DE2452444C3 - Elektrischer Kleinstmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Kleinstmotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein typischer Kleinstmotor hat zusammengedrängte, unter hoher mechanischer Spannung sichende Wicklungen sowie ungünstige Wärmeübertragungswege. Die Wicklungen der bekannten Moloren dieser Art müssen unter Einhaltung genauer Abmessungen geformt, isoliert, an Zuleitungen angeschlossen und mit Kunstharz imprägniert werden, damit sie mit den anderen Elementen oder Bauteilen des Motors zusammenpassen. Die Vorformung und Aushärtung der Wicklungen erfordert gewöhnlich eine Ofenerhitzung mehrerer Einheiten in großen metallischen Einspannvorrichtungen oder Formen auf relativ hohe Temperaturen von mehr als 200°C, damit das Aushärten beschleunigt wird und eine angemessene Wärmeübertragung nach den innersten Wicklungen möglich ist. Ferner können, wenn vorgeformte und ausgehärtete Wicklungen verwendet werden, beim Zusammenbauen des Motors die Wicklungen unerwünschten mechanischen Spannungen ausgesetzt werden, da aufgrund von herstellungsbedingten Abweichungen eine perfekte Einpassung jeder Wicklung in den Motorkörper unmöglich ist. Einerseits entstehen beim gewaltsamen Einpassen der Wicklungen mechanische Spannungen, während andererseits die Wärmeableitwege verringert werden, wenn man den Raum für die Wicklungen so groß bemißt, daß auf ein gewaltsames Einpassen verzichtet werden kann.

Man hat Herstellungsverfahren entwickelt, bei denen die Arbeitsgänge der endgültigen Formgebung und Ofenhärtung entfallen. Diese Verfahren erfordern im allgemeinen eine Einkapselung des Ständers in Kunststoffverbindungen, mit denen typischerweise die Wicklungen bei hohen Drücken sowie bei Temperaturen umgössen werden. Hierdurch werden zwar die Wicklun-

gen weit weniger stark erhitzt als beim Aushärten herkömmlicher Kunstharze, doch entstehen unerwünschte Wärmestöße. Außerdem ergibt die aufgeformte Kapselung eine nur beschränkte Wärmeableitung von den Wicklungen zum angrenzenden Motorkörper, und ein Erzeugnis mit einstückiger oder integraler Formgebung (beispielsweise die Vereinigung oder gemeinsame Formgebung der Ständerkapselung und des Ankernabenteils eines elektrischen Gebläses) läßt sich nur dann realisieren, wenn man Kunststoffverbindungen von geeigneter Qualität und Zusammensetzung verwendet Ferner ist dieses etwas komplizierte Verfahren nicht anwendbar, wenn für die verschiedenen Teile des Motors ungleichartige Werkstoffe verwendet werden (z. B. wenn man Ständerwicklungen integral mit einem metallischen Molorkörper formen will), und zwar wegen der möglicherweise sehr unterschiedlichen und miteinander unverträglichen Eigenschaften der Werkstoffe. Da Metallkörper gewöhnlich dann erforderlich sind, wenn hohe Leistungsdichten und/oder hohe Umgebungstemperaturen vorliegen, ist bei Verwendung eines Metallkörpers eine Molorkonstruktion erwünscht, die es ermöglicht, daß die Formgebung und Aushärtung der Wicklungen bei niedrigen Temperaturen erfolgen kann.

Ein Motor der dem Oberbegriff des Al zugrundeliegenden Art ist beispielsweise aus der CH-PS 4 44 282 bekannt, die einen mit Wicklungen versehenen Läufer konventioneller Bauart beschreibt, dessen das Läuferblechpaket an seinen Stimenden überragende Wickelköpfe in formstabilen, becherförmigen Endkappen aus rostfreiem Stahl eingeschlossen und bei Fliehkräften zusammengehalten sind. Zum Schulz der empfindlichen, dünnen Wicklungsdrähte haben die becherförmigen Endkappen eine isolierende Auskleidung in l'orm einer Polyesterschicht die eine unmittelbare Berührung der Wicklungsdrählc mit den Metallkappen verhindert. Vor dem Aushärten des mit heißem Epoxydharz imprägnierten Rotors in einem Ofen werden die Endkappen durch Klemmteilc festgehalten, die später wieder entfernt werden. Der Zusammenbau und der Aushärtvorgang sind verhältnismäßig aufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen aus einer verhältnismäßig geringen Zahl von Einzelteilen einfacher als bisher zusammenbaubaren Motor /u schaffen, dessen Wicklungen keiner hohen Temperaturen zur Formgebung und Aushärtung bedürfen.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung ermöglicht die Verwendung von mit Kunstharz imprägnierten, jedoch ungehärteten Wicklungen, die auf mechanischem Wege während des Zusammenbaus des Motors durch die beiden Kappen bei verhältnismäßig geringer Beanspruchung eine bevorzugte Formgebung erhalten können, so daß eine einfache Herstellung möglich ist. Beim Aufdrücken der zweiten Isolierkappe auf die Mittelachse werden die Spülenköpfe zusammengedrückt und allmählich von der glatten Kontur der beiden Kappen erfaßt, wodurch sie die gewünschte Form erhalten und gut eingepaßt werden. Im zusammengebauten Zustand kann der Motorteil dann bei verhältnismäßig niedriger Temperatur zur Aushärtung des Kunstharzes wärmebehandelt werden.

Nachstehend wird als Ausführungsbeispiel der Erfindung die Konstruktion und der Zusammenbau des Ständerteils eines Außenläufermotors beschrieben, doch läßt sich die Erfindung auch auf dij Läuferkonstruktion sowje auf andere Motorformen anwenden. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine auseinandergezogene Darstellung eines Außenläufermotor mit konventionellem Läufer und einem Ständer als Motorteil der hier beschriebenen Art;

Fig.2 eine Schnittdarstellung des Motors im voll zusammengebauten Zustand in der Schnittebene 2-2 nach F i g. 3; und

Fig.3 eine Stirnansicht des zusammengebauten Motors mit Darstellung einer Tellerfeder.

Fig. 1 zeigt die Ständeranordnung 14, die aus einem '5 Paket von Stahlblechlamellen mit den üblichen Wickelköpfen 144 und 145 der Ständerwicklungen besteht. Diese Wicklungen bestehen aus isoliertem (gewöhnlich lackisoliertem) Draht und sind von geringe"· Stärke und verhältnismäßig zerbrechlich, wenn es sich um einen kleinen Motor handelt. Der Ständer wird in noch zu beschreibender Weise am Scheibenkörper 12 gefestigt. Der allgemein becherförmige Läufer 16 umgibt im zusammengebauten Zustand den Ständer, entsprechend der Außenläuferkonslruktion, und hat eine an seiner Stirnwand befestigte, axial verlaufende Welle 17. Die übrigen Teile der vorliegenden Konstruktion werden bei der Erläuterung der Art und Weise des Zusammenbausbeschrieben.

Der Zusammenbau des Ständers beginnt damit, daß eine ringförmige Tellerfeder 11 von rechts (gesehe.r in der Zeichnung) auf eine hohle Achse 10, vorzugsweise aus einem geeigneten Metall, aufgeschoben wird. Ein Flansch 104 am Ende der Achse verhindert, daß die Tellerfeder 11 vom anderen Ende der 'Uhse 10 abrutscht. Als nächstes wird auf die Achse 10 ein einen Teil des Ständers bildender Scheibenkörper 12 aufgeschoben, der zur Vergrößerung des Wärmeableiivermögens des Motors aus Metall bestehen kann. Der Scheibenkörper hat zwei ringförmige Nuten 124 und 12ß, die das Ende des Läufers bzw. einen ringförmigen Isolator in Gestalt der als formstabiles Bauteil vorgeformten Kappe 13 aufnehmen. Letztere wird als nächstes auf die Mittelachse geschoben, und zwar bis an den Scheibenkörper 12 heran. Die Kappe 13 und die Nut 12ß, in der er sitzt, haben eine Form, die einer bevorzugten Umrißform für den Wickelkopf 14/4, bei der dieser unter minimaler mechanischer Spannung steht, entspricht. Bei Motoren, bei denen die Wärmeableitung nicht kritisch ist, kann der Scheibenkörper 12 aus Isoliermaterial bestehen und selbst die Kappe 13 bilden.

Als nächstes wird die Ständeranordnung 14 auf die Achse 10 aufgeschoben. Diese Ständeranordnung besteht aus einem Paket von Blechlamellen aus magnetischem Werkstoff mit Nuten zur Aufnahme der Leiter der Ständerwicklungen. Während die Leiter in den Nuten des Lamellenpaketes entsprechend einem gegebenen Verdrahtungsplan nach rückwärts und vorwärts gewickelt werden, befinden sich an den beiden Ständerenden die Wickelkopf⁰ 144 und 145, die mit &o Kunstharz imprägniert, j.^^r. ungehärtet sind. Als Imprägnierungsharz kann man u. a. ein im Handel erhältliches styrolhaltiges Polyesterharz mittlerer Viskosität, das mit 1,0 bis l,5°/oTert.-Butylperbenzoat katalysiert ist, verwenden.

Zur Vervollständigung des Ständeraufbaus wird auf das Ende der Achse 10 eine ,ils formstabiles Bauteil aus Isolierstoff vorgeformte Kappe 15 aufgeschoben. Wie die Kappe 13 hat auch die Kappe 15 eine Form, die einer bevorzugten Umrißform für den Wickelkopf 14ß entspricht. Beim Aufdrücken der Kappe 15 auf die Achse werden die anderen Bauteile gegen die Spannung der Tellerfeder 11 zusammengedrückt, und durch die glatte Umrißform der Kappen 13 und 15 erhalten dabei die mit Kunstharz imprägnierten, jedoch ungehärteten Ständer-Wickelköpfe 144 bzw. 14ß die bevorzugte Formgebung für minimale Drahtspannung oder -beanspruchung £>n beiden Enden und maximale Wärmeübertragung am Ende der Anordnung. Schließlich rasten die Rastnasen 154 an der Kappe 15 in eine ringförmige Rastnut lOß der Achse ein, so daß der gesamte Ständeraufbau zusammengehalten wird.

Bei dieser Anordnung sorgt die Tellerfeder 11 für eine nahezu konstante Vorspannung od~r Belastung, aufgrund deren große Änderungen der Abmessungen der im Motor verwendeten Materialien über weite Temperaturbereiche zulässig sind. Auch ermöglicht die Plazierung der Wickelköpfe 14A und 14ß eine gute Wärmeübertragung zwischen den Ständerwicklungen und den Kappen, der Achse und dem Scheibenkörper. Da die gemäß dem Stand der Technik vorzunehmenden Verfahrensschritte der Vorformung und Vorhärtung entfallen, ergibt sich eine beträchtliche Verringerung der mechanischen Spannungsbeanspruchungen des Spu'endrahtes, da die Wicklungen während des Zusammenbaus sich frei bewegen und eine Lage einnehmen können, in der sie unter minimaler mechanischer Spannung stehen, aber trotzdem kein axialer Spielraum oder Abstand zwischen einem Teil der Wicklung und dem Ständerkörper vorhanden ist. Außerdem wird bei der vorliegenden Konstruktion der Draht in geringerem Maße der Bearbeitung und Handhabung unterzogen, so daß die Möglichkeit einer Beschädigung im Verlaufe des normalen Herstellungsverfahrens geringer ist und sich folglich die Verläßlichkeit der Erzeugnisse erhöht und die Herstellungskosten erniedrigen.

Vor der Montage des Läufers auf dem Ständer werden die Zuleitungen für den elektrischen Strom an die Ständerwicklungen angeschlossen und der Ständer zum Aushärten der Imprägnierung wärmebehandelt. Bei der vorlegenden Ständerkonstruktion kann dies gewöhnlich bei einer Temperatur von ungefähr 120⁰C für eine Dauer von 15 Minuten geschehen, statt bei mehr als 200⁰C, wie sie bei herkömmlichen Konstruktionstechniken angewendet werden. Diese niedrigere Temperatur ist deshalb möglich, weil keine große Einspannvorrichtung erhitzt zu werden braucht. Statt dessen werden die zusammengebauten Ständer selbst erwärmt. Natürlich ist bei Anwendung einer niedrigeren Temperatur die Gefahr einer Beschädigung der Ständerwicklungen durch Wärmestoß geringer. Eine weitere Verringerung der mechanischen Spannungen in den Wicklungen läßt sich erzielen, wenn die Wärmebehandlung entfällt, beispielsweise aufgrund der Verwendung von Zimmertemperatur-Aushärtungsmitteln in der Zusammensetzung des Imprägnierungsharzes. Die Zimmertemperaturaushärtung wird durch die Zugabe eines Härtungsfördermittels, wie Kobaltnaphthenat, vor dem Zusetzen des Katalysators erreicht.

Wenn der Ständer fertiggestellt ist, wird der becherförmige Läufer 16 auf den Motor aufgesetzt. Die Welle 17 des Läufers wird in einem geeigneten Lager, beispielsweise einer gesinterten Bronzebüchse 18 oder einer anderen herkömmlichen Lagerkonstruktion, die im Inneren der Achse 10 befestigt ist, gelagert. Der

Läufer kann entweder in herkömmlicher Weise oder erfindungsgemäß ausgebildet sein, wobei, wenn Wickelkopfe vorgesehen sind, diese irgendein Festhalteteil benötigen, um den Fliehkräften entgegenzuwirken. Ferner kann der Läufer immer dann erfindungsgemäß ausgebildet sein wenn axiale Festhalteteile, Abschirmungen oder Isolierteile für die Aufnahme des Schleifringankers benötigt werden.

Statt auf einen Außenläufermotor läßt sich die Erfindung ebensogut auch auf herkömmliche Moloren, bei denen der Ständer den Läufer umgibt, anwenden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Elektrischer Kleinmotor mit einer Wicklung auf dem innerhalb eines Luftspaltes gelegenen Motorteil, dessen aktives Blechpaket über dessen Enden die Wickelköpfe der Wicklung überstehen, auf einer beidseitig vorstehenden Achse montiert ist, die mit einem« Flansch versehen ist, während die Wickelköpfe stirnsekig und auf ihren zylindrischen Außenflächen von Kappen aus Isolierstoff umschlossen sind, von denen die erste Kappe formschlüssig in einer dem Wickelkopf zugewandten Ausnehmung eines Scheibenkörpers angeordnet oder durch diese gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Flansch (tOA)am einen Ende der Achse (10) eine Tellerfeder (U) anliegt, weiche gegen den Scheibenkörper (12) gespannt ist, daß die beiden aus Isolierstoff bestehenden Kappen (13,15) formstabile Bauteile sind, und daß die zweite Kappe (15) an ihrem Innenrand zur Achse gerichtete, federnde Rastnasen {ISA) trägt, die in eine ringförmige Rastnut (tOB) am zweiten Ende der Achse (10) eingreifen, wobei die Länge der Achse (10) zwischen dem Flansch {iOA) und der Rastnut (lOB) so bemessen ist, daß die Kappen (13, 15) gegen die Wickelköpfe (14Λ 14ß;drücken.

2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Scheibenkörper (12) und die erste Kappe (13) mit korrespondierenden Halsansätzen in den Innenraum der Wickelköpfe(14/\^eindringen.

3. Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung des Scheibenkörpers (12) eine ringförmige Nut (12B) ist.