DE2336643A1 - DC MOTOR - Google Patents

Description

Gleichstrommotor Die Erfindung betrifft einen Gleichstrommotor und insbesondere einen Gleichstrom-Kleinmotor. DC motor The invention relates to a DC motor and especially a small DC motor.

In den üblichen Gleichstrom-Kleinmotoren sind Kondensatoren und Widerstände zwischen die Kommutator- bzw.In the usual small DC motors there are capacitors and resistors between the commutator resp.

Kollektoriamellen (im folgenden wird von Kollektorlamellen gesprochen) geschaltet, um die Schwierigkeiten zu beseitigen, welche sich durch Funken zwischen den Kollektorlamellen und den Bürsten ergeben. Die vorerwähnt te Anordnung entspricht jedoch wegen der im folgenden angeführten Schwierigkeiten und Mängel nicht den Erwartungen.Collector slats (hereinafter referred to as collector slats) switched to the trouble too eliminate which through There are sparks between the collector blades and the brushes. The aforementioned However, the arrangement corresponds to the difficulties listed below and Defects did not meet expectations.

Im allgemeinen müssen nämlich die Kondensatoren an beiden Seiten jeweils mit den Kollektorlamellen elektrisch verbunden werden, so daß für ihren Einbau viel Zeit erforderlich ist, was wiederum zu einer Kostenzunahme führt. Ferner neigt der Rotor dazu, mechanisch unwuchtig zu werden, so daß es schwierig ist, einen Gleichstrommotor mit einem verhältnismäßig hohen Leistungsvermögen zu schaffen. Ein Gleichstrommotor mit einem verhältnismäßig hohen Leistungsvermögen kann nur geschaffen werden, wenn Tantal-Kondensatoren verwendet werden, die aber sehr teuer sind. Darüber hinaus kann die Schwierigkeit aufgrund einer mechanischen Unwucht des Motors insbesondere nicht bei einem Motor mit einem verhältnismäßig hohen Leistungsvermögen gelöst werden.In general, the capacitors must be on both sides are electrically connected to the collector lamellas, so that much for their installation Time is required, which in turn leads to an increase in cost. Furthermore, the Rotor to become mechanically unbalanced, so that it is difficult to use a DC motor to create with a relatively high capacity. A DC motor with a relatively high capacity can only be created if Tantalum capacitors are used, but they are very expensive. Furthermore In particular, the difficulty can be caused by a mechanical imbalance in the motor cannot be solved in a motor with a relatively high performance.

Wenn zwischen die Kollektorlamellen Widerstände geschaltet werden, wird der Wilrkungsgrad eines Motors beträchtlich vermindert und es ist darüber hinaus nicht möglich, die Funken vollständig zu beseitigen.If resistors are connected between the collector lamellas, the efficiency of an engine is considerably reduced and it is beyond not possible to completely eliminate the sparks.

Die Erfindung soll daher einen Gleichstrom-Kleinmotor schaffen, in welchem der Rotor ausreichend ausgeglichen bzw. symmetriert ist und bei welchem keine Funken zwischen den Kollektorlamellen und den Bürsten erzeugt werden. Ferner soll ein Gleichstrom-Kleinmotor geschaffen werden, der erheblich leichter zusammengebaut werden kann. Darüber hinaus soll der Gleichstrom-Kleinmotor im Aufbau unempfindlich und robust sein sowie eine lange Lebensdauer aufweisen.The invention is therefore intended to provide a small DC motor in which the rotor is sufficiently balanced or symmetrized and which no sparks are generated between the collector blades and the brushes. Further a small DC motor is to be created that is considerably easier to assemble can be. In addition, the construction of the small DC motor should be insensitive and be robust and have a long service life.

Gemäß der Erfindung weist ein ringförmiger Träger oder eine Unterlage, welcher bzw. welche durch Reduktion einer keramischen Masse aus Bariumtitanat hergestellt ist, eine oxydierte Schicht auf, die auf dessen bzw. deren Oberfläche ausgebildet ist; auf der oxydierten Schicht sind Kondensatorelektroden ausgebildet und jeweils elektrisch mit Kollektorlamellen verbunden. Ferner kann zumindest zwischen zwei Elektroden, wenn es gefordert wird, ein Widerstand geschaltet sein.According to the invention, an annular carrier or a base, which or which produced by reducing a ceramic mass from barium titanate has an oxidized layer formed on its surface is; capacitor electrodes are formed on the oxidized layer, and each electrically connected to collector lamellas. Furthermore, at least between two Electrodes, if required, a resistor can be connected.

Die mit der Erfindung erreichtenVorteile sind folgende: (1) Da keine Funken zwischen den Kollektorlamellen und den Bürsten auftreten, wird deren Lebensdauer dadurch beträchtlich erhöht.The advantages achieved with the invention are as follows: (1) There are none Sparks occur between the collector blades and the brushes, will reduce their service life thereby considerably increased.

(2) Da ein Kondensator zwischen einem ringförmigen Halbleiter-Trägermaterial und einer Elektrode geschaffen ist, die auf der auf dem ringförmigen Träger aufgebrachten, oxydierten Schicht gebildet ist, ist dadurch der Kondensatoreinbau bzw. -zusammenbau sehr vereinfacht*leichter durchzuführen. *und (3) Auch ist der Rotor im Gleichgewicht bzw. ausgeglichen, so daß die Leistung der gemäß der Erfindung hergestellten Gleichstrommotore stark verbessert ist.(2) As a capacitor between a ring-shaped semiconductor substrate and an electrode is created, the one on the one on the ring-shaped Carrier-applied, oxidized layer is formed, this is the capacitor installation or assembly very simplified * easier to carry out. * and (3) also is the Rotor in equilibrium or balanced, so that the performance of the invention manufactured DC motors is greatly improved.

(4) Auch kann das Rauschen in einem großen Frequenzbereich unterdrückt werden.(4) The noise can also be suppressed in a wide frequency range will.

Die Erfindung schafft also einen Gleichstrommotor mit einem Rotor, an welchem koaxial ein Schaltelement angebracht ist, das einen ringförmigen, mit einer oxydierten Isolierschicht beschichteten Träger aus einem Halbleitermaterial und eine Anzahl von Kondensator-Elektrodenplatten aufweist, die unter gleichem Winkel auf dem ringförmigen Trägermaterial ausgebildet und deren Anzahl gleich der der Kollektorlamellen ist; hierbei sind die Kondensator-Elektrodenplatten jeweils elektrisch mit den Kollektorlamellen verbunden.The invention thus creates a DC motor with a rotor, on which a switching element is attached coaxially, the one ring-shaped, with an oxidized insulating layer coated carrier made of a semiconductor material and a number of capacitor electrode plates which are at the same angle formed on the annular support material and the number thereof equal to that of the Collector lamellas is; here the capacitor electrode plates are each electrical connected to the collector lamellas.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert, wozu auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird. Es zeigen: Fig.lA bis 1C Ansichten zur Erläuterung der Herstellungsschritte eines bei der Erfindung verwendeten Trägermaterials; Fig.2A eine Draufsicht auf einen ringförmigen Träger eines bei der Erfindung verwendeten Schalteiements; Fig.2B eine Vorderans-icht dieses Schaltelements; Fig.2C eine Draufsicht, in der auf dem in Fig.2A wiedergegebenen, ringförmigen Träger gebildete Kondensator-Elektroden dargestellt sind; Fig.2D eine elektrische, äquivalente Schaltung des in Fig. 2C dargestellten Schaltelements; Fig.3A eine Ansicht, in welcher an den entsprechenden Elektroden des in Fig.2C wiedergegebenen Schaltelements angebrachte Leitungen dargestellt sind; Fig.3B eine Vorderansicht davon; Fig.3C eiæ Draufsicht auf das in Fig.3A dargestellte, mit einer Isolierschicht versehene Schaltelement; Fig.3D eine Vorderansicht von diesem Schaltelement; Fig.4A eine Draufsicht auf ein Schaltelement, das mit Ausnehmungen versehen ist, die für einen Einbau in Anlage mit Ansätzen von Kollektorlamellen gebracht sind; Fig.4B eine Draufsicht, in welcher eine hierauf aufgebrachte Isolierschicht dargestellt ist; Fig.5A eine Draufsicht auf ein Schaltelement, in welchem die Kondensator-Elektroden mit Widerständen überbrückt sind; Fig.5B eine elektrische, äquivalente Schaltung hiervon; Fig.6 eUie Seitenansicht eines Rotors mit dem in den Fig.4A und 4B dargestellten Schaltelement; Fig.7 eine Vorderansicht hiervon; Fig.8 eine Seitenansicht eines Rotors mit dem in den Fig.3A und 3B dargestellten Schaltelement; Fig.8B eine Vorderansicht hiervon; und Fig.9 eine grafische Darstellung, in der die Beziehung zwischen der Frequenz und dem Rauschpegel in Zuführungsleitungen bei Verwendung der Schaltelemente gemäß der Erfindung dargestellt sind.The invention is described below on the basis of preferred exemplary embodiments explained in more detail, for which reference is made to the accompanying drawings. Show it: Fig.lA to 1C views for explaining the manufacturing steps one carrier material used in the invention; Fig.2A is a plan view of a annular carrier of a switching element used in the invention; Fig.2B a Front view of this switching element; Fig.2C is a plan view in which on the in Fig. 2A reproduced, annular carrier formed capacitor electrodes are shown are; FIG. 2D shows an electrical circuit equivalent to that shown in FIG. 2C Switching element; 3A is a view in which on the corresponding electrodes The lines attached to the switching element shown in FIG. 2C are shown; Fig. 3B is a front view thereof; Fig.3C eiæ top view of the shown in Fig.3A, switching element provided with an insulating layer; Fig.3D is a front view of this switching element; 4A is a plan view of a switching element, which is provided with recesses, which are suitable for installation in systems with approaches of Collector lamellas are brought; 4B is a plan view in which a applied insulating layer is shown; 5A shows a plan view of a switching element, in which the capacitor electrodes are bridged with resistors; Fig.5B a electrical equivalent circuit thereof; Fig. 6 eUie side view of a rotor with the switching element shown in Figures 4A and 4B; 7 is a front view of this; Figure 8 is a side view of a rotor with that shown in Figures 3A and 3B Switching element; Fig. 8B is a front view thereof; and FIG. 9 is a graphical representation, in which the relationship between the frequency and the noise level in feed lines at Use of the switching elements according to the invention are shown.

In den Fig.lA bis 1C ist ein Trägermaterial eines Schaltelements gemäß der Erfindung durch Wärmebehandlung bei erhöhter Temperatur in einer reduktiven Atmosphäre aus einer keramischen Masse 1 aus Bariumtitanat hergestellt, um einen Halbleiter 2 zu schaffen, dessen Oberfläche oxydiert wird, um eine dielektrische Schicht 3 aus zubilden.In FIGS. 1A to 1C, a carrier material of a switching element is shown in accordance with of the invention by heat treatment at elevated temperature in a reductive Atmosphere made of a ceramic mass 1 made of barium titanate to a To create semiconductor 2, the surface of which is oxidized to form a dielectric Layer 3 from zubilden.

In der praktischen Ausführung hat der Träger 4 die Form eines Ringes mit einem rechteckigen Querschnitt, wie in Fig.2A dargestellt ist.In the practical embodiment, the carrier 4 has the shape of a ring with a rectangular cross-section as shown in Fig. 2A.

Kondensator-Elektrodensegmente 51 bis 53, deren Anzahl gleich der der Kollektorlamellen eines Gleichstrommotors ist, sind auf dem ringförmigen Träger 4 dadurch hergestellt, daß eine Silberpaste oder -auflage durch Aufdampfen im Vakuum aufgebracht wird. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind drei gleichgroße unter gleichem Winkel angeordnete Elektroden ausgebildet, um mittels der dielektrischen Schicht 3 zusammen mit dem Halbleiterträger 2 parallel geschaltete Kondensatoren zu schaffen.Capacitor electrode segments 51 to 53, the number of which is equal to the the collector lamellas of a DC motor are on the ring-shaped support 4 produced in that a silver paste or coating by vacuum evaporation is applied. In the present embodiment, there are three equal among formed at the same angle arranged electrodes to by means of the dielectric Layer 3 together with the semiconductor carrier 2 capacitors connected in parallel to accomplish.

In Fig.2D ist eine elektrische, äquivalente Schaltung des in Fig.2C dargestellten Schaltelements wiedergegeben. Das heißt, die Kondensatoren C1, C2 und C3 welche 3 über'die dielektrische Schicht 3 zwischen den Elektroden 51 52 und 53 und dem Träger 2 aus Halbleitermaterial gebildet sind, sind über die Widerstände r des Trägers 2 aus Halbleitermaterial parallelgeschaltet.In Fig.2D is an electrical equivalent circuit to that in Fig.2C shown switching element reproduced. That is, the capacitors C1, C2 and C3 which 3 over'die dielectric layer 3 between the electrodes 51 52 and 53 and the carrier 2 made of semiconductor material are formed via the resistors r of the carrier 2 made of semiconductor material connected in parallel.

In den Fig.3A und 3B ist das Schaltelement mit den Elektroden 51 52 und 5 mit Leitungen 6 versehen; in den 3 Fig.3C und 3D ist das Schaltelement mit einer Isolierschicht versehen dargestellt.In FIGS. 3A and 3B, the switching element with electrodes 51 is 52 and 5 provided with lines 6; in the 3 Fig.3C and 3D, the switching element is with shown provided with an insulating layer.

Ein in Fig.4A dargestelltes Schaltelement weist Vertiefungen oder Ausnehmungen 8 auf, deren Anzahl gleich der der Kollektorlamellen eines Gleichstrommotors ist, so daß die Ansätze oder Vorsprünge der Kollektorlamellen mit den Ausnehmungen oder Vertiefungen 8 beim Zusammenbau des Schaltelements und der Kollektorlamellen in Eingriff kommen, wie im einzelnen noch beschrieben wird. Nachdem die nicht dargestellten Leitungen an den Elektroden angebracht sind, wird das Schaltelement mit einer Isolierschicht beschichtet, wie in Fig.4B dargestellt ist.A switching element shown in Figure 4A has depressions or Recesses 8, the number of which is equal to that of the collector lamellas of a direct current motor is, so that the lugs or projections of the collector lamellae with the recesses or recesses 8 when assembling the switching element and the collector lamellas come into engagement, as will be described in detail. After the not shown Leads are attached to the electrodes, the switching element is covered with an insulating layer coated as shown in Figure 4B.

Bei einem in Fig.5A dargestellten Schaltelement sind zwischen die Kondensator-Elektrodenplatten 5 Widerstände 9 geschaltet. Bei dieser Ausführungsform sind die Widerstände 9 so dargestellt, als seien sie in allen drei Zwischenräumen angeordnet; es ist aber auch möglich, nur einen Widerstand in einem Zwischenraum anzuordnen. In Fig.5B ist eine elektrische, äquivalente Schaltung des Schaltelements in Fig.5A dargestellt.In a switching element shown in Figure 5A are between the Capacitor electrode plates 5 resistors 9 connected. In this embodiment the resistors 9 are shown as if they were in all three spaces arranged; but it is also possible to have just one resistor in one space to arrange. In Fig.5B is an electrical equivalent circuit of the switching element shown in Fig.5A.

Die Erfindung ist insbesondere für die in Fig.5A dargestellte Ausführungsform verwendbar. Gemäß der Erfindung ist der ringförmige Träger des Schaltelements ein Halbleitermaterial, das durch Reduktion von Bariumtitanat aufbereitet ist, und auf dessen Oberfläche eine Isolierschicht durch oxydieren der Trägeroberfläche aufgebracht ist. Die zwischen den Kondenaatorelektroden ausgebildeten Widerstände werden vorteilhafterweise auch als Widerstände verwendet. Wenn ein Bariumtitanat-Halbleiter mit kontrolliertem Leitfähigkeitsverhalten bzw. mit kontrollierter Wertigkeit als Trägermaterial verwendet ist oder wenn ein Halbleiter mit einer Sperr- oder Isolierschicht als Schaltelement verwendet ist, ist die Bildung einer Isolierschicht auf der Oberfläche des Trägermaterials ohne Kondensatorelektrode nicht von großer Bedeutung, da der Teil ein Halbleiter ist.The invention is particularly applicable to the embodiment shown in Figure 5A usable. According to the invention, the annular carrier of the switching element is a Semiconductor material processed by reducing barium titanate, and on the surface of which an insulating layer is applied by oxidizing the carrier surface is. The resistors formed between the capacitor electrodes are advantageously also used as resistors. When a barium titanate semiconductor with controlled Conductivity behavior or with controlled valence used as a carrier material is or if a semiconductor with a barrier or insulating layer as a switching element is used is the formation of an insulating layer on the surface of the substrate without capacitor electrode not of great importance as the part is a semiconductor is.

In Fig.6 ist eine Seitenansicht eines Schaltelements 10 der in Fig.4A und 5A dargestellten Art und von Kollektorlamellen lia bis llc wiedergegeben, die an einer Welle 13 eines Rotors angebracht sind. Die Ansätze llaa bis iica der Kollektorlamellen 11a bis llc sind mit den Ausnehungen oder Vertiefungen 8 des Schaltelements 10 in Anlage gebracht. Ferner ist auf einem Kern 18 eine Wicklung 12 aufgebracht.FIG. 6 shows a side view of a switching element 10 in FIG. 4A and 5A illustrated type and reproduced by collector lamellae lia to llc, the are attached to a shaft 13 of a rotor. The approaches llaa to iica of the collector lamellas 11a to 11c are with the recesses or depressions 8 of the switching element 10 in system brought. Furthermore, there is a winding 12 on a core 18 upset.

In Fig.8A ist eine Seitenansicht eines Schaltelements 19 der in Verbindung mit den Fig.3A bis 3D beschriebenen Art dargestellt, das an einem Kern 14 eines Rotors angebracht ist; Leitungen 16 des Schaltelements 19 sind mit Kollektorlamellen 15a bis 15c verbunden, die über ein Isolierteil ander Welle 17 angebracht sind. In Fig.8B ist eine Vorderansicht dargestellt, in der der in Fig.8A gezeigte Zusammenbau von rechts zu sehen ist. Auf dem Kern 14 ist eine Wicklung 20 angebracht.In FIG. 8A, a side view of a switching element 19 is in connection with the Fig.3A to 3D described type shown on a core 14 of a Rotor is attached; Lines 16 of the switching element 19 are with collector lamellas 15a to 15c, which are attached to the shaft 17 via an insulating part. In Fig.8B a front view is shown in which the assembly shown in Fig.8A can be seen from the right. A winding 20 is attached to the core 14.

In Fig.9 ist eine grafische Darstellung wiedergegeben, in welcher die Beziehung zwischen der Rauschfrequenz und dem Rauschpegel dargestellt ist, der gemessen wird, wenn zwischen die Kollektorlamellen nur Kondensatoren bzw. nur Widerstände geschaltet sind= In der Kurve A ist der Fall gezeigt, in welchem das in Fig.5B dargestellte Schaltelement mit Kondensatoren C1 bis C von 0,02 /uF und mit 3 einem Widerstand von 1 k zu verwendet wurde; in der Kurve B ist der Fall gezeigt, in welchem zwischen die Kollektorlamellen nur Kondensatoren von 1 /u F geschaltet sind, während in der Kurve C der Fall wiedergegeben ist, bei welchem zwischen die Kollektorlamellen nur Widerstände von 1 k Q geschaltet sind. Bei der Messung betrug die an den Kollektor angelegte Spannung 7 V und das Drehmoment des Rotors betrug 10 cmg.In Figure 9 is a graphical representation in which the relationship between the noise frequency and the noise level is shown is measured when there are only capacitors or only resistors between the collector lamellas are switched = In curve A, the case is shown in which the one shown in Fig.5B Switching element with capacitors C1 to C of 0.02 / uF and with 3 a resistor from 1 k to was used; in curve B the case is shown in which between the collector lamellas are connected only capacitors of 1 / u F, while in the Curve C shows the case in which between the collector lamellas only Resistors of 1 k Q are connected. When measuring was the voltage applied to the collector was 7 V and the torque of the rotor was 10 cmg.

Der Bezugspegel oder der Wert von 0 db des Rauschens ist ein Pegel von 1 /uV pro kntennenmeter. Aus Fig.9 ist ohnaweiteres zu ersehen, daß das Rauschen der Gleichstrommotoren mit dem Schaltelement gemäß der Erfindung beträchtlich vermindert ist.The reference level or the value of 0 db of the noise is a level from 1 / uV per nominal meter. From Fig. 9 it can be seen that the noise the DC motors with the switching element according to the invention is considerably reduced is.

Patentansprüche Claims

Claims (6)

Patentansprüche 1.Glei chstrommotor mit einem Rotor, an welchem koaxial nSchaltelement angebracht ist, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß das Schaltelement (10, i9) einen ringförmigen Träger (4) aus einem mit einer dielektrischen Schicht (3) beschichteten Halbleiter (2) und mit einer Anzahl von Kondensator-Elektrodenplatten (5) aufweist, welche in gleichem Abstand und unter gleichem Winkel auf dem ringförmigen Träger (4) aufgebracht sind, und deren Anzahl gich der Anzahl der KollektorlamelJen ist, und daß die Kondensator-Elektrodenplatten (5) elektisch mit den jeweiligen Kollektorlamellen verbunden sind. Claims 1.Glei chstrommotor with a rotor on which coaxially nswitching element is attached, thereby g e k e n n -z e i c h n e t that the switching element (10, i9) an annular carrier (4) made of one with a dielectric layer (3) coated semiconductor (2) and with a number of capacitor electrode plates (5), which are equally spaced and at the same angle on the annular Carriers (4) are applied, and their number is equal to the number of collector lamellas is, and that the capacitor electrode plates (5) are electrically connected to the respective Collector fins are connected. 2. Gleieohstrommotor nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß zumindest zwischen zwei der Anzahl Elektrodenplatten (5) ein Widerstand (9) geschaltet ist.2. Gleieohstrommotor according to claim 1, characterized g e k e n n -z e i c h n e t that at least between two of the number of electrode plates (5) a resistor (9) is switched. 3. Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß der ringförmige Träger (4) eine Anzahl von Ausnehmungen '8) aufweist, die in radialer Richtung in gleichem Abstand und gleichem Winkel entlang der inneren Umfangsfläche in der gleichen Anzahl wie die Kollektorlamellen (11a bis 11c; 15a bis 15c) ausgebildet sind, d daß die Kollektorlamellen (ila bis llc; 15a bis 15c) mit Ansätze (llaa bis llca)versehen sind, die *den Ausnehmungen (8) in dem ringförmigen Träger (4) bei einem Zusammenbau des ringförmigen Trägers (4) und der Kollektorlamellen in Anlage gebracht sind. *mit 3. DC motor according to claim 1, characterized in that g e k e n n -z e i c h n e t that the annular carrier (4) has a number of recesses' 8), those in the radial direction at the same distance and the same angle along the inner Circumferential surface in the same number as that Collector lamellas (11a to 11c; 15a to 15c) are formed, d that the collector lamellas (ila to llc; 15a to 15c) are provided with approaches (llaa to llca), the * the recesses (8) in the annular carrier (4) upon assembly of the annular carrier (4) and the collector lamellas are brought into contact. *with 4. Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch g e -k e n n z e i c h n et, daß das Schaltelement (19) an einem Kern (14) eines Rotors angebracht ist.4. DC motor according to claim 1, characterized in that the switching element (19) is attached to a core (14) of a rotor. 5. Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t, daß der ringförmige Träger (2) aus Halbleitermaterial durch Reduktion einer keramischen Masse (1) aus Bariumtitanat hergestellt ist.5. DC motor according to claim 1, characterized in that g e -k e n n z e i c h n e t that the ring-shaped carrier (2) made of semiconductor material by reduction of a ceramic mass (1) is made from barium titanate. 6. Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch g e -k e n n z ei c h n e t, daß die dielektrische Schicht (3) durch Oxydation des Halbleitermaterials (2) gebildet ist.6. DC motor according to claim 1, characterized in that g e -k e n n z ei c h n e t that the dielectric layer (3) by oxidation of the semiconductor material (2) is formed. LeerseiteBlank page