DE8005561U1 - Antriebsmotor, insbesondere fuer den direktantrieb eines plattenspielers - Google Patents

Description

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Antriebsmotor, insbesondere für den Direktantrieb eines Plattenspielers

Die Erfindung betrifft einen Antriebsmotor, insbesondere für den Direktantrieb eines Plattenspielers mit einem Stator, dessen Bewicklung als
Arbeitswicklung wirkt, und einem Permanentmagnetsegmente als Läufer magnete aufweisenden Läufer.

In den Fällen, in denen für Geräte, insbesondere Plattenspieler, flache

Bauhöhen gefordert werden, überträgt sich diese Forderung auch auf die |

in den Geräten verwendeten Antriebsmotore, Insbesondere ergibt sich die- ί

se Forderung für den Antriebsmotor, der als Direktantrieb für den Plat- |

tenteller eines Plattenspielers Verwendung finden soll. Der Durchmesser |

darf bei derartigen Antriebsmotoren relativ groß bemessen sein. Der |

klassische Weg zur Verwirklichung derartiger Bauformen mit annehmba- |

rem Wirkungsgrad ist die hochpolige Maschine. Bei der Verwendung in ?;|

Plattenspielern wirkt sich jedoch die mit steigender Polzahl ebenfalls |

proportional steigende Betriebsfrequenz nächteilig aus, da sich diese $

zwangsläufig im Rumpelspektrum niederschlägt. |j

Bei einer flachen Ausführungsform kommt man zwar mit einer geringen |

Polzahl aus, jedoch ergibt sich ein krasses Mißverhältnis zwischen |

aktivem und nichtaktivem Teil der Bewicklung des Stators, die die Arbeits- |

wicklung bildet, da der Stator aus einer relativ flachen Scheibe aus bei- |

spielsweise Eisen besteht und die nichtaktiven, die Wickelköpfe bildenden |

Teile der Bewicklung bedeutend länger ausgebildet sind als die aktiven jf

Teile der Bewicklung. Die Läufer magnete sind als Permanentmagnet- |

Segmente ausgebildet und befinden sich auf dem Innenmantel des ring- ||

förmig ausgebildeten Rückschlusses. Mit dieser Ausführungsform läßt |

sich zwar eine relativ flache Maschine mit großem Durchmesser und |

niedriger Betriebsfrequenz erzielen, jedoch ist wegen des bereits erwähnten Mißverhältnisses der Länge der Wickelköpfe zu der Länge der aktiven Teile . der Bewicklung der-Wirkungsgrad des Antriebsmotors aufgrund des Wicklungswider stände s relativ gering. Deshalb läßt sich die Bauhöhe des Antriebsmotors nicht so ohne weiteres vom Durchmesser unabhängig gestalten. Bei dieser Maschine wird bei immer kleiner werdendem Verhältnis Höhe/Durchmesser des Stators der Wirkungsgrad immer schlechter, da die Länge der Wickelköpfe im Verhältnis zur Länge der aktiven Teile der Spulen bzw. Bewicklung immer ungünstiger wird. Dem könnte man nur durch die Wahl einer mehrpoligen Ausführung begegnen, die aber, wie schon erwähnt, eine höhere Betriebsfrequenz zur Folge hat.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Antriebsmotor der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem bei geringer Polzahl trotz niedriger Bauhöhe ein günstiges Verhältnis von aktiven zu inaktiven Bewicklungsteilen und damit ein erhöhter Wirkungsgrad erzielt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Stator ringförmig ausgebildet ist und eine Ringwicklung trägt und in Umfangsrichtung neutrale Zonen aufweist, an denen sowohl am Innenumfang als auch am Außenumfang Magnetfelder austreten und daß die Läufermagnete an der Innenseite und/oder an der Außenseite des ringförmigen Stators liegen und mit den austretenden Magnetfeldern in Wechselwirkung treten.

In vorteilhafter Weise läßt sich der Antriebsmotor nach der Erfindung beispielsweise als zweipoliger Motor mit niedriger Bauhöhe und kurzen Wickelköpfen bzw. inaktiven Teilen der Bewicklung ausbilden. Die Bauhöhe des Motors ist außerdem in erhöhtem Maße unabhängig vom Durchmesser. Es lassen sich die aktiven Teile der Bewicklung auch bei flachen Ausführungsformen länger gestalten als die inaktiven Teile der Bewicklung. Darüber hinaus läßt sich iür die Permanentmagnetsegmente, die den Läufermagnet bilden und welche nach Art der Magnetsegmente eines Gleich-

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strommotors ausgebildet sind, beispielsweise Bariumferrit verwenden, dessen Sättigungsinduktion nicht besonders hoch ist und das auf dem Markt günstig erhältlich ist.

Der Stator besteht nicht aus einer massiven Scheibe, sondern aus einem Ring, der ähnlich wie ein Ringkerntransformator bewickelt ist. Die Wicklung besteht jedoch aus mehreren Segmenten, insbesondere vier Segmenten, die in einer bestimmten Weise, wie in den Ansprüchen 3 bis 6 angegeben, miteinander verbunden sind. Jedes Wicklungssegment kann, wie im Anspruch 5 angegeben, aus zwei Wicklungen "gleicher Windungszahl und Drahtstärke bestehen.

Durch die in den Ansprüchen 3 bis 6 angegebene Bewicklung - _ . des Stators läßt sich erzielen, daß sowohl am Außenmantel-wie auch am Innenmantel des ringförmigen Stators ein Feld in den neutralen Zonen des Stators austreten kann. Dabei liefern die beiden Stränge der Wicklungen um 90 versetzte Felder. Zur Kommutierung können HaIlgeneratoren eingesetzt werden.

Der Antriebsmotor nach der Erfindung kann sowohl als Außenläufer als auch als Innenläufer ausgebildet sein. Der Zusammenbau sowie das Auseinanderlegen des Motors sind äußerst einfach.

Dadurch, daß der Stator als zylindrischer Ring ausgebildet ist, lassen sich die Wicklungen besser festlegen, und man erzielt außerdem eine höhere Steifigkeit des zylindrischen Stators gegenüber beispielsweise einer verwendeten Stator scheibe. Außerdem sind die Kräfte, die bei Stromfluß in der neutralen Zone beim ringförmigen Stator der Erfindung er zeugt werden, einander entgegengerichtet und heben sich somit auf,während sie

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beim scheibenförmigen Stator in der gleichen Richtung wirken.

Die Vorteile, welche bei der Erfindung erzielt werden, sind folgende:

- Einsparung von Kupfer und Eisen;

- geringe Bauhöhe bei großem Durchmesser und gutem Wirkungsgrad;

- ringförmig bzw. trommeiförmig oder zylinderförmig ausgebildeter Stator anstelle eines scheibenförmigen Stators;

- hohes Drehmoment bei geringer Drehzahl;

- niedrige Betriebsfrequenz;

- einfache Montierbarke it;

- einfacher Aufbau und weniger Aufwand im Vergleich zu hochpoligen bekannten Ausführungsformen.

Die beiliegenden Figuren dienen zur weiteren Erläuterung der Erfindung. In diesen sind gezeigt in

Fig. 1 ein Vertikalschnitt durch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung:

Fig. 2 eine Draufsicht auf das in der Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel;

Fig. 3 schematisch die Wicklungen der vier Wicklungssegmente, die die Bewicklung des Stators bilden beim in den Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiel;

Fig. 4

Fig. 7

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die Verbindung der in der Fig. 5 dargestellten Wicklungen des Stators zu zwei Strängen;

eine weitere Bewicklungsmöglichkeit des Stators der Fig. 3 und 4 und

das von den stromdurchflossenen Wicklungen im ringförmigen Stator erregte Magnetfeld der dargestellten Ausführungsbeispiele.

Beim in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Stator 6 ringförmig bzw. zylinderförmig ausgebildet. Er kann für niedrige Drehzahlen (z. B. bis ca. 100 U/min) aus Volleisen bestehen und für den Einsatz bei höheren Drehzahlen (über 100 U/min) aus einem Blechpaket bestehen. Wie insbesondere aus der Fig. 1 zu ersehen ist, ist der aktive Teil 4 der Bewicklung langer ausgebildet als die Wickelköpfe 3 an den radial sich erstreckenden Stirnseiten des ringförmigen Stators 6. Dem Außenmantel des Stators 6 liegen Magnetsegmente 2 und dem Innenmantel des Stators 6 liegen Magnetsegmente 7 gegenüber. Es sind jeweils zwei Magnetsegmente 2 und 7 vorgesehen. Die äußeren Magnetsegmente 2 befinden sich auf der Innenseite eines ringförmigen Rückschlusses 1, und die Magnetsegmente 7, die der Innenseite des Stators 6 gegenüberliegen, befinden sich auf einem ebenfalls ringförmigen Rückschluß 8. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel bildet der Rückschluß 8 mit den darauf befindlichen Magnetsegmenten 7 einen Innenläufer und der Rückschluß 1 mit den darauf befindlichen Magnetsegmenten 2 einen Außenläufer.

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Sowohl der innere Rückschluß 8 als auch der äußere Rückschluß 1 sind an einem gemeinsamen scheibenförmigen Träger 9, der mit der in einem Lager 5 gelagerten Plattentellerwelle 10 verbunden ist, befestigt.

Die Bewicklung des Stators 6 besteht, wie aus der Hg. 3 zu ersehen ist, aus vier Wicklungssegmenten Sl, S2, S3 und S4. Jedes dieser vier Wicklungssegmente besteht aus zwei Wicklungen 11 unä 12, von denen beispielsweise die Wicklung Hals äußere und die Wicklung 12 als innere Wicklung ausgebildet ist. Die Bewicklung des Stators 6 ist in vorteilhafter Weise eingegossen, wodurch mechanische Stabilität, .insbesondere Vibrationsfreiheit und erleichterte Montage erreicht werden.

Jede der beiden Wicklungen 11-und 12eines jeden der vier Wicklungssegmente besitzt gleiche Windungszahl und Drahtstärke. Diese Wicklungen sind, wie die Fig. 4 zeigt; in zwei Strängen, die jeweils vier Wicklungen aufweisen, in Reihe geschaltet. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind in Umfangsrichtung, im Uhrzeigersinn betrachtet, die innenliegende Wicklung des ersten Wicklungssegmentes Sl, die außenliegende Wicklung des zweiten Wicklungssegmentes S2, die außenliegende Wicklung des dritten Wicklungssegmentes S3 und die innenliegende Wicklung des vierten Wicklungssegmentes S4 zu einem Strang 1 in Reihe in der angegebenen Reihenfolge miteinander geschaltet.

Im Strang 2 sind die innenliegende Wicklung des zweiten Wicklungssegmentes S2, die außenliegende Wicklung des vierten Wicklungssegmentes S4, die außenliegende Wicklung des. ersten Wicklungssegmentes Sl und die innenliegende Wicklung des dritten Wicklungssegmentes S3 in der genannten Reihenfolge in Reihe geschaltet. Die beiden Wicklungsstränge liefern um 90 voneinander versetzte Magnetfelder. Diese Felder treten in den neutralen Zonen am Außenmantel und Innenmantel des zylinderförmigen Stators 6 aus bzw. in den Stator ein, wie aus den Fig. 2 und 7 zu ersehen ist.

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Der ringförmige Stator 6 nimmt in der neutralen Zone den gesamten Magnetfluß des Innenlfiufers 7, 8 und des Außenläufers 1, 2 auf. Die Sättigungsinduktion kann ein Mehrfaches derjenigen der Magnetsegmente 2 und 7 betragen. Insbesondere kann der Stator aus Stahl bestehen, während die Magnetsegmente 2 und 7 des Läufers aus Bariumferrit h ergestellt sein können. In diesem Fall beträgt die Sättigungsinduktion des Stators mindestens das Achtfache der Sättigungsinduktion der Magnetsegmente 2 und 7. Der Querschnitt des Stators 6 kann daher nur 1/8 des Austrittsquerschnitts der Magnetsegmente und demzufolge für eine Ringseite 1/16 betragen. Die Ringdicke kann daher auf 1/16 der Bogenlänge eines Magnetsegmentes beschränkt sein. Dies entspricht etwa 1/10 des Durchmessers beim dargestellten Ausführungsbeispiel.

Im Innern des ringförmigen Stators 6 verbleibt noch Platz, der durch ein weiteres Magnetsegmentpaar 7 ausgefüllt wird. Hierdurch erhöht sich der Gesamtfluß und die Ringdicke des Stators entsprechend. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel erhalten nicht nur die außenliegenden aktiven Wicklungsteile 4 ein Arbeitsfeld, sondern auch die innenliegenden aktiven Wicklungsteile. Die inaktiven Spulenseiten bzw. Wickelköpfe 3 betragen beim dargestellten Ausführungsbeispiel etwa 1/6 der Länge der inaktiven Spulenseiten der Ausführungsform mit scheibenförmigem Stator bei gleicher Bauhöhe. Der Widerstand der Wicklungen wird daher erheblich verringert, wodurch der Wirkungsgrad verbessert wird. Darüber hinaus wird die Bauhöhe des Motors in erhöhtem Maße unabhängig vom Durchmesser. Darüber hinaus bewirken die Magnetsegmente 7 und der Rückschluß 8 des Innenläufers zusammen mit den Magnetsegmenten 2 und dem ringförmigem Rückschluß des Außenläufers eine Gesamtflußerhöhung, die eine weitere Verbesserung des Wirkungsgrades und des Drehmomentes bedeuten.

Ein Feldverlauf, wie er in den Fig. 2 und 7 dargestellt ist, läßt sich auch mit einer Bewicklung des Stators 6 des Ausführungsbeispieles der Fig. 1 und 2 erzielen, wie sie in den Fig. 5 und 6 dargestellt ist. Bei dieser Be-

Wicklung besteht jedes der vier Wicklungssegmente aus jeweils einer Wicklung Wl, W2, W3 und W4. Diese vier Wicklungen sind zu zwei Strängen verschaltet, wobei ein erster Strang gebildet wird durch die Reihenschaltung der Wicklung Wl und der Wicklung W3 und der zweite Strang gebildet wird durch die Reihenschaltung der Wicklung W2 und der Wicklung W4. Die in den Strängen jeweils in Reihe geschalteten Wicklungen liegen sich daher diametral gegenüber. Es werden dabei, wie im Ausführungsbeispiel der Fig. .3 und 4 angegeben, um 90 versetzte Felder erzielt, die sowohl an der Innenseite als auch an der Außenseite des ringförmigen Stators 6 austreten. Natürlich läßt sich die gewünschte Magnetfeldverteilung am Stator 6 durch eine entsprechende Parallelschaltung der Wicklungen erzielen.

Es ist natürlich unter Verringerung des Wirkungsgrades auch möglich, entweder nur einen Außenläufer oder nur einen Innenläufer zu verwenden.

Claims (11)

LIEDL, NOT^iJEITf1LtKi' O-J Patentanwälte 8000 München 22 · Steinsdorfstraße 21-22 · Telefon 089/22 94 41 Gerätewerk Lahr GmbH G 80 05 561. 4 9528 - N/R 9. April 1980 Antriebsmotor, insbesondere für den Direktantrieb eines Plattenspielers Schutzansprüche:

1. Antriebsmotor, insbesondere für den Direktantrieb eines Plattenspielers mit einem Stator, dessen Bewicklung als Arbeitswicklung wirkt und einem Permanentmagnetsegmente als L?ufermagnete aufweisenden Läufer, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (6) ringförmig ausgebildet ist und eine Ringwicklung (3, 4) trägt und in Umfangsriehtung neutrale Zonen aufweist, an denen sowohl am Innenumfang als auch am Außenumfang Magnetfelder austreten, und daß die Läufermagnete (2, 7) an der Innenseite und/oder an der Außenseite des ringförmigen Stators (6) liegen.

2. Antriebsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewicklung des Stators (6) in vier Wicklungssegmente (Sl, S2, S3, S4 bzw. Wl, W2, W3, W4) aufgeteilt ist und je zwei einander gegenüberliegende Wicklungssegmente zu einem Strang verbunden sind, derart, daß zumindest an zwei am Statorring gegenüberliegenden neutralen Zonen die Magnetfelder am Außen- und Innenumfang des Statarringes austreten.

3. Antriebsmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder neutralen Zone zwei Magnetfelder vorhanden sind, die in Umfangsrichtung des Stators (6) einander entgegengerichtet sind.

4. Antriebsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Wicklungssegment eine Wicklung aufweist und die Wicklungen zu zwei Strängen miteinander verbunden sind in der Weise, daß im Uhrzeigersinn in Umfangsrichtung des Stators (6) gesehen zur Bildung eines ersten Stranges eine erste Wicklung (Wl) verbunden ist mit einer dritten Wicklung (W3) und zur Bildung eines zweiten Stranges eine zweite Wicklung (W2) verbunden ist mit einer vierten Wicklung (W4) und die beiden Stränge um 90° versetzte Felder liefern.

5. Antriebsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Wicklungssegment (Sl, S2, S3, S4) zwei Wicklungen (9,10) gleicher Windungszahl und Drahtstärke aufweist und die Wicklungen auf dem ringförmigen Stator (6) in f.wei Strängen in der Weise verbunden sind, daß im Uhrzeigersinn, in Umfangsrichtung des Stators (6) gesehen, im ersten Strang eine zweite Wicklung des ersten Wicklungssegmentes (Sl), eine erste Wicklung des zweiten Wicklungssegmentes (S2), eine erste Wicklung des dritten Wicklungssegmentes (S3), eine zweite Wicklung des vierten Wicklungssegmentes (S4) und im zweiten Strang eine zweite Wicklung des zweiten Wicklungssegmentes (S2), eine erste Wicklung des vierten Wicklungssegmentes (S4), eine erste Wicklung des ersten

Wicklungssegmentes (Sl), eine zweite Wicklung des dritten Wicklungssegmentes (S3) miteinander verbunden sind und die beide nStränge um 90 versetzte Felder liefern.

6. Antriebsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch die geometrische Anordnung der Wicklungen in vier gleich große und um 90 versetzte Segmente und durch deren Verbindung zu zwei Strängen (Wl mit W3 und W2 mit W4) zwei Arbeitsspulen paare entstehen, deren magnetische Felder um 90 gegeneinander versetzt sind und die geeignet sind, bei Zuführung von zwei um 90 elektrisch versetzten Wechselströmen ein Drehfeld zu erzeugen.

7. Antriebsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sättigungsinduktion der Läufermagnete (2, 7) geringer als die Sättigungsinduktion des ringförmigen Stators (6) ist.

8. Antriebsmotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente der Läufermagnete (2, 7) aus Bariumferrit und der ringförmige Stator (6) aus einem weichmagnetischen Material besteht.

9. Antriebsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die axialen Längen des Außenmantels und des Innenmantels des Stators (6), die den Läufermagneten (2, 7) zugekehrt sind, größer bemessen sind als die radiale Breite der ringförmigen Stirnflächen des Stators (6).

10. Antriebsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewicklung des Stators (6) eingegossen ist.

11. Antriebsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Statorring (6) als Volleisenring ausgebildet ist.