DE29515381U1 - Brush cover for DC machines - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Gleichstrommotor, insbesondere einen Mikrogleichstrommotor, mit einer Welle, einem darauf angeordnetem Kollektorelement, bestehend aus einer Kollektorplatte und einem von der Kollektorplatte über das Wellenende hinaus abstehenden Kollektor, und einem ein Codeelement umfassenden Winkelschrittgeber.The invention relates to a direct current motor, in particular a micro direct current motor, with a shaft, a collector element arranged thereon, consisting of a collector plate and a collector protruding from the collector plate beyond the shaft end, and an angle encoder comprising a code element.
In jüngster Zeit verlangt die Industrie zunehmend Gleichstrommotoren mit integriertem Winkelschrittgeber.Recently, the industry has increasingly demanded DC motors with integrated angle encoders.
Um diesem Bedürfnis der Industrie nachzukommen werden verschiedenste Wege eingeschlagen. So ist es zum Beispiel bekannt die Codescheibe des Winkelschrittgebers direkt an der Kollektorplatte zu befestigen. Insbesondere bei Codescheiben mit magnetischen Polen können hierbei jedoch Wechselwirkungen mit dem Feld des Statormagneten auftreten, die zu axialen Vibrationen führen.In order to meet this need in industry, a variety of approaches are being taken. For example, it is known to attach the code disk of the angle encoder directly to the collector plate. However, especially with code disks with magnetic poles, interactions with the field of the stator magnet can occur, leading to axial vibrations.
An der Kollektorplatte angebrachte optische Codescheiben werden in ihrer Funktionssicherheit beeinträchtigt, zum Beispiel bei Verwendung von Metallbürsten durch Verschmutzung durch Schmierstaub und bei Verwendung von Kohlebürsten durch Verschmutzung durch Kohlestaub.The functional reliability of optical code disks attached to the collector plate is impaired, for example, when metal brushes are used due to contamination by lubricating dust and when carbon brushes are used due to contamination by carbon dust.
Das am häufigsten verwendete Verfahren sieht im Gegensatz zu der oben beschriebenen Anordnung des Winkelschrittgebers dagegen vor, nach Fertigstellung des Motors, bzw. nach dessen Montage, den Winkelschrittgeber an einem Wellenende anzubauen. Dazu muß der Motor über eine durchgehende Welle verfugen. Im Vergleich zu einem Motor ohne durchgehende Welle erfordert der Motor mit durchgehender Welle jedoch einen grösseren Kollektordurchmesser. Mit dem grösseren Kollektor ist jedoch ein höherer Bürstenabrieb verbunden, wodurch die Nutzungsdauer des Motors verkürzt wird.In contrast to the arrangement of the angle encoder described above, the most commonly used method involves installing the angle encoder on one end of the shaft after the motor has been completed or assembled. To do this, the motor must have a continuous shaft. However, compared to a motor without a continuous shaft, the motor with a continuous shaft requires a larger collector diameter. However, the larger collector results in greater brush wear, which shortens the service life of the motor.
Insbesondere im Hinblick auf Mikromotoren ist die Anwendbarkeit des letzteren Verfahrens jedoch äußerst begrenzt. Hierbei müssen in erste Linie die bei der Fertigung der Welle auftretenden Probleme berücksichtigt werden. Während die Welle für große Motoren in beliebiger Länge gefertigt werden kann, ist die Herstellung längerer Wellen für Mikromotoren mit einem erheblichen fertigungstechnischen Aufwand verbunden. In diesem Zusammenhang sind insbesondere die hohen Anforderungen an die Maßgenauigkeit solcher Mikrowellen anzuführen. Die für die Welle gestatteten engen Toleranzen führen dazu, daß bei der Fertigung ein hoher Ausschuß an unbrauchbaren bzw. für den Einsatz in Motoren nicht geeigneten Wellen produziert wird, so daß hier unter Umständen Engpässe bei der Lieferung auftreten können. Ferner ist die Herstellung der Wellen für Mikromotoren teuer und zeitaufwendig.However, the applicability of the latter method is extremely limited, particularly with regard to micromotors. First and foremost, the problems that arise when manufacturing the shaft must be taken into account. While the shaft for large motors can be manufactured in any length, the manufacture of longer shafts for micromotors involves considerable manufacturing effort. In this context, the high demands on the dimensional accuracy of such microwaves are particularly important. The tight tolerances permitted for the shaft mean that a high level of rejects is produced during production, in the form of shafts that are unusable or unsuitable for use in motors, so that bottlenecks in delivery can occur under certain circumstances. Furthermore, the manufacture of shafts for micromotors is expensive and time-consuming.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Gleichstrommotor, insbesondere einen Gleichstrommikromotor, mit integriertem Winkelschrittgeber zu Verfügung zu stellen, der die Nachteile der bekannten Motoren überwindet.It is therefore the object of the present invention to provide a DC motor, in particular a DC micromotor, with an integrated angle encoder, which overcomes the disadvantages of the known motors.
Diese Aufgabe wird für einen Gleichstrommotor, insbesondere Mikrogleichstrommotor, mit einer Welle, einem darauf angeordnetem Kollektorelement, bestehend aus einer Kollektorplatte und einem von der Kollektorplatte über das Wellenende hinaus abstehenden Kollektor, und einem ein Codeelement umfassenden Winkelschrittgeber, dadurch gelöst, daß das Kollektorelement an der von der Kollektorplatte abgewandten Seite über den Kollektor hinaus zu einem Wellenabschnitt verlängert ist, an dem das Codeelement fest anbringbar ist.This object is achieved for a direct current motor, in particular a micro direct current motor, with a shaft, a collector element arranged thereon, consisting of a collector plate and a collector protruding from the collector plate beyond the shaft end, and an angle encoder comprising a code element, in that the collector element is extended on the side facing away from the collector plate beyond the collector to form a shaft section to which the code element can be firmly attached.
Mit dem erfindungsgemäßen Gleichstrommotor wird ein Motor mit Winkelschrittgeber bereitgestellt, der sich insbesondere als Mikrogleichstrommotor umsetzen läßt, da die mit der Integration des Winkelschrittgebers verbundenen bekannten Probleme vermieden werden. Dies wird durch die Verlängerung des Kollektorelementes erzielt, an der das Codeelement fest anbringbarThe DC motor according to the invention provides a motor with an angle encoder, which can be implemented in particular as a micro DC motor, since the known problems associated with the integration of the angle encoder are avoided. This is achieved by extending the collector element, to which the code element can be firmly attached.
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ist. Der Kollektordurchmesser kann folglich beibehalten werden und so eine Verkürzung der Nutzungsdauer des Motors umgangen werden.The collector diameter can therefore be maintained, thus avoiding a reduction in the service life of the motor.
Als besonders vorteilhaft ist hierbei festzuhalten, daß das Kollektorelement unabhängig von der späteren Verwendung immer mit angespritztem Wellenabschnitt hergestellt werden kann, wobei der Wellenabschnitt bei Bedarf verwendet oder vor Einbau des Kollektorelementes in den Motor entfernt werden kann.It is particularly advantageous to note that the collector element can always be manufactured with a molded-on shaft section, regardless of its subsequent use, whereby the shaft section can be used if required or removed before the collector element is installed in the engine.
Ferner ist durch den großen Abstand zwischen dem Statormagneten und dem Codeelement eine Wechselwirkung zwischen diesen unterbunden. Die gegenseitige Beeinflussung der beiden Bauteile stellte bei den bekannten Anordnungen insbesondere bei der Befesigung der Codescheibe auf der Kollektorplatte ein Problem dar. Darüberhinaus kann das Gehäuse bis auf eine kleine Öffnung zur Durchführung des Codeelements abgeschlossen sein, so daß auch die Funktionssicherheit bei einer optischen Abtastung erheblich verbessert wird.Furthermore, the large distance between the stator magnet and the code element prevents interaction between them. The mutual influence of the two components was a problem in the known arrangements, especially when attaching the code disk to the collector plate. In addition, the housing can be closed off except for a small opening for the code element to pass through, so that the functional reliability of optical scanning is also significantly improved.
Der erfindungsgemäße Motor kann nahezu vollständig vormontiert werden. Die Montage des Winkelschrittgebers erfolgt erst bei Bestellung vor Auslieferung an den Kunden.The motor according to the invention can be almost completely pre-assembled. The angle encoder is only assembled when the order is placed before delivery to the customer.
Als vorteilhaft hat sich ferner erwiesen, wenn das Codeelement den von der Kollektorplatte abliegenden Wellenabschnitt in einer zentral ausgebildeten Öffnung aufnimmt, wobei das Kollektorelement mindestens um den vom Codeelement aufgenommenen Endabschnitt verlängert istIt has also proven advantageous if the code element accommodates the shaft section remote from the collector plate in a centrally formed opening, the collector element being extended at least by the end section accommodated by the code element
Diese Ausführungsform ermöglicht eine einfache und schnelle Montage des Codeelements auf dem Wellenabschnitt. Um hier eine möglicht hohe Paßgenauigkeit zu erzielen kann der Wellenabschnitt mit einem größeren Durchmesser als die zentrale Öffnung des Codeelementes gefertigt werden und vor dem Befestigen des Codeelements nachbearbeitet werden, z.B. durch Drehen.This design enables simple and quick assembly of the code element on the shaft section. In order to achieve the highest possible accuracy of fit, the shaft section can be manufactured with a larger diameter than the central opening of the code element and can be reworked before the code element is attached, e.g. by turning.
Gleichermaßen wäre es auch möglich Defekte des Wellenabschnittes zu beheben.It would also be possible to repair defects in the shaft section.
Vorzugsweise ist das Codeelement als Codescheibe ausgebildet.Preferably, the code element is designed as a code disk.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Kollektorelement mit Kollektorplatte , Kollektor und überstehendem Wellenabschnitt als einstückiges Spritzgußteil ausgebildet.According to a preferred embodiment, the collector element with collector plate, collector and protruding shaft section is designed as a one-piece injection-molded part.
Folglich kann das Kollektorelement in einem Arbeitsgang gefertigt werden, zusätzliche Arbeitsschritte werden vermieden, so daß sich die Herstellungsdauer nicht erhöht. Da von dem solchermaßen gefertigten Teil der Winkelabschnitt leicht entfernt werden kann, z.B. durch Abschneiden oder Abzwicken, ist es nicht notwendig verschiedene dem späteren Einsatz angepaßte Kollektorelemente herzustellen. Hierdurch werden z.B. die Lagerkosten gesenkt.As a result, the collector element can be manufactured in one operation, additional work steps are avoided, so that the production time is not increased. Since the angle section can easily be removed from the part manufactured in this way, e.g. by cutting or pinching it off, it is not necessary to produce different collector elements adapted to the later use. This reduces storage costs, for example.
Die vorliegende Erfindung stellt des weiteren ein Kollektorelement mit Kollektorplatte und Kollektor, wobei im Bereich der Kollektorplatte eine zentrale Aufnahme für eine Motorwelle vorgesehen ist, wobei das Kollektorelement über den Kollektor hinaus in einen Wellenabschnitt verlängert ist.The present invention further provides a collector element with collector plate and collector, wherein a central receptacle for a motor shaft is provided in the area of the collector plate, wherein the collector element is extended beyond the collector into a shaft section.
Das erfindungsgemäße Kollektorelement läßt sich ohne weiteres einstückig als Spritzgußteil fertigen und zeichnet sich durch die oben in bezug auf das in einem Gleichstrommotor enthaltene Kollektorelement beschriebenen Vorteile aus.The collector element according to the invention can be easily manufactured as a single piece as an injection-molded part and is characterized by the advantages described above with respect to the collector element contained in a DC motor.
Erfindungsgemäß kann des weiteren vorgesehen sein, daß das Codeelement aus Kunststoff oder Glas hergestellt ist und der Code als optische Teilung vorliegt.According to the invention, it can further be provided that the code element is made of plastic or glass and the code is present as an optical division.
Alternative kann das Codeelement aus einem hartmagnetischen Material gefertigt sein und der Code als Magnetpole vorliegen.Alternatively, the code element can be made of a hard magnetic material and the code can be present as magnetic poles.
Hierbei ist bevorzugt, daß in einem vorbestimmten Abstand vom äußeren Umfang der Codescheibe mindestens ein Sensorelement vorgesehen ist.It is preferred that at least one sensor element is provided at a predetermined distance from the outer circumference of the code disk.
Das Sensorelement kann z.B. als ein optischer Sensor oder ein magnetischer Sensor ausgebildet sein.The sensor element can be designed, for example, as an optical sensor or a magnetic sensor.
Gemäß weiterer bevorzugter Ausführungsformen können die Codescheibe und der Wellenabschnitt verklebt werden oder die Codescheibe auf den Wellenabschnitt gepreßt werden.According to further preferred embodiments, the code disk and the shaft section can be glued or the code disk can be pressed onto the shaft section.
Verkleben bzw. Verpreßen stellen zwei Verbindungsverfahren dar, die sich leicht durchführen lassen und die Herstellungsdauer nicht wesentlich erhöhen. Gleichzeitig wird eine feste Verbindung zwischen der Codescheibe und dem Wellenabschnitt sichergestellt.Gluing and pressing are two joining methods that are easy to carry out and do not significantly increase production time. At the same time, a firm connection between the code disk and the shaft section is ensured.
Im folgenden wird ein erfindungsgemäßer Gleichstrommotor anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:In the following, a DC motor according to the invention is explained in more detail using drawings. They show:
Fig. 1 einen Axialschnitt durch einen Gleichstrommotor gemäß der vorliegenden ErfindungFig. 1 is an axial section through a DC motor according to the present invention
Fig. 2 ein Querschnitt längs der Linie A-A aus Figur 1Fig. 2 a cross section along the line A-A of Figure 1
Der in den Figuren 1 und 2 dargestellte Gleichstrommotor umfaßt einen zylindrischen Permanentmagneten 1, der mit einer zentralen Öffnung 2 versehen ist. Der Permanentmagnet ist in zwei Spritzgußteile eingebettet, wobei sich eines dieser Spritzgußteile durch die zentrale Öffnung 2 erstreckt mit einer sich daran anschließenden Gehäusestirnplatte. Eine weiteres Spritzgußteil bildet eine Ummantelung 5. Diese Ummantelung schließt sich an die Gehäusestirnplatte an.The direct current motor shown in Figures 1 and 2 comprises a cylindrical permanent magnet 1, which is provided with a central opening 2. The permanent magnet is embedded in two injection molded parts, one of these injection molded parts extending through the central opening 2 with an adjoining housing front plate. Another injection molded part forms a casing 5. This casing adjoins the housing front plate.
Das Spritzgußteil 3 ist mit einer zentralen Bohrung 11 versehen, die sich durch die gesamte Länge des Spritzgußteiles ersteckt und an den Enden Bereiche mit vergrößertem DurchmesserThe injection-molded part 3 is provided with a central bore 11 which extends through the entire length of the injection-molded part and has areas with an enlarged diameter at the ends
aufweist, die zur Aufnahme von Lagern 12 und 13 dienen. Diese Lager sind mit Lagerbohrungen 14 versehen, die eine Welle 15 aufnehmen, an deren Ende eine Riffelung 16 angebracht ist, um die ein Kollektorelement bestehend aus einer Kollektorplatte 17 und einem über das Wellenende hinaus abstehendem Kollekto 19 gespritzt ist. Dabei trägt die Kollektorplatte 17 an ihrem größten Umfang eine Rotorwicklung 18 trägt. Der Kollektor 19 umfaßt eine Anzahl L-förmiger, metallener Lamellen 20, die mit den Anschlüssen der Rotorwicklung 18 verbunden sind.which serve to accommodate bearings 12 and 13. These bearings are provided with bearing bores 14 which accommodate a shaft 15, at the end of which a corrugation 16 is attached, around which a collector element consisting of a collector plate 17 and a collector 19 protruding beyond the shaft end is molded. The collector plate 17 carries a rotor winding 18 on its largest circumference. The collector 19 comprises a number of L-shaped, metal lamellae 20 which are connected to the connections of the rotor winding 18.
An dem freien Ende der Ummantelung 5 liegt ein Bürstendeckel 21 an, der eine Vielzahl von Bürstenfedern 22 aufweist, die auf dem Kollektor 19 aufliegen. Der Bürstendeckel ist mit einer zentral ausgebildeten Öffnung versehen, durch die sich der Kollektor 19 erstreckt. Die Bürstenfedern 22 liegen dabei an dem Abschnitt des Kollektors an, der sich durch den Bürstendeckel erstreckt und diesem zugeordnet ist.A brush cover 21 is located on the free end of the casing 5, which has a plurality of brush springs 22 that rest on the collector 19. The brush cover is provided with a central opening through which the collector 19 extends. The brush springs 22 rest on the section of the collector that extends through the brush cover and is associated with it.
Das Kollektorelement ist an der von der Kollektorplatte abgewandten Seite über den Kollektor 19 hinaus zu einem Wellenabschnitt verlängert, der sich über den Bürstendeckel 21 hinaus erstreckt. An dem Wellenabschnitt ist eine Codescheibe 23 fest angebracht. Die Codescheibe ist als Stufenscheibe ausgebildet und mit einer zentral ausgebildeten Öffnung 24 versehen. Der Code kann als optische Teilung (Transmission oder Reflexion) oder als Magnetpole auf einem hartmagnetischen Trägermaterial vorliegen.The collector element is extended on the side facing away from the collector plate beyond the collector 19 to form a shaft section that extends beyond the brush cover 21. A code disk 23 is firmly attached to the shaft section. The code disk is designed as a stepped disk and is provided with a central opening 24. The code can be present as an optical division (transmission or reflection) or as magnetic poles on a hard magnetic carrier material.
Bei der Montage wird die Codescheibe 23 auf den Wellenabschnitt aufgesetzt, so daß sich der Wellenabschnitt vollständig durch die Öffnung 24 erstreckt und bündig mit der Codescheibenoberfläche abschließt. Natürlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese bevorzugte Ausführung beschränkt, sondern es gibt eine Vielzahl weitere Möglichkeiten um den Wellenabschnitt mit der Codescheibe zu verbinden. Zur Sicherheit oder besseren Verbindung kann die Codescheibe auf denDuring assembly, the code disk 23 is placed on the shaft section so that the shaft section extends completely through the opening 24 and is flush with the surface of the code disk. Of course, the present invention is not limited to this preferred embodiment, but there are a number of other ways to connect the shaft section to the code disk. For safety or a better connection, the code disk can be placed on the
Wellenabschnitt gepreßt werden. Gleichermaßen ist es möglich die Codescheibe mit dem Wellenabschnitt zu verkleben.Shaft section can be pressed. It is also possible to glue the code disk to the shaft section.
Die als Stufenscheibe ausgebildete Codescheibe weist zwei Bereiche unterschiedlichen Durchmessers auf, einen ersten der Kollektorplatte gegenüberliegenden Bereich mit kleinem Durchmesser und einen sich daran anschließenden zweiten Bereich mit größerem Durchmesser. Der Bereich mit kleinerem Durchmesser kann dabei so dimensioniert sein, daß dieser Bereich dem Durchmesser der Burstendeckeloffnung entspricht oder kleiner als diese ausgebildet ist und zu einem vorbestimmten Anteil in der Burstendeckeloffnung aufgenommen wird.The code disk, designed as a stepped disk, has two areas of different diameters, a first area with a small diameter opposite the collector plate and a second area with a larger diameter that follows it. The area with a smaller diameter can be dimensioned so that this area corresponds to the diameter of the brush cover opening or is smaller than it and is accommodated in the brush cover opening to a predetermined extent.
Die auf dem Wellenabschnitt befestigte Codescheibe ist von einem Abschirmungsgehäuse 25 umgeben. Das Abschirmungsgehäuse 25 ist becherförmig ausgebildet, wobei in dem offenen Ende die Codescheibe 23 aufgenommen wird. Der äußere Umfang des Abschirmungsgehäuses ist so ausgestaltet, daß das offene Ende des Abschirmungsgehäuse mit der Ummantelung 5 in Eingriff gebracht werden kann und das Abschirmungsgehäuse zusammen mit der Ummantelung 5 ein Außengehäuse bildet. Das Abschirmungsgehäuse dient unter anderem zur magnetischen und elektrischen Abschirmung.The code disk attached to the shaft section is surrounded by a shielding housing 25. The shielding housing 25 is cup-shaped, with the code disk 23 being accommodated in the open end. The outer circumference of the shielding housing is designed such that the open end of the shielding housing can be brought into engagement with the casing 5 and the shielding housing together with the casing 5 forms an outer housing. The shielding housing serves, among other things, for magnetic and electrical shielding.
Zur Erfassung der Winkelposition und der Drehrichtung sind bei radialer Abtastung am äusseren Umfang deer Codescheibe im inneren des Abschirmgehäuses 2 5 in geringem Abstand zwei, je nach Art der Codescheibe optische bzw. magnetische Sensoren 26 angebracht. Befindet sich der Code auf der Vorderseite der Codescheibe 23, ist bei entsprechend geänderter Anordnung der sensoren ein axiales Abtasten möglich.To detect the angular position and the direction of rotation, two optical or magnetic sensors 26, depending on the type of code disk, are mounted at a short distance from each other on the outer circumference of the code disk inside the shielding housing 25 during radial scanning. If the code is on the front of the code disk 23, axial scanning is possible with a correspondingly modified arrangement of the sensors.
Soll nur eine Geschwindigkeitsregelung erfolgen oder ist nur eine Drehrichtung des Motors möglich, wäre ein Sensor ausreichend. Am Ausgang des Winkelschrittgebers stehen je nach integrierter Elektronik analoge oder TTL-Signale zur Verfügung.If only speed control is required or if only one direction of rotation of the motor is possible, one sensor would be sufficient. Depending on the integrated electronics, analog or TTL signals are available at the output of the angle encoder.
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