DE3607289C2 - Gleichstrommotor mit zylindrischem Luftspalt, insbesondere Außenläufermotor, mit einer eisenlosen Wicklung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Gleichstrommotor nach An­ spruch 1.

Aus der DE-OS 28 10 821 ist ein Gleichstrommotor bekannt, mit den im Anspruch 1 bis zu dem Wort "wobei" aufgeführten Merkmalen. Allerdings ist dort der Flanschring nicht typisch flach und die Leiter­ bahnen sind nicht unbedingt in einer Ebene formschlüssig gehalten. Abgewinkelte Leiterteile sind in ein tragendes Leiterteil (Flansch­ ring) aus Kunststoff eingebettet, an deren radialen Außenenden zugeordnete Wick­ lungsenden angelötet werden.

Die US 4,110,901 und die GB-PS 20 32 81 zeigen Varianten eines eisen­ losen Motors, bei der ein Planar-Kollektor mit seinen Außenanschlüssen mit einer eisenlosen Hohl-Zylinder-Wicklung aufwendig verbunden wird, wobei dieser auf ei­ ner Kunststoffscheibe aufliegt. Ähnliches zeigt die DE 30 23 601 C2.

Da derartige Motoren in sehr großen Stückzahlen serienmäßig gefertigt werden und trotzdem relativ hohe Fertigungsgenauigkeiten gefordert werden, kommt es, um wirt­ schaftlich günstig fertigen zu können, darauf an, insbesondere die Anordnung und Lagerung bzw. Befestigung der eisenlosen Wicklung im Motor, z. B. der Statorspule auf der feststehenden Lagernabe der Motorwelle und die elektrische Anschlußmög­ lichkeit der Wicklung bzw. Statorspule so zu gestalten, daß möglichst geringe Mon­ tagekosten und Arbeitsgänge beim Zusammenfügen der Einzelteile entstehen. Bis­ her hat man für die Befestigung der eisenlosen Wicklungen bzw. Statorspulen auch Flanschringe verwendet, die jeweils aus einer gedruckten Leiterplatte bestanden, deren elektrische Leiterbahnen von einer gemeinsamen Anschlußzunge zu den ein­ zelnen Anschlußstellen der Drahtenden bzw. Drahtschlaufen verbunden werden mußten. Zudem ist bei den bekannten Flanschringen ein Zentrierring erforderlich auf welchen der Wicklungskörper aufgesteckt und durch Kleben befestigt wird. Diese Art von Flanschringen verursacht hohe Herstellungskosten. Auf gedruckten Leiterplatten müssen die Anschlüsse gelötet werden. Die Lötstellen müssen außen zugänglich sein. Sie benötigen zusätzlichen Sicherheitsabstand.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß vor allem ihre automatische Herstellung kostengünsti­ ger und mit höherer Betriebssicherheit insbesondere bezüglich der elektrischen Kontaktierung zwischen den Anschlußleitern und den Abgriffen der Wicklungen, d. h. den Enden derselben bzw. den Wicklungsdrahtschlaufen des Wicklungskörpers, gewährleistet wird, wobei die Anschlußleitungen unmittelbar in einen Planarkollektor übergehen können.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt gemäß der Merkmale der Ansprüche 1 oder 6 oder 9.

Dadurch werden mehrere Vorteile erreicht. Der Flanschring, ob er einstückig ge­ spritzt ist oder z. B. aus zwei Schalen besteht, die beispielsweise durch Schnapp­ verbindungen miteinander zu einem gemeinsamen Teil zusammengefügt werden können, kann auf einfache Weise mit den Leiterbahnen bestückt werden. Dies kann entweder in der Spritzgußform oder aber bei der zweischaligen Ausbildung des Flanschringes nachträglich beim Zusammenfügen der beiden Schalenhälften ge­ schehen und die Anschlußzungen können als Steckelemente für einen gemeinsa­ men Stecker benutzt werden. Hinzu kommt, daß die Möglichkeit gegeben ist, gleich­ zeitig alle vorhandenen Wicklungsenden und Abgriffe, d. h. Drahtschlaufen der Spule in einem einzigen Arbeitsgang mit den separaten Leiterbahnen elektrisch lei­ tend zu verbinden, beispielsweise durch eine Schweißvorrichtung die gleichzeitig an den mehrfach vorhandenen Stellen der Fensteröffnungen geeignete Elektroden auf­ weist. Außerdem sind die Schweißstellen im Wicklungsinneren und die von außen vertieft im Fenster liegende erfindungsgemäße Platte für den Sicherheitsabstand günstig.

Ebenso ist durch die Erfindung die Möglichkeit geschaffen, sämtliche Leiterbahnen in der glei­ chen Ebene innerhalb des Flanschringquerschnittes anzuordnen, so daß der Flanschring an sich relativ dünn gehalten werden kann und in axialer Richtung wenig Raum beansprucht. Während es nach dem Anspruch 1 auch möglich ist, die einzelnen Anschluß­ zungen an verschiedenen Stellen des Flanschringes vorzusehen und sie jeweils mit separaten Steckkupplungen an die elektri­ schen Zuleitungen anzuschließen, ist durch die Anordnung der Anschlußzungen an einer gemeinsamen Anschlußstelle die Möglich­ keit gegeben, die Anschlußleitungen mittels eines Mehrfachsteckers an die Anschlußzungen der einzelnen Leiterbahnen anzuschließen.

Ferner wird durch die Ausgestaltung der Erfindung die Möglichkeit des gleichzeitigen Anschweißens sämtlicher anzu­ schließenden Drahtenden und Drahtschlaufen der Spule an den einzelnen Leiterbahnen insofern erleichtert, als auch auf der Außenseite unmittelbar an den Leiterbahnen Schweißelektroden angesetzt werden können, wobei sich die Schweißstelle trotzdem im Innern der Zylinderwicklung be­ finden kann.

Durch die Ausgestaltung der Erfindung wird auch die Möglichkeit, die Spule am Flanschring zu befestigen mit einfachen Mitteln insofern verbessert, als die Zentrizität zwi­ schen der Zentrierrippe und somit auch der durch diese Zentrier­ rippe zentrierten Spule bzw. des Wicklungskörpers einerseits und der Innenkontur des Flanschringes nicht durch eine nachträgli­ che Bearbeitung des Flanschringes hergestellt bzw. korrigiert werden muß, sondern daß diese bei jedem Stück fertigungsbedingt original gleich gut ist.

Durch die Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 4 wird die Möglichkeit der Zugabe eines Klebemittels, mit welcher der Wicklungskörper am Flanschring befestigt wird, erleichtert.

Das Anschweißen der Wicklungsenden und Drahtschlaufen des Wicklungskörpers auf den Leiterbahnen gemäß Anspruch 5 ergibt nicht nur den bereits erwähnten Vorteil der Kostenersparnis, sondern auch den Vorteil einer erhöhten Fertigungsqualität, in dem nämlich durch das Schweißen sichergestellt ist, daß auch tatsächlich eine elektrisch einwandfreie Leitverbindung zwischen den einzelnen Leiterbahnen und den Wicklungsenden bzw. Drahtschlaufen des Wicklungskörpers entsteht. Die zumindest annähernd vollständige Ausnutzung der Vorteile der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Anordnung sowohl bezüglich der Wirtschaftlichkeit der Fertigung als auch der Fertigungsquali­ tät, wird durch die Verfahrensschritte des Anspruchs 6 und/oder 9 ermöglicht.

Anhand der Zeichnung wird nun im folgenden ein Ausführungs­ beispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Gleichstrom-Außenläufermotor mit eisenloser Sta­ torspule im Schnitt;

Fig. 2 die eisenlose Statorspule mit Ringflansch in stirnsei­ tiger Ansicht;

Fig. 3 einen Schnitt III-III aus Fig. 2;

Fig. 4 einen Teilschnitt III-IV aus Fig. 2;

Fig. 5 einen Teilschnitt V-V aus Fig. 2;

Fig. 6 einen Leiterbahn-Stanzstreifen mit drei Leiterbahnen­ gruppen;

Fig. 7 die noch zusammenhängenden drei Leiterbahnengruppen der Fig. 6 mit umspritzten Flanschringen;

Fig. 8 einen Flanschring als Einzelteil in Stirnansicht;

Fig. 9 einen Schnitt IX-IX aus Fig. 8;

Fig. 10 Gegenansicht des in Fig. 8 dargestellten Flanschrin­ ges;

Fig. 11 eine Leiterbahngruppe, wie sie nach dem Abschneiden des Zentrierringes und der äußeren Verbindungsstege im gespritzten Flanschring liegt;

Fig. 12 ein weiteres Ausführungsbeispiel.

Der in Fig. 1 im Schnitt dargestellte Gleichstrom-Außenläufermo­ tor weist eine topfförmige Läuferglocke 1 auf, die zentriert auf einem Nabenansatz 2 eines mit einer zylindrischen Außenmantel­ fläche 3 versehenen, als Hohlkörper ausgebildeten Rückschluß­ körpers 4 aus ferromagnetischem Material drehsicher befestigt ist. Die Innenfläche 5 der Läuferglocke 1 ist mit zwei ringsektorför­ migen Permanentmagneten 6 ausgekleidet, die mit der zylindrischen Außenfläche 3 des Rückschlußkörpers 4 zwei Ringspalte 7 bilden, in dem feststehend eine eisenlose Statorspule 8 angeordnet ist, deren Windungen selbsttragend aus Backlackdraht zu einem dünnwandigen, zylindrischen, ringförmigen Wicklungskörper 9 geformt sind. Der Wicklungskörper 9 ist mittels eines Flanschrin­ ges 10 auf einem zylindrischen Abschnitt 11 einer Lagernabe 12 eines Gestellringes 13 festsitzend angeordnet. In der Lagernabe 12 ist mittels zweier Kugellager 14 und 15 die Motorwelle 16 drehbar gelagert, die in einem Nabenteil 17 des Rückschlußkörpers 4 mittels einer Drehkupplung 18 drehsicher befestigt ist. Zum axialen Spielausgleich ist eine Druckfeder 19 vorgesehen, die sich einerseits auf einer auf dem Kugellager 14 aufsitzenden Scheibe 20 und andererseits an einer Ringfläche 21 des Rückschluß­ körpers 4 axial abstützt. Die Spule 8 hat, wie aus Fig. 2 ersicht­ lich ist, vier elektrische Anschlüsse 22, 23, 24 und 25 wobei die beiden Anschlüsse 22 und 23 jeweils die Drahtenden der Wicklung und die beiden Anschlüsse 24 und 25 jeweils Abgriffe in Form von Drahtschlaufen der die Statorspule 8 bildenden Wicklung bestehen. Diese Anschlüsse 22 bis 25 sind jeweils auf Leiterbahnen 26, 27, 28 bzw. 29 aufgeschweißt und somit leitend mit diesen verbunden. Diese Leiterbahnen 26 bis 29, die in Fig. 11 als Einzelteile in formgerechter Anordnung dargestellt sind, bestehen aus dünnen, gestanzten Metallblechstreifen, vorzugsweise aus einer gut schweißfähigen Cu-Legierung, und sind kontaktlos nebeneinander in einer gemeinsamen Ebene in den aus Kunststoff bestehenden Flanschring 10 eingelegt und so umspritzt, daß sie innerhalb der Ringfläche des Flanschringes 10 nur durch fensterartige Ausnehmungen 30, 31, 32 und 33 von beiden Seiten her zugänglich sind, so daß auch von beiden Seiten her Schweißelektroden an die einzelnen Leiterbahnen 26 bis 29 angesetzt werden können, um die Anschlußdrähte 22 bis 25 darauf leitend zu befestigen. Um eine möglichst einfache Anschlußmöglichkeit der einzelnen Leiterbahnen nach außen zu schaffen, sind diese mit radial nach außen aus dem Kunststoff­ körper des Flanschringes 10 vorspringenden Anschlußzungen 34, 35, 36 und 37 versehen, die an einer gemeinsamen Anschlußstel­ le 38 am Umfang des Flanschringes 10 angeordnet und von einem angespritzten im wesentlichen U-förmigen Schutzbügel 39 umgeben sind. Aus den Fig. 6 und 11 ist ersichtlich, daß die beiden Leiterbahnen 28 und 29 jeweils durch konzentrisch zu den Leiterbah­ nen 27 bzw. 26 verlaufende schmale Verbindungsstreifen 28′ und 29′ mit den Anschlußzungen 36 bzw. 37 verbunden sind. Auf der in Fig. 1 oben liegenden Stirnseite besitzt der Flanschring 10 eine exakt konzentrisch zu seiner zylindrischen Innenkontur 40 verlaufende Ringnut 41 (Fig. 5 und 9), deren äußere Begren­ zungsfläche 42 sich konisch erweiternd schräg verläuft und die in radialer Richtung so breit ist, daß sie den Wicklungskörper 9, der die Statorspule 8 bildet, formschlüssig aufnehmen kann. Die radial konische Begrenzungswand 42 bildet mit der äußeren Mantelfläche 9′ des Wicklungskörpers 9 eine ringförmige Keilnut zur Aufnahme eines Klebers 55 (siehe Fig. 4 und 5). Um dieser Statorspule 8 auf dem Flanschring 10 einen besseren Halt zu geben, ist entlang des Innenrandes der Ringnut 41 eine axial vorspringende, umlaufende Zentrierrippe 43 einstückig angeformt, welche nur durch die fensterartigen Ausnehmungen 30, 31, 32 und 33 unterbrochen ist. Innerhalb des Wicklungskörpers 9 besitzt der Flanschring 10 drei jeweils um 120° zueinander versetzt angeordnete, axiale Bohrungen 44, durch welche Befesti­ gungsschrauben 45 (Fig. 1) in einen ringartigen Flanschabschnitt 46 des Gestellringes 13 geschraubt werden können, um den Flansch­ ring 10 daran zu befestigen.

Um die Herstellung des Flanschringes 10 mit den eingelegten Leiterbahnen 26, 27, 28 und 29 möglichst rationell zu gestal­ ten, werden diese Leiterbahnen 26 bis 29 jeweils in der in Fig. 6 dargestellten Weise als gestanzte Blechstreifen, die gruppenweise unter sich durch radiale Verbindungsstege 47 mit einem Zentrierring 48 verbunden sind und durch äußere Verbin­ dungsstege 49 und 50 auch Verbindungen zu den jeweils benach­ barten Gruppen aufweisen, gemeinsam in eine Spritzgußform eingelegt und in der in Fig. 7 dargestellten Weise umspritzt, so daß mit jedem Schuß der Spritzgußmaschine, z. B., wie im vorliegenden Fall dargestellt, drei oder mehr zusammenhängen­ de Flanschring-Spritzlinge 51, 52, 53 entstehen. Diese noch durch die Verbindungsstege 49 und 50 miteinander verbundenen Flanschring-Spritzlinge 51, 52 und 53 werden dann in ein Stanz­ werkzeug eingelegt, welches in einem Arbeitsgang die Stege 47 und die Verbindungsstege 49 und 50 vollständig abtrennt. Dabei ist der innere Stanzstempel, der die Stege 47 mit dem Zentrierring 48 abschneidet, mit radialen Erweiterungen versehen, so daß das Abschneiden der Stege 47 auf einem größeren Durchmes­ ser geschieht als der zylindrischen Innenkontur 40 entspricht. Dadurch entstehen die radialen Einschnitte 54. Dies ist erforderlich, daß die Schneidkanten der Stege 47 nicht mit der Lagernabe 11, die in der Regel aus einem elektrisch leitenden Metall besteht, in Berührung kommen.

Nach diesem Stanzvorgang liegen dann die einzelnen Flansch­ ringe 10 der in den Fig. 2 sowie 8 und 9 dargestellten Form vor, so daß nur noch der Wicklungskörper 9 in der aus den Fig. 3 bis 5 erkennbaren Weise angebracht zu werden braucht. Das bedeutet, daß der Wicklungskörper 9 in die Ringnut 41 eingesetzt und mittels Klebstoff 55, der in den verbleibenden Dreiecksquerschnitt der Ringnut 41 eingegeben wird, fixiert wird.

Der Flanschring (10) weist jeweils auf beiden Seiten der ein­ zelnen Leiterbahnen sich überdeckende Fensteröffnungen (30 bis 33) auf, durch welche die einzelnen Leiterbahnen (26 bis 29) an der jeweils gleichen Stelle beidseitig zugänglich sind.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1-11 stellt eine sehr günstige erfindungsgemäße Ausgestaltung dar für den Fall, daß die eisenlose, ringartige Wicklung als Statorspule gedacht ist. Sie ist durchgehend gewickelt mit gleichmäßig am Umfang ver­ teilten Anzapfungen wie bekannt und beschrieben.

Eine solche Wicklung kann jedoch auch rotierend betrieben wer­ den, indem z. B. radial innerhalb oder radial außerhalb der Spule am zylindrischen Luftspalt Permanentmagnete statorseitig vorgesehen sind und/oder magnetische Rückschlußzylinderflächen (weichmagnetischer Art).

In diesem Fall der rotierenden Wicklung muß der Strom mechanisch in die Wicklung hineinkommutiert werden und dazu kann die ge­ stanzte Platte 29 vorzüglich verwendet werden, indem die radial geführten Leiter nicht nach außen sondern nach innen verlängert werden und in einen radial verbreiterten Ring übergehen. Die identische Platte 29 wird, wie in Fig. 12 dargestellt, also radial nach innen gezogen und hat einen breiten Randstreifen 60, der umfangsmäßig durch radiale Schlitze 61, 62, 63, 64 unter­ trennt ist, die jedoch am Innenrand nicht ganz den Innenumfang erreichen, so daß dort kleine Brücken, z. B. 66, 67, stehen­ bleiben.

Die Fig. 12 hat also ein ganz ähnliches Stanzteil wie es z. B. die Fig. 6 darstellt, aber die radialen Außenanschlüsse entfal­ len, wofür dieser verbreiterte Ringteil 60 im Innern vorgesehen ist. Der Kunststoffring wird radial auch weiter nach innen ver­ lagert, so daß Kollektorlamellen 71, 72, 73, 74 fest umspritzt sind, natürlich gleichzeitig mit dem äußeren radialen Kunst­ stoffring wie beim ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, sodann wird aber etwa bis zum Bereich einer strichpunktierten Ringlinie 75 nach dem Umspritzen der Innenteil abgestanzt, also von einem ursprünglichen Innenrand 78 bis zu dem strichpunktiert angedeuteten Kreisrand 75. Damit entfallen die Brücken 66, 67 usw. und damit sind die Lamellenteile 71, 72, 73, 74 unterein­ ander elektrisch isoliert. Die Spalte sind in bekannter Weise wie bei einem Planarkollektor mit Kunststoff ausgespritzt und die Lamellen 71, 72, 73, 74 sind mit den leitenden Flächen des Metallstreifens 30, 33, 32, 31 im Fenster verbunden, wo die Abgriffe der Ringwicklung angeschweißt werden wie beim ersten Ausführungsbeispiel. Der Planarkollektor kann nun so angeordnet sein, daß die Bürsten außer von außen axial von außerhalb des Wicklungsringes oder auch u. U. innerhalb desselben angeordnet sind. Das hängt von den Raumerfordernissen bzw. der Motorkon­ struktion ab.

Claims (9)

1. Gleichstrommotor mit zylindrischem Luftspalt, insbesondere Außenläufermotor, mit einer eisenlosen Wicklung, deren Windungen selbsttragend zu einem dünnwandigen Wicklungskörper (9) geformt sind, weicher mittels eines aus Isolierstoff bestehende flachen Flanschringes (10) im Bereich einer Stirnseite, insbesonders statorfest, gehaltert ist,
wobei die Wicklung in der Nähe einer Stirnseite mehrere Anschlüsse (22 bis 25), insbesondere in Form von radial vom Wicklungskörper abstehenden Drahtschlaufen, aufweist,
wobei in dem Flanschring Leiterbahnen (26 bis 29) annähernd in einer Ebene formschlüssig gehalten sind, welche in durchgehenden Fenster­ öffnungen (30, 31, 32, 33) des Flanschringes (10) Anschlußstellen bilden, mit denen die Anschlüsse (22 bis 25) elektrisch leitend verbunden sind,
wobei die Leiterbahnen (26, 27, 28, 29) aus ebenen, gestanzten Metallstreifen gebildet sind, welche radial vom Flanschring weggeführte Anschlußzungen (34, 35, 36, 37) aufweisen, die etwa in der gleichen Ebene wie die Leiterbahnen angeordnet sind.

2. Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Leiterbahnen (26 bis 29) Teile eines Ringes bilden.

3. Gleichstrommotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Flanschring (10) am Innenrand einer auf den Durchmesser und die Dicke des Wicklungskörpers (9) abgestimmten Ringnut (41) eine einstückig angeformte Zentrierrippe (43) aufweist, welche durch die Fensteröffnungen (30 bis 33) unterbrochen ist.

4. Gleichstrommotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Begrenzungsfläche (42) der Ringnut (41) konisch verläuft, derart, daß sie mit der äußeren Mantelfläche (9′) des Wicklungskörpers (9) eine umlaufende Keilnut bildet.

5. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Wicklungsanschlüsse (22, 23, 24, 25) auf den Leiterbahnen (26, 27, 28, 29) angeschweißt sind.

6. Verfahren zur Herstellung eines eine eisenlose, selbsttragende Wicklung eines Gleichstrommotors haltenden Flanschringes, welcher Leiterbahnen zur Bildung von Anschlußstellen für die Wicklungsanschlüsse aufweist, da­ durch gekennzeichnet, daß die Leiterbahnen für mehrere Flanschringe lagerichtig und zusammenhängend vorgestanzt in die Gußform eingelegt und gemeinsam umspritzt und durch einen abschließenden Stanz­ vorgang voneinander elektrisch getrennt werden.

7. Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbahnen in radial innerhalb des Flanschringes angeordnete An­ schlußstellen übergehen, wobei die Wicklung rotiert.

8. Gleichstrommotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die radial inneren Anschlußstellen umfangsmäßig gleich verteilt in Kollektorlamellen (71, 72, 73, 74) eines Planarkollektors übergehen oder mit solchen elektrisch leitend verbunden sind.

9. Verfahren zur Herstellung eines Gleichstrommotors nach einem der An­ sprüche 1 bis 5, 7, 8, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere jeweils gemeinsam zu einem Flanschring gehörigen und jeweils durch einen gemeinsamen Zentrierring (48) miteinander verbundenen Leiterbahngruppen (26 bis 29) bzw. Kollektorlamellen (71 bis 74) unter sich durch äußere Ver­ bindungsstege (49, 50) miteinander stanzstreifenartig verbunden sind und gemeinsam in die Gußform eingelegt und gleichzeitig umspritzt werden.