DE6912985U - Elektrischer motor mit nutenlosem laeufer - Google Patents

Description

Patentanwalt
Dipl.-Ing. Walter Jadcisch

Stuttgart N, Menzelstraßo 40

28. Aug. 1969

F^: rrna
Albert Mutter A 30 975 Iu

~.lek tr oma s chi nenbau
-7880 - Säckingen

Schaffhouser Str. 1J>
G 69 12 985.7 7102

Elektrischer Motor mit nutenlosem Läufer

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Motor, insbesondere zur Verwendung als Servomotor, mit einem nutenlosen Läufer, deseen zylindrischer Eisenkern an seinem Umfang die Läuferwicklung tragt.

Sei den in der Kegel zum Betrieb mit Gleichstrom vorgesehenen Servomotoren ist der mit einem Kommutatorteil versehene Läufer in der Regel so ausgebildet, daß sein aus Bleohlamellen zusammengesetzter, zylindrischer Eisenkern nahe seiner Umfangsfläohe parallel zur Drehachse oder zu dieser schwach geneigte Hüten enthält, in welche die Drähte der Läuferwioklung eingelegt sind. Wegen des kleinen zwischen den Nuten verbleibenden Stegquerschnittes tritt schon bei verhältnismässig niedrigen Werten des magnetischen Plusseβ eine Sättigung auf, durch welche die spezifische, auf das Gewicht bezogene Leistung begrenzt wird. RIr die Verwendung als Servomotor

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ist es außerdem wichtig, daß der läufer des Motors nur ein geringeβ Rotations-Trägheitsmoment aufweist« wenn die geforderten kurzen Stellzeiten erreicht werden aollen. Aus diesem Grunde verbietet es sich, bei genuteten Läufern durch Vergrößerung des Aussendurchmessers die Sättigungsgrenze zu erhöhen.

Sb Bind bereits vorzugsweise als Stellmotoren bzw. Servomotoren verwendbare Gleichstrommotoren bekanntgeworden, bei welchen der Läufer ohne Nuten ausgeführt ist und sein Eisenkern aus ringförmigen Blechlamellen zusammengesetzt ist, die lediglich zur Aufnahme der aus magnetisch schlecht leitendem Werkstoff hergestellten Läuferwelle eine einzige zentrale Bohrung enthalten. Bei diesen bekannten Motoren ist der nutenlose Ankerkern mit einem Glasseideband umwickelt. Auf die so erzeugte Isolierstoffschicht werden dann die vorbereiteten formspulen der Läuferwicklung aufgesetzt und dann mit einem sämtliche Spulen umschlieβsenden Glasseideband in ihrer Lage auf dem Ankerkern befestigt. Bei dieser Ausbildung des nutenlosen Ankers bzw. Läufers ist es nachteilig, daß die einzelnen Ankerdrähte beim Aufbringen der Läuferwicklung nur sehr schwer in zueinander gleiche Abstände gebracht und während des Betriebs in dieser genau definierten Lage festgehalten werden können. Hierdurch ergibt sich der weitere Nachteil,

daß vor allem im Betrieb mit niedrigen Drehzahlen kein ausreichender Rundlauf und vor allem für jeden Drehwinkel des Läufers kein gleichbleibendes Drehmoment entlang dem Umfang dee Läufers erzielt werden kann. Dies ist jedoch für kleine Stellwege und kurze Verstellzeiten bei einem Servoantrieb unbedingt erforderlich. Weiterhin ist es schwierig, die einzelnen Ankerdrähte beim Aufwickeln in ihre vorgeschriebene genaue Lage zu bringen, wenn diese unmittelbar auf den mit einer Isolierst off schicht versehenen Eisenkern aufgewickelt werden sollen. Außerdem erfordert ein derartiges unmittelbares Aufwickeln der Ankerdrähte besondere Vorrichtungen, durch welche die Herstellung erschwert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden und eine Anordnung zu schaffen, mit welcher eine gleichmässige Verteilung der Ankerdrähte über den Läuferumfang sichergestellt und auch bei langer Betriebszeit aufrechterhalten werden kann. Dies läßt eich bei einem elektrischen Motor der eingangs beschriebenen Art dadurch erreichen, daß erfindungsgemäß auf dem Eisenkern des Läufers ein Isolierstoffkörper sitzt, der einrvu rohrförmigen, am Eisenkern anliegenden Mantel und mehrere über den Umfang des Mantels im Abstand voneinander verteilt angeordnete, mit diesem verbundene, rippenartige Vorsprünge hat,

zwisehen welche die Aulcerdrähte der Läuferwicklung eingelegt sind. Durch diese mit dem zylindrischen Mantel des Isolierstoffkörpers verbundenen rippenartige Vorspränge wird es möglich, daß die Position der einzelnen Ankerdrähte während und nach dem Aufwickeln der Läuferwicklung genau sichergestellt ist. FUr den Betrieb des Motors ist es dabei von besonderer Wichtigkeit, daß bei jeder Winkelstellung des Läufers ein gleiches Drehmoment erzielt wird· Die erfindungsgemässe Ausbildung ist besonders für solche Motoren geeignet, die einen sehr grossen Regelbereich in ihrer Betriebedrehzahl, beispielsweise ein Regelbereich von 1 χ 6000 oder mehr haben.

FtIr die Herstellung des Isolierst of fkörper β eignen sich verschiedene der bekannten Verfahren und Merkstoffe. Bei einer bevorzugten AuBführungsform wird zunächst aus Kunstharz und Gewebeeinlagen ein Rohr gepreßt, aus dem dann zur Bildung der rippenartigen Vorsprünge in gleichmässigen Abständen Nuten zur Aufnahme der Läuferwicklung eingefräst werden. Es ist jedoch auch möglich, den Isolierstoffkörper in einem günstigen Arbeitsgang zu pressen oder zu spritzen, wobei es in jedem Falle sogar möglich ist, den Kunststoff unmittelbar auf den fertig geschichteten Eisenkern des Läufers aufzubringen und festhaftend mit diesem zu ver-

binden. Weitere Einzelheiten und zweckmässige Ausgestaltungen ergeben sieb, aus dem nachstehend beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel, einem elektrischen Motor, in Verbindung mit den Unteransprüchen.

Es zeigen:

fig·Ii den Elektromotor im Querschnitt, teilweise in schematiocher Darstellung,

fig.2: einen axialen Längsschnitt durch den erfindungsgemäß auegebildeten Läufer dea Motors,

Pig.3: den Isolierstoffkörper des Läufers in unbeviickeltem Zustand in axialer Draufsicht auf eine seiner Stirnseiten und

fig.4: ausschnittsweise in der Ansicht von der Seite; während

fig.5: in stark vergrösserter Darstellung einen Querschnitt durch den Isolierstoffkörper in bewickeltem Zustand zeigt.

Der dargestellte Elektromotor ist zur Verwendung als Servomotor für eine in der Zeichnung nicht wiedergegebene Werkzeugmaschine bestimmt und enthält in seinem Motorgehäuse 10 ein Ständerblechpaket 11, an dessen in fig.l in axialer Draufsicht erkennbaren Ständerblechen zwei einander diametral

gegenüberstehende Polschuhe 12 und 13 angeschnitten sind. Jeder dieser Polsohuhe trägt eine von zwei Feldwicklungen 14 und 151 von welchen jede zahlreiche Windungen umfaßt« In Fig.l sind von diesen Windungen nur jeweils vier in Querschnitt dargestellt.

Zwischen den konkav geformten Stirnflächen der Polsohuhe 12 und 13 ist - von diesen durch einen in Fig.l stark vergrb'ssert wiedergegebenen Luftspalt 16 getrennt der Läufer 20 des Elektromotors drehbar angeordnet» auf we-lchen sich die Erfindung unmittelbar bezieht· Der Läufer 20 »eist als wesentliche Bestandteile einen aus kreisringförmigen, nicht genuteten Blechsoheiben zusammengesetzten Elsenkern 21 . ?, der auf einer aus magnetisch sohleoht oder gar nicht leitendem Material, beispielsweise V2A-Stahl bestehenden Ä&kervjelle 22 angeordnet ist. sowie einemy36-lamelligen Kommutator 23 und aus einer Läuferwicklung 24* Diese Läuferwioklung ist gleichmässig über den Umfang des nicht genuteten Eisenkerns 21 verteilt und besteht im einzelnen aus MHH Änkerdrähten 25, welche sich achsparallel zur Ankerwelle 22 erstrecken· Die Läuferwioklung ist als Sehnenwicklung ausgebildet«

Um beim Einlegen der Läuferwicklung eine gleichmassige Verteilung der Ankerdrähte 25 über den Umfang des Läufers sicherzustellen und ein bei jeder Winkelstellung des Läufers gleiches Drehmoment zu erzielen, ist erfindungsgemäß auf den Umfang des Läufer-Eisenkerns 21 ein Isolierstoffkörper 30 aufgezogen, der einen rohrförmigen, am Eisenkern unmittelbar anliegenden Mantel 31 von etwa 0_y6 mm Stärke aufweist. Hit diesem Mantel sind insgesamt 36 radial fiber den Umfang des Mantels vorstehende und im Abstand gleichmässig voneinander verteilt angeordnete, rippenartige Vorsprünge 31 verbunden. Jeder · dieser Vorsprunge ist in radialer Richtung gemessen etwa 0,8 bis 1 mm hoch und »eist in Umfangsrichtung des Läufers gemessen eine mittlere Stärke von etwa 0,6 bis 0,8 mm auf. Zwischen je zwei dieser Vorsprünge 32 sünd/der aus Pie·5 naher erkennbaren Weise jeweils ettQ£ die ■■■^■■■■■■r Ankerdrähte»· 25 eingelegt·

Um den Isolierstoffkörper 30 mit den dargestellten Vorsprüngen 32 herstellen zu können, wird zunächst der an jeder seiner beiden Stirnseiten mit einer Isolierstoffscheibe 34 bzw. 35 abgedeckte Eisenkern mit Kunstharz unter Zwischenlage von verstärkenden Textilgewebeschichten rohrförmig umpreßt. Dann werden aus diesen über den Umfang gleichmässig etwa 1,6 mm starken Isolierstoffrohr

Nuten 33 ausgeschnitten, wobei die Vorsprlinge 32 etehenbleiben. In diese Nuten werden dann jeweils acht Ankerdrähte 25 in der aus Fig.5 ersichtlichen Weise eingelegt. Nach dem Einlegen der Ankerdrähte 25 wird außen eine Bandage aus einem glasfaserverstärkten Band aufgewickelt. Durch diese Bandage 35 werden die einzelnen Ankerdrähte 25 gegen die nach außen wirkenden ₉ bei hohen Drehzahlen beträchtliche Werte annehmenden Fliehkräfte absolut sicher und unverrückbar abgestützt. Zum Ausfüllen der in der Läuferwicklung und den Nuten 35 verbleibenden Hohlräume wird der,Läufer .anschließend

oder im TraureTverraaren

in bekannter Weise im Vakkum/Eiit einem erhärtenden Kunstharzlackt beispielsweise dem unter der Warenbezeichnung Araldit bekannten Lack getränkt· Durch diese Maßnahme im Zusammenwirken mit der erfindungs— gemässen Ausbildung und Anordnung des Isolierstoffkörpers 30 ergibt sich eine hohe mechanische und elektrische Präzision, welche absolut mit derjenigen vergleichbar ist, welche seither nur bei Ankern mit im Ankereisen eingebetteten Nuten und in diese Nuten eingelegten Ankerdrähten erzielt werden konnte^. Gegenüber diesen eine hohe Pertigungsgenauigkeit und einen erheblichen konstruktiven Aufwand erfordernden Läuferbauarten ergibt die erfindungsgemässe Ausbildimg eine wesentlich höhere elektrische spezifische Leistung, wobei der Luftspalt sehr günstig bemessen und eine sehr gute Rundlaufgenauigkeit des Läufers erzielt werden kann. Hierdurch wird gewähr-

leistet, daß der Motor in einem von sehr niedrigen bis zu sehr hohen Drehzahlen reichenden Arbeitsbereich betrieben werden kann und dabei gleich gute Drehmomente liefert.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß die Ankerwelle 22 aus einem magnetisch schlecht leitenden Werkstoff, vorzugsweise aus V2A-Stahl besteht. Hierdurch wird erreicht, daß die Induktionsströme nicht durch die Ankerwelle fliessen können und der magnetische Fluß nur auf den von den Blechlamellen des Eisenkerns 21 bereitgestellten Querschnitt beschränkt wird. Hierdurch ergibt sich der Vorteil einer niedrigen Zeitkonstante, welche vor allem beim Betrieb des Elektromotors mit Thyratron- oder Thyristorsteuerung ausgenutzt werden kann. Man erhält in diesem Falle durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Läufers sehr hohe Verstellgeschwindigkeiten und niedrige Stellzeiten.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist in der magnetisch neutralen Phase zwischen jedem der beiden Polschuhe 12 und 13 ein Wendepol bzw. 41 vorgesehen. Jeder der Wendepole trägt eine der beiden Polwicklungen 42 bzw. 43, welche mit der Läuferwicklung über die bei 44 und 45 angedeuteten, auf dem Kommutator 23 gleitenden Schleifkohlen in Reihe geschaltet sind. Hierdurch

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ergibt sich eine beBonders glinotige Kommutierung, ■■■.•e.lcue in Verbindung mit der durch die erfindungsgemässe Ausbildung erzielten günstigen Lage der Ankerdrähte 25 eine hohe Leistung des J21ektromotors möglich macht.

Bei der erfindungsgemäsaen Ausbildung des Läufers sind alle bekannten Wioklungsanordnungen möglich und ausfuhrbar, wobei vor 'Allein, hlnslnshtlioh der Nut- und Kollektorteilungen koine besonderen Beschränkungen zu beachten sind. Zur Herstellung deα Isolierutoffkörpers 30 muß jedoch ein solcher Werkstoff verwendet »erden, der eine ausreichende mechanische und thermische festigkeit hat* Außer dem bereits erwähnten unter der Warenbezeichnung Hesltex bekannten Werkstoff aus erhärtenden Kunstharzen mit Textilien oder aus Glasfaserfäden hergestellten Geweben alβ Verstärkungseinlagen können vor allem auch Duroplaste verwendet werden, welche die Herstellung des iBolierstoffkörpers 30 in einem einzigen Arbeitsgang durch Spritzpressen ermöglichen.

Claims (6)

ipl...'1;,;,;;. Woher .Hu.!-iudj „ 28.8.1969 Albert Mutter ■^lektromaschinenbau A 50 Schaffhauser Str. 13 G 69 12 985.7 7102 Ansprüche

1. Elektrischer Motor, insbesondere zur Verwendung als Servomotor, mit einem nutenlosen Läufer, dessen zylindrischer Eisenkern an seinem Umfang die Läuferwicklung trägt, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Eisenkern (21) ein Isolierstoffkörper (30) sitzt, der einen rohrförmigen, am Eisenkern anliegenden Mantel (31) und mehrere über den Umfang des ^antels im Abstand voneinander verteilt angeordnete, mit dem Mantel verbundene, rippenartige Vorsprünge (30) hat, zwischen welche die Ankerdrähte (25) der Läuferwicklung eingelegt sind.

2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierstoffkörper (30) einstückig aus einem Kunststoffrohr mechanischer und thermischer Festigkeit hergestellt und mit dem Eisenkern, vorzugsweise durch Verklebung mit Kunstharz, fest verbunden ist.

3. Motor nach Anspruch 2, dadurch gekannzeichnet, daß die rippenartigen Vorsprünge durch Ausfräsen von Nuten (33) gebildet sind.

4» Motor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierstoffkörper (30) gepreßt oder
gespritzt ist.

5. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierstoffkörper (30) durch vom Kunststoff umschlossenes, insbesondere aus Glasfasern bestehendes Gewebe verstärkt ist.

6. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen je zwei Polschuhen (12, 13) des Ständers (11) je ein Wendepol (40, 41) angeordnet ist.