DE3225435C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen selbstanlaufenden Elektromotor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiger Elektromotor ist aus der FR-PS 14 60 560 be­ kannt. Bei diesem bekannten selbstanlaufenden Elektromotor pendelt das ringförmige Sperrorgan bei Rotation des Elektro­ motors und des mitlaufenden Exzenterelements um eine außer­ halb der Motorachse gelegene und zu dieser im wesentlichen parallele Achse. Die Lage dieser Achse ist genauso wie die Lage der Gegenanschlagflächen nicht näher definiert. Läuft der bekannte Elektromotor in einer unerwünschten Drehrich­ tung an, so kann das Exzenterelement bis zu einer halben Um­ drehung zurücklegen, bevor es auf den nächsten Gegenanschlag trifft und dort angehalten wird. Bei drehmomentstarken Moto­ ren kann das Exzenterelement dann schon eine hohe kinetische Energie besitzen, so daß das Abbremsen an der Gegenanschlag­ fläche mit einem erheblichen Schlag und somit auch mit hohem Verschleiß verbunden ist.

Aus der US-PS 34 16 014 ist ein selbstanlaufender Elektromo­ tor mit einer ähnlich aufgebauten Drehrichtungssperre be­ kannt. Das Exzenterelement besteht hierbei jedoch aus einem auf die Achse aufgesetzten Ring mit drei jeweils im 120°-Ab­ stand radial nach außen hervorstehenden Nasen. Eine dieser Nasen schlägt beim Anlauf des Motors in eine unerwünschte Drehrichtung gegen eine von zwei Gegenanschlagflächen am In­ nenumfang des Sperrorgans, das von zwei statorfesten Zapfen radial geführt ist. Der Innenumfang des Sperrorgans besteht aus zwei im wesentlichen halbkreisförmigen Flächen, bei denen der Kreisradius im Uhrzeigersinn abnimmt.

Beim Anlauf dieses Motors in eine unerwünschte Drehrichtung kann die Motorachse bis zu 60° zurücklegen, bevor eine Nase an eine Gegenanschlagfläche anschlägt und gebremst wird. Auch bei dieser Drehrichtungssperre ist der Weg, den das Ex­ zenterelement zurücklegt, bevor es auf eine Gegenanschlagflä­ che auftrifft, von der zufälligen Ausgangsstellung des Exzen­ terelementes abhängig und damit nicht vorbestimmt.

Ein erheblicher Nachteil dieses aus der US-PS 34 16 014 be­ kannten Elektromotors ist die Ausgestaltung der Innenfläche des Sperrorgans mit einem Radius, der in der Soll-Umlaufrich­ tung des Motors immer kleiner wird. Dies hat zur Folge, daß die Nasen des Exzenterelementes in einem verhältnismäßig steilen Winkel auf die jeweilige Innenfläche auftreffen und das Sperrorgan dann schnell beschleunigen, um es radial zu verschieben und die Innenfläche aus dem Rotationsbereich der Nasen herauszuschieben. So wird einerseits durch das steile Auftreffen und die hohe Beschleunigung des Sperrorgans ein hoher Verschleiß an den Nasen und den Innenflächen auftreten und andererseits mit diesem abrupten Auschlagen der Nasen auf die Innenfläche eine hohe Lärmbelästigung auftreten. Dar­ überhinaus bewirken die beim Auslenken des Sperrorgans auf­ tretenden hohen Beschleunigungen, die pro Umdrehung der Mo­ torachse sechsmal in entgegengesetzte Richtungen stattfin­ den, erhebliche Vibrationen im Motor, die ebenfalls zu erhöh­ tem Verschleiß und zu erhöhter Lärmbelästigung beitragen.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen selbstanlaufenden Elektromotor nach dem Oberbegriff des Pa­ tentanspruchs 1 zu schaffen, der beim Anlaufen in eine uner­ wünschte Drehrichtung nur einen geringen Winkel bis zu einem Anschlag zurücklegt, so daß das rotierende Teil bis zum An­ schlagen an die entsprechende Gegenanschlagfläche nur eine geringe Beschleunigung erfährt und damit eine weitgehend ver­ schleißfreie Arbeitsweise erreicht wird.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Pa­ tentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhaft ist bei diesem selbstanlaufenden Elektromotor die genau festgelegte Lage des umlaufenden Exzenterelementes in seiner Ruhestellung gegenüber der Oszillationsrichtung, wodurch erzielt wird, daß einerseits der Weg des Exzenterele­ mentes bis zu einem nächstgelegenen Gegenanschlag bei Dre­ hung in unerwünschter Drehrichtung so klein bleibt, daß beim Anschlagen die Geschwindigkeit des Exzenterelementes noch re­ lativ gering ist, so daß der beim Anschlagen auftretende Ver­ schleiß minimiert wird, und andererseits die Lage des Exzen­ terelements in der Ruhestellung kurz vor dem Ende eines Teil­ kreisbereichs bei Anlauf des Motors in die erwünschte Dreh­ richtung das Sperrorgan bereits so weit ausgelenkt ist, daß das Exzenterelement anlaufen kann, ohne das Sperrorgan we­ sentlich verdrängen zu müssen. Hierdurch ergibt sich auf­ grund des geringen vom Sperrorgan entgegengebrachten Wider­ standes ein sehr niedriges Anlaufmoment für den Elektromo­ tor.

Durch die symmetrische Ausgestaltung des Exzenterelementes nach Patentanspruch 3 wird im Zusammenwirken mit den entspre­ chenden Gegenanschlagflächen am Sperrorgan der richtungskor­ rekte Anlauf aus beiden möglichen Ruhelagen des Rotors si­ chergestellt.

Die Ausbildung nach Patentanspruch 4 besitzt den Vorteil, daß zur Radialführung des Sperrorgans keine zusätzlichen Ele­ mente benötigt werden, was sich hinsichtlich des Gesamtauf­ baus besonders raumsparend auswirkt. Durch die Ausbildung nach Patentanspruch 7 wird ermöglicht, daß sich das Sperror­ gan wahlweise im Zwischenraum zwischen Läufer und Lager­ deckel einsetzen läßt. Ohne jegliche Justierungs- oder son­ stigen Anpassungsarbeiten kann damit ein zweipoliger Einpha­ sen-Synchronmotor mit dauermagnetischem Läufer entweder als in beliebiger Richtung anlaufender Motor oder - wenn das Sperrorgan eingesetzt ist - als nur in einer definierten Richtung anlaufender Motor Verwendung finden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den verbleibenenden Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungs­ beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläu­ tert; in der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine schematische Stirnansicht eines Elektromotors nach der Erfindung, wobei der Lagerdeckel strichpunktiert dargestellt ist,

Fig. 2 eine teilweise geschnitten dargesetllte Ansicht der den Erregerspulen gegenüberliegenden Seite des Motors nach Fig. 1,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Sperrorgans zur Verwendung bei einem Motor nach der Erfindung, und

Fig. 4 eine schematische Längsschnittansicht einer Ausfüh­ rungsform des Rotors für einen Motor nach Fig. 1.

Der in Fig. 1 dargestellte zweipolige Einphasensynchronmotor umfaßt einen geblechten Stator 1, einen Rotor 2 in Form ei­ nes zylindrischen, diametral magnetisierten Dauermagneten, dem Stator 1 zugeordnete Statorwicklungen 3 sowie - strichpunk­ tiert dargestellt - einen zur Aufnahme der Rotorwelle 4 die­ nenden statorfesten Lagerdeckel 5. Dieser Lagerdeckel ist vorzugsweise über durchgehende Befestigungsschrauben 6 mit einem gegenüberliegen­ den Lagerdeckel unter Abstützung am Stator 1 verbunden.

An der Rotorwelle 4 ist unmittelbar angrenzend an die Rotor­ stirnfläche ein Exzenterelement 7 drehfest angebracht. Dieses Exzenterelement 7 besteht aus einem im wesentlichen ringför­ migen Innenteil und einem radial darüber vorstehenden Anschlag­ teil mit teilkreisförmiger Außenfläche und symmetrisch zur Mitte des Anschlagteils liegenden Anschlagflächen 8, 8′.

Das Exzenterelement 7 wirkt mit einem ringscheibenförmigen Sperrorgan 9 zusammen, das lose zwischen den Rotor 2 und den Lagerdeckel 5 eingesetzt ist.

In Radialrichtung wird das Sperrorgan 9 mittels angeformter Führungs­ bolzen 17, 18 geführt, welche in radiale Führungsschlitze 19, 20 des Lagerdeckels 5 eingreifen.

Die Führungsschlitze 19, 20 und damit auch die Führungsbolzen 17, 18 liegen in einer durch die Rotorwelle 4 verlaufenden Axial­ ebene 12, die bezüglich der Motor-Mittenebene 16 versetzt ist, und zwar vorzugsweise um einen Winkel im Bereich von 15° bis 50°.

Senkrecht zur Motor-Mittenebene 16 verläuft die strichpunktiert eingezeichnete Polverbindungsebene 15 zwischen den beiden Statorpolen 10, 11.

Das Sperrorgan 9 besitzt Innenringflächen 13, 13′ sowie im Übergangsbereich dieser gegeneinander versetzten Innenring­ flächen ausgebildete Gegenanschlagflächen 14, 14′. Diese Gegenanschlagflächen 14, 14′ wirken mit den Anschlagflächen 8 des Exzenterelements 7 zusammen.

Der Stator 1 besteht aus Einzelblechen, wobei alle Bleche den gleichen Schnitt besitzen. Die Polbögen sind in ihrer Form un­ symmetrisch ausgebildet, was zur Folge hat, daß der dauermagnetische Rotor 2 sich um einen bestimmten Win­ kel gegenüber der Stellung verdreht, die er bei symmetrischen Stator-Polbögen einnehmen wird, bis er die Stellung erreicht hat, in welcher der magnetische Widerstand minimal wird. Die Polbögen sind ferner so ausgebildet, daß die Statorwicklungen 3 im bereits gewickelten Zustand aufgeschoben werden können, wo­ bei die beiden dargestellten Spulen parallel oder in Reihe ge­ schaltet sein können und direkt mit einer Spannungsquelle verbindbar sind.

Charakteristisch für die Gattung von Elektromotoren nach der Erfindung ist, daß der Rotor 2 relativ zum Stator 1 im Stillstand jeweils eine von zwei zueinander um 180° versetzte Stellungen einnimmt, wobei jede dieser Stellun­ gen dimensionierungsbedingt gegenüber der Polverbindungs­ ebene 15 winkelversetzt ist. Da diese Motoren praktisch in allen Anwendungsfällen an ein notwendigerweise mit einem gewissen Spiel behaftetes Untersetzungsgetriebe angeschlos­ sen sind, kann der Rotor 2 eine dieser beiden Ruhelagen auch dann einnehmen, wenn die Abtriebswelle des Getriebes in einer bestimmten Stellung blockiert wird. Dies ist eine Folge des erwähnten Getriebespiels.

Das mit dem Rotor 2 umlaufende Exzenterelement 7 ist in der Ruhelage des Motors bezüglich der entsprechend der Ver­ schieberichtung des Sperrorgans 9 verlaufenden Axialebene 12 und auch bezüglich der Polverbindungsebene 15 winkelversetzt und nimmt die in Fig. 1 gezeichnete oder eine dazu um 180° versetzte Lage ein.

Wird der Motor eingeschaltet, so kann sich der Rotor 2 ent­ weder im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn bewegen, wobei die sich einstellende Bewegungsrichtung nicht vorher­ sagbar ist. Bewegt sich der Rotor 2 im Uhrzeigersinn, d. h. in der gewünschten Drehrichtung, so behindert das Sperrorgan 9 die Drehung des Rotors in keiner Weise, da das Sperrorgan 9 dem Exzenterelement ständig ausweicht und dabei eine leicht oszillerende Bewegung in der Richtung der Axialebene 12 ausführt. Die Anschlagflächen 8 des Exzenterelements und die Gegen­ anschlagflächen 14, 14′ des Sperrorgans können in dieser Dreh­ richtung nicht in Eingriff kommen.

Läuft der Motor im Gegenuhrzeigersinn an, so trifft im in Fig. 1 gezeigten Beispiel die Anschlagfläche 8 des Exzenter­ elements 7 auf die Gegenanschlagfläche 14 des Sperrorgans 9, so daß eine Umdrehung im Gegenuhrzeigersinn verhindert wird. Bei der nächsten Umpolung der Statorpole 10, 11 bewegt sich der Rotor 2 in Uhrzeigerrichtung, wobei das auftretende Schwungmoment ausreicht, um die Drehung in der erwünschten Richtung im Regelfall schon nach der ersten Umpolung zu ge­ währleisten.

Aufgrund der Zwangsführung zwischen Exzenterelement 7 und Sperrorgan 9 und der speziellen Ausgestaltung der Innenring­ flächen wird somit sichergestellt, daß unabhängig von irgend­ welchen Vorspannfedern und auch unabhängig von der Einbaulage des Motors stets ein Motoranlauf in einer bestimmten Richtung gewährleistet wird.

Von Vorteil ist dabei auch, daß weder zwischen dem Exzenter­ element 7 und dem Sperrorgan 9 noch zwischen den Führungsbol­ zen 17, 18 und den Führungsschlitzen 19, 20 fertigungstechnisch be­ sondere Genauigkeitserfordernisse erfüllt werden müssen, da ein die Fertigung vereinfachendes, relativ großes Spiel zwi­ schen diesen Bestandteilen zugelassen werden kann, bzw. sogar erwünscht ist.

Fig. 2 zeigt die Anordnung des über das Exzenterelement 7 in Radialrichtung zwangsgeführten, in Axialrichtung lose gelager­ ter Sperrorgans 9 im Raum zwischen Rotor 2 und Lagerdeckel 5.

Die Führungsbolzen 17, 18 greifen in die Führungsschlitze 19, 20 ein und legen damit die Bewegungsrichtung des Sperrorgans 9 fest.

Es ist ersichtlich, daß das Sperrorgan 9 problemlos eingesetzt bzw. entfernt werden kann, da dazu lediglich die Abnahme des Lagerdeckels 5 erforderlich ist. Wird das Sperrorgan 9 ent­ fernt, so arbeitet der Motor wie ein herkömmlicher Einphasen­ synchronmotor mit unbestimmter Drehrichtung.

Wird demgemäß der Motor im Grundaufbau so ausgelegt, daß der Rotor mit dem Exzenerelement 7 versehen und zwischen Rotor und Lagerdeckel ein ausreichender Aufnahmebereich für das Sperrorgan 9 vorgesehen ist, so kann dieser Motor ohne Sperr­ organ zum Antrieb solcher Geräte verwendet werden, bei denen die Laufrichtung keine Rolle spielt, und nach Einsetzen des Sperrorgans zu einem Motor umfunktioniert werden, der mit Sicherheit stets nur in einer Drehrichtung an­ läuft, wie dies z. B. bei einem Dosenöffner zu fordern ist.

Die schematische Darstellung nach Fig. 3 zeigt eine vorzugs­ weise verwendete Ausführungsform eines Sperrorgans 9.

Das ringscheibenförmige Sperrorgan 9, das vorzugsweise aus Kunststoffmaterial besteht, weist eine Innenringfläche auf, die aus zwei halbkreisförmigen, einander gegenüberlie­ genden Bögen 21, 22 mit dem Radius r besteht, welche unter Ausbildung der Gegenanschlagflächen 14, 14′ zueinander seit­ lich versetzt sind. Der Mittelpunkt M des ringscheibenförmi­ gen Sperrorgans 9 mit dem Radius R und die Mittelpunkte m der beiden halbkreisförmigen Bögen 21, 22 liegen in einer Ebene. Der Abstand e der beiden Mittelpunkte m der halbkreis­ förmigen Bögen 21, 22 zum Mittelpunkt M des Sperrorgans 9 ist im wesentlichen gleich der radialen Erstreckung der Gegenan­ schlagflächen 14, 14′.

Die einander diametral gegenüberliegenden Führungsbolzen 17, 18 liegen zumindest im wesentlichen in der gleichen Ebene wie die Gegenanschlagflächen 14, 14′.

Bei der beschriebenen Ausgestaltung des Sperrorgans 9 ergeben sich im Zusammenwirken mit dem Exzenterelement 7 besonders günstige Bewegungsverhältnisse, die das Auf­ treten von störendem Verschleiß verhindern.

Die Längsschnittansicht nach Fig. 4 zeigt den zylindri­ schen Rotor 2, der eine zentrische, im Querschnitt vor­ zugsweise quadratische Durchgangsöffnung 23 aufweist. Durch diese Öffnung 23 erstreckt sich die Rotorwelle 4, die durch Einspritzen von aushärtendem Kunststoffmaterial 26 zentrisch fixiert ist. Um eine besonders gute Haftung zwischen diesem Kunststoffmaterial 26 und der Rotorwelle 4 zu erzielen, wird die Rotorwelle bevorzugt mit Anfasungen 24 versehen.

Der Vorgang des Einspritzens von Kunststoffmaterial zum Zwecke der Wellenfixierung kann gleichzeitig genutzt wer­ den, um bei Verwendung einer geeigneten Form gleich das Exzenterelement 7 auszubilden, wodurch ein wesentlicher herstellungstechnischer Vorteil erzielt wird.

Das Exzenterelement kann aber auch aus einem separaten Bauteil mit einem in die Durchgangsöffnung 23 des Rotors 2 eingreifenden und darin fixierten Ansatz 25 bestehen. Der Ansatz 25 kann dabei zumindest im wesentlichen der Form der Durchgangsöffnung angepaßt sein, um einen sicheren Kraft­ schluß zu gewährleisten.

Obwohl der beschriebene Elektromotor nach der Erfindung aufgrund der vorteilhaften Vorrichtung zur Vorgabe einer bestimmten Drehrichtung bei einer Vielzahl von Geräten eingesetzt werden kann, bei denen ein leistungsstarker, baulich jedoch sehr kleiner Motor benötigt wird, liegt ein bevorzugter Anwendungsfall im Einsatz in einem elek­ trischen Dosenöffner, da dabei die speziellen Eigenschaf­ ten eines derartigen Motors besonders vorteilhaft zum Tra­ gen kommen.

Claims (7)

1. Selbstanlaufender Elektromotor, insbesondere Synchronmo­ tor, mit Stator, dauermagnetischem Rotor und einer Vor­ richtung zur Vorgabe einer bestimmten Drehrichtung, beste­ hend aus einem an einer Stirnfläche des Rotors angeordne­ ten und mit diesem umlaufenden, wenigstens eine Anschlag­ fläche aufweisenden Exzenterelement, sowie aus einem ring­ förmigen Sperrorgan, dessen Innenringfläche aus zwei an ihren Übergängen Gegenanschlagflächen bildenden, im we­ sentlichen teilkreisförmigen Bereichen von gleichem Radi­ us besteht und das in der Umlaufebene des Sperrorgans be­ weglich angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor zweipolig ausgebildet ist, das das bewegli­ che Sperrorgan (9) in durch die Rotorachse verlaufen­ den und mit der senkrecht zur Polverbindungsebene (15) verlaufenden Motormittenebene (16) einen Winkel im Be­ reich von 15° bis 50°, insbesondere im Bereich von 30° bis 40°, einschließenden Axialebene (12) geführt ist, daß die Gegenanschlagflächen (14, 14′) im wesentlichen in der Axialebene (12) liegen und daß die wirksame Anschlagfläche (8) des Exzenterelements (7) in der Ruhela­ ge des Rotors (2) bezüglich der Polverbindungsebene (15) und der Axialebene (12) winkelversetzt ist.

2. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (1) aus Blechen von gleichem Schnitt und unsymmetrischer Polbogenform besteht und daß die wirksame Anschlagfläche (8) des Exzenterelements (7) um zumindest im wesentlichen den gleichen Winkel gegenüber der Polver­ bindungsebene (15) versetzt ist, um den sich der Rotor (2) gegenüber der Stellung verdreht, die er bei symmetri­ schen Stator-Polbögen einnehmen würde.

3. Elektromotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Exzenterelement (7) ein Anschlagteil mit teil­ kreisförmiger Außenfläche und symmetrisch zur Mitte des Anschlagteils liegenden Anschlagflächen (8, 8′) umfaßt.

4. Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das ringscheibenförmige Sperrorgan (9) einander diame­ tral gegenüberliegende Führungsbolzen (17, 18) aufweist, die in radial gerichtete Führungsschlitze (19, 20) eines statorfesten Teils (5) eingreifen.

5. Elektromotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das statorfeste Teil (5) vom Motorlagerdeckel gebil­ det ist.

6. Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrorgan (9) aus Kunststoff besteht.

7. Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrorgan (9) im wesentlichen die gleiche Axial­ abmessung wie das Exzenterelement (7) besitzt.