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Gleichstromkleinstmotor mit Dauermagnetläufer Die Erfindung bezieht
sich auf einen Gleichstromkleinstmotor, welcher mit einem Dauermagnetläufer ausgerüstet
ist und dessen Ständerwicklung aus einer Stromquelle über einen Transistor gespeist
wird, der mit seiner Emitter-Kollektor-Strekke im Speisekreis des Motors liegt.
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Bei herkömmlichen Gleichstrommotoren erfolgt die Speisung der Ständerwicklung
über einen mechanischen Kommutator, wobei jede einzelne Spule der Ständerwicklung
mit zwei Lamellen des Kommutators verbunden ist. Die Stromzuführung erfolgt über
Kohlebürsten. Da ein derartiger Kommutator für einen Motor infolge der mechanischen
Kontakte eine ständige Fehlerquelle darstellt, sind in letzter Zeit Gleichstrommotoren
bekanntgeworden, bei welchen der mechanische Kommutator durch elektronische Elemente
ersetzt ist. Ein solcher Motor arbeitet bspw. so, daß Jede Spule der Ständerwicklung
in Reihe mit der Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors gt, dessen Qtromdurchlässigkeit
in Abhängigkeit von der Läuferstellung gesteuert wird. Bei den Transistoren handelt
es sich um Halbleiterelemente, und es müssen für Jede Ständerspule zwei Transistoren
vorgesehen werden, wenn der Effekt der echten Kommutierung beibehalten werden soll.
Aus wirtschaftlichen Gründen hat man daher bei bekannten Gleichstrommotoren auf
diese echte Kommutierung verzichtet und die Ständerspulen werden nur noch in einer
Richtung von Strom durchflossen. Um einen eindeutigen Anlauf des Motors aus Jeder
Stellung heraus
zu garantieren, ist es dadurch erforderlich geworden,
mindestens drei Ständerspulen im Motor vorzusehen. Aber auch dann, wenn die Hälfte
der für die echte Kommutierung erforaerlichen Transistoren fortgelassen wird, ist
der Aufwand für einen derartigen über Transistoren gespeisten- Gleichstrommotor
noch so hoch, daß die Forderung nach einem billigen Motor nicht erfüllt werden kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gleichstromkleinstmotor
anzugeben, welcher möglichst einfach aus möglichst billigen und einfachen Teilen
aufgebaut werden kann.
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Diese Aufgabe wird für einen Gleichstromkleinstmotor der eingangs
geschilderten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Dauermagnetläuf er
unter Einhaltung eines Luftspalts möglichst eng von einem durch einen Deckel verschließbaren,
das Ständerblechpaket mit der Ständerwicklung tragenden topfförmigen Trägerkörper
umgeben ist, daß die elektronischen Schaltelemente des Motors sowie deren Stromzuführungen
auf einer an dem Trägerkörperbefestigten Leiterplatte angeordnet sind, und daß direkt
rr I"Iotoroder in dem Gerät, in welches der Motor eingebaut ist, eine Vorrichtung
angebracht ist, durch welche der Dauermagnetläufer in Rotation versetzbar ist.
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Ein Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß durch die Unterbringung
des Dauermagnetläufers in dem verschlossenen topfförmigen Trägerkörper, der Dauermagnet
für den weiteren Fertigungsprozeß vor ferromagnetischen Eeilen geschützt ist.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der otor gegenüber
vergleichbaren Motoren eine-geringere axiale Höhe besitzt, da das Motorgehäuse -
hier der topfförmige Trägerkörper - den Ständer des Motors nicht umfaßt, wodurch
auch eine erhebliche Materialersparniß für das Gehäuse erzielt wird. Ein dritter
Vorteil der Erfindung ist durch die Leiterplatte gegeben, durch welche alle elektrischen
Kontakte und Verbindungen sowie die elektronischen Bauelemente auf engem Rawn zusammengefaßt
sind.
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Ein Ausführungsbeispiel des Motors nach der Erfindung ist in den Zeichnungen
dargestellt.
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E'ig. 1 zeigt ein elektrisches Schaltbild eines Motors nach der Erfindung.
In den Fig. 2 und 3 ist eine Seitenansicht bzw. eine Draufsicht des Motors wiedergegeben,
während Fig.4 einen Schnitt durch Fig. 3 längs der Linie IV-IV darstellt.
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Fig. 5 zeigt den Blechschnitt des Ständerblechpakets und die Fig.
6 und 7 geben zwei Anordnungen zum abwerfen des Motors wieder.
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Mit 1 ist die Ständerwicklung des Motors bezeichnet, welche nach Schließen
des Schalters 2 aus der Stromquelle 7 über die Emitter-Kollektor-Srecke des Speisetransistors
4 gespeist wird. Die Stromdurchlässigkeit des Speisetransistors wird in Abhängigkeit
von Drehzahl und Stellung des Dauermagnetläufers 5 von der Spule 6 gesteuert.
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Die Spule 6 ist zusammen mit der Ständerwicklung 1 am Ständerblechpaket
7 des Motors angebracht. Der Dauermagnetläuf er 5 ist auf der Welle 8 befestigt
und von dem topfförmigen 'Urägerkörper 9 unter Einhaltung eines schmalen Luftspalts
möglichst eng umgeben. Der Grägerkörper 9 ist durch den Deckel 10 verschlossen,
so daß der Dauermagnetläufer 5 beim weiteren Zusammenbau des Motors vor Verunreinigungen,
wie bspw.
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Netallspänen, welche den späteren Betrieb des Rotors stören könnten,
geschützt ist.
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Im Trägerkörper 9 ist das Lager 11 der Welle 8 und im Deckel 10 das
Lager 12 vorgesehen. Die Leiterplatte 13 trägt die elektronischen Steuerelemente
14 sowie die erforderlichen elektrischen Verbindungen als gedruckte Schaltung und
ist durch die Befestigungsschrauben 15 und 16, welche auch den llrägerkörper 9 und
den Deckel 10 zusammenhalten, derart am Rotor befestigt, daß ihr Schwerpunkt mit
der Motorachse zusammenfällt. Auf der Abtriebsseite des Motors ist ein Rad 17 auf
der Welle 8 angebracht und der Motor ist hier mittels der Platine 18 elastisch befestigt.
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Um einen möglichst geräuscharmen Betrieb des Motors zu erzielen, ist
derselbe mit einer Zentralaufhängung ausgerüstet, welche an einem Ring 19, der ebenfalls
von den Befestigungsschrauben 15 und 16 gehalten wird, angreift! Diese Zentralaufhängung
besteht bspw. aus drei um 1200 gegeneinander versetzten Bie.gefedern 20, welche
einerseits an dem Ring 19 und andererseits an festen Teilen des Geräte-Gehäuses,
in welches der Motor eingebaut ists befestigt sind. Diese Art der Zentralaufhängung.ist
nur eine von vielen Möglichkeiten, wie sie für Kleinstmotoren allgemein bekannt
sind. Ebenso kann jede andere geeignete Zentralaufhängung eingesetzt werden.
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Die Bleche- des Blechpakets 7 sind zweckmäßig so genutet, daß sie
die Ständerwicklung 1 aufnehmen können. Die Nutung ergibt den Vorteil, daß der Luftspalt
klein und die Wicklung selbst kurz gehalten werden-könneny wodurch ein guter Wirkungsgrad
für den Motor erzielt wird. Zur leichteren Anbringung der Wicklung in den Nuten
sollen diese offen ausgeführt werden.
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Eine derartige Anbringung der Ständerwicklung ergibt den weiteren
Vorteil eines rechteckigen Blechpakets, durch welches der Motor auch in radialer
Richtung flach gehalten werden kann. Der Blechschnitt für das Ständerblechpaket
ist bspw.
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in Fig. 5 dargestellt, aus welcher die Nuten 21 für die Ständerwicklung
und die Bohrungen 22 und 23 für die Befestigungsschrauben 15 und 16 hervorgehen.
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Zum Anwerfen des Motors nach der Erfindung können Vorrichtungen verwendet
werden, wie sie. bspw. in den Fig. 6 und 7 dargestellt sind. Diese Vorrichtungen
sind zweckmäßigerweise mit dem Schalter 2 (Fig. 1 ) } durch welchen der Motor an
die Stromquelle 3 angeschlossen wird, gekoppelt. Die Wirkungsweise der Vorrichtung
nach Fig. 6 ist folgende: Die Taste 24 wird von Hand in Richtung des Pfeiles 25
bewegt, wobei gleichzeitig der Schalter 2 betätigt wird. Hierbei wird das Zahnsegment
26 in Richtung des Pfeiles 27 angehoben und in Richtung des Pfeiles 28 um die Achse
29 gedreht, unter glveichzeit-igem Spannen der Feder 30. Wenn der Schalter 2 geschlossen
ist,
springt die Nase 40 an der Nase 41 vorbei.
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Dadurch wird das Zahnsegment 26 frei, welches entgegen der Richtung
des Pfeiles 27 nach unten fällt und dabei mit dem auf der Welle 8 angebrachten Zahnrad
32 in Eingriff kommt.
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Durch die Wirkung der Feder 30 wird das Zahnsegment 26 dann entgegen
der Richtung des Pfeiles 28 um seine Achse 29 gedreht, wodurch das Zahnrad 32 und
damit der Läufer 5 des Motors in Richtung des Pfeiles 33 gedreht werden.
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Die Vorrichtung nach Fig. 7 ist dann vorzusehen, wenn der Motor in
Geräte eingebaut werden soll, für welche eine Umkehr der Drehrichtung verlangt wird.
Die Wirkungsweise dieser Vorrichtung ist die gleiche wie die der Vorrichtung nach
Fig. 6 und die verwendeten Teile sind dementsprechend für die andere Drehrichtung
mit den gleichen Bezugszeichen versehen, allerdings durch den Zusatz eines Striches
unterschieden. Die Taste 24 hat also bspw. für die andere Drehrichtung die Bezeichnung
24' erhalten.
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Es ist keineswegs erforderlich, daß die Taste 24 unmittelbar mit dem
Schalter 2 gekoppelt ist, sondern es kann hierzu auch ein Bowdenzug verwendet werden.
Auch muß die Anwurfvorrichtung nicht unmittelbar auf die Läuferwelle einwirken,
sondern sie kann auch an Rädern oder Riemen, die mit der Welle in Verbindung stehen,
angreifen.
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Nachdem der Läufer 5 nun in Bewegung gesetzt und die Ständerwicklung
1 an die Stromquelle 3 angeschlossen rist, beginnt der Motor hochzulaufen, wobei
der Steuertransistor 34 und damit auch der Speisetransistor 4 bei Ansteuerung durch
die Spule 6 stromdurchlässig sind. Die Basis des Steuertransistors 34 erhält während
des Betriebes des Motors ständig eine vom Läufer 5 in der Spule 6 induzierte Wechselspannung.
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Eine drehzahlproportionale Spannung wird an der Ständerwicklung 1
mittels der Diode 35 abgegriffen und an den Kondengator 36 gegeben, zu welchem die
BrUckenschaltung 37 parallel liegt.
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Die Brückenschaltung 37 enthält ein nichtlineares Glied 38, durch
welches sie spannungsabhängig wird. Beim Erreichen einer bestimmten Spannung am
Kondensator 36, d.h. also beim Erreichen einer bestimmten Motordrehzahl, kippt das
Vorzeichen der Spannung der Brückenschaltung 37 um, und der im Null zweig derselben
liegende Regeltransistor 39 wird stromdurchlässig. Hierdurch erhält die Basis des
Steuertransistors 34 negativeres Potential und seine von der Läuferstellung abhängige
Stromdurchlässigkeit wird vermindert, im Extremfall sogar unterbrochen. In gleichem
Maße wird dadurch auch die Stromdurchlässigkeit des Speisetransistors 4 beeinflußt,
so daß der Motor also mit der vorgegebenen Drehzahl in engen Grenzen konstant betrieben
werden kann.
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Um den Motor nach der Erfindung mit unterschiedlichen Drehzahlen betreiben
zu können, sind die Schalter 50 und 51 vorgesehen, die miteinander gekoppelt sind.
Durch den Schalter 50 kann die Ständerwicklung 1 ganz oder teilweise in den Stromkreis
eingeschaltet werden während der Schalter 51 analog dazu einen entsprechenden Widerstand
in der Brücke 37 einschaltet. Im dargestellten Fall der Fig. 1 ist der Motor' für
zwei Drehzahlen ausgelegt, so daß wahlweise die beiden Potentiometer 52 oder 53
eingeschaltet werden können. Durc« Verstellen dieser Potentiometer ist es darüberhinaus
noch möglich, die beiden Drehzahlen in gewissen Grenzen zu verändern. Selbstverständlich
ist es auch möglich, durch entsprechende Erweiterungen der Schaltung, den Motor
für mehr als zwei Drehzahlen auszulegen. Für den Reversierbetrieb des Motors - entsprechend
der Anwurfvorrichtung nach Fig. 7 -braucht an den Spulen nichts umgeschaltet zu
werden.
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Statt der Steuerspule 6 gemäß Fig. 1 können selbstverstandlich auch
andere Steuerelemente eingesetzt werden. Solche Steuerelemente sind bspw. magnetfeldabhängige
Bauelemente, wie Hallgeneratorentoder Sony-Magnetic-Dioden, die elektrisch wie die
Steuerspule 6 im Basiskreis des Steuertransistors 34 und mechanisch im Bereich des
Dauermagnet~läuSers 5 anzuordnen sind.
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Neben der geschilderten Ausführung des Motors nach der Erfindung als
Billigstmotor mit Anwurfvorrichtung, ist es prinzipiell auch möglich, eine nicht
von Hand zu betätigende Einrichtung zum knlauf des Motors zu verwenden. Hierzu kann
der Motor bspw. mit zwei zusätzlichen Hilfsspulen mit niedrigem Kupferaufwand versehen
werden, die über einen Anlauf-Kommutator an die Stromquelle 3 angeschlossen werden.
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Die Kommutatorsegmente können dabei auf der vorhandenen Leiterplatte
13 angeordnet werden und die Stromabnehmer können als aus einem Federblech berausgebogene
Federarme ausgebildet sein, die beim anlauf des Motors auf den Kommutatorsegmenten
schleifen. Die Stromabnehmer sind mit Fliehgewichten versehen, durch welche sie
beim Erreichen einer bestimmten Motordrehzahl von den Segmenten abgehoben werden.
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Von diesem Augenblick an, wird dann der Motor nur noch von der Ständerwicklung
1 betrieben, während die beiden Hilfsspulen nichts mehr zum Drehmoment beitragen
und bspw. für Drehzahlmessungen herangezogen werden können. Um zu verhindern, daß
die Stromabnehmer mit steigender Drehzahl zu weit von den Segmenten fortbewegt und
dadurch verbogen werden, kann auf der Welle 8 ein Anschlagring vorgesehen werden,
welcher die Bewegung der Stromabnehmer begrenzt. Das Federblech mit den Stromabnehmern
kann als Einheit auf die Welle aufgedrückt werden und die Justierung der Kontakte
kann am fertig montierten Motor vorgenommen werden.