DE19700074A1

DE19700074A1 - Bidirectional universal motor esp. for hand-held drills and screwdrivers

Info

Publication number: DE19700074A1
Application number: DE19700074A
Authority: DE
Inventors: Hans Hermann Rottmerhusen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-03-22
Filing date: 1997-01-03
Publication date: 1997-09-25

Abstract

The motor can be switched between drive and brake modes and is reversible in rotation direction by a first and second multipole changeover switch (S1,S2;S3,S4) respectively. An armature (4) is supplied with current via two brushes mounted in the geometrically neutral zone (5). A pole packet consists of a magnetic short-circuit part (9) and field pole arrangements (X) each with two identical pole parts (8;8') with cores which form pole horns on the armature side. A coil arrangement has a field coil (11) which encloses both field pole arrangements near the pole cores and a second coil (10') enclosing the second field pole part near the pole core.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen drehrichtungsumkehrba ren Universalmotor mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 (DE 40 25 713 C2).The invention relates to a reversing direction of rotation Ren universal motor with the features of the generic term of Claim 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.Reversible universal motors can be found at Elek power tools such as drills and screwdrivers application. Should be in both directions of rotation with such power tools good commutation can be achieved, so are the brushes arranged adjustable in a known manner. Especially after Part of it is that in the event of a short-circuit braking of the Adequate commutation is not achieved.

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.To improve sufficient commutation at elek trical machines without reversing poles is in the patent DE 2 35 089 proposed the poles on the stand in several parts to interpret. In this patent, DC motors are used ren and DC machines described by simp ches changing the excitation current or a part of it a variable electromotive force in the electri machines or a variable speed the electric motors without sparking on the current transmitter or can be achieved on the collector by the magnetic windings on Stands are arranged one above the other so that their axes don't fall together. Such an engine is designed but not suitable for switchable directions of rotation.

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. In the patent DE 40 25 713 C2 is a power inverter motor described, the switching means for the direction of rotation circuit, and reversing poles on the stand arranged that both good commutation of the motor during the operating phase as well as during the braking phase should guarantee.

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.The arrangement of reversing poles with small draft ventilation ten universal motors with a high power density, the especially with hand-held drills and screwdrivers are hardly technically feasible.

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.A universal motor for operation at two voltages is known from FR 2 182 601 A. The stator core consists of a yoke part 10 and field pole arrangements 12 , 13 , each consisting of two identical field pole parts. The pole cores of the field pole parts run towards the air gap towards the sides in pole horns, the pole horns directed towards the geometrically neutral zone being designed such that they have a first winding 14 ; 15 , which loops around both field pole parts and a second winding 18 ; 19 , which only wraps around a field pole part. To excite the motor, the second winding 18 ; 19 used while the first winding 14 ; 15 only delivers a small portion of the field. In contrast, excitation occurs at high voltage through the first winding 14 ; 15 , while the second winding 18 ; 19 has a field-weakening effect in order to correct the direction of the magnetic flux. Executions in the direction of braking or reversing the motor cannot be found in this document.

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. The object of the invention is to provide a reversing direction of rotation to create their universal motor, with which during loading drive phase as well as during the braking phase of the engine good commutation is achieved without Wen depole are provided.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.This task is carried out in a generic facility by the characterizing features of claim 1 solved.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den übrigen An sprüchen und der Beschreibung zu entnehmen.Further refinements of the invention are the rest of the sayings and the description.

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.The advantages of cutting the pole pack for a university Versalmotor in connection with the scarf according to the invention device arrangements for braking the engine are that this enables electrodynamic braking to be carried out, and a corresponding good commutation both during the Braking phase as well as during the operating phase in both Direction of rotation is achieved.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung an Aus führungsbeispielen näher erläutert.The invention is described below with reference to the drawing management examples explained in more detail.

Dabei zeigen:Show:

Fig. 1 einen standardgemäßen Blechschnitt des Polpakets für Universalmotoren, Fig. 1 shows a section of the sheet-standard Polpakets for universal motors,

Fig. 2 einen Blechschnitt des Polpakets für einen dreh richtungsumkehrbaren und abbremsbaren Universalmo tor, Fig. 2 for a rotating richtungsumkehrbaren a sheet metal section of the gate and Polpakets brakable Universalmo,

Fig. 3 Bremsschaltung für einen drehrichtungsumkehrbaren Universalmotor, Fig. 3 brake circuit for a universal motor reversible direction of rotation,

Fig. 4 Schaltungsanordnung für einen drehrichtungsumkehr baren Universalmotor. Fig. 4 circuit arrangement for a reversible reversible universal motor.

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.Electric hand tools are usually equipped with a universal motor, since a high power density can be achieved with a universal motor. A standard sheet metal section of such a universal motor is shown in FIG. 1. Behind the pole horns 1 of the field poles 2 , the field winding 3 is arranged. The armature 4 and the field winding are cooled by a draft ventilation. A corresponding space 6 is therefore provided in the area of the geometrically neutral zone 5 for cooling the motor. If the motor can be switched for both directions of rotation, the armature transverse field 7 is located in the case of non-adjustable brushes in the geometrically neutral zone 5 , so that good commutation is not given for motors with a higher output. If good commutation is to be achieved with a reversible motor, the brushes are adjustable.

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.It is particularly disadvantageous in the case of adjustable brushes that this does not result in sufficient commutation in the case of a short Final braking of the engine can be achieved because the armature cross field aligned to the trailing edge of the field poles is tested.

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. Fig. 2 shows a sheet metal section of the pole pack of a Univer salmotors, with which, in conjunction with a corresponding circuit arrangement, good commutation is achieved both during the operating phase and during the braking phase of the motor.

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.The pole structure of the pole pack is designed for both directions of rotation of the motor, and it has field pole arrangements X each consisting of two identical field pole parts 8 ; 8 ', and the Feldpo arrangement X are executed together with the magnetic back circuit part 9 as a laminated pole package.

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.The pole core of the field pole parts 8 ; 8 'is looped around on both sides by a field-strengthening winding 10 or by a field-weakening winding 10 ' and on one side by a field winding 11 . The pole core of the field pole parts 8 ; 8 'runs on both sides into pole horns from, said each pointing towards the geometrically neutral zone 5 pole horn 12 is formed such that it is both the frame reinforcing Wick lung 10 or the field-weakening winding 10' and the field winding can accommodate 11 and the each facing the pole center of the field pole arrangements X facing pole horn 13 is designed such that it can accommodate the field-strengthening winding 10 or the field-weakening winding 10 '.

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.The anchor cross field 7 is aligned with the geometrically neutral zone 5 , thereby the maximum number of coil coils is detected by the stator field. The number of turns of the field-reinforcing winding 10 and the field-weakening winding 10 'is designed to the field winding 11 that a good commutation is ensured during rated operation of the motor, and what the maximum efficiency of the motor is achieved. For mechanical winding of the windings 10 ; 10 ', it may be advantageous to use the pole pack in two parts by separating the pole pack in the middle 14 of the pole field arrangements, and after winding the windings 10 ; 10 ', the pole packet parts are put together.

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.If a universal motor designed in this way is to be braked gently and quickly by short-circuit braking with sufficient commutation, a corresponding circuit arrangement must be provided for this. Fig. 3 shows such a circuit arrangement.

Fig. 3 zeigt eine Schaltungsanordnung zum netzunabhängigen elektrischen Bremsen eines drehrichtungsumkehrbaren Univer salmotors mittels zweipoliger Umschalter. Fig. 3 shows a circuit arrangement for mains-independent electrical braking of a reversible Univer salmotors by means of two-pole switch.

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.The normally open contact a of the first switching element S1 is connected to a first mains connection and the normally closed contact b of the first switching element S1 is connected via a bridge 15 to the normally open contact c of the second switching element S2 and the first connection of the armature 4 , with the bridge 15 being connected to the first terminal of the current path 16 is connected and the second terminal of the current path is connected to the second order switching element S2, and the second terminal of the core is connected to the first terminal of the field-strengthening and field-weakening winding 10 connected to one another in series; 10 'and connected via a short-circuit bridge 17 to the normally closed contact d of the second switching element S2, while the second connection of the field-strengthening and field-weakening winding 10 ; 10 'is connected to a two-th power supply, and the switching elements S1 and S2 are connected to the switching elements S3 and S4 of the changeover switch 18 for the reversal of the direction of rotation of the motor, and with the contacts of the changeover switch 18 , the field winding 11 is connected. In the current path 16 there is an alternating diode arrangement which serves as a voltage residue for the field excitation during the braking operation phase.

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. In this circuit arrangement, the field winding 11 and the field-strengthening and field-weakening winding 10 ; 10 'switches in series with the armature 4 during the motor operating phase, only the field winding 11 being connected in series with the armature via the short-circuit bridge 17 during the braking operating phase of the motor. During the Bremsbe operating phase of the motor, the armature 4 and the windings 10 ; 10 'with the field winding 11 via the short circuit bridge 17 ', which is then connected to the second network connection, be connected in series. Through such a connection, the stator field is weakened on the trailing edge during the braking phase and reinforced on the trailing edge.

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.With the circuit arrangement of Fig. 3, in both rotational directions of the engine, a good commutation both during the operational phase as well as during the deceleration phase it is aimed, without the need for a brush adjustment is erforder Lich or commutating poles must be present.

Solche drehrichtungsumkehrbare abzubremsende Universalmoto ren kommen zum Beispiel vorzugsweise bei handgeführten Bohrmaschinen und Schraubern vorteilhaft zur Anwendung.Such reversible reversible universal motor Ren come preferably for example with hand-held Drills and screwdrivers advantageous for use.

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.If the universal motor is to be braked and therefore only for both Direction of rotation must be designed, so is the circuit arrangement voltage instead of the first two-pole switch with egg nem disconnector, the at least one switching element S5 has provided.

Fig. 4 zeigt eine derartige Schaltungsanordnung. Bei dieser Schaltungsanordnung ist die Feldwicklung 11 mit dem Anker 4 und den Wicklungen 10; 10′ miteinander vertauschbar. Fig. 4 shows such a circuit arrangement. In this circuit arrangement, the field winding 11 with the armature 4 and the windings 10 ; 10 'interchangeable.

Claims

1. Universal motor, in particular for hand-held drilling machines and screwdrivers, which can be switched between a motor and brake operation by means of a circuit arrangement by means of a first multi-pole switch (S1, S2) and can be reversed in its direction of rotation by means of a second multi-pole switch (S3, S4) , full

- An armature ( 4 ) which is supplied with current via two arranged in the geometrically neutral zone ( 5 ) brushes, and
- A laminated pole package, which consists of a magnetic back circuit part ( 9 ) and field pole arrangements (X), each consisting of two identical field pole parts ( 8 ; 8 ') with pole cores, on their side facing the armature ( 4 ) on both sides run out of polhorns, put together,
- A winding arrangement, each field pole arrangement (X) from a field winding ( 11 ) which wraps around both field pole parts ( 8 ; 8 ') in the region of the pole cores and from a first winding ( 10 ) which the first field pole part ( 8 ) in the region of Wraps around the pole core, and consists of a second winding ( 10 ') which wraps around the second field pole part ( 8 ') in the region of the pole core,

wherein the field winding ( 11 ) and the first winding ( 10 ) and the second winding ( 10 ') are connected in series with the armature ( 4 ) during motor operation, and the field winding ( 11 ) and the first winding ( 10 ) and the second winding ( 10 ') via a short-circuit bridge ( 17 ') with the armature ( 4 ) to be connected to a closed circuit, and the first and second windings ( 10 ; 10 ') switch during operation of the engine so are that in one direction of rotation of the universal motor, the first winding ( 10 ) has a field-strengthening effect and the second winding ( 10 ') has a field-weakening effect, and in its direction of rotation the first winding ( 10 ) has a field-weakening effect and the second winding ( 10 ') has a field-strengthening effect , where through the field of field pole arrangements (X) in both directions of rotation is strengthened at the trailing edge and weakened at the trailing edge and during the braking operation the field of Field pole arrangements (X) are weakened at the trailing edge and reinforced at the trailing edge and the armature transverse field is always aligned with the geometrically neutral zone ( 5 ).

2. Universal motor according to claim 1, wherein the respective to the geometrically neutral zone ( 5 ) facing pole horn ( 12 ) of the field pole parts ( 8 ; 8 ') is designed such that it is both the field winding ( 11 ) and the first or the second winding ( 10 ; 10 ') can take, and wherein the pole horn facing the center of the field pole arrangement (X) is designed only for receiving the first or second winding ( 10 , 10 ').

3. Universal motor according to claim 1, wherein during braking operation only the field winding ( 11 ) via the short circuit bridge ( 17 ) with the armature ( 4 ) is connected to a closed circuit.

4. Universal motor according to claim 1 and 2, wherein the scarf is designed for an unbraked engine, by the first bipolar switch through a network disconnector is replaced.

5. Universal motor according to claim 1 and 4, wherein the Win number of the first and second windings ( 10 , 10 ') in relation to the number of turns of the field winding ( 11 ) is so out that good commutation is ensured during nominal operation of the universal motor .

6. Universal motor according to one of claims 1 to 5, wherein for mechanical winding of the first and the second winding ( 10 , 10 '), the pole packet in the middle between the two field pole parts ( 8 ; 8 ') is separated and coiled together after the one becomes.