Gleichstrommotor und Verfahren zur Einstellung seines Arbeitspunktes Es sind Gleichstromkleinstmotoren bekannt, bei denen der Magnetständer auf einfache Weise her gestellt wird und bei denen ein genaues Mass des Innendurchmessers der Dauermagnetpole eingehalten wird. Die Magnetständer besitzen zwei Lagerschilde, welche aus nichtmagnetischem Material gefertigt sind und innen ringförmige Ansätze aufweisen. Auf diesen Ansätzen sitzen die Dauermagnetpole. Der Weich- eisenrückschluss ist zylinderförmig und sitzt auf den beiden Dauermagnetpolen, so dass er dieselben auf die Ansätze drückt. Hierdurch ist ein genaues Mass zwischen den Innenpolflächen eingehalten.
Durch die Erfindung wird dieser bekannte Mo tor weiterhin dadurch verbessert, dass der Weich- eisen-Rückschluss so ausgebildet ist, dass nach dem Zusammenbau des Motors der Querschnitt des Weicheisen-Rückschlusses verändert werden kann. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass man den Motor auf einfache Weise regeln kann. Man baut nämlich den ganzen Motor mit Läufer zusammen und prüft ihn, ob er bei einer bestimmten Span nung eine vorgegebene Geschwindigkeit hat.
Wenn diese Geschwindigkeit nicht den Anforderungen ent spricht, so kann man auf einfache Weise den Motor einregulieren, indem man den magnetischen Rück- schluss und damit den Magnetfluss im Motor ent sprechend ändert.
Die Drehzahl einer Gleichstrommaschine ist be kanntlich proportional der EMK, die Betriebsspan nung um den inneren Spannungsabfall grösser als die EMK. Die EMK ist anderseits proportional der Windungszahl und der durch die Erregung hervorgeru fenen Luftspaltinduktion.
Die Technologie derartiger Motoren und ihre Fertigung bedingt erhebliche Streuungen der Luft- spaltinduktion, da die verwendeten Dauermagnete in ihren geometrischen und magnetischen Eigenschaf- ten starken Streuungen in der Fertigung unterliegen. Die verwendeten Dauermagnete haben meist eine derartige hohe Koerzitivkraft, dass eine Schwächung durch äussere Wechselfelder nicht zur Behebung der genannten Nachteile ausreicht. Ferner könnte diese Schwächung nur dann durchgeführt werden, wenn die Maschine nicht zusammengebaut ist, da die notwendigen starken Wechselfelder die Wicklungen des Läufers beschädigen könnten.
Auch die anderen Teile der Maschine, die Beiträge zum Verlustwider stand ergeben, wie z. B. Kohlebürsten, die Wicklung selbst mit ihrem Kupferwiderstand und die Lager reibung, haben notwendigerweise bei den geringen verwendeten Betriebsspannungen starken, Einfluss auf die Betriebsdaten der Maschine, so dass ihre Streu ungen nicht vernachlässigt werden können, wenn von der Maschine bestimmte Arbeitspunkte gefordert werden.
Man kann das Verfahren gemäss der Erfindung an einem Ständeraufbau durchführen, bei welchem entweder ein einstellbarer Rückschluss oder Neben- schluss für den magnetischen Kreis vorgesehen wird. Die verwendeten Dauermagnete sind meist als zwei teilige Schalen ausgeführt, deren Innenseiten am Luftspalt angrenzen und deren Rückseiten mitein ander über einen Rückschluss verbunden sind.
Dieser Rückschluss könnte beispielsweise als Blechteil oder Bandeisen so ausgeführt sein, dass er eine Ein- schnürung, besitzt, die durch Abbohren oder andere mechanische Massnahmen vergrössert werden kann. Dadurch wird der magnetische Widerstand gleich zeitig grösser und die Maschine dem gewünschten Arbeitspunkt nähergebracht, wenn in den Dauer magneten ein Überschuss an Magnetisierung vorhan den ist.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Rück- schluss in Form einer Wendel auszuführen und diese stückweise zu kürzen, wobei auf der verwendeten Wendel bereits Einkerbungen für das Abkneifen der Abgleichstücke vorgesehen sein können.
Ferner könnte der Rückschluss aus zwei ferro- magnetischen Hälften bestehen, die magnetisch von einander isoliert sind, aber durch einen Riegel mit einander verbunden werden, dessen magnetisch lei tender Querschnitt oder dessen überdeckungsgrad über die beiden Rückschlusshälften verändert wer den kann.
Eine andere Ausführungsform wären zwei schmale Ringe, die einen Teil des Rückschlusses bilden und an den einander zugekehrten Seiten ma gnetisch leitende Blechfahnen besitzen, die mehr oder minder überdeckt werden können und damit einen Abgleich des Rückschlusses ermöglichen.
In gleicher Weise kann der Rückschluss konstant gelassen und zum Abgleich ein veränderlicher Neben- schluss benutzt werden. Der Nebenschluss könnte im Luftspalt Teile des Läufers abdecken, wodurch der durch den Läufer gehende Fluss geschwächt werden kann.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert.
Bei dem Magnetständer nach den Fig. <B>1</B> bis<B>3</B> sind<B>1</B> und 2 die Lagerschilde aus nichtmagnetischem Werkstoff, in welchen die beiden Läuferlager<B>3</B> bzw. 4 gehalten sind. Das Lagerschild<B>1</B> ist mit zwei Trägerstücken<B>5</B> (Fig. 2) versehen, welche bis zur Ebene<B>6</B> (Fig. <B>1)</B> verlaufen. In der Ebene<B>6</B> stossen die Haltestücke<B>5</B> auf das Lagerschild 2, mit: welchem sie durch nicht dargestellte Schrauben verbunden sind.
Ausserdem sind an den Lagerschilden<B>1</B> und 2 Ansatzringe<B>7</B> bzw. <B>8</B> vorgesehen, auf welche die Dauermagnetpole<B>9</B> und<B>10</B> aufgesetzt sind (Fi 2 19. und<B>3).</B> Der Weicheisenrückschluss wird durch einen Zylinder<B>11</B> gebildet, welcher direkt auf den Polen <B>9</B> und<B>10</B> sitzt. Das Lagerschild 2 weist eine Aus sparung 12 auf, in welche ein nicht dargestellter Einsatzteil mit den Kommutatorbürsten passt.
Auf die Innenflächen der Dauermagnete<B>9</B> und <B>10</B> ist ein abgeschrägter Weicheisenzylinder <B>13</B> auf getragen, welcher beispielsweise durch ein Werk zeug, das man durch die Aussparung 12 einführt, verdreht werden kann.
Nachdem die Maschine zusammengebaut und geprüft wird, kann man feststellen, ob der Magnet- fluss dem gewünschten Arbeitspunkt entspricht. Die Nebenschlusshülse <B>13</B> liegt in der dargestellten Lage symmetrisch zu den Polen<B>9, 10.</B> Wird die, Hülse umgedreht, so wird ihre Lage gegenüber den Polen unsymmetrisch; auf der einen Seite der Polachse wird die Kontaktfläche zwischen Pol und Hülse er höht, auf der anderen Seite vermindert, doch über wiegt die Erhöhung. Der Gesamtwiderstand im Ma gnetkreis wird herabgesetzt.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 besteht der EisenrÜckschluss aus einer Drahtwicklung 14. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. <B>5</B> be steht der Eisenrückschluss aus einem Weicheisen- zylinder <B>15,</B> welcher eine über die ganze Länge schräg verlaufende Lücke<B>16</B> enthält. Ist der Magnet- fluss zu hoch, dann wird der Zylinder<B>15</B> gedreht, bis ein Teil der Lücke aus dem Bereich des Poles <B>9</B> kommt.
Dadurch wird ein verhältnismässig hoher Widerstand in den Magnetkreis geschaltet,<B>je</B> weiter man den Zylinder dreht, eine um so grössere Länge des Spaltes<B>16</B> wird aus dem Bereich des Poles ent fernt, so dass man einen beliebig hohen Widerstand einstellen kann.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. <B>6</B> be steht der Eisenrückschluss aus zwei Zylindern<B>17</B> und <B>18,</B> welche gegeneinander durch eine zum Teil schräg verlaufende Lücke mit den Endflächen<B>19</B> bzw. 20 versetzt sind. Durch Verschieben eines der Zylinder gegenüber dem anderen wird die Lücke und damit der magnetische Widerstand im Rückschlusskreis ge ändert.
Der Magnetständer nach dem Ausführungsbei spiel gemäss Fig. <B>7</B> enthält einen magnetischen Zylin der 21, welcher mit einer Kerbe 22 versehen ist. Zwecks Abgleichung des magnetischen Widerstandes kann man diese Kerbe entweder vergrössern oder durch Bohrungen<B>23</B> ihre Wirkung erhöhen. Die Aussparungen 22 und<B>23</B> können entweder im Be reich der Pole<B>9</B> und<B>10</B> oder ausserhalb desselben an geordnet sein. Durch die Ausführungsform der Erfindung gemäss Fig. 4 wird auch die Fertigung des Motors erheblich vereinfacht, denn eine Drahtwendel lässt sich einfa cher herstellen als ein genau passender nach innen verspannter Zylinder.
Ausserdem ist es einfacher, die Drahtwendel beim Zusammenbau zu weiten und dann auf die Magnetpole aufzusetzen.
DC motor and method for setting its operating point There are DC micro-motors are known in which the magnetic stand is made in a simple manner ago and in which an exact measure of the inner diameter of the permanent magnet poles is maintained. The magnetic stands have two end shields, which are made of non-magnetic material and have annular lugs on the inside. The permanent magnet poles sit on these approaches. The soft iron back yoke is cylindrical and sits on the two permanent magnet poles so that it presses them onto the lugs. As a result, an exact dimension between the inner pole surfaces is maintained.
This known motor is further improved by the invention in that the soft iron return path is designed so that the cross section of the soft iron return path can be changed after the motor has been assembled. This arrangement has the advantage that the motor can be regulated in a simple manner. You assemble the entire motor with the rotor and check whether it has a specified speed at a certain voltage.
If this speed does not meet the requirements, you can easily adjust the motor by changing the magnetic yoke and thus the magnetic flux in the motor accordingly.
The speed of a DC machine is known to be proportional to the EMF, and the operating voltage is greater than the EMF by the internal voltage drop. The EMF, on the other hand, is proportional to the number of turns and the air gap induction caused by the excitation.
The technology of such motors and their manufacture cause considerable variations in the air gap induction, since the permanent magnets used are subject to strong variations in their geometric and magnetic properties during production. The permanent magnets used usually have such a high coercive force that a weakening by external alternating fields is not sufficient to remedy the disadvantages mentioned. Furthermore, this weakening could only be carried out when the machine is not assembled, since the necessary strong alternating fields could damage the windings of the rotor.
The other parts of the machine that contributed to the loss resistance result, such. B. carbon brushes, the winding itself with its copper resistance and the bearing friction, necessarily have a strong influence on the operating data of the machine at the low operating voltages used, so that their scatter cannot be neglected if certain operating points are required by the machine.
The method according to the invention can be carried out on a stator structure in which either an adjustable yoke or shunt is provided for the magnetic circuit. The permanent magnets used are usually designed as two-part shells, the insides of which adjoin the air gap and the backs of which are connected to each other via a return path.
This inference could, for example, be designed as a sheet metal part or iron strip so that it has a constriction that can be enlarged by drilling or other mechanical measures. This increases the magnetic resistance at the same time and brings the machine closer to the desired operating point if there is an excess of magnetization in the permanent magnets.
Another possibility consists in designing the yoke in the form of a helix and shortening it piece by piece, with notches for pinching off the adjustment pieces already being provided on the helix used.
Furthermore, the yoke could consist of two ferromagnetic halves, which are magnetically isolated from each other, but are connected to each other by a bolt whose magnetically conductive cross-section or the degree of overlap between the two yoke halves can be changed.
Another embodiment would be two narrow rings that form part of the return path and have magnetically conductive sheet metal lugs on the mutually facing sides that can be more or less covered and thus enable the return path to be compared.
In the same way, the inference can be left constant and a variable shunt can be used for adjustment. The shunt could cover parts of the runner in the air gap, which can weaken the flux passing through the runner.
Exemplary embodiments of the invention are explained below.
In the magnet stand according to FIGS. 1 to 3, the end shields are made of non-magnetic material, in which the two rotor bearings 3 </B> and 4 are held. The end shield <B> 1 </B> is provided with two carrier pieces <B> 5 </B> (Fig. 2), which extend up to level <B> 6 </B> (Fig. <B> 1) < / B> run. In the plane <B> 6 </B>, the holding pieces <B> 5 </B> hit the bearing plate 2, to which they are connected by screws, not shown.
In addition, the end shields <B> 1 </B> and 2 are provided with shoulder rings <B> 7 </B> and <B> 8 </B>, onto which the permanent magnet poles <B> 9 </B> and < B> 10 </B> are attached (Fi 2 19. and <B> 3). </B> The soft iron yoke is formed by a cylinder <B> 11 </B>, which is placed directly on the poles <B> 9 </B> and <B> 10 </B>. The end shield 2 has a recess 12 into which an insert, not shown, fits with the commutator brushes.
A beveled soft iron cylinder <B> 13 </B> is carried on the inner surfaces of the permanent magnets <B> 9 </B> and <B> 10 </B>, which can, for example, be produced by a tool that is inserted through the recess 12 introduces, can be twisted.
After the machine has been assembled and checked, you can determine whether the magnetic flux corresponds to the desired operating point. In the position shown, the shunt sleeve <B> 13 </B> is symmetrical to the poles <B> 9, 10. </B> If the sleeve is turned over, its position with respect to the poles becomes asymmetrical; on one side of the polar axis, the contact area between the pole and the sleeve is increased, on the other side it is reduced, but the increase is more important. The total resistance in the magnet circuit is reduced.
In the exemplary embodiment according to FIG. 4, the iron back yoke consists of a wire winding 14. In the exemplary embodiment according to FIG. 5, the iron back yoke consists of a soft iron cylinder <B> 15, which has one over Contains a gap <B> 16 </B> running diagonally the entire length. If the magnetic flux is too high, the cylinder <B> 15 </B> is rotated until part of the gap comes out of the area of the pole <B> 9 </B>.
As a result, a relatively high resistance is switched into the magnetic circuit, the further the cylinder is rotated, the greater the length of the gap 16 is removed from the area of the pole, see above that you can set an arbitrarily high resistance.
In the exemplary embodiment according to FIG. 6, the iron back yoke consists of two cylinders 17 and 18, which are connected to one another by a partially inclined gap End surfaces <B> 19 </B> and 20 are offset. By moving one of the cylinders in relation to the other, the gap and thus the magnetic resistance in the return circuit is changed.
The magnetic stand according to the Ausführungsbei game according to FIG. 7 contains a magnetic cylinder 21, which is provided with a notch 22. In order to adjust the magnetic resistance, this notch can either be enlarged or its effect can be increased by drilling <B> 23 </B>. The recesses 22 and 23 can be arranged either in the area of the poles 9 and 10 or outside the same. The embodiment of the invention according to FIG. 4 also considerably simplifies the manufacture of the motor, because a wire helix can be manufactured more simply than a precisely fitting, inwardly braced cylinder.
It is also easier to widen the wire helix during assembly and then place it on the magnetic poles.