DE883171C - Gleichstromkleinmotor, insbesondere -zaehlermotor - Google Patents

Gleichstromkleinmotor, insbesondere -zaehlermotor

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DE883171C
DE883171C DEP10697A DEP0010697A DE883171C DE 883171 C DE883171 C DE 883171C DE P10697 A DEP10697 A DE P10697A DE P0010697 A DEP0010697 A DE P0010697A DE 883171 C DE883171 C DE 883171C
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DE
Germany
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motor
armature
equation
quotient
curves
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Expired
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DEP10697A
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English (en)
Inventor
Hans Dr Phil Dr-Ing Habi Edler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
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Siemens AG
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Publication of DE883171C publication Critical patent/DE883171C/de
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K23/00DC commutator motors or generators having mechanical commutator; Universal AC/DC commutator motors
    • H02K23/56Motors or generators having iron cores separated from armature winding

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc Machiner (AREA)

Description

  • Gleichstromkleinmotor, insbesondere -zählermotor Die Erfindung bezieht sich auf einen Gleichstromkleinmotor, insbesondere- -zählermotor mit permanentem Innenmagneten, Eisenumschluß und Anker mit frei tragender Wicklung. Sie hat die Aufgabe, optimale Abmessungen und Ausnutzungsverhältnisse für solche Motoren zu ermitteln.
  • Erfindungsgemäß ist der Quotient aus Stillstandsmoment (Mo) und dem Produkt (a)oSD) aus Leerlaufsdrehzahl (c")0) und dem Quadrat der magnetischen Feldstärke im Arbeitspunkt des Magnetmotors (S52) einerseits etwa gleich dem Maximalwert des sich für diesen Quotienten ergebenden Gleichungswerts der Abmessungen und Konstanten (Kurven ioi bis 108, Fig. 4; 301 bis 308, Fig. 5), andererseits gleich oder kleiner als die Werte, die sich für den genannten Quotienten bei voller Ausnutzung des Ankerinnenraumes für die Unterbringung des Dauermagnetstoffes ergeben (Kurven 201 bis 202, Fig. 4; 404 Fig. 5). Hält man sich mit -den Abmessungen und den Ausnutzungsverhältn.issen innerhalb der angegebenen Bereiche, dann kommt man mit einem Minimum an Baustoff und Platzbedarf aus.
  • DieErfindung wird im folgenden näher erläutert: In Fig. i ist im Querschnitt ein solcher Motor beispielsweise dargestellt. Er besteht aus einem im Innern eines Ankers. i mit frei tragender Wicklung angeordneten Dauermagnetkörper 2 und einem Rückschlußzylinder 3 aus magnetisch gut leitfähigem Baustoff. Der Anker hat den Durchmesser D. Die wirksame Länge der Ankerleiter ist m.it h (effektive Ankerbreite) bezeichnet. DerAnker besteht aus mehreren gegeneinander versetzten Spulen mit- insgesamt z Windungen; denen über Bürsten. q. und einen Stromwender 5 eine Glaichspannüng U zugeführt wird. Der Däuermagnetkörper 2 (vgl. auch Fig. 3) ist .zweipolig. Die Pole bedecken etwa 2/s des Ankerumfangs (Polbedeckungsfaktor). Die Dicke .der Ankerwicklung ist mit ö bezeichnet, :die Breite des Luftspalts für den Anker mit 1/2 Z L. Alle weiteren Abmessungen, Konstanten usw. werden im folgenden bei der Aufstellung eines Ansatzes für den eingangs erwähnten Quotienten erläutert. Diese Aufstellung zeigt, daß überraschenderweise der genannte Quotient bei entsprechendem Ersatz der elektrischen und magnetischen Größen durch bloße Abmessungen und Konstanten wiedergegeben werden kann.
  • Nach dem Induktionsgesetz ist die Gegen-EMK des Ankers Dabei ist B die Induktion im Luftspalt, D und h entsprechenden Abmessungen der Fg. i, c) ist die Winkelgeschwindigkeit, z, wie erwähnt, die Windungsza:hl des Ankers. C", ist eine Konstante, welche angibt, wieviel von den z Windungen jeweils an den Bürsten liegen. Umfäßt jeder Polschuh beispielsweise 1/s des Ankerumfangs, beträgt also der Polbedeckungsfaktor 2/s, dann hat diese Konstante den Wert 4/s. Aus dieser Gleichung (i) ergibt sich die Winkelgeschwindigkeit zu Nun wird die Wirndungszahl z, damit sie nicht als Parameter od: d @gl. berücksichtigt werden muß= durch verschiedene für den Motor charakteristische Größen ersetzt. Ausgegangen wird dabei von der Gleichung für :die Stillstandsleistung NO des Motors, die sich er-gibt.z#u ' Dabei ist R ider Ankerwiiderstarnd:. Das Wicklungsgewicht des Ankers ist Dabei ist y das spezifische Gewicht des Ankerleiterbaustoffes, q der Querschnitt eines Leiters und D,- 2 - C,2 ist die um 2h verminderte Länge einer Leiterwindung (vgl. Fig: 2). Da auf :den Umfang' des Ankers 2 z Drähte verteilt sind; entfallen auf die Längeneimheit i cm des Umfanges Drähte, so daß Dabei ist F der Füllfaktor der Ankerwicklühg, etwa 0,3 bis o,5. Daraus ergibt sich Die Gleichung (4) in (3) eingesetzt ergibt GA = y . g . F D n (h + D # C,2) (g). (5) Der gesamte Ankerwiderstand, also bei Reihensehaltung sämtlicher Ankerwindungen, errechnet sich zu Dabei ist 2 der spezifische Widerstand des An.kerleiterbau.stoffes: Durch die Zusammenfassung der Gleichungen (3) und (6) erhält man -den Gesamtankerwiderstand zu und daraus .den Querschnitt zu Damit ist eine weitere, sonst als Parameter zu berücksichtigende- Größe durch andere charakteristische Größen. des Motors ersetzt. Da nach Gleichung (4) und nach Gleichung (5) wird; so erhält man .durch Zusammenfassung der Gleichungen, (2) und (7) bis (9) schließlich die Winkelgeschwindigkeit bei Leerlauf zu RA ist der gesamte Ankerwiderstand. Der zwischen den Bürsten liegende Ankerwiderstand R bei der offenen Stromwicklung ist gleich :dem o;66fachen Betrag, also R =o,66 Rd [S2] so,daß .die Stillstandsleistung sich ergibt zu Wird diese Gleichung .in Gleichung (i o) eingeführt, dann erhält man für die Winkelgeschwindigkeit bei Leerlauf Nach einem bekannten Gesetz, nämlich NO = Mo # wo # o,98 - 104 (Watt) , (i4) wobei Mo das Stillstandsdrehmoment des Ankers ist, erhält man durch Einsetzen der Gleichung (i3) die Gleichung Dabei ist für Cal, wie eingangs erwähnt, 4/s gesetzt. Ersetzt man schließlich noch O - y =@o,i58 - io-4, also die Werte für Kupfer, :dann erhält man Berücksichtigt man die Welligkeit der Spannung nach Gleichung (i), dann muß die rechte Seite der Gleichung noch mit o,964. multipliziert werden, wenn man einen Kollektor mit drei Lamellen voraussetzt, weil dann nicht dauernd der Höchstwert der Gegenspannung herrscht. Für !Höhere Lamellenzahlen n'ä'hert sich der Faktor der Zahl i und braucht .dann nicht mehr berücksichtigt zu werden. Die Gleichung (i6) erhält noch die Luftspalt- Nun ist aber die Luftspaltinduktion wobei BA die Induktion des Magnetmaterials im Arbeitspunkt ist, so daß also Gleichung (i9) übergeht in die für bestimmte Maßverhältnisse ein Maximum hat und nach Festsetzung der Konstanten nur noch zwei Parameter, den Läuferdurchmesser D und die effektive Läuferbreite h enthält. In Fig. q. ist der eingangs erwähnte Quotient inAbhängigkeit vomAnkergewicht GA aufgetragen. Dabei ist eine feste effe'ktiveAnkeribreite h@= 2,6 cm zugrunde :gelegt und die Kurven ioi bis io8 für verschiedene Ankerdurchmesser aufgetragen. Aus diesen Kurven läßt sich für einen gewähltenAnkerdurchmesser ohne weiteres der Maximalwert entnehmen, .in dessen Nähe sich der genannte Quotient bewegen soll, ferner das Ankergewicht, und aus diesen Größen lassen sieh nun rückwärts mit Hilfe .der Gleichungen (i) bis (2i) die für den Bau eines solchen Kleinmotors günstigen Verhältnisse entnehmen. Man hat dabei noch -gewisse Freiheiten, wie z. B. bei der Wahl der Windungszahl und des Leiterquerschnitts des Ankers, doch kann hier ohne indu'ktion B, die wegen Anordnung des Dauermagneten im Ankerinnern an bestimmte Grenzen je nach dem Magnetmaterial gebunden ist. Um in der Gleichung 16 statt der Induktion B die Feldstärke 5 im Arbeitspunkt einzuführen, muß zunächst .die Permeaibilität,u für den Dauermagneten berechnet werden.
  • Gemäß Fig. 3 ergibt sich Dabei ist 'L die doppelte Breite des Luftspaltes, FL der Luftspaltquerschnitt, lm die Kraftlinienlänge im Dauermagneten 2 und F"= der Magnetquerschnitt. 8 i.st der Streukoeffizient desMagneten. Er beträgt etwa 1,2 für eine derartige Innenmagnetanordnung. Für praktische Verhältnisse kann man etwa gemäß Fig. 3 setzen: Ersetzt man außerdem noch 8 .durch Gleichung (5), dann erhält man Durch Zusammenfassung mit Gleichung (i6) und Ersatz von SSC ergibt sieh schließlich die gesuchte, eingangs erwähnte Gleichung Schwierigkeiten auf Grund der Erfahrung jeweils der richtige Wertbereich getroffen werden.
  • Will man :sich nicht auf eine bestimmte effektive Ankerbreite festlegen, sondern wünscht man ein bestimmtes Verhältnis von h : D, z. B. = 0,75, weil dies eine handlicheAnkerform und günstige Wickelbedingungen ergibt, dann gehen .die Kurven ioi bis io8 (Fig. q.) in die Kurven 301 bis 308 (Fig. 5) über. Auch diese Kurven haben ein deutliches Maximum.
  • Die Gleichung (2i) gilt für jedes Magnetmaterial und für jede Arbeitsfeldstärke e, doch wird man die Feldstärke S5 möglichst in den Bereich verlegen, in dem das Dauermagnetmaterial [BA' 51".x arbeitet, weil sich hier die beste Magnetausnutzung ergibt.
  • Da der Dauermagnet im Innern des Ankers angeordnet ist, steht für die praktische Auswertung nicht der gesamte Verlauf der Kurven ioi bis io8, 301 bis 308 zur Verfügung, sondern nur bis zu jener Grenze, bei der das Dauermagnetmaterial den Innenraum des Ankers ausfüllt. Diese Grenzen sind in Fig: 4 für zwei verschiedene Däuermagnetwerkstoffe durch die Geraden 2o1, 2o2, in Fig. 5 für einen bestimmten Daüermagnetwerkstoff durch .die Kurve 4oi angedeutet. Es fällt jeweils der links ,der Kurve oder Geraden liegende Bereich, der einem den Ankerinhalt überschreitenden Magnetvolumen entspricht, fort, so daß man sich also bei .der Wahl des Quotientenwerts immer rechts der entsprechenden Kurven zu halten hat.
  • Die Grenzen 2oz; 2o2 (Fi:g. 4) lassen sich folgendermaßen ermitteln:" Die Gleichung (zg) ergab den Magnetquerschnitt Fm; der für das gewählte Magnetmaterial und den ;gewählten Arbeitspunkt (Größe vors ,u) notwendig ist. Dieser Querschnitt darf höchstens so groß werden, daß der Magnet noch in dem Anker Platz hat. Der maximal mögliche Querschnittswert ist durch gegeben. Das entsprechende maximale Magnet-Volumen ist V.cx = o;86 Dm # Fmmax = o,68 h D.2 ." o,6 D2 h (22) Das durch den gewählten Arbeitspunkt bedingte Magnetvolumen V -ist durch Gleichung (ig) bestimmt. Bildet man hieraus das Verhältnis des Magnetvolumens V zum maximal möglichen Volumen Vmox, :so ergibt sich .durch Zusammenfassung von Gleichung (i9) und (21) i23) Für die Grenze wird IT@=hmax, die linke Seite der Gleichung (23) also zu 1. Nach einigen Umrechnungen und Ersatz von Dm nach Gleichung (18) läßt sich die Gleichung leicht in eine der Gleichung (21) ähnliche Form bringen, die auf der linken Seite den genannten Quotienten zeigt. Dieser Quotient hat hier eine lineare Abhängigkeit vomAnkergewicht, so daß also -die gesuchten Grenzen als gerade Linien (äor, 2o2 in Fig. 4) erscheinen.
  • Für ein konstantes Verhältnis von h : D ergibt sich hier analog eine Gleichung aus der ohne Schwierigkeiten die entsprechenden Grenzen für Fig. 5 folgen. Die Grenzen sind hier keine geraden Linien, sondern schwach gekrümmt.
  • Am besten hält .man sich in unmittelbarer Nähe der Grenzen, und zwar schon aus konstruktiven Gründen, weil dann der Dauermagnetkörper das Ankerinnere fast vollständig ausfüllt und nicht mit besonderen Weicheisenpölschuhen versehen zu werden brauch -t.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH: Gleichstromkleinmotor, insbesondere -zählermotor mit permanentem Innenmagneten, Eisenumschluß und Anker mit frei tragender Wicklung, .dadurch gekennzeichnet, daß der Quotient 3,us Stillstandsmoment (M0) und dem Produkt (Co. S52) aus der Leerlauf sdrehzahl co, und dem Quadrat der magnetischen Feldstärke im Arbeitspunkt des Magnetmotors (S2) einerseits etwa gleich dem Maximalwert des sich für diesen Quotienten ergebenden Gleichungswerts .der Abmessungen und Konstanten (Kurven ioi bis io8 in Fig. 4, 301 bis 308 in Fig. 5) ist, andererseits gleich oder kleiner ist als die Werte, die sich für den genannten Quotienten bei voller Ausnutzung des Ankerinnenraumes für die Unterbringung des Dauermagnetwerkstoffes ergeben (Kurven 2öi bis 2o2 in Fig. 4, 4oi in Fig. 5).
DEP10697A 1948-10-02 1948-10-02 Gleichstromkleinmotor, insbesondere -zaehlermotor Expired DE883171C (de)

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DE (1) DE883171C (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2849630A (en) * 1955-09-01 1958-08-26 Sperry Gyroscope Co Ltd Electrical generators
US4412146A (en) * 1974-07-13 1983-10-25 Fuetterer Bodo Electric motor control
US5621260A (en) * 1992-10-07 1997-04-15 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Coreless motor

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US4412146A (en) * 1974-07-13 1983-10-25 Fuetterer Bodo Electric motor control
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