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Die Erfindung betrifft einen Elektromotor. Aus dem Stand der Technik sind Elektromotore bekannt, die einen Eisenkreis mit einer Öffnung aufweisen, wobei in und/oder benachbart zu der Öffnung ein permanentmagnetischer Rotor auf einer Welle befestigt angeordnet ist, wobei die Welle radial gelagert ist und ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist. Üblicherweise weist ein solcher Motor zwei Eisenkreise auf, es sind aber auch Motoren mit nur einem oder mehr als zwei Eisenkreisen denkbar. Derartige Motoren werden beispielsweise als Schrittmotoren für eine Verwendung in elektrischen Meßwerken vorgesehen. In dem oder den Eisenkreisen vorhandenen Spulen wird ein magnetischer Fluss erzeugt, der in der Öffnung ein Drehfeld erzeugt und so den permanentmagnetischen Rotor antreibt. Bei in herkömmlichen Meßwerken vorhandenen radialen Gleitlagern kann es zu einem sogenannten „Schlagen“ der Welle kommen und so unerwünschte Geräusche entstehen. Aufgabe der Erfindung ist es, mit einfachen Mitteln ein Schlagen der Welle und damit unerwünschte Geräusche zu verhindern. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass ein Teil des Rotors axial in einem Abstand zur Öffnung des Eisenkreises derart angeordnet ist, dass sich der Rotor und der Eisenkreis derart anziehen, dass das erste Ende der Welle axial in ein axiales Lager gedrückt wird und das axiale Lager gleichzeitig als radiales Lager ausgestaltet ist. Der Rotor hat üblicherweise das Bestreben, eine Lage symmetrisch zu der Öffnung einzunehmen. Durch die Anordnung des Rotors teilweise in axialem Abstand zu der Öffnung wird eine Unsymmetrie erzeugt, wenn der axiale Abstand des Rotors auf einer zweiten Seite der Öffnung größer ist als auf der ersten Seite der Öffnung. So wird der Rotor und damit die Welle axial in Richtung des axialen Lagers gedrückt. Da das axiale Lager gleichzeitig als radiales Lager ausgebildet ist wird die Welle in diesem Lager spielfrei gelagert und so ein Schlagen der Welle in diesem Bereich sicher verhindert. Die Lage des Rotors kann auch so sein, dass er nur auf der zweiten Seite übersteht und unter Umständen die Öffnung nicht oder nur teilweise einnimmt.
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Wenn das erste Ende der Welle konusförmig ausgestaltet ist, ist die Auflagefläche der Welle auf dem radialen Lager besonders klein.
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Ein ähnlicher Effekt tritt ein, wenn das erste Ende der Welle teilkugelförmig ausgestaltet ist.
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Wenn das axiale Lager konusförmig ausgestaltet ist, ist eine einfache und effektive Realisierung der gleichzeitigen radialen Lagerung gegeben, insbesondere wenn das erste Ende der Welle ebenfalls konusförmig ausgestaltet ist.
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Eine weitere gute Lösung für das axiale Lager ist eine teilkugelförmige Ausgestaltung, insbesondere wenn das 1. Ende der Welle ebenfalls teilkugelförmig ausgestaltet ist, wobei klar ist, dass der Radius der Teilkugel der Welle kleiner sein muss als der Radius der Teilkugel des axialen Lagers.
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Grundsätzlich sind auch Kombinationen der vorgenannten Geometrien für das erste Ende der Welle und das axiale Lager möglich. Als besonders geeignet hat sich aber entweder ein konusförmige erstes Ende der Welle mit einem konusförmigen axialen Lager oder ein teilkugelförmiges erstes Ende der Welle mit einem teilkugelförmigen axialen Lager herausgestellt. Die Geometrie des ersten Endes der Welle kann auch eine andere sein, für die Geometrie des axialen Lagers ist dann aber eine konusförmige oder abgewandelte konusförmige Gestaltung des axialen Lagers sinnvoll.
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Wenn die Welle in einem Radialgleitlager gelagert ist, ist sie vollständig radial gelagert. Wenn das Radialgleitlager ein Ölreservoir aufweist ist eine dauerhafte Schmierung des Radialgleitlager sichergestellt. Dieses Ölreservoir kann beispielsweise dadurch ausgestaltet sein, dass das Radialgleitlager Ausbuchtungen aufweist, zwischen denen die Welle gelagert ist und so neben den Ausbuchtungen ein Raum entsteht, in dem Schmieröl durch Adhäsionskräfte gehalten und bei Bedarf zu den Ausbuchtungen hingezogen wird.
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Besonders effektiv ist ein entsprechender Elektromotor, wenn er 2 Eisenkreise aufweist.
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Hierbei sind insbesondere die Eisenkreise im Bereich benachbart zur Öffnung als Polschuhe aus ferromagnetischen Blechen ausgestaltet. Hierbei weist jeder Eisenkreis 2 Polschuhe auf, die sich an der Öffnung gegenüber liegen und so alle vorhandenen Polschuhe der einzelnen Eisenkreise die Öffnung zumindest teilweise umschließen. Die Polschuhe sind mit benachbarten Polschuhen direkt oder über ein nicht magnetisches Trägerelement miteinander verbunden. Dieses nichtmagnetische Trägerelement kann beispielsweise als nichtmagnetisches Blech ausgestaltet sein, welches mit den Polschuhen verschweißt ist. Es ist aber auch möglich, die Polschuhe beispielsweise mittels eines teilweisen und Umspritzen der Polschuhe mit Kunststoff so zu lagern, dass sie die Öffnung zumindest teilweise umschließen. Hierbei können benachbart Polschuhe direkt aneinander anschließen oder aber auch einen gewissen Abstand zueinander einnehmen. Schließlich ist es auch möglich, sämtliche Eisenkreise eines Elektromotors aus einem einzigen Blech auszustanzen, wobei Stege aus dem einzigen Blech benachbarte Polschuhe miteinander verbinden und so auf ein zusätzliches Trägerelement verzichtet werden kann. Hierbei ist aber nur ein kleinerer Wirkungsgrad des Elektromotors gegenüber einem Elektromotor mit vollständig voneinander getrennten Polschuhen realisierbar.
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Wenn ein Eisenkreis 2 ferromagnetische Bleche aufweist, die über einen Spulenkern miteinander verbunden sind kann der Elektromotor besonders einfach hergestellt werden, da dann zunächst der Spulenkern mit einer Spule versehen und dann mit den ferromagnetischen Blechen verbunden wird. Grundsätzlich ist auch möglich einen Eisenkreis aus einem einzigen ferromagnetischen Blechen herzustellen und durch entsprechende Kröpfungen zu gestalten. Hierbei ist aber aufwendig, eine Spule um das ferromagnetisch Blech herum anzuordnen.
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Wenn auf der Welle ein Schneckenrad angeordnet ist oder die Welle mit einem Schneckenrad verbunden kann leicht ein Schnecken-/Zahnradgetriebe realisiert werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht von zwei Eisenkreisen eines besonders bevorzugten ansonsten nicht dargestellten Elektromotors
- 2 einen Schnitt eines besonders bevorzugten Elektromotors mit zwei Eisenkreisen aus 1
- 3 den Ausschnitt A aus 2
- 4 eine perspektivische Teilansicht des erfindungsgemäßen Elektromotors aus 2
- 5 einen Schnitt durch ein weiteres bevorzugtes axiales Lager mit Teilen einer bevorzugten Welle
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In 1 erkennt man einen ersten Eisenkreis 100, einen zweiten Eisenkreis 201 nichtmagnetisches Trägerelement 300 und eine Öffnung 400. Der erste Eisenkreis 100 weist ein einfach gekröpftes Blech 101, ein zweites einfach geköpftes Blech 102 und einen ersten Spulenkern 103 auf. Das erste einfach gekröpfte Blech 101 weist einen Polschuh 110 und das zweite einfach gekröpfte Blech 102 weist einen Polschuh 120 auf. Der zweite Eisenkreis 200 weist ein erstes zweifach gekröpftes Blech 201, ein zweites zweifachgeköpftes Blech 202 und einen zweiten Spulenkern 203 auf. Das erste zweifachgekröpfte Blech 201 weist einen Polschuhe 210 und das zweite zweifachgekröpfte Blech 202 weist einen Polschuh 220 auf. Die Bleche 101,102 201 und 202 weisen im Bereich der Polschuhe 110,120 210,220 untereinander einen Abstand auf und sind mit dem Trägerelement beispielsweise aus Messingblech verschweißt. So umgeben die Polschuhe 110,120 210,220 die Öffnung 400. Die Bleche 101,102 und 201,202 weisen deshalb eine unterschiedliche Anzahl von Kreuzungen auf, damit die Spulenkerne 103,203 und damit die darauf in 1 nicht dargestellten befindlichen Spulen parallel zueinander ausgerichtet sein können und so eine einfache Montage auf einer nicht dargestellten Leiterplatte möglich ist.
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In 2 erkennt man einen permanent magnetischen Rotor 500, eine Welle 600 mit einem ersten Ende 601 und einem zweiten Ende 602, ein axiales Lager 700, ein radiales Lager 800, ein Schneckenrad 900, das zweite einfach gekröpfte Blech 102 mit dem Polschuh 120 und das erste einfach gekröpfte Blech 101 mit dem Polschuh 110. Der permanentmagnetischer Rotor 500 ist fest mit der Welle 600 verbunden und befindet sich teilweise zwischen den Polschuhen 110, 120. Man erkennt, dass der magnetische Rotor 500 axial nicht symmetrisch zu den Polschuhen 110,120 ausgerichtet ist, sondern dass er in Richtung des zweiten Endes 602 der Welle 600 weiter übersteht. Dies hat zur Folge, dass der magnetische Rotor 500 und damit die Welle 600 in Richtung des axialen Lagers 700 gedrückt wird. Dadurch, dass das axiale Lager einen konischen Querschnitt aufweist, wird die Welle im Bereich des axialen Lagers 700 auch radial gelagert, so dass ein Schlagen der Welle 600 sicher verhindert wird. Dies wird noch durch die konische Ausgestaltung des ersten Endes 601 der Welle 600 weiter verbessert.
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In 3 erkennt man, dass das axiale Lager 700 konisch und das erste Ende 601 der Welle 600 konisch ausgestaltet sind, wobei die der Konus des ersten Endes 601 spitzer ist als der Konus des Axiallagers 700, um die Reibung zwischen den beiden Bauteilen möglichst gering zu halten. Weiterhin erkennt man in 3, dass sich der permanentmagnetische Rotor 500 in axialer Richtung nicht symmetrisch zu den Polschuhen 110, 120 befindet und er so in Richtung des Axiallagers 700 gezogen wird, so dass das erste Ende 601 der Welle 600 in das Axiallager 700 gedrückt wird und so die Welle 600 in diesem Bereich sowohl axial als auch radial gelagert ist.
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In 4 erkennt das erste einfach gekröpfte Blech 101, das erste zweifachgekröpfte Blech 201 das zweite zweifachgekröpfte Blech 202 das Schneckenrad den permanenten magnetischen Rotor 500, dass Trägerelement 300 das axiale Lager 700 des radialen Lager 800, und Spulen 1010, 2010. Die Spulen 2010, 1010 verdecken den ersten und zweiten Spulenkern 103,203. Weiterhin ist ein Unterteil 2000 des ansonsten nicht dargestellten Motorgehäuses dargestellt. Der permanentmagnetischer Rotor 500 wird dauerhaft in das axiale Lager 700 gedrückt. Wenn die Spulen 1010,2010 entsprechend bestromt werden entsteht zwischen den Polschuhen 110,120, 210,220 ein entsprechendes Drehfeld, sodass der permanentmagnetischer Rotor in Drehung versetzt wird und über das Schneckenrad 900 das Zahnrad 901 antreibt.
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In 5 erkennt man einen Teil der Welle 600 mit einem teilkugelförmigen ersten Ende 601, welches in dem teilkugelförmig ausgestalteten Axiallager 700 sowohl axial als auch radial gelagert ist. Die Radien der Teilkugeln des Axiallagers 700 und des ersten Endes 601 der Welle 600 unterscheiden sich nicht so stark, wie dargestellt, um ein möglichst gute Axial- und Radiallagerung zu realisieren.
