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Kol lektorloser Glei trommotor Z,K,atz zu P 24 3£ '56.9,) Die Erfindung
betrifft einen kollekterlosen Gleichstrommotor der in der Anmeldung P 24 35 356.8
offenbarten Art.
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Eine Aufgabe der Erfindung sird darin gesenen, die in der Stammanmeldung
offenbarten ooren auf einfachste und in der Fertigung wirtschaftichste Weise mit
einem Weicheisenstück gemäß.
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P 23 32 o12.9-32 zum Speichern magnetischer Energie während eines
Teils der Rotationsbewegung des Läufers zu versehen.
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Dies wird durch die in Anspruch 1 angegebene Maßnahme erreicht.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, die erfindungsgemäß geformte
Flanschscheibe als einstückiges Drehteil mit dem Lagerrohr auszubilden. Diese Ausführung
ist besonders dann vorteilhaft, wenn Kugellager verwendet werden.
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Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes
ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispielen sowie aus den Unteransprüchen.
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Es zeigt: Fig. 1 einen Gleichstrommotor nach der Erfindung im Schnitt,
in der linken Hälfte geschnitten durch die Mitte der einen Motorspule und in der
rechten Hälfte geschnitten durch den Zwischenraum zwischen den beiden Induktionsspulen,
Fig. 2 die Flanschscheibe mit den daran befestigten Teilen eines zweiten, gegenüber
Fig.1 abgeänderten Ausführungsbeispiels in der gleichen Schnittdarstellung wie in
Fig.l, Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel eines Gleichstrommotors nach der Erfindung
im Schnitt, Fig. 4 einen Ausschnitt mit dem Lagerrohr -aus Fig.3 in der gleichen
Schnittdarstellung wie in Fig.3, jedoch im Matstab vergrößert und mit weiteren Details,
Fig.
5 im Teil-Schnitt V-V das Ausführungsbeispiel von Fig.l, Fig. 6 die ausigeschnittene
Teilansicht gem. dem Pfeil VI-VI aus Fig. 3 und zwar im gleichen Maßstab,wie Fig.4.
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Gemäß Fig. 1 ist mit 1 die Rotorwelle bezeichnet. An der magnetischen
Rückschlußscheibe 4 ist ein ringförmiger, in axialer Richtung permanent magnetisierter
Magnet 5 koaxial zur Achse 31 befestigt. Die Rückschlußscheibe 4 und der Magnet
5 bilden mit der Nabe 2 die erst Rotorscheibe 6, die zu einer Baueinheit zusammengefasst
ist. Die Nabe 2 weist ein Sackloch 7 auf, dessen Stirnfläche mittelbar als Anlauffläche
8 für das mit axialem Spielsitz auf die Welle 1 gesteckte Lagerrohr 9 dient. Diese
Bauweise ist axial sehr kompakt. Das Lagerrohr 9 besteht aus Sintermetall und ist
selbst an seinen beiden Enden zu Gleitlagern 13, 14 eingezogen.
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Auf dem erweiterten Mitteilteil 15 des Lagerrohrs 9 sitzt mit Preßsitz
die erfindungsgemäß ausgebildete Flanschscheibe 16, an de.
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ren der Rotorscheibe 6 abgekehrten Stirnseite 17 die Statorplatine
18 durch Kleben befestigt und somit noch steifer ausgebildet ist. Die sehr preiswert
als Automatendrehteil aus Vierkantstangemmaterial herstellbare weichmagnetische
Nabe 16 ist für einen vierpol ig axial magnetisierten Rotor 5 gedacht, in dessen
innerem Streuflußbereich ihre radialen Vorsprünge loo vorgesehen sin; itnFdi9S)
In die mit einer gedruckten Schaltung versehene Statorplatine 18 sind zwei diametral
einander gegenüberliegende Induktionsspulen eingelassen, von denen infolge der abgeknickten
Schnittebene nur die eine Induktionsspule 19 in Fig. 1 sichtbar ist.
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Die zweite Rotorscheibe 25 besteht aus einer magnetischen Rückschlußscheibe,
die mit Spielsitz auf die Welle 1 gesteckt ist und infolge des durch den Magneten
5 ausgeübten axialen Zuges an einer in einem Einstich 26 der Rotorwelle 1 eingesetzten
Sperrscheibe 27 anliegt. Der axiale Abstand zwischen diesem Einstich 26 und der
Anlauffläche 8 bestimmt ritit den Abständen gem. den Pfeilen lo und 20 und der Stärke
der Stahlscheiben 23 und 24 sowohl die gem. Doppelpfeil 29 angezeigte Weite des
Luftspalts als auch die obere Distanz 11 zwischen Rotor und Stator. Die Stirnflächen
des .tagerrohrs 9 sind durch die Sperrscheibe 27 von dem durch den Magneten
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ausgeübten axialen Zug entlastet, welcher sonst auf der oberen (8) und der unteren
Anlauffläche liegen würde.
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Das Lagerrohr findet zwischen der Anlauffläche 8 bzw. den Stahlscheiben
23, 24 und der Sperrscheibe 27 geringes axiales Toleranzspiel und.kann u.U. durch
Zwischenschaltung der Stahlscheibe 28 an der Sperrscheibe 27 anlaufen, obwohl dies
in der gezeichneten Betriebslage wegen des geringen aber doch vorhandenen Toleranzspiels
nicht der Fall ist. Ein Klemmring 32 sichert die Rotorscheibe 25 gegen Abrutschen
von der Rotorwelle.
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Die Flanschscheibe 16 ist aus Stabilitätsgründen mit großer axialer
Stärke ausgeführt. Dies ergibt eine relativ große Preßsitz-oder Klebefläche zur
sicheren Befestigung auf dem Lagerrohr 9,-obwohl dies im Bereich des Lagers 14 verengt
ist. Diese Tatsache erfordert aber trotzdem keine zusätzliche axiale Bauhöhe, weil
diese starke Flanschscheibe 16 in den freien Innenraum des ringförmigen Magneten
5 ragt. Dies ist auch magnetisch vorteilhaft.
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Die Größe des Hilfsreluktanzmoments ist durch Wahl dieser Stärke etwa
regulierbar.
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Die Statorplatine 18 ist im Bereich zwischen den Motorspuelen 19 und
dem Lagerrohr 9 geschwächt, gemäß Fig.1 sogar unterbrochen, da die Spule 19 bis
auf einen Spalt 98 an das Lagerrohr heranreicht. In einem solchen Fall stabilisiert
die Flanschscheibe 16 gerade in Verbindung mit einer Klebebefestigung die Statorplatine
18 in diesem Bereich in besonders erwünschter und vorteilhafter Weise.
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Die Flanschscheibe 16 kann also statt nur durch Preßsitz auf dem Lagerrohr
9 auch durch Klebung oder zusätzlich durch Klebung befestigt sein.
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Insbesondere wenn mehr als zwei Spulen in der Statorplatine radial
weiter außen liegen, kann diese statt durch Klebung auch Uurch Vernietung an der
Flwnschscheibe befestigt sein, wie dies, jedoch nicht für diesen Fall, Fig.2 dargestellt
ist. In Fig.2 1st mit SS die Flanschscheibe,mt37 das Lagerrohr, mit 38 die Rotorwelle,
mit 39 die Statorplatine und mit 40 eine Motorspule bezeichnet.
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Die' Statorpl ati ne ist mit zwei einander diametral gegertiber liegenden
Hohlnieten it d. mit Flanschscheibe 36 vernietet. Die beiden Hohinieten sind in
dem Zwischenraum zwischen den beiden ebenfalls um 180° zueinander versetzten Motorspulen
angeordnet, und es ist wegen der abgewinkelten Schnittdarstellung nur die eie Hohlniete
41 sichtbar. Im übrigen ist das in Fig.2 dargestellte Ausführungsbeispiel genauso
wie das ; Fig. 1 ausgeführt.
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Die Stärke und Anordnung dieser hotilnieten darf d e E zeugung des
angestrebten Reluktanzhilfsmoments nicht unzulässig beeinträchtigen. Man wird dazu
unter Umständen gleich viele Nieten wie Pole nehmen müssen. Bei 2poligem. Rotor
sind 2 um 1 o°, , oben beschrieben, versetzte Nieten vorteilhaft. Fig.5 ein te 4-pol
i ge: Rotor vier Nieten 41 gestrichelt gezeichnet.
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Bei dem in Fio. 3 dargestellten zweite Ausführungsbeispeil ist mit
50 die erste Rotorscheibe, mit 51 die 7t e sa Rotorscheibe bezeichnet. Diese beiden
Rotorscheibe bilden je eine 3azeinit.
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Die Rotorscheibe 50 besteht aus der magnetischer Pücksclußscheibe
52, die eine zentrale Ausnehmung 53 aufweist, In die die als Riemenabtriebsrolle
ausgebildete Nabe 54 aus Messing ei ngesetzt ist. Die Nabe 54 weist ein Sackloch
56 aus,dcssC Stirnseite eine Anlauffläche 57 für das auf die Rotorwelle 55 mit axialem
Spielsitz gesteckte Lagerrohr 58 bietet. Das Lagerrohr ist an s ein beiden Enden
mit zwei Kugel lagern 59, 60 versehen, in denen die Rotorwelle 55 sich dreht. Die
Innenlaufringe 61, 62 der Kugellager 59, 60 -sitzen illit axialem Spiel auf der
Rotorwelle 55 und die Außenlaufringe 63, 64 sind auf beiden Seiten eines Innenrohres
65 ins Lager rohr 58 eingesetzt. An der der 0 torscheibe 50 zugekehrten Stirnseite
67 der Flanschscheibe 66 ist die steife Statorplatine 68 befestigt. In die Statorplatine
68 sind diametral einander gegenüberliegend zwei Motorspuelen 69, 70 eingelassen.
Die Statorplatine ist zwischen den Außenrandern 74, 75 zweier aus Eisenblech bestehender
Gehäuseschalen 72, 73 vernietet. Zwei der auf den Umfang verteilt angeordneten Nieten
76, 77 sind in Fig. 3 sichtbar. Die beiden Gehäuseschalen 72 und 73 bilden ein Metallgehäuse
für den aus den beiden Rotorscheiben 50 und 51 bestehenden Rotor, dessen Nabe 54
durch einen zentralen Durchbruch 78 aus dem Gehäuse heraus ragt. Elektronische Schaltelemente
für
die elektronische Kommutatorschaltung können an der Statorplatine 68 befestigt sein,
entweder wie die gezeichneten Schaltungselemente 80, 81 auf dem aus dem Gehäuse
herausragenden Rand 82 der Statorplatine oder auch innerhalb des Gehäuses, wo sie
aber der Dbersicht halber nicht eingezeichnet sind. Mit 83 ist ein zusätzliches
Reluktanzeisen bezeichnet, das durch nicht sichtbare Befestigungsmittel an der Gehäuseschale
73 befestigt ist und durch eine in die Gehäuseschale 73 eingedrehte Justierschraube
84 justiert werden kann, wodurch das gesamte Reluktanzhilfsmoment justierbar ist,
auch noch nach der Montage des Motors.
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Die zweite untere Rotorscheibe 51 ist eine Baueinheit aus der magnetischen
Rückschlußscheibe 85, in deren zentrale Ausnehmung 86 die Metallnabe 87 eingespritzt
ist und an der ein in axialer Richtung permanentmagnetischer ringförmiger Magnet
88 befestigt ist.
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Die iQabe 87 läuft unter Zwischenlage von zwei Stahlscheiben 9o, 91
an dem Innenlaufring 62 des Kugellagers 60 an, und die Nabe 54 läuft mit ihrer Anlauffläche
57 unter Zwischenlage einer Stahlscheibe 93 am Innenlaufring 61 des Kugellagers
59 an. Auf diese Weise stützen sich die beiden Naben 54 und 87 über die Innenlaufringe
61 und 62 und von da über die Kugellager 59, 60 und von da über das Innenrohr 65
oder das Lagerrohr 58 ab. Das Innenrohr 65 ist vorteilhaft, wenn das Lagerrohr eine
glatte zylindrische Hülse ist. Sonst sitzen die Kugellager 59, 60 in den Ausdrehungen
des Lagerrohres 58. Diese Abstützung erfolgt spielfrei, weil die beiden Rotorscheiben
durch die magnetische Kraft des Magneten 88 bis auf Anschlag gegeneinander gezogen
werden. Der axiale Abstand der beiden Rotorscheiben 50, 51 ist also sehr exakt durch
die axiale Lage der beiden Kugellager sowie die Dicke der Scheiben 9o, 91 und 93
vorgegeben, und diese Bemessung ist in der Mengenfertigung sehr einfach genau einzuhalten.
Die Weite des Luftspaltes 94 zwischen den beiden Rotorscheiben 50, 51 wird außerdem
bestimmt durch den axialen Abstand zwischen den diesen Luftspalt 94 begrenzenden
Flächen der Rotorscheiben 50 und 51 und den Anlaufflächen der Naben 54 bzw. 87,
und da auch diese Abstände in der Massenfertigung, z.B. in der bei Fig. 1 beschriebenen
Weise, sehr einfach exakt eingehalten werden können, kann die Weite des Luftspaltes
toleranzarm eingehalten werden. Auch die Justierung der Statorplatine 68 innerhalb
des Luftspaltes ist einfach, weil sie durch
die axiale Lage der
Flanschscheibe 66 auf dem Lagerrohr 58 bestimmbar ist. Der Abstand, z.B. 94, zwischen
Rotorscheibe 51 und Statorplatine 68 kann durch Dickenvariation der Scheiben 9,o,
91 geändert werden. Mit einer z.B. für die zur
| sSes Streifens der Kotortellev |
| Ve > |
ung eines solchen Abstandes wird der Elektromotor allerdings etwas schwächer.
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Auch die Nabe 54 ist als Abtriebsrolle ausgebildet, deren Abt.riebsfläche
mit 98 bezeichnet ist. Das Sackloch 56 reicht bis auf die Höhe dieser Abtriebsfläche
98, wodurch wiederum die Querkräfte besser aufgefangen werden können, wie dies im
Text zu Fig. 1 schon erläutert wurde. Bei Kugellagern ist dieses Problem aber nicht
so kritisch.
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Ein Gehäuse, wie es für das in Fig. 3 und 4 dargestellte Ausführungsbeispiel
durch die Gehäuseschalen 72 und 73 gebildet ist, kann man auch für das in Fig. 1
vorgesehene Ausführungsbeispiel vorsehen.
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Der in Fig. 4 vergrößerte Ausschnitt aus Fig. 3 zeigt in Verbindung
mit Fig. 6 den besonderen wirtschaftlichen Vorteil einer Weiterbildung der Erfindung
mit einem Kugellagersystem 63, 64.
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Gerade wenh für die Lagersitze Eindrehungen im Lagerrohr nötig oder
auch nur sinnvoll sind, ist das Lagerlohr 58 sehr wirtschaftl ich einstückig mit
der Flanschscheibe 66 aus Sechskantstahl als ferti.ges Automatendrehteil herstellbar,
denn die Eindrehungen können gleichzeitig mitgemacht werden. Automatenstahl ist
andererseits magnetisch weich genug für ein effektives Reluktanznoment. Der Fig.6
liegt natürlich ein 6-poliger Läufer zugrunde.
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Wenn man dagegen bei Verwendung an sich billigerer Gleitlager gem.
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Fig. 1 das Lagerrohr direkt aus Sintergleitmaterial macht, was mit
kleiner werdender Abmessung (vor allem bei einem Wellendurchmesser unterhalb 6 mm)
immer vorteilhafter wird, ist die einstückige Ausführung als gesintertes Formstück
(Teil +3)mit wirtschaftlichem Erfolg anwendbar, weil ein solches Teil mit dem Randteil
16 gegenüber der Rohrform preislich nicht sehr unterschiedlich ist. Insbesondere
für preiswerte Massenanwendung, wo die Kombination von Kleinheit in der Abmessung
und minimales Rel-uktanzmoment als ausreichend
gegeben ist, dürfte
diese Weiterbildung vorteilhaft sein.
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Die spanabhebende Bearbeitung entfällt dabei.
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Das Sintermaterial ist für ein kräftigeres Reluktanzmoment eventuell
magnetisch nicht weich genug. illit größerer axialer Dicke der Flanschscheibe 16
kann man das ausgleichen, jedoch nur bis zu einem gewissen Grad.
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Fig.5 zeigt einen Ausschnitt gel. Pfeil V - V von Fig. 1 (Teil 16+9).
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Wenn die Polzahl des Rotors mit der Zahl der Vorsprünge loo übereinstimmt,
muß zwischen den letzteren (loo) ein minimaler ferromagnetischer Querschnitt sein.
Dann ist eine unter 45° gegenüber der gezeichneten Position räumlich versetzte Anordnung
der Nieten vorzuziehen (vierpoliger Rotor).
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Die gestrichelt gezeichneten Ränder 1 o2 cer Ausnehmungen 1 o3 zwischen
den Vorsprungen lol in Fig. 6 kennen auch für die Einstellung eines bestimmten Rel
uktanzmomentverhaltens geändert werden.
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Entsprechend gilt dies für die Vorsprünge lol. diese können als Blechlappen
z.B. in verschiedenem Maß abgebogen sein. Dann wäre das Flanschteil als Stanz-und
Tiefziehteil aus Stahlblech preiswert ausführbar.
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Die Ausführungsbeispiele sind in keiner Weise einschränkend zu -verstehen.
Auf die deutschen Offenlegungsschriften 24 35 356 und 23 32 o12 wird zur weiteren
Erläuterung der Anmeldung ausdrücklich Bezug genommen.