DE4105969C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Rotorkern-Isolationshülle für Miniaturmotoren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere solche Hüllen, die den Wicklungsraumfaktor und die Isolationseigenschaften der Rotorwicklung verbessern.

Die Erfindung geht aus von einer Rotorkern-Isolationshülle gemäß der DE-AS 25 11 606.

Die Fig. 6 zeigt einen Miniaturmotor, auf den die Erfindung anwendbar ist, und der z. B. aus dem DE-GM 17 38 273, der FR-PS 11 58 589 und der US-PS 22 32 812 entnehmbar ist. Eine Bürste 13 ist einstückig mit einem Anschluß 12 ausgebildet, der von einem kleinen Gehäuseteil 11 getragen wird. Die Bürste 13 kontaktiert einen Kommutator 17. Eine Motorwelle läuft in Lagern 14 und 15, und der 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. Der Miniaturmotor wird durch den Strom, der in der Rotorwicklung 19 fließt, und einen Permanentmagneten 21, der auf der Innenfläche eines größeren Gehäuseteils 20 fixiert ist, zur Drehung veranlaßt.

In dem Miniaturmotor der in Fig. 6 gezeigten Art ist ein den Rotorkern 18 umfassender Eisenkern beispielsweise aus laminier­ ten Silicon-Stahlblechen hergestellt. Ferner ist beidseitig je eine Isolationshülle 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.

Die Isolationshülle 23 weist eine Form auf, die der Form der Endfläche oder Stirnseite des Rotorkerns 18 in Richtung der Motorwelle 16 entspricht, wobei die Rippen 23-1 der Hülle 23 beispielsweise durch Pressen 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 die Hülle 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, werden die seitlichen Rippen 23-1 durch Pressen unter im wesentlichen rechten Winkeln gebogen. Die Rippen 23-1 des isolierenden Kerns 23 sollten in eng anliegendem Kontakt mit dem Rotorkern gehalten werden. Jedoch wird bei einer Preßbearbeitung der Isolationshülle der Abstand zwischen dem Gesenk und dem Stempel (nicht dargestellt) auf dieselbe Dimension wie die Dicke des Materials der Hülle 23 eingestellt. Dies bewirkt, daß der Biegungswinkel der Rippe 23-1 infolge eines Zurückfederns des Materials größer als ein rechter Winkel ist. Daher neigt der Wicklungsraumfaktor der Rotorwicklung 19, die auf die Isolationshülle 23 gewickelt ist, dazu, infolge eines zwischen der Rotorwicklung 19 und dem Rotorkern 18 bestehenden und in Fig. 7B gezeigten Raums herabgesetzt zu werden.

In den Miniaturmotoren gemäß Fig. 7 nimmt die Kraft, die der Leiterdraht auf die seitliche Rippe 23-1 der Hülle 23 ausübt, vom Beginn des Wickelns an mit fortschreitender Wicklung der Rotorwicklung 19 zu. Infolgedessen wird mit fortschreitendem Bewickeln der Biegungswinkel der Rippe 23-1 allmählich kleiner. Das heißt, 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, wennn die Rotorwicklung 19 bis auf ein solches Ausmaß gegen den Rotorkern gedrückt wird, daß die Rotorwicklung 19 eventuell in Kontakt mit dem Rotorkern 18 kommt. Hieraus resultiert, daß die Vibrationen, die durch die Drehung des Rotors 22 hervorgerufen werden, bewirken, daß die Rotorwicklung 19 und der Rotorkern 18 zueinander in konstanter Reibung stehen, welches die Zerstörung der Isola­ tionsbeschichtung der Rotorwicklung 19 zur Folge hat. Dies kann zu unerwünschten Leckproblemen führen.

In der eingangs erwähnten DE-AS 25 11 606 weisen die seitlich am Rotorkern anliegenden Rippen (die die Isolationshülle aus­ bilden) eine geringere Dicke auf als der Stirnseitenabschnitt der Isolationshülle. Vom Stirnseitenende zum freien Ende hin nimmt die Dicke der durch ein Spritzgießverfahren hergestellten Isolationshüllenrippen kontinuierlich zu. Auf diese Weise soll im Übergangsbereich zum Stirnseitenabschnitt bei dort minimaler Rippenwandstärke ein möglichst großer Nutraum für die zum Wickelkopf hin abzuwickelnde Läuferwicklung zur Verfügung gestellt werden und ferner durch die dickeren Rippenenden eine freischwebende Überbrückung eines nicht von den Rippen bedeck­ ten Kernbereichs ermöglicht werden. Es ist dabei jedoch zu beachten, daß im Bereich minimaler Rippendicke die mechanischen Eigenschaften und die Isolationseigenschaften weniger gut sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Rotorkern-Isolationshülle zu schaffen, die gute Isolations­ eigenschaften hat und einen zufriedenstellenden Wicklungsraum­ faktor gewährleistet.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die Erfinder erkannten einerseits, daß bei einer geringeren Rippendicke der anhand der beschriebenen Figuren geschilderte nachteilige Effekt zuverlässig vermieden wird, und anderer­ seits, daß es gelingt, die elektrischen Isolationseigenschaften auch bei geringerer Dicke aufrechtzuerhalten, wenn die Herabsetzung der Dicke durch eine Streckziehbearbeitung erfolgt. Bei dieser Art Bearbeitung wird die Rippendicke von einem Wert t₁ auf t₂ bzw. t₃ verringert, indem die isolierende Hülle mit einem Stempel einer Breite, die dem Rippenabstand oder der Nutbreite der Hülle entspricht, und einer Matrix entsprechend geringerer Nutweite bearbeitet wird. Auf diese Weise wird die Rippendicke auf t₂ bzw. t₃ heruntergedrückt. Mit anderen Worten ist es durch diesen Vorgang möglich, die Dichte der Rippen trotz Verminderung ihrer Dicke zu erhöhen. Damit wird das elektrische Isolationsvermögen der Rippen nicht verschlechtert.

Der weiter unten erläuterte Bearbeitungsvorgang entspricht dem in der Metallbearbeitung als Abstreckziehen oder Abstreck­ drücken bezeichneten Formgebungsverfahren, bei dem ein Körper mit einem gegen den Boden drückenden Stempel durch eine Abstreckmatrix gezogen wird.

Gemäß Anspruch 2 ermöglicht diese erfindungsgemäß eingesetzte Art der Bearbeitung zudem auf einfache Weise, die Spitzen der Rippen in ihrer ursprünglichen Dicke zu belassen, so daß der Abstand der Rippenenden vergrößert werden kann.

Die Art und Weise, wie die Rippen und der Stirnseitenabschnitt der isolierenden Hülle 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 Stirnseitenab­ schnitt von der Rotorwicklung bedeckt werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

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

Fig. 2 eine schematische Hilfsdarstellung zur Erläuterung der Preß- oder Druckbearbeitung der Isolationsrippen der Isolations­ hülle gemäß der Erfindung;

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

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

Fig. 5A und 5B Darstellungen zur Erläuterung eines Beispiels für einen Motor, bei dem das Ausführungsbeispiel der Fig. 4A u. 4B ange­ wandt ist;

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

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

Fig. 8 die Schnittansicht der Fig. 7B zu einem späteren Zeit­ punkt 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 eine Isolationshülle in einem Rotor dargestellt, wobei Fig. 1B eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A in Fig. 1A zeigt. Die Bezugszahl 1 be­ zeichnet die Isolationshülle, 1-1 bezeichnet einen isolierenden Stirnseiten- oder Endflächenabschnitt, und 1-2 zeigt eine isolierende Rippe an.

Der isolierende Stirnseitenabschnitt 1-1 weist eine Form auf, die im wesentlichen der Form des Rotorkerns 18 des Miniaturmotors (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 Streck­ ziehen 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 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 Stirn­ seitenabschnitt 1-1 auf 20 bis 85% von t₁ gebracht werden, ergibt sich wie folgt: eine Reduzierung von t₁ und t₃ auf gerin­ gere Werte als 20% von t₁ würde die mechanische Festigkeit reduzieren, die Isolationseigenschaft verschlechtern, während eine Reduzierung von t₂ und t₃ auf größere Werte als 60% 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 Streckziehen zum Ausbilden der Isolations­ rippe 1-2 unter Bezug auf die Fig. 2 erläutert. Das Streckziehen wird unter Verwendung eines Stempels 3 mit einer Breite W, d. h. mit einer Breite, die dieselbe Ausdehnung wie die Nutbreite W der isolierenden Ripen 1-2 aufweist, und einer Matrize 4 durch­ geführt, die eine Nutbreite W¹ aufweist, die so breit ist wie W + t₂ + t₃. Die in Fig. 1 gezeigte Isolationshülle 1 wird durch den obigen Streckziehvorgang ausgebildet.

Der Rotorkern 18 wird beidseitig mit je einer Isolationshülle 1 bedeckt, die in oben beschriebener Weise ausgebildet wird und auf die die Rotorwicklung 19 gewickelt wird.

Das unter Bezugnahme auf Fig. 1 erläuterte Ausführungsbeispiel kann bei einem 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 die Isolationshülle 1 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 Isola­ tionsrippe 1-2 der Isolationshülle 1 in engen, dicht anliegenden Kontakt mit dem Rotorkern 18 geraten und die Dicke t₂ der Iso­ lationsrippe 1-2 geringer als die Dicke t₁ gemacht wird. Darüber hinaus wird die elektrische Isolationseigenschaft nicht ver­ schlechtert, da die Dicke t₂ der Isolationsrippe 1-2 durch Streckziehen geringer als die Dicke t₁ des isolierenden Stirn­ seitenabschnitts 1-1 ausgebildet wird. Infolgedessen können der Wicklungsraumfaktor und die Isolationseigenschaften der Rotor­ wicklung 19 verbessert werden. Falls der Spalt G (Fig. 3B) zwi­ schen 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 die Isolationshülle 1 bedeckt werden, wodurch die Isolierung zwischen der Rotorwick­ lung 19 und dem Rotorkern 18 in größerem Maße sichergestellt werden kann.

Die Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.

In Fig. 4A ist eine Isolationshülle 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 der Isolationshülle, 2-2 eine Isolationsrippe und 2-3 eine Rippenspitze bzw. das freie Ende der Rippe.

Die Isolationshülle aus Fig. 4 weist die in der Figur dargestellte Rippenspitze 2-3 am freien 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. Das heißt., der Isolationskern 2 wird wie im Fall des Ausführungsbeispiels aus Fig. 1 durch Streckziehen ausgebildet, wobei die Rippenspitze 2-3 jedoch unversehrt und gleich belassen wird. Infolgedessen ist die Dicke der Rippenspitze 2-3 bei der Bearbeitung auf derselben Dicke wie die Dicke t₁ (die Materialdicke) des isolierenden Stirnseitenabschnitts 1-1 gehalten.

Die Fig. 5 zeigt den Rotor 22 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 Elemen­ ten, für die sie auch in den Fig. 3 und 4 verwendet wurden.

Im in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Isolations­ hülle 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 der Isolationshülle 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 Stirn­ seitenabschnitt 2-1, die Isolationsrippe 2-2 und die Rippen­ spitze 2-3 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 Isolations­ eigenschaften der Rotorwicklung 19 verbesserbar.

Darüber hinaus kann am gebogenen Abschnitt der Isolationshülle 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 der Isolationshülle 1 und die Verbesserung des Wicklungsraumfaktors der Rotorwicklung 19.

Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, ermöglicht die Erfindung, den Wicklungsraumfaktor und die Isolationseigen­ schaften der Rotorwicklung zu verbessern, da die Isolationsrippe der Isolationshülle so bearbeitet werden, daß ihre Dicke herab­ gesetzt ist, und der Abschnitt des Rotorkerns, auf den die Rotorwicklung gewickelt ist, wird von der isolierenden Rippe anliegend bedeckt.

Claims (2)

1. Rotorkern-Isolationshülle für Miniaturmotoren, die einen Stator mit einem Permanentmagneten und einen Rotor mit einer Rotorwicklung aufweisen, wobei die Rotor­ wicklung durch zwei auf dem Rotorkern angebrachte Isolationshüllen von dem Rotorkern isoliert ist, wobei die einzelne Rotorkern-Isolationshülle einen eine Stirn­ seite des Rotorkerns bedeckenden isolierenden Stirnseiten­ abschnitt und damit einstückig ausgebildete Isolations­ rippen vorbestimmter Länge aufweist, die in die Rotornuten hineinragen und eine geringere Dicke als der Stirnseiten­ abschnitt aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolationsrippen (1-2; 2-2) durch eine Streckzieh­ bearbeitung auf die geringere Dicke (t₂, t₃) gebracht sind.

2. Rotorkern-Isolationshülle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die freien Enden (2-3) der Isolationsrippen (2-2) jedoch dieselbe Dicke wie der isolierende Stirnseiten­ abschnitt (2-1) aufweisen.