DE7029840U - Langsamlaufender gleichstrommotor in flachbauweise. - Google Patents

Description

Patentanwalt Dipl.-Phys. Leo Thul
Stuttgart

H. Siekmann - G. Saussele 1-1

dunkermotoren, Präzisions-Kleinstmotoren GmbH, 7823 Bonndorf / Schwarzwald

Langsamlaufender Gleichstrommotor in Flachbauweise

Die Anmeldung t»zieht sich auf einen lungsamlaufenden Oleiehstrommotor zum direkten Antrieb eines Tongeräte«, wie des Plattentellers eines Plattenspielers oder des Tonbande* eines Tonbandgerätes. Da derartige Geräte In zunehmendem Masse sehr raumsparend aufgebaut werden, wie beispielsweise Tischendiktiergeräte, ist es erforderlich, den Motor ebenfalls raumsparend, d.h. vorzugsweise flach, aufzubauen.

Es ist bisher Üblich gewesen, solche Tongeräte mit einen aielohstroanotor über ein Untersetzungsgetriebe anzutreiben. Dies hat aber einmal - wie schon erwähnt, den Nachteil des erhöhten Raumbedarfs dieses Antriebes. Andererseits bringt das Getriebe zusätzliche mechanische Verluste mit sich, welches sich In der Energiebilanz dieser üblicherweise aus Trockenbatterien gespeisten Geräte durch einen sohlechten Gesamtwirkungsgrad negativ niederschlägt.

Es sind deshalb auch schon Gleichstrommotoren für den direkten Antrieb einer Tonwelle oder dergl. vorgeschlagen worden, bei denen die Dauermagnetpole als Kreisringsegmente auf einer Läuferscheibe angeordnet sind, die einer Statorscheibe mit den Einzelspulen konzentrisch gegenüberliegt (DT-OS 1 538 7^9). Obwohl aus dieser Vorveröffentlichung nicht zu erkennen ist, in welcher Weise die Spulen des Stators hergestellt werden sollen, so scheint doch diese Statcrkonstruktion für eine Großserienproduktion nicht besonders fertigungsgünstig zu sein.

6.8.1970

Bö/Do -/-

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Ausserdem sind bei dem bekannten Gleichstrommotor nur Teilbereiche des vom Magnetfluss durchsetzten Luftapaltes mit den Wicklungen ausgefüllt. Darüber hinaus tragen die in Umfangsriohtung verlaufenden Wicklungsabschnitte nicht zum Drehmoment b*)l. Der verhältnismassig grosse Luftspalt hat einen entsprechend grossen magnetischen Widerstand des Magnetkreises zur Folge (flach liegende Scherungsgerade); die daraus resultierende niedrige Luftspaltinduktion geht voll in das Drehmoment-Strom-Verhältnls und damit auch in den Wirkungsgrad des Motors ein.

Es ist auch Aufgabe dieser Anmeldung, einen langsaalaufenden Gleichstrommotor in Flachbauweise zum direkten Antrieb eines Tbngerätes vorzuschlagen, der mit einem vielpolpaarigen Dauermagnetläufer und einem aus mehreren Spulen bestehenden Ständer ausgerüstet ist, wobei die Spulen nacheinander mit einer Gleichstromquelle verbunden werden.

Der neue Motor ist neuerungsgemäss gekennzeichnet durch ein seheibenförmiges Ständer-Tragteil, auf das von diesem aufragend ein mit mehreren Teilspulen bewickelter Ringkern aufgesetzt ist, und einen flachen glockenförmigen, über die Ringkernwicklung greifender Läufer, in dem zu beiden Seiten der Ringkernwicklung Dauerfflagnetpole angeordnet sind,

Gemäss einem weiteren Merkmal der Neuerung sind die die Dauermagnetpole des Läufers bildenden ring-, schalen- oder quaderförmigen Dauermagnete auf der Innenwand bzw. einem ringförmigen Steg des aus ferromagnetische!«: Werkstoff bestehenden Läufers befestigt.

Der Eisenkern der Ringkernwicklung besteht aus geschichteten, verklebten Dynamoblechen und die RLngkernwicklung enthält eine mindestens der doppelten Anzahl der Läuferpole entsprechende Anzahl von Teilspulen.

Der neue Gleichstrommotor soll vorzugsweise als kollektorloser Motor ausgeführt sein. Bei der kollektorlosen Ausfünrungsform des neuen Gleichstrommotors ist gemäss der weiteren Neuerung in einem freien Raum zwi-

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sehen Lauferwelle und ringförmigem Steg eine kontakt- und berührungslos arbe? iunde, eine elektronische Kommutiorungselnriohtung steuernde LäuferstellxmKe-AbtÄjetryorrlohtun« angeordnet. Diese besteht aus einer auf dem Ständer angeordneten Lichtquelle und mindestens einer Photodiode sowie einer an dem Läufer befestigten, zwischen Lichtquelle und Photodiode hindurohlaufenden Steuerblende.

Anstelle einer Läuferstellungs-Abtaatung mit den vorgeschlagenen photoelektronisohen Mitteln können gegebenenfalls mit dem gleichen Vorteil an sich bekannt· galvanomagnetisohe oder induktive Mittel verwendet werden.

Der neue Gleichstrommotor kann natürlich auch als Kollektormotor ausgeführt werden. In einem solchen Fall kann vorteilhafterweise innerhalb des ringförmigen Steges ein· aus feststehenden Schleifringen, Kollektorlamelles und rotiereadsn SSrslssi bestehende seehsnisehe KoBSutierungseinriohtung angeordnet sein.

Der neu· Gleichstrommotor kann ausserdem erforderlichenfalls dadurch In •In· entweder kostenmässig oder herstellungstechnisch vereinfachte Ausführungsform abgewandelt werden, dass entweder auf die Kusseren oder Inneren Dauermagnetpole des Läufers verziohtet wird, wobei der neue Gleichstrommotor entweder als reiner Innenläufer- oder Aussenläufer-Motor wirkt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Figuren 1 bis 3 näher erläutert. Es zeigen:

Flg. 1 einen Schnitt durch den neuen Gleichstrommotor in Draufsicht;

FLg. 2 einen Schnitt durch den neuen Gleichstrommotor gemäss Flg. 1 in Seitenansicht;

Fig. 3 die verschiedenen StromflUsse in der Ringkernwicklung während einer Läuferumdrehung.

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In Fig. 1 ist eine einpolpa&rige Ausfuhrung des neuen Gleiohstrommotors gezeigt. Es sind zunächst die auf der Wand 1 und einem ringförmigen Steg 2 aufgeklebten sohalenförmieen, in der angedeuteten Welse magnetisieren üauermagnet-Soh&len 3, 4, 5 und 6 zu erkennen, die den an der Läuferwelle 7 drehbar gelagerten Läufer bilden. Zwischen den Dauenaegnetpolpaaren 3, 4 bzw. 5» 6 ist feststehend die In vier gleiche Teilwicklungen I, II, III und IY unterteilte Ringkernwicklung 8 angeordnet. Der von Dauermagnetpolpaaren Im Ruhezustand durch die als magnetischer RUoksohluss dienenden Weloheisenteile des Läufers und > 10 den Elsenkern der Fdngkemwioklung getriebene Magnetfluss ist als gestrichelte Linie eingezeichnet. In dem freien Raum der Läuferwelle 7 und dem ringförmigen Steg ist in einem Halter & *lne Lichtquelle 10 angeordnet, deren Licht Über Lichtleiter, beispielsweise Glasfaserbündel, an die den Fhotcdioden 11 gegenüberliegende Stelle des Halters geleitet wird. Auch kann der Halter selbst als Lichtleiter wirken, bei dem das Licht an angerauhten Streuf lachen austritt (Plutliohtprlnzlp). Der Halter 9 mit Lichtquelle 10 und Lichtleiter sowie die Photodioden sind an dem Ständer befestigt. An dem Läufer ist dagegen die halbkreisförmige, zwischen Halter 9 und Photodioden hindurohlaufende St«uerblende 12 befestigt, die während des Läuferumlaufes Jede Photodiode während einer Halbdrehung des Läufers abdeckt.

^ Die einpolpaarlge Ausgestaltung des Ausfttirungsbeispiele ist veretändlioherwelse nur als eines von mehreren möglichen Ausführungebeispielen gedacht. Der neue Gleichstrommotor kann ohne prinzipielle Änderungen auoh mehrpolpaarig ausgebildet sein. Dies kann für bestirnte Anwendungsfälle von Vorteil sein, weil dann der Magnetfluss In mehrere TeilflUsae aufgeteilt wird, so dass für den Ringkern und die Weioheisentelle des Läufers geringe Querschnitte ausreichen. Ausserdea wird bei einer mehrpolpaarigen Ausführung die Weglänge der magnetischen Kreise kürzer.

Aus Flg. 2 sind ebenfalls die Wand 1 und der ringförmige Steg des glockenförmigen Läufers zu erkennen, auf welche die schalenförmlgen Dauern»« gneten 3 und 4 aufgeklebt sind. Zwischen den Dauernagnetpolen liegt die

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an dem Ständer 14 befestigte Ring.:ernwici^luaii 8. An dem Ständer i4 sind ebenfalls der Halter 9 der Llcntquelle 10 und die Photodiode 11 befestigt. Die fest mit dem Läufer verbundene Welle 7 ist in einem Lager 13 des Ständers 14 drehbar gelagert. An dem Läufer ist auch noch die Steuerblende 12 befestigt. Es sei noch erwähnt, dass ein geraäss den Fig. 1 und 2 ausgeführter Gleichstrommotor bei einem Durchmesser von 50 mn eine Bauhöhe von 15 mn aufweist. Daraus ergibt sich, das3 der neue Motor tatsächlich nicht nur sehr raumsparend, sondern auch sehr flach aufgebaut ist

Die Fig. 3 zeigt, in welcher Weise die Ständerwicklungen I bis IV unter Zwischenschaltung von Schaltern ohne mechanische Kontakte an die Gleichspannungsquelle angeschaltet sind, damit sich in den Ständerwicklungen bei einer Umdrehung des Läufers Jeweils nach 90 Winkelgraden die im unteren Teil der Fig. 3 durch Pfeile an den Ständerwicklungen I bis IV angedeutete Stroarichtung ergibt. Die Schalter bestehen Im vorliegenden AusfUhrungebeispiel aus den Transistoren T. bis Tg, die von einer nicht gezeigten Steuerschaltung Jeweils in Abhängigkeit von der Stellung des Läufers geschaltet werden.

Wenn sich in den Ständerwioklungen ein Stromfluss wie im Beispiel A einstellen soll, dann bewirkt die Steuerschaltung, dass die Transisto-™ ren T₂* T-, Tg und TL gesperrt sind, so dass sich ein Stromfluss über folgende Stationen einstellt: T₁, Wicklung I, Wicklung III, T^, T₅, Wicklung II, Wicklung IV und Tg· In gleicher Weise lässt sich aus den Beispielen B bis D der Flg. 3 der Stromfluss durch die Wicklung für die weiteren um Jeweils 90 Winkelgrade veränderten Läuferstellungen ablesen.

Bsi Verfolgung der verschiedenen Stromverläufe in den Wicklungen wird festgestellt werden, dass die StMnderwleklungen stets In Reihe geschaltet sind. Dies hat folgende Vorteile:

a) Es 1st eine geringere Windungszahl erforderlich, so dass sich bessere Bedingungen für das Wickeln des Standers und ein besserer KupferftHlfaktor ergeben.

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b) Da beim Umschalten der Wicklung kurzzeitig Kurzschlüsse auftreten, können, nämlich wenn zwei Transistoren (z.B. T., OP».') " c>ch nicht sperren, während zwei andere (z.B. T„, TU) bereit i--i and pjworden sind, wird der Strom von der anderen Wicklungsgi^tppt. (H- IV) selbsttätig begrenzt.

c) Da die Gegen-Elektromotorische Kraft (EMK) In einer Wicklungsgruppe (z.B. I, IH) Im gleichen Masse zunimmt, wie sie in der anderen Wieklungsgrupps (z.B. II, IV) abalsssrt, ist die Sussse der induzierten Gegen-IMC annähernd konstant, so dass sich eine geringe Wellig- keit des aufgenonoenen Stromes und des abgegebenen Drehmomentes ergibt.

Es ist aber auch denkbar, dass die Teilwicklungen I bis IV des Ständers in Parallelschaltung zur Gleiohspannungsquelle geschaltet sind und Wicklung I und HI bzw. II und IV Jeweils gemeinsam kommutiert werden.

Ebenso ist es möglich, alle Teilwicklungen als geschlossenen Ring mit Anzapfungen zu wickeln und die Anzapfungen abwechselnd mit dem positiven oder negativen Anschluss der Gleichspannungsquelle zu verbinden. Es ist ausserdem denkbar, dass Jede Teilwicklung doppelt vorhanden ist, wobei die eine für die eine Stronrichxung und die andere für die andere

Stromrichtung an die Gleiohspannungsquelle angeschaltet wird.

Abschliessend sei noch erwähnt, dass der neue Gleichstrommotor neben den bereits erwähnten günstigen baulichen Eigenschaften ebenfalls ausgezeichnete elektrische Eigenschaften aufweist. So weist beispielsweise ein gemSss der Neuerung aufgebauter Batterie-Gleichstrommotor für den direkten (d.h. ohne Getriebe) Antrieb eines Tonbandes mit 360 U/min und «5inem Drehmoment von 20 pond χ. cm '.Inen Wirkungsgrad der elektromechanischen Energieumsetzung von ca. 45 Prozent auf. Dies 1st Im Vergleich dazu, dass der Wirkungsgrad von entsprechenden bekannten Gleichstrommotoren bei derartig niedrigen Drehzahlen auf etwa zehn Prozent absinkt, ein sehr günstiger Wert.

7 SchutzansprUohe

3 Bl. Zeichnungen mit 3

Claims (7)

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1. Lungsamlaufender Gleichstrommotor in Flachbauweise zub direkten Antrieb eines Tongerätes, der mit einem vlelpolpaarlgen Dauermagnetläufer und einem aus mehreren Spulen bestehenden Ständer ausgerüstet ist, wobei die Spulen nacheinancar mit einer Gleichstromquelle verbunden warden, gekennzeichnet durch ein scheibenförmiges Standertragteil, auf das von diesem aufragend ein mit mehreren Teilspulen bewickelter Ringkern aufgesetzt 1st. und einen flachen» glockenförmigen, über die Ringkernwicklung greifenden Laufer, In dem zu beiden Seiten der Ringkernwicklung Dauermagnetpole angeordnet sind.

2. Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die die Dauermagnetpole des Lauf ers bildenden ring-, schalen« oder qusderförmlgen Dauermagnete auf der Innenwand bzw. einen ringförmigen Steg dee aus ferromagnetische· Werkstoff bestehenden Läufers befestigt sind.

3- Gleichstrommotor nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Eisenkern der Ringkerwcklung aus geschichteten, verklebten Dynamoblechen besteht.

4. Gleichstrommotor nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringkernwicklung ein* mindestens der doppelten Anzahl der Lauferpole entsprechende Anzahl von Tteilspulen enthalt.

5. Gleichstrommotor nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass In einem freien Raum zwischen Läuferwlle und ringfömigem Steg eine kontakt- und berührungslos arbeitende, eine elektronische Hommutierungselnrlchtung steuernde LSuferstellungs-Abtastvorrichtung angeordnet ist.

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6. Gleichstroneotor nach den Ansprühen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lauferstellungs-Abt^tvorrichtung aus einer auf dem Stätsdar angeorfcaten lichtquelle und mindestens einer Photodiode sowie einer an dem I&jfer befestigten, zwischen Lichtquelle und Photodiode hindurohlaufenden Steuerble&de besteht.

7. GlelchstroBBOtor nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekermzeichaet, dass innerhalb des ringförmigen St-eges eine aus feststehenden Schleifringen« Kollektorlaaellen und rotierenden Bürsten bestehende mechanische Komnutierungseinriohtung angeordnet ist.