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Kollektorloser Gleichstrommotor
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Die Erfindung betrifft einen kollektorlosen Gleichstrommotor mit einem
flachen glockenförmigen mehrpoligen permanentmagnetischen Läufer, in dem ein die
gleiche Polzahl aufweisender Ständer angeordnet ist, dessen Ständerwicklung im Betrieb
von einem Wechsel- oder pulsierenden Gleichstrom durchflossen ist.
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Ein solcher Motor ist bekannt (DE-OS 32 45 033). Bei dem bekannten
Motor soll es sich um einen kollektorlosen Gleichstrommotor mit extremer axialer
Kompaktheit handeln, der vorzugsweise zum Direktantrieb von Speicherplatten in signalverarbeitenden
Geräten, insbesondere ogenannten Mini-Floppys, vorgesehen ist. Diese Motoren, welche
mit einer Drehzahl von einigen hundert Umarehungen pro Minute betrieben werden,
sollen ein möglichst konstantes Drehmoment erzeugen und möglichst einfach und fertigungsfreundlich
aufgebaut sein, damit sie kostengünstig hergestellt werden können.
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Es erscheint zweifelhaft, ob der bekannte Motor die vorstehend angegebenen
erwünschten Eigenschaften besitzt, denn der Stator ist aus einer Mehrzahl von Dynamoblechen
zusammengesetzt, welche den sogenannten 12T-Ankerschnitt besitzen. Bei dem derart
aufgebauten Ständerblechpaket sind die T-förmigen Schenkel mit flachen Statorspulen
bewickelt.
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Ein solcher Statoraufbau erscheint fertigungstechnisch una daher auch
bezüglich seiner Fertigungskosten recht aufwendig.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen einfach aufgebauten
kollektorlosen Gleichstrommotor anzugeben, dessen Ständer erforderlichenfalls automatisch
hergestellt werden kann.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Ständer
aus wenigstens zwei flachen kreisförmigen in Umfangsrichtung um eine halbe Poltei
lung gegeneinander versetzt angeoranete Statorteile besteht, von denen jedes aus
einem Statorblech, dessen Blechschnitt symmetrisch angeordnete, dem Malterserkreuz
ähnliche Segmente mit dazwischenliegenden freien Flächen aufweist, besteht, dessen
Segmente in zwei axial zueinander versetzten Ebenen liegen, und bei dem zwischen
den beiden Ebenen eine flache Kreisspule angeordnet ist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen
2 bis 8 enthalten Sie ist nachstehend in den Figuren 1 bis 19 anhand von Ausführungsbeispielen
erläutert. Es zeigen: Fig. 1 die perspektivische Darstellung einer Ausführungsform
eines Statorblechs für ein Statorteil des neuen Motors, Fig. 2 die Draufsicht auf
eine Oberfläche des Statorblechs gemäß Fig. 1, Fig. 3 die Seitenansicht des Statorblechs
gemäß Fig. 1 bzw. 2,
Fig. 4 den Querschnitt durch einen Motor, dessen
Stator mit aen Statorblechen gemäß den Figuren 1 bis 3 aufgebaut ist, Fig. 5 die
Draufsicht auf die Unterseite des Motors gemäß Fig. 4, Fig. 6 die Abwicklung von
Stator und Rotor eines Motors gemäß Fig. 4 und 5, Fig. 7 die Draufsicht auf die
Innenseite des ersten Statorblechtei ls für eine andere Ausführungsform des Statorteils,
Fig. 8 den Längsschnitt entlang der Linie AB durch das Statorblechteil gemäß Fig.
7, Fig. 9 die Draufsicht auf die Innenseite des zweiten Statorblechtei ls für eine
andere Ausführungsform des Statorteils, Fig. 10 den Längsschnitt entlang der Linie
CD durch das Statorblechteil gemäß Fig. 9, Fig. 11 die beiden Statorblechteile gemäß
Fig. 7 und Fig.
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8 in der Stellung vor dem Zusammenfügen zum Statorteil, Fig. 12 den
Querschnitt durch einen kollektorlosen Gleichstrommotor, bei dem der Stator aus
zwei unter Verwendung der Statorblechteile gemäß Fig.
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7 und 9 hergestellten Statorteilen zusammengefügt ist,
Fig.
13 ein aus anders gestalteten Statorblechteilen zusammenyesetztes Statorteil ohne
Kreisspule in perspektivischer Darstellung, Fig. 14 die Draufsicht auf die Außenseite
des einen Statorblechteils des Statorteils gemäß Fig. 13, Fig. 15 den Längsschnitt
entlang der Linie KL durch das Statorblechteil gemäß Fig. 14, Fig. 16 die Draufsicht
auf die Innenseite des anderen Statorblechteils des Statorteils gemäß Fig. 13, Fig.
17 aen Längsschnitt entlang der Linie MN gemäß Fig.
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16 Fig. 18 die Draufsicht auf die Kreisspule und Fig. 19 den Längsschnitt
entlang der Linie OP gemäß Fig.
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18.
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Die Figuren 1 bis 3 zeigen eine Ausführungsform des Statorblechs für
den Stator eines achtpoligen Motors.
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Nach dem erfindungsgemäßen Prinzip kann grundsätzlich jeder 2n-polige
Motor hergestellt werden.
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Wie aus Fig. 2 zu erkennen ist, ist das Statorblech in vier gleiche,
durch die Schlitze 1 getrennte Segmente unterteilt. Jedes Segment besteht aus einem
breiten Segmentteil 2 und einem schmalen Segmentteil 3. Die schmalen Segmentteile
3 sind - wie aus den Figuren 1 und 3 erkennbar - aus der EDene der breiten Segmentteile
herausgebogen und erstrecken sich parallel versetzt zu
diesen. Dadurch
entsteht zwischen den Segmentteilen 2 und 3 - siehe Fig. 3 - der Wickelraum 4, in
den eine Kreisspule gewickelt werden kann.
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Aus zwei der in den Figuren 1 bis 3 gezeigten und mit einer Kreisspule
bewickelten Statorblechen wird der Stator in der Weise zusammengesetzt, daß die
schmalen Segmentteile 3 in der gleichen Ebene nebeneinander liegen.
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In Fig. 4 ist der Querschnitt durch einen Motor mit einem solchen
Stator gezeigt. Die beiden äußeren Ebenen 5 und 6 des Stators werden von den breiten
Segmentteilen 2 der Statorbleche gebildet. Die innere Ebene 7 des Stators dagegen
wird von den schmalen Segmentteilen 3 der Statorbleche gebildet. Zwischen den äußeren
Ebenen 5 und 6 und aer inneren Ebene 7 befinden sich die Kreisspulen 8 und 9. Außer
dem Stator des Motors ist in Fig. 4 noch der glockenförmige Rotor 10 zu erkennen,
dessen Welle 11 in Kugellagern drehbar gelagert ist und auf dessen Innenrand die
Permanentmagnete 12 befestigt sind. Auf der Unterseite des Motors ist eine Leiterplatte
13 angeordnet, welche in an sich bekannter Weise die zum Betrieb des Motors erforderliche
elektronische Kommutierungsschaltung enthält, von der nur die als Rotorstellungssensor
dienenden Hall-ICs 14 zu erkennen sind.
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Fig. 5 verdeutlicht insbesondere die Lage und Polarität der Permanentmagnete
12 des Rotors und den Aufbau der äußeren Ebene 6 des Stators aus den breiten Segmentteilen
2 des Statorblechs.
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Der obere Teil der Fig. 6 verdeutlicht die Abwicklung des Statorumfanges.
Am Umfang des Stators liegen in den äußeren Ebenen 5 und 6 die Stirnflächen der
breiten Seg-
mentteile 2 der Statorbleche. In der inneren Ebene
7 liegen nebeneinander die Stirnflächen der schmalen Segmentteile 3 der Statorbleche.
Der Raum zwischen den Ebenen 5, 6 und 7 wird von den Kreisspulen 8 und 9 ausgefüllt.
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Dem Umfang des Stators gegenüber, durch einen Luftspalt getrennt,
liegen die Permanentmagnete 12 des Rotors. Sie sind in Fig. 6 der ubersichtlichkeit
wegen neben den Stator gezeichnet, weil sie diesen sonst verdecken würden.
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Wenn nun in die Kreisspulen 8 und 9 in Abhängigkeit von der Rotorstellung
ein pulsierender Gleichstrom oder Wechselstrom geschickt wird, dann erzeugt der
Stator ein wechselndes Magnetfeld, welches den Rotor in Umdrehungen versetzt.
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Die vorstehenden Ausführungen haben verdeutlicht, daß der beschriebene
Motor in einfacher Weise und raumsparend aufgebaut ist.
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Die Figuren 7 bis 11 verdeutlichen die andere Ausführungsform eines
Statorteiles. Diese Ausführungsform ist in der Weise gestaltet, daß die Kreisspule
nicht auf das Statorblech gewickelt werden muß, sondern daß die Kreisspule unabhängig
vom Statorblech als selbständig handhabbares Bauelement, beispielsweise als Backspule,
hergestellt werden kann. Bei einer solchen Ausführungsform ist das Statorteil aus
zwei Statorblechtei len zusammengesetzt.
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Fig. 7 zeigt das eine Statorblechteil 15 und Fig. 9 zeigt das andere
Statorblechteil 16. Jedes der Statorblechteile 15 und 16 besitzt vier Segmente 17
und ist im Zentrum mit einem nabenartigen Ring 18 bzw. 19 versehen, welche unterschiedliche,
aber aneinander angepaßte Durchmesser besitzen. Die äußeren Enden der Segmente 17
sind mit umge-
bogenen Rändern 20 versehen, welche an ihren in
Umfangsrichtung gelegenen Enden eine Schrägung 21 aufweisen.
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Aus Fig. 11 ist zu erkennen, in welcher Weise die beiden Statorblechteile
15 und 16 zwecks Herstellung des Statorteils miteinander verbunden werden. In Fig.
11 sind die Statorblechteile 15 und 16 kurz vor ihrem Zusammenfügen so gezeichnet,
daß das Statorblechteil 15 aus Fig. 7 nach unten und das Statorblechteil 16 aus
Fig. 9 nach oben geklappt worden ist. An sich gehört zwischen die Statorblechpakete
15 und 16 in Fig. 11 noch die Kreisspule, welche der übersichtlichkeit wegen jedoch
weggelassen worden ist.
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Die beiden Statorblechteile 15 und 16 in Fig. 11 werden in der Weise
kraftschlüssig miteinanaer verbunden, daß sie in Richtung der Pfeile zusammengedrückt
werden. Der Kraftschluß erfolgt aabei durch die ineinanaergeschobenen Ringe 18 und
19. Der genaue Abstand zwischen den Statorblechteilen 15 und 16 wird durch den inneren
Distanzring 22 und den äußeren Distanzring 23 sichergestellt. Der äußere Distanzring
23 ist mit Kontaktstiften 24 versehen, mit welchen einerseits die Enden der Kreisspulen
elektrisch leitend verbunden sind und welche ihrerseits die elektrisch leitende
Verbindung zur Leiterplatte 13 (Fig.
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12) herstellen. Der innere Distanzring 22 kann aus einem magnetisierbaren
Werkstoff bestehen und somit der mechanischen und magnetischen Verstärkung des Statorquerschnitts
dienen.
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Die Ränder 20 verbessern die Wirkung der Dauermagnete des Rotors und
die Schrägung d1 der Ränder verbessert die Laufruhe des Motors.
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Fig. 12 verdeutlicht einen Motor entsprechend dem in Fig.
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4 gezeigten Motor, dessen Stator mit den in den Figuren 7 bis 11 gezeigten
Bauelementen hergestellt ist.
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Fig. 13 zeigt in perspektivischer Darstellung ein Statorteil (ohne
Kreisspule), das aus wieder anderen Statorblechteilen 25 und 26 zusammengesetzt
ist. Wie aus den Figuren 14 und 15 ersichtlich ist, besteht das Statorblechteil
25 aus dem ebenen Ring 27, mit dem die aus der Ebene des Ringes 27 herausgebogenen
Segmente 28 verbunden sind.
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Fig. 16 und 17 zeigen das Statorblechteil 26, welches ebenfalls aus
einem ebenen Ring 29 und den Segmenten 30 besteht, bei dem die Segmente 30 jedoch
in der gleichen Ebene wie der Ring 29 liegen.
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Die Statorblechteile 25 und 26 werden ebenfalls bei der Herstellung
des Statorteils formschlüssig miteinander verbunden. Die freien Enden der Segmente
sind in gleicher Weise, wie im Zusammenhang mit den Figuren 7 bis 11 bereits erwähnt,
gestaltet, d.h. mit Rand und Schrägung versehen.
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Die Figuren 18 und 19 verdeutlichen die Raumform der Kreisspule 8.
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Bezugszeichenliste 1 Schlitz 2 breites Segmentteil 3 schmales Segmentteil
4 Wickelraum 5) 6) äußere Ebene 7 innere Ebene 8) 9) Kreisspule 10 Rotor 11 Welle
12 Permanentmagnet 13 Leiterplatte 14 Hall-IC 15) 16) Statorblechteil 17 Segment
18) 19) Ring 20 Rand 21 Schrägung 22 innerer Distanzring 23 äußerer Distanzring
24 Kontaktstift 25) 26) Statorblechteil 27 ebener Ring 28 Segment 29 ebener Ring
30 Segment 31 Statorblech