DE2914931C2 - Klein-Elektromotor mit zylindrischem nutenlosem Wicklungsträger - Google Patents

Description

Klein-Eiektromotor mit einem zylindrischen, nuienlosen Wicklungsträger, der mit einer über dessen Mantelfläche verlaufenden Wicklung versehen ist, wobei an den Stirnseiten des Wicklungsträgers isolierende Ringseheiben gleichen Durchmessers angeordnet sind, die auf ihren außen liegenden Stirnseiten zur Abstützung der Wicklung dienende, endlos aneinander gereihte, umfangsseitig offene Aussparungen aufweisen, die jeweils mehrere Wicklungsdrähte in Umfangsrichtung nebeneinander ί-xierend aufnehmen.

Bei einem bekannten Klein-Elektromotor dieser Art (DE-AS 12 90 243) besitzt der aus ferromagnetischem Werkstoff bestehende und mit einer Trommelwicklung versehene nutenlose, zylindrische Läufer an beiden Stirnseiten je eine Scheibe aus Isolierstoff, die zentrisch auf der Läuferwelle angeordnet sind und den gleichen Durchmesser aufweisen wie der Läufer selbst. Diese beiden Scheiben besitzen jeweils in Umfangsnähe diametral gegenüberliegende fingerförmige Ansätze, zwischen denen jeweils auf die Zylindermantelfläche des Läufers je eine Spule der Läuferwicklung aufgewikkelt ist Dabei weist jede Scheibe t jf der dem Läufer abgewandten Seite in jedem Sektor zwischen zwei Ansätzen jeweils eine winkelförmige Aussparung, deren Kanten Windungen der entsprechenden Wicklung zur Abstützung dienen. Während bei einem Vorläufer dieses Klein- Elektromotors die diametral gegenüberliegenden fingerförmigen Ansätze nur in radialer Richtung über die Mantelfläche des Läufers vorstehen, sind bei diesem bekannten Klein-Elektromotor die Ansätze als vom Läufer axial weggerichtete Rundzapfen ausgebildet. Dadurch soll verhindert werden, daß sie in radialer Richtung zu weit in den Bereich des Stators hineinreichen. Mit den fingerförmigen sowohl radial als auch axial vom zylindrischen Läuferkörper abstehenden Ansätzen und den dazwischen angeordneten winkelförmigen Aussparungen ist es zwar möglich, die Windun-

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gClI 311.11 aUl UCIl LJlll lltiailldl UC3 UaUlCl 3 MCU£C]IUCI Spulen in gewisser Weise zu fixieren, zumindest soweit es die untersten Lagen betrifft, eine kontinuierlich einschichtige und schräg zur Läuferachse auf die zylindrische Mantelfläche aufgebrachte, d. h. von Stirnseite zu Stirnseite zusammenhängend gewickelte Wicklung läßt sich aber bei dieser bekannten Art von Endscheiben nicht herstellen, weil zumindest an den Stellen, an denen sich die fingerförmigen Ansätze befinden, zwangsläufig Wicklungslücken entstehen.
Bei Kleinst-EIektromotoren sollte jedoch, um einen

möglichst kleinen Luftspalt zu ermöglichen, die zylindrische nutenlose Fläche des Läufers mit einer möglichst einschichtigen von Stirnseite zu Stirnseite verlaufenden Wicklung versehen sein, die einerseits eine für den Betrieb ausreichende Festigkeit, d. h. Lagebeständigkeit, aufweist und zudem gleichmäßig über die Mantelfläche des zylindrischen Läufers verteilt aufgebracht ist. Das Aufbringen solcher Wicklungen auf nutenlose zylindrische Läufer geschah bisher in der Weise, daß man völlig glatte Endscheiben und einen sogenannten Bäcklackdraht für die Wicklung verwendete und unmittelbar nach dem Bewickeln des Läufers in im wesentlichen parallel zur Läuferachse verlaufenden Windungen die Wicklung durch Zuführung von Wärme oder aber durch einen Stromstoß erhitzte, so daß eine stoffschlüssige Verbindung zwischen den ... .Inen Windungsdrähten endstand. Eine andere Mea.ode sah vor, die Mantelfläche des Läufers zunächst mit einem beidseitig klebenden Band zu verse^p,,, dessen Endkan ten um die äußeren Mantelkant-' der Endscheiber. herumgelegt wurden, um da' *> auf diese Klebeschicht den Draht aufzuwickeln. Abgt__hen davon, daß das Aufbringen eines solchen zweiseitig klebenden Bandes verhältnismäßig hohe Lohnkosten verursachte, erfüllte dieses Klebeband seinen Zweck nur bei einschichtigen Wicklungen, sobald zwei Drahtlagen übereinander Hefen, nützte das eine Klebeband für die zweite Drahtlage nichts mehr, so daß lohnaufwendig weitere Hilfsmaßnahmen, beispielsweise das Zwischenlegen eines weiteren doppelseitig klebenden Bandes erforder- so lieh waren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Bewickeln nutenloser, zylindrischer Wicklungsträger von Elektro-Kleinmotoren der eingangs genannten Art für diß Serienfertigung einfacher und wirtschaftlicher zu s* gestalten und zugleich sowohl bei einlagigen als auch bei mehrlagigen kontinuierlichen Wicklungen eine gleichmäßige Verteilung auf der Mantelfläche des Wicklungsträgers sowie eine dauerhafte Fixierung der Wicklungsdrähte, insbesondere im Stirnkantenbereich des Wick- +0 Jungsträgers zu gewährleisten.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, bei einer schräg zur Wicklungsträgerachse verlaufenden Wicklung die Aussparungen durch einen ringartigen, bis zur Umfangskante reichenden Rändel (8) mit radial oder « tangential zur Wicklungsträgerachse oder Nabe verlaufenden, konischen Nuten oder Rillen gebildet sind.

Der Hauptvorteil, der dadurch erzielt wird, besteht darin, aaß die einzelnen Windungen der Wicklung schon beim Bewickeln in den Nuten oder Rillen, die nur an der >» Stirnseitigen Oberfläche der isolierenden Endscheiben vorhanden sind, exakt in ihrer Lage fixiert werden, daß diese Nuten oder Rillen eine in Umfangsrichtung lückenlose Bewicklung der zylindrischen Mantelfläche sowohl einlagig als auch mehrlagig zulassen und daß keinerlei zusätzliche Mittel oder Maßnahmen zur Fixierung der Wicklung bzw. der einzelnen Wicklungsdrähte erforderlich sind.

Die Erfindung ist gleichermaßen vorteilhaft anwendbar bei mit sog. isolierenden Endscheib-ti versehenen &o Läufern aus ferromagnetischem Material wie auch bei sog. eiseniosen Gleichstrommotoren, bei aenen die Wicklung auf einen hohlzylindrischen dünnwandigen Kunststoffkörper aufgewickelt ist.

Je nach der Wicklungsart können die Nuten oder Rillen verschiedene Querschnittsfoi men aufweisen. Von Vorteil ist es aber in jedem Fall, wenn die Nuten am Umfangsrand der Endscheibe ihre größte axiale Tiefe aufweisen und sich radial nach innen stetig oder bogenförmig verjüngend in der äußeren Stirnfläche der Endscheibe enden. Insbesondere bei dreieckförmigen Nuten- oder Rillenquerschnitten hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die größte Bogenlänge der Nuten oder Rillen bzw. die in Umfangsrichtung gemessene Breite der die Nuten oder Rillen bildenden Zwischenstege dem drei- bis zehnfachen Durchmesser des Wicklungsdrahtes entspricht und wenn die größte axiale Tiefe der Rillen oder Nuten dem drei- bis fünffachen Durchmesser des Wicklungsdrahtes entspricht. In jedem Falle sollte bei Endscheiben, die die Stirnfläche eines ferromagnetischen Läufers bedecken, die zwischen den Nuten bzw. Rillen und dem normalerweise lamellierten ferromagnetischen zylindrischen Körper des Läufers verbleibende Bogendicke der Endscheiben 0,2 mm nicht unterschreiten.

Ein sehr wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht auch darin, daß weder von den Ringscheiben noch von der Mantelfläche des Wtcklungsträgeri irgendwelche Vorsprünge radial in den Luftspalt bzw. durch die zylindrische Mantelfläche bedeckende Wicklung ragen, wie das bei den bekannten Klein-Motr- ..n der Fall ist Durch die ausschließlich stirnseitig vorhandfnen rändelartig ausgebildeten, im wesentlichen radial verlaufenden Nuten oder Rillen bzw. Vertiefungen und Erhöhungen, wird die Lagefixierung für die Wicklungsdrähte ausschließkeil auf die Stirnseiten verlegt und nicht auf die Umfangsfläche, so daß sich die Luftspaltdicke ausschließlich nach der auf der zylindrischen Umfangsfläche des Wickiungsträgers, nämlich des ferromagnetischen Läufers oder des hohlzylindrischen Kunststoffkörpers, vorhandenen Wicklungsdicke zu richten hat

Die Erfindung ist zudem ebenso wie bei einem nüteniosen Läufer auch bei einem nutenlosen zylindrischen Stator anwendbar.

Anhand der Zeichnung wird nun im folgenden die Erfindung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 einen bewickelten nutenlosen zy'indrischen Läufer aus ferromagnetischem Material in per- 'ektivischer Ansicht,

F i g. 2 den Läufer der F i g. ί in teilweise geschnittenei Seitenansicht,

Fig.3 eine Endscheibe in perspektivischer Draufsicht,

F i g. 4 vergrößert einen Abschnitt der Endscheibe in Draufsicht,

F i g. 5 das Radialschnittprofil des Rändeln der F1 g. 3 und 4 nach einer Schnittlinie V-V der F i g. 4,

F i g. 6 ein anderes Radialschnittprofil eines Rändeis einer Endscheibe,

F i g. 7 ein Querschnittsprofil entlang der Schnittebene VlI-VIl des Rändets der Endscheibe der F i g. 4,

Fig.8, 9 und 10 drei andere mögliche Querschnittsformrii von Rändeln der Endscheiben,

F i g. 11 den eisenlosen Läufer im Schnitt,

F i g. 12 den Wici:lungsträgers des eisenlosen Läufers der F i g. 12 im Schnitt XII-XH der F i g. 13,

Fig. 13 die obere Stirnansicht des in Fig. 12 dargestellten Wicklungsträgers,

Fig. 14 einen vergrößerten Endabschnitt des Wicklungsträgers,

Fig. 15 eine vergrößerte Radialansicht Z des Rändelprofils des Wicklungsirägers.

Beim ersten Ausführungsbeispiel besteht, wie am besten aus der Fig.2 erkennbar ist, der Läufer 1 aus einem zylindrischen Blechpaket 2 aus ferromagnetischem Werkstoff, das starr auf einer konzentrischen

Welle 3 befestigt ist und dessen Stirnseite jeweils mit an sich gleichen Endscheiben 4 und 5 versehen sind. Eine Endscheibe 4 oder 5 ist als Einzelteil in Fig.3 dargestellt. Sie besteht aus isolierendem Kunststoff, besitzt auf ihrer äußeren Stirnseite 6 eine Nabe 7 und entlang des Umfanges einen Rande! 8, der aus endlos aneinander gereihten Nuten, die gemäß Fig.7 die Querschnitt* drin eines stumpfwinkligen gleichseitigen Dreiecks aufweisen und deren radiale QuerSchnittsiorm, wie aus F i g. 5 ersichtlich ist, die größte axiale Tiefe in der Nähe des äußeren Randes 10 aufweist und radial nach innen stetig abnimmt, bis der Nutengrund 11 schließlich in die Fläche der Stirnseite 6 der Endscheibe 4 bzw. 5 übergeht.

Statt der gradlinigen radialen Schnittform der F i g. 5 kann auch eine bogenförmige Schnittform gemäß F ι g. 6 vorgesehen sein, die ebenfalis am äußeren Rand 10 ihre größte Tiefe aufweist und radial nach innen ansteigend allmählich in die Fläche der Stirnseite 6 übergeht. Aus der F i g. 7 ist auch erkennbar, wie die Einzeldrähte der Windungen 9 lückenlos nebeneinander liegend im Profil des Rändeis8 lagemäßig fixiert sind.

Statt des in F i g. Λ. und 7 dargestellten Querschnittsprofils eines stumpfwinkligen gleichschenkligen Dreiecks sind z.B. auch die in den Fig.3, 9 und 10 dargestellten Rändeiprofile verwendbar. So stellt beispielsweise Fig.fi einen sägezahnförmigen Rändel dar, die Fig.9 einen Rändel mit flach rechteckigen Nuten 13, die durch dünne Stege 14 voneinander getrennt sind, und die Fig. 10 zeigt ein sinusähnliches Querschnittsprofil eines Rändeis 8'. Die mit jeweils einem Rändel 8 versehenen Endscheiben 4 und 5 müssen zumindest während des Wickeivorganges drehfest mit dem Blechpaket 2 verbunden sein, damit sie sich relativ zueinander nicht verdrehen kennen. Sobald jedoch mehr als der halbe Umfang des Läufers mit schräg zur Läuferachse verlaufenden Windungen 9 bewickelt ist und die Bewicklung weiter geführt wird, ergibt sich wegen der Schrägführung eine Richtungsumkehr des Zugmomentes, bezogen auf die Läuferachse, so daß eine Verdrehung der beiden Endscheiben 4 und 5 relativ zueinander schon wegen des Wicklungsveriaufes nicht mehr möglich ist

Bei ein- oder zweilagigen Wicklungen hat sich gezeigt daß es genügt, wenn die axiale Tiefe des Rändeis 8 in Randnähe etwa dem dreifachen Drahtdurchmesser entspricht, bei mehrlagigen Wirklungen sollte die maximale Rändeltiefe etwa dem fünffachen Durchmesser des Wicklungsdrahtes entsprechen. Auch die in Umfangsrichtung gemessene Bogenlänge oder Breite der einzelnen Nuten bzw. schräg verlaufenden Stege oder Zähne, auf denen die einzelnen Windungsdrähte 9 eng aneinanderliegend fixiert sind, sofite bei nur ein- oder zweilagigen Wicklungen etwa dem dreifachen und bei mehrlagigen Wicklungen bis zum Zehnfachen des Wicklungsdrahtdurchmessers entsprechen.

Eine Verbesserung der Griffigkeit des Rände's bei gleicher axialer Tiefe und Breite kann auch dadurch erreicht werden, daß die im Bezug auf die Nabe oder den Wellendurchmesser tangentielle Schrägstellung des Nutenverlaufes dem Verlauf der einzelnen Wicklungsdrähte auf der Stirnseite entsprechend im Bereich eines Umfangabschnittes der Endscheibe oder des Rändeis im Sinne einer Iinkzdrehend an die Nabe angelegten Tangente verlaufen, während sie im übrigen Umfangsabschnitt, der gleiche groß oder größer sein kann, im Sinne einer rechtsdrehend an die Nabe angelegten

Tangente tangential zur Nabe verlaufen. Die in Fig.4 als strichpunktierte Linien eingezeichneten Tangenten zur Nabe 7 sind linksdrehende Tangenten, die Tangente Ti ist eine rechtsdrehende Tangente. Dementsprechend kann man sagen, die Nuten des Rändeis 8 sind links- bzw. rechtstangential zur Nabe 7. Durch den in diesem Sinne unterschiedlichen Tangentialverlauf der Nuten des einen Abschnittes und der Nuten des anderen Abschnittes des Rändeis 8 ist es möglich, daß zumindest die untersten Wicklungsdrähte auf der Stirnseite der Endscheiben 4 und 5 jeweils parallel zu der Nutenrichtung verlaufen, in welche sich zu liegen kommen.

Bei dem in den Fig. 11 bis 15 dargestellten Anwendungsbeispiel der Erfindung besteht der Wirklungsträger aus einem hohlzylindrischen Kunststoffkörper 20. der aus zwei Teilen, nämlich aus einem Topfteil 21 und aus einer Ringscheibe 22 zusammengesetzt ist. Der Topfteil H selbst besteht ebenfalls aus einer Ringscheibe 2J. an welche eine zylindrische dünne Wandung 24 einstüci.g angeformt ist und in deren Zentrum sich eine Nabe 25 befindet, deren Mantelfläche mit stirnartig angeordneten Radialrippen 26 versehen ist. ve Jenen zwei sich diametral gegenüberliegende Mitkupplungszapfen 27 versehen sind. Die Ringscheibe 22 besitzt einen Kragen 28. in Randnähe besitzen die beiden Ringscheiben 21 und 22 jeweils sinen Rändel 29, dessen axiales Schniuprofil in Fig. 14 vergrößert dargestellt ist und dessen Querschnittsprofil in der F i g. 1:' erkennbar ist. Dabei befinden sich zwischen halbrunden Stegen ^¹" jeweils schmale spitzwinklig zulaufende Nuten 31, die in ihrem Grund jeweils annähernd halbkreisförmig abgerundet sind und von außen nach innen konisch ansteigend verlaufen. Zwischen dem verhältnismäßig schmalen Rändel 29 und der Nabe 25 bzw. dem Kragen 28 sind die äußeren Stirnseiten der Ringscheiben 21 bzw. 22 jeweils mit Ausnehmungen 33 bzw. 34 versehen, deren Tiefe etwa der geringsten Tiefe des Rändeis 29 entspricht

Im komplettierten Zustand äst der Wicklungsträger 20 mit einer Wicklung 35 sowie mit einer Läuferwelle 36 versehen. Die Windungen der Wicklung 35 verlaufen zumindest annähernd ähnlich wie die Windungen der Wicklung 9 des Läufers 1 der F i g. 1 und 2, d. h. sie sind auf den Stirnseiten jeweils um die Nabe 25 bzw. die stirnförmig angeordneten Rippen 26 auf der gegenüberliegenden Stirnseite um den Kragen 28 herum geführt während sie auf der Mantelfläche der zylindrischen Wandung 24 leicht schräg zur Drehachse 37 verlaufen. Bei beiden Anwendungsfällen, nämlich bei dem Läufer 1 aus ferromagnetischem Material mit beiden Endscheiben 4 und 5 sowie bei dem eisenlose-* Läufer der Fig. 11 bis 15, bei dem die Wicklung 35 auf einem hoh/zylindrischen aus Kunststoff bestehenden Wickiungsträger aufgebracht ist sind die Wicklungen, Ti zumindest der untersten Lage bzw. Lagen gegen Verschiebung entlang der Umfangskanten der Endscheiben 4 und 5 bzw. der Ringscheiben 22 und 23 in den zumindest annähernd radial verlaufendes Nuten des Rändeis 8 bzw. 31 stabil lagefixiert wodurch der Wickelvorgang insbesondere in seiner Anfangsphase erheblic Ί erleichtert wird. Wenn nur wenige Wicklungslagen vorgesehen sind, reicht die vorgesehene Rändelung des Randbereiches der Endscheiben 4 und 5 bzw. der Ringscheiben 22 und 23 völlig aus, um die Lagefixierung der Wicklung insgesamt auch während des Betriebes des betreffenden Motors ausreichend stabil zu halten.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (13)

Patentansprüche:

1. Klein-Elektromotor mit einem zylindrischen, nutenlosen Wicklungsträger, der mit einer über dessen Mantelfläche verlaufenden Wicklung versehen ist, wobei an den Stirnseiten des Wicklungsträgers isolierende Ringscheiben gleichen Durchmessers angeordnet sind, die auf ihren außen liegenden Stirnseiten zur Abstützung der Wicklung dienende, endlos aneinander gereihte, umfangsseitig offene Aussparungen aufweisen, die jeweils mehrere Wicklungsdrähte in Umfangsrichtung nebeneinander fixierend aufnehmen, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer schräg zur Wicklungsträgerachse verlaufenden Wicklung die Aussparungen durch einen ringartigen, bis zur Umfangskante reichenden Rändel (8) mit radial oder tangential zur Wickiungsträgerachse oder Nabe verlaufenden, konischen Nuten oder Rillen gebildet sind.

2. Klein-Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (8, 8', 13) am Umfangsrand (10) der Ringscheibe (4,5) ihre grüßte axiale Tiefe aufweisen und sich radial nach i ^n stetig oder bogenförmig verjüngend in der äußeicn Stirnfläche (6) der Ringscheibe (4,5) enden.

3. Klein-Elektromotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten oder Rillen (8) ^ zumindest in äußerer Randnähe die Querschnitts- "* form eines stumpfwinkligen gleichschenkligen Dreiecks aufweisen (F i g. 7).

4. Klein-Elektromotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, C aß die Nuten oder Rillen ein sägezahna-tiges Querschnittsprofil aufweisen (F ig-8)-

5. Klein-Elektromotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten oder Rillen (8') zumindest in äußerer Randi.ähe die angenäherte Querschnittsform eines gleichseitigen Dreiecks mit leicht abgerundeten Ecken aufweisen.

6. Klein-Elektromotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (13) zumindest in äußerer Randnähe die Querschnittsform eines flachen Rechtecks aufweisen und durch dünne Stege (14) voneinander getrennt sind.

7. Klein-Elektromotor nach einem der Ansprü ehe 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die im Bereich der größten axialen Nutentiefe liegende restliche Bodendicke der Ringscheibe mindestens 0,2 mm beträgt.

8. Klein-Elektromotor nach einem der Ansprüehe 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die größte Bogenlänge der Nuten oder Rillen (8, 8', 13) dem drei- bis zahnfachen Durchmesser des Wicklungsdrahtes (9) entspricht.

9. Klein-Elektromotor nach einem der Ansprüehe 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die größte axiale Tiefe der Nuten oder Rillen (8,8', 13) maximal dem drei- bis fünffachen Durchmesser des Wicklungsdrahtes (9) entspricht.

10. Klein-Elektromotor nach einem der Ansprüehe 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die in Umfangsrichtung gemessene Breite der die Nuten oder Rillen bildenden Zwischenstege dem drei- bis zehnfachen Durchmesser des Wicklungsdrahtes entspricht. ■

11. Klein-Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringscheiben (22, 23) Bestandteil eines dünnwandigen hohlzylindrischen Vricklungsträgers (20) sind, der drehfest auf der Welle (36) eines eisenlosen Gleichstrommotors befestigt ist.

IZ Klein-Elektromotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten der Rillen (31) ein annähernd halbkreisförmiges Profil aufweisen und zwischen ebenfalls halbkreisförmig profilierten Zwischenstegen (30) liegen, deren Breite um ein Vielfaches größer ist als die der Nuten oder Rillen (31).

13. Klein-Elektromotor nach Anspruch 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringscheiuen (22, 23) auf ihren äußeren Stirnseiten jeweils mit einer ringförmigen sich zwischen dem Rändel (29) und einer Nabe (25) oder einem Wickelkragen (28) erstreckenden Vertiefung (33,34) verseben sind.