DE19700074A1 - Drehrichtungsumkehrbarer Universalmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen drehrichtungsumkehrba­ ren Universalmotor mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 (DE 40 25 713 C2).

Drehrichtungsumkehrbare Universalmotoren finden bei Elek­ trowerkzeugen wie Bohrmaschinen und Schrauber Anwendung. Soll bei solchen Elektrowerkzeugen in beide Drehrichtungen eine gute Kommutierung erzielt werden, so sind die Bürsten in bekannter Weise verstellbar angeordnet. Besonders nach­ teilig hierbei ist es, daß bei einer Kurzschlußbremsung des Motors keine ausreichende Kommutierung erzielt wird.

Zur Verbesserung einer ausreichenden Kommutierung bei elek­ trischen Maschinen ohne Wendepole wird in der Patentschrift DE 2 35 089 vorgeschlagen, die Pole am Ständer mehrteilig auszulegen. In dieser Patentschrift werden Gleichstrommoto­ ren und Gleichstrommaschinen beschrieben, die durch einfa­ ches Verändern des Erregerstroms bzw. einen Teil desselben eine veränderliche elektromotorische Kraft bei den elektri­ schen Maschinen bzw. eine veränderliche Geschwindigkeit bei den Elektromotoren ohne Funkenbildung am Stromabgeber bzw. am Kollektor erzielen läßt, indem die Magnetwicklungen am Ständer übereinander so angeordnet sind, daß ihre Achsen nicht zusammen fallen. Ein derartig ausgelegter Motor ist aber nicht geeignet für umschaltbare Drehrichtungen.

In der Patentschrift DE 40 25 713 C2 wird ein Stromwender­ motor beschrieben, dem Schaltmittel zur Drehrichtungsum­ schaltung zugeordnet sind, und am Ständer sind Wendepole angeordnet, die eine gute Kommutierung des Motors sowohl während der Betriebsphase als auch während der Abbremsphase gewährleisten sollen.

Die Anordnung von Wendepolen bei kleinen durchzugsbelüfte­ ten Universalmotoren mit einer hohen Leistungsdichte, die insbesondere bei handgeführten Bohrmaschinen und Schrauber zur Anwendung kommen, ist technisch kaum durchführbar.

Aus der FR 2 182 601 A ist ein Universalmotor zum Betrieb an zwei Spannungen bekannt. Das Statorblechpaket besteht aus einem Rückschlußteil 10 und Feldpolanordnungen 12, 13, die jeweils aus zwei gleichen Feldpolteilen bestehen. Die Polkerne der Feldpolteile laufen zum Luftspalt hin zu bei­ den Seiten in Polhörner aus, wobei die zur geometrisch neu­ tralen Zone gerichteten Polhörner so ausgebildet sind, daß sie eine erste Wicklung 14; 15, die beide Feldpolteile um­ schlingt und eine zweite Wicklung 18; 19, die nur ein Feld­ polteil umschlingt, aufnehmen können. Zur Erregung des Mo­ tors wird bei niedriger Spannung die zweite Wicklung 18; 19 verwendet, während die erste Wicklung 14; 15 nur einen klei­ nen Feldanteil liefert. Dagegen erfolgt die Erregung bei hoher Spannung durch die erste Wicklung 14; 15, während die zweite Wicklung 18; 19 feldschwächend wirkt, um damit die Richtung des magnetischen Flusses zu korrigieren. Ausfüh­ rungen in Richtung auf das Bremsen oder das Reversieren des Motors sind aus dieser Schrift nicht zu entnehmen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen drehrichtungsumkehrba­ ren Universalmotor zu schaffen, womit während der Be­ triebsphase als auch während der Abbremsphase des Motors eine gute Kommutierung erzielt wird, ohne daß hierfür Wen­ depole vorgesehen sind.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den übrigen An­ sprüchen und der Beschreibung zu entnehmen.

Die Vorteile vom Blechschnitt des Polpakets für einen Uni­ versalmotor in Verbindung mit den erfindungsgemäßen Schal­ tungsanordnungen zum Abbremsen des Motors liegen darin, daß hiermit eine elektrodynamische Bremsung durchführbar ist, und eine entsprechende gute Kommutierung sowohl während der Abbremsphase als auch während der Betriebsphase in beide Drehrichtungen erzielt wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung an Aus­ führungsbeispielen näher erläutert.

Dabei zeigen:

Fig. 1 einen standardgemäßen Blechschnitt des Polpakets für Universalmotoren,

Fig. 2 einen Blechschnitt des Polpakets für einen dreh­ richtungsumkehrbaren und abbremsbaren Universalmo­ tor,

Fig. 3 Bremsschaltung für einen drehrichtungsumkehrbaren Universalmotor,

Fig. 4 Schaltungsanordnung für einen drehrichtungsumkehr­ baren Universalmotor.

Elektrohandwerkzeuge sind üblicherweise mit einem Univer­ salmotor ausgestattet, da mit einem Universalmotor eine ho­ he Leistungsdichte erzielbar ist. Ein standardgemäßer Blechschnitt eines solchen Universalmotors zeigt Fig. 1. Hinter den Polhörnern 1 der Feldpole 2 wird die Feldwick­ lung 3 angeordnet. Der Anker 4 und die Feldwicklung werden durch eine Durchzugsbelüftung gekühlt. Für die Kühlung des Motors ist daher in dem Bereich der geometrisch neutralen Zone 5 ein entsprechender Raum 6 vorgesehen. Ist der Motor für beide Drehrichtungen umschaltbar, so befindet sich das Ankerquerfeld 7 bei nicht verstellbaren Bürsten in der geo­ metrisch neutralen Zone 5, wodurch eine gute Kommutierung bei Motoren mit einer höheren Leistung nicht gegeben ist. Soll bei einem drehrichtungsumkehrbaren Motor eine gute Kommutierung erzielt werden, so sind hierfür die Bürsten verstellbar angeordnet.

Besonders nachteilig bei verstellbaren Bürsten ist es, daß hierdurch keine ausreichende Kommutierung bei einer Kurz­ schlußbremsung des Motors erzielbar ist, da das Ankerquer­ feld jeweils zur ablaufenden Kante der Feldpole ausgerich­ tet wird.

Fig. 2 zeigt einen Blechschnitt vom Polpaket eines Univer­ salmotors, mit dem in Verbindung mit einer entsprechenden Schaltungsanordnung eine gute Kommutierung sowohl während der Betriebsphase als auch während der Abbremsphase des Mo­ tors erzielt wird.

Der Polaufbau des Polpakets ist für beide Drehrichtungen des Motors ausgebildet, und es besitzt Feldpolanordnungen X aus je zwei gleichen Feldpolteilen 8; 8′, und die Feldpo­ lanordnungen X sind zusammen mit dem magnetischen Rück­ schlußteil 9 als geblechtes Polpaket ausgeführt.

Der Polkern der Feldpolteile 8; 8′ wird jeweils beidseitig von einer feldverstärkenden Wicklung 10 bzw. von einer feldschwächenden Wicklung 10′ umschlungen und einseitig von einer Feldwicklung 11. Der Polkern der Feldpolteile 8; 8′ läuft zu beiden Seiten in Polhörner aus, wobei das jeweils zur geometrisch neutralen Zone 5 weisende Polhorn 12 derart ausgebildet ist, daß es sowohl die feldverstärkende Wick­ lung 10 bzw. die feldschwächende Wicklung 10′ als auch die Feldwicklung 11 aufnehmen kann, und das jeweils zur Feld­ polmitte der Feldpolanordnungen X weisende Polhorn 13 ist derart ausgebildet, daß es die feldverstärkende Wicklung 10 bzw. die feldschwächende Wicklung 10′ aufnehmen kann.

Das Ankerquerfeld 7 ist zur geometrisch neutralen Zone 5 ausgerichtet, hierdurch wird die maximale Anzahl der Anker­ spulen vom Ständerfeld erfaßt. Die Windungszahl der feld­ verstärkenden Wicklung 10 und der feldschwächenden Wicklung 10′ ist derart zu der Feldwicklung 11 ausgelegt, daß bei Nennbetrieb des Motors eine gute Kommutierung gewährleistet ist, und womit der maximale Wirkungsgrad des Motors erzielt wird. Zur maschinellen Einspulung der Wicklungen 10; 10′ kann es vorteilhaft sein, das Polpaket zweiteilig auszule­ gen, indem das Polpaket in der Mitte 14 der Polfeldanord­ nungen getrennt ist, und nach dem Einspulen der Wicklungen 10; 10′ werden die Polpaketteile zusammengefügt.

Soll nun ein derartig ausgelegter Universalmotor durch eine Kurzschlußbremsung bei einer ausreichenden Kommutierung sanft und schnell abgebremst werden, so ist hierfür eine entsprechende Schaltungsanordnung vorzusehen. Fig. 3 zeigt eine solche Schaltungsanordnung.

Fig. 3 zeigt eine Schaltungsanordnung zum netzunabhängigen elektrischen Bremsen eines drehrichtungsumkehrbaren Univer­ salmotors mittels zweipoliger Umschalter.

Der Arbeitskontakt a des ersten Umschaltglieds S1 ist mit einem ersten Netzanschluß und der Ruhekontakt b des ersten Umschaltglieds S1 ist über eine Brücke 15 mit dem Arbeits­ kontakt c des zweiten Umschaltglieds S2 und dem ersten An­ schluß des Ankers 4 verbunden, wobei mit der Brücke 15 der erste Anschluß des Strompfads 16 verbunden ist und der zweite Anschluß des Strompfads ist mit dem zweiten Um­ schaltglied S2 verbunden, und der zweite Anschluß des An­ kers ist mit dem ersten Anschluß der miteinander in Reihe geschalteten feldverstärkenden und feldschwächenden Wick­ lung 10; 10′ und über eine Kurzschlußbrücke 17 mit dem Ruhe­ kontakt d des zweiten Umschaltglieds S2 verbunden, während der zweite Anschluß der in Reihe geschalteten feldverstär­ kenden und feldschwächenden Wicklung 10; 10′ mit einem zwei­ ten Netzanschluß verbunden ist, und die Umschaltglieder S1 und S2 sind mit den Umschaltgliedern S3 und S4 des Umschal­ ters 18 für die Drehrichtungsumkehrung des Motors verbun­ den, und mit den Kontakten des Drehrichtungsumschalters 18 ist die Feldwicklung 11 verschaltet. Im Strompfad 16 befin­ det sich eine in Wechselrichtung geschaltete Diodenanord­ nung, die als Spannungsrückstand für die Felderregung wäh­ rend der Bremsbetriebsphase dient.

Bei dieser Schaltungsanordnung ist die Feldwicklung 11 und die feldverstärkende und feldschwächende Wicklung 10; 10′ während der Motorbetriebsphase mit dem Anker 4 in Reihe ge­ schaltet, wobei während der Bremsbetriebsphase des Motors nur die Feldwicklung 11 über die Kurzschlußbrücke 17 mit dem Anker in Reihe geschaltet ist. Während der Bremsbe­ triebsphase des Motors können auch der Anker 4 und die Wicklungen 10; 10′ mit der Feldwicklung 11 über die Kurz­ schlußbrücke 17′, die dann mit dem zweiten Netzanschluß verbunden ist, in Reihe geschaltet sein. Durch eine derar­ tige Verschaltung wird das Ständerfeld während der Abbrems­ phase an der ablaufenden Kante geschwächt und an der auf­ laufenden Kante verstärkt.

Mit der Schaltungsanordnung der Fig. 3 wird in beide Dreh­ richtungen des Motors eine gute Kommutierung sowohl während der Betriebsphase als auch während der Abbremsphase er­ zielt, ohne daß hierfür eine Bürstenverstellung erforder­ lich ist oder Wendepole vorhanden sein müssen.

Solche drehrichtungsumkehrbare abzubremsende Universalmoto­ ren kommen zum Beispiel vorzugsweise bei handgeführten Bohrmaschinen und Schraubern vorteilhaft zur Anwendung.

Soll der Universalmotor ungebremst und somit nur für beide Drehrichtungen ausgelegt sein, so ist die Schaltungsanord­ nung anstatt mit dem ersten zweipoligen Umschalter mit ei­ nem Netztrennschalter, der mindestens ein Schaltglied S5 aufweist, versehen.

Fig. 4 zeigt eine derartige Schaltungsanordnung. Bei dieser Schaltungsanordnung ist die Feldwicklung 11 mit dem Anker 4 und den Wicklungen 10; 10′ miteinander vertauschbar.

Claims (7)

1. Universalmotor, insbesondere für handgeführte Bohrma­ schinen und Schrauber, der durch eine Schaltungsanordnung mittels eines ersten mehrpoligen Umschalters (S1, S2) zwi­ schen Motor- und Bremsbetrieb umschaltbar und mittels eines zweiten mehrpoligen Umschalters (S3, S4) in seiner Dreh­ richtung umkehrbar ist, umfassend

• - einen Anker (4), der über zwei in der geometrisch neutra­ len Zone (5) angeordnete Bürsten mit Strom versorgt wird, und
• - ein geblechtes Polpaket, das aus einem magnetischen Rück­ schlußteil (9) und Feldpolanordnungen (X) besteht, die sich jeweils aus zwei gleichen Feldpolteilen (8; 8′) mit Polkernen, die auf ihrer dem Anker (4) zugewandten Seite zu beiden Seiten in Polhörner aus laufen, zusammensetzen,
• - eine Wicklungsanordnung, die je Feldpolanordnung (X) aus einer Feldwicklung (11), die beide Feldpolteile (8; 8′) im Bereich der Polkerne umschlingt sowie aus einer ersten Wicklung (10), die das erste Feldpolteil (8) im Bereich des Polkerns umschlingt, und aus einer zweiten Wicklung (10′), die das zweite Feldpolteil (8′) im Bereich des Polkerns umschlingt, besteht,

wobei während des Motorbetriebs die Feldwicklung (11) und die erste Wicklung (10) und die zweite Wicklung (10′) mit dem Anker (4) in Reihe geschaltet sind, und während des Bremsbetriebes die Feldwicklung (11) und die erste Wicklung (10) und die zweite Wicklung (10′) über eine Kurzschluß­ brücke (17′) mit dem Anker (4) zu einem geschlossenen Stromkreis verbunden werden, und wobei die erste und die zweite Wicklung (10; 10′) während des Motorbetriebs so ge­ schaltet sind, daß in der einen Drehrichtung des Universal­ motors die erste Wicklung (10) feldverstärkend und die zweite Wicklung (10′) feldschwächend wirkt sowie in der an­ deren Drehrichtung die erste Wicklung (10) feldschwächend und die zweite Wicklung (10′) feldverstärkend wirkt, wo­ durch das Feld der Feldpolanordnungen (X) in beiden Dreh­ richtungen jeweils an der ablaufenden Kante verstärkt und an der auflaufenden Kante geschwächt wird und während des Bremsbetriebes das Feld der Feldpolanordnungen (X) jeweils an der ablaufenden Kante geschwächt und an der auflaufenden Kante verstärkt wird und das Ankerquerfeld stets zu der geometrisch neutralen Zone (5) ausgerichtet wird.

2. Universalmotor nach Anspruch 1, wobei das jeweils zur geometrisch neutralen Zone (5) weisenden Polhorn (12) der Feldpolteile (8; 8′) derart ausgebildet ist, daß es sowohl die Feldwicklung (11) als auch die erste oder die zweite Wicklung (10; 10′) aufnehmen kann, und wobei das zur Mitte der Feldpolanordnung (X) weisende Polhorn nur zur Aufnahme der ersten oder zweiten Wicklung (10, 10′) ausgebildet ist.

3. Universalmotor nach Anspruch 1, wobei während des Brems­ betriebes nur die Feldwicklung (11) über die Kurzschluß­ brücke (17) mit dem Anker (4) zu einem geschlossenen Strom­ kreis verbunden wird.

4. Universalmotor nach Anspruch 1 und 2, wobei die Schal­ tungsanordnung für einen ungebremsten Motor ausgelegt ist, indem der erste zweipolige Umschalter durch einen Netz­ trennschalter ersetzt wird.

5. Universalmotor nach Anspruch 1 und 4, wobei die Win­ dungszahl der ersten und der zweiten Wicklung (10, 10′) in Bezug auf die Windungszahl der Feldwicklung (11) so ausge­ legt ist, daß bei Nennbetrieb des Universalmotors eine gute Kommutierung gewährleistet ist.

6. Universalmotor nach einer der Ansprüche 1 bis 5, wobei zur maschinellen Einspulung der ersten und der zweiten Wicklung (10, 10′) das Polpaket in der Mitte zwischen den beiden Feldpolteilen (8; 8′) getrennt ist und nach dem Ein­ spulen zusammengefügt wird.