CH692437A5

CH692437A5 - Elektrischer Mikromotor mit einem weichmagnetischen Stator und einem Dauermagnet-Rotor.

Info

Publication number: CH692437A5
Application number: CH02948/96A
Authority: CH
Inventors: Albert Birkicht; Christian Peclat; Marcel Jufer; Alain Laager
Original assignee: Myonic Ag
Priority date: 1996-11-29
Filing date: 1996-11-29
Publication date: 2002-06-14

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Mikromotor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die bekannten elektrischen Mikromotoren mit Dauermagneten haben den Nachteil, dass sie für spezielle Anwendungen immer noch zu gross sind.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen elektrischen Mikromotor mit besonders kleinen Abmessungen zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch einen elektrischen Mikromotor mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Nachfolgend wird die Erfindung beispielsweise anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine stirnseitige Ansicht eines erfindungsgemässen Mikromotors,
Fig. 2 eine Querschnittdarstellung eines solchen Motors nach der Linie A-A in Fig. 1,
Fig. 3 eine perspektivische Explosionsdarstellung der Einzelteile dieses Motors,
Fig. 4 eine perspektivische Darstellung des montierten Motors,
Fig. 5 ein vergrössertes Detail des in Fig. 3 mit x bezeichneten Bereiches,
Fig. 6 eine stirnseitige Ansicht eines Spulenkörpers für einen solchen Motor,
Fig. 7 eine Querschnittdarstellung dieses Spulenkörpers nach der Linie A min -A min in Fig. 6,
Fig. 8 eine Querschnittdarstellung dieses Spulenkörpers nach der Linie C-C in Fig. 6,
Fig. 9 eine Draufsicht auf diesen Spulenkörper,
Fig.

10 eine Querschnittdarstellung dieses Spulenkörpers nach der Linie B-B in Fig. 7,
Fig. 11 eine Querschnittdarstellung dieses Spulenkörpers nach der Linie D-D in Fig. 7,
Fig. 12 ein vergrössertes Detail des in Fig. 11 mit x min bezeichneten Bereiches,
Fig. 13 und 14 perspektivische Ansichten des Spulenkörpers,
Fig. 15 und 16 Querschnittdarstellungen von zwei weiteren Ausführungen des erfindungsgemässen Motors,
Fig. 17 eine Querschnittdarstellung eines Dauermagnets für den Rotor dieses Motors, und
Fig. 18 eine stirnseitige Ansicht dieses Dauermagnets.

Der Mikromotor nach den Fig. 1 bis 4 umfasst einen zylindrischen bzw. rohrförmigen polschuhlosen Stator 1 aus einem weichmagnetischen Material, welcher zugleich als tubuläres Gehäuse des Mikromotors dient, und einen Rotor 2, der im Wesentlichen aus einer Welle 21 und vorzugsweise zwei zylindrischen Dauermagneten 22, 23 besteht, die eine axiale Bohrung aufweisen, durch die die Welle 21 geführt ist. Die an der Welle 21 geklebt, geschweisst, vorzugsweise lasergeschweisst, oder mit anderen Mitteln befestigten Dauermagnete 22, 23 sind diametral magnetisiert. Die Welle 21 weist zwei nebeneinander angeordnete Bereiche 24, 25 auf, die ebenfalls zylinderförmig, jedoch vorzugsweise mit einem grösseren Durchmesser als die Welle 21 ausgebildet sind.

Der Bereich 25 dient als Sitz für ein Lager, z.B. ein Kugellager 26, und der Bereich 24 bildet eine ringförmige Schulter zur Abstützung des Kugellagers 26. In Fig. 3 ist auch ein mit einem Kugellager versehener Rotor 3 dargestellt.

Aus Fig. 3 ist ersichtlich, dass der Mikromotor drei aussenseitig an einem Spulenkörper oder Wicklungsträger 4 angeordnete Spulen 41 aufweist, deren Drahtenden mit je einem Kontaktstift 5 verbindbar sind. In Fig. 3 ist auch ein mit drei Kontaktstiftpaaren bestückter Spulenkörper 6 dargestellt, der mit Bohrungen für die Befestigung der Kontaktstifte 5 versehen ist. Dieser Bereich des Spulenkörpers ist ausgebildet, um ein Lager 7 für das andere Ende der Welle 2 aufzunehmen. Im Beispiel nach Fig. 3 ist das Lager 26 als Kugellager und das Lager 7 als Gleitlager dargestellt, wobei aber auch beide ein Kugellager oder ein Gleitlager sein könnten.

Aus Fig. 2 geht deutlich hervor, dass für die Länge L und den Durchmesser D des Gehäuses ungefähr die Beziehung L = 3D gilt, und dass die Gesamtlänge des Motors L + L1 + L2 ist, wobei L1 die Länge des aus dem Gehäuse 1 herausragenden Teils der Kontaktstifte 5 und L2 die Länge des herausragenden Teils der Welle 21 ist. Das Verhältnis zwischen Länge L und Durchmesser D kann jedoch zwischen 1:1 und 1:6 sein. Die mechanische Leistung des Mo tors hängt von dieser Länge ab und wird über die Anzahl Magnete angepasst.

Fig. 5 zeigt, wie ein Drahtende 8 einer Spule oder Wicklung 41 (Fig. 3) an einem Kontaktstift 5 elektrisch verbunden, beispielsweise geschweisst oder gelötet, ist.

Der Spulenkörper nach den Fig. 7 bis 14 ist zylindrisch oder rohrförmig ausgestaltet und weist drei längliche Rippen 91, 92, 93 der Breite b (Fig. 10) auf. Die Länge dieser Rippen ist kleiner als die innere Länge der Spulen. Die Rippen 91, 92, 93 sind aussenseitig peripherisch in Winkeln von 120 DEG (Fig. 10) am Spulenkörper angeordnet. Ein Endbereich 94 des Spulenkörpers ist flanschförmig ausgebildet und mit für die Kontaktstifte 5 vorgesehenen Bohrungen versehen. Eine solche Bohrung 95 ist in den Fig. 8 und 12 dargestellt.

Diese Bohrungen 95 (Fig. 8) kommunizieren jeweils mit einer sich am Rande des flanschförmigen Endbereichs 94 befindenden Ausnehmung 96. Solche Ausnehmungen 96 bilden einen Zugang zu den Kontaktstellen zwischen einem Ende 8 eines Wicklungsdrahtes und einem Kontaktstift 5 und erlauben somit die Herstellung einer Kontaktverbindung von aussen.

Die Tolerierung des Innendurchmessers des Gehäuses 1 und des Aussendurchmessers des flanschförmigen Endbereichs 94 des Spulenkörpers 4 ist vorgesehen, um eine Presspassung an dem einen Ende des Gehäuses zu bilden. Im Beispiel nach Fig. 2 bilden die Aussenseite des Kugellagers 26 und die Bohrung des Gehäuses 1 ebenfalls eine Presspassung. Nach der Montage ist somit der Spulenkörper vorzugsweise ohne zusätzliche Verbindungselemente, wie Schrauben, die gegebenenfalls auch vorhanden sein könnten, fest mit dem Gehäuse 1 verbunden.

Die Spule oder Wicklung 41 besteht aus einer Anzahl N Wicklungen, beispielsweise 30 </= N </= 400, von einem isolierten Draht mit einem Durchmesser d, beispielsweise 10 mu m </= d </= 400 mu m und vor- zugsweise d </= 300 mu m. Die Wicklung 41, die im Querschnitt kreisbogenartig vorzugsweise in einem Winkel kleiner als 120 DEG geformt ist, besteht durch die Lackadhäsion für sich und weist einen länglichen Innenschlitz 42 (Fig. 3) auf, in den die Rippen 91, 92 und 93 passen, um die Halterung der Wicklungen am Spulenkörper bei der Montage zu erleichtern. Im montierten Zustand befinden sich somit die drei Wicklungen peripherisch zwischen dem Spulenkörper 4 und der glatten Innenwand des Gehäuses 1, das somit keine Polschuhe aufweist.

Die Welle 21 mit den Dauermagneten kann im Innern des Spulenkörpers 4 rotieren, der vorzugsweise sehr dünnwandig ausgebildet ist, um den Luftspalt zwischen dem Rotor 2 und der Wicklung 41 möglichst klein zu halten.

Die Ausführungen nach den Fig. 15 und 16 umfassen eine zusätzliche Hülse 11, in die das Kugellager 26 aufgenommen wird. Diese Hülse 11 weist eine ringförmige Schulter auf, die eine Presspassung mit der Innenbohrung des Gehäuses bildet. Diese Hülse kann auch durch eine spezielle Ausführung des Aussenrings eines Kugellagers ersetzt werden. Die Ausführung nach Fig. 15 weist an der linken Seite ein Gleitlager 7 auf, während die Ausführung nach Fig. 16 mit einem zweiten Kugellager, beispielsweise mit 7 Kugeln, versehen ist.

Aus Fig. 18 ist ersichtlich, das die Länge Lm der Dauermagnete 22, 23 grösser als sein Durchmesser dm ist. Vorzugsweise gilt die Beziehung 1 </= Lm/dm </= 4. Diese Magnete weisen eine Innenbohrung auf, die an beiden Enden konisch oder abgerundet erweitert ist. Die Länge der konischen Erweiterung ist t1 bzw. t2.

Ein Mikrokugellager 26 mit 17 Kugeln wurde von der Firma RMB hergestellt. Solche speziellen Mikrokugellager der Firma RMB weisen einen Aussendurchmesser von beispielsweise 1 mm bis 6 mm auf.

Das Gehäuse besteht beispielsweise aus einer handelsüblichen Fe-Ni-Legierung, und die Dauermagnete sind beispielsweise aus einer intermetallischen Verbindung, zum Beispiel Magnesium-Wismut, Platin-Kobalt, Verbindungen mit seltenen Erden oder aus einer Nd-Verbindung, beispielsweise Nd-Fe-Bo.

Die Spulen oder Wicklungen werden vorzugsweise mit drei um 120 DEG phasenverschobenen zumindest angenähert Rechteck-Impuls-Signalen von beispielsweise 1 bis 12 Volt gespeist, um einen Synchron-Mikromotor zu ergeben.

Der Mikromotor kann jedoch in an sich bekannter Weise als kollektorloser Gleichstrommotor mit Kommutierungsschaltungen arbeiten, die beispielsweise in einem separaten Modul im Bereich nahe den Kontaktstiften 5 untergebracht sein können.

Der Mikromotor kann auch mit nur zwei diametral angeordneten Spulen und Rippen 91 oder sonst mit mehr als drei gleichmässig am Umfang des Stators verteilten Spulen mit oder ohne Spulenkörper arbeiten.

Die Rippen 91, 92, 93 sind vorzugsweise einstückig mit dem Kunststoff-Wicklungsträger 4 ausgebildet. Sie können jedoch auch als getrennte Teile aus einem weichmagnetischen Material bestehen, die auf dem Wicklungsträger 4 geklebt werden.

Der Luftspalt zwischen Magnet und Gehäuse beträgt beispielsweise 0,4 mm bis 1,2 mm, vorzugsweise jedoch 0,6 mm bis 0,8 mm.

Der Luftspalt zwischen Magnet und Spulen beträgt vorzugsweise 0,05 mm bis 0,3 mm.

Claims

1. Mikromotor mit einem Stator aus einem weichmagnetischen Material, mit mindestens zwei Wicklungen als Spulen und mit einem Dauermagnet-Rotor, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (1) polschuhlos ausgebildet ist und/oder dass der Rotor (2) mit mindestens zwei Dauermagneten (22, 23) bestückt ist.

2. Mikromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (1) rohrförmig ausgebildet ist und zugleich als Gehäuse des Mikromotors dient.

3. Mikromotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor eine Welle (21) mit mindestens zwei nebeneinander angeordneten Dauermagneten (22, 23) umfasst, die in derselben Richtung diametral magnetisiert sind, und dass der Luftspalt zwischen Dauermagnet (22, 23) und Spulen 0,05 mm bis 0,3 mm beträgt.

4.

Mikromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Rotor (2) und dem Stator (1) ein im Wesentlichen rohrförmiger Wicklungsträger (4) eingeführt ist, der vorgesehen ist, um die mindestens zwei in Querrichtung gebogenen länglichen Wicklungen (41) zu halten.

5. Mikromotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wicklungsträger (4) mit so vielen länglichen Rippen (91, 92, 93) wie Wicklungen (41) versehen ist, und dass die Wicklungen (41) Schlitze (42) aufweisen, in die jeweils eine Rippe (91, 92, 93) passt.

6. Mikromotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass diese Rippen (91, 92, 93) aus einem weichmagnetischen Material bestehen und auf einem Wicklungsträger (4) aus Kunststoff befestigt sind.

7.

Mikromotor nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stirnbereich des Wicklungsträgers (4) in Form einer flanschförmigen Erweiterung (94) ausgebildet ist, die vorzugsweise eine radiale Presspassung mit dem Stator (1) bildet.

8. Mikromotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass diese Erweiterung (94) stirnseitige \ffnungen für die Befestigung von elektrischen Kontaktelementen (5) aufweist.

9. Mikromotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass er als kollektorloser Gleichstrommotor mit Kommutierungselementen ausgebildet ist, die in einem separaten Modul nahe den Kontaktelementen (5) untergebracht sind.

10.

Mikromotor nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass er mit mindestens einem Mikrokugellager (26) für die Rotorwelle (21) bestückt ist, dass das Mikrokugellager (26) einen Aussendurchmesser zwischen 2 mm und 10 mm aufweist, dass das Gehäuse (1) tubulär mit einem glatten Innendurchmesser ausgebildet ist, dass die Dauermagnete zylindrisch ausgebildet sind und eine zentrale Bohrung zu deren Fixierung an einer Drehwelle einer Drehachse aufweisen, dass die Enden dieser zentralen Bohrung konisch erweitert sind, dass für die Länge Lm und den Durchmesser dm der Dauermagnete (22, 23) die Beziehung Lm >/= dm gilt, und dass der Mikromotor als Synchronmotor oder als kollektorloser Gleichstrommotor geschaltet ist.