DE102004009047A1

DE102004009047A1 - Läufermotor

Info

Publication number: DE102004009047A1
Application number: DE102004009047A
Authority: DE
Inventors: Dietrich Von Knorre
Original assignee: Schunk Motorensysteme GmbH
Current assignee: Schunk Motorensysteme GmbH
Priority date: 2004-02-23
Filing date: 2004-02-23
Publication date: 2005-09-22
Also published as: US20050231063A1; US7215058B2

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Läufermotor (10), umfassend einen Läufer (12), eine Ankerwicklung (22, 44), Kohlebürsten (24, 26), zumindest einen Magneten (16) sowie eine von dem Läufer ausgehende Welle (14). Um eine konstruktive Vereinfachung und somit kostengünstige Herstellung zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, dass auf den Läufer (12, 38) die Ankerwicklung (22, 44) aus elektrisch leitendem Kunststoff gespritzt ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Läufermotor wie Scheiben- oder Glockenläufermotor umfassend einen Läufer, eine aus elektrisch isolierendem Material des Läufers verlaufende Ankerwicklung, Kohlebürsten, zumindest einem Magneten sowie eine von dem Läufer ausgehende Welle.
Entsprechende Läufermotoren werden häufig in der Servoantriebstechnik eingesetzt. In immer stärkerem Umfang erfolgt auch eine Verwendung im Automobilbereich aufgrund der kompakten Bauweise. Nachteilig entsprechender Läufermotoren ist jedoch das Wickeln des Läufers.
Ein Scheibenläufermotor der eingangs genannten Art ist bekannt aus www.servotechnik.de/Fachbeiträge/Motoren. Dabei besteht der Läufer aus einem Träger, der mit einer Isolierschicht versehen ist. Auf die Isolierschicht ist die Ankerwicklung in Form von Leiterbahnen aufgebracht. Dabei können sich im einfachsten Fall auf der Vorder- und Rückseite der Isolierschicht die Hin- und Rückleiter befinden. Das Magnetfeld wird durch Permanentmagnete erzeugt, die an den Lagerschilden angebracht sind. Der magnetische Rückfluss erfolgt durch das Gehäuse. Ein Kommutator ist nicht erforderlich, da die Bürsten unmittelbar auf den Leiterbahnen kontaktieren. Die Ankerwicklung kann eisenlos ausgeführt sein, so dass sich ein sehr kleines Trägheitsmoment ergibt.
Bei einem Glockenläufermotor derselben Literaturstelle ist die Ankerwicklung auf einer Tragscheibe befestigt. Die Ankerwicklung umschließt einen Permanentmagneten, wobei der magnetische Rückfluss ebenfalls durch das Gehäuse erfolgt. Auch die Ankerwicklung ist eisenlos ausgeführt.
Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zu Grunde, einen Läufermotor der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass eine konstruktive Vereinfachung und somit kostengünstige Herstellung ermöglicht wird.
Zur Lösung des Problems sieht die Erfindung im Wesentlichen vor, dass auf den Läufer die Ankerwicklung aus elektrisch leitendem Kunststoff gespritzt ist.
Insbesondere handelt es sich bei dem Läufer ebenfalls um ein aus Kunststoff bestehendes Spritzgussteil, auf das die Ankerwicklung gespritzt ist.
Somit besteht die Möglichkeit, den Läufer und die Ankerwicklung durch Zweikomponentenspritzen herzustellen, wodurch eine kostengünstige Vereinfachung erfolgt. Es können Läufermotoren mit hohen Stückzahlen produziert und folglich kostengünstig zur Verfügung gestellt werden.
Insbesondere sieht die Erfindung vor, dass der Läufermotor ein Scheibenläufermotor mit auf Vorder- und Rückseite des scheibenförmigen Läufers verlaufender Ankerwicklung ist, wobei der scheibenförmige Läufer Durchbrechungen aufweist, die von der Ankerwicklung durchsetzt sind. Alternativ besteht die Möglichkeit, dass die Ankerwicklung entlang äußerem Rand des scheibenförmigen Läufers verläuft.
In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Läufer eine Ringscheibe ist, entlang deren inneren und äußeren Randes die Ankerwicklung verläuft.
Bei einem Läufermotor in Form eines Käfigläufermotors mit topf- bzw. glockenförmigem Läufer umfassend einen hohlzylinderförmigen Umfangsabschnitt und diesen bodenseitig zumindest abschnittsweise verschließenden Bodenabschnitt, von dem die Welle ausgeht, wobei die Ankerwicklung innen- und außenseitig entlang des Umfangs- und Bodenabschnitts verläuft, zeichnet sich dadurch aus, dass die Kohlebürsten unmittelbar auf der auf der Außenfläche des Bodenabschnitts verlaufenden Ankerwicklung aufliegen. Somit sind die nach dem Stand der Technik notwendigen und von der Welle ausgehenden Kommutatoren nicht erforderlich. Vielmehr erfolgt eine direkte Kommutierung.
In hervorzuhebender Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Läufer eine Sandwichstruktur mit zwischen aus elektrisch isolierendem Material bestehenden Schichten verlaufender Ankerwicklung aufweist, die erfindungsgemäß durch Spritzen von aus elektrisch leitendem Kunststoffmaterial ausgebildet ist. Hierdurch besteht die Möglichkeit, die Anzahl der Windungen der Ankerwicklung zu erhöhen mit der Folge, dass die Drehzahl des Läufers auf gewünschte Werte von weniger als 10 000 U/min, vorzugsweise 6 000 U/min herabgesetzt werden kann.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen -für sich und/oder in Kombination-, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung von der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:
1 eine Prinzipdarstellung eines Scheibenläufermotors,
2 eine perspektivische Darstellung eines Läufers des Scheibenläufermotors nach 1,
3 eine Draufsicht auf den Läufer gemäß 2,
4 eine Vorderansicht des Läufers nach den 2 und 3 mit Ankerwicklung,
5 eine Rückansicht des Läufers gemäß 4 mit Ankerwicklung.
6 eine Prinzipdarstellung eines Glockenläufermotors,
7 einen Läufer gemäß 6 in Rückansicht,
8 eine Prinzipdarstellung einer Abwicklung des Läufers gemäß 7 und
9 eine weitere Prinzipdarstellung des Läufers gemäß 7 mit Ankerwicklung.
In 1 ist prinzipiell ein Scheibenläufermotor 10 dargestellt, der einen Läufer 12 in Form einer Scheibe aufweist, von der eine Welle 14 ausgeht, über die die Scheibe 12 gelagert ist. Dem Läufer 12 ist ein Permanentmagnet 16 zugeordnet, der ein prinzipiell eingezeichnetes Magnetfeld 18 erzeugt, das Windungen 20 einer Ankerwicklung 22 durchsetzt. Der Ankerwicklung 22 wird über Kohlebürsten 24, 26 Strom zugeführt, damit der Läuferscheibenmotor 10 betrieben werden kann. Insoweit wird jedoch bezüglich der prinzipiellen Konstruktion auf hinlänglich bekannte Motoren verwiesen.
Erfindungsgemäß sind der scheibenförmige Läufer 12 und die Ankerwicklung 22 gespritzte Elemente, d. h. der Läufer 12 ist ein aus elektrisch isolierendem Material bestehendes Kunststoffteil, auf das aus elektrisch leitendem Material bestehender Kunststoff gespritzt ist, das die Ankerwicklung 22 bzw. deren Windungen 20 bildet.
Um die Ankerwicklung 22 auf den Läufer 12 derart aufzubringen, dass die einzelnen aus elektrisch leitendem Kunststoff bestehenden Abschnitte elektrisch miteinander verbunden sind, sind verschiedene Möglichkeiten gegeben, von denen eine den 2 bis 5 rein prinzipiell zu entnehmen ist. So ist in 2 noch einmal der Läufer 12 in Form eines aus elektrisch isolierendem Kunststoff bestehenden Scheibenkörpers und der von diesem ausgehenden Welle 14 dargestellt. Beim Spritzen des Scheibenkörpers werden in diesem Durchbrechungen 30, 32 ausgebildet. Diese werden sodann beim Spritzen von dem aus elektrisch leitendem Kunststoff bestehenden Kunststoff zur Ausbildung der Windungen 20, d. h. der Ankerwicklung 22 durchsetzt, wie rein prinzipiell den 4 und 5 zu entnehmen ist. Hierdurch wird eine geschlossene Strombahn ausgebildet, der über die Kohlebürsten 24, 26 Strom zugeführt wird, um den Läufer 12 in Drehbewegung zu versetzen. Dabei erfolgt eine direkte Kommutierung, d. h. die Kohlebürsten 24, 26 liegen unmittelbar auf dem Scheibenkörper, d. h. der Ankerwicklung 22 bzw. deren Windungen 20 auf.
Um eine hohe Windungsdichte zu erzielen, besteht die Möglichkeit, den Läufer 12 sandwichartig auszubilden, d. h., dass Windungen aus elektrisch leitendem Kunststoffmaterial zwischen Schichten aus elektrisch isolierendem Kunststoff gespritzt werden. Hierdurch ist die Möglichkeit gegeben, den Läufer 12 mit einer gewünschten Drehzahl zu betreiben.
In 6 ist rein prinzipiell ein Glockenläufermotor 34 dargestellt, der aus einem topfförmigen Läufer 38 mit hohlzylindrischem Umfangsabschnitt 40 und Bodenabschnitt 42 besteht. Der Basiskörper des Läufers 38, also der Umfangsabschnitt 40 und der Bodenabschnitt 42 sind ein Kunststoff-Spritzteil, auf den entsprechend der Lehre der 1 bis 5 Kunststoff aus elektrisch leitendem Material zur Ausbildung einer Ankerwicklung 44 gespritzt ist, die sich entlang Innen- und Außenfläche des Umfangsabschnitts 40 und des Bodenabschnitts 42 erstreckt, wie aus der 7 ersichtlich ist. Unmittelbar auf den entlang der Außenfläche des Bodenabschnitts 42 verlaufenden Windungen 46 der Ankerwicklung 44 liegen Kohlebürsten 48, 50 auf, so dass ein gesonderter Kommutator nicht erforderlich ist. Ferner geht von dem Läufer 38 eine Welle 52 aus.
In 6 sind ferner von Permanentmagneten erzeugte Magnetfelder 54, 56 dargestellt, die die Ankerwicklung 38 in gewohnter Weise durchsetzen.
Die 8 zeigt rein prinzipiell die Abwicklung des Läufers 38 mit einem Abschnitt 58 der Ankerwicklung 44, der sich sowohl entlang Außenseite 60 des Hohlzylinderabschnitts 40 des Läufers 38 als auch entlang Innenseite 62 erstreckt. Letzteres wird durch die gestrichelte Darstellung der Windung 58 angedeutet.
Damit das gespritzte elektrisch leitende Kunststoffmaterial zur Ausbildung der Ankerwicklung 44 sowohl entlang der Außenseite 60 als auch der Innenseite 62 verläuft, sind entsprechend der Darstellung der 8 im äußeren freien Randbereich des Hohlzylinderabschnitts 40 nicht dargestellte Durchbrechungen vorgesehen, die von dem elektrisch leiten den Kunststoffmaterial durchsetzt werden. Im Bereich des Bodenabschnitts 42 erstreckt sich das elektrisch leitende Kunststoffmaterial sowohl entlang der Außenfläche 62, auf der die Kohlebürsten 48, 50 aufliegen, als auch entlang der Innenfläche (gestrichelte Darstellung in 8).
Eine Abwicklung des Läufers 38, jedoch mit fertig gespritzter Ankerwicklung 44 ist der 9 zu entnehmen. Dabei ist erkennbar, dass die die Windungen bildenden Abschnitte des elektrisch leitenden Kunststoffmaterials im erheblichen Abstand zueinander verlaufen, um Kurzschlüsse zu vermeiden. Hierdurch ist die Windungsdichte eingeschränkt. Um die Windungsdichte zu erhöhen, besteht die Möglichkeit. den Läufer 38 sandwichartig aufzubauen, also Läuferwindungen übereinander anzuordnen, die über Schichten aus elektrisch isolierendem Kunststoffmaterial voneinander getrennt sind.
Ohne die Erfindung zu verlassen, besteht auch die Möglichkeit, dass sich Abschnitte der Ankerwicklung 22 bzw. 44 entlang des Umfangsrandes 64 des scheibenförmigen Läufers 12 bzw. Stirnrands 66 des topf- bzw. glockenförmigen Läufers 38 erstrecken, so dass sich bei der den 3 bis 5 zu entnehmenden Ausführungsform die peripheren Durchbrechungen 30 erübrigen. Gleiches würde in diesem Fall für die in 8 nicht dargestellten Durchbrechungen gelten.
Entsprechende Motoren können im Automobilbereich zum Einsatz gelangen. Ein bevorzugtes Anwendungsbeispiel sind Antriebe für Fensterheber.

Claims

Läufermotor wie Scheiben- oder Glockenläufermotor umfassend einen Läufer, eine aus elektrisch isolierendem Material des Läufers verlaufende Ankerwicklung, Kohlebürsten, zumindest einen Magneten sowie eine von dem Läufer ausgehende Welle, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Läufer (12, 38) die Ankerwicklung (22, 44) aus elektrisch leitendem Kunststoff gespritzt ist.
Läufermotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Läufer (12, 38) ein Spritzgussteil ist, auf das die Ankerwicklung (22, 44) gespritzt ist.
Läufermotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Läufer (12, 38) und die Ankerwicklung (22, 44) durch Zweikomponenten-Spritzgießen hergestellt sind.
Läufermotor in Form eines Scheibenläufermotors (10) mit auf Vorder- und Rückseite des scheibenförmigen Läufers (12) verlaufender Ankerwicklung (22), dadurch gekennzeichnet, dass der scheibenförmige Läufer (12) Durchbrechungen (30, 32) aufweist, die von dem die Ankerwicklung (22) bildenden elektrisch leitenden Kunststoff durchsetzt sind.
Läufermotor nach Oberbegriff des Anspruchs 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankerwicklung entlang Umfangsrand (64) des scheibenförmigen Läufers (12) verläuft.
Läufermotor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Läufer (12) eine Ringscheibe ist.
Läufermotor nach Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Läufer (12) eine Ringscheibe ist, entlang derem Innenrand die Ankerwicklung verläuft.
Läufermotor nach zumindest Anspruch 1 in Form eines Käfigläufermotors mit topf- bzw. glockenförmigem Läufer (38) mit hohlzylinderförmigem Umfangsabschnitt (40) und diesen bodenseitig zumindest abschnittsweise abdeckendem Bodenabschnitt (42), wobei die Ankerwicklung (44) innen- und außenseitig entlang Umfangs- und Bodenabschnitts verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlebürsten (48, 50) unmittelbar auf auf der Außenfläche (62) des Bodenabschnitts (42) verlaufender Ankerwicklung (44) aufliegen.
Läufermotor nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankerwicklung (22, 44) mehrlagig auf den Läufer (12, 38) gespritzt ist, wobei zwischen den Lagen aus elektrisch leitendem Kunststoff elektrisch isolierendes Material gespritzt ist.
Läufermotor nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (14, 16) einstückig mit dem Läufer (12, 38) gespritzt ist.
Läufermotor nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankerwicklung (22, 44) entlang Umfangsrad (64) bzw. Stirnrand (66) des Läufers (12, 38) verläuft.
Läufermotor nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlebürsten (24, 26, 48, 50) unmittelbar auf der auf den Läufer (12, 38) gespritzten Ankerwicklung (22, 44) bzw. Windungen (20, 46, 58) dieser aufliegen.
Läufermotor nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Läufer (12, 38) eine Sandwich-Struktur aufweist mit zwischen aus elektrisch isolierendem Material bestehenden Schichten verlaufenden Windungen (20, 46) der Ankerwicklung (22, 44) aufweist.