DE2560231C2 - Langsamlaufender kollektorloser Gleichstrommotor mit einem Scheibenrotor - Google Patents

Description

Fig.3 eine bevorzugte Variante der Spulenanordnung bei einem 8poligen kollektorlosen Gleichstrommotor,

F i g. 4 eine schematische Darstellung zur Erläuterung von F i g. 3.

Gleiche und gleichwirkende Teile werden in den einzelnen Figuren jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen und gewöhnlich nur einmal beschrieben.

F i g. 1 zeigt in stark vergrößertem Maßstab einen 8poligen kollektorlosen Gleichstrommotor 10, der als in sogenannter Scheibenläufer ausgebildet ist und vorzugsweise zum Direktantrieb von Plattenspielern dient. Die Motorwelle 11 dient dabei direkt zur Zentrierung der Schallplatten auf dem (nicht dargestellten) Plattenteller.

Der Motor 10 hat ein Druckgußgehäuse 12 (z. B. Zink oder Aluminium) mit einem Lagerrohr 13, in dessen Innerem zwei Sinterlager 14 und 15 und dazwischen ein j.ur Speicherung von Öl dienender Filzring 16 angeordnet sind. Wie dargestellt dienen die Sinterlager 14 und 15 zur genauen radialen Lagerung der Welle 11.

Unten geht das Lagerrohr 13 über in eine ν Bodenplatte 17 des Gehäuses 12, und diese hat am 'Außenumfang zunächst eine balkonartige Erhöhung 18 und geht dann über in einen Gehäuserand 19, der sich bis über den Rotor 20 nach oben erstreckt Außen am Gehäuserand 19 sind drei Befestigungsaugen 23,24 und 25 vorgesehen.

Unten hat die Bodenplatte 17 einen rohrartigen Fortsatz 26, an dessen unterem Rand ein Trageglied 27 für das untere Axiallager 28 der Welle 11 befestigt ist, z. B., wie dargestellt, durch Umbiegen des unteren Randes 29 des Teils 26 oder auch z. B. durch Verschraubung. Das Trageglied 27 ist als tiefgezogener Becher ausgebildet und dient zur Aufnahme eines nur strichpunktiert angedeuteten Teils 30, z. B. eines Zahnrades oder einer Kurvenscheibe, wie sie zum Antrieb von Hilfsgeräten eines Plattenspielers regelmäßig benötigt werden. An der Unterseite des Bodens 17 ist eine Scheibe 33 aus weichmagnetischem Material befestigt, z. B. aus Mu-Metall; diese Scheibe soll Streuflüsse vom Motorteil zu einem mit 34 bezeichneten Tachogenerator verhindern.

Der vom Motor axial getrennte Tachogeneratorteil weist ein etwa trogförmiges Teil 35 aus weichmagnetischem Material auf, dessen Außenrand 36 und Innenrand 37 nach unten ragt. Dieses Teil ist an Vorsprüngen 38 des Gehäusebodens 17 befestigt, und zwar exakt zentrisch zur Motorlängsachse 39. Dies wird in vorteilhafter Weise mittels eines in das Sinterlager 15 eingeführten, nicht dargestellten Zentrierwerkzeugs erreicht. Unterhalb des Teils 35 ist eine Meßspule 42 befestigt, oberhalb desselben eine Kompensationsspule 43 neben der Meßspule 42. Die Spulen 42 und 43 sind gegensinnig in Reihe geschaltet, so daß ein vom Motorteil ausgehender Streufluß beide Spulen durchsetzt und in beiden Spulen entgegengesetzte, aber dem Betrag nach gleiche Spannungen induziert, die sich gegenseitig aufheben, so daß ein solcher Streufluß die Tachometerspannung nicht beeinflußt. Die beiden Anschlüsse der in Reihe geschalteten Spulen 42 und 43 sind bei 44 aus dem Gehäuse 12 herausgeführt.

Innerhalb des Innenrandes 37 und mit radialem Abstand von diesem ist auf der Welle 11 eine Buchse 45 aus weichmagnetischem Material befestigt, die als Teil des magnetischen Rückschlusses des Tachogenerator 34 dient. Unterhalb der Buchse 45 liegt ein Lagerring 46 und unter diesem ist auf der Welle 11 ein Sprengring 47 befestigt, auf dem seinerseits eine weichmagnetische Scheibe 48 aufliegt, die an ihrem Umfang mit z. B. 200 Zähnen 49 versehen ist, weiche eine genaue gleiche Zahnteilung aufweisen. Die Innenbohrung dieser Scheibe 48 ist genau zentrisch zum Außenrand der Scheibe und sitzt satt auf der Welle 11 auf, so daß der Spalt zwischen dem Rand der Scheibe 48 und dem Außenrand 36 an allen Stellen praktisch gleich groß ist Unterhalb der Scheibe 48 Hegt ein Halte- und Mitnehmerglied 52, das auf der Welle 11 befestigt ist und einen Mitnehmer 53 für die Scheibe 48 aufweist. Unter dem Glied 52 liegt das Zahnrad 30.

Am Innenumfang des Außenrandes 36 ist ein radial magnetisierter Magnetring 54 befestigt, der auf seinem Innenumfang nebeneinander und im gleichen Abstand voneinander 200 gleichnamige Pole (z. B. 200 Südpole) aufweist, also homöopolar magnetisiert ist. Sein magnetischer Kreis schließt sich also über den Außenrand 36, den Boden 35, den Innenrand 37, die Buchse 45 und die Zahnscheibe 48. Dreht sich die Zahnscheibe 48 im Betrieb mit der Welle 11, so schwankt der in diesem magnetischen Kreis fließende Magnetfluß mit einer sehr hohen Frequenz, und dieser Fluß ist mit der Meßspule 42 verkettet und induziert in ihr eine relativ hochfrequente Meßspannung, nicht dagegen in der Kompensationsspule 43. Man erhält also an den Leitern 44 eine Meßspannung, die — dank Abschirmscheibe 33 und Kompensationsspule 43 — weitgehend frei von vom Motorteil induzierten Streuspannungen ist.

Auf der balkonartigen Erhöhung 18 sind, wie in F i g. 2 dargestellt, vier Statorspulen 57, 58, 59, 60 angeordnet, die als Rundspulen ausgebildet sind, jeweils zweidrähtig gewickelt sind und voneinander die in F i g. 2 angegebenen Winkelabstände aufweisen.

Ihr Durchmesser beträgt, wie dargestellt, jeweils etwa 1,4 Polteilungen. Diese Spulen sind sogenannte Backdrahtspulen, d. h. ihre Drähte sind miteinander verbakken und bilden so einen sehr stabilen Spulenverbund, der auch größeren Biegekräften wiederstehen kann, insbesondere den bei der Montage und Demontage auftretenden, nicht unerheblichen Magnetkräften des Rotors 20.

Der Rotor hat eine im Betrieb rotierende, untere, sogenannte Rückschlußscheibe 63 aus Weicheisen.

Die Hallgeneratoren in Fig.2 haben voneinander einen Abstand von 90°el.; Der Hallgenerator 77 hat zur Mitte der Spule 57 und der Hallgenerator 76 hat zur Mitte der Spule 60 jeweils einen Abstand von 180° el. Die Leiterplatte 75 und die vier Spulen liegen in derselben Ebene, nämlich in der Luftspaltebene des Rotors 20.

Der obere Teil des Rotors 20 weist einen axial magnetisieren Magnetring 90 auf, der mit acht Polen magnetisiert ist, von denen in Fig. 1 zwei angedeutet sind. Dieser Ring 90 ist auf einer Trageplatte 91 aus Eisen aufgeklebt, an deren Umfang fünf Mitnehmer 92 aus Aluminium befestigt sind, deren Oberseiten etwas höher sind als der Gehäuserand 19. Die Platte 91 ist in ihrer Mitte an einem glockenförmigen Distanzstück 93 befestigt, das seinerseits auf die Welle 11 aufgepreßt ist. Die Welle 11 wird zur Montage in das Lagerrohr 13 eingeführt und dabei zieht der Magnet 90 die Rückschlußscheibe 63 an, so daß sich diese, wie dargestellt, gegen den unteren Rand des Distanzstückes 93 legt, wozu die Scheibe 63 zweckmäßig durch eine entsprechende Gehäuseöffnung von außen geführt wird. Das glockenförmige Distanzstück 93 umgibt dann mit

Abstand das Lagerrohr 13 und kann sich um dieses herumdrehen.

In der F i g. 2 bilden die Spulen 57 bis 60 vier Stränge, und zwar ist die Spule 57 mit der Spule 59 zweidrähtig in Reihe geschaltet, ebenso die Spule 58 mit der Spule 60. <; Die Spulen 57 und 59 bilden also — infolge ihrer zweidrähtigen Wicklung — zwei Stränge, ebenso die Spulen 58 und 60. Die zusammengehörenden Spulen sind jeweils gleichsinnig geschaltet, d. h., wenn z. B. durch einen Draht der Wicklungen 57 und 59 ein Strom ι ο fließt, erzeugen z. B. beide an ihrer Oberseite einen Süd- und an ihrer Unterseite einen Nordpol. Bei der in F i g. 2 dargestellten symmetrischen Spulenanordnung ist eine solche Schaltungsweise erforderlich, was aber den Nachteil hat, daß der Streufluß im Tachogeneratorteil 34 dabei relativ groß wird.

Das Ausgangssignal des Tachogenerators 34 wird verstärkt. Die Frequenz farn Ausgang des Verstärkers wird in eine Istwert-Spannung u umgeformt. Dies wird in einem Tiefpaß-Filter geglättet und mit einem Sollwert in einem Vergleicher verglichen, dessen Ausgangssignal in einem Verstärker verstärkt und dem Eingang eines Transistors 109 zugeführt wird, welcher den Motorstrom so steuert, daß die Motordrehzahl genau auf dem gewünschten Wert z. B. 33V"3 Umdrehungen pro Minute, gehalten wird.

Zur Verringerung des von der Statorwicklung hervorgerufenen Streuflusses bei einem 8poligen Motor (bzw. in analoger Abwandlung bei einem Motor mit 16 oder 24 Polen) eignet sich besonders gut eine Spulenanordnung gem. Fig.3. Die Leiterplatte 75 und die Spulen 57 und 58 sind gleich angeordnet wie bei Fig. 1 und 2. Dagegen sind die beiden anderen Spulen 120 und 121 direkt fortlaufend nach den Spulen 57 und 58 angeordnet, d.h. es liegen jeweils 270°el. zwischen den Spulen 57 und 58,58 und 120 sowie 120 und 121. Bei dieser Anordnung werden in Reihe geschaltet die die Spulen 57 und 120 einerseits sowie 58 und 121 andererseits und zwar, wie dargestellt, jeweils zweidrähtig und gegensinnig, d. h. wenn z. B. durch den Strang 122 (Spulen 57 und 120) ein Strom fließt, erhält die Spule 57 auf ihrer Oberseite einen Südpol, die Spule 120 auf ihrer Oberseite dagegen einen Nordpol. Es werden also jeweils ungleichnamige Pole erzeugt und dadurch wird der Streufluß zum Tachogenerator 34 ganz wesentlich reduziert, so daß bei den meisten Anwendungsfällen die Abschirmplatte 33 vollauf genügt und die Kompensationsspule 43 entfallen kann, was eine wesentliche Vereinfachung bedeutet und auch eine kürzere Bauweise des Motors ermöglicht.

F i g. 4 zeigt schematisch die Wirkung der Anordnung gem. Fig.3. Die Spulen 57 und 58 und 120 sind hier in abgewickelter Form zwischen dem Magnetring 90 und der Rückschlußscheibe 63 dargestellt. Man erkennt, daß der Fluß durch die Spule 57 hier entgegengesetzt ist zu dem Fluß durch die mit der Spule 57 in Reihe geschaltete Spule 120 und dasselbe gilt natürlich analog für die Spulen 58 und 121. Der Streufluß wird hierdurch wesentlich reduziert. Die Unsymmetrie der Anordnung relativ zur Rotorachse wirkt sich bei guter Lagerung nicht störend aus.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Langsamlaufender kollektorloser Gleichstrommotor mit einem Scheibenrotor, in dessen flachem Luftspalt eine eisenlose Statorwicklung angeordnet ist zum Antrieb von Signalaufnahme- und/oder Wiedergabegeräten, insbesondere zum Direktantrieb eines Plattenspielers mit einem mit der Welle des Scheibenrotors koaxialen Tachogenerator, der eine zur Welle koaxiale und von dieser durchdrungene Meßspule aufweist, in welcher durch mit ihr verkettete drehzahlabhängige Magnetnußänderungen eine Spannung induzierbar ist, deren Frequenz von der Drehzahl des Scheibenrotors abhängig ist, gekennzeichnet durch eine zur Welle und zur Meßwicklung koaxiale Kompensationsspule, welche im wesentlichen mit denselben Streuflüssen verkettet ist wie die Meßspule, nicht aber mit den die Meßspule beeinflussenden, drehzahlabhängigen Magnetflußänderungen und daß die Ausgangssignale J- der beiden Spulen einanderüberlagerbar sind.

2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßspule (42) und die Kompensationsspule (43) gegensinnig in Reihe geschaltet sind.

3. Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßspule (42) und die Kompensationsspule (43) im wesentlichen identisch ausgebildet ist.

4. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßspule (42) und die Kompensationsspule (43) nebeneinander angeordnet sind.

5. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, insbesondere einem solchen, bei welchem der Tachogenerator (34) einen stationären, homöopolaren Ringmagnet (54) und ein relativ zu diesem drehbares, mit der Motorwelle (11) verbundenes und mit einer Zahnung (49) versehenes Teil (48) aufweist, ferner ein Rückschlußelement (trogförmiges Teil 35) für den Betrieb in dem mit der Zahnung versehenen Teil (48) entstehenden variablen Magnetfluß und wobei die Meßspule (42) innerhalb des von dem Ringmagnet (54), dem mit der Zahnung versehenen Teil (48) und dem Rückschlußelement gebildeten magnetischen Kreis angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationsspule (43) außerhalb des magnetischen Kreises des Tachogenerators angeordnet ist.

6. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Motor (10) und dem Tachogenerator (34) eine magnetische Abschirmung, z. B. eine Scheibe (33) aus Transformatorenblech oder Mu-Metall, angeordnet ist (F i g. 1).

7. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verringerung der von der Statorwicklung zum Tachogenerator (34) abgestrahlten Streuflüsse, insbesondere über die Motorwelle, die Spulen (57,58,120,121) der Statorwicklung versetzt angeordnet sind und daß sie jeweils paarweise (57 und 120, 58 und 121) so bestromt werden können, daß sie Magnetflüsse entgegengesetzter Richtung erzeugen (F i g. 4).

65 Die Erfindung betrifft einen Motor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der US-PS 34 02 333 ist ein derartiger Motor bekannt Dabei ist der Tachogenerator in Form einer sogenannten Wellenwicklung im Arbeitsluftspalt des Motors angeordnet Bei dieser bekannten Anordnung 'wird die Frequenz der drehzahlproportionalen induzierten Spannung des Tachogenerators ausgewertet

Eine ähnliche Motoranordnung ist Gegenstand der DE-OS 21 43 752. Dort werden zur Drehzahlregelung Spannungen aus der Motorwicklung in den arbeitsstromfreien Pausen induziert, die zur Drehzahl-Istwerterfassung dienen. Man benötigt dort für eine qualitativ gute Tachogeneratorspannung aber eine relativ komplizierte Wicklung.

Andererseits hat es sich gezeigt, daß bei Motoren der gattungsgemäßen Art starke Streufelder entstehen, die sich außerdem in der Motorwelle überlagern, so daß die Verwendung von angebauten Tachogeneratoren problematisch ist, weil die Streufelder von der Statorwicklung her und gegebenenfalls auch von anderen Quellen her äußerst störend wirken: man benötigt z. B. teure Abschirmungen des Tachogenerators o. ä. Häufig wirkt ■ die Welle des Motors bei solchen Anordnungen ähnlich wie eine Empfangsantenne für Störfelder, und bei langsamlaufenden Motoren ist das zusätzlich besonders deshalb von Bedeutung, weil dann tachogeneratorische Drehzahl-Istwert-Signale nur ein relativ geringes Nutzsignal erzeugen.

Aus der DE-PS 21 65 087 ist zwar ein Drehzahlgeber bekannt, der bei Gleichstromspeisung zur Erregung ein drehzahlproportionales Signal induziert, welches z.T. störfeldkompensiert ist. Die Tacho- und die Kompensatiorswicklung sind dort nicht voll drehsymmetrisch, sondern in halbkreisartig angeordnete Elemente aufgeteilt und gemischt angeordnet, indem die Kompensationswicklung und die tachogeneratorische Wicklung einander durchsetzen. Eine Koaxialität zu einem Elektromotor, insbesondere zu einem Gleichstrommotor, ist nicht offenbart. Die Tachogenerator- und die Kompensationswicklung sind jeweils innerhalb und außernalb des magnetischen Kreises des Tachogenerators angeordnet. Es ist dort zur optimalen und u. U. nicht einmai vollkommenen Kompensation eine zusätzliche Justierung nötig. Außerdem kann mit dieser Anordnung eine vollständige Kompensation nur bei homogenen Feldern erreicht werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem gattungsgemäßen axial kompakt gebauten Gleichstrommotor ein störungsfreies, drehzahlproportionales Signal (also von möglichst hohem Nutzwert) zu erzeugen.

Die Aufgabe wird mit den im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Mitteln gelöst.

Wenn bei solchen Motoren die zu einer Gruppe gehörenden Spulen einander diametral gegenüberliegen und diametral einander gegenüberliegende Rotorpole vorhanden sind, entstehen von den Statorspulen her sich einander überlagernde Streufelder, in verstärktem Maße insbesondere in der Motorwelle.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines Motors nach der Erfindung,

F i g. 2 einen Schnitt, gesehen längs der Linie IMI der Fig. 1,