DE19614216A1 - Gleichstrommotor - Google Patents

Gleichstrommotor

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Description

Die Erfindung betrifft einen Gleichstrommotor, insbesondere einen Mikrogleichstrommotor, mit einer Welle, einem darauf an­ geordnetem Kollektorelement, bestehend aus einer Kollektor­ platte und einem von der Kollektorplatte über das Wellenende hinaus abstehenden Kollektor.
In jüngster Zeit verlangt die Industrie zunehmend Gleichstrom­ motoren die mit zusätzlichen Bauelementen, z. B. mit einem in­ tegriertem Winkelschrittgeber, ausgestattet sind.
Um diesem Bedürfnis der Industrie nachzukommen werden ver­ schiedenste Wege eingeschlagen. So ist es zum Beispiel bekannt die Codescheibe des Winkelschrittgebers direkt an der Kollek­ torplatte zu befestigen. Insbesondere bei Codescheiben mit ma­ gnetischen Polen können hierbei jedoch Wechselwirkungen mit dem Feld des Statormagneten auftreten, die zu axialen Vibra­ tionen führen.
An der Kollektorplatte angebrachte optische Codescheiben wer­ den in ihrer Funktionssicherheit beeinträchtigt, zum Beispiel bei Verwendung von Metallbürsten durch Verschmutzung durch Schmierstaub und bei Verwendung von Kohlebürsten durch Ver­ schmutzung durch Kohlestaub.
Das am häufigsten verwendete Verfahren sieht im Gegensatz zu der oben beschriebenen Anordnung des Winkelschrittgebers dage­ gen vor, nach Fertigstellung des Motors, bzw. nach dessen Mon­ tage, den Winkelschrittgeber an einem Wellenende anzubauen. Dazu muß der Motor über eine durchgehende Welle verfügen. Im Vergleich zu einem Motor ohne durchgehende Welle erfordert der Motor mit durchgehender Welle jedoch einen größeren Kollek­ tordurchmesser. Mit dem größeren Kollektor ist jedoch ein hö­ herer Bürstenabrieb verbunden, wodurch die Nutzungsdauer des Motors verkürzt wird.
Insbesondere im Hinblick auf Mikromotoren ist die Anwendbar­ keit des letzteren Verfahrens jedoch äußerst begrenzt. Hierbei müssen in erste Linie die bei der Fertigung der Welle auftre­ tenden Probleme berücksichtigt werden. Während die Welle für große Motoren in beliebiger Länge gefertigt werden kann, ist die Herstellung längerer Wellen für Mikromotoren mit einem er­ heblichen fertigungstechnischen Aufwand verbunden. In diesem Zusammenhang sind insbesondere die hohen Anforderungen an die Maßgenauigkeit solcher Mikrowellen anzuführen. Die für die Welle gestatteten engen Toleranzen führen dazu, daß bei der Fertigung ein hoher Ausschuß an unbrauchbaren bzw. für den Einsatz in Motoren nicht geeigneten Wellen produziert wird, so daß hier unter Umständen Engpässe bei der Lieferung auftreten können. Ferner ist die Herstellung der Wellen für Mikromotoren teuer und zeitaufwendig.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Gleichstrommotor, insbesondere einen Gleichstrommikromotor mit einem zusätzlichen Bauelement zu Verfügung zu stellen, der die Nachteile der bekannten Motoren überwindet.
Diese Aufgabe wird für einen Gleichstrommotor, insbesondere Mikrogleichstrommotor, mit einer Welle, einem darauf angeord­ netem Kollektorelement, bestehend aus einer Kollektorplatte und einem von der Kollektorplatte über das Wellenende hinaus abstehenden Kollektor, dadurch gelöst, daß das Kollektorele­ ment an der von der Kollektorplatte abgewandten Seite über den Kollektor hinaus zu einem Wellenabschnitt verlängert ist, an dem ein zusätzliches Bauelement fest anbringbar ist.
Mit dem erfindungsgemäßen Gleichstrommotor wird ein Motor be­ reitgestellt, der sich auf sehr einfache Art und Weise mit zusätzlichen Bauelementen verbinden läßt. Als Verbindungsele­ ment dient hierbei eine von dem Kollektorelement gebildete Verlängerung der Welle, so daß wie bei bekannten Motoren auf­ tretenden Probleme mit der Fertigung sehr langer Wellen ver­ mieden werden. Darüber hinaus kann auch der Kollektordurchmes­ ser beibehalten werden, so daß eine Verkürzung der Nutzungs­ dauer des Motors umgangen wird.
Als besonders vorteilhaft ist hierbei festzuhalten, daß das Kollektorelement unabhängig von der späteren Verwendung immer mit angespritztem Wellenabschnitt hergestellt werden kann, wo­ bei der Wellenabschnitt bei Bedarf verwendet oder vor Einbau des Kollektorelementes in den Motor entfernt werden kann. Hierdurch werden die mit der Herstellung und Lagerung von Er­ satzteilen verbundenen Kosten reduziert, da nicht verschieden­ ste Teile hergestellt werden und gelagert müssen, sondern ein Teil kann mehrere Funktionen übernehmen kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Gleichstrommotor mit einem ein Codeelement umfassenden Winkelschrittgeber aus­ gebildet, wobei als zusätzliches Bauelement das Codeelement fest an dem einem Wellenabschnitt verlängerten Kollektorele­ ment angebracht ist.
Mit diesem bevorzugten Gleichstrommotor wird ein Motor mit Winkelschrittgeber bereitgestellt, der sich insbesondere als Mikrogleichstrommotor einsetzen läßt, wobei die mit der In­ tegration des Winkelschrittgebers verbundenen bekannten Pro­ blems vermieden werden.
Ferner ist durch den großen Abstand zwischen dem Statormagne­ ten und dem Codeelement eine Wechselwirkung zwischen diesen unterbunden. Die gegenseitige Beeinflussung der beiden Bautei­ le stellte bei den bekannten Anordnungen insbesondere bei der Befestigung der Codescheibe auf der Kollektorplatte ein Problem dar. Darüberhinaus kann das Gehäuse bis auf eine kleine Öff­ nung zur Durchführung des Codeelements abgeschlossen sein, so daß auch die Funktionssicherheit bei einer optischen Abtastung erheblich verbessert wird.
Der erfindungsgemäße Motor kann nahezu vollständig vormontiert werden. Die Montage des Winkelschrittgebers erfolgt erst bei Bestellung vor Auslieferung an den Kunden.
Als vorteilhaft hat sich ferner erwiesen, wenn das Codeelement den von der Kollektorplatte abliegenden Wellenabschnitt in ei­ ner zentral ausgebildeten Öffnung aufnimmt, wobei das Kollek­ torelement mindestens um den vom Codeelement aufgenommenen End­ abschnitt verlängert ist.
Diese Ausführungsform ermöglicht eine einfache und schnelle Montage des Codeelements auf dem Wellenabschnitt. Um hier eine möglichst hohe Paßgenauigkeit zu erzielen kann der Wellenab­ schnitt mit einem größeren Durchmesser als die zentrale Öff­ nung des Codeelementes gefertigt werden und vor dem Befestigen des Codeelements nachbearbeitet werden, z. B. durch Drehen. Gleichermaßen wäre es auch möglich Defekte des Wellenabschnit­ tes zu beheben.
Vorzugsweise ist das Codeelement als Codescheibe ausgebildet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Kollektorele­ ment mit Kollektorplatte, Kollektor und überstehendem Wellen­ abschnitt als einstückiges Spritzgußteil ausgebildet.
Folglich kann das Kollektorelement in einem Arbeitsgang gefer­ tigt werden, zusätzliche Arbeitsschritte werden vermieden, so daß sich die Herstellungsdauer nicht erhöht. Da von dem sol­ chermaßen gefertigten Teil der Winkelabschnitt leicht entfernt werden kann, z. B. durch Abschneiden oder Abzwicken, ist es nicht notwendig verschiedene dem späteren Einsatz angepaßte Kollektorelemente herzustellen. Hierdurch werden z. B. die La­ gerkosten gesenkt.
Die vorliegende Erfindung betrifft des weiteren ein Kollektor­ element mit Kollektorplatte und Kollektor, wobei im Bereich der Kollektorplatte eine zentrale Aufnahme für eine Motorwelle vorgesehen ist, wobei das Kollektorelement über den Kollektor hinaus zu einem Wellenabschnitt verlängert ist.
Das erfindungsgemäße Kollektorelement läßt sich ohne weiteres einstückig als Spritzgußteil fertigen und zeichnet sich durch die oben in bezug auf das in einem Gleichstrommotor enthaltene Kollektorelement beschriebenen Vorteile aus.
Erfindungsgemäß kann des weiteren vorgesehen sein, daß das Codeelement aus Kunststoff oder Glas hergestellt ist und der Code als optische Teilung vorliegt.
Alternativ kann das Codeelement aus einem hartmagnetischen Ma­ terial gefertigt sein und der Code in Gestalt von Magnetpolen ausgestaltet sein.
Hierbei ist bevorzugt, daß in einem vorbestimmten Abstand vom äußeren Umfang der Codescheibe mindestens ein Sensorelement vorgesehen ist.
Das Sensorelement kann z. B. als ein optischer Sensor oder ein magnetischer Sensor ausgebildet sein.
Gemäß weiterer bevorzugter Ausführungsformen können die Code­ scheibe und der Wellenabschnitt verklebt werden oder die Code­ scheibe auf den wellenabschnitt gepreßt werden.
Verkleben bzw. Verpressen stellen zwei Verbindungsverfahren dar, die sich leicht durchführen lassen und die Herstellungs­ dauer nicht wesentlich erhöhen. Gleichzeitig wird eine feste Verbindung zwischen der Codescheibe und dem Wellenabschnitt sichergestellt.
Im folgenden wird ein erfindungsgemäßer Gleichstrommotor gemäß einer bevorzugten Ausführungsform anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Axialschnitt durch einen Gleichstrommotor gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 ein Querschnitt längs der Linie A-A aus Fig. 1.
Bei dem im folgenden beschriebene Gleichstrommotor handelt es sich um einen Motor mit Winkelschrittgeber. Der erfindungsge­ mäße Motor ist jedoch nicht auf diese Motoren beschränkt, son­ dern umfaßt alle Gleichstrommotoren mit zusätzlichen Bauele­ ment.
Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Gleichstrommotor um­ faßt einen zylindrischen Permanentmagneten 1, der mit einer zentralen Öffnung 2 versehen ist. Der Permanentmagnet ist in zwei Spritzgußteile eingebettet, wobei sich eines dieser Spritzgußteile durch die zentrale Öffnung 2 erstreckt mit ei­ ner sich daran anschließenden Gehäusestirnplatte. Eine weite­ res Spritzgußteil bildet eine Ummantelung 5. Diese Ummantelung schließt sich an die Gehäusestirnplatte an.
Das Spritzgußteil 3 ist mit einer zentralen Bohrung 11 verse­ hen, die sich durch die gesamte Länge des Spritzgußteiles er­ steckt und an den Enden Bereiche mit vergrößertem Durchmesser aufweist, die zur Aufnahme von Lagern 12 und 13 dienen. Diese Lager sind mit Lagerbohrungen 14 versehen, die eine Welle 15 aufnehmen, an deren Ende eine Riffelung 16 angebracht ist, um die ein Kollektorelement bestehend aus einer Kollektorplatte 17 und einem über das Wellenende hinaus abstehendem Kollektor 19 gespritzt ist. Dabei trägt die Kollektorplatte 17 an ihrem größten Umfang eine Rotorwicklung 18 trägt. Der Kollektor 19 umfaßt eine Anzahl L-förmiger, metallener Lamellen 20, die mit den Anschlüssen der Rotorwicklung 18 verbunden sind.
An dem freien Ende der Ummantelung 5 liegt ein Bürstendeckel 21 an, der eine Vielzahl von Bürstenfedern 22 aufweist, die auf dem Kollektor 19 aufliegen. Der Bürstendeckel ist mit ei­ ner zentral ausgebildeten Öffnung versehen, durch die sich der Kollektor 19 erstreckt. Die Bürstenfedern 22 liegen dabei an dem Abschnitt des Kollektors an, der sich durch den Bürsten­ deckel erstreckt und diesem zugeordnet ist.
Das Kollektorelement ist an der von der Kollektorplatte abge­ wandten Seite über den Kollektor 19 hinaus zu einem Wellenab­ schnitt verlängert, der sich über den Bürstendeckel 21 hinaus erstreckt. An dem Wellenabschnitt ist eine Codescheibe 23 fest angebracht. Die Codescheibe ist als Stufenscheibe ausgebildet und mit einer zentral ausgebildeten Öffnung 24 versehen. Der Code kann als optische Teilung (Transmission oder Reflexion) oder als Magnetpole auf einem hartmagnetischen Trägermaterial vorliegen.
Bei der Montage wird die Codescheibe 23 auf den Wellenab­ schnitt aufgesetzt, so daß sich der Wellenabschnitt vollstän­ dig durch die Öffnung 24 erstreckt und bündig mit der Code­ scheibenoberfläche abschließt. Natürlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese bevorzugte Ausführung beschränkt, sondern es gibt eine Vielzahl weitere Möglichkeiten um den Wellenabschnitt mit der Codescheibe zu verbinden. Zur Sicher­ heit oder besseren Verbindung kann die Codescheibe auf den Wellenabschnitt gepreßt werden. Gleichermaßen ist es möglich die Codescheibe mit dem Wellenabschnitt zu verkleben.
Die als Stufenscheibe ausgebildete Codescheibe weist zwei Be­ reiche unterschiedlichen Durchmessers auf, einen ersten der Kollektorplatte gegenüberliegenden Bereich mit kleinem Durch­ messer und einen sich daran anschließenden zweiten Bereich mit größerem Durchmesser. Der Bereich mit kleinerem Durchmesser kann dabei so dimensioniert sein, daß dieser Bereich dem Durchmesser der Bürstendeckelöffnung entspricht oder kleiner als diese ausgebildet ist und zu einem vorbestimmten Anteil in der Bürstendeckelöffnung aufgenommen wird.
Die auf dem Wellenabschnitt befestigte Codescheibe ist von ei­ nem Abschirmungsgehäuse 25 umgeben. Das Abschirmungsgehäuse 25 ist becherförmig ausgebildet, wobei in dem offenen Ende die Codescheibe 23 aufgenommen wird. Der äußere Umfang des Ab­ schirmungsgehäuses ist so ausgestaltet, daß das offene Ende des Abschirmungsgehäuse mit der Ummantelung 5 in Eingriff ge­ bracht werden kann und das Abschirmungsgehäuse zusammen mit der Ummantelung 5 ein Außengehäuse bildet. Das Abschirmungsge­ häuse dient unter anderem zur magnetischen und elektrischen Abschirmung.
Zur Erfassung der Winkelposition und der Drehrichtung sind bei radialer Abtastung am äußeren Umfang der Codescheibe im in­ neren des Abschirmgehäuses 25 in geringem Abstand zwei, je nach Art der Codescheibe optische bzw. magnetische Sensoren 26 angebracht. Befindet sich der Code auf der Vorderseite der Codescheibe 23, ist bei entsprechend geänderter Anordnung der Sensoren ein axiales Abtasten möglich.
Soll nur eine Geschwindigkeitsregelung erfolgen oder ist nur eine Drehrichtung des Motors möglich, wäre ein Sensor ausrei­ chend. Am Ausgang des Winkelschrittgebers stehen je nach inte­ grierter Elektronik analoge oder TTL-Signale zur Verfügung.

Claims (14)

1. Gleichstrommotor, insbesondere Mikrogleichstrommotor, mit einer Welle, einem darauf angeordneten Kollektorelement, be­ stehend aus einer Kollektorplatte und einem von der Kollektor­ platte über das Wellenende hinaus abstehenden Kollektor, da­ durch gekennzeichnet, daß das Kollektorelement an der von der Kollektorplatte abgewandten Seite über den Kollektor hinaus zu einem Wellenabschnitt verlängert ist, an dem ein zusätzliches Bauelement anbringbar ist.
2. Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichstrommotor mit einem ein Codeelement umfassenden Winkelschrittgeber ausgebildet ist, wobei als zusätzliches Bauelement das Codeelement fest an dem zu einem Wellenab­ schnitt verlängerten Kollektorelement angebracht ist.
3. Gleichstrommotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Codeelement den von der Kollektorplatte abliegenden Wellenabschnitt in einer zentral ausgebildeten Öffnung auf­ nimmt, wobei das Kollektorelement mindestens um den vom Code­ element aufgenommenen Endabschnitt verlängert ist.
4. Gleichstrommotor nach Anspruch 2 und/oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Codeelement als Codescheibe ausgebildet ist.
5. Gleichstrommotor nach mindestens einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kollektorelement mit Kollek­ torplatte, Kollektor und überstehendem Wellenabschnitt als einstückiges Spritzgußteil ausgebildet ist.
6. Kollektorelement mit Kollektorplatte und Kollektor, wobei im Bereich der Kollektorplatte eine zentrale Aufnahme für eine Motorwelle vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Kollektorelement über den Kollektor hinaus in einen Wellenab­ schnitt verlängert ist.
7. Kollektorelement nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Kollektorelement als einstückiges Spritzguß­ teil ausgebildet ist.
8. Gleichstrommotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Codescheibe aus Kunststoff oder Glas hergestellt ist und der Code als optische Teilung vorliegt.
9. Gleichstrommotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Codescheibe aus einem hartmagnetischen Trägermaterial hergestellt ist und der Code als Magnetpole vorliegt.
10. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 2 bis 5 und 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in einem vorbestimmten Ab­ stand vom äußeren Umfang des Codeelements mindestens ein Sen­ sorelement vorgesehen ist.
11. Gleichstrommotor nach Anspruch 8 und 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Sensorelement ein optischer Sensor ist.
12. Gleichstrommotor nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Sensorelement ein magnetischer Sensor ist.
13. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 2-5 und 8-12, dadurch gekennzeichnet, daß das Codeelement und der Wellenab­ schnitt verklebt sind.
14. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 2-5 und 8-12, dadurch gekennzeichnet, daß das Codeelement auf den Wellenab­ schnitt gepreßt ist.
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