Rotorlagerung für elektrische Gleichstrom-Kleinstmotoren Beiden bisherigen
elektrischen Gleichstrom-Kleinstmotoren ist regelmäßig, z. B. bei Verwendung als
Zählmotoren in Nachlaufsteuerungen oder als Meß-oder Integrationsmotoren, die Lagerung,
der Welle in der beim Großmotorenbau üblichen Weise, vorgenommen worden, und zwar
sind im allgemeinen zwei Lagerstellen üblicher Art vorgesehen, wobei der Kollektor
entweder zwischen den Lagern oder außerhalb der Lager auf einem fliegenden Ende
der Welle angebracht war. In jedem Falle mußte aber die Welle durch den Kollektor
hindurchgeführt werden; dies führt aber bei Kleinstmotoren zu Schwierigkeiten, wenn
man Kollektoren mit sehr geringer Reibung, also sehr geringem Durchmesser, verwenden
will. Es würde dann nämlich die durch den Kollektor geführte Welle untragbar kleine
Durchmesser erhalten müssen, und manwürde neben Fertigungsschwierigkeitenden Nachteil
haben, bei der Wahl des Kollektordurchmessers an den Wellendurchmesser und den mindest
notwendigen Abstand zwischen den Kollektorsegmenten gebunden zu sein.Rotor bearings for electric direct current miniature motors Both of the previous ones
electric direct current micro motors is regular, z. B. when used as
Counting motors in follow-up controls or as measuring or integration motors, the storage,
of the shaft in the manner customary in large engine construction, namely
two bearings of the usual type are generally provided, the collector
either between the bearings or outside the bearings on a flying end
the shaft was attached. In any case, however, the wave had to go through the collector
be passed through; but this leads to difficulties in micro motors if
collectors with very low friction, i.e. very small diameters, are used
want. The wave guided through the collector would then be intolerably small
Have to get diameter, and one would be disadvantageous in addition to manufacturing difficulties
when choosing the collector diameter on the shaft diameter and the minimum
necessary distance between the collector segments to be bound.
Die Erfindung gestattet, diesen Schwierigkeiten und unliebsamen Beschränkungen
aus dem Wege zu gehen und bei der Festlegung des Kollektordurchmessers von dem Wellendurchmesser
des Rotors überhaupt unabhängig zu werden. Dabei wird von dem im Elektromaschinenbau
grundsätzlich bekannten Vorschlag Gebrauch gemacht, den Kollektor selbst als Teil
eines Achslagers zu verwenden, indem der Kollektor in dem anderen Teil, nämlich
einem gehäusefesten Teil des Lagers, umläuft. Diese Maßnahme wurde bei einem normalen
Kollektor mit vollständig in Isolierstoff gebetteten Lamellen bereits angewendet,
der somit einen massivenzylindrischenZapfen darstellt. Die Lagerung eines solchen
Zapfens im Motorgehäuse bildet keine Schwierigkeiten, vom Standpunkt der elektrischen
Funktionssicherheit bestehen dagegen jedoch erhebliche Bedenken, da bekanntlich
jegliche Schmiermittel, vor allem diejenigen, welche Metallionen enthalten, die
Kommutierung bedeutend verschlechtern.The invention allows for these difficulties and undesirable limitations
to go out of the way and in determining the collector diameter of the shaft diameter
of the rotor to become independent at all. It is based on that in electrical engineering
basically known proposal made use of the collector itself as part
to use a journal bearing by placing the collector in the other part, namely
a part of the bearing that is fixed to the housing. This action was taken at a normal
Collector with lamellas completely embedded in insulating material already used,
which thus represents a solid cylindrical pin. The storage of such
Pin in the motor housing does not pose any difficulty, from an electrical point of view
On the other hand, there are significant concerns about functional reliability, as is well known
any lubricants, especially those containing metal ions
Significantly worsen commutation.
Die Erfindung bezieht sich demgegenüber auf eine Rotorlagerung für
elektrische Gleichstrom-Kleinstmotoren mit aus drahtförmigen Leitern gebildetem
Kollektor, wobei die im Träger einer vorzugsweise eisenlosen Rotorwiclaung isoliert
gehalterten Leiter einerseits mit den Stromzu- und -abführungspunkten der Wickelung
verbunden sind und mit ihren den Kollektor bildenden anderseitigen Enden freistehend
parallel und konzentrisch zur Umlaufachse aus dem Wicklungsträger herausragen. Man
erhält nun gemäß der Erfindung eine sowohl in elektrischer als auch mechanischer
Hinsicht praktisch sehr befriedigende Lagerung für einen solchen Kollektor dadurch,
daß die den Kollektor bildenden Drahtenden das drehbare Teil eines Rotorachslagers
bilden und zu diesem Zweck von einem gehäusefesten, aus Isolierstoff bestehenden
Achsteil, z. B. einem zentrisch in sie hineinragenden Führungsstift, formschlüssig
erfaßt werden.In contrast, the invention relates to a rotor bearing for
electric direct current miniature motors with formed from wire-shaped conductors
Collector, which is insulated in the carrier of a preferably ironless rotor winding
Mounted conductor on the one hand with the current supply and discharge points of the winding
are connected and free-standing with their opposite ends forming the collector
protrude from the winding support parallel and concentric to the axis of rotation. Man
now receives, according to the invention, both electrical and mechanical
In terms of practically very satisfactory storage for such a collector due to the fact that
that the wire ends forming the collector form the rotatable part of a rotor axle bearing
form and for this purpose from a housing-fixed, consisting of insulating material
Axle part, e.g. B. a centrally projecting guide pin into it, form-fitting
can be detected.
Zwei Ausführungsbeispiele einer solchen Lagerung sind in Fig. 1 und
2 der Zeichnung im Schnitt dargestellt.Two embodiments of such a storage are in Fig. 1 and
2 of the drawing shown in section.
Es handelt sich dabei gemäß Fig. 1 um einen elektrischen Gleichstrom-Kleinstmotor,
bei dem das Ständerfeld durch einen feststehenden Dauermagneten 1 aufgebaut wird;
dieser hat eine im wesentlichen zvlindrische Gestalt und wird zentrisch von der
Welle 2 des Rotors durchsetzt. Der Magnet 1 ist an einem Träger 3 aus nicht magnetisierbarem
Stoff, z. B. gepreßtem Kunststoff, befestigt, der ihn mit dem zylindrischen Eisenmantel
4 des Motorgehäuses verbindet. Zwischen dem Dauermagneten und diesem dessen magnetischen
Rückschluß bildenden Eisenmantel befindet sich der Arbeitsluftspalt, in welchem
die freitragende Wicklung 5 des glockenförmigen Rotors des Motors liegt. Die Wicklung
kann in hier nicht weiter interessierender Weise aus einem Draht endlos ein-oder
mehrlagig so hergestellt sein, daß sie freitragend ist; sie liegt auf dem ebenfalls
aus nicht. magnetisierbarem Stoff bestehenden Träger 6 auf, und zwar ist sie mit
diesem in geeigneter Weise, z. B. durch Kleben, verbunden. Der Träger 6 besteht
beispielsweise aus gespritztem oder gepreßtem Kunststoff, etwa aus dem unter dem
Handelsnamen »Polyamid« auf dem Markt befindlichen Werkstoff. In ihm sind beispielsweise
fünf, sieben oder neun drahtförmige Leiter 6a eingepreßt bzw. eingespritzt, die
an ihren radialen Enden in geeigneter Weise mit den Strornzuführungspunkten
der
Wicklung verbunden sind und deren axiale Enden achsparallel und konzentrisch zur
Motörachse aus dem Träger 6 freistehend herausgeführt sind und unmittelbar die Kollektorlamellen
bilden. Auf diesen schleifen die Stromzuführungsbürsten 7, die mit entsprechenden
Klemmen am Motorgehäuse, und zwar dem linken Lagerschild $- des Motors, verbunden
sind. Die Welle 2 des im wesentlichen aus der Wicklung 5 und dem Wicklungsträger
6 bestehenden Rotors ist nur einmal, närrmlich in dem rechten Lagerschild g des
Motors, gelagert, und an ihrem freien Ende mit dem Abtriebsritzel 10 versehen.
Linksseitig ist der Rotor mittels eines zentrisch und möglichst formschlüssig zwischen
die Kollektorlamellen greifenden Stiftes 11 gehaltert, der an einem in eine Öffnung
des Lagerschildes passenden Lagerpfropfen11a sitzt. Der Lagerpfropfen ist gegen
Herausfallen mittels eines Federblechstücks 12 gesichert, das durch eine Stiftschraube
13 gegen den Lagerschild verschraubt ist und mit einer kreisrunden Aussparung den
Kopf des Lagerpfropfens 11a umschließt.According to FIG. 1, it is an electric direct current miniature motor in which the stator field is built up by a fixed permanent magnet 1; this has an essentially cylindrical shape and is penetrated centrally by the shaft 2 of the rotor. The magnet 1 is on a carrier 3 made of non-magnetizable material, for. B. pressed plastic, which connects it to the cylindrical iron jacket 4 of the motor housing. The working air gap, in which the cantilevered winding 5 of the bell-shaped rotor of the motor is located, is located between the permanent magnet and this iron jacket, which forms its magnetic return path. In a manner which is not of further interest here, the winding can be produced from a wire endlessly in one or more layers so that it is self-supporting; she is also not on the off. existing magnetizable material carrier 6, and that it is with this in a suitable manner, for. B. by gluing connected. The carrier 6 consists, for example, of injection-molded or pressed plastic, for example of the material available on the market under the trade name "polyamide". In it, for example, five, seven or nine wire-shaped conductors 6a are pressed or injected, which are connected at their radial ends in a suitable manner to the current supply points of the winding and whose axial ends are axially parallel and concentric to the motor axis from the carrier 6 free-standing and led directly out form the collector lamellas. The power supply brushes 7, which are connected to corresponding terminals on the motor housing, namely the left end shield $ - of the motor, slide on these. The shaft 2 of the rotor consisting essentially of the winding 5 and the winding support 6 is only supported once, namely in the right end shield g of the motor, and is provided with the output pinion 10 at its free end. On the left-hand side, the rotor is held by means of a pin 11 which engages centrally and as positively as possible between the collector lamellae and sits on a bearing plug 11a that fits into an opening in the end shield. The bearing plug is secured against falling out by means of a spring sheet metal piece 12 which is screwed against the end shield by a stud screw 13 and encloses the head of the bearing plug 11a with a circular recess.
Durch die beschriebene Lagerung wird es zunächst möglich, Kollektoren
mit einem Durchmesser von 1 mm und darunter herzustellen. Die Reibung, die an einem
solchen Kollektor auftritt, ist äußerst gering, so daß die Erfindung insbesondere
auch für Meß- oder Integrationsmotoren von Bedeutung ist, die schon bei kleinsten
Steuerspannungen anlaufen sollen. Schließlich ist es bei sehr kleinen Abmessungen
des Motors vorteilhaft, einen möglichst großen Abstand zwischen den beiden Lagerstellen
zu haben, was bei der erfindungsgemäßen Lagerung offenbar erzielt wird. ES hat sich
auch im praktischen Betrieb gezeigt, daß die Benutzung des Kollektors als Lagerteil
einen sehr ruhigen Lauf des Kollektors zur Folge hat, so daß die Stromwendeverhältnisse
günstig beeinflußt werden. Man kann den ruhigen Lauf noch verbessern, wenn man die
die Kollektorlamellen bildenden Drahtenden nicht nur auf der Seite, auf welcher
die Bürsten schleifen, sondern auch innen zylindrisch abdreht, so daß Schläge möglichst
ganz vermieden werden. Obwohl es genügen dürfte, möglichst Formschlüssigkeit zwischen
dem Lagerstift 11 und den Kollektorlamellen zu erreichen, ist ohne Gefahr einer
untragbaren Erhöhung der Reibungsverluste auch eine kraftschlüssige Erfassung des
Lagerstiftes 11 durch die dann entsprechend etwas vorgespannten Drahtenden 6a möglich.Due to the described storage it is initially possible to use collectors
with a diameter of 1 mm and below. The friction that is on you
such collector occurs is extremely small, so that the invention in particular
is also important for measuring or integration motors, even the smallest
Control voltages should start. After all, it is with very small dimensions
of the motor, the greatest possible distance between the two bearings is advantageous
to have what is apparently achieved in the storage according to the invention. It has
also shown in practical operation that the use of the collector as a bearing part
a very quiet run of the collector has the consequence, so that the current reversal conditions
are favorably influenced. You can improve the smooth run if you have the
the wire ends forming the collector lamellas not only on the side on which
grind the brushes, but also twist them cylindrically inside, so that blows as possible
be avoided entirely. Although it should be sufficient, if possible, form fit between
to reach the bearing pin 11 and the collector lamellas is without any risk
unacceptable increase in frictional losses also a force-fit detection of the
Bearing pin 11 possible through the wire ends 6a which are then correspondingly somewhat pretensioned.
Fig. 2 zeigt, wie die Kollektorlamellen 6a auch innerhalb eines
äußeren Lagerrings (Lagerschalen) 15 angeordnet werden können. Es wird sich dabei
ebenfalls um einen Lagerstein, also um einen Diamanten, handeln müssen, nachdem
das Orts- bzw. gehäusefeste Lagerteil 15 aus elektrisch isolierendem und nicht magnetisierbarem
Werkstoff bestehen muß. Bei der in Fig. 2 angegebenen Ausbildung kann der Kollektor
im Durchmesser noch weiter herabgesetzt werden, und zwar bis zur Größenordnung von
0,2 mm. Die Reibungsverluste, die den größten Teil der Leerlaufverluste des Motors
darstellen, werden mit abnehmendem Kollektordurchmesser mehr als linear verhältig
kleiner. Mit dieser Anordnung ist es möglich, die für den Anlauf erforderliche Leistung
auf wenige Mikrowatt herabzusetzen, ohne daß dabei der Motor die fabrikatorisch
und materialmäßig spezifischen Eigenschaften eines Meßmotors erhält. Die Schmierung
der in Fig. 1 und 2 angegebenen Lagerstellen kann in der in der Uhrentechnik bekannten
Weise erfolgen: Selbstverständlich sind noch Abwandlungen der gezeigten Ausführungsbeispiele
möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. So könnte z. B. der in Fig.
1 dargestellte Lagerstein 12 auch aus geeignetem Kunststoff gepreßt oder gespritzt
sein, wodurch man eine sehr gute Geräuschdämpfung erhalten würde.FIG. 2 shows how the collector lamellae 6a can also be arranged within an outer bearing ring (bearing shells) 15. It will also have to be a bearing block, that is to say a diamond, since the bearing part 15, which is fixed in place or fixed to the housing, must consist of an electrically insulating and non-magnetizable material. In the embodiment shown in FIG. 2, the diameter of the collector can be reduced even further, to the order of 0.2 mm. The friction losses, which represent the largest part of the idling losses of the engine, become more than linearly smaller with decreasing collector diameter. With this arrangement it is possible to reduce the power required for start-up to a few microwatts without the motor receiving the properties of a measuring motor specific to its manufacturing and material. The bearings indicated in FIGS. 1 and 2 can be lubricated in the manner known in watch technology: Of course, modifications of the exemplary embodiments shown are still possible without departing from the scope of the invention. So could z. B. the bearing block 12 shown in Fig. 1 can also be pressed or injected from suitable plastic, whereby one would get a very good noise reduction.