NL8000420A

NL8000420A - Gelijkstroommotor met uitwendige rotor en zonder collector.

Info

Publication number: NL8000420A
Application number: NL8000420A
Authority: NL
Original assignee: Mulfingen Elektrobau Ebm
Priority date: 1979-03-27
Filing date: 1980-01-23
Publication date: 1980-09-30
Also published as: IT1154713B; FR2452819A1; CH657239A5; GB2047010A; GR74024B; IT8083320A0; DE2911922A1; SE8002299L; GB2047010B

Description

» ^

Gelijkstroommotor met uitwendige rotor en zonder collector

De uitvinding heeft betrekking op een gelijkstroommotor met uitwendige rotor en zonder collector met opwekbaar elektromagnetisch wisselveld, waarvan de rotor voorzien is van tenminste één permanente magneet en middelen om de in de wikkelingen gein-5 duceerde spanning te onttrekken.

Het is algemeen bekend dat men door toepassing van sensoren, in het bijzonder een Hall-generator een gelijkstroommotor zonder collector kan vervaardigen. Daartoe wordt verwezen naar verschillende publikaties zoals bijvoorbeeld het Duitse Gebrauchs-10 muster 76 09 071, 73 10 863, 75 16 814 evenals naar de Duitse inzageschriften 25 14 067, 25 32 551, 25 35 411 enz.

Het doel van de uitvinding is een in prijs gunstige, ruimtebesparende, gelijkstroommotor met uitwendige rotor zonder collector te verschaffen die bij een rustig lopen, in het bijzonder 15 bij het uitschakelen, niet te veel belast wordt, en die een goede lange tijdconstante (welke dus met de tijd slechts weinig verandert) heeft, en die voor het uitzetten geen speciale transistoren nodig heeft, voor alle spanningsgebieden toegepast kan worden en waarvan het toerental met eenvoudige instelmiddelen in een zeker gebied 20 regelbaar is.

Volgens de uitvinding wordt dit verkregen doordat tenminste ëën Hall-generator instelbaar en vergrendelbaar opzij of in het midden ten opzichte van tenminste één spleet (poolscheiding) aangebracht is.

25 Het wezen van de uitvinding wordt verder bepaald doordat die de Hall-generator aan de plaat bevestigd is anders slechts voor het opnemen van de drukschakeling dient. Daarbij is het in het bijzonder kenmerkend voor de uitvinding dat een vasthoudplaat van een bepaalde constructie toepassing vindt en die het mogelijk maakt de 30 Hall-generator met zijn bedrading met een zo klein mogelijk ruimte- 800 0 4 20 »· τ 2 lijk gebruik onder te brengen waarbij bij voorkeur een fluxgelei-dingsstuk toegepast wordt om de werking van de Hall-generator te verbeteren.

Van bijzondere betekenis voor de uitvinding is verder de 5 bevestiging van de buigzame magneet en de kwaliteit hiervan.

De magneet moet op doeltreffende wijze op tenminste één zijde - bij voorkeur op beide zijden - een metaalplaat of dergelijke hebben; een dergelijke metaalring bewerkstelligt dat het magnetische veld versterkt wordt.

10 Van wezenlijk belang voor de stator is om een werkzaam gebied (krachtlijnenconcentratie) te verkrijgen, dat wil zeggen dat de overgang niet te plotseling moet plaatsvinden omdat anders de concentratie van de krachtlijnen te plotseling plaatsvindt en de motor bijvoorbeeld onrustig kan lopen.

15 De uitvinding zal aan de hand van de tekening in het vol gende worden toegelicht.

Figuur 1 geeft een doorsnede door een motor volgens de uitvinding.

Figuur 2 geeft een plaatdoorsnede (voor de stator).

20 Figuur 3 geeft de uitvoering van de vasthoudplaat voor de

Hall-generator.

Figuur 4 geeft een schakelschema.

Figuur 5 geeft een bijzondere uitvoering van de Hall-generator (in aanzicht).

25 Figuur 6 geeft een bijzondere uitvoeringsvorm van een rotor (compleet) volgens de uitvinding in doorsnede.

Figuur 7 geeft het aanzicht van een stator (compleet) volgens de uitvinding.

De gelijkstroommotor met uitwendige rotor en zonder collector 30 kan zowel als aandrijfmotor apart alsook bij voorkeur als geïnte greerde motor van een axiale ventilator of dergelijke toepassing hebben. Hij wordt met een constante inductie B in het gebied van de polen en met smalle tussenruimten tussen de polen (bijvoorbeeld 10° 20°) uitgevoerd.

35 De uitwendige rotor bestaat (bijvoorbeeld figuur 1) uit 80 0 0 4 20

i "J

2«U

een rotorklok 1 met ingeperste as 2. De rotorklok 1 is vervaardigd uit een zwak magnetisch materiaal respectievelijk uit Alu-druk-gietmateriaal en dient tegelijk als een magnetische terugstroom-weg van de binnenliggende magneet. In de rotorklok 1 is een band-5 vormige kunststofmagneet 3 ingelegd. Deze kunststofmagneetband 3 kan extra met kleefstof aan de binnenwand van de rotorklok 1 vastgelegd zijn. Van wezenlijk belang voor de uitvinding is verder dat aan deze kunststofmagneetband 3 (strook) een dynamoblikpakket 18 (doeltreffend zonder groeven) toegevoegd is (zie figuur 6).

10 Het dynamoblikpakket 18 kan de lengte (gezien in de richting van de motoras) van de magneetband 3 hebben respectievelijk korter of langer zijn. Hij kan dikker, dezelfde of een kleinere dikte hebben dan de kunststofmagneet 3. Na het bewerken van de rotor, in het bijzonder van de luchtspleet tussen de magneet en de stator wordt 15 de magneet 3 overeenkomstig het poolaantal en de karakteristiek van de motor diametraal of radiaal gemagnetiseerd. Bij het magnetiseren moet voor een beter aanlopen van de motor een gefixeerde poolschuinte in acht genomen worden. De magnetisering kan na een gekozen karakteristiek sinusvormig, trapeziumvormig, naaldpulsvor-20 mig enz. plaatsvinden. De rotor kan uit dynamoblikpakketten en de klok uit Alu-drukgietmateriaal (het omgieten) vervaardigd zijn.

Door het dynamoblikpakket als magnetische terugstroomweg in vergelijking tot zwak magnetisch materiaal wordt een rendements-verbetering en een goedkopere vervaardiging verkregen. De Hall-25 generator krijgt, en dit is eveneens van wezenlijk belang voor de uitvinding, zijn signaal van de in de rotor gemagnetiseerde magneet. Dit signaal kan ook vanaf een gescheiden magneet, die nauwkeurig geplaatst is, komen. Deze magneet kan op de as of in het verlengde van de aanwezige magneet bevestigd worden.

30 Bovendien is het gunstig wanneer de transistoren of thyris- toren op de geleiderplaat, voor een betere warmte-afvoer in het motorhuis of in het ventilatorhuis ingebed zijn.

De inrichting van de bepaalde geleiderplaat aan de motor kan zo zijn dat de constructie-elementen eenmaal naar buiten en een-35 maal naar binnen wijzen.

800 0 4 20 V * 3

De rotorklok 1 kan ook een overeenkomstige magnetische ring uit hard magnetisch materiaal hebben. De kunststofmagneet 3 kan als ring vervaardigd (gespoten) toegepast worden (alnico, bariumferriet enz., isotroop, anisotroop enz). Te rotor kan bij-5 voorbeeld dus als radiaal gemagnetiseerd permanent gedeelte uit gevoerd zijn.

De stator bestaat uit afzonderlijke, gestanste en in pakket-vorm aangebrachte dynamoblikken. De vorm van de blikdoorsnede kan overeenkomen met die uit figuur 2 en bevat uitspringende polen. De 10 poolpunten kunnen tegenover elkaar liggend afge\3akt zijn (zie a/b in figuur 2). Daardoor verkrijgt men een voorkeursstand en de Hall-generator 15 kan in het midden van de pool, zonder verschuiven van een overeenkomstige hoek, aangebracht worden. De doorsnede-vorm kan ootyOerschillende meetkundige uitvoeringsvormen hebben.

15 De Hall-generator 15 kan ook aan een niet geleidend freem 15 in het midden of zijdelings bevestigd zijn. Dit freem 16 - met overeenkomstige bedradingen - wordt dan in de spleet aangebracht of in de spleet (poolscheiding) ingevoerd en van buitenaf (bijvoorbeeld aan de geleiderplaat 10) bevestigd.

20 In het overeenkomstig geïsoleerde dynamoblikpakket is de koperwikkeling 5 aangebracht.

De wikkelkopdrager 6 bestaat uit op de kopzijden aangebrachte buizen die bij voorkeur met de bedrijfsisolatie (groefisolatie) in één keer uit tegen grote warmte bestand thermoplastisch materiaal 25 gespoten zijn. Voor het opnemen van het leger 7 is in de binnen- boring van het dynamoblikpakket een statorbus 8 ingeperst.

Aan de rotorzijde wordt ter bescherming van de wikkeling en voor de kruip- en luchtwegveiligheid een wikkelkopbescherming 9 op het cilindervormige wikkelkopdraagdeel 6 geperst en in het ge-30 geven geval dicht gekookt of omgezet.

Aan de statorzijde (open rotorzijde) wordt de geleiderplaat 10 die van constructie-elementen voorzien is eveneens op het wikkelkopdragerdeel geperst. Het begin en de einden van de spoelen worden aan de overeenkomstig aangebrachte plaats gesoldeerd. Tege-35 lijk krijgt de geleiderplaat 10 de aansluitkabel.

80 0 0 4 20 » * 4

De krachtlijnen die uitgaan van de rotormagneet 3 worden door één of verschillende Hall-generatoren 15 opgenomen. De Hall-generator 15 stuurt alnaargelang de opgenomen magnetische flux de verdere op de geleideplaat 10 aangebrachte constructie-elementen.

5 Bij voorkeur worden Hall-generatoren 15 toegepast maar men kan ook andere sensoren zoals magneetschakelaars, inductiespoe-len, veldplaten, magneetdioden, Hall-geïntegreerde ketens enz. toepassen. Het regeldeel wekt door de magnetische flux en de richtingsverandering hiervan een regelsignaal op dat de stroom-10 omkering afhankelijk van de rotorstand regelt.

De Hall-generator 15 wordt bijvoorbeeld door middel van een vasthoudplaat 17 (figuur 3) op de geleiderplaat 10 bevestigd.

De vasthoudplaten 17 waarin de Hall-generator bijvoorbeeld ingelegd wordt bestaat uit thermoplastisch materiaal en heeft twee op-15 gespoten pennen voor vasthechting op de geleiderplaat 10.

In de vasthoudplaat 17 wordt een magnetisch geleidend juk gelegd dat de krachtlijnen concentreert en loodrecht op het oppervlak naar het Hall-plaatje voert.

De vier aansluitingen van de Hall-generator 15 worden in 20 de vasthoudplaat 17 naar de soldeerpennen gevoerd. Deze pennen worden weer aan het vrije einde aan de banen van de geleiderplaat 10 vastgesoldeerd.

De principiële uitvoering van de schakeling is te zien in figuur 4. De op de geleiderplaten 10 zittende constructie-elementen 25 veroorzaken een bepaald verliesvermogen dat in warmte omgezet wordt.

Deze warmte kan door toepassen van geleiderplaten 10 met een betere warmte-afvoer (Multiwire) bij voorkeur afgevoerd worden. Daardoor kunnen met dezelfde constructie-elementen grotere vermogens van de motoren verkregen worden. Bovendien wordt de geleiderplaat 30 10 met de aangebrachte constructie-elementen met kunsthars respec tievelijk isoleerlak ingegoten.

De hier beschreven uitvoeringen kunnen zinvol ook toegepast worden bij een motor met inwendige rotor.

Tot de uitvinding behoort verder ook de toepassing van een 35 Hall-generator met digitale uitgang. In dat geval is geen fluxge- 800 0 4 20 yr * 5 leiderstuk nodig. De Hall-generator wordt dan zonder vasthoudplaat rechtstreeks zoals ieder ander constructie-element aan een bepaalde plaats van de geleiderplaat gesoldeerd. Door de bijzondere karakteristiek van de Hall-generator met digitale uitgang kunnen 5 grotere toleranties bij de plaatsing in axiale en radiale richting evenals in de hoekstand toegelaten worden.

Daarmee verkrijgt men een rationelere vervaardiging.

Met deze nieuwe Hall-generator wordt verkregen dat men slechts met één Hall-generator bij een 1QQ% aanlopen uitkomt.

10 In figuur 7 is een volledige stator aangegeven evenals hoe deze in de rotorklok (figuur 6) ingezet zou moeten worden.

Men ziet de geleiderplaat 10 met de soldeerpunten 19 (Cu-banen).

Ook ziet men de elektronische constructieelementen 21 en bovendien is de Hall-generator 15, hier met digitale uitgang, aangegeven 15 tegenover de groefspleet 22 (pooldeling). En tenslotte kan men de koperwikkelingen 20 zien.

Met betrekking tot figuur 1 wordt opgemerkt dat de geleiderplaat bij de benedenste voorstelling buitenligt en de construc-tie-elementen binnen in tegenstelling tot de voorstelling in het 20 bovenste gebied (zie ook hiervoor figuur 7). In figuur 6 werd de rotorbus, in de as geperst^ met 23 aangegeven.

800 0 4 20

Claims

6 * ·*
1. Gelijkstroommotor met uitwendige rotor en zonder collector met opwekbaar elektromagnetisch wisselveld, waarvan de rotor voorzien is van tenminste één permanente magneet en middelen om 5 de in de wikkelingen geïnduceerde spanning te onttrekken, met het kenmerk, dat tenminste één Hall-generator (15, 15a) instelbaar en vergrendelbaar zijdelings of in het midden ten opzichte van de spleet (poolscheiding) aangebracht is.
2. Motor volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat aan 10 de Hall-generator (15, 15a) een fluxgeleidingsstuk (16) toegevoegd is dat bij voorkeur zijdelings ten opzichte van de permanente kunststof magneet (3) aangebracht is.
3. Motor volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de Hall-generator (15, 15a) bevestigd is aan 15 de geleiderplaat (10) welke de drukschakeling draagt.
4. Motor volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat hij een vasthoudplaat 17 bevat bevestigd aan de geleiderplaat (10) welke vasthoudplaat de Hall-generator draagt.
5. Motor volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de rotorklok (1) als brugstroomwegelement voor de binnenliggende magneet uitgevoerd is.
6. Motor volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het binnenoppervlak van de rotorklok (1) 25 tenminste over de breedte van de stator bekleed is met een buigbare kunststofmagneet (3).
7. Motor volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de kunststofmagneet (3) eerst na het bevestigen aan de rotorbinnenwand gemagnetiseerd wordt.
8. Motor volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de poolpunten afgevlakt zijn (bij voorkeur tegenover elkaar liggend).
9. Motor volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de vorm van de doorsnede overeenkomt met 35 een bekende meetkundige vorm. 80 0 0 4 20 7
10. Motor volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de Hall-generator (15, 15a) in het poolmidden aangebracht is.
11. Motor volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de poolpunten (12, 13) een radiale afstand 5 (11) ten opzichte van elkaar hebben.
12. Motor volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat aan de stator het materiaal (14) verwijderd is om het magneetveld op een werkzaam gebied te concentreren.
13. Motor volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat aan 10 de Hall-generator (15) een niet-geleidend freem (16a) (voet) aan gebracht is om hem in de spleet te kunnen aanbrengen.
14. Motor volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat tenminste een aan één zijde bij de magneet behorende metalen ring voor het versterken van de magnetische 15 flux is aangebracht.
15. Motor volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de Hall-generator door andere sensoren vervangen is, bijvoorbeeld een magnetische schakelaar, inductiespoelen, veldplaten, magneetdioden enz.
16. Motor volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de rotor uit een pakket van dynamoblik opgebouwd is.
17. Motor volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat in de rotor tenminste een (geplaatste) magneet 25 als signaalgever voor de Hall-generator aangebracht is.
18. Motor volgens conclusie 17, met het kenmerk, dat de magneet op de as of in de verlenging van de aanwezige magneet bevestigd is.
19. Motor volgens één van de voorgaande conclusies, 30 met het kenmerk, dat de transistoren of thyristoren op de geleider- plaat (voor een betere warmte-afvoer) in het motor- of ventilator-huis ingebed zijn.
20. Motor volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat tegen de kunststofmagneet (3) een dynamoblik- 35 pakket ligt. 800 0 4 20 * “· 8
21. Motor volgens conclusie 20, met het kenmerk, dat het dynamoblikpakket een kleinere lengte (gezien in de motoras-richting) heeft dan de kunststofmagneet.
22. Motor in hoofdzaak zoals beschreven in de beschrij- 5 ving en/of weergegeven in de tekening. 8000420 OCTROOIBUREAU VRIESENDORP & GAADE ANNO 1833 2514 BB ’S-GRAVENHAGE - TELEFOON 6147 2Γ - Dr. KUYPERSTRAAT 6 's-Gravenhage, 2 6 * 1980 O.A.No. 80.00U20 ..- .. -.,. ebm Elektrobau Mulfingen GmbH & Co. Aan de Octrooiraad, f^Tv. θ·. "I* ^*1 Vooronderzoek 1— - η te 1 2 δ to' , Ri.isvi.ik (Ζ-Η) L——--1 Hierbij doe ik ϋ enigszins gewijzigde fig. 2 en 5 toekomen. In fig. 2 werd het vervijzingscijfer 15 geschrapt. In fig. 5 vormt het linkerdeel het zijaanzicht 5 van het rechterdeel. Het vervijzingscijfer 3 werd veranderd in 3a en is dus niet meer een kunststofmagneet maar kunststofmateriaal (isolatiemateriaal}. Om verder een misverstand te voorkomen merkt 10 . aanvrager nog op dat de rotorklok 1 uit zacht magnetisch materiaal ver vaardigd moet zijn. Ik verzoek U daarom op blz. 2a regel 2 van de oorspronkelijke beschrijving in plaats van "zwak", "zacht" te willen lezen. Het is dan niet nodig een pakket (l8) uit dynamo- blik aan te brengen.
15 Het is echter eenvoudiger en goedkoper de rotor klok 1 uit een stuk te vervaardigen uit Alu-drukgietmateriaal maar waarbij dan tegelijk dynamoblikpakket ingegoten wordt daar het Alu-drukgietmateriaal op zichzelf niet magnetisch geleidend is. Tenslotte merkt aanvrager nog op dat fig. 1 twee uit- 20 voeringsvormen toont. In het bovenste deel zitten de halfgeleiders aan de buitenzijde (daarom is de geleiderplaat meer naar binnen geplaatst). In het benedendeel zitten de halfgeleiders aan de binnenzijde tegen de geleiderplaat 10.
25 De geleiderplaat 10 is hier dus meer naar buiten getrokken. De Gemachtigde, Medezenden: // j, /0 / fig. 2 en 5 in duplo / rf/> J . 800 0 4 20 iïAm ^ · TH/IH ...f) —'---