DE3119325A1 - "eisenloser laeufer fuer gleichstrommotoren, sowie verfahren zu dessen herstellung" - Google Patents

Description

• "Eisenloser Läufer für Gleichstrommotoren,
• sowie Verfahren zu dessen Herstellung" Die Erfindung betrifft zunächst einen eisen losen Läufer (auch Rotor oder Anker genannt) gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Ein Läufer dieser Art ist aus der DE-OS 1 53B 827 bekannt. Nachteiligerweise werden dort die Spulen einfach übereinandergelegt, wobei in Umlaufrichtung des Läufers betrachtet zwischen den entsprechenden Seitenteilen benachbarter Spulen ein Abstand besteht.
• Dies bedingt, daß gemäß Hauptanspruch dieser Vorveröffentlichung jede dieser Spulen in Richtung radial zur Läuferwelle nur eine Drahtstärke dick sein darf. Hiermit ist der Füllfaktor und damit der WirkungsgraJ eines solchen Läufers relativ schlecht. Es besteht die Gefahr von mechanischen und elektrischen Unwuchten. Ferner ist man in der Windungszahl pro Spule relativ begrenzt. Für den Zusammenhalt des aus dem Spulenverbund bestehenden Läufers ist u.a. eire Umhüllung aus Polyesterharz und gesintertem Metalloxyd notwendig. Dies erhöht nachteiligerweise die radiale Dicke des Läufers und bedingt erhebliche Fertigungskosten.
• Die DE-PS 1 538 843 betrifft eine Zylinderwicklung für nutenlose t iker elektrischer Maschinen, bei der die aus einem Leiter zusammenhängend gewickelten Spulen annähernd um einen Le;terdurchmesser versetzt nebeneinander liegend angeordnet sind, wobei die Windungen der Wicklungen rautenförmig sind. Hierbei und auch bei ähnlichen bekannten Wicklungen für eisenlose Läufer ist es nachteilig, daß die gesamte Wicklung des Läufers in einem Zug gewickelt werden muß, wobei während des Wickelvorganges noch die sogenannten Ausschleifungen herauszuführen sind. Die hierzu erforderlichen Wicklmaschinen sind sehr kompliziert und damit teuer. Hat die hergestellte Läuferwicklung nur an einer Stelle einen Windungsschluß, so muß der gesamte Läufer weggeworfen werden. Ferner besteht bei dem Verformen des Läufers in seine endgültige Form die Gefahr, daß sich die einzelnen Windungen gegeneinander verschieben und dadurch mechanische und elektrische Unwuchten entstehen. Diese sind störend und bei Motoren für Präzisionsantriebe oder -messungen (z.B. Tachometer} nicht zulässig.
• Die Aufgabe der Erfindung besteht demgegenüber darin, einen hohen Füllfaktor bei gutem Zusammenhalt des Spulenverbundes und einen hohen Wirkungsgrad eines mit einem solchen Läufer versehenen Gleichstrommotors zu erreichen. Der Lösung dieser Aufgabe dienen zunächst die Merkmale des Anspruches 1.
• Ferner werden folgende Vorteile erreicht: Hat eine der Spulen einen Windungsschluß, so kart das nach Herstellung der einzelnen Spule durch Prüfung festgestellt und diese Spule dann gleich, also noch vor ihrem Weinbau in den Spulenverbund, weggeworfen werden. Wesentlich ist außerdem, daß aufgrund des sehr guten Zusammenhaltes des Spulenverbundes nach der Erfindung man relativ wenig an Masse für diesen Zusammenhalt des Spulenverbundes benötigt. Es ist ein besonderer Vorzug der Erfindung, daß hierzu die Verklebung mittels eines bei Erhitzen flüssig werdenden Lackes (sogenannter Thermolack oder Backlack) genügt, der die einzelnen Drähte der Spulen umgibt und bei Erhitzen flüssig wird.
• Nach dem Erkalten kann ein solcher geschmolzener Thermolack oder Backlack diesen Spulenverbund so zusammenhalten, daß nicht noch eine gesonderte Umhüllung vorgesehen sein muß, wie sie Gegenstand der eingangs erläuterten DE-OS 1538827 ist. Ein solcher Zusammenhalt des Spulenverbundes ist Gegenstand der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gemäß Anspruch 5.
• Aufgrund der Abkröpfungen der Spulen und da eine gesonderte Umhüllung vermieden ist, beträgt die Stärke des fertigen Läufers nur soviel wie die Stärke einer Spule (einschließlich der Abkröpfung). Hierdurch und da ein solcher Spulenverbund sehr genau zu einer Kreisform geformt werden kann, ergibt sich ein äußerst geringer Luftspalt und damit der bereits genannte hohe Wirkungsgrad. Man kann somit ohne ins Gewicht fallende Verringerung des Wirkungsgrades in einer Spule mehrere Wicklungslagen übereinander vorsehen, sofern dies erwünscht ist. Man ist also in der Windungszahl und damit auch in der Stärke des Stromes pro Spule sehr variabel.
• Während die vorbekannte Anordnung nach DE-OS 1 538 827 an die Verwendung von hochwertigem Magnetmaterial gebunden ist, ist dies bei einem Gleichstrommotor, dessen Läufer nach der Erfindung ausgestaltet ist, nicht erforderlich.
• Mechanische oder elektrische Unwuchten sind bei der Erfindung vermieden, da etwaige mechanische oder elektrische Unregelmäßigkeiten in der Herstellung der einzelnen Spulen sich dadurch ausgleichen, daß die Spulen symmetrisch und unmittelbar aneinanderliegend zu einem kreisrunden Spulenverbund geformt sind. Die Vorrichtungs- und Herstellungskosten sind für einen Läufer nach der Erfindung relativ gering. Es ist eine nahezu vollautomatische Produktion mit handelsüblihen Wickelmaschinen möglich. Es sind sehr kleine Baugrößen, nämlich herunter bis zu etwa 22 mm Motor-Durchmesser erreichbar.
• Ein Gleichstrommotor nach der Erfindung kann mit Kollektor oder ohne Kollektor ausgerüstet sein, wobei das Magnetsystem sich im Stator oder im Rotor befinden kann. Es können alle infrage kommenden Magnetwsrkstoffe verwendet werden, denn aufgrund der mit der Erfindung auf kleinstem Raum erreichbaren hohen Windungszahl sind auch weniger hochwertige und damit in der Herstellung billigere Magnetwerkstoffe einsetzbar.
• Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines solchen eisenlosen Läufers gemäß Anspruch 6. &s hat sich gezeigt, daß die von den Lackumhü'lungen dr. einzelnen Drähte durch das Schmelzen und wieder Erstarren gebildete Masse ausreicht, um dem zylindrischen Läuferteil den erforderlichen selbsttragenden Zusammenhalt zu geben und zugleich die Windungen in den Spulen und die Spulen zueinander in der gewünschten Lage zu arretieren. Dies vermeidet das Entstehen elektrischer oder mechanischer Unwuchten, da sich die Einzeldrähte nicht mehr zueinander verschieben können. Gesonderte Einbettungen oder Umhüllungen des zylindrischen Läuferteiles bzw. von Spulen sind nicht erforderlich.
• Der Zusammenhalt der Spulen bzw. des Spulenverbundes kann, statt wie vorstehend erläutert, im Prinzip auch durch Begießen mit einer Kunststoffmasse erfolgen, doch ist aus den genannten Gründen dem sogenannten Verbacken mittels der geschmolzenen Masse einer Thermolack- oder Backlackumhüllung der einzelnen Drähte der Vorzug zu geben.
• Die Erfindung umfaßt auch einen Gleichstrommotor, der mit einem solchen Läufer ausgerüstet ist.
• Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind den weiteren Unteransprüchen, sowie der nachstehenden Beschreibung und dazugehörigen Zeichnung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispieles zu entnehmen. In der Zeichnung zeigt: Fig. 1: einen nach der Erfindung ausgestatteten Motor im Längsschnitt, Fig. 2: einen Schnitt gemäß der Linie II-II in Fig. 1, Fig. 3: eine einzelne Spule in der Draufsicht, Fig. 4: einen Schnitt gemäß der Linie IV-IV in Fig. 3, Fig. 5: einen Teil der Abwicklung eines aus den Spulen gemäß Fig. 3 zusammengesetzten Spulenverbundes, Fig. 6: die Seitenansicht zu Fig. 5.
• Die Erfindung wird dfl dem Ueispiul fr£Q5 Gleichstrommotors, der gemäß den Fig. 1 und 2 eine Welle 1 mit Kollektor 2 und Bürsten 3 aufweist, çerläutert, wobei mit der Welle 1 drehfest ein Läufer 4 verbunden ist, der n en zylinderförmigen Teil 5 in Form einer eisenlosen Wicklung aufweist. Über Lager 6 sind an der Welle 1 die statorfesten Magnete 7 abgestützt, wobei ein magnetischer Rückschluß 8 zum Stator 9 besteht. Zwischen dem hohlzylinderförmigen Wicklungsteil 5 und dem Stator 9 sowie dem Magneten 7 bestehen die Luftspalte 10, 11.
• Fig. 3 zeigt eine einzelne Spule 12 n der Draufsicht. Sie ist quadratisch. Sie könnte aber auch eine andere Form, z.B.
• Rautenform haben. Uie beiden Ecken 13, 14, die in der Umfangsrichtung 15 des hohlzylindrischen Teiles 5 hintereinander liegen, haben den Abstand einer Polteilung p voneinander. Die beiden anderen Ecken 16, 17 bilden die Außenseiten des Spulenverbundes (siehe Fig. 5). An ihnen befindet sich je eine Abkröpfung 18 und zwar derart, daß die in Fig. 3 rechts dargestellte erste Spulenhälfte 12' gegenüber der in Fig. 3 links befindlichen zweiten Spulenhälfte 12" um die Spulendicke versetzt ist. Die ist insbesondere Fig. 4 zu entnehmen. Hiermit ist die Dicke des Spulenverbundes gemäß den Fig. 5, 6 nur 2 a (siehe Fig. 6), webei a die Dicke einer der Spulenhälfte 12' bzw. 12" is (siehe Fig. 4).
• Die Fig. 5 ind t3 zeigen nit nur die Abkröpfung 18 und die hierdurch versetzt Lage der einen Spulenhälften 12' zu den anderen Spulenhälften 1;5" sendern auch, daß jeweils die ersten Spulenhälften 12' und ferner die zugehörigen anderen Spulenhälften 12 jeweils bündig nebeneinander liegen. Damit ist ein in sich geschlossener Spulenverbund geschaffen.
• Jede einzelne Spule 12 erhält bei ihrer Herstellung Herausführungen des Einganges und des Ausganges gemäß Ziffer 21.
• Es sind also keine gesonderten Ausschleifungen vorzusehen.
• Insbesondere die Figuren 3 und 4 zeigen die Lage der Abkröpfung 18 am Übergang von der Ecke 16 zur zweiten Spulenhälfte 12" derart, daß die Ecke 16 noch in der Ebene der ersten Spulenhälfte 12' liegt. Die Abkröpfung 18 beginnt also erst an der Kante 19 und geht bis zur Kante 20. Dann kann die nächstfolgende Spule wie in Fig. 3 strichpunktiert angedeutet eingelegt werden.
• Der Herstellungsvorgang geht wie folgt vor sich: Nach dem ein- oder mehrlagigen Wickeln jeder einzelnen Spule 12 werden durch Pressen die Abkröpfungen 18 hergestellt und es wird ferner durch Pressen der Spule eine Kreiswölbung gegeben, deren Radius dem Radius des hohlzylindrischen Läuferteiles 5 entspricht. Dann werden die Einzelspulen 12 so ineinander gelegt, daß sie den in Fig. 5 nur teilweise und gestreckt dargestellten Spulenverbund bilden, jedoch aufgrund ihrer vorgenannten Wölbung sich zum hohlzylindrischen Läuferteil 5 vereinigen. Dies kann mit Hilfe einer Hilfsvorrichtung geschehen, wobei durch Pressen eine kreisrunde Form des Läuferteiles 5 erreicht werden kann. Dann erfolgt das Aufbringen oder Aktivieren der diesen Spulenverbund und die einzelnen Drähte zusammenhaltenden Masse und zwar bevorzugt in der schon erläuterten Form des Verflüssigens und nach Abkühlen wieder Erstarrens einer sogenannten Thermolackschicht oder Backlackschicht, welche die einzelnen Drähte umgibt. Da Erhitzen, z.B.
• auf 130 ° bis 150 OC, kann in einem Ofen, durch induktive Erhitzung oder auch dadurch erfolgen, dar3 man den Spulen einen entsprechend hohen Strom zuführt.
• Alle dargestellten und beschriebenen Merkmale, sowie ihre Kombinationen untereinander, sind erfindungswesentlich.
• - Ansprüche -

Claims (8)

1. Patent- und Schutzansprüche l.)Eisenloser Läufer für GleichstrsmmQtoren, der aus 1. Eisenloser einzelnen, sich überlappenden Spulen zusammengesetzt ist, wobei die Spulen durch eine Masse zu einem selbsttragenden, zylindrischen Läuferteil verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede Spule (12) in ihrer in Umfangsrichtung' (15) des Läuferteiles betrachteten Mitte an den beiden Außenseiten je eine Abkröpfung t8) in der Art aufweist, daß die eine erste Spulenhälfte (12t) zur anderen zweiten Spulenhälfte (12") um die Spulendicke (a) versetzt ist, und daß die ersten Spulenhälften (12') und die zweiten Spulenhälften (12") jeweils nebeneinander und bündig aneinander liest.
2. 2. Läufer nach Anspruch L dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (12) in der Draufsicht quadratisch oder rhombisch geformt und so innerhalb des den Läuferteil t5) bildenden Spulenverbundes angeordnet sind, daß zwei einander gegenüberliegende Ecken (13, 14) in Umfangsrichtung (15) des Läuferteiles (5) um die Polteilung (p) des Gleichstrommotors voneinander entfernt sind, während an den beiden anderen, sich ebenfalls gegenüber liegenden Ecken (16, 17) die Abkröpfungen (lo) angeordnet sind.
3. 3. Läufer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkröpfungen (18) am Übergang der jeweiligen Ecke (15, 17) zur zweiten Spulenhälfte (12") angeordnet sind, wobei die jeweilige Ecke (16, 17) sich noch in der Ebene der ersten Spulenhälfte (12') befindet.
4. 4. Läufer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Spule (12) aus mehreren übereinander liegenden Wicklungslagen besteht.
5. 5. Läufer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Masse zum Zusammenhalt des hohlzylindrischen Läuferteiles (5) ein durch Erhitzen flüssig gewordener und wieder erstarrter Lack dient, der ferner die Drähte der Spulenwicklung umgibt.
6. 6. Verfahren zur Herstellung eines Läufers nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Drähte der Läuferwicklung mit einer bei Erhitzen schmelzenden Lackschicht umgeben sind, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Formen und Zusammensetzen der Spulen (12) eine Erhitzung der Drähte erfolgt, welche das Schmelzen der Lackschicht bewirkt.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzung in einem Ofen, durch induktive Erheizung oder durch entsprechend hohe Stromzufuhr in die Spulen erfolgt.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch eine Erhitzung des Lack auf 130 ° bis 160 "C.