DE2420869A1

DE2420869A1 - Elektrischer motor mit einer unidirektionalen kupplung

Info

Publication number: DE2420869A1
Application number: DE19742420869
Authority: DE
Inventors: Eric William Jolley
Original assignee: United Gas Industries Ltd
Current assignee: United Gas Industries Ltd
Priority date: 1973-05-05
Filing date: 1974-04-30
Publication date: 1974-11-21
Also published as: BE814566A; DE2420869C3; NL7405582A; FR2228316B1; DE2420869B2; GB1437376A; IT1011355B; FR2228316A1

Description

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UNITED GAS INDUSTRIES LIMITED, London, Großbritannien

Elektrischer Motor mit einer unidirektionalen Kupplung

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Motor mit einer unidirektionalen Kupplung, und zwar insbesondere auf einen kleinen elektrischen Synchronmotor.

Ein elektrischer Motor mit einer unidirektionalen Kupplung enthaltend ein drehbares ringförmiges Bauteil mit einer Reihe von radialen VorSprüngen auf dem. inneren Umfang und ein Kupplungsbauteil mit einem bezüglich der Vorsprünge ein- und ausrückbaren Anschlag ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungsbauteil eine Feder mit zwei sich unter einem Winkel schneidenden Schenkeln aufweist und daß . die beiden Schenkel derart federnd auseinandergedrückt sind, daß das eine Ende des ersten Schenkels in bezug auf eine drehbare Nabe außermittig an einem ortsfesten Zapfen angelenkt ist und der zweite Schenkel federnd gegen die andere Seite der Nabe drückt, wobei bei einer Drehbewegung der Nabe und des

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ringförmigen Bauteils in einer Rückwärtsrichtung der zweite Schenkel reibungsmäßig angetrieben wird und dabei den Anschlag in die von den Vorsprüngen durchlaufene Bahn bringt, so daß diese Drehbewegung unterbrochen wird, und bei einer Drehbewegung der Nabe und des ringförmigen Bauteils in einer Vorwärtsrichtung der jetzt in einem entgegengesetzten Sinn angetriebene zweite Schenkel den Anschlag aus der von den Vorsprüngen durchlaufenen Bahn entfernt. Der Anschlag kann derart ausgebildet sein, daß er in der gestatteten Vorwärtsdrehrichtung den radialen Vorsprüngen eine abgeschrägte Oberfläche darbietet, während er bei der zu unterbindenden Rückwärtsdrehrichtung in bezug auf die Bahn der radialen Vor Sprünge eine senkrecht verlaufende Oberfläche aufweist.

Elektrische Synchronmotoren können sich in irgendeiner der beiden Drehrichtungen drehen, falls nicht Mittel vorgesehen sind, die die Drehbewegung steuern. Durch die Maßnahmen nach der Erfindung wird sichergestellt, daß sich der Motor nur in einer ausgewählten Richtung drehen kann. Die Wirkung des Kupplungsbauteils ist allerdings symmetrisch, so daß man durch Umdrehen des Kupplungsbauteils die gestattete Drehbewegungsrichtung umkehren kann.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist das drehbare ringförmige Bauteil der unidirektional wirkenden Kupplung auf der Antriebswelle des Motors befestigt. Die Welle ist in Lagern gehaltert, die in voneinander beabstandeten Stirnplatten untergebracht sind. Jedes Lager weist einen Schaft zur Halterung des Lagers in der Stirnplatte, einen Stirnwulst zur Bildung eines Halterungsanschlags und einen Bund zur Bildung eines weiteren Halterungsanschlags auf. Die Lager sind aus einem elastischen oder federnden Werkstoff hergestellt, so daß man den Stirnwulst durch eine Öffnung in der Stirnplatte zwängen kann. Die Öffnung in der Stirnplatte bildet mit dem Schaft einen Festsitz. Zum Lagern der Antriebswelle weist das Lager vorzugsweise eine Bohrung auf, die im Schaft und im Wulst überbemessen ist. Das Lager kann aus Polyurethan hergestellt sein.

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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines nach der Erfindung ausgebildeten elektrischen Synchronmotors wird anhand von Zeichnungen beschrieben. Es zeigenj

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht durch einen zusammengebauten Motor,

Fig. 2 eine Außenansicht des Motors in Richtung des in der Fig. 1 dargestellten Pfeils II,

Fig. 3 eine Seitenansicht einer Statorplatte des in der Fig. 1 dargestellten Motors,

Fig. h eine Seitenansicht eines Statorkappengehäuses des in · der Fig. 1 dargestellten Motors,

Fig. 5 einen Längsschnitt durch einen Rotor des in der Fig. 1 dargestellten Motors,

Fig. 6 eine Seitenansicht eines Lagers des in der Fig. 1 dargestellten Motors,

Fig. 7 eine vergrößerte Stirnansicht eines Kupplungsbauteils des in der Fig.1 dargestellten Motors,

Fig. 8 eine schematische Ansicht zur Erläuterung der Arbeitsweise des eingebauten Kupplungsbauteils nach der Fig. 7 und

Fig. 9 eine Stirnansicht einer Druckfeder des in der Fig. 1 dargestellten Motors.

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Der in den Zeichnungen dargestellte Motor ist in einem Gehäuse mit einem becherförmigen Stator 11 (Fig. 4) angeordnet, dessen Öffnung durch eine flache Statorplatte 12 (Fig. 2 und 3) verschlossen ist. An den beiden Stirnseiten des Gehäuses befindet sich jeweils ein Lager 14 bzw. 15 (Fig. 1 und 6). Die beiden Lager unterstützen eine Rotorwelle 16. Wie es am besten aus der Fig. 5 hervorgeht, trägt die Rotorwelle 16 in einem Stützkörper 18, der beispielsweise aus Acetalharz besteht, einen ringförmigen Magneten 17. Der Magnet ist aus harzverleimten Bariumferrit hergestellt und ist permanent magnetisiert, um längs seines ümfangs abwechselnd zwölf Nord- und Südpole zu bilden. Eine elektrische Wicklung 20, die auf einen Nylonspulenkörper 21 gewickelt ist, umgibt den Rotor und ist in den becherförmigen Stator 11 eingesetzt. Elektrische Anschlußdrähte 24 dienen zur Zufur von Wechselstrom zu der Wicklung.

Wie es am besten aus den Figuren 2, 3 und 4 hervorgeht, weisen der Stator 11 und die zugehörige Statorplatte 12 jeweils rechteckförmige Zähne 23 auf, die an drei Seiten aus dem vollen Werkstoff ausgeschnitten und mit der vierten daran befestigt sind. Die ausgeschnittenen Zähne sind um 90° umgebogen, so daß sie sich in axialer Richtung längs des Außenumfangs des Magneten 17 erstrecken. Sowohl der becherförmige Stator 11 als auch die Statorplatte 12 weisen jeweils sechs Zähne auf. Dabei sind die Zähne des einen Statorteils gegenüber den Zähnen des anderen Statorteils versetzt. Wie es am besten aus der Fig. 3 hervorgeht, ist jeder Zahn an seinem Ende gabelförmig ausgebildet. Die Statorteile 11 und 12 sind aus Weichstahl hergestellt, also aus einem magnetischen Werkstoff, so daß die Zähne 23 als Feldpole für den Motor arbeiten können. Die von dem becherförmigen Statorteil 11 wegragenden Zähne überlappen geringfügig die von der Statorplatte 12 wegragenden Zähne und sind bei enger Nachbarschaft gegeneinander versetzt. Die auf diese Weise gebildete Gesamtanordnung stellt ein symmetrisches Muster dar. Bei erregter Wicklung werden die Pole magnetisiert, so daß sie die abwechselnden Nord- und Südpole des Magneten anziehen bzw. abstoßen, um auf den Rotor ein Drehmoment auszuüben und die Welle 16 mit einer synchronen Drehzahl von beispielsweise

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500 UpM zu drehen. Andere Polzahlanordnungen ergeben andere Drehzahlen.

Das auftretende Drehmoment kann jedoch in irgendeiner der beiden Drehrichtungen wirken. Der dargestellte Motor weist eine unidirektionale Kopplungsanordnung (Fig. 7 und 8) auf, um sicherzustellen, daß der Motor nur in einer ausgewählten Drehrichtung betrieben werden kann. Wie es aus der Fig. 5 hervorgeht, ist das eine Ende des Magnetstützkörpers 18, der sich zusammen mit der Welle 16 dreht, als becherförmiges Gehäuse 25 ausgebildet, auf dessen Innenoberfläche mehrere gleichmäßig voneinander beabstandete radiale Nasen oder Ansätze 26 vorgesehen sind. Ein Stahlstift 27 (Fig. 3), der außerhalb der Mitte in der stationären Statorplatte 12 angebracht ist, erstreckt sich in das Gehäuse 25 und bildet einen Lagerungszapfen für ein Kupplungsbauteil 28 (Fig. 7 und 8), das ein aus Feder und Anschlag kombiniertes Teil darstellt. Das Kupplungsbauteil besteht aus einem einzigen flexiblen Stück, beispielsweise aus Federstahl oder Acetalharz, und weist an seinem einen Ende ein Lager 30 auf, in das der Lagerzapfen 27 paßt. Das Kupplungsbauteil weist zwei Schenkel auf, die zueinander einen spitzen Winkel bilden, wobei der spitzwinklige Abschnitt als Anschlag 31 dient. Wie es aus der Fig. 8 hervorgeht, befindet sich der Anschlag 31 in einer solchen Lage, daß er zwischen zwei benachbarte Ansätze 26 ragt, während der freie, gebogene Schenkel 32 infolge der Federkraft des Kupplungsbauteils gegen die eine Seite einer die Welle 16 umgebenden drehbaren Nabe drückt. Wenn sich der Magnetstützkörper 18 dreht, führt der Kupplungsschenkel 28 keine Drehbewegung aus, da er an dem feststehenden Zapfen angebracht ist. Wenn sich der Stützkörper 18 in der Pfeilrichtung A (Fig. 8) dreht, kommen die Ansätze 26 aufeinanderfolgend mit der abgeschrägten Seite des Ansatzes 31 in Be- · rührung. Die Nabe dreht sich in derselben Richtung und versucht infolge der Reibung mit dem Schenkel 32 diesen in tangentialer Richtung zu verschieben. Diese Wirkungen vereinen sich und bewirken, daß der Anschlag 31 aus der Bahn der An-

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sätze 26 entfernt wird. Die Nabe beginnt dann auf dem Schenkel 32 zu rutschen, übt aber auf den Schenkel 32 eine so große Kraft aus, daß der Anschlag 31 außerhalb der Bahn der Ansätze 26 bleibt. Im Gegensatz zu einer normalen Sperrklinkenwirkung findet hier keine wiederholte Berührung zwischen dem Anschlag 31 und den Ansätzen 26 statt, so daß die Kupplung eine hohe Laufruhe aufweist. Falls sich jedoch der Stützkörper 18 in der entgegengesetzten Richtung drehen will, wird der gekrümmte Schenkel 32 von der Nabe ebenfalls in der entgegengesetzten Richtung bewegt* so daß der Anschlag 31 in die Bahn der VorSprünge oder Ansätze 26 kommt. Da das Lager 30 ortsfest ist, kann sich das Kupplungsbauteil nicht sb weit krümmen oder verbiegen, daß eine Drehbewegung der Ansätze 26 in der entgegengesetzten Richtung zugelassen wird. Die beschriebene Kupplungsanor&nung läßt damit lediglich eine Drehbewegung in Richtung des Pfeils A zu.

Falls eine Drehbewegung in der entgegengesetzten Richtung erwünscht ist, kann man das Kupplungsbauteil 28 von dem Zapfen 27 herunternehmen, umdrehen und wieder aufschieben. Das umgedrehte Kupplungsbauteil entfaltet dann seine Wirkung in der entgegengesetzten Richtung.

Der Motor ist derart aufgebaut, daß er sehr leicht auseinandergenommen und zusammengesetzt werden kann. Die Rotorlager 14 und 15, von denen das Lager 14 in der Fig. 6 im einzelnen dargestellt ist, bestehen aus einem federnden elastischen Werkstoff, beispielsweise Polyurethan. Das Lager weist einen Stirnbund 35, einen Schaft 36 und einen Stirnwulst 37 auf. Die mittige Bohrung enthält einen überbemessenen Abschnitt, der sich durch den Schaft und den Wulst erstreckt, und einen genau bemessenen Abschnitt 39, der sich im Stirnbund befindet. Die für das Lager im Stator vorgesehene Öffnung 40 (Fig. 4) bildet mit dem Schaft 36 einen Festsitz. Beim Zusammenbau kann man infolge des flexiblen Lagers den Wulst 37 durch die Öffnung 40 drükken. Dabei schlüpft das Lager in seine richtige Stellung, in der die Öffnung 40 den Schaft 36 umgibt. Der Wulst 37 und der

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Bund 35 halten das Lager in seiner Stellung. Falls die Öffnung 40 geringfügig unterbemessen sein sollte_? wird durch · die dadurch hervorgerufene Verformung des Lagers der genau bemessene Bohrungsabschnitt 39 nicht beeinträchtigt, da sich der Abschnitt 39 nicht im Schaft 36, sondern im Stirnbund 35 befindet.

Beim Einbau der Motorteile in. den becherförmigen Stator 11 wird zunächst eine stirnseitige Druckfeder 41 (Fig. 9) eingesetzt. Die Feder 41 stellt eine gewöhnliche Blattfeder mit einer Öffnung 42 dar, die zur Ausrichtung mit der Lageröffnung dient. Als nächstes werden die Wicklung und die Rotoranordnung in ihre Lage gebracht. Anschließend wird die Kupplungsanordnung eingesetzt, und das Statorgehäuse mit der flachen Statorplatte 12 verschlossen. Wie es aus den Figuren 1 und 3 hervorgeht, weist die flache Statorplatte drei gewölbte Befestigungsfüße 43 auf, die über die Plattenoberfläche nach außen hinausragen, während sich der Hauptabschnitt der Platte in den becherförmigen Stator 11 einsetzt. In die Befestigungsfüße können Schrauben eingeschoben werden, die, ohne das Motorgehäuse zu verformen, angezogen werden können. Die Welle 16" ragt aus dem Motorgehäuse heraus, so daß an ihr ein Drehmoment abgenommen werden kann.

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Claims

Patentansprüche

1.) Elektrischer Motor mit einer unidirektionalen Kupplung enthaltend ein drehbares ringförmiges Bauteil mit einer Reihe von radialen Vorsprüngen auf dem inneren Umfang und ein Kupplungsbauteil mit einem bezüglich der Vorsprünge ein- und ausrückbaren Anschlag,
dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungsbauteil (28) eine Feder mit zwei sich unter einem Winkel schneidenden Schenkeln aufweist und daß die beiden Schenkel derart federnd auseinandergedrückt sind, daß das eine Ende (30) des ersten Schenkels in bezug auf eine drehbare Nabe (16) außermittig an einem ortsfesten Zapfen (27) angelenkt ist und der zweite Schenkel (32) federnd gegen die andere Seite der Nabe drückt, wobei bei einer Drehbewegung der Nabe und des ringförmigen Bauteils (25) in einer Rückwärtsrichtung der zweite Schenkel (32) reibungsmäßig angetrieben wird und den Anschlag (31) in die von den Vorsprüngen (26) durchlaufene Bahn bringt, so daß diese Drehbewegung unterbunden wird, und bei einer Drehbewegung der Nabe und des ringförmigen Bauteils in einer Vorwärtsrichtung (A) der jetzt in einem entgegengesetzten Sinn angetriebene zweite Schenkel (32) den Anschlag aus der von den VorSprüngen durchlaufenen Bahn entfernt.

2. Elektrischer Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (31) den Winkel zwischen den beiden Schenkeln umfaßt.

3. Elektrischer Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schenkel (32) um die Nabe gekrümmt ist.

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4. Elektrischer Motor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungsbauteil (28) zur Auswahl der Vorwärts- und Rückwärtsdrehrichtung entweder mit der einen oder mit der anderen Seite nach unten zeigend auf den Zapfen (27) aufschiebbar ist.

5. Elektrischer Motor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe einen Teil einer Antriebswelle (16) bildet, auf der ein Stützkörper (18) mit einem daran befestigten Magneten (17) fest angebracht ist, und daß das an die Nabe angrenzende Ende des Stützkörpers (18) als Kupplungsgehäuse ausgebildet ist, das das drehbare ringförmige Bauteil (25) enthält.

6. Elektrischer Motor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (16) in Lagern (14, 15) gelagert ist, die in voneinander beabstandeten Stirnplatten angeordnet sind, daß jedes Lager einen Schaft (36) zur Halterung des Lagers in einer Öffnung in der Stirnplatte, einen an der einen Seite des Schafts angrenzenden Stirnwulst (37) zur Bildung eines Halterungsanschlags und einen auf der anderen Seite des Schafts angrenzenden Bund (35) zur Bildung eines weiteren Halterungsanschlags aufweist und daß jedes Lager aus einem elastisch verformbaren Werkstoff hergestellt ist, so daß es durch die ihm zugeordnete Stirnplattenöffnung gedrückt werden kann, die mit dem Schaft, einen Festsitz bildet.

7. Elektrischer Motor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Lager (14, 15) eine Bohrung aufweist, durch die sich die Welle (16) erstreckt, und daß diese Bohrung im Schaft und im Wulst überbemessen ist, so daß der im Bund vorgesehene Bohrungsabschnitt (39) die Welle (16) trägt.

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