DE867567C

DE867567C - Gleichstrom-Kleinstmotor

Info

Publication number: DE867567C
Application number: DES8181A
Authority: DE
Inventors: Arnold Seppeler
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1950-06-13
Filing date: 1950-06-13
Publication date: 1953-02-19

Description

Gleichstrom-Kleinstmotor In Regelanlagen werden häufig Elektromotoren kleinsten Ausmaßes und Gewichts benötigt, die z. B. den Anodenstrom von Elektronenröhren kleinster Anodenverlustleistung in eine proportionale mechanische Drehbewegung zum Verstellen von Regelgliedern (Widerständen, Zeigern usw.) umwandeln. Die Zeitkonstante (Anlaufzeit) ,dieser Motoren muß sehr klein sein, um unerwünschte Verzögerungen innerhalb der Regelvorgänge zu vermeiden; während ihre Regel'barkeit, d. h. .das Verhältnis von Anlaufspannung Ua zu der zulässigen Maximalspannung U.", groß sein muß (> i : 2o).
Im folgenden ist ein Gleichstrommotor beschrieben, der bei kleinstem Gewicht, Raumbedarf und: Herstellungskosten eine sehr kleine Anlaufzeit (etwa 15 m/sec) und eine weitgehende Proportionalität zwischen angelegter Spannung U und seiner Drehzahl n besitzt.
Die Erfindung geht aus von den bekannten Gleichstrom-Kleinstmotoren mit einem Permanentmagneten, der zwischen drei über einen Kollektor abwechselnd gespeisten Elektromagneten umläuft. Erfindungsgemäß ist der Permanentmagnet als Zylinderscheibe eines Materials von hoher Koerzitivkraft mit magnetischer Vorzugsrichung ausgebildet.
Fig. i zeigt zunächst schematisch den prinzipiellen mechanischen und elektrischen Aufbau. EinDauermagnet i ist drehbar mittels der Welle 3 zwischen drei um je i2o° versetzten Magneten 14 angeordnet. Die Magnete 1q. sind auf der Eisenscheibe 13 befestigt. Auf der Welle 3 ist isoliert ein Kollektor --z befestigt. Ein Schleifkontakt i r ist über die Klemme 2o mit dem +-Pöl einer Stromquelle, z. B: der Batterie 22, verbunden. Die drei Schleifkontakte 8, 9, io führen so den Strom.den auf -den Magneten 14 angeordneten' Wicklungen 23, 24, 25 zu. Die Enden der Wicklungen 23, 24 und 25 sind mit :der Klemme 2,1 der Stromquelle 22 verbunden: Die Wicklungen 23., 24, 25 sind im gleichen, Wickelsinn gewickelt. Die gezeichnete räumliche Anordnung der feststehenden Schleifkontakte 8, 9, zo und des Kollektors 2 bewirkt, daß in ,der gezeichneten Stellung des Permanentmagneten i und des Kollektors 2 die Wicklung 25 unter Spannung steht,. während, .die Wicklung 2@3 stromlos ist. Die räumlicheLage des Schleifkontaktes 8 ist s gewählt, daß dieser auf der Übergangsstelle von der Kol'lektorlamelle zu dem isolierten, punktiert gezeichneten Segment des Kollektors aufliegt. Entsprechend dem gezeichneten Wickelsinn der Spule 2"5 wird am zugehörigen Magneten ein Südpol entstehen, während sich am Magneten, der von der Spule 23 umschlossen wird., ein Nordpol ausbildet. Je nach der Einstellgenauigkeit des Schleifkontaktes 8 wird die Spule 24 in der gezeichneten Lage des Ankers i vom Strom durchflossen oder nicht, so daß sich an dem zugehörigen Magneten ein Süd- bzw. Nordpol ausbildet. Der Dauermagnet wind also--entgegen dem Uhrzeigerdrehsinngedreht und läuft kontinuierlich um, da die Spulen23, 24, 2i5 über die Schleifkontakte 8, 9, io und den, Kollektor 2 abwechselnd an Spannung -gelegt werden. Die Drehgeschwindigkeit des Ankers i ist proportional der Spannung der Stromquelle 2,2, da.der Permanentmagnet i eine Spannung EMK = U-I - Rd in den Spulen 23, z4, 25 induziert, wobei U,die Klemmspannung der Stromquelle 22, Ra der Ohmsche Widerstand -der einzelnen Wicklungen 23, 24, 25 und I der in den einzelnen Wicklungen 23, 24, 2-5 fließende Strom ist.
Der Elektromotor entsprechend Fg. i besitzt also die Oharakteristik eines Gleichstromnebenschlußmotors. Es vst ersichtlich, &s dieser Motor seine Drehrichturng ünvkehrt, wenn die Polarität der Stromquelle 22 umgekehrt wird. Zwischen dem alfs Stromzuführung dienendem Schleifkontakt i i und -dien Schleifkontakten 8, 9, io für die Spulen liegt je ein Kondensator 26 mit vorgeschaltetem Schutzwiderstand 27, um die Absc'hältspannüngen der Spulen 23, 24, 2.5 auf ein gewünsehtes Maß herabzudrücken.
Die Größe der benötigten Klemmspännung U" de Stromquelle 212, bei der der Motor gerade anläuft, ist abhängig von der Reibung der Schleifkontakte i-1, 8, 9; liio auf dem Kollektor 2, der Lagerreibung der Welle 3 und dem magnetischen Rastmoment zwischen ,dem Permanentmagneten i und den Magneten 14.
Fig. 3 und 4, die im Maßstab angenähert 3 : z gezeichnet sind, zeigen,. konstruktive Einzelheiten des Motors entsprechend Fig. i. Um eine möglichst geringe-Anlaufspannung U, zu erreichen, sind . 1. der Durchmesser des Kollektors 2, etwa 2 mm, und der Durchmesser der Welle 3; -etwa 0,7 mm, sehr klen--geliaalten, -2. die Schleifkontakte 8, 9, ro, i r, -die aus EdelmetallSdrähten von etwa o,i5 bis o,2 mm Durchmesser hergestellt sind, mit einem geringen:; aber definierten Druck (i g) auf den Kollektor 2 einjustiert, 3. der Permanentmagnet i als quer magnetisierte Scheibe eines Materials von 'höchster Koerzitivkraft ausgebildet.
Die Ausbilid@ung des Permanentmagneten, i als Scheibe und die Wahl der Polschuhbreite der Magneten 14 der gezeichneten Form ergibt ein magnetisches Rastmoment, das noch kleiner ist als das kleine Reibungsmoment der Schleifkontakte 8, 9, i o, ii auf dem Kollektor 2.
Da .dieser Motor mit einer sehr hohen Maximaldrehzahl laufen kann, bis io ooo Umdrehungen pro Minute, muß ein sehr guter Rundlauf ,des Kolfektors 2 gewährleistet sein, d(a sonst die mit sehr geringem Anpreß,druck (i g) auf dem Kollektor 2 aufliegenden Schleifkontakte 8, 9, io, ii abgeschleudert würden, wodurch die Proportionalität zwischen der Drehzahl i-t und der anliegenden Klemmspannung U nicht mehr garantiert wäre.
Wie Fig.2 und 3 zeigt, besteht der Kollektor aus einem Edeilmetallrohr 2, welches in der Mitte his zur Hälfte seines Durchmessers ausgespart ist. Dieses Rohr 2 wird zusammen mit der Welle 3 und dem Permanentmagneten i in einer Zentriervorrichtung mit einem geeigneten Kunstharz, z. B. Polyester 28, verpreßt. So wird eine genaue Zentrizität des Permanentmagneten i mit der Welle 3 und dem Kollektorrohr 2 sowie ein fugenloser Übergang: des Kollektorsegments 2 (Fig. 2 und 3) zu der Isoliermasse 28 ohne jede Nacharbeit nach dem obigen Preßvorgang erreicht. Die gezeichneten Aussparungen in der Welle 3 und dem Permanentmagneten i sorgen dafür, daß das Kollektorrohr 2, die Welle 3 und der Permanentmagnet z nach dem Preßvorgang ein festes Gebilde sind,.
Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, besteht der Motor aus drei Hauptgruppen., nämlich dem Anker- und Schleifkontaktsystemmit,scinenEinzelteilen i bis io, dem Polsystem mit seinen Einzelteilen 12 bis 16, dem Getriebe mit seiner Grundplatte 17. Wenn die eingangs geforderten Leistungen von diesem Motor erreicht werden sollen, dann müssen folgende Bedingungen erfü llt werden: i. Die umlaufenden Massem müssen sehr klein sein. und gut rund laufen bzw. gut zentriert sein. Deshalb beträgt das Gewicht der umlaufenden Teile i bis 6 des Motors .entsprechend Fig. 2 und 3 nur etwa 3 g. Oben ist dargelegt, wie eine exakte Zentrierung von Teil i zu Teile zu Teil 3 mit einem Minimum an Herstellungskosten erreicht wird.
2. Der Anker i muß zentrisch zwischen den drei Magneten 14 laufen, um ein zusätzliches magnetisches Rastmoment, das die Anlaufspannung U, unerwünscht erhöhen würde, zu vermeiden. Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß die Zentrierscheibe 15 den zentrischen Abstand der drei Magneten 14 zu der Lagerbohrung der Halteschraube 16 stets gewährleistet. So können relativ grobe Herstellungstoleranzen der Einzelteile des -Polsystems zugelassen werden. Das ganze Polsystem wird lediglich durch Anziehen der Mutter der Halteschraube 16 festgehalten und zentriert.
3. Ein definierter An@preßdruck der Schleifkontakte 8 bis i i auf !den Kollektor 2, der folgendermaßen erreicht wird: Fig. 2 zeigt, daß der Abstand der Schleifkontakte i i, die mit dem Polsystem durch den Träger i9 fest verbuniden sind, von der Stirnfläche der Magneten 1.4 größer ist als die Höhe des Permanentmagneten: i. Deshalib kann das Ankersystem i bis 6 bei der Montage mit seinem Kollektor 2 zwischen die enitsprech:end vorgebogenen Schleifkontakte i i (Fig. 3) geschoben werdeni, und die Achse 3 in die Halteschraube 16 des schon fertig montierten Polsystems 12 bis 16 eingeführt werden. Der exakte Anpreßdruck der Schleifkontakte i i an den Kollektor 2 ist so durch die -entsprechende Vorbiegung der Schleifkontakte i i garantiert. Nun können die Abstandsrohre 7 auf die Schrauben 18 aufgesetzt werden, und zwar so, d'aß die an,die Abstandsrohre 7 angelöteten Schleifkontakte 8, 9" io den Kollektor 2 noch nicht berühreni. Als nächstes wird das auf seiner Grundplatte 17 fertig montierte Getriebe auf den Lagerstein 6 aufgesteckt und mit den drei Schrauben 18 gegen die Abstandsrohre 7 leicht gegengezogen. Der Druck der Schleifkontakte auf den Kollektor 2 wird .durch Verdrehen der Abstandsrohre 7 eingeregelt, wobei die Durchtbiegung der Sc'hleifkontakteein genaues Maß für den Auflagedruck ergibt. Mit dem Festziehen der drei Schraub; n 18 ist die Justierung beendet.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Gleichstrom-Kleinstmotor mit einem zwischen drei über einen Kollektor abwechselnd gespeisten drei Elektromagneten umlaufenden Permanentmagneten, ,dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (i) als Zylinderscheibe eines Materials von 'hoher Koerzitivkraft mit magnetischer Vorzugsrichtung ausgebildet ist.
2. Gleichstrom-Kleinstmotor nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß als Kollektor (2) ein Rohr, welches in der Mitte bis zur Hälfte seines Durchmessers ausgespart ist, verwendet ist.
3. Gleichstrom-Kleinstmotor nach Anspruch 2, -dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (i), der Kollektor (2) und dlie Welle (3) durch Preßmasse (28:) miteinander zentrisch verbunden, sind.
4.. Gleichstrom-Kleinstmotor nach Anspruch i, dadurch gek enn(zeichnet, daß das Polsystem mit s°inen Einzelteilen (12 bis 16) und ein. Getriebe mit seiner Grundplatte (17) .durch drei Abstandsrohre (7) miteinander verbunden sind, die zugleich als einstellbare Träger von Schleifkontanten ausgebildet sind.
5. Gleichstrom-Kleinstmotor nach Anspruch -f, dadurch b-kennzeichnet, daß zwischen die als Stromzuführung dienenden Schleifkontakte (11) und die drei Schleifkontakte (8, 9, io) je ein I,7-ondensator (26) mit Scli,utzwiderstarrd (27) geschaltet ist.
6. Gleichstrom-Kleinstmotor nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Wicklungserden der gleichsinnig gewickelten El-ektromagrretspuli-zn (23, 2.1 und 25) mit Hilfe einer (21) der beiden Klemmen direkt mit einer Stromquelle (22) verbunden sind.
7. Gleichstrom-Kleinstmotor nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß .die Magneten (i.@) des Polsystems mittels einer Scheibe (15) untereinander und gegenüber einer als Lager ausgebildeten Halteschraube (l(6), die die Befestigung der Magneten (1q.) auf dem Polblech (13) bewirkt, zentriert sind. B.
Gleichstrom-Kleinstmotor nach Anspruch i, dadurch ge#hennz#eiclinet, .daß ein Lagerstein (6) zwischen dem Kollektor und dem Getrieberitzel (5) angeordnet ist.
9. Gleichstrom-Kleinstmoto.r nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Axialschub der Welle (3) durch eine in der Lagerbohrung der Halteschraube (16) befindliche Kugel aufgenommen wird. Angezogene Druckschriften Deutsche Patentschrift Nr. 71.1 194..