fertigungskosten, der Schleifkontakt ist unabhängig von der Polzahl, der feststehende.Kollektor kann sehr kostengünstig im ätztechnischen Vorfahren gefertigt werden. Der feststehende Scheibenkollektor kann auch als Trommelkollektor ausgeführt werden, wenn auf geringe Reibungsverluste Wert gelegt wird.The main advantages of the arrangement according to the invention are in a very simple structure and thus low production costs, the sliding contact is independent of the number of poles, the fixed collector can be installed very inexpensively Etching technology ancestors are made. The fixed one The disc collector can also be designed as a drum collector if low friction losses are important.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Gleichstrommotors dargestellt. Es zeigen:In the drawing, exemplary embodiments of the direct current motor according to the invention are shown. Show it:

Pig. 1 eine Schnittansicht des Motors, Fig. 2 eine Variante in gleicher Ansicht,Pig. 1 shows a sectional view of the motor, FIG. 2 shows a variant in the same view,

Fig. 3 eine Draufsicht auf den Schleifring und die Kommu tator-Lamellen.Fig. 3 is a plan view of the slip ring and the commu tator slats.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, weist der in einem Gehäuse untergebrachte Motor eine Welle 5 mit einem Rotor 2 auf, wobei die Ankerwicklungen 1 feststehend sind. Über Stehbolzen ist am Gehäuse eine KoJlcktorscheibe 7 aus Isoliermaterial befestigt, auf der ein geschlossener Schleifring 3 und konzentrisch zu diesem ringförmig angeordnete, voneinander isolierte einzelne Kommutatorlamellen 4 angebracht sind,- Auf der Welle 5 ist drehfest ein zweiarmiger Schleifer 6 befestigt, der einerseits mit einem Schleifkontakt 6a auf dem Schleifring 3 und andererseits mit einem Schleifkontakt 6b auf den Kommutatorlamellen 4 schleift. Auf diese Weise ist wie bei Schrittmotoren ein unipolar ei: Betrieb möglich. Dabei wird jeder Ankerstrang in einer Richtung vom Strom durchflossen. Die Ankerwicklung wird zwar dann nicht optimal ausgenutzt, dafür ist aber der Aufbau einfacher, weil nur eine Kollektorscheibe 7 erforderlich ist.As can be seen from Fig. 1, the housed in a housing Motor has a shaft 5 with a rotor 2, the armature windings 1 being stationary. About stud is on Housing a KoJlcktorscheibe 7 made of insulating material attached, on which a closed slip ring 3 and concentric to Individual commutator segments 4, which are arranged in a ring and isolated from one another, are attached, - On the shaft 5 is non-rotatable a two-armed slider 6 attached, on the one hand with a sliding contact 6a on the slip ring 3 and on the other hand with a sliding contact 6b on the commutator segments 4 grinds. In this way, as with stepper motors, unipolar ei: operation is possible. Each anchor strand is in a Direction traversed by the current. The armature winding is true then not optimally used, but the structure is simpler, because only one collector disk 7 is required.

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In Pig. 2 ist eine Variante der Ausführung nach Pig. 1 gezeigt, mit der ein bipolarer Betrieb möglich ist, um eine optimale Wirkung mit hohem Drehmoment zu erzielen. Dabei sind zwei Kollektorscheiben 7a, 7b erforderlich, die jeweils gleichen Aufbau haben und der Kollektorscheibe 7 entsprechen. Auch die Schleifer 6', 6'¹ sind einander gleich. Im übrigen entspricht der Aufbau des Motors völlig dem nach Pig. 1.In Pig. 2 is a variant of the Pig design. 1, with which a bipolar operation is possible in order to achieve an optimal effect with high torque. Two collector disks 7a, 7b are required, each of which has the same structure and corresponds to the collector disk 7. Also, the grinder 6 ', 6' ¹ are equal to each other. Otherwise the structure of the engine corresponds completely to that according to Pig. 1.

In Pig. 3 ist eine Draufsicht auf den Schleifring 3 und die Kommutatorlamellen 4 dargestellt. Der Schleifring 3 ist als geschlossener Ring ausgebildet, während die Kommutatorlamellen aus einzelnen, voneinander isolierten Lamellen bestehen, die ringförmig angeordnet sind. Dabei kann es sich z.B. um einen 16 poligen Synchronmotor mit p=8, n=16 und eine viersträngige Ankerwicklung mit m=4 sowie 32 Kollektorlamellen mit z=32 handeln. Die mit gleichen Ziffern bezeichneten Kollektorlamellen sind durch Drahtverbindungen überbrückt. Die Zahl ζ der KoI-lektorlamellen ist abhängig von der Strangzahl m und der Polpaarzahl ρ entsprechend z=mrp.In Pig. 3 shows a plan view of the slip ring 3 and the commutator segments 4. The slip ring 3 is as formed closed ring, while the commutator segments consist of individual, mutually insulated lamellae, the are arranged in a ring. For example, it can be a 16-pole synchronous motor with p = 8, n = 16 and a four-strand motor Act armature winding with m = 4 and 32 collector segments with z = 32. The collector lamellas marked with the same numbers are bridged by wire connections. The number ζ of the KoI lector slats depends on the number of strands m and the number of pole pairs ρ corresponding to z = mrp.

Claims

P a te η t - A π .sp r.is c..he

DC motor with mechanical commutator, the structure of rotor and armature being that of a multi-phase synchronous machine is equivalent to,

characterized in that the rotor (2) is equipped with permanent magnet material and the armature winding (1) and the commutator are stationary while the sliding contact of the commutator rotates.

2. DC motor according to claim 1,
characterized in that the rotor (2) is equipped with soft magnetic material and the armature winding (1) and the commutator are stationary while the sliding contact of the commutator rotates.

3. DC motor according to claim 1 or 2, characterized in that that the commutator consists of a closed slip ring (3) and a ring-shaped, individual, isolated from each other Commutator bars (4) consists.

4. DC motor according to 'claim 3, characterized in that in unipolar operation of the motor on the shaft (5) of the A wiper (6) is attached to the motor and has sliding contacts (6a, 6b) on the slip ring (3) or the commutator segments (4), both of which are arranged on a disc (7), grinds (Fig. 1).

5. DC motor according to claim 3, characterized in that in bipolar operation of the motor two opposing discs (7a, 7b) are arranged with the same structure, which are ^{tapped by two grinders (6 1} , 6 ",) (Fig.2) .

6. DC motor according to one of the preceding claims, characterized in that in an n-pole synchronous motor with an m-strand armature winding and Z-coil lamellas all identically named collector lamellas are bridged by wire connections (Fig. 3).

7. DC motor according to one of the preceding claims, characterized in that the collector on the fixed Disc (7, 7a, 7b) is produced in a manner known per se using the etching process. ·