DE2610219A1

DE2610219A1 - Elektromotor

Info

Publication number: DE2610219A1
Application number: DE19762610219
Authority: DE
Inventors: Kanemasa Aoki
Original assignee: Canon Inc; Canon Precision Inc
Current assignee: Canon Inc; Canon Precision Inc
Priority date: 1975-03-13
Filing date: 1976-03-11
Publication date: 1976-09-23
Also published as: US4080544A

Description

BLUMBACH · WESER · BERGEN . KRAMER

PATENTANWÄLTE IN MÖNCHEN UND WIESBADEN

Postadresse München: Patentconsult 8 München 60 Radeckestraße 43 Telefon (089) 883603/883604 Telex 05-212313 Postadresse Wiesbaden: Patentconsult 62 Wiesbaden Sonnenberger Straße 43 Telefon (06121)562943/561998 Telex 04-186237

Canon K. K. Case 571

Tokyo, Japan

Canon Seiki K. K.
Tokyo, Japan

Elektromotor

Die Erfindung bezieht sich auf einen Elektromotor, speziell auf einen Gleichstrommotor in abgeflachter Form, bei dem ein Drehanker mit einer- aus einer Kombination wenigstens zweier scheibenförmiger Spulen, die je radiale Segmente haben, gebildeten Spulenanordnung im Feld eines feststehenden Feld-Permanentmagneten angeordnet ist.

Das zunehmende Bestreben, Magnetbandgeräte und andere akustische Geräte kleiner auszubilden, hat zu dem Bedürfnis nach kleineren Elektromotoren zum Einbau in diese Geräte geführt. Die Verringerung der Motorgröße kann entweder in axialer oder radialer Richtung realisiert werden. Bei einem

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München: Kramer. Dr Weser -Hirsch — Wiesbaden: Blumbach · Dr.ßergen · Zwirner

Mikrokassetten-Bandaufzeichnungsgerät würde beispielsweise ein Abflachen des Hotors und Wahl einer übereinstimmenden Richtung von Umfangsdrehung der Drehwelle und Richtung des Bandlaufs im Hinblick auf den Antriebsübertragungsmechanismus vorteilhafter sein.

Aus diesem Grund sind verschiedene Motoren in axial abgeflachter Bauart zur Verwendung bei Bandgeräten und anderen akustischen Vorrichtungen vorgesehen worden. Zu diesen abgeflachten Motoren gehören Jene, deren Ankerspulen scheibenförmig ausgebildet wurden,-um die Motoren in axialer Richtung flach zu halten. Bei den bekannten Elektromotoren dieser Bauart ist jedoch ein zylindrischer Kommutator auf derselben Drehwelle vorgesehen, die auch die scheibenförmige Spule trägt und, da dort der Kommutator seitlich gegenüber den feststehenden Feldern, die auf den gegenüberliegenden Seiten der scheibenförmigen Spulen liegen, vorsteht, muß der Motor in axialer Richtung wegen des vorstehenden Teils dicker ausgebildet sein, so daß von einem solchen Motor nicht gesagt werden kann, daß er einen ideal flachen Motor bilden würde. Zur Vermeidung der durch einen solchen zylindrischen Kommutator bedingten Nachteile ist auch schon vorgeschlagen worden, Elektromotoren mit scheibenförmigen Kommutatoren anstelle des zylindrischen Kommutators zu versehen. Andererseits er-

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zeugen bei einem scheibenförmigen Anker mit scheibenförmigen Spulen die Radialsegmente der Spulen Drehkräfte, so daß die bloße Anordnung eines scheibenförmigen Kommutators ein Problem dahingehend auf werf en würde, daß dadurch die Länge der radialen Spulensegmente beschränkt und damit die Leistung des Motors reduziert würde.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen die vorstehend angegebenen Nachteile des Standes der Technik nicht besitzenden idealen Elektromotor, insbesondere einen hochminiaturisierten Gleichstrommotor in abgeflachter Bauart, dessen axiale Dicke extrem reduziert ist, bereitzustellen. Dabei soll zugleich Vorsorge getroffen sein, daß der Elektromotor sehr einfach herzustellen ist, einen sehr hohen magnetischen Leitwertfaktor besitzt und von kleiner Baugröße, jedoch von hoher elektrischer Leistung ist.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist in den Ansprüchen gekennzeichnet.

Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Elektromotor mit einem Anker eines Aufbaues derart versehen, daß wenigstens zwei scheibenförmige Spulen mit im wesentlichen radialen Segmenten senkrecht zur Drehachse und in gegenseitigem Abstand in Richtung der Drehachse angeordnet sind, wobei

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der Kommutator auf der Drehwelle zwischen den benachbarten scheibenförmigen Spulen angeordnet ist.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Elektromotor mit einem Anker eines Aufbaues versehen derart, daß wenigstens zwei scheibenförmige Spulen mit im wesentlichen radialen Segmenten dicht beieinander liegend zu einem einzigen Spulenkörper vereinigt sind, diese kombinierte Einzelspule auf der Drehwelle in im wesentlichen hierzu senkrechter Richtung und einem fixierten Feld gegenüberstehend befestigt wird_s wobei gleichzeitig ein Kommutator auf der Drehwelle innerhalb des Ausdehnungsgebietes des fixierten Feldes in Achsrichtung der Drehwelle angeordnet ist.

Nachstehend ist die Erfindung an Hand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsformen im einzelnen erläutert; es zeigen:

Fig. 1 a einen Längsmittelschnitt eines Elektromotors mit einem übl.ichen zylindrischen Kommutator nach dem Stand der Technik,

Fig. 1 b eine Draufsicht auf die Anordnung nach Fig. 1 insbesondere zur Darstellung des Kommutators,

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Fig. 2 eine Ansicht zur Erläuterun~ der Lagebeziehung zwischen einem scheibenförmigen Anker und Bürsten eines weiteren bekannten Elektromotors, der mit einem üblichen scheibenförmigen Kommutator ausgerüstet ist,

Fig. 3a eine Längsschnittansicht einer ersten Ausführungsform des Elektromotors nach der Erfindung,

Fig. 3 b eine Schnittansicht längs der Linie IHb-IHb in Fig. 3 a,

Fig. 4 a das Prinzip des Ankers im Elektromotor nach Fig. 3 a und 3 b,

Fig. 4 b und c den Aufbau der Spulen,

Fig. 4 d eine axiale Schnittansicht desselben Ankers,

Fig. 5 a einen Längsmittelscxinitt einer weiteren Ausführungsform des Elektromotors nach der Erfindung und

Fig. 5 b eine Schnittansicht des Motors gesehen in Richtung der Teile Vb-Vb in Fig. 5 a bei entferntem Joch 59.

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Bei dem mit dem bisher üblichen zylindrischen Kommutator versehenen Elektromotor nach Fig. 1 a und 1 b ist eine Drehwelle vorgesehen, ferner der zylindrische Kommutator 2 mit Leiterteilen 2 a und einem Isolierteil 2 b sowie ein scheibenförmiger Anker 15 mit Spulen 15*, 15p und 15*, die je radiale Segmente 15a besitzen. Die Leiterteile 2a,., 2a₂ und 2a^ des Kommutators und die Spulen 15a.., 15a^ und 15a, bilden elektrisch verbundene Paare, und der scheibenförmige Anker 15 und der Kommutator 2 sind auf der Drehwelle 1 über den Isolierteil 2b befestigt. Der Motor weist des weiteren einen zylindrischen Rahmen 18 aus unmagnetischem Material auf, der an seinen beiden Enden durch Rahmenglieder 16 und 17 aus weichmagnetischem Material verschlossen ist, um die erforderlichen Joche für den Magnetfluß zu bilden. Innerhalb des Rahmens sind fixierte Feld-Permanentmagnete 7 und 8 in entgegengesetzter Polbeziehung zum scheibenförmigen Anker 15 angeordnet. Die Permanentmagnete sind auf der Innenwandfläche des Endteiles 17 befestigt, beispielsweise angeklebt. An den Endteilen 16 und 17 sind Lager 19 bzw. 20 vorgesehen, um die Drehwelle 1 drehbar zu lagern.

Der bekannte Elektromotor mit dem vorstehend beschriebenen scheibenförmigen Anker hat einen zylindrisch ausgebildeten Kommutator, der sich auf gegenüber den feststehenden Feldquellen gegenüberliegenden Seite der Spulenabschnitte hinaus-

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erstreckt und so einer Abflachung des Motors hinderlich ist.

Fig. 2 zeigt einen weiteren, bisher üblichen scheibenförmigen Anker, bei dem an Stelle des zylindrischen Kommutators nach Fig. 1a und 1b ein scheibenförmiger Kommutator 2* vorgesehen ist, um die axiale Länge des Elektromotors nach Fig. 1 zu reduzieren. Die den Bezugszeichen in Fig. 1 entsprechenden Bezugszeichen in Fig. 2 bezeichnen identische Bauteile, dieser Anker kann daher den Anker in Fig. 1 vollständig ersetzen. Ein Elektromotor mit einem, scheibenförmigen Kommutator nach Fig. 2 kann demgemäß flach gehalten werden, weil sich der scheibenförmige Kommutator 2' in derselben Ebene befindet wie die Scheibe 15 der Spulen 15>j, 15₂ und 15-z. Jedoch wirkt bei dem scheibenförmigen Anker die erzeugte Drehkraft in Richtung der radialen Segmente 15a der Spulen 15*» 15p u*¹⁰^ 15·*» so daß die Anordnung des scheibenförmigen Kommutators 2' in dieser Ebene die Länge der Radialsegmente 15a der Spule unvermeidlich begrenzt mit der Folge, daß die Leistung des Motors geschwächt wird.

Entsprechend der in Fig. 3a und 3b dargestellten Ausführungsforin der Erfindung weist der Motor eine Drehwelle 21 und einen zylindrischen Kommutator 22 mit Leiterteilen

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22a,j, 22a₂, 22a^ und 22a^ und einem Isolierteil 22b auf. Die Bezugszeichen 23 und 24 bezeichnen scheibenförmige Spulenanordnungen, die zusammen den Anker bilden. Die Spulenanordnungen 23 und 24 umfassen zwei scheibenförmige

Spulen 23-,, 23 _o bzw. 24., 24 , von denen eine jede einen \c. 2

elektrischen Winkel von 180° (Fig. 4b und c) besitzt und so angeordnet sind, daß sie eine 90° Phasendifferenz im elektrischen Winkel erzeugen (Fig. 4a). Hierdurch entsteht ein Anker, dessen zylindrischer Kommutator 22 zwischen den beiden Spulenanordnungen gelegen ist. Fig. 4a zeigt nur den Anker 23, 24 und die Bürsten 25, 26 in Schnittansicht, gesehen in Richtung der Pfeile HIb, IHb in Fig. 3a. In Fig. 4a sind die Spulehanordnungen 23 und 24 nicht in ihrem sich überlappenden Zustand dargestellt. Diese ist der einfacheren Erläuterung d er Lagebeziehung der Spulen 23 und 24 wegen erfolgt. Tatsächlich haben die beiden Spulenanordnungen praktisch gleichen Durchmesser und der Anker kann bei gleichmäßiger Oberflächenverteilung der Magnetisierung eine glatte und kontinuierliche Drehung erzeugen. Fixierte Feld-Permanentmagnete 27, 28 und weichmagnetische Joche 29, 30 sind paarweise zur Erzeugung der erforderlichen Magnetflußwege vorgesehen. Lagerglieder 33 und 34, die an den Jochen 29 bzw. 30 vorgesehen sind, dienen zur drehbaren Lagerung der Drehwelle 21. Die Bezugsziffern 31 und 62-bezeichnen Rahmenglieder aus unmagnetischem Material, auf deren Innenseite die Permanentmagnete 27 und 28 befestigt,

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beispielsweise angeklebt sind. .

Nach Anordnung der feststehenden Feld-Permanentmagneten und 28 zwischen den scheibenförmigen Spulenanordnungen und 24, können die beiden Rahmenglieder 31 und 32 miteinander befestigt, beispielsweise verklebt werden, um einen zylindrischen Rahmen zu erhalten, wobei dann die Joche 29 und 30 an beiden Enden des zylindrischen Rahmens festgelegt werden.

Der so entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung aufgebaute Elektromotor verwendet die Kombination zweier scheibenförmiger Spulen mit einem hierzwischen angeordneten Kommutator und hierzwischen angeordneten Quellen des feststehendes Feldes, wodurch ein flacher, miniaturisierter Motor erhalten wird, bei dem eine wirksame Raumausnutzung sichergestellt ist.

Auch gestattet die Anordnung der beiden scheibenförmigen Spulen, die den Anker bilden, daß der Durchmesser der Scheibe bei gleicher Ausgangsleistung kleiner sein kann als bei einem Motor mit einer einzigen scheibenförmigen Spule, und diese Anordnung führt zu einer Größenverringerung des Motors.

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Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Anker ohne Eisenkern dargestellt, er kann aber auch einen Eisenkern haben. Des weiteren ist die Anzahl der die erste und zweite Scheibe bildenden Spulen nicht auf zwei beschränkt. Wan die in einer scheibenförmigen Spulenanordnung benutzte Anzahl der Spulen geändert werden soll, dann kann die die benachbarte Scheibe bildende Spulenanordnung so entworfen werden, daß eine Phasendifferenz vom halben elektrischen Winkel der Jeweiligen Spulen erhalten wird. Des weiteren können drei solche Scheiben benutzt und Seite an Seite in gegenseitigem Abstand angeordnet werden, wobei die Kommutatoren zwischen Benachbarten der drei Scheiben angeordnet sind.

Fig. 5a und 5b zeigen eine zweite Ausführungsform des Elektromotors gemäß der Erfindung, die gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 4 noch eine weitere.Verbesserung darstellt.

Obgleich der Elektromotor nach der ersten Ausführungsform (Fig. 3a bis 4d flacher als ler bekannte Motor nach Fig. 1 und kleiner als der bekannte Motor nach Fig. 2 bei Zugrundlegung einer gleichen Ausgangsleistung im letzteren Fall - gehalten werden kann, erfordert die unter gegenseitigem Abstand erfolgende Anordnung der scheiben-

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f örmigen Spulenanordnungen 23 und 24 mit den hierzwischen gelegenen feststehenden Feld-Permanentmagneten 27 und 28 zwei Luftspalte pro scheibenförmiger Spulenanordnung, also insgesamt vier Luftspalte. Eine solche Anordnung ist hinsichtlich eines hohen magnetischen Leitwert-Faktors niäit sonderlich gut. Darüber hinaus muß, weil die Permanentmagnete 27 und 28 zwischen den scheibenförmigen Spulenanordnungen 23 und 24 anzuordnen sind, der Rahmen zweiteilig ausgeführt werden, was Probleme bei der Montage und auch hinsichtlich der mechanischen Stabilität des Motors aufwirft.

Im Hinblick hierauf ist entsprechend der zweiten Ausführungsform der Erfindung (Fig. 5a und 5b) der Elektromotor mit einem Anker eines Aufbaues derart versehen, daß wenigstens zwei scheibenförmige Spulen mit im wesentlichen radialen Segmenten in dichter Nachbarschaft zueinander zum Erhalt einer einzigen Scheibe gebracht sind. Diese kombinierte Einzelscheibe wird dann auf der Drehwelle in senkrechter Orientierung zu dieser sowie in entgegengesetzter Beziehung mit dem feststehenden Felder:! befestigt. Der Kommutator liegt dann auf der Drehwelle innerhalb der axialen Ausdehnung der feststehenden Felder in Richtung der Drehwelle. Sonach liefert diese Ausführungsform einen Elektromotor, der in seiner Herstellung einfach ist, einen hohen magneti-

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sehen Leitwertsfaktor besitzt und im Vergleich zu seiner Größe eine hohe Ausgangsleistung zu erzeugen vermag. Die zweite Ausführungsform der Erfindung sei nachstehend im einzelnen an Hand der Fig. 5a und b beschrieben.

In Fig. 5a und b ist die Motordrehwelle mit 51 bezeichnet, und der zylindrische Kommutator 52 umfaßt Leiterteile 52a und einen Isolierteil 52b. Scheibenförmige Spulenanordnungen 23 und 24 ähnlich den in Fig. 4a und b dargestellten sind gegeneinander so versetzt, daß eine Phasendifferenz von 90° erzeugt wird und im übrigen dicht nebeneinander angeordnet, um eine einzige Spulenanordnung zu erhalten. Die Spulen 23-j, 23 ₂ und 24^, 24₂ der jeweiligen Spulenanordnungen und die Leiterteile 52.., 52p, 52, und 52» des Kommutators sind paarweise miteinander elektrisch verbunden. Weiterhin sind Kontaktbürsten 55 und 56, eine zylindrisches unmagnetischen Rahmenwerk 61 und weichmagnetische Joche 59 und 60 vorgesehen. Letztere sind auf gegenüberliegenden Endflächen des Rahmenwerks 61 angeordnet. Feststehende Feld-Permanentmagnete 57 und 58 liegen innerhalb des Rahmenwerks in entgegengesetzter Beziehung zu den Spulenanordnungen 23 und 24 und sind auf der Innenwand des Jochs 59 befestigt, beispielsweise aufgeklebt. An den Jochen 59 und 60 sind dann noch die Drehlager 62 und 63 für die Drehwelle 51 vorgesehen.

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Die zweite Ausführungsform der Erfindung ermöglicht daher einen stark abgeflachten Elektromotor mit einem Anker eines solchen Aufbaues, daß wenigstens zwei scheibenförmige Spulenanordnungen 23, 24 mit wesentlichen radialen Segmenten dicht bei dicht zum Erhalt einer einzigen Scheibe angeordnet sind, wonach die kombinierte Einzelscheibe auf der Drehwelle 51 unter senkrechter Orientierung hierzu und in entgegengesetzter Bezienung zu den feststehenden Feld-Permanentmagneten 57, 58 befestigt wird. Weiterhin ist ein Kommutator 52 auf der Drehwelle 51 in dem axialen Ausdehnungsgebiet der feststehenden Feld-Permanentmagneten 57, 58 angeordnet. Dieser Motor ist einfach aufzubauen und wieder auseinander zu nehmen, erlaubt einen hohen magnetischen Leitwertfaktor und liefert eine hohe Ausgangsleistung im Vergleich zu seiner Größe.

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Claims

BLUMBACH · WESER · SERGEN - KRAMER

ZWIRNER . HIRSCH 2610219

PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN

Postadresse München: Patentconsult 8 München.60 Radeckestraße 43 Telefon (089) 883603/883604 Telex 05-212313 Postadresse Wiesbaden: Patentconsult 62 Wiesbaden Sonnenberger Straße 43 Telefon (06121) 562943/561998 Telex 04-186237

Patentansprüche

.=Flacher Gleichstrommotor mit einem im Feld eines feststehenden Feld-Permanentmagneten angeordneten Drehanker und einer Spulenanordnung, die wenigstens zwei scheibenförmige Spulen je eines elektrischen Winkels von 180° aufweist und auf einer Drehwelle nebeneinander derart befestigt sind, daß zueinander benachbarte Spulen eine 90°-Phasendifferenz im elektrischen ¥inkel zu erzeugen vermögen,

dadurch gekennzeichnet, daß ein zylindrischer Kommutator (22, 52) elektrisch mit der Spulenanordnung (23, 24) gekoppelt und auf der Drehwelle (21; 51) befestigt ist und daß Kontaktbürsten (25, 26; 531 56) dasjenige Gebiet des Kommutators kontaktieren, das von der feststehenden Feld-Permanentmagnetanordnung (27, 28; 57, 58) überlappt wird.
2. Motor nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der Kommutator aufgebaut ist aus einem zylindrischen Isolator (22b; 55b), der auf der Drehwelle befestigt ist, und aus Leitermitteln (22a; 55a) mit einer Vielzahl Leiterstücke, die auf der Umfangsfläche des Isolators in zylindrischer Form München: (Cramer. Dr. Weser - Hirsch —Wiesbaden rßlumbach - Dr. Bergen - Zwirner

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und.in praktisch äquidistanter Beziehung befestigt sind.
3. Motor nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die Spulenanordnung gebildet ist durch eine Vielzahl Spulen auf dem Isolator, die in axialer Richtung der Drehwelle in praktisch äquidistanter Beziehung angeordnet sind und daß die feststehenden Feld-Permanentmagnetanordnungen zwischen den Spulen gelegen sind.
4. Motor nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die Spulenanordnung in die Form einer Einzelscheibe gebracht ist durch eine Dicht-An-Dicht-Anordnung wenigstens zweier der Spulen entstanden ist.