DE7619962U1 - Gleichstrom-elektrokleinmotor - Google Patents

Description

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Heinz KELLER Neuberg, den 23.6.1976 '

Vogelsbergstraße 3a
Neuberg 1

Gleichstrom - Elektrokleinmotor

Die Erfindung betrifft einen Gleichstrom-Elektrokleinmotor j mit einem Permanentmagnet-System als Stator. Der Motor soll i sich insbesondere zum direkten Antrieb von Plug- und Schiffs- \

modellen eignen. \

Plug- und Schiffsmodelle werden üblicherweise mit Terbren- * nungs- oder Elektromotoren angetrieben. Verbrennungsmotore
ergeben gute Leistungsabgabe bei geringem Gewicht und gestatten einen direkten Abtrieb von der Motorwelle auch von
Modell-Luftschrauben mit relativ großem Durchmesser. Ein wesentlicher Nachteil ist jedoch trotz Schalldämpfer eine mehr
we.nicer starke LärmbelästißninK und der Ausstoß von öl

und Verbrennungsrückständen. |

Die zur Zeit zum Antrieb solcher Modelle gebräuchlichen Elek-1 trokleinmotore erlauben zwar hohe Drehzahlen, aber haben keine ausreichenden Drehmomente bei vernünftigem Leistungsgwicht und gutem Wirkungsgrad. Zur Abgabe eines höheren Drehmomentes | müssen in der Regel Getriebe vorgeschaltet werden, die wiederum bei stärkeren Belastungen sehr solide ausgeführt sein müssen i und damit Gewicht und Leistung kosten.

Da beim Elektroantrieb von Plug- und Schiffsmodellen bei geforderten Leistungen bis etwa 400 Watt die Energiequelle
(Akku) ebenfalls im Modell mitgeführt werden muß und sogar
den wesentlichen Gewiehtsanteil der Antriebsvorrichtung ausmacht, sollte das gesamte Antriebssystem Luftschraube + Motor + Akku möglichst auf einen hohen Gesamtwirkungsgrad optimiert sein. Der Wirkungsgrad einer Luftschraube ist umso größer, je größer ihr Durchmesser und ihre Steigung sind. Große Luftschrauben brauchen aber auch hohe Drehmomente. ^;

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gleichstrom-Elektrokleinmotor der eingangs erwähnten Art derart auszugestalten, daß er bei möglichst kleinem Gewicht eine möglichst hohe Leistungsabgabe erzielt bei gleichzeitig möglichst gutem Wirkungsgrad. Der Motor soll insbesondere einen Antrieb auch von verhältnismäßig großen Modell-Triebschrauben ohne Getriebe gestatten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Permanentmagnetsystem aHs Kobalt-Seltenerd-Magneten aufgebaut ist.

Besonders günstig ist es, die Kobalt-Seltenerd-Magnete an der Innenwand, eines Rohres aus einem weichmagnetischen Material zu befestigen, dieses Eohr kann dann gleichzeitig als magnetischer Rückschluß dienen. Die mechanische Festigkeit' und die Temperaturstabilität kann ferner dadurch erhöht werden» daß zwischen den Kobalt-Seltenerd-Magneten οτγτ αϊ tot·! «ifende Stege aus unmaenetischem Material vorgesehen sind. Für eine gute Übertragung der Batterieleistung auf die Triebschraube ist es ferner günstig, das Permanentmagnetsystem aus gesintertem Kobalt-Seltenerd-Magneten aufzubauen, da solche Magneten eine wesentlich höhere Remanenz besitzen als beispielsweise kunststoffgebundene Kobalt-Seltenerd-Magnete .

Weiterhin wirkt es sich vorteilhaft im Hinblick auf einen hohen Wirkungsgrad aus, wenn der Rotor des er findungs gemäßen Motors aus einem weichmagnetischen Werkstoff mit hoher Sätti-j gungsmagnetisierung besteht. Besonders günstig ist es, den | Rotor aus Blechen einer weichmagnetxschen Kobalt-Eisen-Le- j gierung aufzubauen. Vorzugsweise verwendet man eine Legie- I rung mit etwa 50 Gew.% Kobalt, Rest Eisen.

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Weiterhin kann man die übertragbare Leistung des Motors weiter dadurch, steigern, daß die Bürsten dieses Motors durch ein unmittelbar vor den Bürsten auf dem Kollektor angebrachtes Gebläserad gekühlt werden.

ßehr vorteilhaft wirkt sich ferner eine Längsbohrung innerhalb der Motorwelle aus, da hierüber der Wirkungsgrad der Triebschraube durch Blattverstellung optimal eingestellt werden kann.

Es ist weiterhin sehr vorteilhaft das Dauermagnetsystem vierpolig auszubilden, da dann neben der Erhöhung des Wirkungsgrades auch noch Motorgewicht eingespart werden kann.

Besonders günstig für hohen Wirkungsgrad und geringe Erwärmung des Kollektors bei hoher durchgesetzter Leistung ist es ferner, Rotorbleche mit fünf und mehr Nuten vorzusehen.

Weiterhin ist es sehr vorteilhaft zur Verbesserung der !leistungsübertragung und zur Senkung der Kollektortemperatur, den Motor mit zwei Kollektoren auszustatten und je einen an jedem Motorende anzuordnen.

Anhand von Figuren und eines Ausführungsbeispiels soll die Erfindung noch näher erläutert werden.

Figur 1 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Motors im Querschnitt.

Figur 2 zeigt Kennlinien eines erfindungsgemäßen Motors im Vergleich zu einem handelsüblichen Motor.

Figur 3 zeigt Standschubkurven als Funktion der aufgenommenen Leistung eines erfiriäiangsgemäßen Motors im Vergleich zu zwei handelsüblichen Motoren.

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Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Motors wird im folgenden näher beschrieben.

Kormalerweise werden Elektro-Kleinmotore im Stator mit Permanentmagnet-Zylindern oder -Halbschalen aus Perriti" Material bestückt mit z.B. radialer Vorzugsrichtung der

i . Magnetisierung. Da solche Magnetformen mit dünner Wandstärke I aus Kobalt-Seltenerd-Magneten z.Zt. nicht handelsüblich sind,

γ wurde folgender Weg beschritten. Die benötigten hohlen HaIb-

_K zylinder, oder Zylinder aus Kobalt-Seltenerd-Magneten wurden

ί aus einzelnen Streifen aus diesem Werkstoff aufgebaut, wobei

; der Aufbau aus dem Querschnitt in Eigur 1 hervorgeht.

Die aus Kobalt-Seltenerd-Magneten bestehenden Streifen 1

?; werden mit unmagnetischen Zwischenstücken 2, beispielsweise

I aus Aluminium oder Kunstoff in dem weichmagnetischen Rohr 3,

j] z.B. aus Eisen, beispielsweise durch Kleben befestigt. Diese

f Anordnung bildet den Dauermagnetstator. Man erhält so ε.B.

5 ein w.woiprtin cr<aa PATm«η«Tvhmafirnet svstem mit radialer Magneti—

y sierung. In diesem Stator befindet sich der Rotor 4 aus

weichmagnetischem Material, z.B. Kobalt-Eisen, mit hoher ; · Sättigungsmagnetisierung mit den Kupferwicklungen §.

f. Einige wesentliche Kenndaten dieses Motors sind in der fol-

I genden Tabelle in Zeile A zusammengestellt. Zum Vergleich·

p enthält die Tabelle in den Zeilen B und C entsprechende

=^? Daten von handelsüblichen Elektro-Kleinmotoren ähnlicher

; Größe, die im Stator radial magnetisierte Barium-Perrit-

Magnete enthalten.

Tabelle

Wirkungs- aufgenom- maximaler

Gewicht Außen0 Länge grad bei mene Lei- Wirkungs-Motor (g) (mm) (mm) 20 A (%) stung (W) grad (%)

A 36C 42 70 ca. 62 16V.2OA=32O 78 % B 400 52 70 ca. 3Λ 18V.20A=360 78 % C 400 48 70 ca. 50 18V.20A=360 70 %

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Vie aus der !Tabelle ersichtlich ist, zeichnet sich der erfindungsgemäße Motor trotz gerigem Gewicht durch einen um 12 bis 30 % höheren Wirkungsgrad bei hoher Stromstärke aus. Man sieht ferner, daß der maximale Wirkungsgrad keine alleinige Qualifikation für die Übertragung hoher Leistungen darstellt.

Figur 2 zeigt die Motorkennlinien des erfindungsgemäßen Motors A und des handelsüblichen Motors B.

An der Abszisse ist die Drehzahl η in Umdrehungen pro Minute aufgetragen, an den Ordinaten das Drehmoment M in kpcm, der aufgenommene Strom I in Ampere, die abgegebene Leistung P in PS (1 PS β 736 W) und der Wirkungsgrad l| in %. Die entsprechenden Werte sind für den Motor A (Betriebsspannung durch die ausgezogenen Kurvea M^, I., P. und V\ ^ und für den Motor B (Betriebsspannung 18 V) durch die unterbrochen gezeichneten Kurven M-g, Ig, P^ und V\ ^ dargestellt. Die strichpunktierte Kurve L stellt die Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie einer typischen Modelluftschraube für hohe Leistungen mit den Abmessungen 28 cm Durchmesser und 20 cm Steigung dar. Die Arbeitspunkte beider Motoren mit dieser Luftschraube sind durch die Punkte A. und A-g bezeichnet. Man sieht aus den Kurven, daß der Motor A im Arbeitspunkt A^ ein Wirkungsgrad von 69 % hat und einen Strom von etwa 15 A aufnimmt und bei einer Drehzahl von etwa 6500 Upm eine Leistung von 0,23 PS abgibt. Der Vergleichsmotor B würde im Arbeitspunkt A-gbei einem Wirkungsgrad von nur 31 % einen Strom von 20 A aufnehmen, der erheblich über dem für diesen Motor maximal zulässigen Strom von etwa 13 A liegen würde. Der Vergleichsmotor kann daher mit einer Luftschraube der erwähnten Abmessung überhaupt nicht mehr betrieben werden.

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Auch liier ersieht man das überlegene Drehmoment und den überlegenen Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Motors bei hohen Leistungen.

Aus der Figur 3 ersieht man die Überlegenheit des erfindungsgemäßen Motors A gegenüber den handelsüblichen Motoren B und C im Standschub mit der bereits erwähnten Luftschraube (28 cm χ 20 cm). An der Abszisse ist die zugeführte Leistung Ii in Watt, an der Ordinate der Stabschub S in Pond aufgetragen. Der Standschub wurde an dem auf einem gleitend gelagerten Schlitten montierten Motor mittels einer Feder- ' waage gemessen. Die Kurven für die jeweiligen Motoren sind mit A, B und C bezeichnet. Der Schubgewinn beträgt 45 % gegenüber Motor C und sogar fast 100 % gegenüber Motor B bei einer Eingangsleistung von 250 W.

Außer zum Antrieb von Flug- und Schiffsmodellen eignet sich der erfindungsgemäße Motor auch für andere Anwendungen, bei | denen ein hohes Drehmoment ohne Getriebe durch einen verhältnismäßig kleinen Motor erreicht werden soll.

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Claims (13)

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1. Gleichstrom-Elektrokleinmotor, insbesondere für den direkten Antrieb von Flug- und Schiffsmodellen, mit einem Permanentmagnetsystem als Stator, dadurch, gekennzeichnet, daß das Permanentmagnetsystem aus Kobalt-Seltenerd-Magneten aufgebaut ist.

2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kobalt-Seltenerd-Magnete an der Innenwand eines Rohres aus weiohma-^netischem Material befestigt sind»

3i Motor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kobalt-Seltenerd-Magnete durch achsial verlaufende Stege aus unmagnetischem Material voneinander getrennt sind.

4. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Permanentmagnetsystem aus gesinterten Kobalt-Seltenerd-Magneten aufgebaut ist.

5. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor aus einem weichmagnetischen Material hoher Sättigungsmagnetisierung besteht.

6. Motor nach Anspruch 5_? dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor ein Weicheisensystem mit Blechen aus einer weichmagnetischen Kobalt-Eisen-Legierung ist.

7. Motor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Legierung mit etwa 50 Gew,-% Kobalt, Rest Eisen verwendet ist.

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8. Motor nach, einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch, gekennzeichnet, daß die Bürsten durch, ein auf dem Kollektor unit mittelbar vor innen aufgebrachtes G-ebläserad kühlbar sind.

9· Motor nach einem der Ansprüche 1 bi,- 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Motorwelle in ihrer Längsrichtung durchgebohrt ist.

10. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch, gekennzeichnet, daß das Permanentmagnetsystem vierpolig aufgebaut ist.

11. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorbleche wenigstens fünf 'Wicklungsnuten aufweisen.

12. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß er zwei Kollektoren besitzt.

13. Motor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Motorende einer der beiden Kollektoren angeordnet ist.

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