DE3331754A1

DE3331754A1 - Kollektorloser gleichstrommotor

Info

Publication number: DE3331754A1
Application number: DE19833331754
Authority: DE
Inventors: Rolf Dr.-Ing. 7742 St Georgen Müller
Original assignee: Papst Motoren & Co Kg 7742 St Georgen GmbH; Papst Motoren GmbH and Co KG
Current assignee: Papst Licensing GmbH and Co KG
Priority date: 1982-09-04
Filing date: 1983-09-02
Publication date: 1984-03-08
Also published as: CH658151A5

Description

Kollektorloser Gleichstrommotor
Die Erfindung betrifft einen kollektorlosen Gleichstrommotor, vorzugsweise zum Antrieb eines Kompaktventilators, mit einem eine Statorwicklung aufweisenden Stator, einem den Stator unter Bildung eines im wesentlichen zylindrischen Luftspalts umschließenden, eine Dauermagnetanordnung tragenden, topfförmigen Außenläuferrotor und einer im Motor integrierten Kommutierungselektronik, die auf einer durch die Dauermagnetanordnung hindurchschiebbaren, an der Bodenseite des Rotortopfes angeordneten, mit dem Stator verbundenen Leiterplatte sitzt, deren Außendurchmesser höchstens gleich dem Innendurchmesser der Dauermagnetanordnung ist.
Ein insbesondere für Plattenspeicherantriebe bestimmter Gleichstrommotor dieser Art ist aus der DE-OS 31 18 289 bekannt. Dabei ergeben sich jedoch Schwierigkeiten, wenn man versucht, den Außenläuferrotor-Außendurchmesser auf einen Wert zu verkleinern, wie er z.B. zum Antrieb von Kompaktventilatoren und ähnliche Anwendungen erforderlich ist. Will man nämlich den Außendurchmesser der Leiterplatte auch hier so bemessen, daß sich die Leiterplatte durch die Dauermagnetanordnung des Außenläuferrotors hindurchschieben läßt, wird der auf der Leiterplatte zur Unterbringung der Kommutierungselektroden zur Verfügung stehende Raum zu klein.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gleichstrommotor der eingangs genannten Art zu schaffen, der sowohl in axialer Richtung als auch bezüglich seines Aussendurchmessers besonders kompakt aufgebaut werden kann und der einfach zu montieren und zu warten ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch auf überraschend einfache Weise gelöst, daß die mit ihrer Lötseite dem Boden des Rotortopfes zugekehrte Leiterplatte beidseitig bestückt ist. Bei einer solchen Ausbildung bietet die Leiterplatte auch bei kleinen Luftspaltdurchmessern, wie sie u.a. beim Antrieb von Kompaktventilatoren auftreten, genügend Platz für die im Motor integrierte Kommutierungselektronik. Im Gegensatz zu der Lösung der DE-OS 31 18 289 kann dabei der Rotortopf über seine volle Axialabmessung hinweg einen im wesentlichen konstanten Außendurchmesser haben und gleichwohl die Leiterplatte so gestaltet werden, daß sie durch die Dauermagnetanordnung hindurchschiebbar ist. Die auf der Lötseite der Leiterplatte sitzenden Schaltungskomponeiten sind bei abgenommenem Außenläuferrotor frei zugänglich. Sie lassen sich auch nachträglich, beispielsweise im Zuge der Wartung, bedarfsweise austauschen.
Entsprechend einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Statorwicklungsanschlüsse zu der dem Boden des Rotortopfes zugewendeten Seite der Leiterplatte geführt und dort fesqelegt. Damit werden auch die Wicklungsanschlüsse jederzeit zugänglich.
Vorzugsweise ist die Leiterplatte an ihrem Umfang mit Kerben versehen, in die die Statorwicklungsanschlüsse eingelegt sind. Damit kommen die Wicklungsanschlüsse in sicherem Abstand von den rotierenden Teilen des Motors zu liegen.
Die Kerben bewirken zugleich eine mechanische Fixierung der Wicklungsanschlüsse. Sind die Kerben am Umfang der Leiterplatte unsymmetrisch verteilt, bilden sie gleichzeitig eine Montagehilfe, die in sinnfälliger Weise erkennen läßt, in welcher Ausrichtung mit Bezug auf die übrigen Statorteile die Leiterplatte zu montieren ist.
Vorzugsweise sind ferner temperaturempfindliche und/oder sperrige Bauelemente auf der der Statorwicklung zugekehrten Seite der Leiterplatte montiert, während die Leiterplatte auf der dem Boden des Rotortopfes zugewendeten Seite mit Bauelementen bestückt ist, die über Kopf stehend durch ein für ein gleichzeitiges Verlöten der Bauelemente auf beiden Leiterplattenseiten bestimmtes Lötbad hindurchführbar sind. Dadurch gestalten sich die Lötarbeiten an der Leiterplatte besonders einfach und zeitsparend. Außerdem läßt sich der im Rotortopf verfügbare Raum optimal ausnutzen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung trägt die Leiterplatte mindestens einen mit der Dauermagnetanordnung zusammenwirkenden Drehstellungsdetektor, und die Dauermagnetanordnung ist mit Bezug auf das Statoreisen derart unsymmetrisch ausgebildet, daß sie auf der der Leiterplatte zugekehrten Seite über das Statoreisen um einen Betrag axial vorsteht, der größer als der Betrag eines gegebenenfalls vorgesehenen axialen Überstandes auf der anderen Seite des Statoreisens ist. Vorzugsweise ist ferner der Rotortopf auf einer Welle befestigt, deren eines Ende mit dem Boden des Rotortopfes verbunden ist und deren anderes Ende über eine abgerundete Kuppe, eine Lagerkugel oder dergleichen auf einem Gegenlager abgestützt ist. In Verbindung mit der unsymmetrischen Dauermagnetanordnung mit Bezug auf das Statoreisen wird dabei erreicht, daß auf den Außenläuferrotor ein magnetischer Axialzug ausgeübt wird, der die Rotorwelle mit dem Gegenlager ständig in Eingriff zu halten sucht. Ein Anlaufen des Rotors an einer Anlauischeibe oder dergleichen, normalerweise verbunden mit hoher Reibung und beträchtlichem Verschleiß, wird sicher vermieden. Die Lebensdauer des Motors wird verlängert.
Entsprechend einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die den Rotortopf tragende Welle in Gleitlagern gelagert ein Schmiermitteldepot ist in Axialrichtung zwischen dem Boden des Rotortopfes und dem diesem Boden benachbarten Gleitlager vorgesehen, und der das Schmiermitteldepot umgebende Raum ist zur Unterbringung der Leiterplatte und/oder mindestens eines Teils der von der Leiterplatte getragenen Bauelemente genutzt. Dies trägt bei Motoren mit Gleitlagern, die ohnehin ein Schmiermitteldepot notwendig machen, erheblich zur axialen Kompaktheit bei.
Die Erfindung ist im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den beiliegenden Zeichnungen zeigen: Fig. 1 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäß aufgebauten kollektorlosen Gleichstrommotor und Fig. 2 eine Teildraufsicht auf die Leiterplatte des Motors nach Fig. 1 unter Weglassung der Bestückung.
Der Motor weist ein Lagerrohr 10 auf, in dessen axialen Endbereichen zwei Gleitlager 11, 12 abgestützt, z.B. eingepreßt und/oder eingeklebt sind. Der gegenseitige Axialabstand der Gleitlager wird durch eine in dem Lagerrohr 10 sitzende Abstandshülse 13 bestimmt. Auf das Lagerrohr 10 ist ein Statorblechpaket 14 aufgeschoben, das eine Statorwicklung 15 trägt. Der Motor kann zweckmäßig als zweipulsiger Motor ausgelegt sein. In den Gleitlagern 11, 12 ist eine Welle 16 drehbar gelagert, die am einen (in der Figur unteren) Ende eine abgerundete Kuppe 17 aufweist, die auf einem Gegenlager 18 aufsitzt. Das andere Ende der Welle 16 ist über eine Nabe 19 mit dem Boden 20 eines Rotortopfes 21 verbunden. Der Rotortopf 21 hat über seine volle Axialabmessung hinweg einen im wesentlichen konstanten Außendurchmesser.
In dem Rotortopf 21 ist ein Dauermagnetring 22 befestigt.
Stattdessen können auch einzelne Dauermagnetabschnitte vorgesehen sein. Bei dem Dauermagnetring 22 handelt es sich vorzugsweise um einen sogenannten Gummimagneten aus einer Mischung von Hartferrit, z.B. Bariumferrit, und elastischem Material. Er ist über der Pol teilung trapezförmig oder annähernd trapezförmig bei relativ kleiner Pollücke radial magnetisiert. Der Rotortopf 21 ist in diesem Fall als Weicheisen-Tiefziehteil gestaltet; er dient zugleich als magnetischer Rückschluß.
Zwischen dem Statorblechpaket 14 bzw. dem Gleitlager 11 und dem Boden 20 befindet sich im zentral innenliegenden Bereich ein Schmiermitteldepot 23. Der um das Schmiermitteldepot 23 herum freibleibende Raum ist zur Unterbringung der insgesamt mit 25 bezeichneten Kommutierungselektronik genutzt.
Die Kommutierungselektronik sitzt auf einer mit dem Stator in nicht näher veranschaulichter Weise verbundenen Leiterplatte 26, die, wie schematisch angedeutet, beidseitig bestückt ist. Von der Leiterplatte 26 steht ein magnetfeldempfindlicher Drehstellungsdetektor 27, beispielsweise ein Hall-IC, nach unten ab, der mit dem Dauermagnetring 22 zusammenwirkt. Das heißt, der Dauermagnetring 22 bildet bei der dargestellten Ausführungsform sowohl den Motormagneten als auch den Steuermagneten für die Kommutierung in Abhängigkeit von der Drehstellung des Außenläuferrotors 21, 22. Der Magnetring 22 ist in Axialrichtung unsymmetrisch mit Bezug auf das Statorblechpaket 14 angeordnet. Er steht dabei in Richtung auf den Drehstellungsdetektor 27 über das Statorblechpaket 14 über. Dadurch wird auf den Außenläuferrotor ein magnetischer Zug ausgeübt, der die Kuppe 17 der Welle 16 in Eingriff mit dem Gegenlager 18 zu halten sucht.
Auf der gleichen Seite der Leiterplatte 26 wie der Drehstellungsdetektor 27 befinden sich weitere Bauelemente 28 der Kommutierungselektronik 25. Die Leiterplatte 26 trägt aber auch auf ihrer anderen, dem Boden 20 des Rotortopfs 21 zugekehrten Seite zu der Kommutierungselektronik 25 gehörende Bauelemente, von denen zwei bei 29 angedeutet sind. Die dem Boden 20 zugewendete Seite der Leiterplatte 26 stellt die Lötseite dar. Die Bauelemente 29 sind vorzugsweise Chips, die ein Eintauchen in ein Lötbad vertragen. Beim Bestücken werden die Bauelemente 27, 28 in der üblichen Weise auf die Leiterplatte aufgesetzt, während die Bauelemente 29 an der Unterseite der Leiterplatte z.B.
mit einem Klebstofftropfen fixiert werden. Die Bauelemente 29 laufen dann über Kopf durch das Lötbad, wodurch gleichzeitig die Bauelemente auf beiden Leiterplattenseiten verlötet werden. Die Leiterplatte 26 hat einen Außendurchmesser, der geringfügig kleiner als der Innendurchmesser des Dauermagnetrings 22 ist. Aufgrunddessen läßt sich die Leiterplatte 26 durch den Dauermagnetring 22 hindurchschieben und auf der Bodenseite des Rotortopfs 21 am Statorblechpaket 14 montieren.
Wie insbesondere aus Fig. 2 zu erkennen ist, befinden sich am Umfang der Leiterplatte 26 in unsymmetrischer Verteilung mit Bezug auf den Leiterplattenumfang radial gerichtete Kerben 31. Durch die Kerben 31 hindurch sind die Statorwicklungsanschlüsse 32 zu der dem Boden 20 des Rotortopfes 21 zugewendeten Seite der Leiterplatte 26 geführt und dort an Lötstützpunkten 33 festgelegt.
Wenn der Rotortopf 21 abgenommen ist, liegen die auf der in Fig. 1 oberen Seite der Leiterplatte 26 sitzenden Bauelemente 29 und die Enden der Wicklungsanschlüsse 32 frei. Die Bauelemente 29 können bedarfsweise ausgetauscht werden. Die Wicklungsanschlüsse 32 sind in sicherem Abstand von allen rotierenden Motorteilen fixiert.

Claims

A n s pl ü c h e ro Kollektorloser Gleichstrommotor, vorzugsweise zum Antrieb eines Kompaktventilators, mit einem eine Statorwicklung aufweisenden Stator, einem den Stator unter Bildung eines im wesentlichen zylindrischen Luftspalts umschließenden, eine Dauermagnetanordnung tragenden, topfförmigen Außenläuferrotor und einer im Motor integrierten Kommutierungselektronik, die auf einer durch die Dauermagnetanordnung hindurchschiebbaren, an der Bodenseite des Rotortopfes angeordneten, mit dem Stator verbundenen Leiterplatte sitzt, deren Außendurchmesser höchstens gleich dem Innendurchmesser der Dauermagnetanordnung ist, dadurch gekennzeichnet, daß die mit ihrer Lötseite dem Boden (20) des Rotortopfes (21) zugekehrte Leiterplatte (26) beidseitig bestückt ist.
2. Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Statorwicklungsanschlüsse zu der dem Boden (20) des Rotortopfes (21) zugewendeten Seite der Leiterplatte (26) geführt und dort festgelegt sind.
3. Gleichstrommotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte (26) an ihrem Umfang Kerben (31) aufweist, in die die Statorwicklungsanschlüsse (32) eingelegt sind.
4. Gleichstrommotor nach Anspruch 3, dadurch geMennzeichnet, daß die Kerben (31) am Umfang der Leiterplatte (26) unsymmetrisch verteilt sind.
5. Gleichstrommotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß temperaturempfindliche und/oder sperrige Bauelemente (28) auf der der Statorwicklung (15) zugekehrten Seite der Leiterplatte (26) montiert sind und die Leiterplatte auf der dem Boden (20) des Rotortopfes (21) zugewendeten Seite mit Bauelementen (29) bestückt ist, die über Kopf stehend durch ein für ein gleichzeitiges Verlöten der Bauelemente (27, 28, 29) auf beiden Leiterplattenseiten bestimmtes Lötbad hindurchführbar sind.
6. Gleichstrommotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte (26) an der der Statorwicklung (15) zugewendeten Seite einen mit der Dauermagnetanordnung (22) zusammenwirkenden Drehstellungsdetektor (27) trägt und die Dauermagnetanordnung mit Bezug auf das Statoreisen (14) derart unsymmetrisch ausgebildet ist, daß sie auf der der Leiterplatte zugekehrten Seite über das Statoreisen um einen Betrag axial vorsteht, der größer als der Betrag eines gegebenenfalls vorgesehenen axialen Überstandes auf der anderen Seite des Statoreisens ist.
7. Gleichstrommotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotortopf (21) über seine volle-dxialabmessung hinweg einen im wesentlichen konstanten Außendurchmesser hat.
8. Gleichstrommotor nach enem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotortopf (21) auf einer Welle (16) befestigt ist, deren eines Ende mit dem Boden -(20) des Rotortopfes verbunden ist und deren anderes Ende über eine abgerundete Kuppe (17), eine Lagerkugel oder dergleichen auf einem Gegenlager (18) abgestützt ist.
9. Gleichstrommotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die den Rotortopf (21) tragende Welle (16) in Gleitlagern (11, 12) gelagert ist, daß in Axialrichtung zwischen dem Boden (20) des Rotortopfes und dem diesem Boden benachbarten Gleitlager (11) ein Schmiermitteldepot (23) vorgesehen ist, und daß der das Schmiermitteldepot umgebende Raum zur Unterbringung der Leiterplatte (26) und/oder mindestens eines Teils der von der Leiterplatte getragenen Bauelemente (27, 28, 29) genutzt ist.