DE19614219A1

DE19614219A1 - DC electric motor

Info

Publication number: DE19614219A1
Application number: DE1996114219
Authority: DE
Inventors: Frank Neumann
Original assignee: Interelectric AG
Current assignee: Maxon Motor AG
Priority date: 1996-04-10
Filing date: 1996-04-10
Publication date: 1997-10-16
Anticipated expiration: 2016-04-11
Also published as: DE19614219C2

Abstract

The dc electric motor has a motor shaft (3) and commutator plates or laminates (5). The collector plates (5) are spaced apart from each other and are grouped around a region of the motor shaft (3). In the region of the collector sleeve (4) the cross-section of the motor shaft (3) is reduced. The collector plates (5) may be held in axial and radial position relative to the motor shaft and are connected to it via a plastic moulding (2). Preferably the outer contour in the region of the reduced cross-section of the shaft (3) matches the inner contour of the commutator sleeve. A groove formed by the reduction in cross-section may be filled partly with plastic moulding and partly with commutator plates.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gleichstromelektromotor mit einer Motorwelle und mit zu einer Kollektorhülse im Abstand zueinander um einen Bereich der Motorwelle gruppierten Kollek torlamellen.The invention relates to a direct current electric motor with a motor shaft and with a collector sleeve at a distance Collector grouped to one another around an area of the motor shaft gate slats.

Eine derartige Ausgestaltung des Kollektors eines Gleichstrom motors wird insbesondere bei kleinen Elektromotoren angewandt. Bei diesem wird die Motorwelle zusammen mit den Kollektorlamel len in eine Spritzgußform eingelegt und durch anschließendes Umspritzen mit Kunststoff miteinander verbunden. Dabei muß ein Teil der zu einer Kollektorhülse formierten Kollektorlamellen nach außen hin frei bleiben, damit die Kollektorbürsten elek trischen Kontakt gebend auf diesen Bereich aufgesetzt werden können. Des weiteren ist hierbei wichtig, daß die Motorwelle nicht im Kurzschluß mit den Kollektorlamellen steht, was durch die Kunststoffumspritzung auch verhindert wird. Die Kunst stoffumspritzung übernimmt somit die Aufgaben der Isolierung, Positionierung und Halterung der Kollektorlamellen relativ zur Motorwelle. Bei der so gebildeten Kollektorhülse und den Kol lektorbürsten handelt es sich um Verschleißteile, da diese in ständigem Reibkontakt miteinander stehen. Die Lebensdauer die ser Verschleißteile bestimmt die Lebensdauer des Motors. Aus diesem Grunde bestehen im Stand der Technik ständige Bestrebun gen, die Lebensdauer der Kollektorhülsen bzw. der Kollektorbür sten - in Metall- oder Kohleausbildung - zu verlängern.Such a configuration of the collector of a direct current motors is used especially for small electric motors. With this the motor shaft together with the collector lamella len placed in an injection mold and by subsequent Overmolding with plastic joined together. A must Part of the collector slats formed into a collector sleeve remain free on the outside so that the collector brushes are elec trical contact can be placed on this area can. It is also important that the motor shaft is not in the short circuit with the collector slats, what by the plastic encapsulation is also prevented. The art Injection molding thus takes over the insulation tasks, Positioning and holding the collector slats relative to Motor shaft. With the collector sleeve and the col Sector brushes are wear parts because they are in are in constant frictional contact with one another. The lifespan of the These wear parts determine the life of the engine. Out for this reason, there is a constant effort in the prior art conditions, the service life of the collector sleeves or the collector door most - in metal or coal training - to extend.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Gleichstromelektromotor der eingangs genannten Art so zu ver bessern, daß er eine höhere Lebensdauer aufweist.It is therefore an object of the present invention DC electric motor of the type mentioned above to ver improve that it has a longer lifespan.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Be reich der Kollektorhülse der Querschnitt der Motorwelle redu ziert ist.This object is achieved in that in Be range of the collector sleeve the cross section of the motor shaft redu is adorned.

Diese auf den ersten Blick einfach erscheinende Maßnahme bietet den enormen Vorteil, daß parallel zur Reduzierung des Quer schnitts der Motorwelle auch der Durchmesser der Kollektorhülse reduziert werden kann, ohne auf eine entsprechend isolierende Kunststoffschicht oder ähnliches zwischen Kollektorlamellen und Motorwelle verzichten zu müssen. Durch diese Ausgestaltung hat der Erfinder erreicht, daß die Umfangsgeschwindigkeit an der Kollektorhülse sich gegenüber Elektromotoren mit gleich großer Motorwelle drastisch reduzieren läßt. Hierdurch liegen auch günstigere Reibverhältnisse vor, die entsprechend zu geringerem Verschleiß und somit längeren Lebensdauern führen. Mit dem In nendurchmesser der Kollektorhülse ist eine Idealisierung ge meint, da diese von einzelnen, in aller Regel geradlinigen Kol lektorlamellen definiert wird, die gemeinsam eher einen Poly gonquerschnitt umschreiben.This measure, which at first glance seems simple, offers the enormous advantage that parallel to the reduction of the cross section of the motor shaft also the diameter of the collector sleeve can be reduced without using an appropriately insulating Plastic layer or the like between collector slats and To have to do without the motor shaft. This configuration has the inventor achieved that the peripheral speed at the Collector sleeve compared to electric motors with the same size Motor shaft can be drastically reduced. This also means more favorable friction conditions, which correspondingly less Wear and thus lead to longer lifetimes. With the In Ideal diameter of the collector sleeve is ideal thinks that this from individual, usually rectilinear col is defined as a poly Rewrite the gon cross section.

Vorteilhafterweise können die Kollektorlamellen in ihrer axia len und radialen Lage durch eine Kunststoffumspritzung relativ zur Motorwelle gehalten und mit dieser verbunden sein. Dies ist eine besonders bei kleinen Elektromotoren kostengünstige und einfach herzustellende Verbindungstechnik bei größeren Stück zahlen.The collector lamellae can advantageously be in their axia len and radial position by plastic injection molding relatively held to the motor shaft and connected to it. This is a particularly inexpensive and with small electric motors easy to manufacture connection technology for larger pieces numbers.

Ergänzend sei noch erwähnt, daß Versuche gezeigt haben, daß die Festigkeit der Motorwelle nicht eingeschränkt wird, da durch das Ausfüllen der Reduzierung mit Kunststoffmasse und den Kol lektorlamellen eine Stabilisierung erfolgt.In addition, it should be mentioned that tests have shown that the Strength of the motor shaft is not restricted as a result of filling the reduction with plastic mass and the col stabilization.

Günstigerweise kann die Außenkontur im Bereich der Reduzierung der Motorwelle in Längsrichtung gesehen größtenteils an die In nenkontur der Kollektorhülse angepaßt sein. Hierdurch wird der Tatsache am besten Rechnung getragen, daß lediglich der Teil der Kollektorhülse, der mit den Kollektorbürsten in Berührung steht, im Durchmesser reduziert sein muß.Conveniently, the outer contour can be reduced seen in the longitudinal direction of the motor shaft mostly to the In be contour of the collector sleeve adapted. This will Best taken into account the fact that only the part the collector sleeve, which is in contact with the collector brushes stands, must be reduced in diameter.

Von Vorteil ist es bei einer Variante auch, wenn der Innen durchmesser der Kollektorhülse gleichgroß oder kleiner ist als der nicht reduzierte Motorwellendurchmesser. Hierdurch können Außendurchmesser der Kollektorhülse erreicht werden, die im Be reich des Motorwellenaußendurchmessers liegen. Hierdurch sind ohne weiteres Durchmesserverkleinerungen der Kollektorhülse ge genüber herkömmlichen Elektromotoren von bis zu 30% oder noch darüber durchführbar, womit Reibungsminderungen und Lebens dauererhöhungen in ähnlicher Größenordnung verbunden sind.In a variant, it is also advantageous if the inside diameter of the collector sleeve is the same size or smaller than the non-reduced motor shaft diameter. This can Outside diameter of the collector sleeve can be reached, which in Be range of the outer diameter of the motor shaft. This is without further diameter reductions of the collector sleeve compared to conventional electric motors of up to 30% or more feasible with what friction and life permanent increases of a similar magnitude are connected.

Um eine möglichst große Stabilität zu erlangen, kann die durch die Reduzierung gebildete Ringnut im wesentlichen vollständig mit einem Teil der Kunststoffumspritzung und einem Teil der Kollektorlamellen ausgefüllt sein. Wichtig ist hierbei, daß keine abrupten Durchmesseränderungen der Motorwelle nach außen hin freibleiben.In order to achieve the greatest possible stability, the can by the reduction formed ring groove essentially completely with part of the plastic encapsulation and part of the Collector slats must be filled. It is important here that no abrupt changes in the diameter of the motor shaft to the outside stay free.

Bei einer weiteren günstigen Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Kollektorlamellen jeweils eine L-Form aufweisen, wobei ein L-Schenkel parallel zur Motorwellenachse im Bereich der Re duzierung angeordnet ist und der zweite L-Schenkel radial von der Motorwelle absteht. Das gesamte Kollektorsystem ist somit mit einfachen Bauteilen aufgebaut, die entsprechend nah um die Motorwelle herum gruppiert werden können.Another advantageous embodiment provides that the collector lamellae each have an L-shape, whereby an L-leg parallel to the motor shaft axis in the area of the Re Duzierung is arranged and the second L-leg radially from the motor shaft protrudes. The entire collector system is thus built with simple components that are close enough to the Motor shaft can be grouped around.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Er findung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:In the following, embodiments of the present Er Finding explained in more detail with reference to a drawing. Show it:

Fig. 1 eine Motorwelle mit Kollektorhülse für einen Gleich stromelektromotor gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Vorderansicht, Fig. 1 a motor shaft with collector sleeve for a DC electric motor according to the present invention in a front view,

Fig. 2 die Welle und die Kollektorhülse aus Fig. 1 entlang der Linie II-II geschnitten, Fig. 2 is cut, the shaft sleeve and the collector of FIG. 1 along the line II-II,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Variante einer Motorwelle mit Kollektorhülse in einer Schnittdar stellung ähnlich Fig. 2 und Fig. 3 is a schematic representation of a variant of a motor shaft with a collector sleeve in a Schnittdar position similar to Fig. 2 and

Fig. 4 eine dritte Variante der Motorwelle und Kollektorhül se in schematischer Darstellung ähnlich Fig. 3. Fig. 4 shows a third variant of the motor shaft and Kollektorhül se in a schematic view similar to FIG. 3.

Der Kollektor 1 des erfindungsgemäßen Gleichstromelektromotors wird gemäß Fig. 1 und Fig. 2 im wesentlichen gebildet von ei ner scheibenförmigen Kunststoffumspritzung 2, die fest auf ei ner Motorwelle 3 aufsitzt und mehreren, zu einer Kollektorhülse 4 gleichmäßig im Abstand zueinander um die Motorwelle 3 grup pierte Kollektorlamellen 5. Die Kollektorlamellen 5 sind be reichsweise in der Kunststoffumspritzung 2 eingebettet, von dieser positioniert und gehalten. Des weiteren weisen diese ei ne L-Form mit einem radial bezüglich der Motorwellenachse ab stehenden L-Schenkel 6 und einer parallel zur Motorwellenachse angeordneten L-Schenkel 7 auf. Die Anordnung der Kollektorla mellen 5 erfolgt derart, daß diese sowohl von der Motorwelle 3 als auch jeweils zur benachbarten Kollektorlamelle 5 durch die Kunststoffumspritzung 2 isoliert sind. Im Bereich der durch hauptsächlich die axialen L-Schenkel 7 gebildeten Kollektorhül se 4 sind die Kollektorlamellen 5 von außen frei zugänglich, so daß nicht dargestellte Kollektorbürsten, Metall- oder Kohlebür sten, aufsetzbar sind.The collector 1 of the direct current electric motor according to the invention is shown in FIG. 1 and FIG. 2 is essentially formed by ei ner disc-shaped extruded plastics material 2, which rests firmly on egg ner motor shaft 3 and a plurality of grup to a collector sleeve 4 evenly spaced from each other around the motor shaft 3 pierte Collector fins 5 . The collector slats 5 are richly embedded in the plastic extrusion 2 , positioned and held by this. Furthermore, they have an L-shape with an L-leg 6 standing radially with respect to the motor shaft axis and an L-leg 7 arranged parallel to the motor shaft axis. The arrangement of the Kollektorla fins 5 is such that they are isolated both from the motor shaft 3 and in each case to the adjacent collector lamella 5 by the plastic extrusion 2 . In the area formed by mainly the axial L-leg 7 Kollektorhül SE 4 , the collector lamellae 5 are freely accessible from the outside, so that not shown collector brushes, metal or carbon brushes, can be placed.

Die freien Enden der radialen L-Schenkel 6 der Kollektorlamel len 5 dienen unter Zuhilfenahme der Durchbrüche 8 in der Kunst stoffumspritzung 2 zum elektrischen Anschluß an die nicht dar gestellte Motorwicklung. Die Motorwicklung kann z. B. nach Art eines eisenlosen Läufers ausgebildet sein.The free ends of the radial L-leg 6 of the Kollektorlamel len 5 are used with the aid of the openings 8 in the plastic extrusion 2 for electrical connection to the motor winding, not shown. The motor winding can e.g. B. be designed in the manner of an ironless runner.

Anhand der Fig. 2 ist zu sehen, daß die Motorwelle 3 einen Profilbereich 9 und eine Ringnut 10 aufweist. Der Profilbereich 9 kann als Rändelung oder als Keilnutenprofil ausgestaltet sein. Sowohl die Ringnut 10 als auch der Profilbereich 9 dienen zur genauen Positionierung und Verankerung der Kunststoffum spritzung 2 auf der Motorwelle 3, da sich beim Spritzgußvorgang die Kunststoffmasse paßgenau an diese Bereiche anlegt.It can be seen from FIG. 2 that the motor shaft 3 has a profile region 9 and an annular groove 10 . The profile area 9 can be designed as knurling or as a keyway profile. Both the annular groove 10 and the profile area 9 serve for the precise positioning and anchoring of the plastic injection 2 on the motor shaft 3 , since during the injection molding process the plastic compound fits precisely onto these areas.

Darüber hinaus weist die Motorwelle 3 im Bereich der Kollektor hülse 4 einen Bereich 11 mit gegenüber der übrigen Motorwelle reduziertem Querschnitt bzw. Durchmesser auf. Dessen Länge ist so gewählt, daß zumindest die axialen L-Schenkel 7, unter Bei behaltung einer entsprechend dicken Kunststoffschicht in dieser angeordnet sein können bzw. die axialen L-Schenkel 7 so nahe an die Motorwellenachse angeordnet werden können, wie es im Ab triebsbereich 12 der Motorwelle 3 nicht möglich wäre. In addition, the motor shaft 3 in the region of the collector sleeve 4 has an area 11 with a reduced cross section or diameter compared to the rest of the motor shaft. Whose length is chosen so that at least the axial L-leg 7 , while maintaining a correspondingly thick plastic layer can be arranged in this or the axial L-leg 7 can be arranged as close to the motor shaft axis as it is in the drive region 12th the motor shaft 3 would not be possible.

Im folgenden wird die Wirkungs- und Funktionsweise des zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiels näher erläutert.The following is the operation and functioning of the previously described embodiment explained in more detail.

Ein entscheidendes Kriterium für die Lebensdauer derartiger Gleichstromelektromotoren sind die Reibungsverhältnisse im Be reich der Kollektorhülse 4. Hier sitzen nämlich die Kollektor bürsten auf und reiben an den sich darunter hinwegdrehenden Kollektorlamellen 5. Einen entscheidenden Einfluß auf die Rei bungsverhältnisse hat die Umfangsgeschwindigkeit der Kollektor hülse 4. Durch die vorliegende Erfindung wird nunmehr erreicht, daß durch die zumindest teilweise Einbettung der axialen L- Schenkel 7 der Kollektorlamellen 5 innerhalb der Durchmesserre duzierung 11 auch eine Reduzierung des Durchmessers der Kollek torhülse 4 und somit eine Verminderung der Umfangsgeschwindig keit bei gleicher Drehzahl erreicht wird. Hierbei sind keine Festigkeitsnachteile hinzunehmen, da der in der Durchmesserre duzierung 11 eingespritzte Kunststoff und die darin angeordne ten axialen L-Schenkel 7 für eine entsprechende Stabilisierung sorgen.A decisive criterion for the life of such DC electric motors are the frictional conditions in the area of the collector sleeve 4 . This is where the collector brushes sit on and rub against the collector fins 5 rotating underneath. The peripheral speed of the collector sleeve 4 has a decisive influence on the friction conditions. By the present invention it is now achieved that through the at least partial embedding of the axial L-leg 7 of the collector plates 5 within the diameter reduction 11 also a reduction in the diameter of the collector tor sleeve 4 and thus a reduction in the peripheral speed is achieved at the same speed. There are no disadvantages in terms of strength, since the reduction in the diameter 11 injected with plastic and the th axial L-leg 7 arranged therein ensure appropriate stabilization.

Im folgenden werden zwei weitere Ausführungsbeispiele der vor liegenden Erfindung anhand der Fig. 3 und 4 näher erläutert. Diese Ausführungsbeispiele sollen insbesondere die unterschied lichen Möglichkeiten der Durchmesserreduzierung aufzeigen und unterscheiden sich daher nur geringfügig vom vorangegangenen Ausführungsbeispiel. Aus diesem Grunde werden, um Wiederholun gen zu vermeiden, für gleiche und ähnliche Bauteile gleiche Be zugsziffern verwendet und es wird nur auf die wesentlichen Un terschiede eingegangen.In the following two further embodiments of the prior invention are explained in more detail with reference to FIGS. 3 and 4. These exemplary embodiments are intended in particular to show the different possibilities of reducing the diameter and therefore differ only slightly from the previous exemplary embodiment. For this reason, in order to avoid repetitions, the same reference numbers are used for the same and similar components, and only the essential differences are dealt with.

Da es sich bei den Fig. 3 und 4 um schematische Darstellun gen handelt, wurde auf die Darstellung von Details, wie z. B. die Durchbrüche 8, den Profilbereich 9 und die Ringnut 10 ver zichtet.Since this is at the Fig. Gen to schematic Imaging Logo 3 and 4, was applied to the representation of details such. B. the openings 8 , the profile area 9 and the annular groove 10 waives ver.

Bei der Ausführungsform gemäß der Fig. 3 ist zu erkennen, daß der idealisierte Innendurchmesser D_K der Kollektorhülse 4 in etwa gleichgroß ist wie der Durchmesser D_M eines benachbarten, axial über die Kollektorhülse 4 hinausstehenden Bereichs 12 der Motorwelle 3. Der Durchmesser D_K ist deshalb idealisiert, weil die Kollektorlamellen 5 aufgrund ihrer Form eher ein Polygon formen. Der Durchmesser D_K wird deshalb durch einen Zylinder definiert, der gerade noch zwischen die Kollektorlamellen 5 einschiebbar ist.In the embodiment according to FIG. 3 it can be seen that the idealized inner diameter D _{K of} the collector sleeve 4 is approximately the same size as the diameter D _{M of} an adjacent region 12 of the motor shaft 3 which extends axially beyond the collector sleeve 4 . The diameter D _K is idealized because the collector slats 5 tend to form a polygon due to their shape. The diameter D _K is therefore defined by a cylinder that can just be inserted between the collector fins 5 .

Eine derartige Anordnung der axialen L-Schenkel 7 der Kollek torlamellen 5 kann unter Beibehaltung einer entsprechenden iso lierenden Kunststoffschicht die gewünschten Verbesserungen der Reibungsverhältnisse bewirken.Such an arrangement of the axial L-leg 7 of the collector gate slats 5 can bring about the desired improvements in the frictional relationships while maintaining a corresponding insulating plastic layer.

Anhand des Ausführungsbeispieles der Fig. 4 kann erkannt wer den, daß selbst durch eine noch weitere Reduzierung des Durch messers der Motorwelle im Bereich 11 der Fall erreicht wird, daß der Durchmesser D_A nur geringfügig größer ist als der Durchmesser D_M des benachbarten Bereichs 12 der Motorwelle 3. Auch bei dieser Ausführungsform wird die Querschnittsschwächung der Motorwelle 3 im Bereich 11 der Durchmesserreduzierung durch das Ausfüllen der so gebildeten Ringnut durch Kunststoff und die Einbettung der axialen L-Schenkel 7 kompensiert.Can on the basis of the embodiment of FIG. 4 detected who the that even by a further reduction of the diameter of the motor shaft in the area 11 of the case is achieved in that the diameter D _A is only slightly larger than the diameter D _M of the adjacent region 12 the motor shaft 3 . In this embodiment, too, the cross-sectional weakening of the motor shaft 3 in the area 11 of diameter reduction is compensated for by filling the annular groove formed in this way with plastic and embedding the axial L-legs 7 .

Anhand der beiden zuletzt beschriebenen Ausführungsbeispiele ist zu erkennen, daß dem Hersteller ein weites Feld zur Durch messerreduzierung der Motorwelle 3 im Bereich der Kollektorhül se 4 gegeben ist, wodurch sich jeweils entsprechend günstige Reibungsverhältnisse einstellen lassen. Es wurde festgestellt, daß Durchmesserreduzierungen gegenüber herkömmlichen Kollekto ren erreicht werden konnten, die bei ca. 30% liegen. Diese Durchmesserreduzierung hat einen direkten Einfluß auf die Le bensdauer des Kollektors 1, wodurch eine Lebensdauererhöhung in derselben Größenordnung erreicht wird.On the basis of the two last-described exemplary embodiments it can be seen that the manufacturer has a wide field for reducing the diameter of the motor shaft 3 in the region of the collector sleeve 4 , which means that correspondingly favorable friction conditions can be set in each case. It was found that diameter reductions compared to conventional collectors could be achieved, which are about 30%. This reduction in diameter has a direct influence on the service life of the collector 1 , whereby an increase in service life of the same order of magnitude is achieved.

In der obigen Beschreibung enthaltene Angaben zu einer der of fenbarten Ausführungsformen gelten, soweit sinnvoll und in sinnvoller Übertragung, jeweils auch für andere Ausführungsfor men. Insbesondere liegt in diesen Angaben keine Einschränkung.Information contained in the above description of one of the Embodiments apply, as far as reasonable and in sensible transfer, also for other execution forms men. In particular, there is no restriction in this information.

Claims

1. DC selector motor with a motor shaft ( 3 ) and with a collector sleeve ( 4 ) at a distance from one another around an area of the motor shaft ( 3 ) grouped collector fins ( 5 ), characterized in that in the area of the collector sleeve ( 4 ) the cross section of the motor shaft ( 3 ) is reduced.

2. DC electric motor according to claim 1, characterized in that the collector lamellae ( 5 ) in their axial and radial position by a plastic extrusion ( 2 ) held relative to the motor shaft ( 3 ) and connected to it.

3. DC electric motor according to claim 1 or 2, characterized in that the outer contour in the region ( 11 ) of the reduction of the motor shaft ( 3 ) seen in the longitudinal direction is largely adapted to the inner contour of the collector sleeve ( 4 ).

4. DC electric motor according to one of claims 1 to 3, characterized in that the inner diameter (D _K ) of the collector sleeve ( 4 ) is the same size or smaller than the non-reduced motor shaft diameter (D _M ).

5. DC electric motor according to one of claims 2 to 4, characterized in that the annular groove formed by the reduction in the area ( 11 ) is essentially completely filled with a part of the plastic injection ( 2 ) and part of the collector fins ( 5 ).

6. DC electric motor according to one of claims 1 to 5, characterized in that the collector lamellae ( 5 ) each have an L-shape, an L-leg ( 7 ) parallel to the motor shaft axis in the loading area ( 11 ) of the reduction is arranged and second L-leg ( 6 ) protrudes radially from the motor shaft ( 3 ).