DE3908515A1 - Induktionsmotor - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Induktionsmotor nach dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 6. Insbe­ sondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen Elektromotor, und insbesondere auf einen Induktionsmotor des Magnetisierungs-Types, dessen Struktur einfach ist, der in seinem Betrieb ausfallsicher ist und der eine Miniaturisierung ermöglicht.

Bei einem bekannten Elektromotor, der in der Fig. 1A dar­ gestellt ist, ist dessen Aufbau dergestalt, daß ein Sator 22 mit einem Statorkern 28 und Statorwicklungen 29 vorge­ sehen ist, während ein Rotor 24 einen Rotorkern 23 und Rotorwicklungen 24 aufweist, der auf einer Drehwelle in­ nerhalb des Stators 22 angeordnet ist, wobei ein Kommuta­ tor 26 mit einer der Polzahl des Rotors entsprechenden Anzahl von Polen fest an dem Rotor befestigt ist. Der Motor wird durch Zuführen eines elektrischen Stromes durch eine Bürste 27 und den Kommutator 26 zu dem Rotor 24 be­ trieben. (Bei diesem handelt es sich um einen sogenannten gerade-gewickelten Motor.) Bei dieser Art eines Motors muß der elektrische Strom sowohl zum Stator als auch zum Rotor zugeführt werden. Aus diesem Grunde ist der Motor sehr kompliziert, was dazu führt, daß dessen Volumen und Ge­ wicht sehr groß ist und daß es schwierig ist, den Motor zu miniaturisieren. Ferner neigt der Motor zu fehlerhaften Funktionen, so daß beim Betrieb des Motors Schwierigkeiten auftreten.

Ferner gibt eine weitere Art eines Elektromotors, der in der Fig. 1B dargestellt ist, bei dem ein wicklungsloser Rotor 31 innerhalb eines Stators 32 mit Ringwicklungen 40 und einer Statorwicklung 39 angeordnet ist. Obwohl dieser Induktionsmotor zu einem gewissen Ausmaß eine einfache Struktur aufweist, bestehen gleichfalls Schwierigkeiten in dessen Miniaturisierung zusätzlich zu der Tatsache, daß dessen Drehmoment schwach ist, eine Steuerung der Drehzahl unmöglich ist und somit dessen Anwendungsbereich sehr be­ grenzt ist.

Im Hinblick auf diesen Stand der Technik liegt der vorlie­ genden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Elektromotor der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß dessen Miniaturisierung erleichtert wird, aber dennoch ein hohes Drehmoment bei steuerbarer Drehzahl ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird bei einem Elektromotor nach dem Ober­ begriff der Patentansprüche 1 und 6 durch die im kenn­ zeichenden Teil der Patentansprüche 1 und 6 angegebenen Merkmale gelöst.

Der erfindungsgemäße Elektromotor weist einen Rotor mit Wicklungen und einem Kommutator innerhalb eines Stators auf, wobei der Stator aus einem Paar von mondsichelförmi­ gen Teilen besteht.

Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteran­ sprüche.

Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1A eine Vorderansicht eines bekannten Motores vom Geradewicklungs-Typ;

Fig. 1B eine Vorderansicht eines bekannten Induk­ tionsmotores;

Fig. 2 eine Vorderansicht der Bauweise eines we­ sentlichen Teiles eines erfindungsgemäßen Induktionsmotores;

Fig. 3A bis 3D Darstellungen zur Verdeutlichung der Be­ triebsweise des erfindungsgemäßen Induk­ tionsmotores;

Fig. 4 eine beispielhafte perspektivische Dar­ stellung für den Zusammenbau von kritischen Teilen des erfindungsgemäßen Induktions­ motores; und

Fig. 5A bis 5C weitere Ausführungsbeispiele des erfindungs­ gemäßen Induktionsmotores.

Wie in den Fig. 2 bis 5 dargestellt ist, sind bei den ge­ zeigten Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Elek­ tromotores Wicklungen 4 auf einen Rotor 3 gewickelt, der an einer Welle 5 angebracht ist. Ein Kommutator 6, dessen Polzahl der Zahl der Pole des Rotors entspricht (Fig. 2 zeigt drei Pole, jedoch kann die Polzahl in Abhängigkeit von der benötigten Drehzahl und dem Drehmoment erhöht wer­ den), ist ebenfalls fest an der Welle 5 angebracht. Die jeweils unterteilten Pole des Kommutators 6 sind an die jeweiligen Rotorwicklungen 4 angeschlossen, um den Rotor 1 zu vervollständigen. Ein Paar von mondsichelförmigen Sta­ toren 2 sind außerhalb des Rotors 1 angeordnet. Diese haben eine größere Dicke in ihrem Mittenbereich und eine geringere Dicke im Verlauf zu ihren jeweils entgegenge­ setzten Enden 8 (das Vehältnis der Dicken zwischen dem Mittenbereich und den entgegengesetzten Enden liegt vor­ zugsweise bei oberhalb von 2,0). Diese Statorteile beste­ hen vorzugsweise aus dem üblichen Statorkernmaterial, das in diesem technischen Anwendungsgebiet verwendet wird, wie beispielsweise Chromstahl und dgl.

Der Grund für die geringere Dicke der entgegengesetzten Enden 8 des Stators 2 liegt in der Erhöhung der magneti­ schen Flußdichte an den Enden 8, da die Magnetisierung an diesen Enden 8 konzentriert wird. Die Anzahl der Stator­ teile kann erhöht werden und mehr als drei betragen.

Der erfindungsgemäße Induktionsmotor vom Magnetisierungs­ typ mit dem oben beschriebenen Aufbau arbeitet folgender­ maßen:

(In Fig. 3 bezeichnet das schwarze Dreieck die Relativ­ lage des sich drehenden Rotors, wobei sich die nachfolgen­ de Beschreibung hauptsächlich auf die diagonalen Abschnit­ te bezieht, die durch das schwarze Dreieck bezeichnet sind.)

Wenn zunächst ein Polabschnitt als S-Pol durch den Wech­ selstromfluß durch die Bürste und den Kommutator 6 magne­ tisiert wird, wird der direkt gegenüberliegende Abschnitt der Enden 8 des Stators 2 als magnetischer N-Pol magneti­ siert. Wenn sich darauf die Polarität des Wechselstromes im nächsten Moment umkehrt, wird der Polabschnitt als N- Pol magnetisiert, was zur Folge hat, daß dies zu einer Ab­ stoßungswirkung zwischen dem Ende 8 des halbmondförmigen Stators 2 und diesem Polabschnitt führt, so daß der Rotor 1 im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird. Gleichzeitig ändert sich die magnetische Polarität des Endes 8 des halbmond­ förmigen Stators 2 zu einem magnetischen S-Pol (vgl. Fig. 3A und 3B).

Wenn der nächste Polabschnitt in die gleiche Lage kommt, ändert sich wiederum die magnetische Polarität, was dazu führt, daß der Rotor 1 erneut die gleiche Abstoßungswir­ kung erfährt (vgl. Fig. 3C und 3D), so daß der Rotor 1 sich ständig durch Wiederholungen derselben Abstoßungs­ wirkungen dreht.

In dem Fall, in dem der zugeführte Strom ein Gleichstrom ist, bewirkt das Anlegen einer äußeren Kraft eine leichte Drehung des Rotors, so daß der Rotor durch ungleichmäßiges Zuführen des Gleichstromes zu einer ständigen Drehung ge­ bracht werden kann, wobei diese Diskontinuität des Stromes durch die Wirkung eines Kommutators erzeugt werden kann. Dies bedeutet, daß bei Magnetisierung eines Polabschnittes des Rotors als N-Pol das zusammenpassende Ende 8 des halb­ mondförmigen Stators 2 als magnetischer S-Pol magnetisiert wird. Wenn eine äußere Drehkraft aufgewendet wird, um den nächsten Polabschnitt in diese Lage zu bringen, kann der erfindungsgemäße Induktionsmotor zu einer ständigen Drehung gebracht werden. Im Gegensatz zu Motoren nach dem Stand der Technik kann der Induktionsmotor vom Magneti­ sierungstyp gemäß der vorliegenden Erfindung sowohl mit Gleichstrom als auch mit Wechselstrom betrieben werden.

Die Fig. 4 und 5 zeigen spezielle Ausführungsbeispiele zum Ausführen der vorliegenden Erfindung gemäß den obigen Prinzipien. Wie in Fig. 4 gezeigt ist, ist eine Abdeckung 9 aus einem nicht-magnetischen und elektrisch nicht-leit­ fähigen Material, wie beispielsweise Kunststoff, mit einem Paar von Passungsausnehmungen 10 versehen, wobei ein Paar von halbmondförmigen Statoren 2 oder mondsichelförmigen Statoren 2 in diese Passungsausnehmungen eingepaßt ist, so daß keine Notwendigkeit für ein getrenntes Gehäuse be­ steht.

Wie ferner in Fig. 5A gezeigt ist, können ein Paar Kupp­ lungstifte 11 mit einem im wesentlichen H-förmigen Quer­ schnitt, ein Einsetzschlitz 12 sowie eine hakenförmige Spitze 13 vorgesehen sein, um die Verbindung der halb­ mondförmigen Statoren 2 ihre Anbringung an dem Gehäuse 9, d. h. zwischen der Abdeckplatte 9 A und der Abdeckplatte 9 B, zu erleichtern. Die hakenförmige Spitze 13 wird in einen Passungsschlitz 14 eingehakt.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann ein Paar von Befestigungsteilen 15 verwendet werden, so daß die mond­ sichelförmigen Statoren 2 fest innerhalb eines Gehäuses C mittels der Befestigungsteile 15 umschlossen werden kön­ nen. In einem derartigen Fall sollte der Spalt t 2 zwischen dem mondsichelförmigen Stator 2 und dem Gehäuse C viel größer sein, als der Spalt t 1 zwischen dem Rotor 1 und dem mondsichelförmigen Stator 2, falls die Interferenzerschei­ nung aufgrund der Magnetisierung des Gehäuses C vermieden werden soll, so daß der Betrieb des Motors nicht durch diese Interferenzerscheinung behindert wird.

Bei wiederum einem anderen Ausführungsbeispiel der vorlie­ genden Erfindung können das Gehäuse und die mondsichelför­ migen Statoren einstückig ausgebildet sein, indem ein Verbindungsabschnitt 16 mittels eines Spritzgußverfahrens oder dgl. erzeugt wird, um einen einheitlichen Stator- Gehäuse-Körper 17 zu bilden. In diesem Fall sollte die Um­ fangserstreckung t des Verbindungsabschnittes 16 wün­ schenswerterweise größer sein als die maximale Dicke t′ des Stators, während die Entfernung zwischen dem Gehäuse und dem Rotor 1 ein weniger wichtiger Faktor ist.

Bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen der vor­ liegenden Erfindung sind die beispielhaften Ausführungs­ formen nach den Fig. 4 und 5A besonders gut geeignet für kleine Motoren, während die Ausführungsformen nach den Fig. 5B und 5C besser für mittlere und große Motoren ge­ eignet sind.

Der erfindungsgemäße Induktionsmotor gemäß der obigen Be­ schreibung ist dahingehend vorteilhaft, daß dessen Wick­ lungsvolumen vermindert ist, daß kein Gehäuse benötigt wird und daß dessen Struktur sehr einfach ist. Daher kön­ nen Herstellungskosten vermindert werden. Ferner sind Miniaturisierungen des Motors möglich. Ferner kann der Induktionsmotor vom Magnetisierungstyp gemäß der vorlie­ genden Erfindung sowohl mit Wechselstrom als auch mit Gleichstrom betrieben werden, was im Gegensatz zu Motoren nach dem Stand der Technik steht. Bei den Ausführungsfor­ men gemäß der Erfindung sind keine umfangreichen Wartungs­ arbeiten erforderlich. Daher können die erfindungsgemäßen Motoren zuverlässig in automatischen Geräten eingesetzt werden.

Claims (6)

1. Induktionsmotor vom Magnetisierungstyp mit einem ge­ wickelten Rotor und einem auf einer Drehwelle ange­ ordnetem Kommutator, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Mehrzahl von mondsichelförmigen Statorteilen (2) auf üblichem Motorstahlmaterial vorgesehen ist und außerhalb des Rotors (1) angeordnet ist,
daß die Dicke des Mittenabschnittes des Statorteiles (2) größer ist und
daß die Dicke des Mittenabschnittes des Statorteiles zu den beiden entgegengesetzten Enden (8) des Statorteiles (2) hin kleiner wird.

2. Induktionsmotor vom Magnetisierungstyp nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar von Abdeckteilen (9, 9 A, 9 B), die aus nicht­ magnetischem und elektrisch nicht-leitfähigem Material bestehen und mit einem Paar von Passungsausnehmungen (10) zum Befestigen der mondsichelförmigen Statorteile (2) durch Einpassung der Statorteile (2) in die Pas­ sungsausnehmungen (10) versehen sind.

3. Induktionsmotor vom Magnetisierungstyp nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Paar von Kupplungsstiften (11) mit einem Ein­ setzschlitz (12) vorgesehen sind, welcher nahe des Ab­ deckteiles (9 A) zum Einsetzen des dünnen Endes (8) der mondsichelförmigen Statorteile (2) dient, und
daß das andere Ende des Kupplungsstiftes (11) einen Haken (13) zur Eingriffnahme in einen Passungsschlitz (14) aufweist, der an dem anderen Abdeckteil (9 B) aus­ gebildet ist.

4. Induktionsmotor vom Magnetisierungstyp nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein getrenntes Gehäuse (C) vorgesehen ist, um fest die halbmondförmigen Statorteile (2) mittels Befesti­ gungsteilen (15) zu umschließen.

5. Induktionsmotor vom Magnetisierungstyp nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mondsichelförmigen Statorteile (2) und das Ge­ häuse (C) einstückig ausgebildet sind, indem diese Tei­ le durch Verbindungsabschnitte (16) verbunden werden, wodurch ein einheitlicher Körper (17) des Stator- Gehäuses gebildet wird.

6. Elektromotor nach einem Stator und einem Rotor, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator wenigstens zwei mondsichelförmige Sta­ torteile (2) umfaßt.