DE2026025B2 - Gleichstrom-kleinmotor - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Gleichstrom-Kleinmotor mit einem mehrschenkeligen Anker mit Ankerwicklungen und einem Kommutator.

Derartige Motoren werden für tragbare Plattenspieler, kleine Tonbandgeräte, Autostereogeräte u. dgl. verwendet. Für das Einregeln konstanter Mo tordrehzahlen sind derartige Gleichstrom-Kleinmotoren mit transistorbestückten elektronischen Drehzahlreglern oder Zentrifugaldrehzahlreglern versehen. Diese Zusatzeinrichtungen des Motors vergrößern den Platzbedarf. Das ist aber bei derartigen Kleinmotoren für Kleingeräte unerwünscht.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, bei Aufrechterhaltung der gewünschten Motoreigenschaften die Abmessungen eines Gleichstrom-Kleinmotors durch Einbeziehung der Regelorgane in den Motor selbst zu vermindern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Anker einen ankerwicklungsfreien Hilfsschenkel aufweist, der Hilfselemente für die Drehzahlregelung des Motors trägt, und daß der Kommutator in zumindest so viele Kommutatorlamellen unterteilt ist, wie der Anker Schenkel hat.

Die Ankerwicklungen auf den verbleibenden Schenkeln ergeben das übliche Laufverhalten des Gleichstrom-Kleinmotors. Die erforderlichen Zusatzeinrichtungen können auf dem Hilfsscaenkel untergebracht werden, ohne daß dadurch auch nur die mindeste Vergrößerung der Gesamtabmessungen des Gleichstrom-Kleinmotors erforderlich würde. Man erhält so einen für die eingangs beschriebenen Anwend mgen in seinen Eigenschaften bestens geeigneten Motor mit äußerst geringen Gesamtabmessungen.

Die Erfindung wird nun an Hand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine Stirnansicht eines Ankers eines erfindungsgemäßen Gleichstrom-Kleinmotors,

F i g. 2 einen Schnitt in Ebene X-X in F i g. 1,

F i g. 3 die Schaltung des Ankers nach F i g. 1 und 2,

Fig.4 einen Schnitt durch einen weiteren erfindungsgemäßen Gleichsirom-Kleinmotor,

F i g. 5 eine Stirnansicht des Ankers des Motors nach F i g. 4,

F i g. 6 die Schaltung des Ankers nach F i g. 4 und

F i g. 7 eine graphische Darstellung zum Vergleich des durch den erfindungsgemäßen Motor nach F '·. g. 4 und 5 erzeugten Drehmoments mit dem eines herkömmlichen Motors,

F i g. 8 eine Stirnansicht einer weiteren Ausführungsform eines Ankers des erfindungsgemälien Motors,

F i g. 9 eine Seitenansicht des Ankers nach F i g. 8, und

Fig. 10 die Schaltung des Ankers nach Fig. 8 und 9.

Bei einem mit einem Zentrifugaldrehzahlregler versehenen bekannten Gleichstrom-Kleinmotor ist die Ankerwicklung über alle Pole des Ankerkerns gewickelt. Bei dieser Konstruktion, bei der der Zentrifugaldrehzahlregler in einem axialen Abstand vom Ankerkern auf der Drehwelle befestigt ist, ist der Motor ziemlich groß.

Es sind noch andere Gleichstrom-Kleinmotoren bekamt, bei denen der Zentrifugaldrehzahliegler durch einen transistorbestückten elektronischen Drehzahlregler ersetzt ist. Bei einem solchen Motor wird au3 Widerständen und den Ankerwicklungen eine Brückenschaltung gebildet. Veränderungen in der Drehzahl des Ankers verändern die der Motordrehzahl entsprechende, durch gegenelektromotorische Kräfte über die Ankerwicklungen induzierte Spannung in der Brückenschaltung, wodurch die einen Transistor triggernde Scnwellenspannung und dadurch die einen zwischen die Brückenschaltung und die Gleichspannungsquelle geschalteten zweiten Transistor triggernde Schwellenspannung verändert werden. Dadurch wird die Motordrehzahl auf einen konstanten Wert gesteuert. Bei dieser Motorkonstruktion, bei der die der Motordrehzahl entsprechende Spannung durch die Bürsten abgenommen wird, bewirkt der Spannungsabfall zwischen den Bürsten ur.d dem Kommutator Ungenauigkeiten. Auch bei Funkenbildung zwischen dem Kommutator und den Bürsten wird die Drehzahlsteuerung unstabil.

Die F i g. 1 bis 3 zeigen eine Ausführungsform eines erfindungsgemaSen Ankers, bei dem ein Zentri-

fugal-Drehzahlregler im Ankerkern befestigt ist. Der Anker weist eine Motorwelle 91 auf, die einen Ankerkern mit jeweils mit Ankerwicklungen 92 a und 92 b versehenen Hauptpolen 93 a und 93 b und mit einem Hilfspol 94 ohne Ankerwicklung trägt. Der Hilfspol 94 ist mit einem Loch 95 versehen, in dem ein Isolierstück 96 befestigt ist, das einen mit einem beweglichen Kontakt 97 und einem feststehenden Kontakt 98 versehenen Zentrifugal-Drehzahl-Regler trägt. An der Motorwelle 91 ist ein Kommutator 99 (F i g. 2) befestigt, der aus vier Kommutatorlamellen 100 bis 103 (Fig. 3) besteht und mit Bürsten 104 und 105 zur Herstellung einer Verbindung mit einer Gleichspannungsquelle 106 in Kontakt steht. Die Kommutatorlamellen 100 bis 103 sind in zwei Gruppen eingeteilt, und zwar in eine Gruppe, die aus den Lamellen 100 und 102 besteht, und in eine aus den Lamellen 101 und 103 bestehende Gruppe. Jede die-.M.T Lameüengruppen umfaßt eine größere Lamelle 102 bzw. 103 und eine kleinere Lamelle 100 bzw. !Öl derart, daß die Lamellen 100 und 101 nicht gleichzeitig in Kontakt mit den Bürsten 104 bzw. 105 kommen. Die Ankerwicklung 92« ist zwischen die Kommutatorlamellen 102 und 100 geschaltet, während die Ankerwicklung 92 b mit den Kommutatorlamellen 103 und 101 verbunden ist. Die Regler-Kontakte 97 und 98 sind jeweils mit den KommuU torlamellen 100 bzw. 101 verbunden. Wenn im Betrieb die Drehzahl des Ankers geringer als ein vorbestimmter Wert ist, sind die Regler-Kontakte geschlossen, so aaß Strom von der Gleichspannungsquelle 106 über die Bürsten 104 und 105 und die Kommuiatorlamelleii 100 bis 103 durch die Ankerwicklungen 92 a und 92 b fließt, wodurch Spannungen in die Ankerwicklungen 92 α und 92 b inJuziert werden und die Drehzahl des Ankers erhöht wird. Der Drehzahlregler läuft mit dem sich drehenden Ankerkern um, so daß die Regler-Kontakte 97 und 98, wenn die Motordrehzahl den vorbestimmten Wert übersteigt, geöffnet werden, wodurch der Strom von den Ankerwicklungen 92 α und 92 b abgeschaltet wird und die Motordrehzahl verringert wird. Auf diese Weise kann die Motordrehzahl durch ein einziges Reglerkonraktpaar mit großer Präzision auf dem vorbestimmten Wert gehalten werden. Eine Rückdrehung des Ankers kann durch Verändern der Polarität der Gleichspannungsquelle 106 erzielt werden. Da der Drehzahlregler in dem keine Ankerwicklung aufweisenden Hilfspol des Ankers angeordnet ist, werden die Axialmrße des Ankers und damit die Größe des Motors gegenüber einem bekannten Motors mit Zentrifugal-Drehzahlregler verringert.

Die F i g. 4 bis 6 zeigen eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gleichstrom - Kleinmotors, bei dem der Zentrifugal-Drehzahlregler durch einen transistorbestückten elektronischen Drehzahlregler ersetzt ist. Der Motor weist eine Motorwelle 121 auf, an der ein mit Magnet 122 versehener Außenrotor 123 befestigt ist, und die in einer Nabe 125 eines Innenstators mit einem Flansch 124 gelagert ist. Der Innenstator weist einen Ankerkern 126 mit zwei mit einer Ankerwicklung 127 versehenen Polen und einem eine Spule 128 zum Feststellen der Motordrehzahl aufweisenden und mit einem Loch 129 versehenen Hilfsschenkel aaf. An der Nabe 125 ist ferner ein Flansch 130 befestigt, der einen Kommutator 131 und Schleifringe 132 und 133 trägt. Am Rotor 123 sind mit dem Kommutator 131 in Kontakt stehende Kommutatorbürsten 134 und 155 und jeweils mit einem Schleifring in Kontakt stehende Netzanschlußbürsten 136 und 137 vorgesehen. Die beiden Ankerwicklungen 127 (F i g. 6) sind in V-Form mit den La-

mellen des Kommutators 131 verbunden. Die Spule 128 zum Feststellen der Motordrehzahl ist einerseits über die eine Motorklemme an die Gleichspannungsquelle 140 und andererseits an den Emitter eines Transistors 138 geschaltet, dessen Kollektor mit dem

ίο Schleifring 132 leitend verbunden ist. Eine Diode 139 ist zwischen die obengenannte Motorklemme und die Basis deb Transistors 138 geschaltet. Der Transistor 138 und die Diode 139 sind im Loch 129 des Hilfsschenkels untergebracht. Wenn mehrere Transistoren und ferner Widerstände und Kondensatoren eingebaut werden sollen, können diese in einer miniaturisierten integrierten Schaltung zusammengefaßt werden, die ebenfalls ' a Loch 129 untergebracht wird. Die Diode 139 dieni sowohl zum Erzielen einer Bezugsspannung als auch zum Ausgleichen einer Temperaturveränderung im Transistor 138. Wenn im Betrieb die Motordrehzahl erhöht wird, wirJ die Amplitude und die Frequenz der in die Spule zum Feststellen der Motordrehzahl induzierten Spannung erhöht, und wenn eine vorbestimmte Motordrehzahi erreicht worden ist. wird der Transistor 138 ausgeschaltet, um die Motordrehzahl konstant zu halten.

Die Drehmoment-Kennlinie eines Motor« der obigen Art in Abhängigkeit von der Position des Stators zum Rotor ist in Fig. 7 dargestellt, worin die gestrichelte Kurve die Drehmoment-Kennlinie für den Motor nach F i g. 4 und die durchgehende Kurve die Drehmoment-Kennlinie eines entsprechenden bekannten Motors bezeichnen. Wie diese Figur zeigt, wird mit dem erfindungsgemäßen Motor fast das gleiche Drehmoment bei gleicher Laufgleichmäßigkeit erreicht wie bei dem bekannten Motor.

Aus der obigen Beschreibung ergibt sich, daß bei dem in den F i g. 4 bis 6 dargestellten erfindungsgemäßen Motor die in der Spule r:um Feststellen der Motordrehzahl induzierte Spannung einen direkten Einfluß auf den Steuertransistor ohne Vermittlung der Bürsten und Kommutatorlamellen ausübt, so daß es nicht notwendig ist, eine Brückenschaltung zu bauen und auch bei abgenutzten Bürsten und Kommutatorlamellen eine genaue Einregelung der vorgegebenen Drehzahl erzielt wird.

Die Fig. 8 bis 10 zeigen eine weitere Ausfüh-

rungsform des erfindungsgemäßen Motors. Hierbei weist der Anker eine Motorwelle ICl auf, an der ein Ankerkern befestigt ist, der mit Hauptpolen 183 und 183', die jeweils eine Ankerwicklung 182 bzw. 182' aufweisen, and mit einem Hilfspol 185 versehen ist,

auf den eine aus nur wenigen Windungen bestehende Spule 184 zum Aufnehmen eines Entladungsstromes gewickelt ist. An der Motorwelle 181 sind ferner ein Zentrifugal-Drehzahlregler 186 mit einem beweglichen Kontakt 187 und einem feststehenden Kontakt

188 und ein au j vier Lamellen 190 bis 193 bestehender Kommutator 189 befestigt. Die Kommutatorlamellen 190 und 191 sind so bemessen, daß sie nicht gleichzeitig mit Bürsten 194 bzw. 195 in Kontakt gebracht werden. Zwischen die Kommutatorlamellen 191 und 192 ist die Ankerwicklung 182 und zwischen die Kommutatorlamellen 190 und 193 eine aus der Ankerwicklung 182' und der Spule 184 zum Aufnehmen des Entladungsstroms bestehende Reihen-

schaltung geschaltet. Die Kontakte 187 und 188 des Reglers sind zwischen den Kommutatorlamellen 190 und 191 mit der Spule 184 zum Aufnehmen des Entladungsstromes in Reihe geschaltet. Kondensatoren 197 und 198 sind jeweils mit den Kommutatorlamellen 190 und 191 bzw. 192 und 193 verbunden.

Wenn im Betrieb die Drehzahl des Ankers gering ist, sind die Regler-Kontakte 187 und 188 geschlossen, so daß Strom von einer Gleichstromquelle 196 über die Bürsten 195 und 194 und die Kommutatorlamellen 190 bis 193 durch die Ankerwicklungen 182 und 182' fließt, wodurch die Ankerdrehzahl erhöht wird. Wenn die Motordrehzahl einen vorbestimmten Wert übersteigt, werden die Regler-Kontakte 187 und 188 geöffnet, wodurch der Ankerstrom unterbrachen und so die Motordrehzahl verringert wird. Somit wird durch die Schließ- und Unterbrechnungstätigkeit der beiden Regler-Kontakte 187 und 188 die Einregclung einer äußerst präzisen Motordrehzahl erzielt. Die Kondensatoren 197 und 198 dienen zum Verhindern eines Bürstenfeuers zwischen den Bürsten 194 und 195 und den Kommutatorlamellen 190 bis 193. Der Kondensator 198 wird über die Ankerwicklungen 182 und 182' und die Regler-Kontakte 187 und 188 entladen, wobei jedoch die Regler-Kontakte 187 und 188 keine nachteiligen Wirkungen durch die Induktivität der Ankerwicklungen 182 und 182' erleiden. Andererseits wird der Kondensator 197 über die Spule 184 zum Aufnehmen des Entladungsstroms und die Regler-Kontakte 187 und 188 entladen. Wenn die Regler-Kontakte 187 und 188 direkt über den Kondensator 197 ohne die Spule 184 zum Aufnehmen des Entladungsstroms verbunden sind, leiden sie unter dem Entladungsstrom des Kondensators 197, wodurch die Drehzahlstabilität verschlechtert wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Gleicnstrom-Kleinmotor mit einem mehrschenkeligen Anker mit Ankerwicklungen und einem Kommutator, dadurch gekenn zeichnet, daß der Anker (2; 126; 157) einen ankerwicklungsfreien Hilfsschenkel (4; 44; 94; 185) aufweist, der Hilfselemente (96 bis 98; 128; 159; 184) für die Drehzahlregelung des Motors trägt, und daß der Kommutator (6; 48; 99; 131; 161; 189) in zumindest so viele Kommutatorlamellen (7 bis 9; 49 bis 51; 51'; 49'; 50', 51"; 100 bis 103; 190 bis 193) unterteilt ist, wie der Anker Schenkel hat.

2. Gleich^ctroni-Xleinmctor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsschenkel einen Motordrehzahl-Schaltregler (96, 97, 98) trägt.

3. Gleichstrom-Kleinmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsschenkel ein Fenster (95; 129) aufweist, in das der Motordrehzahl-Schaltregler eingesetzt ist.

4. Gleichstrom-Kleinmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsschenkel eine Spule (128; TS9) zum Feststellen der Motordrehzahl trägt, deren zur Motordrehzahl proportionale Ausgangsspannung als Steuerspannung an ein Halbleiterbauelement (139; 170) gelegt ist, durch das der durch die Ankerwicklungen fließende Strom fließt.

5. Gleichstrom-Kleinmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsschenkel eine Entladungsspule (184) trägt, daß eine Kommutatorlamelle zweigeteilt ist (51, 51'; 100, 101; 190, 191), daß die Entladungsspule über einen Motordrehzahl-Schaltregler zwischen die Einzellamellen der zweigeteilten Kommutatorlamelle geschaltet ist und daß die übrigen Kommutatorlamellen in zwei Gruppen eingeteilt sind, zwischen deren Lamellen je eine Ankerwicklung geschaltet ist.