DE4105969A1 - Rotor-isolationskern fuer miniaturmotoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft allgemein Rotor-Isolationskerne für Miniaturmotoren und insbesondere Isolationskerne für den Rotor von Miniatormotoren, die dazu ausgelegt sind, den Wicklungsraumfaktor und die Isolationseigenschaften der Rotorwicklung zu verbessern.

Die Fig. 6 zeigt einen Miniaturmotor, auf den die Erfindung anwendbar ist, und der im wesentlichen denselben Aufbau wie gebräuchliche Miniaturmotoren aufweist. Dies bedeutet, daß eine Bürste 13 einstückig mit einem Anschluß 12 ausgebildet ist, der von einem kleinen Gehäuse 11 getragen wird. Die Bürste 13 kontaktiert einen Kommutator 17. Eine Motorwelle läuft in Lagern 14 und 15, und ein Kommutator 17 und ein Rotorkern 18 sind auf der Motorwelle 16 angebracht. Der Rotorwicklung 19, die auf den Rotorkern 18 gewickelt ist, wird Strom über den Anschluß 12, die Bürste 13 und den Kommutator 17 zugeführt. Ein Miniaturrotor 22 ist dazu ausgelegt, durch den Strom, der in der Rotorwicklung 19 fließt, und einen Permanentmagneten 21, der auf der Innenfläche eines größeren Gehäuses 20 fixiert ist, zur Drehung veranlaßt zu werden.

In einem Miniaturmotor der in Fig. 6 gezeigten Art ist ein den Rotorkern 18 umfassender Eisenkern beispielsweise aus laminierten Silicium-Stahlblechen hergestellt. Folglich ist ein isolierender Kern 23 zwischen dem Rotorkern 18 und der Rotorwicklung 19 angebracht, wie aus Fig. 7 hervorgeht. Die Fig. 7A zeigt eine Ansicht von vorn auf den Rotor, wobei die Blickrichtung dem Pfeil in Fig. 6 entspricht, während Fig. 7B eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A in Fig. 7A zeigt.

In dem gebräuchlichen Miniaturmotor aus Fig. 7 weist der isolierende Kern 23 eine Form auf, die der Form der Endfläche oder Stirnseite des Rotorkerns 18 in Richtung der Motorwelle 16 entspricht, wobei die Seitenkanten 23-1 des Kerns 23 beispielsweise durch Pressen oder Stanzen in eine solche Richtung gebogen sind, daß sie sich entlang der Seite des Rotorkerns 18 erstrecken. Die Rotorwicklung 19 wird dann auf den Rotor 22 gewickelt, wenn der isolierende Kern 23 an beiden Enden des Rotorkerns 18 angeordnet ist, wie dies in Fig. 7B dargestellt ist. D. h., der Rotor 22 weist einen solchen Aufbau auf, daß eine elektrische Isolation zwischen dem Rotorkern 18 und der Rotorwicklung 19 sichergestellt wird, indem verhindert wird, daß die Rotorwicklung 19 in direkten Kontakt mit dem Rotorkern 18 gerät.

Wie oben erwähnt, wird die seitliche Kante 23-1 des isolierenden Kerns 23 im gebräuchlichen Miniaturmotor aus Fig. 7 durch Pressen oder Stanzen unter im wesentlichen rechten Winkeln gebogen. Sie Seitenkante oder der Seitenrand 23-1 des isolierenden Kerns 23 sollte vorzugsweise in eng anliegendem Kontakt mit dem Rotorkern gehalten werden. Jedoch wird bei einer Preßbearbeitung des isolierenden Kerns der Abstand zwischen dem Gesenk und dem Stempel (nicht dargestellt) auf dieselbe Dimension wie die Dicke des Materials vom isolierenden Kern 23 eingestellt. Dies bewirkt, daß der Biegungswinkel der Seitenkante 23-1 des isolierenden Kerns 23 infolge eines Zurückschnellens und Zurückfederns des Materials größer als ein rechter Winkel ist. Infolgedessen neigt der Wicklungsraumfaktor der Rotorwicklung 19, die auf den isolierenden Kern 23 gewickelt ist, dazu, infolge eines zwischen der Rotorwicklung 19 und dem Rotorkern 18 bestehenden und in Fig. 7B angezeigten Raums herabgesetzt zu werden. Der verminderte Wicklungsraumfaktor führt zur begrenzten Anzahl von Wicklungen.

In den gebräuchlichen Miniaturmotoren der in Fig. 7 gezeigten Art variiert die Kraft, die auf die Seitenkante 23-1 des isolierenden Kerns 23 wirkt, vom Beginn des Wickelns an bis zu einem Zustand, in dem die Kraft, die bei einer Windung der Wicklung hervorgerufen wird, mit fortschreitender Wicklung der Rotorwicklung 19 akkumuliert wird. Infolgedessen wird, sowie der Wickelvorgang vom Anfangsstadium an fortschreitet, der Biegungswinkel der Seitenkante 23-1 des isolierenden Kerns 23 allmählich kleiner. D. h., der Raum 24 zwischen der Rotorwicklung 19 und dem Rotorkern 18 ändert sich allmählich aus dem in Fig. 7B gezeigten Zustand im Anfangsstadium der Wicklung in einen in Fig. 8 gezeigten Zustand, wenn die Rotorwicklung 19 bis auf ein solches Ausmaß gegen den Rotorkern 18 gezwungen wird bzw. gedrückt wird, daß die Rotorwicklung 19 eventuell in Kontakt mit dem Rotorkern 18 kommt. Hieraus resultiert, daß die Vibration, die durch die Drehung des Rotors 22 hervorgerufen wird, bewirkt, daß die Rotorwicklung 19 und der Rotorkern 18 zueinander in konstanter Reibung stehen, welches die Zerstörung der Isolationsbeschichtung der Rotorwicklung 19 zur Folge hat. Dies kann zu unerwünschten Leckproblemen führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben genannten Probleme zu beseitigen und einen Rotor-Isolationskern zu schaffen, der so ausgelegt ist, daß der Wicklungsraumfaktor und die Isolationseigenschaften der Rotorwicklung verbesserbar sind.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst.

Der erfindungsgemäße Rotor-Isolationskern ist für Miniaturmotoren ausgelegt, die einen Stator mit feldformendem Permanentmagneten, einen Rotor mit einer Rotorwicklung, die auf den Rotorkern gewickelt ist, der an einer Motorwelle fixiert ist, sowie den isolierenden Kern umfassen, der auf der Oberfläche des Rotorkerns angeordnet ist. Dabei ist die Rotorwicklung über dem isolierenden Kern auf den Rotorkern gewickelt. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der isolierende Kern aus einem isolierenden Stirnseiten- oder Endflächenabschnitt besteht, der die Stirnseite oder Endfläche des Rotorkerns bedeckt, und darüber hinaus eine isolierende Rippe aufweist, die die Seite des Rotorkerns bedeckt, wobei beide Teile einstückig ausgebildet sind. Die isolierende Rippe wird beispielsweise durch Tiefziehen oder Streckziehen (ironing) in einer solchen Weise hergestellt, daß sie durch diesen Bearbeitungsvorgang eine Dicke aufweist, die geringer als die Dicke des isolierenden Stirnseitenabschnitts ist, und mit einer vorbestimmten Länge geformt wird. Ferner werden diese Rippe bzw. jeweils zwei Rippen so angeordnet, daß sie den Rotorkern, auf den die Rotorwicklung gewickelt wird, bedecken. Die Art und Weise, wie die Rippen und der Stirnseitenabschnitt des isolierenden Kerns den Rotorkern bedecken, ist aus den im folgenden erläuterten Figuren ersichtlich. Dasselbe gilt auch für die Art und Weise, in der die Rippen und der Stirnseitenabschnitt von der Rotorwicklung bedeckt werden.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1A und B schematische Darstellungen zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 2 eine schematische Hilfsdarstellung zur Erläuterung der Preß- oder Druckbearbeitung der Isolationsrippe des isolierenden Kerns gemäß der Erfindung,

Fig. 3A und B Darstellungen zur Erläuterung eines Beispiels für einen Motor, auf den das Ausführungsbeispiel aus Fig. 1 angewandt ist,

Fig. 4 eine Hilfsdarstellung zur Erläuterung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 5A und B Darstellungen zur Erläuterung eines Beispiels für einen Motor, auf den das Ausführungsbeispiel der Fig. 4 angewandt ist,

Fig. 6 einen gebräuchlichen Miniaturmotor, auf den die Erfindung anwendbar ist,

Fig. 7A und B einen Rotor aus dem Stand der Technik von oben und im Schnitt, und

Fig. 8 die Schnittansicht der Fig. 7B zu einem späteren Zeitpunkt des Wickelvorgangs für die Rotorwicklung.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Fig. 1A und 1B erläutert.

In Fig. 1A ist eine Aufsicht auf einen isolierenden Kern in einem Rotor dargestellt, wobei Fig. 1B eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A in Fig. 1A zeigt. Die Bezugszahl 1 bezeichnet den isolierenden Kern, 1-1 bezeichnet einen isolierenden Stirnseiten- oder Endflächenabschnitt und 1-2 zeigt eine isolierende Rippe oder Leiste an.

Der isolierende Kern 1 aus Fig. 1 besteht aus dem isolierenden Stirnseitenabschnitt 1-1 und der Isolationsrippe 1-2. Der isolierenden Stirnseitenabschnitt 1-1 weist eine Form auf, die im wesentlichen der Form des Rotorkerns 18 vom Miniatormotor (in Fig. 6 dargestellt) in Richtung der Motorwelle 16 entspricht, wobei dieses Ausführungsbeispiel der Erfindung auf einen solchen Motor angewandt ist. Die Isolationsrippe 1-2 wird durch Tiefziehen ausgebildet, welches weiter unten in Verbindung mit Fig. 2 näher erläutert werden wird. Die Dicke t₁ des isolierenden Stirnseitenabschnitts 1-1 entspricht im wesentlichen der Dicke des Materials. Die Isolationsrippe 1-2 wird durch Tiefziehen bzw. Streckziehen derart geformt, daß die Dicken t₂ und t₃ der Isolationsrippe 1-2 etwa 20 bis 85% der Dicke t₁ annehmen. Der Grund dafür, daß die Dicken t₂ und t₃ auf den beiden Seiten eines Steges vom Stirnseitenabschnitt 1-1 auf 20 bis 85% von t₁ gebracht, ergibt sich wie folgt:
eine Reduzierung von t₁ auf t₃ auf geringere Werte als 20% von t₁ würde die mechanische Festigkeit reduzieren, die Isolationseigenschaft verschlechtern, während eine Reduzierung von t₂ und t₃ auf größere Werte als 80% von t₁ den eingangs beschriebenen Zurückschnelleffekt hervorrufen würde, woraus eine Verschlechterung des Wicklungsraumfaktors resultieren würde. Die Nutbreite W zwischen den in Fig. 1B dargestellten Isolationsrippen 1-2 entspricht der Breite W (in Fig. 3 dargestellt) des Rotorkerns 18, und die Länge l der Isolationsrippe 1-2 kann einen geeigneten Längenwert annehmen und braucht nicht so lang zu sein, daß die gesamte Seitenfläche des Rotorkerns 18 bedeckt wird.

Im folgenden wird das Tiefziehen zum Ausbilden der Isolationsrippe 1-2 des isolierenden Kerns 1 unter Bezug auf die Fig. 2 erläutert. Das Tiefziehen wird unter Verwendung eines Stempels 3 mit einer Breite W, d. h. mit einer Breite, die dieselbe Ausdehnung wie die Nutbreite W der isolierenden Rippen 1-2 aufweist, und einer Matrize 4 durchgeführt, die eine Nutbreite W′ aufweist, die so breit ist wie W+t₂+t₃. Der in Fig. 1 gezeigte Isolationskern 1 wird durch den obigen Tiefzieh- oder Streckvorgang ausgebildet.

Der Rotorkern 18 wird beidseitig mit dem isolierenden Kern 1 bedeckt, der in oben beschriebener Weise ausgebildet wird und auf den die Rotorwicklung 19 gewickelt wird.

Das unter Bezugnahme auf Fig. 1 erläuterte Ausführungsbeispiel kann auf einen Rotor eines Miniaturmotors angewandt werden, der in Fig. 3 gezeigt ist. Die Fig. 3A zeigt eine Vorderansicht des Rotors, in Richtung der Motorwelle gesehen, und die Fig. 3B zeigt eine Querschnittsansicht entlang einer Linie A-A in Fig. 3A.

In den Fig. 1 bis 7 bezeichnen übereinstimmende Bezugszeichen gleiche Elemente.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 ist ein Rotor 22 vorgesehen, in dem der isolierende Kern aus Fig. 1 an beiden Endflächen oder Stirnseiten des Rotorkerns 18 angeordnet ist, wobei die Rotorwicklung 19 in der gezeigten Weise auf den isolierenden Kern gewickelt ist.

Wie in Fig. 3B gezeigt ist, tritt ein Zurückschnellen, wie es zu Beginn der Beschreibung erläutert wurde, im Zustand, in dem die Rotorwicklung 19 auf den Rotorkern 18 gewickelt ist, nicht auf, weil der isolierende Stirnseitenabschnitt 1-1 und die Isolationsrippe 1-2 des isolierenden Kerns 1 in engen, dicht anliegenden Kontakt mit dem Rotorkern 18 geraten und die Dicke t₂ der Isolationsrippe 1-2 geringer als die Dicke t₁ gemacht wird. Darüber hinaus wird die elektrische Isolationseigenschaft nicht verschlechtert, da die Dicke t₂ der Isolationsrippe 1-2 durch Tiefziehen geringer als die Dicke t₁ des isolierenden Stirnseitenabschnitts 1-1 ausgebildet wird. Infolgedessen können der Wicklungsraumfaktor und die Isolationseigenschaften der Rotorwicklung 19 verbessert werden. Falls der Spalt G (Fig. 3B) zwischen den Spitzen des Rotorkerns 18 durch geeignete Einstellung der Länge l der Isolationsrippe 1-2 in der in Verbindung mit Fig. 1B erläuterten Weise geeignet reduziert wird, kann der Rotorkern 18 im wesentlichen durch den isolierenden Kern 1 bedeckt werden, wodurch die Isolierung zwischen der Rotorwicklung 19 und dem Rotorkern 18 in größerem Maße sichergestellt werden kann.

Die Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.

In Fig. 4A ist ein isolierender Kern 2 von oben gezeigt, wohingegen Fig. 4B eine Schnittansicht entlang der Linie A-A aus Fig. 4A darstellt. Die Bezugszahl 2-1 bezeichnet den stirnseitigen Abschnitt des isolierenden Kerns, 2-2 eine Isolationsrippe und 2-3 eine Rippenspitze bzw. das oberste Ende der Rippe.

Der Isolationskern aus Fig. 4 weist die in der Figur dargestellte Rippenspitze 2-3 am oberen Ende der Isolationsrippe 2-2 auf. Im übrigen weist das Ausführungsbeispiel der Fig. 4 denselben Aufbau wie das Ausführungsbeispiel aus Fig. 1 auf und wird durch dasselbe Bearbeitungsverfahren hergestellt. D. h., der Isolationskern 2 wird wie im Fall des Ausführungsbeispiels aus Fig. 1 durch Tiefziehen bzw. Streckziehen ausgebildet, wobei die Rippenspitze 2-3 unversehrt und gleich belassen wird. Infolgedessen ist die Dicke der Rippenspitze 2-3 durch die Bearbeitung auf dieselbe Dicke wie die Dicke t₁ (die Materialdicke) des isolierenden Stirnseitenabschnitts 1-1 gebracht.

Die Fig. 5 zeigt den Rotor eines Miniaturmotors, für den das Ausführungsbeispiel der Fig. 4 ausgelegt ist. Die Fig. 5A zeigt den Rotor aus der Richtung der Motorwelle von vorn, und die Fig. 5B zeigt einen Querschnitt entlang der Linie A-A in Fig. 5A. Die verwendeten Bezugszeichen entsprechen den Elementen, für die sie auch in der Fig. 3 und 4 verwendet wurden.

Im in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Isolationskern 2 aus Fig. 4 wiederum wie im Fall des Ausführungsbeispiels der Fig. 3 auf beiden Stirnseiten des Rotorkerns 18 angeordnet, wobei die Rotorwicklung 19 nach Anbringung des Isolationskerns auf den Rotorkern 18 gewickelt wird. Das Stadium, in dem die Rotorwicklung 19 auf den Rotorkern 18 gewickelt ist, ist in Fig. 5B gezeigt. Wiederum tritt das zu Beginn der Beschreibung erwähnte Zurückschnellen nicht auf, weil der isolierende Stirnseitenabschnitt 2-1, die Isolationsrippe 2-2 und die Rippenspitze 2-3 des Isolationskerns 2 in eng anliegenden Kontakt mit dem Rotorkern 18 geraten und die Dicke t₂ der Isolationsrippe 2-2 geringer als die Dicke t₁ des isolierenden Stirnseitenabschnitts gemacht ist.

Infolgedessen sind der Wicklungsraumfaktor und die Isolationseigenschaften der Rotorwicklung 19 verbesserbar.

Darüber hinaus kann ab gebogenen Abschnitt des isolierenden Kerns 1 auf der der Biegerichtung entgegengesetzten Seite eine nicht in der Figur dargestellte Nut vorgesehen werden. Eine Nut (in Form einer Einkerbung, eines Einschnitts oder auch beispielsweise einer Kerbe) unterstützt die Verhinderung des Zurückschnellens oder Zurückfederns des isolierenden Kerns 1, die Verbesserung des Wicklungsraumfaktors der Rotorwicklung 19, und verhindert, daß die Isolationseigenschaften des isolierenden Kerns 1 sich verschlechtern.

In den beschriebenen Ausführungsbeispielen wurde der isolierende Kern durch ein Tiefziehverfahren hergestellt, jedoch kann der isolierende Kern auch z. B. unter Verwendung einer Spritzgießmaschine in einem Stück in Form hergestellt werden.

Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, ermöglicht die Erfindung, den Wicklungsraumfaktor und die Isolationseigenschaften der Rotorwicklung zu verbessern, da die Isolationsrippe des isolierenden Kerns so bearbeitet bzw. tiefgezogen wird, daß ihre Dicke herabgesetzt ist, und der Abschnitt des Rotorkerns, auf den die Rotorwicklung gewickelt ist, wird von der isolierenden Rippe bedeckt.

Claims (4)

1. Rotor-Isolationskern für Miniaturmotoren, aufweisend einen Stator mit einem feldformenden Permanentmagneten, einem Rotor mit einer Rotorwicklung, die auf einen fest an einer Motorwelle angebrachten Rotorkern gewickelt ist, und einen isolierenden Kern, der auf der Oberfläche des Rotorkerns angebracht ist, wobei die Rotorwicklung über diesen isolierenden Kern auf den Rotorkern gewickelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der isolierende Kern (1; 2) aus einem isolierenden Stirnseitenabschnitt (1-1; 2-1), der die Stirnseite des Rotorkerns (18) bedeckt, und einer Isolationsrippe (1-2; 2-2) besteht, die die Seite des Rotorkerns bedeckt, daß beide Teile einstückig ausgebildet sind, daß die Isolationsrippe in einer solchen Weise ausgebildet wird, daß sie eine Dicke (t₂, t₃), die geringer als die des isolierenden Stirnseitenabschnitts ist, und eine vorbestimmte Länge (l) aufweist, und daß diese Rippe in einer solchen Weise angeordnet ist, daß sie den Rotorkern bedeckt, auf den die Rotorwicklung gewickelt ist.

2. Rotor-Isolationskern für Miniaturmotoren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolationsrippe (1-2; 2-2) des Isolationskerns (1; 2) durch Spritzgießen so ausgebildet wird, daß sie eine geringere Dicke als der isolierende Stirnseitenabschnitt (1-1; 2-1) aufweist.

3. Rotor-Isolationskern für Minaturmotoren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitze (2-3) der Isolationsrippe (2-2) dieselbe Dicke wie der isolierende Stirnseitenabschnitt (2-1) aufweist.

4. Rotor-Isolationskern für Miniaturmotoren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am gebogenen Abschnitt des isolierenden Stirnseitenabschnitts (1-1; 2-1) zum Ausschließen einer Zurückfederung des isolierenden Kerns (1; 2) eine Nut vorgesehen ist.