DE10320288A1

DE10320288A1 - Elektromotor

Info

Publication number: DE10320288A1
Application number: DE2003120288
Authority: DE
Inventors: Gerhard Kocherscheidt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-05-07
Filing date: 2003-05-07
Publication date: 2004-12-02

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrodynamische Maschine, insbesondere einen permanenterregten Elektromotor. Ein solcher Elektromotor (1) besteht in seiner Bauform als Kleinstmotor aus einem zylindrischen Gehäuse (2), welches stirnseitig von je einem Stirn-Deckel (5, 19) verschlossen ist, mit einem Ankerwicklungen (25) und Kommutierungselemente (6, 7, 8) in Form eines Kollektors (4) tragenden Rotor (27), wobei einer der Stirn-Deckel (19) einen ins Innere des Gehäuses (2) ragenden Ansatz (20) aufweist, welcher zwei voneinander beabstandete Lagerbuchsen (21, 22) zur Lagerung der Rotorwelle (3) des Rotors (27) trägt, und dass der weitere Stirn-Deckel (5) zumindest zwei Kommutatorbürsten (9, 10) trägt.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrodynamische Maschine, insbesondere auf einen permanenterregten Elektromotor. Derartige Elektromotoren sind beispielsweise in Bauformen von Kleinstmotoren bekannt.

So ist aus der DE 91 16 864 U1 ein als Kleinstmotor ausgebildeter, permanenterregter Gleichstrommotor mit einem zylindrischen Gehäuse bekannt, welches an seinen Stirnseiten jeweils ein Lagerschild aufweist, von denen ein Lagerschild becherförmig ausgebildet ist und Kohlebürsten eines Kollektors eines in dem Gehäuse drehbar angeordneten, mit Wicklungen versehenen Ankers trägt und zur Verstellung des Arbeitspunktes des Gleichstrommotors relativ zum Gehäuse um die Längsachse des Gleichstrommotors verstellbar ist, wobei der verstellbare Lagerschild mittels eines Feingewindes in oder auf ein Feingewinde des Gehäuse geschraubt ist und im Bereich des Feingewindes in seiner Mantelfläche einen in Längsrichtung verlaufenden Schlitz und quer dazu eine Spanneinrichtung zum Festspannen des Lagerschilds in oder auf dem Feingewinde des Gehäuses auf weist.

Gleichstrommotoren der vorstehenden Art werden für sehr unterschiedliche Zwecke eingesetzt. Durch den Einsatz hochwertiger Magnetwerkstoffe haben solche Gleichstrommotoren oftmals in Relation zu ihrer Baugröße und ihrem Gewicht eine extrem hohe Leistung, wodurch sie beispielsweise als Antrieb für Modellflugzeuge besonders geeignet sind. Da es sich bei diesen Motoren um Massenprodukte handelt, müssen sie möglichst einfach aufgebaut und deshalb kostengünstig herstellbar sein.

Zur Festlegung des Kommutierungswinkels (Arbeitspunkt) solcher Gleichstrommotoren ist es bekannt, den die Kommutator bürsten tragenden Lagerschild relativ zum Gehäuse zu verdrehen und auf diese Weise den Kommutierungswinkel, oftmals auch "Zündzeitpunkt" genannt, zu verändern. Diese Einstellung wird werksmäßig bei der Herstellung des Gleichstrommotors vorgenommen. Ist die richtige Einstellung gefunden, dann verbindet man den Lagerschild mit dem Gehäuse durch Spannstifte, welche in Bohrungen eingesetzt werden, die das Gehäuse radial durchdringen und in den Lagerschild führen.

Eine solche Bauweise von Kleinstmotoren ist nicht optimal und verhältnismäßig aufwendig, sowohl von der konstruktiven als auch von der fertigungstechnischen Seite aus betrachtet.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Kleinstmotor zu schaffen, der sehr leistungsfähig, einfach zu fertigen und äußerst robust ist. Ein solcher Motor ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 gekennzeichnet und durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche wird ein derartiger Motor in vorteilhafter Weise ausgestaltet.

Der erfindungsgemäße Kleinstmotor wird besonders vorteilhaft durch einen permanenterregten Elektromotor mit einem zylindrischen Gehäuse realisiert, in welchem stirnseitig ein Lagerschild angeordnet ist, welches Lagerschild pilzförmig ausgebildet ist und zwei von einander beabstandete Lagerbuchsen trägt. An der gegenüberliegenden Stirnseite des Gehäuses ist ein Deckel angeordnet, welcher als Leiterplatte ausgebildet ist und Kommutatorbürsten für einen Kollektor eines in dem Gehäuse drehbar angeordneten, mit Wicklungen versehenen Rotors trägt. Der Deckel ist so ausgestaltet, dass er Leiterbahnen trägt, auf denen zumindest Kommutatorbürsten mechanisch und elektrisch derart angeordnet sind, dass sie elektrisch und mechanisch unterschiedliche Winkelstellungen zueinander einnehmen. Dabei können die Kommutatorbürsten elektrisch mit Zuleitungen verbunden sein, aber mechanisch sind sie von jenen entkoppelt.

Es ist von weiterem Vorteil, wenn der als Leiterplatte ausgebildete weitere Stirn-Deckel auf seinen Leiterbahnen zusätzliche elektrische und/oder elektronische Bauelemente wie Widerstände, Kondensatoren und/oder ähnliche Bauelemente trägt.

Ferner ist eine elektrodynamische Maschine vorteilhaft, wenn der als Leiterplatte ausgebildete weitere Stirn-Deckel an seinem Umfang eine abschnittsweise zurückgesetzte Kontur aufweist, welche mit entsprechenden Konturabstufungen in der Mantelfläche des Gehäuses korrespondieren, weil dadurch der Kommutierungswinkel des Motors bei der Montage selbsttätig festgelegt ist.

Außerdem ist eine elektrodynamische Maschine von Vorteil, wenn der Kollektor des Rotors drei oder sechs Kommutierungselemente aufweist.

Besonders vorteilhaft ist eine elektrodynamische Maschine wenn der als Leiterplatte ausgebildete weitere Stirn-Deckel auf seinen Leiterbahnen die Anordnung von Kommutatorbürsten in verschiedenen Positionen ermöglicht, weil dann der Kommutierungswinkel des Elektromotors durch Versatz in den Konturabstufungen der Mantelfläche des Gehäuses bei der Montage einstellbar ist.

Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung nachstehend mit Hilfe der Zeichnungen noch näher erläutert.
Es zeigt
1 eine perspektivische Ansicht eines Elektromotors mit drei Kommutierungselementen;
2 eine perspektivische Ansicht eines Elektromotors mit sechs Kommutierungselementen und
3 eine Schnittdarstellung durch einen erfindungsgemäßen Elektromotor.
In 1 ist in perspektivischer Darstellung ein erfindungsgemäßer Elektromotor 1 gezeigt. Ein Gehäuse 2 umgibt im Wesentlichen bekannte Bauelemente eines Elektromotors 1, auf die hier nicht näher eingegangen werden muss, weil der grundsätzliche Aufbau eines Elektromotors 1 zum Wissen eines Fachmanns gehört. Lediglich eine Rotorwelle 3 deutet an, dass sich im Innern des Gehäuses 2 ein Rotor befindet. An der diesem sichtbaren Wellenstummel gegenüber liegenden Ende der Rotorwelle 3 befindet sich ein Kollektor 4, welcher in der ausgeschnittenen Darstellung eines Stirn-Deckels 5 zu erkennen ist. Der hier gezeigte Kollektor 4 besteht aus drei Kommutierungselementen 6, 7, 8 die von Kommutatorbürsten 9 und 10 kontaktiert werden. Die Kommutatorbürsten 9 und 10 sind elektrisch und mechanisch mit dem Stirn-Deckel 5 über Leiterbahnen 11 und 12 verbunden. Die Leiterbahnen 11 und 12 sind derart auf dem Stirn-Deckel 5 angeordnet, dass dieser als Leiterplatte in bekannter Technik ausgeführt sein kann. Wenn der Stirn-Deckel 5 in dieser Weise als Leiterplatte ausgebildet ist, können in besonders vorteilhafter Weise auf dem Stirn-Deckel 5, bevorzugt auf seiner Außenseite, elektronische Bauelemente untergebracht sein. Dies wird hier zwar nicht zeichnerisch dargestellt, ist aber als besonderer Vorteil bei der Ausgestaltung des Stirn-Deckels 5 anzusehen. Derartige Bauelemente können passive Bauelemente wie Widerstände oder Kondensatoren sein, aber auch aktive Bauelemente wie Halbleiter, Mikroprozessoren oder dergleichen sind vorstellbar, da die Steuerelektronik des Elektromotors 1 auf diese Weise vollständig im Gehäuse 2 des Elektromotors 1 integriert sein kann.
Ferner besteht durch die Ausgestaltung des Stirn-Deckels 5 als Leiterplatte die einfache Möglichkeit, die Kommutatorbürsten 9 und 10 an anderer Position des Stirn-Deckels 5 zu platzieren, was beispielsweise bei einem erfindungsgemäßen Elektromotor 1 gemäß der 2 der Fall ist. Das dort gezeigte Ausführungsbeispiel entspricht weitestgehend dem Ausführungsbeispiel aus der 1, lediglich sind hier sechs Kommutierungselemente 13, 14, 15, 16, 17, 18 vorgesehen, was Bauartbestimmte Vorzüge hat. Für diesem Fall müssen die Kommutatorbürsten 9, 10 um 90° zueinander versetzt angeordnet sein, was wegen der vorteilhaften Ausgestaltung des Stirn-Deckels 5 als Leiterplatte kein Problem darstellt, da die erforderlichen Montageplätze für die Kommutatorbürsten 9, 10 bereits standardmäßig vorgesehen sind, was bei einer Gegenüberstellung der 1 und 2 sofort ersichtlich ist. Auch bei dieser Bauform sind die montierten Kommutatorbürsten 9,10 elektrisch und mechanisch so auf dem als Leiterplatte ausgebildeten Stirn-Deckel 5 befestigt, dass sie gegenüber ihren elektrischen Anschlussleitungen entlastet sind.
Es ist bei beiden Ausführungsformen gemäß der 1 und 2 ersichtlich, dass der Stirn-Deckel 5 in wenigstens zwei um 90° zueinander versetzten Positionen im Gehäuse 2 eingesetzt werden kann, so dass seine gewählte Position den gewünschten Kommutierungswinkel bereits bei der Montage bestimmt. Nachjustierungen des Kommutierungswinkels sind bei dieser erfindungsgemäßen Lösung nicht erforderlich.
In der 3 ist ein Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Elektromotor 1 gezeigt. Die Ansichten der 1 und 2 entsprechen einer Ansicht von der rechten Seite auf den hier im Querschnitt dargestellten Elektromotor 1. Auch bei dieser Figur sollen nur die für die vorliegende Erfindung relevanten Elemente beschrieben werden. So ist auch in dieser Beschreibung mit der Bezugsziffer 2 ein Gehäuse bezeichnet. Dieses Gehäuse 2 ist auf einer Seite mit einem Stirn-Deckel 19 verschlossen. Der Stirn-Deckel 19 weist einen Ansatz 20 auf, der ins Innere des Gehäuses 2 ragt. Die Länge des Ansatzes 20 bestimmt die Basis für die Lagerung der Rotorwelle 3, da innerhalb des Ansatzes 20 zwei von einander beabstandete Lagerbuchsen 21 und 22 derart eingesetzt sind, dass sie eine qualifizierte Lagerung für die Rotorwelle 3 bilden. Eine der Lagerbuchsen 21 ragt nach außen über den Stirn-Deckel 19 hinaus und ist an ihrem äußeren Umfang vorteilhaft mit einem Feingewinde versehen, mit dessen Hilfe der Elektromotor 1 mit einem hier nicht dargestellten Getriebe verbunden werden kann. Von der Lagerbuchse 21 wird auf diese Weise ein Zentrierbund Z gebildet, der eine präzise Montage des Elektromotors 1 ermöglicht.
Die Rotorwelle 3 trägt an ihrem im Innern des Gehäuses 2 befindlichen Endbereich 23 einen Flansch 24, auf dem Ankerwicklungen 25 angeordnet sind. Ferner trägt die Rotorwelle 3 an ihrem im Innern des Gehäuses befindlichen Ende 26 einen Kollektor 27, welcher je nach Bauart von mehreren Kommutierungselementen – siehe 1 und 2, dort die Elemente 6, 7, 8; 13, 14, 15, 16, 17, 18 – gebildet wird. Ein weiterer Stirn-Deckel 5 trägt Kommutatorbürsten 9, 10, die zur Kommutierung des Rotors 27 dienen, welcher durch die vorbeschriebenen Elemente gebildet wird. Der Stirn-Deckel 5 ist, wie bereits zu den 1 und 2 beschrieben, als Leiterplatte ausgebildet, demgemäß sind die Kommutatorbürsten 9, 10 auf Leiterbahnen 11, 12 an dem Stirn-Deckel 5 befestigt. Die elektrischen Anschlüsse für eine externe Spannungsversorgung werden mit Hilfe von Anschlusskontakten 28 und 29 hergestellt.

1: Elektromotor
2: Gehäuse
3: Rotorwelle
4: Kollektor
5: Stirn-Deckel
6: Kommutierungselement
7: Kommutierungselement
8: Kommutierungselement
9: Kommutatorbürste
10: Kommutatorbürste
11: Leiterbahn
12: Leiterbahn
13: Kommutierungselement
14: Kommutierungselement
15: Kommutierungselement
16: Kommutierungselement
17: Kommutierungselement
18: Kommutierungselement
19: Stirn-Deckel
20: Ansatz
21: Lagerbuchse
22: Lagerbuchse
23: Endbereich
24: Flansch
25: Ankerwicklungen
26: Wellenende
27: Rotor
28: Anschlusskontakt
29: Anschlusskontakt
Z: Zentrierbund

Claims

Elektrodynamische Maschine, insbesondere permanenterregten Kleinstmotor, mit einem zylindrischen Gehäuse, welches stirnseitig von je einem Stirn-Deckel verschlossen ist, mit einem Ankerwicklungen und Kommutierungselemente in Form eines Kollektors tragenden Rotor, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Stirn-Deckel (19) einen ins Innere des Gehäuses (2) ragenden Ansatz (20) aufweist, welcher zwei von einander beabstandete Lagerbuchsen (21, 22) zur Lagerung der Rotorwelle (2) des Rotors (27) trägt, und dass der weitere Stirn-Deckel (5) zumindest zwei Kommutatorbürsten (9, 10) trägt.
Elektrodynamische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Stirn-Deckel (5) als Leiterplatte ausgebildet ist.
Elektrodynamische Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der als Leiterplatte ausgebildete weitere Stirn-Deckel (5) auf seinen Leiterbahnen (11, 12) Anschlusskontakte (28, 29) für eine externe Spannungsversorgung trägt.
Elektrodynamische Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der als Leiterplatte ausgebildete weitere Stirn-Deckel (5) auf seinen Leiterbahnen (11, 12) zusätzliche elektrische und/oder elektronische Bauelemente wie Widerstände, Kondensatoren und/oder ähnliche Bauelemente trägt.
Elektrodynamische Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der als Leiterplatte ausgebildete weitere Stirn-Deckel (5) an seinem Umfang (5a) eine abschnittsweise zurückgesetzte Kontur (5b) ausweist, welche mit entsprechenden Konturabstufungen (2b) in der Mantelfläche (2a) des Gehäuses (2) korrespondieren.
Elektrodynamische Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch den als Leiterplatte ausgebildeten weiteren Stirn-Deckel (5) mit seinen abschnittsweise zurückgesetzten Konturen (5b), welche mit entsprechenden Konturabstufungen (2b) in der Mantelfläche (2a) des Gehäuses (2) korrespondieren, der Kommutierungswinkel des Motors (1) bei der Montage selbsttätig festgelegt ist.
Elektrodynamische Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kollektor (4) des Rotors (27) drei Kommutierungselemente (6, 7, 8) aufweist.
Elektrodynamische Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kollektor (4) des Rotors (27) sechs Kommutierungselemente (13, 14, 15, 16, 17, 18) aufweist.
Elektrodynamische Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der als Leiterplatte ausgebildete weitere Stirn-Deckel (5) auf seinen Leiterbahnen (11, 12) die Anordnung von Kommutatorbürsten (9, 10) in verschiedenen Positionen ermöglicht.
Elektrodynamische Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch den als Leiterplatte ausgebildeten weiteren Stirn-Deckel (5) mit seinen abschnittsweise zurückgesetzten Konturen (5b), welche mit entsprechenden Konturabstufungen (2b) in der Mantelfläche (2a) des Gehäuses (2) korrespondieren, der Kommutierungswinkel des Motors (1) durch Versatz in den Konturabstufungen (2b) der Mantelfläche (2a) des Gehäuses (2) bei der Montage einstellbar ist.