DE2610686C2

DE2610686C2 - Eisenfreier Rotor für einen Elektromotor

Info

Publication number: DE2610686C2
Application number: DE2610686A
Authority: DE
Inventors: Mobuteru Hikone Shiga Maekawa
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1975-03-15
Filing date: 1976-03-13
Publication date: 1985-01-24
Also published as: GB1524297A; US4099077A; JPS5744753Y2; FR2305051B1; JPS51115503U; CA1078445A; DE2610686A1; FR2305051A1

Description

§** Spiels einer solchen Zylinderwicklung,
Fig.6 eine Perspektivdarstellung eines Rotors ge-I^ maß einer Ausführungsform der Erfindung,
ff Fig.7 ein Achsenschnitt eines Außenläufermotors H| mit einem Rotor nach F i g. 6,

ff, F i g. 8 eine Perspektivdarstellung eines Rotors nach Sf einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung,
F i g. 9 ein Achsenschnitt des Rotors nach F i g. 8 und
te F i g. 10 eine stark vergrößerte Darstellung des Aus-Q Schnitts A in den F i g. 6 und 8.

ΨΙ Wie F i g. 1A und IB erkennen lassen, ist bei Außen- Kh läufennotoren mit eisenfreiem Rotor im allgemeinen §■ ein zylindrischer Dauermagnet 3 mittels einer unmagne- M tischen Halterung 2 koaxial in einem topfförmigen Joch Jm 1 aus magnetischem Werkstoff befestigt um so den Staff tor 5'zu bilden. Ein Kommutator 4 mit einer Mehrzahl §s leitender Lamellen und eine Rotorwelle 5 sind oberhalb f§ bzw. unterhalb einer unmagnetischen Isolierscheibe 6 j! vorgesehen, die als Träger für eine koaxiale Zylinderff spule 7 dient Die Zylinderspule 7 ist so am Umfang der Trägerseheibe 6 befestigt, daß sich ein umgekehrt topfförmiger Rotor Ä'ergibt, der mittels der Rotorwelle 5 in einem Lager 9 derart drehbar ist, daß die Zylinderspule 7 koaxial in einem ringförmigen Luftspalt 8 zwischen der Innenwand des Jochs 1 und der Außenwand des Dauermagneten 3 angeordnet ist An einer Kappe befestigte Schleifbürsten 10 stehen in Berührung mit den Kommutatorlamellen 4, um der Rotorwicklung elektrischen Strom zuzuführen. Wie Fig. 1Bzeigt ist der Rotor ^'oberhalb der Tragscheibe 6 mit dem Kommutator 4 ausgerüstet der aus mehreren.parallel zur Mittelachse der Tragscheibe 6 und um diese verteilten Lamellen besteht. Die Lamellen sind gegenseitig isoliert und mit ihren unteren, radial von den Kommutatorlamellen wegführenden Endteilen 11 in die Scheibe 6 eingebettet. An ihren Enden sind diese Endteile 11 jedoch freigelegt und dort mit verschiedenen herausgezogenen Anzapfungen 12 der Spule 7 durch Schweißen oder Löten verbunden. Diese Anzapfungen 12 sind an einer Endkante der Zylinderspule 7, d. h. an Umlenkstellen der Wicklung in Abständen vorgesehen, die einem Bruchteil der Windungszahl der Spule 7 entsprechs.i. Wenn z. B. der Stator fünf Magnetpole hat und die Windungszahl der Rotorwicklung η beträgt sind ⁿ/₅ solche Anzapfungen vorgesehen. Die Anzahl der Anzapfungen 12 stimmt mit der Anzahl der Kommutatorlamellen überein. Der Stator hat im allgemeinen drei, fünf oder sieben Magnetpole.

Bei diesen bekannten eisenfreien Motoren ist es also erforderlich, zur Bildung der Anzapfungen 12 eine Drahtschleife auf der Spule herauszuziehen und zu verdrillen, die Isolierung abzukratzen und die Schleife dann mit dem betreffenden Endteil 11 einer Kommutatorlamelle zu verbinden. Das ist eine mühsame und kostspielige Arbeit.

F i g. 2 und 3 zeigen ein Beispiel für die Wicklung eines solchen Rotors. Ein Draht 13 ist fortlaufend so gewickelt, daß er in Diagonalrichtung die ganze Breite der Spule durchlaufen hat, wenn er den nächsten Pol des Magnetfeldes erreicht. F i g. 4 und 5 zeigen ein anderes Wicklungsbeispiel. Hier ist der Draht 13 rhombenförmig gewickelt, so daß die gegenüberliegenden Ecken einer Rhombusdiagonale etwa in der Mitte des Wickelzylinders und die gegenüberliegenden Ecken der anderen Diagonale an der Ober- und Unterkante der Zylinderwicklung liegen. In beiden Fällen ist die Spule so gewickelt, daß der sie durchfließende elektrische Strom nach jeder Umlenkung des Wicklungsdrahtes in anderer Richtung hinsichtlich des magnetischen Statorfeldes verläuft

F i g. 6 und 7 zeigen ein Ausführungsbeispiel der !Erfindung. Ein Dauermagnet 16 mit axialer Bohrung ist koaxial in einem topfförmigen Joch 14 aus magnetischem Werkstoff angeordnet Zur Halterung des Dauermagneten dient ein isolierender unmagnetischer Sockel 15, der z. B. aus Kunststoff besteht und eine axiale Bohrung aufweist Zwischen der zylindrischen Innenfläche

ίο des Jochs 14 und der zylindrischen Außenfläche des Dauermagneten 16 ist ein ringförmiger Luftspalt 17 ausgebildet Der Dauermagnet 16 und das Joch 14 stellen zusammen den Stator S des Motors dar.

Der Rotor R weist einen scheibenförmigen Träger 18 aus Kunststoff auf, in den das obere Ende einer Welle 19 eingegossen ist An der Oberseite der Scheibe 18 ist eine Mehrzahl sektoriörmiger Kommutatorlamellen 21 aufgeklebt Die Lamellen 21 besitzen radiale Fortsätze 20, die über die Scheibe 18 hinausragen. Da der Stator fünf Pole besitzt sind fünf Kommutatorlamellen 21 vorgesehen, die in regelmäßigen Abstände.« auf der Oberseite der Tragscheibe 18 angeordnet (hier aufgeklebt) sind. Eine Zylinderspule 22, die gemäß Fig.2 und 3 oder F i g. 4 und 5 gewickelt ist, ist mit ihrem einen Ende am Umfang der Tragscheibe 18 befestigt. An diesem Ende sind k; regelmäßigen Abständen fünf Wicklungsstellen 23 freigelegt indem die Isolierung des Wicklungsdrahtes an den betreffenden Umlenkstellen abgekratzt ist Die freigelegten Stellen 23 entsprechen also den Anzapfungen nach Fig. IA bzw. IB. Bei der Herstellung wird die Tragscheibe 18 an ihrem Umfang mit der Innenseite der Zylinderspule 22 verklebt bzw. verschweißt und gleichzeitig werden die Fortsätze 20 der Kommutatorlamellen 21 mit den entsprechenden freiliegenden Teilen 23 an der Oberkante der Zylinderspule 22 in Berührung gebracht und elektrisch verbunden. So ergibt sich ein umgekehrt topfförmiger Rotor R. Die Verbindung der freigelegten Teile 23 an der Oberkante der Zylinderspule 22 mit dem Fortsatz 20 einer Kommutatorlamelle 21 ist in F i g. 10 stark vergrößert dargestellt. Jede Lan 2lle wird nur mit einer Windung des Spulendrahtes verschweißt, beispielsweise durch Punktschweißung.

Die Rotorwelle 19 ist in Lagern 24 an den Enden der axialen Bohrung des Statorsockels 15 gefühlt, so daß die Spule 22 koaxial in den Luftspalt 17 d*;s Stators 5 ragt. An einer scheibenförmigen Kappe 26 aus Kunststoff sind Schleifbürsten 25 zur Stromzuführung an die betreffenden Kommutatorlamellen 21 befestigt. Die Kappe 26 ist derart am offenen Ende des topfförmigen Jochs

so 14 befestigt daß die freien Enden der Bürsten 25, die an der Unterseite der Kappe angeordnet sind, die Lamellen 21 des Rotors R berühren.

Die Anordnung nacn F i g. 8 und 9 unterscheidet sich von derjenigen nach Fig.6 und 7 nur darin, daß die Kommutatorlamellen 210 teilweise parallel zur Rotorwelle verlaufen. Sie sind L-förmig ausgebildet und teilweise in die Tragscheibe 180 eingebettet bzw. eingegossen, so daß ihre achsenparallel verlaufenden Enden gleichmäßig um die Achse verteilt sind und als Schleif-

bo flächen in Zusammenarbeit mit Bürsten entsprechend F i g. 1A verwendet werden können, während die radial verlaufenden Enden 200 über die Außarkante der Tragscheibe 180 hinausragen und so mit den freiliegenden Teilen 23 an der Oberkante der Zylinderspule verbunden werden könne.".

Vorstehend wurde davon gesprochen, daß der Träger 18 bzw. 180 als Scheibe ausgebildet ist. Es sind aber auch andere Trägerformen denkbar, jedoch ist die Scheiben-

form zur Gewährleistung einer genügend starren und präzisen Verbindung zwischen der Zylinderspule und der Rotorachse zweckmäßig, damit der Rotor im Luftspalt des Stators koaxial stabilisiert wird. So lange diese Bedingung erfüllt wird, kann aber auch jede andere Gestalt des isolierenden Trägers verwendet werden. Bei Rotoren geringer Abmessungen kann der Träger auch ganz weggelassen werden, so daß die Zylinderspule allein von den radialen Fortsätzen der Kommutatorlamellen und gegebenenfalls einem auf die Wicklung und die Verbindungsstellen mit den Lamellen gegebenen Klebstoff getragen wird. Auch die Kommutatorlamellen können in der verschiedensten Weise ausgeführt sein.

Da in allen beschriebenen Fällen der Rotor derart ausgebildet ist, daß die Zylinderspule an den Umlenk- is stellen eines Zylinderendes unmittelbar mit dem Kommutator verbunden ist, brauchen beim Wickeln keine Ariz-cfuiiüESchleii"." °*·ΗϊΜρι 7u worden, so daß die Herstellung des Rotors erheblich vereinfacht und verbilligt wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentanspruch:

Eisenfreier Rotor für einen Elektromotor mit einer fortlaufenden Zylinderwicklung aus isoliertem Draht, die an ihren Stirnenden Umlenkstellen aufweist, so daß die Durchflußrichtung eines den Wicklungsdraht durchfließenden Stromes in bezug auf das Magnetfeld des Stators beiderseits der Umlenkstellen entgegengesetzt verläuft, einem an einem der Stirnenden der Zylinderwicklung angeordneten, mit Abgriffen derselben verbundenen Kommutator und einem isolierenden Träger zur Befestigung der Zylinderspule und des Kommutators an der Rotorwelle, wobei die Zylinderwicklung an einer ihrer Stirnseiten blank gemachte freiliegende Teile in einer Anzahl aufweist, die derjenigen der Kommutatorlamellen entspricht, und jede Kommutatorlamelle auf der Stirnfläche des isolierenden Trägers bis an einen zugeordneten freiliegenden Teil radial herangeführt und damit verbunden ist, gekennzeichnet durch die Gesamtheit der Merkmale, daß die Abgriffe ohne herausgeführte Wicklungsteile ausgebildet und an jeder anzuzapfenden Umlenkstelle (23) auf der einen Stirnseite der Zylinderwicklung (22) unmittelbar durch durch Entfernen der Isolierung blank gemachte Wicklungsdrähte selbst gebildet sind, an die jeweils eine Kommutatorlamelle (21) einstückig herangeführt und unmittelbar mit dieser verbunden ist

Die Erfindung betrifft einen eisenfreien Rotor für einen Elektromotor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Bei Gleichstrommotoren dieser Art, die aus der US-PS 33 60 668 bekannt sind und eine Zylinderwicklung aufweisen, welche als Außenläufer um einen Dauermagneten umlaufen soll, geschieht die elektrische Verbindung der Zylinderwicklung mit den Kommutatorlamellen derart, daß aus der Zylinderwicklung bestimmte Anzapfungen herausgeführt sind. Diese Anzapfungen werden so gebildet, daß beim Wickeln in Diagonalrichtung mit regelmäßiger Abwechslung schräg nach oben und schräg nach unten an solchen Umlenkstellen eine Drahtschleife herausgezogen und später mit der entsprechenden Kommutatorlamelle verbunden wird. Din Wickeltechnik wird dadurch erheblich kompliziert, denn zur Bildung dieser Schleifen müssen jeweils Teile des Drahtes auf Anzapfungsstifte gehängt werden, während der Wickelvorgang unterbrochen wird. Nach Fertigstellung der Wicklung muß jede dieser Schleifen zuerst verdrillt, dann abisoliert und verlötet werden, dann zum Kommutator gebogen und schließlich mit der betreffenden Kommutatorlamelle verschweißt werden. Auch diese Arbeitsgänge benötigen erhebliche Zeit. Durch das Verdrillen kann es leicht vorkommen, daß die regelmäßige Anordnung der Drahtwindungen gestört wird; bei zweitägigem Aufbau der Wicklung wird der Draht im angezapften Teil hierdurch dreitägig, und bei einer nachfolgenden Formung unter Druck und Wärme, um der Wicklung eine präzise zylindrische Form zu geben, tritt leicht ein Kurzschluß oder sogar eine Unterbrechung des Wicklungsdrahtes an den gestörten Stellen ein. Um solche Vorfälle zu vermeiden, ist eine präzise Arbeitsweise erforderlich, wodurch das Endprodukt

verteuert wird.

. Aus der AT-PS 2 67 670 ist ein Rotor mit Eisenkern bekannt, bei dem die Wicklungsanzapfungen an der Stirnseite des Rotors schlaufenförmig ohne Verdrillung heraus und dann an eine Kommutatorlamellen-Trägerplatte herangeführt sind. Durch das Entfallen der Verdrillung wird aber die Herstellung der Wicklung nur unwesentlich erleichtert
Aus der DE-AS 12 54 231 ist ein elektrischer Stellmotor mit Kommutator für den Regelantrieb mechanischer Stellglieder bekannt, dessen Rotor aus abwechselnden radial-axial stehenden magnetisierbaren Leitern und dazwischenliegenden elektrischen Leitern besteht, die aus Flachmaterial bestehen und über das Stirnende des Rotors schlaufenförmig hinausragen. Die schlaufenförmigen Enden der elektrischen Leiter des Rotors sind blank gemacht und wirken, da sie eine ausreichende Steifigkeit besitzen, als Kollektor, auf dem federnd angedrückte Bürsten gleiten. Eine derartige Ausbildung des Kommutators ist aber bei einem Elektromotor der eingangs genannten Art, bei dem die Roiorwickiung aus einem relativ dünnen Draht besteht, nicht möglich.

Aus der US-PS 1416 256 ist ein Elektromotor bekannt, dessen Rotor eine mehrlagige kontinuierliche Wicklung aus parallelen, in Axialrichtung verlaufenden Abschnitten aufweist, die in Axialrichtung über ^en Stator hinaus durch Leiterabschnitte miteinander verbunden sind, welche freitragend angeordnet und ausreichend steif sind, um an ihren blankgemachten Enden unmittelbar als Kommutator zu wirken, gegen den die Bürsten federnd angedrückt sind. Eine entsprechende Rotorausbildung ist aber bei einem Elektromotor der eingangs angegebenen Art, dessen Wicklung aus einem relativ dünnen Draht besteht, nicht möglich.

Aus der GB-PS 12 38 604 ist ferner ein Elektromotor bekannt, dessen Anker eine Wicklung aus in Axialrichtung verlaufenden und parallelen Leiterstäben trägt, die an einem axialen Stirnende des Ankers in entsprechenden Bohrungen einer radial angeordneten Kommutatorscheibe eingelassen sind, welche aus getrennten Kupfersegmenten besteht Eine solche Heranführung der Wicklungsteile an den Kommutator ist bei Elektromotoren der eingangs angegebenen Art mit fortlaufender Zylinderwicklung offensichtlich nicht möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen eisenfreien Rotor der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Bildung und Bearbeitung von angezapften Drahtschleifen vermieden r/ird. Diese Aufgabe wird durch einen eisenfreien Rotor der eingangs genannten Art gelöst, der gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet is», daß die Zylinderwicklung an einer ihrer Stirnseiten aus blank gemachten schlaufenlosen Umlenkstellen des Wicklungsdrahtes bestehende freiliegende Teile in einer Anzahl aufweist, die derjenigen der Kommutatorlamellen entspricht, und daß jede Kommutatorlamelle auf der Stirnfläche des isolierenden Trägers bis an einen zugeordneten freiliegenden Teil herangeführt und unmittelbar damit verbunden ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung erläutert. Hierin sind

Fig. IA und IB ein Längsschnitt eines Außenläufermotors mit eisenlosem Rotor bekannter Art und eine perspektivische Darstellung des betreffenden Rotors,
F i g. 2 und 3 eine Abwicklung und eine schematische Perspektivdarstellung einer für Rotoren dieser Art verwendeten Zylinderwicklung,

F i g. 4 und 5 eine Abwicklung und eine schematische Perspektivdarstellung eines weiteren Ausführungsbei-