DE69008232T2

DE69008232T2 - Universalmotor mit Sekundärwicklung.

Info

Publication number: DE69008232T2
Application number: DE69008232T
Authority: DE
Inventors: John Gerald Mason; John W Miller; William D Sauerwein; Stephen L Vick
Original assignee: Black and Decker Inc
Current assignee: Black and Decker Inc
Priority date: 1989-05-15
Filing date: 1990-05-14
Publication date: 1994-08-04
Anticipated expiration: 2010-05-15
Also published as: JP2930659B2; DE69008232D1; EP0398609B1; AU627409B2; JPH0318262A; EP0398609A1; CA2015138A1; US5063319A; AU5500090A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft Verdrahtungs- und Wicklungsanordnungen für Elektromotoren und insbesondere Anordnungen für kleine Hauptschluß- oder Universalmotoren der Art, die normalerweise in Elektrowerkzeugen und Geräten verwendet werden.
Kompaktheit und geringe Herstellungskosten sind allgemein angestrebte Ziele beim Entwurf von Elektromotoren und besonders bei Motoren für die stark konkurrierenden Märkte für tragbare Elektrowerkzeuge und Geräte. Dort sind die Produktionsmengen häufig groß genug, um eine automatisierte Montage durchführbar und vorteilhaft zu gestalten. Gleichwohl erfordern konventionelle Spulenwickelanordnungen und Abschlußeinrichtungen bedeutende Anteile an Handarbeit, die eine vollständige Automatisierung behindert. Diese verbleibende Handarbeit kann das Einziehen oder Anschrauben von Drahtbrücken oder Leitungen von Ende-zu-Ende oder Seite-zu-Seite der Erregungen und das Herstellen ihrer Verbindungen sowie das manuelle Einsetzen der Erregerspulen beinhalten.
In komplizierteren Motoren mit Sekundär- oder Hilfswicklungen, die eine Hilfsfunktion, wie dynamische Abbremsung, Geschwindigkeitswechsel oder -umkehr, schaffen, wird die Anzahl der Verbindungen, die zum Herstellen von Erregerspulenabschlüssen erforderlich sind, vervielfacht, und bei Vorgabe der begrenzten Menge an Raum, der am Ende der Erregung verfügbar ist, wird es schwerer machbar, ausreichenden Platz zwischen den Anschlüssen zu schaffen, um eine automatische Verbindung zu vereinfachen.
Elektrodynamische Bremsssysteme, mit oder ohne spezielle Wicklungen, in kleinen tragbaren Werkzeugen und Geräten sind bereits bekannt. Bei einigen Werkzeugen, wie Kreissägen, kann die normale unverzögerte Bremszeit infolge der Trägheit des Motorankers und der funktionsbeteiligten Bauteile, wie dem Kreissägeblatt, unangenehm lang sein. In typischen, selbsterregten dynamischen Bremssystemen unterbricht das Auslösen eines "Ein"-Schalters oder Triggers gleichzeitig oder nacheinander den Fluß des elektrischen Stromes zum Werkzeug und bewirkt eine Umkehr der Polarität in den Wicklungen, so daß mit der Hilfe des verbleibenden Magnetfeldes in dem Stator ein selbsterregtes elektromagnetisches Kraftfeld erzeugt wird, das der fortlaufenden Drehung des Motorankers in der ursprünglichen Laufrichtung entgegengerichtet ist, so daß die Drehung schneller beendet wird als durch normalen Luftwiderstand und Reibung.
Verfügbare, konventionelle dynamische Bremssysteme, mit einer oder ohne eine Sekundär-Wicklung, haben einige Nachteile. Bei einer bekannten Kreissägeanwendung wird zum Beispiel eine Abbremsung durch Verwendung einer geeigneten Schaltung einfach bewirkt, indem die Polarität der Antriebswicklung des Sägenmotors umgekehrt wird. Dies kann aber zu einer unerwünscht schnellen Bremswirkung und außerdem zu hohen Strömen und starker Funkenbildung, Verkürzung der Bürsten-, der Kommutator- und der Motorlebensdauer führen.
Wenn speziell für die Bremsfunktion eine Sekundär-Wicklung zur Verfügung gestellt wird, kann ein Wicklungsaufbau gewählt werden, um die Bremswirkung zur Anpassung an den besonderen Einsatz zu verändern. Bei bekannten Anwendungen wird die Einrichtung jedoch sperrig, macht eine in-situ-Wicklung weniger praktikabel und erfordert normalerweise ein relativ kostenintensives manuelles Einsetzen der Spulen und der komplizierteren Erregerverbindungen, besonders wenn die Brems-Erregerspulen in entgegengesetzter Richtung zu den Antriebs-Erregerspulen gewickelt sind.
Die DE-A 28 42 145 zeigt einen Universal-Elektromotor zum Betrieb in einem Antriebsmodus und einem Bremsmodus und mit einer sich längsgerichtet erstreckenden Rotationsachse mit:
einem Anker mit ersten und zweiten Seiten zur elektrischen Verbindung;
einer Stator-Baugruppe;
einer ersten Antriebs-Erregerwicklung, die in die Stator-Baugruppe eingefügt ist und erste und zweite Enden hat, wobei das erste Ende mit der ersten Seite des Ankers verbunden ist;
einer zweiten Antriebs-Erregerwicklung, die in die Stator-Baugruppe eingefügt ist und erste und zweite Enden hat, das erste Ende mit der zweiten Seite des Ankers verbunden ist, die erste und zweite Antriebswicklung und der Anker in Reihe mit einer Stromquelle anschließbar sind, wobei der Anker zwischen den Antriebswicklungen liegt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung schaffen wir einen Universal- Elektromotor zum Betrieb in einem Antriebsmodus und einem Bremsmodus und mit einer sich längsgerichtet erstreckenden Rotationsachse mit:
einem Anker mit ersten und zweiten Seiten zur elektrischen Verbindung;
einer Stator-Baugruppe;
einer ersten Antriebs-Erregerwicklung, die in die Stator-Baugruppe eingefügt ist und erste und zweite Enden hat, wobei das erste Ende mit der ersten Seite des Ankers verbunden ist;
einer zweiten Antriebs-Erregerwicklung, die in die Stator-Baugruppe eingefügt ist und erste und zweite Enden hat, das erste Ende mit der zweiten Seite des Ankers verbunden ist, die erste und zweite Antriebswicklung und der Anker in Reihe mit einer Stromquelle anschließbar sind, wobei der Anker zwischen den Antriebswicklungen liegt, gekennzeichnet durch
eine erste bremsende Hilfserregerwicklung, die in die Stator- Baugruppe eingefügt ist und erste und zweite Enden hat, wobei das erste Ende mit der ersten Seite des Ankers verbunden ist;
eine zweite bremsende Hilfserregerwicklung, die in die Stator- Baugruppe eingefügt ist und erste und zweite Enden hat, wobei das erste Ende mit der zweiten Seite des Ankers verbunden ist; und
Schaltereinrichtungen zum Abtrennen der Antriebswicklungen von der Stromquelle, um den Antriebsmodus zu beenden und das zweite Ende der ersten Hilfswicklung mit dem zweiten Ende der zweiten Hilfswicklung zu verbinden, um den Bremsmodus einzuleiten.
Jede Antriebs- und Hilfswicklung kann eine fortlaufende Wicklung einschließlich eines Anfangsendes und eines Abschlußendes körperlich an längsgerichtet gegenüberliegenden Enden jeder Wicklung aufweisen.
Das erste Ende jeder Wicklung kann dem Anfang der jeweiligen Wicklung entsprechen.
Jede Wicklung kann an einem festen Punkt nahe entweder dem Kommutator- oder dem Lüfterende der Stator-Baugruppe abgeschlossen werden, um mechanisierte äußere Verbindungen mit der Stator-Baugruppe zu vereinfachen. Bevorzugt liegen alle Wicklungsenden, die an den Kommutator anschließbar sind, nahe dem Kommutatorende, und alle Wicklungsenden, die außerhalb des Motors an einen Schalter und eine Stromversorgung anschließbar sind, liegen nahe dem Lüfterende und sind bevorzugt direkt mit dem Schalter und der Stromversorgung verbunden.
Alle Erregerwicklungen sind, vom Anker aus gesehen, vorzugsweise in der gleichen Richtung gewickelt.
Die erste Antriebs- und die zweite Hilfswicklung sind bevorzugt mit dem ersten Pol eines zweipoligen Motors verbunden, und die zweite Antriebs- und die erste Hilfswicklung sind bevorzugt mit dem zweiten Pol des Motors verbunden.
Die jeweiligen Hilfswicklungen haben vorzugsweise die gleiche Größe.
Die ersten Enden der Erregerwicklungen entsprechen bevorzugt jeweils den Anfangsenden der Antriebswicklungen und den Abschlußenden der Hilfswicklungen.
Die erste Antriebs- und die erste Hilfswicklung können alternativ mit einem ersten Pol eines zweipoligen Motors verbunden werden, und die zweite Antriebs- und die zweite Hilfswicklung können mit dem zweiten Pol des Motors verbunden werden.
Vorzugsweise sind die Antriebswicklungen elektrisch gleichwertig, die Hilfswicklungen sind elektrisch gleichwertig und die Stator-Baugruppe ist elektrisch symmetrisch zu allen Ebenen, die durch die Rotationsachse führen.
Die Enden aller Erregerwicklungen sind bevorzugt fest und außerhalb der Stator-Baugruppe direkt an ein Verbindungsbauteil anschließbar.
Jedes Wicklungsende kann ein sich axial erstreckendes Bauteil zur Aufnahme eines passenden Bauteils, das in einer axialen Richtung liegt, aufweisen.
Jede Erregerwicklung kann ein Ende aufweisen, das direkt mit einem einer Mehrzahl von Anschlüssen verbunden ist, die an den gegenüberliegenden Enden der Stator-Baugruppe befestigt sind. Vorzugsweise weist jedes Ende der Stator-Baugruppe vier Anschlüsse auf.
Der Schalter kann einen doppelpoligen Wechselschalter enthalten.
Die Hilfswicklungen sind vorzugsweise Bremswicklungen zum Erzeugen einer Kraft, die der fortlaufenden Drehung des Ankers entgegenwirkt, wenn die zweiten Enden der Bremswicklungen zusammengeschlossen und die Antriebswicklungen von der Stromquelle abgetrennt werden.
Andere Merkmale der Erfindung werden durch die folgende Beschreibung und die Ansprüche verdeutlicht.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine Teil-Querschnittsvorderansicht einer tragbaren Kreissäge, die die Erfindung verkörpert, entlang einer vertikalen Ebene durch die Achse des Sägenmotors und des Getriebes.
Fig. 2 ist eine Teilschnitt- und Querschnittsdraufsicht des Kommutatorendes des Sägenmotors in einem größeren Maßstab und ungefähr entlang der Linie 2-2 aus Figur 1.
Fig. 3 ist ein Schaltplan für den Motor und seine Stromversorgung.
Fig. 4 ist eine halbschematische Querschnittsansicht der Stator- Baugruppe des Motors ungefähr entlang der Linie 4-4 aus Figur 5, die einen zweiten Pol des Motors zeigt und eine rein schematische Darstellung der Kommutatorbürsten-Anschlüsse für die Erregerwicklungen enthält, die mit den Polen verbunden sind.
Fig. 5 ist eine halbschematische linksseitige Endansicht (Kommutatorende) der Stator-Baugruppe ungefähr entlang der Linie 5-5 aus Figur 1.
Fig. 6 ist eine Ansicht ähnlich Figur 4 ungefähr entlang der Linie 6-6 aus Figur 5, die den ersten Pol des Motors zeigt.
Fig. 7 ist eine Ansicht ähnlich Figur 5, die das rechtsseitige oder Lüfterende der Stator-Baugruppe zeigt.
Fig. 8 ist eine halbschematische äußere Ansicht der Stator-Baugruppe, wie sie ungefähr von Linie 8-8 aus Figur 7 gesehen wird.
Fig. 9 ist eine Ansicht ähnlich Figur 3 eines Schaltplans für den Motor und die Stromversorgung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Fig. 10 ist eine Ansicht der Stator-Baugruppe des zweiten Ausführungsbeispiels ähnlich Figur 4 und ungefähr entlang der Linie 10-10 aus Figur 11.
Fig. 11 ist eine Ansicht des zweiten Ausführungsbeispiels ähnlich Figur 5 und vom linksseitigen Ende oder Kommutatorende des Motors ungefähr entlang der Linie 11-11 aus Figur 1 aus gesehen.
Fig. 12 ist eine Ansicht des zweiten Ausführungsbeispiels ähnlich Figur 6 und ungefähr entlang der Linie 12-12 aus Figur 11.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Die Erfindung ist in einer tragbaren Handkreissäge allgemein üblichen Aufbaus vorgesehen, deren hauptsächlichen funktionellen Komponenten in vereinfachter Form in Figur 1 gezeigt sind. Diese Komponenten beinhalten den Sägenmotor 10, ein Getriebe 12 und ein Sägeblatt 14. Der Motor 10 und das Getriebe 12 sind jeweils in einem Erregergehäuse 16 und einem Getriebegehäuse 18 eingebaut. Das Blatt ist durch Schutzbauteile 20 geschützt.
Ein Anker 22 ist durch Wellenfortsätze 24, 26, die durch Lager 28, 30 gehalten sind, drehbar gelagert. Ein Wicklungskörper 32 des Ankers 22 enthält üblich angeordnete Ankerwicklungen (nicht im Detail gezeigt), die auf übliche Weise mit Segmenten oder Lamellen 34 des Kommutators 36 verbunden sind. Der Ankerwellenfortsatz 26 trägt und treibt einen Luft umwälzenden Lüfter 38 an. Das Erregergehäuse 16 ist im wesentlichen durch eine belüftete Endabdeckung 40 geschlossen, die durch Schraubverbindungen 42 befestigt ist.
Der Anker 22 ist von einer Stator-Baugruppe 44 umgeben, die fest in dem Erregergehäuse 16 gehalten wird. Die Stator-Baugruppe 44 bildet einen wichtigen Teil der Erfindung und wird später detailliert beschrieben. Zur Vereinfachung werden ihre gegenüberliegenden Enden als Kommutator- und Lüfterende 46 bzw. 48 bezeichnet.
Figur 2, die entlang einer horizontalen Ebene durch die Motorachse führt, zeigt zusätzliche, auf den Kommutator 36 bezogene Details. Ein Paar diametral gegenüberliegende Bürsten 50, 52, jede durch eine Feder 54 vorgespannt, laufen auf den Segmenten 34 des Kommutators 36. Jede Bürste ist radial frei beweglich in ihrem Bürstenhalter 56, der durch einen isolierten Bürstenkasten oder ein -gehäuse 58 gehalten wird. Eine elektrische Verbindung (in Figur 2 nicht gezeigt) von den Bürsten zum Kommutatorende 46 der Stator-Baugruppe wird durch ein Bürstenhalter-Verbindungsbauteil 59 erreicht. Elastische Puffer 60 helfen die axiale Lage und die elektrische Verbindung des Bürstenkastens und der Bürsten relativ zum Kommutator 36 und zum Kommutatorende 46 der Stator-Baugruppe zu erhalten.
Wie in dem Schaltplan von Figur 3 gezeigt, ist der Sägenmotor von der Art eines Hauptschlußmotors, häufig als Universalmotor bezeichnet. Antriebs-Erregerwicklungen, die in den Zeichnungen im allgemeinen durch den Buchstaben R bezeichnet werden, sind in Reihe mit dem Anker 22 und einer üblichen elektrischen Stromquelle 64 anschließbar. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Antriebswicklung in zwei Bereiche unterteilt, die an gegenüberliegenden Seiten des Ankers 22 elektrisch angeschlossen sind und erste und zweite Antriebswicklungen 66 bzw. 68 enthalten und jeweils mit ersten und zweiten Seiten des Ankers, durch Bürsten 50, 52 dargestellt, verbunden sind. Jede Antriebswicklung hat jeweils erste und zweite Enden oder Anschlüsse: 70, 72 für die erste Antriebswicklung 66; und 74, 76 für die zweite Antriebswicklung 68.
Der Motor enthält außerdem eine Sekundär-Erregerwicklung, die in diesem Ausführungsbeispiel eigens für eine dynamische Bremsfunktion geschaffen und im allgemeinen (in Figur 3) mit dem Buchstaben B bezeichnet ist. Die Bremswicklung B ist im Nebenschluß über den Anker 22 anschließbar. In einer Einrichtung, ähnlich der der Antriebswicklungen, weist die Bremswicklung erste und zweite Brems-Erregerwicklungen 78, 80 auf, die jeweils mit der ersten und zweiten Seite des Ankers 22, durch Bürsten 50, 52 dargestellt, verbunden sind. Jede Brems-Erregerwicklung 78, 80 hat erste und zweite Enden oder Anschlüsse 82, 84 bzw. 86, 88.
Das Schalten zwischen einem Antriebsmodus und einem Bremsmodus des Motors kann, wie in Figur 3 gezeigt, durch eine geeignete Schaltereinrichtung, wie den zweipoligen Wechselschalter 90, durchgeführt werden. Motorverbindungen sind durch geeignete Leitungen wie folgt (schematisch) ausgeführt: 92 von der Stromversorgung 64 zum zweiten Anschluß 76 der zweiten Antriebswicklung; 94a bzw. 94b von den ersten Anschlüssen 74 bzw. 86 der zweiten Antriebs- und der zweiten Bremswicklung zur zweiten Seite 52 des Ankers 22; 96a bzw. 96b von der ersten Seite 50 des Ankers jeweils zu den ersten Anschlüssen 70 und 82 der ersten Antriebsund der ersten Bremswicklung; 98 vom zweiten Anschluß 72 der ersten Antriebswicklung zum Schalterkontakt 100; 102 vom Schalterkontakt 104 zur Stromversorgung 64; 106 vom Schalterkontakt 108 zum zweiten Anschluß 88 der zweiten Bremswicklung; und 110 vom zweiten Anschluß 84 der ersten Bremswicklung zum Schalterkontakt 112.
Die Figuren 4-8 zeigen in vereinfachter Form fünf Ansichten einer Stator-Baugruppe 44, die zur Verwendung in der Kreissäge der Figuren 1 und 2 geeignet ist und dem Schaltplan aus Figur 3 entspricht. Die Figuren zeigen graphisch ebenfalls Anordnungen der Wicklungen, die die Erregerspulen ausmachen, und ebenfalls die Richtung der Wicklung. Figur 5 stellt eine Rückansicht des Kommutatorendes 46 der Stator-Baugruppe 44 ungefähr entlang der Linie 5-5 aus Figur 1 dar. Jedoch ist die Ansicht für die zeichnerische Darstellung und zur Vereinfachung der Beschreibung auf der Seite um 90º im Uhrzeigersinn gedreht. Mit Figur 7 wurde auf ähnliche Weise verfahren.
Die zweipolige Stator-Baugruppe 44 ist in vielerlei Hinsicht konventionell. Ein geblechter Eisenkern 120 ist zwischen Kunststoff-Endringen 122 angeordnet, wobei die Baugruppe zum Teil durch langgestreckte Befestigungselemente (nicht gezeigt), die durch die Löcher 124 führen, zusammengehalten wird. Von jedem Endring 122 erstrecken sich axial zwei Paare von relativ nahe aneinandergelegenen Anschlußbolzen 126. Jeder Bolzen 126 hat eine sich axial erstreckende Buchse 128, in die ein leitender Anschluß 130 eingefügt werden kann. Erste und zweite Polschuhe 132, 134 des Kerns 120 haben eine herkömmliche Form und tragen jeweils erste und zweite Erregerspulen 136, 138. Lage und Form der Spulen werden teilweise durch Schalungen 140 aufrechterhalten, die sich von jedem gegenüberliegenden Ende der Polschuhe 132, 134 aus erstrecken.
Jede Erregerspule 136, 138 enthält eine Antriebswicklung und eine Bremswicklung, wobei die erste Erregerspule 136 aus der ersten Antriebswicklung 66 und der zweiten Bremswicklung 80 besteht, während die zweite Erregerspule 138 die zweite Antriebswicklung 68 und die erste Bremswicklung 78 enthält.
Die einzelnen Wicklungen der Erregerspulen 136, 138 sind jeweils bevorzugt mechanisch abgeschlossen und in festen Positionen auf dem Stator, so daß sie in einem nachfolgenden Montagevorgang maschinell anbringbar sind. Dies kann durch eine bekannte Methode, wie sie in der US-PS 3 725 707 - Leimbach gezeigt wird, erreicht werden. Alle Abschlüsse im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind ähnlich, und nur einer muß beschrieben werden - zum Beispiel der erste Endabschluß 70 der ersten Antriebswicklung 66, der in Figur 6 gezeigt ist. Die Endleitung 144 der Erregerwicklung ist in den Anschluß 130 eingedrückt, der in die Anschlußbuchse 128 des Bolzens 126 eingefügt ist. Eine derartige Abschlußeinrichtung ist detaillierter in der US-PS 4 613 781-Sanders beschrieben.
In den Figuren 3-8 werden die Anfangs- und Abschlußenden aller Wicklungen durch die Buchstaben S bzw. F gekennzeichnet. Und man erkennt, daß in diesem Ausführungsbeispiel alle Wicklungen vom Anker aus gesehen (vom Inneren der Stator-Baugruppe aus gesehen) im Uhrzeigersinn angeordnet sind. Man erkennt ebenso, daß das Anfangsende jeder Wicklung demjenigen entspricht, das oben als sein erstes Ende oder erster Anschluß bezeichnet wurde. Jeder Wicklungsabschluß liegt nahe dem axialen körperlichen Ende der Erregerspule, die die Wicklung trägt. Und alle ersten Enden liegen nahe dem Kommutatorende 46 der Stator-Baugruppe 44. Die Erregerspulen 136, 138 sind bevorzugt durch eine geeignete Methode, wie sie in der US-PS 4 612 702 - Wheeler gezeigt ist, maschinell in situ gewickelt.
Wie in den Zeichnungen, insbesondere in Figur 8, gezeigt, beinhaltet die Ausführung der einzelnen Verdrahtungs und Wicklungsanordnungen der Erfindung die Verwendung von Querverbindungs- Leitungsbereichen 148, 150 zum Anfang und Abschluß der zweiten Bremswicklung 80 in der ersten Erregerspule 136. Diese Leitungen werden über die Rückseite der Spulen gezogen, um eine Verbindung zur Hauptspule und eine zusätzliche Abstützung für die Leitungen zu schaffen. Mit der zweiten Erregerspule 138 wird ähnlich verfahren.
Ein zweites Ausführungsbeispiel, in den Figuren 9-12 gezeigt, ist dem ersten in vielerlei Hinsicht sehr ähnlich. Zum Beispiel, und mit allgemeinen Begriffen, hat ein zweipoliger Hauptschlußmotor wieder unterteilte Wicklungen mit ersten Antriebs- und Bremswicklungen und zweiten Antriebs- und Bremswicklungen elektrisch an der ersten bzw. zweiten Seite eines Ankers. Alle Erregerwicklungen sind vom Anker aus gesehen in der gleichen Richtung (im Uhrzeigersinn) gewickelt. Zum Zweck der Beschreibung werden die körperlichen Enden und Abschlüsse aller Wicklungen am Kommutatorende der Stator-Baugruppe als erste Enden bezeichnet. Gleichwohl unterscheidet sich das zweite Ausführungsbeispiel vom ersten dadurch, daß die erste Antriebs- und die erste Bremswicklung zusammen vom ersten Pol getragen werden, wohingegen im ersten Ausführungsbeispiel der erste Pol die erste Antriebs- und die zweite Bremswicklung trägt (mit entsprechenden Unterschieden trifft dies natürlich auf den jeweiligen zweiten Pol zu). Außerdem fangen im zweiten Ausführungsbeispiel die Bremswicklungen am Lüfterende der Stator-Baugruppe an, wohingegen im ersten Ausführungsbeispiel alle Wicklungen am Kommutatorende anfangen.
Im einzelnen sind für das zweite Ausführungsbeispiel und zuerst auf Figur 9 bezogen erste und zweite Antriebswicklungen 66', 68' in Reihe mit jeweils ersten und zweiten Seiten des Ankers 22', durch Bürsten 50', 52' dargestellt, verbunden. Jede Antriebswicklung hat jeweils erste und zweite Enden oder Anschlüsse: 70', 72' für die erste Antriebswicklung 66'; und 74', 76' für die zweite Antriebswicklung 68'.
Erste und zweite Brems-Erregerwicklungen 78', 80' sind in Reihe mit jeweils ersten und zweiten Seiten des Ankers 22', durch Bürsten 50', 52' dargestellt, verbunden. Jede Brems-Erregerwicklung 78', 80' hat erste und zweite Abschlußenden 82', 84' bzw. 86', 88'.
Ein zweipoliger Wechselschalter 90' wird wieder zum Umschalten zwischen dem Antriebsmodus und dem Bremsmodus verwendet. Motorverbindungen sind schematisch durch geeignete Leitungen wie folgt ausgeführt: 92' von der Stromversorgung 64' zum zweiten Abschluß 76' zweiten Antriebswicklung; 94a' bzw. 94b' von den ersten Abschlüssen 74' bzw. 86' der zweiten Antriebs- bzw. der zweiten Bremswicklung zur zweiten Seite 52' des Ankers 22'; 96a' und 96b' von der ersten Seite 50' des Ankers jeweils zu den ersten Abschlüssen 70' und 82' der ersten Antriebs- und der ersten Bremswicklung; 98' vom zweiten Abschluß 72' der ersten Antriebswicklung zum Schalterkontakt 100'; 102' vom Schalterkontakt 104' zur Stromversorgung 64'; 106' vom Schalterkontakt 108' zum zweiten Abschluß 84' der ersten Bremswicklung; und 110' vom zweiten Abschluß 88' der zweiten Bremswicklung zum Schalterkontakt 112'.
Für das zweite Ausführungsbeispiel zeigen die Figuren 10-12, die den Figuren 4-6 entsprechen, in vereinfachter Form eine Stator- Baugruppe 44', die dem Schaltplan von Figur 9 entspricht. Die Figuren zeigen wieder graphisch Anordnungen der Wicklungen, die die Erregerspulen ausmachen und ebenso die Richtungen der Wicklung. Figur 11, eine Rückansicht des Kommutatorendes der Stator- Baugruppe 44', ist, wie in Figur 5, für die zeichnerische Darstellung und zur Vereinfachung der Beschreibung auf der Seite um 90º im Uhrzeigersinn gedreht.
Der erste und zweite Polschuh 132', 134' des Kerns 120' trägt jeweils die erste und zweite Erregerspule 136', 138'. Jede Erregerspule enthält eine Antriebswicklung und eine Bremswicklung, wobei die erste Erregerspule 136' aus der ersten Antriebs- und Bremswicklung 66' bzw. 78' besteht, während die zweite Erregerspule 138' die zweite Antriebs- und Bremswicklung 68', 80' enthält.
Für das zweite Ausführungsbeispiel (Figuren 9-12) werden die Anfangs- und Abschlußenden aller Wicklungen wieder durch die Buchstaben S bzw. F bezeichnet. Alle Wicklungen sind, vom Anker aus betrachtet, im Uhrzeigersinn und wieder haben alle Wicklungen doppelte Enden, indem sie an gegenüberliegenden Enden der Spule anfangen und abschließen, wobei die Antriebs- und Bremswicklung in diesem Ausführungsbeispiel jedoch an gegenüberliegenden Enden der Spulen anfangen, die Antriebswicklungen fangen am Kommutatorende, und die Bremswicklungen fangen am Lüfterende an. Jeder Wicklungsabschluß liegt nahe dem körperlichen Ende der Spule, die die Wicklung trägt. Alle ersten Enden der Wicklungen liegen wieder am Kommutatorende 46' der Stator-Baugruppe 44'.
Im zweiten Ausführungsbeispiel und mit besonderem Bezug auf die Figuren 10 und 12 wird gezeigt, daß die Ausführung der einzelnen Verdrahtungs- und Wicklungsanordnungen der Erfindung mit "geraden Zügen" (straight pulls) für die Anfangs- und Abschlußleitung aller Wicklungen ausgebildet sind, verglichen mit dem ersten Ausführungsbeispiel (siehe Figur 8), das Querverbindungs-Leitungen für Anfang und Abschluß der Bremswicklungen enthält.
Im normalen Betrieb hat der erfindungsgemäßen Motor ein im wesentlichen normales Verhalten. In den vorliegenden Ausführungsbeispielen werden zum Beispiel durch manuelle Aktivierung des Motorsteuerungs-Schalters 90, 90' (der in den Figuren 3 und 9 in seiner normalen Aus- oder Brems-Stellung steht) der Kontakt 108, 108' geöffnet und der Kontakt 100, 100' geschlossen, wodurch die Bremswicklungen abgetrennt und die Antriebs-Erregerwicklungen und die Ankerwicklungen gespeist werden, so daß der Anker in normaler Art das Sägeblatt 14 mit relativ hoher Geschwindigkeit antreibt.
Bei Freigabe kehrt der Schalter 90, 90' in seinen normalen Zustand zurück, in dem die Antriebswicklungen und der Anker von der elektrischen Stromquelle 64, 64' abgetrennt und die Bremswicklungen 78, 80 und 78', 80' im Nebenschluß über den Anker 22, 22' verbunden werden. Das Umschalten des Motors vom Antriebs- in eine Aus- oder Bremsbedingung bewirkt eine Umkehr der Polarität, die zwischen den Erregerwicklungen und den Ankerwicklungen wirksam ist. Durch das verbleibende Magnetfeld im Stator (vom Antriebszustand) wird durch die Anker- und Erregerwicklungen eine rückgekoppelte Gleichstromumkehrung bewirkt. Dieser Strom fließt in Richtung der umgekehrten Ankerdrehung und bewirkt ein Abbremsen und Stoppen des Ankers. Die Drehung wird schneller abgebremst, als wenn es dem Werkzeug ermöglicht wird, durch "Auslaufen" nur durch Luftwiderstand und Reibung zum Stillstand zu kommen.
Die Verdrahtungs- und Wicklungsanordnungen des Motors gemäß der vorliegenden Erfindung, die geeignet sind, um die notwendige relative oder wirksame Umkehr der Erregerpolarität für die dynamische Bremsfunktion zu bewirken, können zum Beispiel im ersten Ausführungsbeispiel durch Vergleich der jeweiligen Richtungen des Stromflusses für den Antriebs- und Bremsmodus in Figur 4, die auf willkürlich zugewiesenen Richtungen des Stromflusses basieren, die durch die Pfeile in Figur 3 bezeichnet sind, "überprüft" werden. Figur 4 zeigt den zweiten Pol 134, der die zweite Erregerspule 138 trägt, die die zweite Antriebswicklung 68 und die ersten Bremswicklung 78 enthält. Die Richtungen des Stromflusses, die in Figur 3 gezeigt sind (von F nach S in beiden Wicklungen), kehren sich um und entsprechen in beiden Wicklungen dem gegen den Uhrzeigersinn fließenden Strom, wenn sich der Motor im Antriebs- bzw. Bremszustand befindet. Die entsprechende jeweilige Umkehr des Stromflusses im Anker wird durch Pfeile an den Leitungen 94a, 96b in Figur 4 gezeigt. Die gleiche wirksame Umkehr kann natürlich am gegenüberliegenden ersten Pol (132, Figur 6) vorkommen und muß nicht im Detail beschrieben werden. Im zweiten Ausführungsbeispiel zeigt eine ähnliche Überprüfung der Figuren 9 und 10 für den zweiten Pol dieses Ausführungsbeispiels ebenfalls, daß die notwendige wirksame Umkehr der Polarität zwischen Erreger- und Ankerwicklungen vorkommt. Siehe hierzu die angezeigte Stromflußrichtung in den Leitungen 94a', 94b' in Figur 10.
Ein erfindungsgemäßer zweipoliger Universalmotor für die Verwendung in kleinen Werkzeugen oder Geräten weist Primär-Wicklungen für die Antriebsfunktion und in den gezeigten Ausführungsbeispielen eine Hilfs- oder Sekundär-Wicklung eigens für eine dynamische Bremsfunktion auf. Vorteile spezifischer Sekundär- Wicklungen sind, daß sie zum Beispiel ausgebildet sein können, um eine Brems-Charakteristik zu schaffen, um eine besondere Anwendung anzupassen und daß, verglichen mit Systemen, die eine Umkehr der Polarität der Antriebswicklungen vornehmen, um eine dynamische Abbremsung zu schaffen, sie potentiell in den Kosten geringer sind. Die relativ geringeren Ströme, die im Bremsmodus erzeugt werden, verlängern potentiell die Lebensdauer der Komponenten, wie des Ankers, der Kommutatorbürsten, der Bürstenhalter, der Verdrahtung und des Schalters.
Die primäre Antriebs- und die sekundäre Funktion (Abbremsung in den gezeigten Ausführungsbeispielen) werden durch eine Verdrahtungs- und Wicklungseinrichtung des Motors geschaffen, die eine automatische Herstellung und Montage vereinfacht und eine gute mögliche Zuverlässigkeit bewirkt. Verbesserungen der möglichen Zuverlässigkeit entstehen teilweise durch den Vorteil der gesteuerten Abbremsung, wie oben beschrieben, und teilweise durch das Fehlen überbrückter interner Verbindungen des Motors oder der Stator-Baugruppe, Verbindungen, die ihrer Natur nach eine relativ kurze Lebensdauer haben.
Ebenfalls werden in einem erfindungsgemäßen Hauptschlußmotor teilweise durch die Verwendung von geteilten Wicklungen (Wicklungen, die Bereiche elektrisch an beiden Seiten des Ankers enthalten) die Antriebs- und Hilfsfunktionen ohne Verbindungen innerhalb des Stators, wie Leitungsbrücken (Drähte von innenzum-Ende oder Seite-zu-Seite des Stators), erreicht. Und nur durch ein einfaches Schalten zwischen dem Antriebsmodus und dem Sekundär-Modus, wie einer Abbremsung.
Ein wichtiges Merkmal der Erfindung ist die Trennung von beiden Antriebs- und Bremswicklungen in bezug auf den Anker, so daß beide Erregerspulen eine Antriebs- und eine Bremswicklung enthalten. Die Anordnung führt von selbst zu einer in-situ-Maschinenwicklung beider Wicklungen auf ihren jeweiligen Polschuhen. Auf jedem Polschuh kann als erstes eine Antriebswicklung sein, wobei eine Bremswicklung darüber gewickelt wird, oder umgekehrt. Im Hinblick auf die breiteren Merkmale der Erfindung können Antriebs- und Sekundär-Wicklungen in beide Richtungen (im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn), alle Wicklungen jedoch in der gleichen Richtung (vom Anker aus gesehen), ausgeführt werden, was die Herstellung vereinfacht und bevorzugt wird.
Ein weiteres wichtiges Merkmal der Erfindung ist ihre Verwendung von doppelt endenden Erregern, die, per Definition, Wicklungen enthalten, die an angrenzenden, axial gegenüberliegenden körperlichen Enden der Erregerspulen, deren Teil sie sind, anfangen und abschließen. Eine derartige Verteilung der Anfangs- und Abschlußleitungen auf die jeweiligen gegenüberliegenden Enden der Erregerspulen vereinfacht deren mechanischen Abschluß an oder nahe fester Anschlüsse. Feste Abschlüsse sind "maschinell plazierbar" und deshalb mit einer automatischen Montage verträglich. Durch Begrenzen der Anzahl von Anschlüssen an jedem Ende der Stator-Baugruppe wird ein relativ breiterer Abstand zwischen ihnen ermöglicht, der mehr Platz für die Werkzeuge zur automatischen Montage, einschließlich der Automatisierung zum Herstellen der äußeren Verbindungen zu den Anschlüssen der Stator-Baugruppe schafft. Die Verteilung der Abschlüsse auf beide Enden der Stator-Baugruppe macht außerdem die Notwendigkeit für eingezogene oder angeschraubte Leitungen durch oder über den Erreger überflüssig.
Das erste Ausführungsbeispiel (Figuren 3-8), in dem alle Wicklungen am Kommutatorende anfangen, schafft eine besonders praktische Anordnung der Abschlüsse oder Anschlüsse am Kommutatorende (siehe Figur 5). Jedes relativ eng unterteilt angeordnete Paar von Abschlüssen (70, 82 und 74, 86) ist durch geeignete Einrichtungen direkt an seine unmittelbar angrenzende jeweilige Bürste (50, 52) anschließbar. Wie in den Zeichnungen gezeigt, weist das erste Ausführungsbeispiel die Verwendung von Querverbindungs-Leitungen 148, 150 bei einem der Paare der Wicklungen (in diesem Fall ist das Verfahren auf die Bremswicklungen angewendet) auf, aber die Herstellung dieser Anordnung erfolgt ebenfalls einfach automatisiert.
Im zweiten Ausführungsbeispiel, Figuren 9-12, in dem die Antriebs- und Bremswicklungen an jeweils gegenüberliegenden Enden der Erregerspulen anfangen und in dem eine allgemein übliche Stator-Anordnung verwendet wird (wenigstens im Hinblick auf den verfügbaren Platz für die Abschlüsse an den Endringen 122), vereinfachen "geraden Züge" (straight pulls) für alle Wicklungsenden die Wicklungsherstellung. Aber die Abschlußpaare (70', 82' und 74', 86'), die jeweils an gemeinsame Bürsten 50', 52' anschließbar sind, sind mit größerem Abstand angeordnet (Figur 11), was für einen Abschluß bei jedem Paar bedeutet, daß er meistens diametral über das Ende des Feldes hinausreicht.
In beiden Ausführungsbeispielen sind, wie in den Zeichnungen gezeigt wird, die Anfangs- und Abschlußenden der Wicklungen zum mechanischen Abschluß an festen Abschlußpunkten (vier an jedem Ende des Stators) geeignet, die axial angeordnete Anschluß-Bauteile, wie eine Hülse 128 in einen Anschluß-Bolzen 126, aufweisen können. Die Stator-Baugruppe 44 ist so für einen effizienten automatischen Zusammenbau vorbereitet, indem in axialer Richtung zugehörige Motor- oder Werkzeug-Baugruppen zur gleichzeitigen Vervollständigung von Vielfachverbindungen des Motorstromkreises außerhalb der Stator-Baugruppe zugeführt werden. Am Kommutatorende 46 sind dies die Bürstenverbindungen und am Lüfterende 48 Verbindungen zum Steuerschalter 90, 90' und zur Stromversorgung 64, 64'.
Wie durch die oben beschriebenen beispielhaften Ausführungen gezeigt, kombiniert die Erfindung in einem Hauptschlußmotor mit unbedeutenden Kompromissen vorteilhaft die Einrichtungen zum Erreichen beider Betriebsziele einschließlich einer normalen Antriebs- und einer unabhängig strukturierten Sekundär-Funktion und kostenreduzierende Herstellungsziele, einschließlich der Vereinfachung der automatischen Montage. Andere Ausführungsbeispiele, die in den Anwendungsbereich der Erfindung fallen und durch die folgenden Ansprüche umfaßt werden können, drängen sich dem Fachmann auf.

Claims

1. Universal-Elektromotor (10) zum Betrieb in einem Antriebsmodus und einem Bremsmodus und mit einer sich längsgerichtet erstreckenden Rotationsachse mit:

einem Anker (22; 22') mit ersten und zweiten Seiten zur elektrischen Verbindung;

einer Stator-Baugruppe (44);

einer ersten Antriebs-Erregerwicklung (66; 66'), die in die Stator-Baugruppe (44) eingefügt ist und erste und zweite Enden (70, 72; 70', 72') hat, wobei das erste Ende (70; 70') mit der ersten Seite des Ankers verbunden ist;

einer zweiten Antriebs-Erregerwicklung (68; 68'), die in die Stator-Baugruppe (44) eingefügt ist und erste und zweite Enden (74, 76, 74', 76') hat und das erste Ende (74; 74') mit der zweiten Seite des Ankers (22) verbunden ist, die erste und zweite Antriebswicklung (66, 68; 66', 68') und der Anker (22, 22') in Reihe mit einer Stromquelle (64, 64') anschließbar sind, wobei der Anker zwischen den Antriebswicklungen liegt, gekennzeichnet durch

eine erste bremsende Hilfs-Erregerwicklung (78), die in die Stator-Baugruppe (44) eingefügt ist und erste und zweite Enden (82, 84; 82', 84') hat, wobei das erste Ende mit der ersten Seite des Ankers verbunden ist;

eine zweite bremsende Hilfs-Erregerwicklung (80), die in die Stator-Baugruppe (44) eingefügt ist und erste und zweite Enden (86, 88) hat, wobei das erste Ende (86; 86') mit der zweiten Seite des Ankers verbunden ist; und

Schaltereinrichtungen (90; 90') zum Abtrennen der Antriebswicklungen (66, 68; 66', 68') von der Stromquelle (64; 64') zum Beenden des Antriebsmodus und zum Verbinden des zweiten Endes (84; 84') der erste Hilfswicklung (78) mit dem zweiten Ende (88; 88') der zweiten Hilfswicklung (80), um den Bremsmodus zu aktivieren.

2. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Antriebs- (66, 68; 66', 68') und Hilfswicklung (78, 80; 78', 80') eine fortlaufende Wicklung einschließlich eines Anfangsendes (70, 74, 82, 86; 70', 74', 82', 86') und eines Abschlußendes (72, 76, 84, 88; 72', 76', 84', 88') körperlich an längsgerichtet gegenüberliegenden Enden jeder Wicklung enthält.

3. Elektromotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ende (70, 74, 82, 86; 70', 74', 82', 86') jeder Wicklung dem Anfangsende der jeweiligen Wicklung entspricht.

4. Elektromotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stator-Baugruppe (44) jeweils ein gegenüberliegendes Kommutator- (36) und Lüfterende (38) hat; und daß jede Wicklung (66, 68, 78, 80; 66', 68', 78', 80') an festen Punkten nahe eines der Enden (36, 38) zum Vereinfachen der mechanisierten äußeren Verbindungen zur Stator-Baugruppe (44) abgeschlossen ist.

5. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Erregerwicklungen (66, 68, 78, 80; 66', 68', 78', 80') vom Anker (22) aus gesehen in der gleichen Richtung gewikkelt sind.

6. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stator-Baugruppe (44) erste und zweite Erreger-Pole (132, 134) hat und die erste Antriebs- und zweite Hilfswicklung (66, 80) mit dem ersten Pol (132) und die zweite Antriebs- und erste Hilfswicklung (68, 78) mit dem zweiten Pol (134) verbunden ist.

7. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweiligen Hilfswicklungen (78, 80; 78', 80') von gleicher Größe sind.

8. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Enden der Erregerwicklungen jeweils den Anfangsenden (70', 74') der Antriebswicklungen (66', 68') und den Abschlußenden (84', 88') der Hilfswicklungen (78', 80') entsprechen.

9. Elektromotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stator-Baugruppe erste und zweite Pole (132', 134') hat; die erste Antriebs- und erste Hilfswicklung (66', 78') mit dem ersten Pol (132') verbunden ist; und die zweite Antriebs- und zweite Hilfswicklung (68', 80') mit dem zweiten Pol (134') verbunden ist.

10. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Antriebswicklung (66, 68; 66', 68') elektrisch gleichwertig sind; die erste und zweite Hilfswicklung (78, 80; 78', 80') ebenfalls elektrisch gleichwertig sind; und die Stator-Baugruppe (44) zu allen Ebenen, die durch die Rotationsachse führen, elektrisch symmetrisch ist.

11. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stator-Baugruppe (44) ein gegenüberliegendes Kommutator- und ein Lüfterende (36, 38) hat; alle Wicklungsenden (70, 74, 82, 86; 70', 74', 82', 86'), die an den Kommutator (34) anschließbar sind, nahe dem Kommutatorende (34) liegen; und alle Enden (72, 76, 84, 88; 72', 76', 84', 88'), die außerhalb des Motors (10) an die Schaltereinrichtung und Stromquelle anschließbar sind, nahe dem Lüfterende (38) liegen.

12. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden aller Erregerwicklungen (66, 68, 78, 80; 66', 68', 78', 80') befestigt sind und direkt mit einem Verbindungsbauteil (59, 64, 90; 64', 90') außerhalb der Stator-Baugruppe (44) anschließbar sind.

13. Elektromotor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Ende ein sich axial erstreckendes Bauteil (126) zur Aufnahme eines passenden Bauteils (130) aufweist, das in einer axialen Richtung liegt.

14. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stator-Baugruppe (44) Erregerwicklungsenden (72, 76, 84, 88; 72', 76', 84', 88') aufweist, die an einen Schalter (90; 90') und eine elektrische Stromquelle (64; 64') anschließbar sind, und alle Enden am gleichen Ende (38) der Stator-Baugruppe (44) angeordnet und direkt an den Schalter (90; 90') und die Stromquelle (64; 64') anschließbar sind.

15. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stator-Baugruppe (44) gegenüberliegende Enden (34, 38) hat; jedes Ende eine Vielzahl von festen Anschlüssen (130) zur Verbindung außerhalb der Stator-Baugruppe (44) aufweist; und jede Erregerwicklung (66, 68, 78, 80; 66', 68', 78', 80') ein Ende (70, 72; 74, 76; 82, 84; 86, 88; 70', 72'; 74', 76'; 82', 84'; 86', 88') enthält, das direkt an einen der festen Anschlüsse (130) anschließbar ist.

16. Elektromotor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Ende (34, 38) der Stator-Baugruppe vier Anschlüsse (130, 130') aufweist.

17. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltereinrichtung (90, 90') einen zweipoligen Wechselschalter aufweist.

18. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Hilfserregerwicklung (78, 80; 78', 80') Bremswicklungen zum Erzeugen einer Kraft sind, die der fortlaufenden Drehung des Ankers (22) entgegenwirken, wenn die zweiten Enden (84, 88; 84', 88') der ersten und zweiten Bremswicklung durch die Schaltereinrichtung (90; 90') verbunden und die Antriebswicklungen von der Stromquelle getrennt werden.