DE69222014T2

DE69222014T2 - Kernloser gleichstrommotor in flachbauweise

Info

Publication number: DE69222014T2
Application number: DE69222014T
Authority: DE
Inventors: Itsuki Bahn
Original assignee: Secoh Giken Co Ltd
Current assignee: Secoh Giken Co Ltd
Priority date: 1991-07-11
Filing date: 1992-02-13
Publication date: 1998-01-22
Anticipated expiration: 2012-02-14
Also published as: EP0548362A4; EP0548362A1; US5498919A; EP0548362B1; WO1993001644A1; DE69222014D1

Description

Die Erfindung betrifft einen kernlosen Gleichstrommotor, der als Antrieb für jede industrielle Maschine oder jedes Gerät verwendet wird, das eine flache Bauform erfordert und insbesondere auch eine hohe Geschwindigkeit und ein hohes Drehmoment benötigt.
Unsere Erfindungen über einen kernlosen Gleichstrommotor in Flachbauweise sind in den japanischen Patentanmeldungen Nr.26263/83 und Nr.26264/83 offenbart.
Ein Vorteil des kernlosen Gleichstrommotors ist, daß er in einer flachen Form gestaltet und deshalb wie oben erwähnt in einem weiten industriellen Bereich verwendet werden kann, da er ein sehr nützlicher Motor ist.
Anderseits ist sein Ausgangsdrehmoment klein und beträgt etwa ein Drittel dessen eines Gleichstrommotors mit Kern und gleichem Volumen. Um das Ausgangsdrehmoment zu erhöhen kann die Windungsanzahl seiner Wicklung unter der Bedingung erhwäht werden, daß das Wicklungsmaterial dünner ist, wodurch jedoch die Leistungseffizienz verringert wird. Das ist ein Problem. Der Raum für die Wicklung des kernlosen Gleichstrommotors muß klein sein, da die Vergrößerung des Raumes die achsiale Länge eines Spaltes zwischen den magnetischen Polen und dem Läufer vergrößert, wodurch sich das magnetische Feld und das Ausgangsdrehmoment verringern.
Ein bürstenloser und kemloser Gleichstrommotor in Flachbauweise ist allgemein bekannt und wird als Antrieb für eine flexible Scheibe, eine harte Scheibe und dgl. verwendet, wobei jedoch die folgenden Probleme gelöst werden müssen. Das erste Problem besteht darin, daß eine Weichmetallplatte oder eine Silicium- Stahlplatte, deren Eisen- oder Kupferverluste hoch sind, als ein magnetischer Körper verwendet wird, der an der Rückseite der fächerförmigen Läuferwicklungen des Motors befestigt ist, so daß der magnetische Fluß von den Polen des magnetischen Rotors des Motors, der die Läuferwicklungen durchdringt, seinen magnetischen Weg am magnetischen Körper abschließen kann.
Folglich ist die maximal zulässige Geschwindigkeit eines solchen Motors etwa 600 Umdrehungen/min und seine Leistungseffizienz ist aufgrund der Einengung seines anwendbaren Feldes niedrig.
Aufgrund seiner hohen Geschwindigkeit wird sein Ausgangsdrehmoment ohne den magnetischen Körper verringert, so daß er nur in einem begrenzten speziellen Bereich eingesetzt werden kann.
Das zweite ist, daß er aufgrund seiner Flachheit für eine Massenproduktion nicht sehr geeignet ist.
Das dritte ist, daß sein Aufbau wegen seiner Flachheit meist ungeeignet für eine Massenproduktion ist.
Somit ist die Aufgabe dieser Erfindung einen kernlosen Gleichstrommotor mit hohem Ausgangsdrehmoment, hoher Geschwindigkeit und hoher Leistungseffizienz zu schaffen, der für eine Massenproduktion geeignet.
Wie beansprucht umfaßt ein dreiphasiger kemloser Gleichstrommotor in Flachbauweise einen ringförmigen stationären Feldmagneten, einen scheibenförmigen Rotationsläufer, einen Kommutator zur Steuerung des Läuferstroms und Kommutatorbürsten. Erfindungsgemäß umfaßt der scheibenförmige Rotationsläufer, der aus fächerförmigen, nebeneinander gewickelten und flachen Läuferwicklungen, in denen der von jedem zur Erzeugung eines Drehmoments effektiven Wicklungsabschnitte eingeschlossene elektrische Winkel 180 Grad übersteigt, und aus Plastik besteht, in dem die Läuferwicklungen eingebettet sind, wobei die insgesamt drei oder sechs Läuferwicklungen mit ihren äußeren Flächen radial angeordnet sind, so daß jeweils zwei benachbarte einander berühren, wobei sie in gleichen Abständen in der gleichen Ebene angeordnet sind.
Wie beansprucht umfaßt ein dreiphasiger kernioser Gleichstrommotor in Flachbauweise einen scheibenförmigen stationären Anker, einen magnetischen Rotor mit einem ringförmigen Feldmagneten und eine Ankerstromsteuereinrichtung zur Steuerung des Ankerstroms mittels eine Erfassung der Positionen der Feldmagnetpole des magnetischen Rotors. Erfindungsgemäß umfaßt der stationäre Anker, der aus fächerförmigen, nebeneinander gewickelten und flachen Ankerwicklungen, in denen der von jedem zur Erzeugung eines Drehmoments wirksamen Wicklungsabschnitt eingeschlossene elektrische Winkel 180 Grad übersteigt, und aus Plastik besteht, in dem die Ankerwicklungen eingebettet sind, wobei die insgesamt drei oder sechs Ankerwicklungen mit ihren äußeren Flächen radial ausgerichtet sind, so daß jeweils zwei benachbarte einander berühren, einen scheibenförmigen magnetischen Körper mit geringem Eisenverlust, der an einer seiner Seiten als magnetischer Weg dient.
Ein dreiphasiger kemloser Gleichstrommotor in Flachbauweise kann einen ringförmigen Feldmagneten mit 2 N-Polen und 2 S-Polen umfassen. Wie beansprucht umfaßt ein mehrphasiger bürstenloser und kemloser Gleichstrommotor in Flachbauweise einen flachen stationären Anker, einen magnetischen Rotor mit einem nnglrmigen Feldmagneten mit 2n N- und S-Polen, wobei n eine positive ganze Zahl ist, und eine Ankerstromsteuereinrichtung zur Steuerung des Ankerstroms mittels Erfassung der Feldmagnetpole des magnetischen Rotors. Erfindungsgemäß umfaßt der Motor den flachen stationären Anker, der aus fächerförmigen, flach gewickelten Ankerwicklungen, in denen der von jedem zur Erzeugung eines Drehmoments wirksamen Wicklungsabschnitt eingeschlossene Winkel gleich dem durch die Pole des magnetischen Rotors gebildeten ist, und aus Plastik gebildet ist, in das die Ankerwicklungen eingebettet sind, wobei die Ankerwicklungen in gleichen Abständen innerhalb einer Ebene angeordnet und ihre äußeren Flächen radial ausgerichtet sind, so daß sie sich nicht gegenseitig überlappen können, wobei die Rückseite der Ankerwicklungen mit einem dünn gewalzten und spiralförmig aufgewickelten ringförmigen magnetischen Körper beschichtet ist, so daß der magnetische Fluß des magnetischen Rotors, der den Vorderseiten der Ankerwicklungen gegenüberliegt, seinen magnetischen Weg daran abschließen kann, nachdem er die Ankerwicklungen durchdrungen hat.
Der mehrphasige bürstenlose und kernlose Gleichstrommotor in Flachbauweise kann umfassen:
einen becherförmigen ersten Gehäusedeckel,
einen zweiten Gehäusedeckel aus Weichmetall mit flachem Boden, dessen Flansch an dem des ersten Gehäusedeckels befestigt ist,
eine von Kugellagern gehaltene Welle, die in die mittleren Bohrungen der Gehäusedeckel eingesetzt ist, so daß sie frei rotieren kann,
einen ringförmigen magnetischen Rotor, der mittels Haftmittel auf einer Weichmetallscheibe befestigt ist, die auf der Welle montiert ist, den stationären Anker, der am zweiten Gehäusedeckel befestigt ist, wobei der ringförmige magnetische Körper auf einer Seitenfläche der Ankerwicklungen befestigt ist, und sowohl die Ankerwicklungen und der magnetische Körper in dem zur Bildung des stationären Ankers notwendigen Plastik eingebettet sind, welches in den Raum eingespritzt ist,
eine Weichmetallscheibe, deren mittlerer Bereich außerhalb des zweiten Gehäusedeckels an der Welle befestigt ist,
den ringförmigen Magneten, der an der Weichmetallscheibe befestigt ist, und eine Vorrichtung zur Aufhebung einer magnetischen Absorptionskraft zwischen dem magnetischen Rotor und dem ringförmigen magnetischen Körper mittels einer umgekehrten magnetischen Absorptionskraft zwischen dem ringförmigen Magneten, der in achsial verteilte N- und S-Pole magnetisiert ist, und dem zweiten Gehäusedeckel, dessen äußere Fläche dem ringförmigen Magneten mit einem kleinen Spalt dazwischen gegenüberliegt
Wie beansprucht umfaßt ein dreiphasiger bürstenloser und kernloser Gleichstrommotor in Flachbauweise diesen Spalttyps einen flachen stationären Anker, einen magnetischen Rotor mit einem ringförmigen Feldmagneten mit 2n N- und S-Polen, wobei n eine gerade Zahl ist, und eine Ankerstrom-Steuereinrichtung zur Steuerung des Ankerstroms mittels Erfassung der Positionen der Feldmagnetpole des magnetischen Rotors. Erfindungsgemäß umfaßt der Motor:
mehrere fächerförmige und flach gewickelte Ankerwicklungen, in denen ein von jedem zur Erzeugung eines Drehmoments wirksamen Wicklungsabschnitt eingeschlossener Winkel gleich dem der Pole des magnetischen Rotors ist,
einen flachen ringförmigen magnetischen Körper aus dünn gewalztem und spiralförmig aufgewickeltem Siliciumstahl von etwa 0,1 mm oder weniger Dicke,
einen ringförmigen stationären Anker, der von (3/2)n Ankerwicklungen, die in gleichen Abständen angeordnet und deren äußere Flächen radial ausgerichtet sind, so daß sie einander nicht überlappen können, dem ringförmigen magnetischen Körper, an dem die Ankerwicklungen befestigt sind, einer nach außen geleitete Verdrahtung zwischen den Ankerwicklungen und ihren Anschlüssen, und aus Plastik gebildet ist, in das sie eingebettet sind,
eine Einrichtung zur Verdrahtung des ringförmigen stationären Ankers, nachdem er auf einer verdrahteten gedruckten Platte einer Stahlgrundplatte angebracht wurde, und
eine von Kugellagern gehaltene Weile, welche im Mittelbereich des stationären Ankers eingesetzt sind, so daß sie frei rotieren kann, und an der der magnetische Rotor befestigt ist, dessen Polflächen den Ankerwicklungen mit einem kleinen Spalt dazwischen gegenüber liegen.
Der dreiphasige bürstenlose und kernlose Gleichstrommotor in Flachbauweise kann umfassen:
den flachen ringförmigen magnetischen Körper,
eine Positionserfassungseinrichtung mit drei magneto-elektrischen Wandlerelementen, die den Polen des Feldmagneten gegenüberliegen und zwischen zwei benachbarten Ankerwicklungen in der Nähe des Umfangs des stationären Ankers angeordnet sind,
eine Rotorgeschwindigkeits-Erfassungseinrichtung die nahe am Umfang des stationären Ankers zur Erfassung von zur Rotorgeschwindigkeit proportionalen elektrischen Signale angeordnet ist,
eine Einrichtung zum Einsetzen eines kurzen nach unten zeigenden säulenförmigen Vorsprungs des stationären Ankers in die mittlere Bohrung einer gedruckten Platte und die Befestigung des ersteren an der letzteren,
eine Einrichtung zur Verdrahtung zwischen der Verdrahtung der gedruckten Platte, den Anschlüssen der Ankerwicklungen, den Anschlüssen der drei magnetoelektrischen Wandlerelemente, die zur Positionserfassung verwendet werden und denen der Rotorgeschwindigkeits-Erfassungseinrichtung.
Der dreiphasige bürstenlose und kernlose Gleichstrommotor in Flachbauweise kann umfassen:
mehrere fächerförmige und flache nebeneinander gewickelte Ankerwicklungen, bei denen ein von jedem zur Erzeugung eines Drehmoments wirksamen Wicklungsabschnitt eingeschlossener Winkel gleich dem der Pole des magnetischen Rotors ist, der die erste gedruckte Platte einer ringförmigen dünnen Plastikgrundplatte, die konzentrisch auf der gegenüberliegenden Seite des ringförmigen Magnetkörpers befestigt ist, und Plastik umfaßt, in dem die Elemente des Ankers eingebettet sind,
eine Positionserfassungseinrichtung umfassend drei magneto-elektrische Wandlerelemente, die an bestimmten Positionen der ersten gedruckten Platte des stationären Ankers angeordnet sind, eine Rotorgeschwindigkeits- Erfassungseinrichtung zum Erhalt eines elektrischen Signals mit einer zur Rotorgeschwindigkeit proportionalen Frequenz mittels des Induktions- Ausgangssignals einer Zick-Zack-Verdrahtung, welche in der Nähe des Umfangs der ersten gedruckten Platte kreisförmig in gleichen Abständen wie die N- und S-Pole angeordnet ist, die der ersten gedruckten Platte gegenüberliegen und abwechselnd in gleichen Abständen magnetisiert sind, und in Teilstücke entlang des Umfangs des Feldmagneten aufgeteilt sind,
eine zweite gedruckte Platte, in deren Mittelbereich der kurze nach unten zeigende säulenförmige Vorsprung eingesetzt ist, und
eine Einrichtung zur Verdrahtung der Ausgangs- und Eingangsanschlüsse der Ankerwicklungen, der drei magneto-elektrischen Wandlerelemente und der Zick- Zack-Verdrahtung der ersten gedruckten Platte und der Anschlüsse der zweiten gedruckten Platte.
Der dreiphasige bürstenlose und kernlose Gleichstrommotor in Flachbauweise kann umfassen:
eine Rotorgeschwindigkeits-Erfassungseinrichtung, welche in der Nähe des Umfangs des stationären Ankers und des Feldmagneten angeordnet ist.
Der von jedem zur Erzeugung eines Drehmoments wirksamen Wicklungsabschnitte der fächerförmigen Ankerwicklungen eines herkömmlichen kernlosen Gleichstrommotors eingeschlossene elektrische Winkel beträgt 180 Grad, wie durch die strichgepunkteten Linien B und C in Figur 3 gezeigt ist, wobei die Wicklungsbreite klein ist, wie in Figur 3 strichliert mit 2c-3 gezeigt ist.
Erfindungsgemäß ist die Wicklung etwa doppelt so breit wie herkömmlich, wie in Figur 3 durch eine Wicklung 2c gezeigt.
Die herkömmliche Wicklungsbreite ist als F gezeigt.
Anderseits ist die erfindungsgemäße Wicklungsbreite als E gezeigt.
Erfindungsgemäß ist der von der Wicklung belegte Platz etwa doppelt so groß wie gewöhnlich.
Deshalb ist das erfindungsgemäße Ausgangsdrehmoment etwa zweimal größer als das herkömmliche, wobei eine hohe Leistungseffizienz beibehalten wird. Dies ist eine Maßnahme dieser Erfindung.
Bei dieser Erfindung ist die Windung der Wicklungen gleichsinnig ausgerichtet, und die äußeren Bereiche jeweils zweier benachbarter Bereiche der 6 Wicklungen werden miteinander in Berührung gehalten, wie in Figur 3 gezeigt ist. Deshalb ist es einfach, das zur Bildung eines scheibenförmigen Ankers notwendige Plastik mittels einer Einspritzmaschine in den Raum zu injizieren.
Dies ist ein Vorteil dieser Erfindung.
Der von jedem zur Erzeugung eines Drehmoments wirksamen Wicklungsabschnitt eingeschlossene Winkel kann ebenfalls 180 Grad überschreiten.
In diesem Ausführungsbeispiel beträgt der elektrische Winkel (180 + 60) Grad.
Deshalb ist die äußere Fläche des leitenden, eine Wicklung bildenden Körpers um etwa 10 Grad mechanisch bezüglich der radialen unterbrochenen Linie B oder C geneigt.
Folglich wird das erzeugte Drehmoment etwas verringert, was jedoch keine Schwierigkeiten bereitet, da dies vernachlässigbar ist.
An der Rückseite der Ankerwicklungen ist ein magnetischer Körper befestigt, als Mittel, um den Weg eines von einem magnetischen Rotor stammenden magnetischen Flusses abzuschließen.
Er wird in einem Prozeß hergestellt, in dem eine Silicumstahlplatte bis auf etwa 50 µm Dicke gedünnt wird, wonach sie spiralförmig von Walzen aufgewickelt wird. Danach werden ihre Flächen mit Haftmittel beschichtet, welches danach gehärtet wird.
Als nächstes wird sie in mehrere Ringe mit wenigen Millimetern Länge geschnitten.
Somit ist ein magnetischer Ring fertiggestellt.
Ein solcher magnetischer Ring wird auf der Rückseite der Ankerwicklungen befestigt, um einen magnetischen Weg zu schaffen, und Plastik wird zusammen mit diesen Teilen in eine Metallform eingefüllt, um einen stationären Anker zu bilden, in dem die Teile eingebettet sind.
Demgemäß wird der Eisenverlust merklich verringert, während eine hohe Leistungseffizienz und eine hohe Geschwindigkeit beibehalten werden.
Damit ist das erste Problem gelöst.
Ein Gehäuse, an dem der stationäre Anker befestigt ist, ist aus Weichmetall hergestellt.
Der Mittelbereich einer Weichmetallscheibe, an der der magnetische Ring befestigt ist, ist an einer Welle befestigt.
Die Oberfläche des magnetischen Rings, der einen magnetischen Weg schafft, liegt der äußeren Fläche des Gehäuses mit einem kleinen Spalt dazwischen gegenüber. Der magnetische Ring ist an einer Seite als N-Pol und an der anderen Seite als 5- Pol magnetisiert.
Wie sich aus dem oben beschriebenen Aufbau ergibt, wirkt eine magnetische Absorptionskraft, die zwischen dem magnetischen Rotor und dem magnetischen Körper erzeugt wird der anderen magnetischen Absorptionskraft entgegen, die zwischen dem Gehäuse und dem magnetischen Ring erzeugt wird, wodurch sich die achsiale Belastung eines Kugellagers auf der Welle reduziert.
Somit kann das zweite Problem gelöst werden.
In den Figuren 23 und 24, die später erläutert werden, ist eine Einrichtung zur Herstellung eines magnetischen Rings gezeigt, wobei eine spiralförmig aufgewickelte Silicium-Stahlplatte mittels eines Schneidegeräts geschnitten wird. Dies ermöglicht die Massenproduktion von dünnen magnetischen Ringen.
Der Zusammenbau des magnetischen Rings, der Ankerwicklungen und des Plastiks, das in eine Metallform mit den Elementen mittels einer Plastik-Einspritzmaschine injiziert wird, gefolgt von der Entnahme aus der Metallform, schafft einen flachen stationären Anker.
Somit ist ein flacher Motor realisiert, der zur Massenproduktion geeignet ist.
Der stationäre Anker ist als scheibenförmiger Körper geformt, in dem die Ankerwicklungen und der magnetische Ring, die einen Weg für den magnetischen Fluß bilden, mittels eines Plastik-Injektionsprozesses eingebettet sind.
Die erste gedruckte Platte ist auf der oberen Fläche oder der unteren Fläche der Ankerwicklungen befestigt, falls notwendig, bevor Plastik injiziert wird.
Die zweite gedruckte Platte ist ebenfalls an der unteren Seite des stationären Ankers befestigt.
Die notwendigen Anschlüsse der zweiten gedruckten Platte sind mit den Eingangsund Ausgangsanschlüssen der Ankerwicklung der ersten gedruckten Platte und mit den anderen Elementen verbunden. Somit ist der stationäre Anker gestaltet.
Die Kugellager für den magnetischen Rotor sind im stationären Anker angebracht.
Eine solche Struktur ermöglicht eine flachere Bauweise und eine Massenproduktion, wodurch das dritte Problem gelöst werden kann.
Wie oben beschrieben ist das Ausgangsdrehmoment eines erfindungsgemäßen kernlosen Gleichstrommotor in Flachbauweise doppelt so hoch oder größer als das eines herkömmlichen Motors, obwohl das Volumen des ersteren gleich dem des letzteren ist.
Zusätzlich ist die Leistungseffizienz des ersteren hoch.
Ferner schafft diese Erfindung einen billigen Motor mit hohem Ausgangsdrehmoment und hoher Leistungseffizienz, der einfach in einem Massenproduktionsprozeß hergestellt werden kann, verglichen mit einem bekannten Motor mit Schleifenwindungswicklungen, die sich vom Wicklungstyp dieser Erfindung unterscheiden.
Darüber hinaus schafft diese Erfindung einen Gleichstrommotor in Flachbauweise mit hohem Ausgangsdrehmoment, merklich geringem Eisenverlust, hoher Geschwindigkeit und hoher Leistungseffizienz, da sein magnetischer Körper als magnetischer Kern aus dünn gewalztem und spiralförmig aufgewickelten Siliciumstahl, der mittels eines Schneidegeräts in mehrere Ringe geschnitten wird, dient, an dem der magnetische Fluß des magnetischen Rotors seinen magnetischen Weg abschließt.
Daneben schafft diese Erfindung einen billigen Motor mit hohem Ausgangsdrehmoment und hoher Leistungseffizienz, der in einem Massenproduktionsprozeß einfach hergestellt werden kann, verglichen mit einem bekannten Typ mit Schleifenwindungswicklungen, die sich vom Windungstyp dieser Erfindung unterscheiden.
Bei diesem Motor hoher Ausgangsleistung erhöht sich die Lagerlebensdauer, da eine Einrichtung zum Ausgleich einer großen magnetischen Absorptionskraft zwischen dem magnetischen Rotor und dem magnetischen Kern vorgesehen ist.
Zusätzlich schafft diese Erfindung einen Motor in Flachbauweise, der für eine Massenproduktion geeignet ist, da sein flacher stationärer Anker aus einem spiralförmig aufgewickelten magnetischen Ring, darauf befindlichen Ankerwicklungen und aus Plastik besteht, welches zur Bildung eines stationären Ankers notwendig ist und in den Zwischenraum injiziert wird.
Durch die Struktur der Ankerwicklungen in Figur 3 kann sein Ausgangsdrehmoment erhöht werden.
Darüber hinaus werden in dieser Erfindung drei Hall-Elemente zur Erfassung der Positionen der Pole des magnetischen Rotors eingesetzt.
Sie befinden sich außerhalb des Mittelbereichs zwischen zwei benachbarten Ankerwicklungen.
Deshalb können die Hall-Elemente einfach angeordnet werden, wodurch die Verdrahtungsarbeit vereinfacht wird.
Darüber hinaus kann der erfindungsgemäße Motor in einen Bereich eingesetzt werden, der innerhalb einer gedruckten Platte gebildet ist.
Deshalb kann die Montage einer flexiblen Scheibe oder dgl. und eines Motors vereinfacht werden, wobei die gesamte Vorrichtung flach sein kann. Weitere erfindungsgemäße Ausführungsformen sind nachfolgend anhand der Figuren beispielhaft erläutert.
Es zeigt:
Figur 1 eine Abwicklung eines Feldmagneten und der Läuferwicklungen.
Figur 2 ein Zeitdiagramm der Positionserfassungssignale.
Figur 3 eine Zeichnung zur Erklärung der Anordnung der Läuferwicklung.
Figur 4 eine Schnittansicht dieser Erfindung einschließlich einem Kommutator und Kommutatorbürsten.
Figur 5 eine Aufsicht auf einen Rotationsläufer.
Figur 6 eine Aufsicht auf die Pole eines Feldmagneten.
Figur 7 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen bürstenlosen Gleichstrommotors.
Figur 8 eine Aufsicht auf einem magnetischen Kern 21.
Figur 9 eine Abwicklung eines Feldmagneten und von Läuferwicklungen.
Figur 10 eine Zeichnung zur Erklärung der Anordnung der Läuferwicklung.
Figur 11 eine Schnittansicht dieser Erfindung einschließlich einem Kommutator und Kommutatorbürsten.
Figur 12 eine Aufsicht auf die Pole eines Feldmagneten.
Figur 13 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen bürstenlosen Gleichstrommotors.
Figur 14 eine Abwicklung von Feldmagnet und Läuferwicklungen.
Figur 15 eine Aufsicht auf einen magnetischen Rotor.
Figur 16 eine Schnittansicht eines anderen Ausführungsbeispieles dieser Erfindung.
Figur 17 ein Zeitdiagramm von Positionserfassungssignalen.
Figur 18 eine Schnittansicht einer anderen Ausführungsform dieser Erfindung.
Figur 19 eine Aufsicht auf einen stationären Anker.
Figur 20 eine Aufsicht auf einen magnetischen Rotor.
Figur 21 eine Schnittansicht eines anderen erfindungsgemäßen Ausführungs beispiels.
Figur 22 eine Aufsicht auf einen stationären Anker des Ausführungsbeispiels in Figur 21.
Figur 23 eine Zeichnung zur Erklärung eines Geräts, mit dem eine Silicium- Stahiplatte spiralförmig gewickelt werden kann.
Figur 23 eine perspektivische Ansicht einer von dem Gerät in Figur 23 hergestellten Silicium-Stahlplatte.
Figur 25 eine perspektivische Ansicht eines Magnetkörpers 21.
Figur 26 eine Schnittansicht eines anderen erfindungsgemäßen Ausführungs beispiels.
Figur 27 eine Aufsicht auf einen stationären Anker.
Figur 28 eine Aufsicht auf einen magnetischen Rotor.
Figur 29 eine Aufsicht auf eine gedruckte Platte 22a.
Figur 30 eine Aufsicht auf eine gedruckte Platte 22c.
Figur 31 eine Schnittansicht eines anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels.
Figur 32 eine Schnittansicht eines anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels.
Figur 33 eine perspektivische Ansicht einer gewickelten Silicium-Stahlplatte.
Alle nachstehend beschriebenen Winkel beziehen sich auf elektrische Winkel, wenn nichts anderweitig angegeben ist.
Figur 1 ist eine Abwicklung eines Feldmagneten und von Läuferwicklungen eines kernlosen Dreiphasen-Gleichstrommotors in Flachbauweise mit einem Kommutator und Kommutatorbürsten. Ein feststehender Feldmagnet 1 besteht aus 4 N-Polen 1a, 1c, 1e, 1g, und 4 S- Polen 1b, 1d, 1f, 1h.
Die Läuferwicklungen 2a, 2g (strichliert), 2b heißen Läuferwicklungen der ersten, zweiten und dritten Phase. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Läuferwicklung der zweiten Phase 2g aus Gründen der Übersichtlichkeit durch die Läuferwicklung der gleichen Phase 2c ersetzt, wie rechts davon gezeigt ist.
Für die Läuferwicklungen 2d, 2f gilt gleiches wie für die obige Läuferwicklung.
Somit sind die Läuferwicklungen 2a, 2d die der ersten Phase, und die Läuferwicklungen 2c, 2f und 2b, 2e die der zweiten bzw. der dritten Phase. Jeweils zwei Läuferwicklungen der ersten, der zweiten und dritten Phase sind seriell bzw. parallel miteinander verbunden.
In diesem Ausführungsbeispiel ist eine Sternverschaltung vorgesehen, aber auch eine Dreiecksverschaltung kann angewendet werden.
Ein Kommutator 4 besteht aus 12 Kommutatorelementen 4a, 4b,... , 4l.
Die Kommutatorbürsten 5a, 5b befinden sich mit ihm in Kontakt, und ein Plus- und ein Minusanschluß versorgen die Last mit Gleichstrom, wie in Figur 1 gezeigt ist.
Die Anschlüsse 3a, 3b, 3c sind mit den Kommutatorelementen 4a, 4b, 4c, ... ,wie strichliert gezeigt ist, verbunden.
Der von jedem der leitenden Wicklungsabschnitte der Läuferwicklungen 2a, 2b, ..., die zur Erzeugung eines Drehmoments wirksam sind, eingeschlossene Winkel beträgt 180 Grad.
Sie sind in Abständen von 60 Grad angeordnet.
Bei einem bürstenlosen Gleichstrommotor rotiert der Feldmagnet 1 und ein Lochelement erfaßt die Position seines magnetischen Pols.
Eine Vorrichtung zum Erhalt eines solchen Positionserfassungssignals mag allgemein bekannt sein.
In Figur 2 ist ein Zeitdiagramm der oben erwähnten Positionserfassungssignale gezeigt.
Die Länge jedes Rechtecks, nämlich jeder Kurve 6a, 6b , die in Figur 2 gezeigt sind, ist 120 Grad, wobei sie in Abstand von 360 Grad angeordnet sind.
Die Phase jeder Kurve 7a, 7b, ... ist bezüglich der Phase jeder Kurve 6a, 6b, ... um 120 Grad versetzt und die Phase jeder Kurve 8a, 8b, ... ist bezüglich der Phase jeder Kurve 7a, 7b,... ebenso um 120 Grad nach hinten versetzt.
Die Phase jeder Kurve 9a, 9b,... ist bezüglich der Phase jeder Kurve 6a, 6b, ... um 180 Grad versetzt. Die Phase jeder Kurve 10a, 10b, ... ist bezüglich der Phase jeder Kurve 9a, 9b, um 120 Grad versetzt und die Phase jeder Kurve 11a, 11b, ... ist bezüglich der Phase jeder Kurve 10a, 10b,... ebenso um 120 Grad nach hinten versetzt.
Hier ist eine bekannte Dreiphasen Transistorbrückenschaltung übernommen. Somit werden die Läuferwicklungen 2a, 2d von den Kurven 6a, 6b, ... abwechselnd vorund rückwärts erregt, ebenso wie durch die Kurven 9a, 9b, ...
Die Läuferwicklungen 2c, 2f durch die Kurven 7a, 7b, ... abwechselnd vor- und rückwärts erregt, ebenso wie durch die Kurven 10a, 10b, ...
Die Läuferwicklungen 2b, 2e werden durch die Kurven 8a, 8b, ... abwechselnd vorund rückwärts erregt, ebenso wie durch die Kurven 11a, 11b, ...
Aufgrund eines solchen Erregersystems rotiert der Feldmagnet 1.
Dies ist das Prinzip eines bürstenlosen Gleichstrommotors.
Diese Erfindung kann sowohl bei einem bürsten- als auch bei einem bürstenlosen Motor eingesetzt werden.
Zunächst wird ein Brüstenmotor mit einem Kommutator und Kommutatorbürsten anhand der Figur 4 erläutert.
Ein Kugellager 13a sitzt in einem Mittelbereich eines oberen Gehäusedeckels 14a aus Weichmetall und hält eine Welle 12, die frei rotieren kann.
Ein ringförmiger Magnet 1 mit magnetischen Polen 1a, 1e ist an der inneren Fläche eines oberen Gehäusedeckels 14a befestigt.
Figur 6 ist eine Ansicht des oberen Gehäusedeckels gemäß Pfeil G in Figur 4.
Die magnetischen Pole 1a, 1b, ... sind in gleichwinkligen Intervallen angeordnet, wobei die N-Pole mit den 5-Polen abwechseln.
Ein Kugellager 13a ist in eine Bohrung 14c eingesetzt.
Der Magnet 1 ist ringförmig geformt.
In Figur 4 ist ein anderes Kugellager in einem Mittelbereich eines unteren Gehäusedeckels 14b aus Weichmetall eingesetzt und hält die Welle 12, die frei rotieren kann.
Der Flansch des oberen Gehäusedeckels 14a ist mit dem unteren Gehäusedeckel 14b durch Bolzen verbunden, wie in Figur 4 gezeigt ist. Der Mittelbereich eines Rotors 15 ist an der Welle 12 befestigt.
Der Rotor 15 dient als Rotations läufer.
Ein Kommutator 4 befindet sich am Mittelbereich des Rotors und rotiert gleichzeitig mit dem Rotor 15.
Die strichliert gezeigten Bürsten 5a, 5b werden durch Bürstenhalter in Kontakt mit der Kommutatoroberfläche gehalten.
Figur 5 ist eine Ansicht des Rotors gemäß Pfeil H in Figur 4. Der Rotor 15 ist scheibenförmig.
Die später anhand der Figur 3 beschriebenen Läuferwicklungen sind im Rotor 15 eingebettet.
Der Rotor ist aus den Läuferwicklungen und aus Plastik gebildet und wird in einer Metallform geformt.
Das untere Ende des Kommutators 4 mit der darin liegenden Welle 12 ist im vorstehenden Vorsprung 1 5a des Mittelbereichs des Rotors 15 eingebettet.
Der Umfangsbereich des Rotors 15 steht nach oben hin vor.
Der Vorsprung 16 verstärkt den scheibenförmigen Rotationsläufer 15.
Die gebogenen Umfangsbereiche der Läuferwicklungen sind im vorstehenden Bereich 16 des Rotors 15 eingebettet, wie später anhand der Figur 3 beschrieben wird.
In Figur 3 haben die Läuferwicklungen 2a, 2b, ... gleiche Gestalt und sind fächerförmig.
Die Wicklungen sind nebeneinander gewickelt. Somit ist der von den Spulen besetzte Platz maximiert.
Die nicht gezeigten Anschlüsse dieser Windungen sind durch eine betreffende Verdrahtung mit dem Kommutator verbunden.
Die Umfangsabschnitte der Wicklungen 2a-2, 2b-2, ... haben nichts mit der Erzeugung eines Drehmoments zu tun, so daß sie in die Positionen 2a-1, 2b-1, ... gebogen werden.
Für die anderen Läuferwicklungen gilt das gleiche.
Der von dem zur Erzeugung eines Drehmoments notwendigen Wicklungsabschnitt eingeschlossene Winkel kann mehr als 180 Grad betragen. In diesem Ausführungsbeispiel ist er (180 +60) Grad.
Gemäß einer herkömmlichen Vorriöhtung ist der zur Erzeugung eines Drehmoments wirksame Wicklungsabschnitt radial angeordnet, wie durch die strichpunktierten Linien B, C symbolisch und als gestrichelte Linie 2c-3 in Wirklichkeit, gezeigt ist. Anderseits ist die Breite der Wicklung mit F angegeben, während jene der Erfindung durch E gezeigt ist.
Folglich ist die Anzahl der Windungen bei dieser Erfindung beinahe zweimal größer als die der herkömmlichen Vorrichtung.
Entsprechend verringert die Erfindung die Kupferverluste und erhöht das Ausgangsdrehmoment.
Das ist sowohl eine Wirkung als auch eine Maßnahme dieser Erfindung.
Die äußeren Bereiche jeweils zweier benachbarter Läuferwicklungen werden miteinander in Kontakt gehalten. Dadurch ist es einfach sie anzuordnen.
Jede äußere Fläche des zur Erzeugung wirksamen Wicklungsabschnitts ist verglichen mit der radialen strichgepunkteten Linie B oder C um 10 Grad geneigt, so daß das von der Wicklung erzeugte Drehmoment etwas verringert wird. Das stellt kein Problem dar, weil diese Verringerung vernachlässigbar klein ist.
Die Läuferwicklungen und der Kommutator 4 werden in eine Metallform eingebracht, wie in Figur 3 gezeigt ist, und mittels einer Einspritzmaschine wird Plastik in die Metallform injiziert.
Somit ist der Rotationsläufer fertiggestellt, wie in Figur 5 gezeigt ist.
Die gebogenen Bereiche der Läuferwicklungen 2a-1, 2a-2, ... sind im umfangsseitigen, nach oben vorstehenden Abschnitt 16 des Rotationsläufers eingebettet, wie in Figur 4 und Figur 5 gezeigt ist.
Um die Höhe der gezeigten Abschnitte 2a-1, 2b-1, ... zu verringern, können sie zweifach gebogen sein.
Ein Motor mit einem Rotor mit einer scheibenförmigen Schleifenwicklung (etwa 5 Schleifen) ist am Markt erhältlich.
In einem solchen Motor ist die achsiale Länge des Rotationsläufers größer, da die Läuferwicklungen zu Mehrfachschleifen gebogen sind.
Deshalb vergrößert sich der Spalt zwischen den magnetischen Polen und dem unteren Gehäusedeckel 14b, wobei das magnetische Feld geschwächt wird. Folglich verringert sich das Ausgangsdrehmoment und der Kupferverlust erhöht sich.
Darüber hinaus ist ein solcher Motor nicht für eine Massenproduktion geeignet, da es schwierig ist, die Läuferwicklungen in eine Metallform zu einzusetzen, um einen Rotor zu bilden.
Diese Erfindung kann alle derartigen Probleme lösen.
Wenn, wie in Figur 5 gezeigt ist, eine Plastikschicht von etwa 1 mm Dicke auf dem Rotationsläufers 15 gebildet wird, ist dessen Festigkeit größer, so daß bei einem Motor mit hohem Ausgangsdrehmoment eine solche Plastikschicht effektiv wird.
Andererseits kann trotz eines fehlenden Spalts zwischen jeweils zwei benachbarten Läuferwicklungen 2a, 2b, ... in Figur 3 eine kleine Lücke vorhanden sein, in die Plastik eingefüllt wird, da eine solche Struktur ebenfalls zur Verstärkung des Rotationsläufers 15 effektiv ist.
Nachstehend wird ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel anhand der Figur 7 erläutert, das an einem bürstenlosen Gleichstrommotor angewendet wird.
Ein oberer Gehäusedeckel 14a, eine Welle 12 und ein Kugellager 13 a sind die gleichen Bestandteile wie in Figur 4, jedoch ist ein Magnet 1 mit Magnetpolen 1a, 1e an der Unterseite der Scheibe 18 aus Weichmetall angebracht, anstatt am oberen Gehäusedeckel 14a.
Ein metallischer Vorsprung 18a, der am mittleren Bereich der Scheibe 18 angebracht ist, ist konzentrisch an der Welle 12 montiert.
Ein unterer Gehäusedeckel 14b und ein anderes Kugellager 13b sind die gleichen Bestandteile wie in Figur 4. Die Flansche des oberen und unteren Gehäusedeckels 14a, 14b sind mittels Bolzen verbunden.
Ein ringfömiger station rer Anker mit darin eingebetteten Elementen 20, 21, der von einer Plastik-Einspritzmaschine geformt ist, ist an der oberen Fläche des unteren Gehäusedeckels 14b angebracht.
Die gepunkteten Teile repräsentieren Plastik.
Die Teile 20 sind die Läuferwicklungen 2a, 2b, ... die oberhalb bezüglich Figur 3 erwähnt wurden, und das Teil 21 ist ein ringförmiger magnetischer Kern, der daran befestigt ist.
Die Teile 20 und 21 sind mit Hilfe der Plastik-Einspritzmaschine zu einem Ring 22 geformt.
Der Aufbau der magnetischen Pole eines Magneten 1 ist der gleiche wie der des Magneten 1 in Figur 6.
Der Ring 22 ist auf der oberen Fläche des unteren Gehäusedeckels 14b angebracht.
Die Umfangsabschnitte 2a-2, 2b-2, ... der Läuferwicklungen 2a, 2b, ... sind nicht wie in Figur 3 gezeigt ist nach oben gebogen, sondern erstrecken sich radial und bilden zusammen mit ihrem inneren Bereich einen flachen Ankerwicklungskörper.
Das Teil oder Element oder der magnetische Kern 21 bilden einen magnetischen Weg für den magnetischen Fluß, der von den Polen 1a, 1b, ... des Magneten 1 stammt. Der magnetische Fluß läuft durch die Wicklungsspulen und schließt seinen magnetischen Weg am magnetischen Kern 21 ab.
Durch die Rotation der Welle mit der Scheibe 18 und dem Magneten 1 wird ein Eisenverlust verursacht.
Eine herkömmliche Vorrichtung zum Laminieren einer Silicium-Stahlplatte auf einem bestimmten Material kann nicht angewendet werden, um einen magnetischer Kern herzustellen, so daß die folgende Vorrichtung in dieser Erfindung eingesetzt wird. Die erste Maßnahme ist die Verwendung von Material, bestehend aus Siliciumstahl und Plastik unter der Voraussetzung, daß das (Pulver) Volumenverhältnis von Siliciumstahl Iplastik vor dem Mischen und Formen 60%/40% ist.
In dieser Vorrichtung verdoppelt sich der magnetische Verlust, was jedoch kein Problem für einen Motor niedriger Leistung darstellt.
Die zweite nachfolgend beschriebene Maßnahme wird für einen Motor hoher Leistung getroffen.
Die Dicke einer Silicium-Stahlplatte für den magnetischen Kern eines Motors ist 0,5 mm, aber in dieser Erfindung wird sie gewalzt, bis ihre Dicke etwa 50 µm erreicht, was etwa ein Zehntel des herkömmlichen Werts ist.
Ein solcher gewalzter Siliciumstahl wird spiralförmig aufgewickelt, nachdem er mit einem Haftmittel beschichtet wurde. Nachdem das Haftmittel gehärtet ist, wird die gewickelte Platte von einem Schneidegerät in Ringe mit einer bestimmten Dicke geschnitten.
Damit ist der ringförmige magnetische Kern 21 in Figur 7 fertiggestellt.
Der Eisenverlust dieses magnetischen Kerns ist ein Hundertstel des magnetischen Kerns mit 0,5 mm Dicke.
Eine so dünne Platte kann einfach gewickelt werden. Das sind die Vorzüge der Erfindung.
Deshalb ist er am geeignetsten für einen Motor hoher Leistung und hoher Geschwindigkeit.
Figur 8 ist eine Aufsicht auf den magnetischen Kern 21 in Figur 7 in Richtung des Pfeils J. Dort ist eine Bohrung 21a in dessen Mittelbereich gezeigt.
In Figur 7 ist eine Halterung 19 gezeigt, die ein Hall-Element enthält und die an der oberen Fläche des stationären Ankerkörpers 22 angebracht ist, der von einer Plastik-Einspritzmaschine gebildet ist.
Tatsächlich sind 3 Hall-Elemente daran befestigt, wovon aber nur eines in Figur 7 gezeigt ist.
Die Hall-Elemente sind der Umfangsfläche der magnetischen Pole des Rotationsmagneten 1 gegenüberliegend angebracht, bei dem die Anzahl und Phase der Nund S-Pole gleich der der Feldmagnetpole 2a,2b, ... ist.
Sie erfassen die Polpositionen und senden die Erfassungssignale zu einer bekannten Einrichtung, die sie in die notwendigen elektrischen Signale umwandelt, die in einem Zeitdiagramm in Figur 2 gezeigt sind.
Dadurch wird das Ausgangsdrehmoment des magnetischen Rotors einschließlich der in Figur 7 gezeigten Magnete durch einen oben erwähnten Dreiphasen- Transistorbrückenschaltkreis erzeugt und ein dreiphasiger bürstenloser Gleichstrommmotor in Flachbauweise ist realisiert.
In dieser Struktur ist der Läufer flach und das Volumenverhältnis von Wicklungiläufer ist groß, so daß das Ausgangsdrehmoment und die Leistungseffizienz genauso hoch sind wie in Figur 4.
Dies ist sowohl eine Wirkung als auch eine Maßnahme dieser Erfindung.
Bei einem Motor hoher Ausgangsleistung ist der Rotationsmagnet 1 groß und die achsiale magnetische Absorptionskraft zwischen dem magnetischen Kern 21 und letzterem ist hoch, so daß die Lebensdauer des Kugel lagers 13b verkürzt und die Reibungsverluste erhöht werden.
Dieses Problem kann durch die folgende Vorrichtung gelöst werden.
Eine metallische Scheibe 23a ist an der Welle 12 befestigt und an deren äußeren Abschnitt ist eine Weichmetallscheibe 23 befestigt.
Ein ringförmiger Magnet 24 ist an der oberen Fläche der Weichmetallscheibe 23 befestigt, wobei die Oberfläche des ringförmigen Magneten 24 einheitlich als N-Pol und die untere Fläche als S-Pol magnetisiert ist.
Die Oberfläche des ringförmigen Magneten 24 liegt dem unteren Gehäusedeckel 14b gegenüber, wobei ein kleiner Spalt dazwischen eingehalten wird.
Der magnetische Weg umfaßt die Weichmetallscheibe 23, ihre benachbarten Teile und den unteren Gehäusedeckel 14b, so daß eine starke magnetische Absorptionskraft in der Gegenrichtung erzeugt wird, die die oben erwähnte achsiale Kraftwirkung auf das Kugellager 13b aufhebt.
Der magnetische Fluß des ringförmigen Magneten 24 durchdringt den unteren Gehäusedeckel 14b aus Weichmetall, wobei sich dessen Quantität während der Rotation nicht verändert.
Folglich gibt es keinen Eisenverlust und keinen Drehmomentenverlust. Somit kann das oben erwähnte Problem gelöst werden.
Die Figur 9 ist eine Ansicht einer Abwicklung und zeigt eine Anordnung eines Feldmagneten und Läuferwicklungen eines kernlosen Dreiphasen- Gleichstrommotors in Flachbauweise mit einem Kommutator und Kommutatorbürsten.
Der Feldmagnet list stationär und besteht aus 2 N-Polen 1a, 1c und 2 S-Polen 1b, 1d. Die Läuferwicklungen 2a, 2d (strichliert dargestellt), 2b zeigen die Läuferwicklungen der ersten, zweiten bzw. dritten Phase.
In dieser Erfindung ist die Läuferwicklung 2d aus Gründen der Übersichtlichkeit durch die rechts davon gezeigte Läuferwicklung 2c gleicher Phase ersetzt. Deshalb repräsentieren die Läuferwicklungen 2a, 2c, 2b die Läuferwicklungen der ersten, zweiten bzw. dritten Phase.
In diesem Ausführungsbeispiel ist der Verschaltungstyp die Sternschaltung.
Ein Kommutator 4 besteht aus sechs Kommutatorelementen 4a, 4b, .., wobei zwei Bürsten 5a, 5b mit ihm in Kontakt gehalten werden.
Somit versorgen Plus- und Minuspol-Anschlüsse die Last mit Gleichstrom.
Die Anschlüsse 3a, 3b, 3c sind mit dem Kommutatorelementen 4a, 4b, ..., verbunden, wie strichliert in Figur 9 gezeigt ist, und die Läuferwicklungen und der Kommutator rotieren gleichzeitig in Richtung des Pfeils A.
Die von den leitenden, zur Erzeugung eines Drehmoments wirksamen Abschnitten der Ankerwicklungen 2a, 2b, ... eingeschlossenen Winkel betragen 180 Grad, und die Ankerwicklungen sind in Abständen von 60 Grad angeordnet.
Bei einem bürstenlosen Gleichstrommotor rotiert ein Feldmagnet 1, wobei Hall- Elemente die Position der magnetischen Pole erfassen.
Eine allgemeine bekannte Einrichtung wandelt die Erfassungssignale in die notwendigen elektrischen Signale für ein Zeitdiagramm um.
Das Zeitdiagramm in Figur 2 ist basierend auf den oben erwähnten elektrischen Signalen erstellt.
Eine detaillierte Erklärung hierfür wird ausgelassen, da das Prinzip dem oben erwähnten im wesentlichen gleicht.
Nachfolgend wird ein Motor mit Kommutator und Bürsten anhand der Figur 11 erläutert.
Ein Kugellager sitzt in der mittleren Bohrung eines scheibenförmigen oberen Gehäusedeckels 14a aus Weichmetall und hält eine Welle 12, die frei rotieren kann. Ein ringförmiger Magnet 1 mit magnetischen Polen 1a, 1c ist an der unteren Fläche des oberen Gehäusedeckels 14a befestigt.
Figur 12 ist eine Ansicht des oberen Gehäusedeckels 14a in Richtung des Pfeils G in Figur 11.
Die magnetischen Pole 1a, 1b, ... sind abwechselnd als N-Pole und S-Pole magnetisiert und in regelmäßigen Intervallen angeordnet.
Ein Kugellager 13a ist in der Bohrung 14 angebracht.
Ein Magnet 1, bestehend aus den oben genannten Polen 1a, 1b, ..., ist ringförmig gestaltet.
In Figur 11 befindet sich ein anderes Kugellager 13b im Mittelbereich des unteren Gehäusedeckels 14b aus Weichmetall und hält die Welle 12, so daß sie frei rotieren kann.
Die Flansche beider Gehäusedeckel 14a,14b sind, wie in Figur 11 gezeigt ist, miteinander verbunden.
Der Mittelbereich des Rotors 15 ist an der Welle 12 befestigt.
Der Rotor 15 dient als Rotationsläufer.
An seinem Mittelbereich ist ein Kommutator 4 befestigt und rotiert gleichzeitig mit dem Rotor 15. Die von einem Bürstenhalter gehaltenen Bürsten 5a, 5b werden in Kontakt mit dem Kommutator 4 gehalten.
Figur 5 ist eine Ansicht des Rotors 15 in Richtung des Pfeils H in Figur 11, genau wie die des Rotors 15 in Figur 4.
Eine detaillierte Erklärung wird hier ausgelassen, da beide Bestandteile gleich sind.
In Figur 10 sind die Läuferwicklungen 2a, 2, ... fächerförmig und haben gleiche Abmessungen.
Sie sind nebeneinander gewickelt und belegen maximalen Raum.
Die einzelnen Wicklungen besitzen gleiche Form.
Die Anschlüsse der Wicklungen sind nicht gezeigt, tatsächlich sind d!e Anschlüsse aber durch eine bestimmte Verdrahtung mit dem Kommutator 4 verbunden.
Die Umfangsbereiche der Wicklungen 2a-2, 2b-2, 2c-2 tragen nicht zur Erzeugung eines Drehmoments bei, so daß sie nach oben gebogen sind, wie dies mit 2a-1, 2b-1, 2c-1, gezeigt ist.
Der von den zur Erzeugung eines Drehmoments wirksamen Wicklungsabschnitten eingeschlossene Winkel ist größer als 180 Grad.
In diesem Ausführungsbeispiel ist er (180 + 60) Grad.
Gemäß einer herkömmlichen Vorrichtung ist die Richtung der Wicklungsabschnitte der Läuferwicklungen, der zur Erzeugung eines Drehmoments beiträgt, radial, nämlich, eine Richtung entlang der strichlierten Linien B oder C.
In einer solchen Struktur ist die Läuferwicklung gemäß der strichlierten Linie 2a-3 geformt, wobei die Breite der Wicklung durch F angezeigt ist.
Anderseits ist die erfindungsgemäße Breite der Wicklung durch E gezeigt, wobei die Anzahl der Wicklungen beinahe zweimal größer ist als in der obigen Struktur.
Demgemäß wird der Kupferverlust verringert und die Drehmomentenleistung erhöht.
Dies ist sowohl eine Wirkung als auch eine Maßnahme der Erfindung.
Die äußeren Flächen jeweils zweier benachbarter Läuferwicklungen können jedoch miteinander in Berührung gehalten werden, so daß sie leicht anzuordnen sind.
Zwischen zwei benachbarten Läuferwicklungen kann aber ein Spalt geschaffen sein, um mittels einer Einspritzmaschine zur Verstärkung des scheibenförmigen Läufers Plastik einzuspritzen, wie nachstehend beschrieben wird.
Wenn auf die Seitenflächen der Läuferwicklungen 2a, 2b, 2c mittels einer Einspritzmaschine Plastik von etwa einem Millimeter Dicke laminiert wird, können die äußeren Flächen jeweils zweier benachbarter Läuferwicklungen miteinander in Berührung gehalten werden, wie in Figur 10 gezeigt ist.
Die äußere Fläche der zur Erzeugung eines Drehmoments wirksamen Wicklungsabschnitte ist um etwa 10 Grad bezüglich einer radialen gestrichelten Linie B oder C geneigt, so daß das Drehmoment etwas verringert wird, was jedoch wegen der vernachlässigbar kleinen Verringerung unproblematisch ist.
Nachdem Plastik mittels einer Einspritzmaschine in eine Metallform eingespritzt wurde, in der die Läuferwicklungen und der Kommutator 4 angeordnet sind, wie in Figur 11 gezeigt ist, ist ein Rotationsläufer in einer Form gemäß Figur 5 fertiggestellt.
Die Umfangsabschnitte 2a-1, 2b-1, ... der Läuferwicklungen sind in den umfangsseitigen Vorsprüngen 16 in Figur 5 eingebettet.
Um die Höhe der umgebogenen Bereiche zu verringern, können die Umfangsabschnitte auch zweifach gebogen sein.
Ein Motor mit einem scheibenförmigen Rotor mit Schleifenwindungen (etwa 5 Schleifen) ist am Markt erhältlich, aber die Umfangsabschnitte der Läuferwicklung erstrecken sich nach außen, so daß die achsiale Dicke des Rotationsläufers größer ist.
Deshalb vergrößert sich die Lücke zwischen den magnetischen Polen und dem gegenüberliegenden unteren Gehäusedeckel 14b, wodurch die Kraft des magnetischen Felds verringert wird.
Folglich wird das Ausgangsdrehmoment reduziert und der Kupferverlust erhöht.
Andererseits ist es schwierig, die Läuferwicklungen vor dem Einspritzen von Plastik an ihren vorbestimmten Positionen in einer Metallform anzuordnen, so daß eine solche Struktur nicht für eine Massenproduktion geeignet ist.
Diese Erfindung kann solche Probleme lösen.
Das ist ein herausragendes Merkmal dieser Erfindung.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel eines bürstenlosen Gleichstrommotors, bei dem diese Erfindung angewendet wird, anhand der Figur 13 erläutert.
Eine Läuferwicklung 20 in einer Form gemäß Figur 10 ist im oberen Bereich der Scheibe 22 eingebettet, die von einer Plastik-Einspritzmaschine geformt ist.
Die untere Hälfte eines Metallzylinders 13 ist an der mittleren Bohrung der Scheibe 22 befestigt, und zwei Kugellager 13a, 13b sind innerhalb des Zylinders 13 angebracht.
Eine Welle 12 wird von den Kugel lagern 13a, 13b so gehalten, daß sie frei rotieren kann.
Eine Metallscheibe 18a ist an der mittleren Bohrung einer Weichmetallscheibe 18 befestigt und an der Welle 12 montiert.
Eine ringförmiger Magnet list an der unteren Fläche der Weichmetallscheibe 18 befestigt und dient als magnetischer Rotor, der gleichzeitig mit der Welle rotiert.
Ein magnetischer Kern 21 und die Läuferwicklung 20, die zusammen einen magnetischen Weg schaffen, sind in der Scheibe 22 eingebettet.
Die gepunkteten Bereiche repräsentieren Plastik.
Die Polanordnung des Magneten 1 in diesem Ausführungsbeispiel ist gleich der oben erwähnten, in Figur 12 gezeigten.
Die Umfangsabschnitte 2a-2, 2b-2, ... der Läuferwicklungen 2a, 2b, ... , die in der von einer Plastik-Einspritzmaschine geformten Scheibe eingebettet sind, sind nicht nach oben gebogen, so daß die gesamte Scheibe flach ist.
Der magnetische Kern 21 schafft einen magnetischen Weg für den magnetischen Fluß zwischen den Polen 1a, 1b,... des Magneten 1 und der Scheibe 22, wobei der magnetische Fluß seinen magnetischen Weg schließt, indem er die Läuferwicklung durchdringt.
Die Rotation der Welle mit der Weichmetallscheibe 18 und dem Magneten 1 verursacht einen Eisenverlust im magnetischen Kern 21.
Eine allgemein bekannte Vorrichtung zum Laminieren einer Silicium-Stahlplatte auf ein bestimmtes Material kann hinsichtlich dieses Aufbaus nicht angewandt werden, weshalb für diese Erfindung die unten beschriebene erste und zweite Vorrichtung verwendet wird.
In der ersten Vorrichtung wird ein Ring aus Siliciumstahl und Plastik verwendet, dessen Pulver-Volumenverhältnis vor der Plastikeinspritzung 60 % zu 40 % ist.
In dieser Vorrichtung ist der magnetische Widerstand zweimal größer als bei bekannten Vorrichtungen, was jedoch keine Schwierigkeit für einen Motor niedriger Ausgangsleistung darstellt.
Die zweite nachstehend beschriebene Vorrichtung wird für einen Motor hoher Ausgangsleistung eingesetzt.
Die Dicke einer Siliciumplatte, welche den magnetischen Kern eines herkömmlichen Motors bildet, ist 0,5 mm.
In dieser Erfindung wird die Platte weiter gewalzt, bis ihre Dicke ein Zehntel der ursprünglichen Dicke erreicht, nämlich etwa 50 µm.
Eine solche dünne Siliciumplatte wird mit Haftmittel beschichtet, spiralförmig aufgewickelt und so belassen, bis das Haftmittel gehärtet ist. Danach wird die Spirale von einem Schneidegerät in gleich dicke Ringe geschnitten.
Somit ist der ringförmige magnetische Kern 21 in Figur 13 fertiggestellt.
Der Eisenverlust eines solchen magnetischen Kerns ist ein Hundertstel dessen mit 0,5 mm Dicke, wobei es außerdem einfacher ist eine dünnere Silicium-Stahlplatte aufzuwickeln.
Dies sind die Vorteile dieser Erfindung.
Deshalb schafft diese Erfindung einen magnetischen Kern, der am geeignetsten für einen Motor hoher Ausgangsleistung und hoher Geschwindigkeit ist.
Figur 8 ist eine Ansicht des magnetischen Kerns 21 in Richtung des Pfeils J in Figur 13.
In Figur 8 ist eine mittlere Bohrung 21a gezeigt. An der flachen Scheibe ist eine Halterung 19 mit einem Hall-Element befestigt, wie in Figur 13 gezeigt ist.
In der Praxis werden 3 Hall-Elemente verwendet, wobei nur eines repräsentativ in Figur 13 gezeigt ist.
Diese Hall-Elemente sind den umfangsseitigen Polen des Magneten 1 direkt gegenüberliegend angeordnet, um deren Positionen zu erfassen.
Die Phase und Anzahl der N- und S-Pole ist gleich der der Feldmagneten 2a, 2b, ... .
Die Positionserfassungssignale der Hall-Elemente werden von einer bekannten Einrichtung in die elektrischen Signale des Zeitdiagramms in Figur 2 umgewandelt. Somit wird das Ausgangsdrehmoment des magnetischen Rotors mit einem Magneten 1 in Figur 13, durch eine Dreiphasen-Transistorbrückenschaltung erzielt und dadurch ein dreiphasiger bürstenloser Gleichstrommotor in Flachbauweise realisiert.
In einem solchen Motor ist der Läufer flach und das Volumenverhältnis der Wicklungen zum Läufer ist groß, so daß das Ausgangsdrehmoment und seine Leistungseffizienz genauso hoch sind wie die eines Motors mit dem Aufbau in Figur 11.
Das ist sowohl eine Wirkung als auch eine Maßnahme dieser Erfindung.
Zwischen dem magnetischen Kern 21 und dem magnetischen Rotor 1 wird eine magnetische Absorptionskraft erzeugt.
Die Kugellager 13a, 13b nehmen diese Kraft mit geringen Reibungsverlusten auf.
Figur 14 ist eine Abwicklung, welche die Anordnung eines magnetischen Rotors, der als Feldmagnet dient, und Wicklungsspulen eines dreiphasigen bürstenlosen kernlosen Gleichstrommotors in Flachbauweise zeigt.
Ein magnetischer Rotor 1 besteht aus 4 N-Polen 1a,1c,... und 4 S-Polen 1b, 1d Die strichliert gezeigten Läuferwicklungen 2a, 2g und 2b sind die Läuferwicklungen der ersten, zweiten bzw. dritten Phase.
In dieser Erfindung ist die Läuferwicklung 2g aus Gründen der Übersichtlichkeit durch die rechts davon gezeigte Läuferwicklung 2c ersetzt. Für die Läuferwicklung 2f gilt das gleiche.
Deshalb sind die Läuferwicklungen 2a, 2d die Wicklungen der ersten Phase, die Läuferwicklungen 2c, 2f die der zweiten Phase und die Läuferwicklungen 2b, 2e die der dritten Phase.
Jeweils zwei eine Phase bildende Läuferwicklungen sind seriell miteinander verbunden, können aber auch parallel geschaltet sein.
Die Verschaltungsart in diesem Ausführungsbeispiel ist die Sternverschaltung, wobei aber auch eine Dreiecksverschaltung verwendet werden kann.
Der von jeder leitenden Ankerwicklung 2a, 2b, ... eingeschlossene Winkel, der zur Erzeugung eines Drehmoments wirksam ist, beträgt 180 Grad, wobei sie in Abständen von 60 Grad angeordnet sind.
Bei einem bürstenlosen Gleichstrommotor rotiert ein Magnet 1 und Hall-Elemente erfassen die Positionen seiner Pole.
Um die Richtungssignale der Hall-Elemente zu erfassen und sie in die elektrischen Signale des Zeitdiagramms umzuwandeln wird eine bekannte Einrichtung verwendet.
Das aus den elektrischen Signalen erstellte Zeitdiagramm ist in Figur 2 gezeigt.
Die Erklärung wird hier übersprungen, da das Prinzip gleich dem oben beschriebenen ist.
Die Länge jedes Signals im Zeitdiagramm in Figur 2 ist 120 Grad, so daß jede Läuferwicklung über einen Bereich von 120 Grad erregt wird.
Ein rechteckiges Teil 5 in Figur 14 ist eine bekannte Dreiphasen-Transistorbrückenschaltung in Sternschaltung zur Erregung der oben erwähnten Läuferwicklungen.
Die Hall-Elemente sind nicht gezeigt, praktisch werden jedoch 3 Hall-Elemente zur Erfassung des magnetischen Flusses jedes Pols des magnetischen Rotors verwendet.
Nachstehend wird die Struktur anhand der Figur 7 erläutert.
In der mittleren Bohrung eines oberen Gehäusedeckels 14a aus Weichmetall ist ein Kugellager angebracht, das eine Welle 12 hält, so daß sie frei rotieren kann.
Eine metallische Scheibe 18 ist an der Welle 12 innerhalb des oberen Gehäusedeckels 14a befestigt.
Der mittlere Bereich der Weichmetallscheibe 18 ist am Umfang der metallischen Scheibe 18a befestigt.
Die Metalischeibe 18 dient als Joch.
Ein ringförmiger Magnet 1, der die magnetischen Pole 1a, 1e umfaßt, ist an der unteren Fläche der Weichmetallscheibe 18 befestigt.
Zusammen bilden sie einen magnetischen Rotor.
Figur 15 ist eine Ansicht des magnetischen Rotors in Richtung des Pfeils J in Figur
Acht magnetische Pole 1a, 1b, ... gleicher Form sind regelmäßig angeordnet. 7.
Eine Metallscheibe 18a hält eine Weichmetallscheibe 18 und ist an der Welle 12 montiert.
In der Figur 7 ist ein anderes Kugellager 13b in der mittleren Bohrung eines unteren Gehäusedeckels 14b aus Weichmetall angebracht und hält die Welle 12.
Die beiden Flansche des oberen und unteren Gehäusedeckels 14a, 14b sind, wie in Figur 7 gezeigt ist, verbunden.
Nachstehend wird ein stationärer Anker erläutert.
Die Läuferwicklungen 2a, 2b, ... in Figur 3 haben die gleiche fächerförmige Form und sind nebeneinander angeordnet.
Sie belegen einen maximalen Raum.
Die Anschlüsse der Wicklungen sind nicht gezeigt, tatsächlich aber vorgesehen und mit der Transistorbrückenschaltung 5 in Figur 14 durch eine bestimmte Verdrahtung verbunden.
Die Umfangsabschnitte 2a-2, 2b-2, ... der Läuferwicklungen erzeugen kein Drehmoment, so daß sie nach oben gebogen sind.
Die gebogenen Abschnitte sind als 2a-1, 2b-1, 2c-1 gezeigt.
Für die anderen Läuferwicklungen gilt das gleiche.
Der von jedem zur Erzeugung eines Drehmoments beitragenden Wicklungsabschnitt eingeschlossene Winkel H übersteigt 180 Grad.
Er beträgt (180 +60) Grad in diesem Ausführungsbeispiel
Gemäß einer herkömmlichen Vorrichtung ist die Richtung des Spulenabschnitts der Ankerwicklung, der zur Erzeugung eines Drehmoments beiträgt, radial, wie strichliert durch die Linien B oder C in Figur 3 gezeigt ist.
In dieser Struktur ist das Profil der Ankerwicklung als strichlierte Linie 2c-3 und die Breite der Wicklung als F gezeigt.
In diesem Ausführungsbeispiel ist die Breite der Wicklung als E gezeigt und die Anzahl der Windungen beinahe zweimal größer als die bei einer herkömmlichen Vorrichtung.
Deshalb wird der Kupferverlust verringert und das Ausgangsdrehmoment erhöht.
Das ist eine Maßnahme dieser Erfindung.
Anderseits werden die Außenflächen jeweils zweier benachbarter Läuferwicklungen miteinander in Berührung gehalten, so daß sie einfach angeordnet werden können.
Der zur Erzeugung eines Drehmoments wirksame Wicklungsabschnitt ist bezüglich der radialen Richtung um 10 Grad geneigt, die durch die gestrichelte Linie B oder C gezeigt ist, so daß das Drehmoment etwas verringert wird, was jedoch nicht nachteilig ist, da die Verringerung des Drehmoments vernachlässigbar klein ist.
Die oben erwähnte strichliert gezeigte Läuferwicklung 2c-3 kann für diese Erfindung verwendet werden.
Sie kann bei einem Motor mit kleinem Ausgangsdrehmoment angewendet werden.
Anderseits kann die Ankerwicklung auch auf gewöhnliche Art und Weise, anstatt nebeneinander gewickelt sein.
Wenn die strichliert gezeigten Umfangsabschnitte 2a-2, 2a-3, ... nach oben gebogen werden, ist es einfach, sie wie gewöhnlich zu wickeln.
Ein ringförmiger Anker mit darin eingebetteten Teilen 20, 21, die von einer Plastikinjektionsmaschine geformt sind, ist an der oberen Fläche des unteren Gehäusedeckels 14b in Figur 7 befestigt.
Die gepunkteten Bereiche repräsentieren Plastik.
Das Teil 20 stellt die oben erwähnten Ankerwicklungen 2a, 2b, ... in Figur 3 dar, und das Teil 21 stellt den magnetischen Kern dar, an dem das Teil 1 befestigt ist.
Mittels einer Einspritzmaschine wird Plastik in eine Form mit den Teilen 20, 21 injiziert.
Danach ist der ringförmige Anker 22 fertiggestellt.
Ein solcher ringförmiger Anker 22 ist an der oberen Seite des unteren Gehäusedeckels 14b befestigt.
Die Umfangsabschnitte der Ankerwicklung 2a, 2b, ... sind nicht gebogen und erstrecken sich radial, wie strichliert durch 2a-2, 2b-2, ... gezeigt ist.
Alle Ankerwicklungen sind flach.
Der magnetische Kern 21 ist im magnetischen Weg des magnetischen Flusses der Pole 1a, 1b, ... des Magneten 1 angebracht, so daß der magnetische Fluß des Magneten 1 am magnetischen Kern 21 seinen Weg abschließt.
Die Rotation der Welle 12 mit der Scheibe 18 und dem Magneten 1 verursachen Eisenverluste im magnetischen Kern 21.
Eine bekannte Vorrichtung zum Laminieren einer Silicium-Stahlplatte auf ein bestimmtes Material kann hinsichtlich dieses Aufbaus angewendet werden, so daß die folgenden Vorrichtungen in dieser Erfindung verwendet werden können.
Eine Silicium-Stahlplatte für den magnetischen Kern eines Motors ist im allgemeinen 0,5 mm dick, wird jedoch bei dieser Erfindung weiter gewalzt, bis ihre Dicke etwa ein Zehntel der ursprünglichen Dicke erreicht, nämlich etwa 50 µm. Die Platte wird dann spiralförmig zu einer Rolle aufgewickelt und ihre Oberfläche mit Haftmittel beschichtet.
Nachdem das Haftmittel getrocknet ist, wird die Rolle in mehrere Ringe von bestimmter Dicke geschnitten, woraus sich ringförmige magnetische Kerne 21 ergeben, von denen einer in Figur 5 gezeigt ist.
Durch die Verwendung eines solchen magnetischen Kerns 21 wird der Eisenverlust auf ein Hundertstel eines herkömmlichen mit 0,5 mm Dicke verringert, wobei die zur spiralförmigen Wicklung der Platte aufgewendete Arbeit klein ist.
Das sind die Merkmale dieser Erfindung.
Deshalb ist ein solcher magnetischer Kern 21 am besten für einen Motor hoher Ausgangsleistung und hoher Geschwindigkeit geeignet.
Figur 8 ist eine Ansicht des magnetischen Kerns 21 in Richtung des Pfeils J in Figur 7 und zeigt eine Bohrung 21a.
Eine Halterung 19 mit einem Hall-Element in Figur 7 ist an der oberen Fläche der ringförmigen magnetischen Kernanordnung 22 befestigt.
Hier werden 3 Hall-Elemente verwendet, von denen nur eins in Figur 7 gezeigt ist.
Die Hall-Elemente liegen den Umfangsseiten der magnetischen Polen des Magneten 1 direkt gegenüber, bei dem die Phase und die Anzahl N- und S-Pole gleich der der Feldpole 2a, 2b, .... ist, wobei sie die Position der Pole erfassen.
Die Erfassungssignale werden mittels einer bekannten Einrichtung in die elektrischen Signale entsprechend den Kurven im Zeitdiagramm in Figur 2 umgewandelt.
Damit wird das Ausgangsdrehmoment des magnetischen Rotors und dem Magneten 1 in Figur 7 durch die oben erwähnte Dreiphasen-Transistorbrückenschaltung erzielt, und ein dreiphasiger kemloser Gleichstrommotor in Flachbauweise wird realisiert.
Der Anker ist flach und das Volumenverhältnis von Wicklung zu Anker ist groß, woraus sich ein hohes Drehmoment und eine hohe Leistungseffizienz ergibt.
Das ist sowohl eine Wirkung als auch eine Maßnahme dieser Erfindung.
Bei einem Motor hoher Ausgangsleistung ist der Magnet 1 groß und die achsiale magnetische Absorptionskraft zwischen dem Magneten 1 und dem magnetischen Kern 21 ist groß, so daß die Lebensdauer des Kugellagers 13b kurz ist und dessen Reibungsverluste groß sind.
Die folgende Vorrichtung dient zur Vermeidung dieser Effekte bei dieser Erfindung.
Auf der Welle 12 ist eine metallische Scheibe 23a montiert auf der wiederum eine Weichmetallscheibe 23 befestigt ist. Ein ringförmiger Magnet 24 ist auf der oberen Fläche der Weichmetallscheibe 23 befestigt. Die obere Fläche des Magneten 24 ist einheitlich als N-Pol und die untere Fläche 5- Pol magnetisiert.
Die obere Fläche des Magneten 24 liegt der unteren Fläche des unteren Gehäusedeckels 14b mit einem Spalt dazwischen gegenüber, so daß im magnetischen Weg eine Weichmetallscheibe 23, ihre benachbarten Bereiche und der untere Gehäusedeckel 14b eingeschlossen sind, wobei eine starke in umgekehrter Richtung erzeugte Absorptionskraft die oben erwähnte achsiale Kraft, die auf das Kugellager 13b wirkt, aufhebt.
Der magnetische Fluß des Magneten 24 durchdringt den unteren Gehäusedeckel 14b aus Weichmetall und ändert sich nicht während der Rotation, woraus sich kein Eisenverlust und kein Drehmomentenverlust ergibt.
Deshalb kann diese Erfindung das oben erwähnte Problem lösen.
Nachfolgend wird ein anderes Ausführungsbeispiel anhand der Figur 16 erläutert.
In diesem Ausführungsbeispiel sind die Weichmetallscheibe 23, der Magnet 24, der obere Gehäusedeckel 14 und der untere Gehäusedeckel 14b in Figur 7 entfernt. Deshalb kann dieser Typ für einen Motor mit hohem Ausgangsdrehmoment angewendet werden, ist jedoch auch für einen Motor mit kleinem Drehmoment und hoher Geschwindigkeit geeignet.
Die Struktur dieses Typs ist einfach und kann für einen Motor in Flachbauweise verwendet werden.
In Figur 16 sind eine Welle 12, eine metallische Scheibe 18a, eine Weichmetallscheibe 18 und ein Magnet 1 mit den Teilen mit gleichen Bezugszeichen in Figur 7 identisch und bilden einen magnetischen Rotor.
Die Ankerwicklungen 20 entsprechen den Ankerwicklungen 2a,2b, ... in Figur 3.
Die nach oben zeigende Vorsprünge 20a ihrer Umfangsabschnitte entsprechen den umfangsseitig gebogenen Abschnitten der Ankerwicklungen 2a-1, 2b-1, ... in Figur 3.
Ein Teil oder Element oder ein magnetischer Kern oder magnetischer Körper 21, der als magnetischer Kern dient, besteht aus einer dünnen Silicium-Stahlplatte, die spiralförmig, wie in Figur 7 gezeigt, aufgewickelt ist.
Mittels einer Einspritzmaschine wird Plastik in eine Form mit dem Teil oder Element oder magnetischen Kern oder dem magnetischen Körper 21 und den Ankerwicklungen injiziert.
Damit ist ein ringförmiger stationären Anker 22 fertiggestellt.
Die gepunkteten Teile in Figur 16 repräsentieren Plastik.
Ein metallischer Zylinder 14, in dem Kugellager 13a, 13b angeordnet sind, ist im Mittelbereich des stationären Ankers 22 eingebettet.
Die Kugellager 13a, 13b halten eine Welle 12, so daß sie frei rotieren kann.
Eine nach unten gerichtete Kraft des Magneten 1 wird von den Lagern aufgenommen.
Die Hall-Elemente 19 zur Erfassung der Positionen der Pole entsprechen den Hall- Elementen gleicher Bezugszeichen in Figur 7.
Die oben erwähnte Struktur dient als ein bürstenloser kemloser Gleichstrommotor in Flachbausweise, in dem ein magnetischer Rotor 18,1, genau wie in Figur 7, durch die Erregung der Ankerwicklungen rotiert.
Der Eisenverlust des Teils oder Elements oder magnetischen Kerns oder magnetischen Körpers 21 ist bemerkenswert klein, so daß die Geschwindigkeit und die Leistungseffizienz des Motors groß ist.
Dies ist sowohl eine Wirkung als auch eine Maßnahme dieser Erfindung.
In den Ausführungsbeispielen in Figur 7 und Figur 16 umfaßt der Motor sechs Ankerwicklungen, wie in Figur 3 gezeigt ist, kann aber auch drei Ankerwicklungen oder weniger als sechs umfassen.
In diesem Beispiel ist das Ausgangsdrehmoment verringert, aber der Aufbau vereinfacht.
Deshalb kann er effektiv als ein Motor niedriger Ausgangsleistung und gleicher Baugröße verwendet werden.
Nachfolgend wird Figur 14 erläutert.
Ein magnetischer Rotor 1 umfaßt 2 N-Pole und 2 S-Pole.
Deshalb sind die Pole und die Ankerwicklungen rechterhand einer strichlierten Linie D entfernt, d. h. er enthält 3 Ankerwicklungen 2a, 2b, 2c, die in einer Sternverschaltung verbunden sind.
Die Anordnung der Ankerwicklungen in Figur 3 ist modifiziert und der von jeder der fächerförmigen Ankerwicklungen 2a, 2b, 2c geschaffene Winkel beträgt 90 Grad mechanisch oder 180 Grad elektrisch.
Der magnetische Rotor in Figur 15 umfaßt ebenfalls 4 Pole.
Der von jedem magnetischen Pol eingeschlossene mechanische Winkel beträgt 90 Grad.
Der Aufbau des magnetischen Rotors und des stationären Ankers ist gleich dem in Fig. 7 oder Fig. 16, so daß er den Zweck dieser Erfindung erfüllen kann.
Die oben erwähnten Ausführungsbeispiele beziehen sich auf einen Dreiphasen- Gleichstrommotor, jedoch kann die Technologie dieser Erfindung bei einem Einphasen- oder Zweiphasen- bürstenlosen kernlosen Gleichstrommotor angewendet wird.
Bei einem Einphasenmotor sind ein magnetischer Rotor mit 2 N-Polen und 2 S- Polen, vier Ankerwicklungen, die jeweils einen Winkel von 90 Grad einschließen, radial, symmetrisch angeordnet, wobei ein stationärer Anker aus den Ankerwicklungen, dem magnetischen Körper 21 in Figur 8, der auf einer Seitenfläche befestigt ist, und Plastik besteht, das in einen Raum eingelassen ist, und zur Bildung des stationären Ankers notwendig ist.
Damit kann die Anordnung eines magnetischen Rotors und eines stationären Ankers, wie sie in Figur 16 gezeigt ist, den Zweck dieser Erfindung erfüllen.
Figur 14 ist eine Abwicklung eines magnetischen Rotors und Ankerwicklungen, die einen dreiphasigen bürstenlosen kernlosen Gleichstrommotor in Flachbauweise schaffen.
Der magnetische Rotor 1 umfaßt 4 N-Pole 1a, 1c, ... und 4 S-Pole, 1b, 1d, ... . Die strichliert gezeigten Ankerwicklungen 2a, 2g und 2b repräsentieren die Ankerwicklungen der ersten, der zweiten bzw. der dritten Phase, wobei in dieser Erfindung die Ankerwicklung 2g durch eine rechts davon gezeigte andere Ankerwicklung 2c ersetzt ist.
Für eine Ankerwicklung 2f gilt das gleiche.
Somit sind die Ankerwicklungen 2a, 2d Wicklungen der ersten Phase, die Ankerwicklungen 2c, 2f die der zweiten Phase und die Ankerwicklungen 2b, 2e die der dritten Phase.
Jeweils zwei Ankerwicklungen der ersten, der zweiten und der dritten Phase können entweder seriell oder parallel miteinander verbunden sein. Der Verschaltungstyp dieses Ausführungsbeispiels ist die Sternverschaltung.
Der von den leitenden, zur Erzeugung eines Drehmoments wirksamen Abschnitten der Ankerwicklungen 2a, 2b, ... eingeschlossene Winkel beträgt 180 Grad und der von jedem magnetischen Pol 1a, 1b, ... beträgt ebenfalls 180 Grad. Sie sind in regelmäßigen Abständen von 60 Grad angeordnet.
Bei einem bürstenlosen Gleichstrommotor werden Hall-Elemente zur Erfassung der Positionen der Feldmagnetpole während der Rotation verwendet, wobei eine bekannte Einrichtung die Erfassungssignale der Hall-Elemente in die für ein Zeitdiagramm notwendigen elektrischen Signale umwandelt.
Figur 17 zeigt ein oben erwähntes Zeitdiagramm, welches auf den Erfassungssignalen basierend erstellt ist.
Die Längen der Kurven 6a, 6b, .... betragen 120 Grad und sind in Intervallen von 360 Grad angeordnet.
Die Phase der Kurven 7a, 7b, ... ist um 120 Grad gegenüber der der Kurven 6a, 6b ... verschoben, und die Phase der Kurven 8a, 8b, ... ist um 120 Grad gegenüber der der Kurven 7a, 7b, ... verschoben.
Die Phase der Kurven 9a, 9b, ... ist gegenüber der der Kurven 6a, 6b, ... um 180 Grade nach hinten verschoben.
Diejenige der Kurven 10a, 10b, ... ist gegenüber der der Kurven 9a, 9b, ... um 120 Grad und die der Kurven 11a, 11b, ... gegenüber der der Kurven 10a, 10b, ... um 120 Grad verschoben.
Die Ankerwicklungen 2a, 2d werden mittels einer bekannten Dreiphasen-Transistorbrückenschaltungen entsprechend der Kurven 6a, 6b, ... bzw. der Kurven 9a, 9b, ... vorwärts und rückwärts erregt.
Die Ankerwicklungen 2c, 2f werden entsprechend der Kurven 7a, 7b, ... und der Kurven 10a, 10b,... , und die Ankerwicklungen 2b, 2e entsprechend der Kurven 8a, 8b,... und der Kurven 11a, 11b,.... ebenso vorwärts und rückwärts erregt.
Dadurch rotiert der Feldmagnet 1 und arbeitet als ein bürstenloser Gleichstrommotor.
Die Länge jedes Polpositionssignals in Figur 17 beträgt 120 Grad, wonach entsprechend jede Ankerwicklung in Figur 14 über 120 Grad erregt wird.
Ein rechteckiges Teil 5 in Figur 14 repräsentiert eine bekannte Dreiphasen- Transisitorsternverschaltung zur Erregung der oben erwähnten Ankerwicklungen.
Obwohl kein Hall-Element abgebildet ist werden tatstchlich 3 Hall-Elemente verwendet, um die Position der magnetischen Pole des magnetischen Rotors 1 zu erfassen.
Nachfolgend wird die Struktur in Figur 18 erläutert.
Figur 18 zeigt einen Abschnitt einer gedruckten Stahlplatte mit einer Verdrahtung auf deren Oberseite.
Ein Teil, welcher einen Steuerkreis zur Erregung der Ankerwicklungen umfaßt, ist in Figur 18 nicht gezeigt, obwohl er verwendet wird.
Ein metallischer Zylinder 14a ist an der mittleren Bohrung der Platte 14 befestigt.
Die Kugellager 13a, 13b sind in dem metallischen Zylinder angebracht und halten eine Welle 12, so daß sie frei rotieren kann.
Eine metallische Scheibe 18a ist am oberen Ende der Welle 12 befestigt, und eine Weichmetallscheibe 18 ist an der metallischen Scheibe 1 8a befestigt, wie in Figur 18 gezeigt ist.
Die obere Fläche eines ringförmigen Magneten 1 mit magnetischen Polen 1a, 1e ist an der unteren Fläche der Weichmetallscheibe 18 befestigt, wodurch ein magnetischer Weg geschaffen wird.
Figur 20 ist eine Aufsicht auf einen magnetischen Rotor 1 in Richtung des Pfeils G in Figur 18, und zeigt 4 N-Pole und 4 S-Pole.
Die von diesen Polen 1a, 1b, ... eingeschlossenen Winkel betragen 180 Grad.
Nachstehend wird die stationäre Ankerwicklung erläutert.
In Figur 3 sind die Ankerwicklungen 2a, 2b, ... fächerförmig, haben gleiche Gestalt und sind nebeneinander angeordnet.
Der von den Wicklungen belegte Raum ist maximal.
Die nicht gezeigten Wicklungsanschlüsse werden zur Verbindung der Wicklungen mit der Transistorbrückenschaltung 5 in Figur 14 verwendet.
Die Umfangsabschnitte der Wicklungen 2a-2, 2b-2, ... leisten keinen Beitrag zur Erzeugung eines Drehmoments und sind bei Bedarf nach oben gebogen.
Die gebogenen Abschnitte 2a-1, 2b-1 sind in Figur 3 gezeigt.
Für die anderen Ankerwicklungen gilt das gleiche.
Der von jedem zur Erzeugung eines Drehmoments wirksamen Wicklungsabschnitt eingeschlossene Winkel H übersteigt 180 Grad und beträgt in diesem Ausführungsbeispiel (180+60) Grad.
In einer herkömmlichen Vorrichtung ist die Richtung der Wicklungsabschnitte der Ankerwicklung, die zur Erzeugung eines Drehmoments wirksam sind, radial, wie durch die strichlierte Linie B oder C gezeigt ist.
Die Ankerwicklung gemäß einer solchen Vorrichtung ist strichliert als 2c-3 und ihre Dicke als F gezeigt.
Andererseits ist die Dicke der Wicklung bei dieser Ausführungsform E und die Anzahl ihrer Windungen ist etwa zweimal größer als die der herkömmlichen Vorrichtung.
Deshalb wird der Kupferverlust verringert und das Ausgangsdrehmoment erhöht.
Dies ist eine Wirkung dieser Erfindung.
Die äußeren Flächen jeweils zweier benachbarter Ankerwicklungen berühren einander, so daß es einfach sie anzuordnen.
Die zur Erzeugung eines Drehmoments wirksamen Wicklungsabschnitte sind bezüglich einer strichliert gezeigten radialen Richtung B oder C um 10 Grad geneigt, wodurch das Drehmoment etwas reduziert wird, was jedoch keine Schwierigkeiten bereitet, da die Verringerung vernachlässigbar klein ist.
Die oben erwähnte Ankerwicklung in Form der strichlierten Linie 2c-3 kann in dieser Erfindung angewendet werden, sollte aber für einen Motor mit niedrigem Ausgangsdrehmoment verwendet werden.
Andererseits kann die Windung der Ankerwicklung in gewöhnlicher Weise, anstatt nebeneinander ausgerichtet sein.
Es ist ideal, daß der von dem Wicklungsabschnitt der Ankerwicklung eingeschlossene Winkel gleich dem des magnetischen Pols ist, wobei der erstere etwas größer sein kann als der letztere, um das Drehmoment zu erhöhen. Folglich kann bei dieser Erfindung der erstere etwa gleich dem letzteren sein.
Ein magnetischer Körper 21 aus dünn gewalztem Siliciumstahl, der wie in Figur 18 gezeigt, spiralförmig aufgewickelt ist, wird später erläutert.
Die Ankerwicklungen 20a, 20b in Figur 3 sind an der oberen Fläche des magnetischen Körpers 21 befestigt.
Durch sie und Plastik wird ein ringförmiger stationärer Anker 17 gebildet, wobei das zur Gestaltung des stationären Ankers 17 notwendige Plastik in den Raum eingebracht wird.
Vor dem Formen mit Plastik wird die Verdrahtung zwischen der Ankerwicklung und einem Kommutator 4 in Figur 1 abgeschlossen.
Der Eingangsanschluß der Transistorbrückenschaltung 5 wird bis zum Umfang des Ankerkörpers geleitet, wie in Figur 18 gezeigt ist, und die notwendige Verdrahtung auf der gedruckten Platte wird ausgeführt.
Der oben erwähnte stationäre Anker 17 ist auf der gedruckten Platte 14 mittels Haftmittel befestigt.
Die Hauptabschnitte 20a, 20b der Ankerwicklungen 17 sind ebenfalls in Figur 18 gezeigt.
Der magnetische Körper 21 dient als magnetischer Weg der Pole 1a, 1b, ... des Magneten 1, so daß der magnetische Fluß des Magneten 1 die Ankerwicklungen durchdringen und seinen magnetischen Weg am magnetischen Körper 21 schließen kann.
Die Rotation der Welle 12 mit der Scheibe 18 und dem Magneten 1 verursacht einen Eisenverlust im magnetischen Körper 21.
Eine bekannte Vorrichtung zum Laminieren einer Silicium-Stahlplatte auf ein bestimmtes Material kann hinsichtlich dieses Aufbaus nicht angewendet werden, so daß die folgende Vorrichtung in dieser Erfindung verwendet wird.
Die Dicke einer Silicium-Stahlplatte für einen magnetischen Kern eines Motors ist im allgemeinen 0,5 mm stark, wird aber bei dieser Erfindung weiter gewalzt, bis ihre Dicke beinahe ein Zehntel ihrer ursprünglichen Dicke erreicht, nämlich etwa 50 µm.
Eine solche dünne Platte wird spiralförmig aufgewickelt und von einem Schneidegerät in mehrere Ringe bestimmter Dicke geschnitten, welche die magnetischen Körper 21 in Figur 18 sind. Der Eisenverlust eines solchen magnetischen Körpers 21 beträgt etwa ein Hundertstel dessen eines herkömmlichen mit 0,5 mm Dicke.
Es ist einfach, diese Platte spiralförmig aufzuwickeln, da sie dünn ist.
Dies sind die Vorteile dieser Erfindung.
Deshalb ist dieser magnetische Körper am besten zum Abschluß des magnetischen Pfades in einem Motor hoher Leistung und hoher Geschwindigkeit geeignet.
Figur 19 ist eine Aufsicht auf einen stationären Anker 17 in Richtung des Pfeils N in Figur 18.
Die Windung jeder Ankerwicklung entlang der inneren Seite des stationären Ankers 17 wird in Plastik eingebettet, nachdem die Verdrahtung mit dem Anschluß abgeschlossen ist.
Die Ankerwicklungen 2a, 2b, ... sind in sechs fächerförmigen Bereichen angeordnet, die in Figur 19 durch die strichlierten Linien 15a, 15b, ... gezeigt sind.
Die Unterseiten der Ankerwicklungen sind mittels Haftmittel auf der Oberseite des magnetischen Körpers 21 befestigt.
Die Oberseiten der Ankerwicklungen sind mit einer Plastikschicht von etwa 0,2 mm Dicke beschichtet.
Die konkaven Abschnitte 16a,16b,... in Figur 19 schaffen den notwendigen Raum für die Verdrahtung zwischen den Anschlüssen 3a, 3b, die von den Ankerwicklungen und von einem Kommutator nach außen geleitet werden.
Nachstehend wird die Anordnung von Hall-Elementen eines stationären Ankers erläutert, die zur Erfassung der Polposition des Magnetrotors während der Rotation verwendet werden.
In diesem Ausführungsbeispiel sind die Hall-Elemente 4a, 4b, 4c am mittleren Bereich der oberen Flächen der Ankerwicklungen befestigt, wobei die Verdrahtung der vier Leitungen der 4 Hall-Elemente bei dieser Einrichtung schwierig ist.
Um diese Schwierigkeiten zu verhindern, können die Hall-Elemente nahe am Umfang zwischen zwei benachbarten Ankerwicklungen angeordnet werden.
Dies wird nachstehend erläutert.
In einem Diagramm in Figur 17 rotiert der magnetische Rotor 1 in Richtung des Pfeils A mit einer bestimmten Geschwindigkeit.
Die Pfeile 2a, 2b zeigen die Breite jeder Ankerwicklung und die Position an der sie befestigt sind.
Jede Zeilenlänge ist gleich der Breite der Pole 1a, 1b, ... und jeder Intervaliwinkel beträgt 60 Grad.
Drei als Rechtecke 4a, 4b, 4c gezeigte Hall-Elemente sind in den Mittelbereichen der Ankerwicklungen 2a, 2b, 2c befestigt.
Die als Kreise gezeigten Hall-Elemente 4a, 4b, 4c sind in den Bereichen der Berührungslinien zweier benachbarter Ankerwicklungen angeordnet.
Wenn der magnetische Rotor 1 in einer Pfeilrichtung A rotiert, ergibt sich für den N- Pol die Ausgangskurve des Hall-Elements 4c als Rechtecke 24a, 24b die des Hall-Elements 4b als Rechtecke 26a, 26b, ... und die des Hall-Elements 4a als die letzten Rechtecke 25a, 25b
Die Ausgangskurven der als Kreise gezeigten Hall-Elemente 4a, 4b, 4c sind als Gruppe 24a, 24b, ..., als Gruppe 25a, 25b, ... bzw. als Gruppe 26a 26b, ... gezeigt.
Die Kurven 6a, 6b,... stammen von einem AND-Schaltkreis, der die Kurven 26a, 26b, ... zu den negierten Kurven der Kurven 24a, 24b, ... addiert. Die Kurven 7a, 7b, ..., die Kurven 8a, 8b, ..., die Kurven 9a, 9b, ..., die 10a, 10b und die Kurven 11a, 11b, ... stammen ebenfalls vom AND-Schaltkreis nach einer ähnlichen Rechnung.
Die Ankerwicklungen werden, wie oben erwähnt vor- und rückwärts über 120 Grad durch die obigen Ausgangskurven der sechs Systeme erregt. Dadurch wird ein Drehmoment zum Antrieb eines sternförmig verschalteten Dreiphasen Gleichstrommotors erzeugt.
Auch wenn Hall-Element an einer Position 4d anstatt an einer Position 4b angeordnet ist, ist die Wirkung die gleiche.
Wie aus der obigen Erklärung deutlich wird, beendet der magnetische Fluß des magnetischen Rotors 1 seinen eigenen Weg am magnetischen Körper 21, so daß das Ausgangsdrehmoment erhöht und der Eisenverlust auf ein Hundertstel des herktmmlichen Werts reduziert wird.
Folglich ergibt sich ein Motor mit hoher Leistungseffizienz und hoher Geschwindigkeit von etwa 20 000 Umdrehungen/Minute.
Dies ist sowohl eine Wirkung als auch eine Maßnahme der Erfindung.
Wie aus der Anordnung in Figur 18 entnommen werden kann, wird ein Motor in Flachbauweise realisiert, der für eine Massenproduktion geeignet ist.
Das ist ein Vorteil dieser Erfindung.
Wenn eine flexible oder harte Scheibe auf einer Weichmetallscheibe 18 in Figur 18 angeordnet wird kann ein flacher Antrieb hergestellt werden.
Wenn anderseits ein Laserspiegel darauf angeordnet ist, so kann eine flache Laserspiegeleinrichtung mit hoher Geschwindigkeit geschaffen werden.
Figur 21 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel mit vier magnetischen Rotorpolen und drei stationären Ankerwicklungen.
Mittels dieses Ausführungsbeispiels kann ein Motor kleiner sein, als in Figur 18 gezeigt ist.
In diesem Ausführungsbeispiel ist die rechte Hälfte der Abwicklung der Ankeranordnung in Figur 14 entfernt.
In Figur 21 umfaßt ein magnetischer Rotor 1 zwei N-Pole und zwei S-Pole.
Er ist auf einer Welle 12 befestigt, die von Kugellagern 13a, 13b gehalten wird, so daß sie frei rotieren kann.
Ein Motor mit 3 Ankerwicklungen, 4 magnetischen Polen und einem stationären Anker, dessen Aufbau dem in Figur 18 entspricht, kann den Zweck dieser Erfindung erfüllen.
In diesem Ausführungsbeispiel ist der Aufbau des stationären Ankers einzigartig.
Er wird nachfolgend eingehend erläutert. Der Aufbau des flachen magnetischen Körpers 21, der spiralförmig aufgewickelt, ist gleich dem in Figur 18.
Figur 22 ist eine Aufsicht auf einen stationären Anker in Richtung des Pfeils J in Figur 21.
Die fächerförmigen, strichliert gezeigten Ankerwicklungen 22a, 22b, 22c sind am magnetischen Körper 21 befestigt.
Sie entsprechen den Ankerwicklungen 2a, 2b, 2c in Figur 24.
Die Breite der Ankerwicklungen 22a, 22b, 22c ist beinahe gleich der Breite der Feldmagneten.
Sie sind in gleichen Abständen angeordnet. Der von jeweils zwei der strichlierten Linien 15a, 15b, 15c eingeschlossene mechanische Winkel beträgt 120 Grad.
Ein feststehender Anker 19 ist aus den Ankerwicklungen 20a, 20b, einem magnetischen Körper 21, einem metallischen Zylinder 14a in Figur 21 und aus Plastik geschaffen, welches zur Bildung des stationären Ankers notwendig ist und in den Raum eingefüllt wird.
Der metallische Zylinder 14a, in dem sich die Kugellager 13a, 13b befinden, ist im Mittelbereich des stationären Ankers 19 eingebettet.
Die Hall-Elemente 4a, 4b, 4c zur Erfassung der Polpositionen des magnetischen Rotors 1 sind innerhalb der konkaven Bereiche 23a, 23b, 23c befestigt und in gleichen Intervallen, nahe des Umfangs des stationären Ankers 19, und an den strichliert gezeigten Berührungslinien 15a, 15b, 15c zweier benachbarter Ankerwicklungen, angeordnet, und werden zur Erfassung der Polpositionen des magnetischen Rotors 1 verwendet.
Wie in Figur 17 werden die Ankerwicklungen 22a, 22b, 22c über 120 Grad vorwärts und rückwärts erregt, wobei ein hohes Drehmoment zum Antrieb eines Dreiphasen- Hochgeschwindigkeitsmotors in Sternschaltung erzeugt werden kann.
Somit kann der Zweck der Erfindung erfüllt werden.
Auch wenn die Anzahl der Ankerwicklungen sechs anstatt drei wie in Figur 22 wäre, kann damit der Zweck der Erfindung erfüllt werden.
Allgemein gilt: wenn die Anzahl der magnetischen Pole des magnetischen Rotors 2n ist, wobei n eine gerade Zahl ist, dann sollte die Anzahl der Ankerwicklungen 3/2 x N sein, um den Zweck dieser Erfindung zu erfüllen.
Bevor die Ankerwicklungen und der magnetische Kern 21 von einer Plastik- Einspritzmaschine geformt werden, sollte die notwendige Verdrahtungsarbeit innerhalb der Ankerwicklungen abgeschlossen sein und die drei Anschlüsse der Ankerwicklungen sollten zu den Umfangsabschnitten des stationären Ankers geführt sein, um deren Verbindung mit anderen Anschlüssen, wie in vorherigen Ausführungsbeispielen, zu erleichtern.
Nachfolgend wird eine konkrete Vorrichtung zur Herstellung eines magnetischen Körpers erläutert.
Die Abmessungen einer hier verwendeten dünnen Silicium-Stahlplatte sind 25 cm Breite mit fast 0,1 mm oder weniger Dicke.
Die Vorder- und Rückseite des magnetischen Körpers 21 ist mit einer lsolationsschicht von 1,5 um Dicke beschichtet.
In Figur 23 ist eine, wie oben erwähnte, dünne Silicium-Stahlplatte durch eine strichlierte Linie 33 gezeigt.
In Richtung des Pfeils K wirkt eine bestimmte Spannung.
In Figur 23 befindet sich in einem Plastikzylinder 21d eine Walze 34, deren achsenähnliche Enden 34a von Kugellagern gehalten werden, so daß sie frei rotieren können.
Sie wird von einem nicht gezeigten Motor angetrieben und rotiert in Richtung des Pfeils S.
Eine Welle 30 a eines Hebels 30 wird von Kugellagern derart gehalten, daß sie frei rotieren kann.
Eine Federkraft wirkt auf den Hebel, so daß er sich in Richtung des Pfeils L drehen kann, wobei eine am freien Ende des Hebels befindliche Rolle 29 in Druckkontakt mit der äußeren Fläche des Zylinders 21d gehalten wird.
Die Rolle 29 wird von einer Welle 29a des Hebels 30 gehalten, so daß sie frei rotieren kann.
An der äußeren Fläche des Zylinders 21 d ist eine längsseitige Nut 32 vorgesehen.
Die Nut 32 ist auch in Figur 24 gezeigt.
Eine dünne Silicium-Stahlplatte 27 (nachfolgend einfach Stahlplatte genannt) wird von einer Stahiplattenwalze 33 abgezogen, wobei deren Ende so gebogen ist, daß es in die Nut 32 paßt.
Dieses wird mittels Haftmittel in der Nut befestigt.
Die Rolle 29 preßt die Stahlplatte, wie in Figur 23 gezeigt ist, gegen den Zylinder.
Eine thermohärtende Haftflüssigkeit wird durch eine Düse 28 gegen die rückseitige Fläche der nach links bewegten Stahlplatte 27 gesprüht.
Die Rolle 29 wird mittels Induktionsheizung auf eine bestimmte Temperatur aufgeheizt.
Die Stahlplatte 29 wird dann wieder vom rotierenden Zylinder 34 aufgewickelt.
Sie wird dabei von der Rolle darauf gedrückt und erhitzt, so daß sie am Zylinder befestigt wird.
Wenn der Zylinder 34 mit einer bestimmten Umlaufgeschwindigkeit rotiert, wird der den Zylinder 34 antreibende Motor gestoppt.
Kurz bevor der Motor angehalten wird, wird ein Schneidegerät an der strichlierten Linie 31 in Figur 23 angesetzt, welches die Stahlplatte 27 schneidet.
Somit ist die Stahlplatte 27 um den Plastikzylinder 21d gewickelt, und das Haftmittel durch Erhitzung gehärtet, wodurch sich die Stahlplattenrolle am Zylinder festigt. Wenn eine druckhärtende Haftflüssigkeit aufgesprüht wird ist es nicht notwendig die Rolle 29 zu erhitzen.
Danach wird der Zylinder 21 d mit der darauf befindlichen aufgerollten Platte aus der Rolle 34 gezogen und mit Plastik überzogen, das mittels einer Plastik-Einspritzmaschine in eine Metallform eingefüllt wird, in der sich diese Teile befinden.
Der zylinderförmige Plastiküberzug ist als strichlierter Zylinder 21c in Figur 24 gezeigt.
Demnach sind alle 3 Zylinder in Figur 24 gezeigt.
Der innerste Zylinder ist der aus Plastik 21d, der mittlere Zylinder ist eine Stahlplattenspule 21f und der äußerste Zylinder ist ein anderer aus Plastik.
Die obigen dreifachen Zylinder werden mittels eines Diamantsschneidegeräts in mehrere Ringe von etwa 1,0 mm Dicke geschnitten.
Somit ist ein magnetischer Körper 21 in Figur 25 fertiggestellt.
Die Dreifachringe 21a, 21, 21b in Figur 25 entsprechen den Dreifachzyl indern 21 d, 21f, 21c in Figur 24, welche geschnitten werden. Solche dreischichtige Ringe können als magnetischer Körper 21 in Figur 18 oder in Figur 21 verwendet werden.
Figur 14 ist eine Abwicklung der Ankerwicklungen, wobei der magnetische Rotor als Magnetfeld eines dreiphasigen bürstenlosen und kernlosen Gleichstrommotors in Flachbauweise dient.
Der magnetische Rotor 1 besteht aus 4 N-Polen 1a, 1c, ... und 4 S-Polen 1b, 1d, ... . Drei Ankerwicklungen 2a, 2g (strichliert gezeigt) und 2b repräsentieren die Ankerwicklungen der ersten, der zweiten und der dritten Phase.
In dieser Erfindung ist die Ankerwicklung 29 aus Gründen der Übersichtlichkeit durch eine rechts davon liegende Ankerwicklung 2c ersetzt. Für die Ankerwicklung 2f gilt das gleiche.
Deshalb sind die Ankerwicklungen 2a, 2d die der ersten Phase, 2c, 2f die der zweiten Phase und die Ankerwicklungen 2b, 2e die der dritten Phase.
Jeweils 2 Ankerwicklungen der ersten, zweiten und dritten Phase können entweder seriell oder parallel miteinander verbunden sein.
Der Verbindungstyp dieses Ausführungsbeispiel ist die Sternverschaltung.
Der von jedem der leitenden und zur Erzeugung eines Drehmoments wirksamen Abschnitte der Ankerwicklungen 2a, 2b, ... eingeschlossene Winkel beträgt 180 Grad, was dem durch die magnetischen Pole 1a, 1b, ... gebildeten entspricht.
Sie sind in Intervallen von 60 Grad angeordnet.
Bei einem bürstenlosen Gleichstrommmotor werden Hall-Elemente verwendet, um die Positionen der Pole des rotierenden Feldmagneten zu erfassen, und eine bekannte Einrichtung wird verwendet, um die Erfassungssignale in die notwendigen elektrischen Signale aus einem Zeitdiagramm umzuwandeln.
Das auf diesen Signalen basierende Zeitdiagramm ist in Figur 17 gezeigt und entspricht dem oben beschriebenen, so daß eine wiederholte Erläuterung übergangen wird.
Nachfolgend wird die Struktur eines anderen Ausführungsbeispiels anhand der Figur 26 erläutert.
Figur 26 ist eine vergrößerte Ansicht.
In Figur 26 ist ein Abschnitt einer gedruckten Stahlplatte 16 gezeigt.
Auf deren oberer Fläche werden eine Verdrahtung und Teile eines Erregersteuerkreises angebracht, die in Figur 26 nicht gezeigt sind.
Die obere Fläche eines ringförmigen Magneten 1 mit magnetischen Polen 1a, 1e ist auf der Unterseite einer Weichmetallscheibe 18 befestigt, die einen magnetischen Weg schafft.
Figur 28 ist eine Ansicht eines magnetischen Rotors 1 in Richtung des Pfeils G in Figur 26.
Er umfaßt 4 N-Pole 1a,1c,... und 4 S-Pole 1b, 1d
Der von ihnen gebildete Winkel beträgt 180 Grad.
In Figur 26 ist eine metallische Scheibe 18, die auf einer Welle 12 montiert ist am Mittelbereich der Weichmetallscheibe 18 befestigt.
Die Ankerwicklungen 20a, 20b sind ebenfalls in Figur 26 gezeigt.
Sie werden bezüglich Figur 27 erläutert, die eine Ansicht in Richtung des Pfeils N in Figur 26 ist.
Die Ankerwicklungen 2a, 2b sind fächerförmig und von gleicher Gestalt, wobei der von den Wicklungen belegte Platz maximal ist.
Ihre Anschlüsse, die nicht in Figur 27 gezeigt sind, sind mit einer Transistorbrücken schaltung 5 in Figur 14 verbunden.
Der von jedem zur Erzeugung eines Drehmoments wirksamen Ankerabschnitt eingeschlossene Winkel H beträgt 180 Grad.
Ein mechanischer Winkel zwischen zwei benachbarten strichlierten Linien ist 60 Grad.
Ein stationärer Anker 17 umfaßt darin eingebettete Ankerwicklungen, ringförmige Magneten 21 und einen metallischen Zylinder 14a, wobei Plastik zur Bildung des stationären Ankers in Figur 27 in den Zwischenraum injiziert wird.
Ein ringförmiger Magnet 21 aus dünn gewalztem Siliciumstahl, der spiralförmig, wie in Figur 26, aufgewickelt ist, wird nachstehend erläutert.
Die Ankerwicklungen 20a, 20b sind an der oberen Fläche des ringförmigen Magneten 21 mittels Haftmittel befestigt.
Dann wird Plastik mittels einer Einspritzmaschine in eine Metallform mit diesen Teilen injiziert, um einen stationären Anker 17 herzustellen.
Bevor man Plastik injiziert, wird die Verdrahtungsarbeit der Ankerwicklungen fertiggestellt, wie in Figur 14 gezeigt, und die Eingangsanschlüsse 3a, 3b der Transistorbrückenschaltung 5, die nach außen geführt sind, werden mit einer gedruckten Platte 16 verbunden, auf der sich die Transistorbrückenschaltung befindet.
Die Kugellager 13a, 13b befinden sich im metallischen Zylinder 14a und halten eine Welle 12, so daß sie frei rotieren kann.
Ein Feldmagnet 1 eines magnetischen Rotors liegt den Ankerwicklungen 20a, 20b mit einem dazwischenliegenden Spalt gegenüber.
Die für die Ankerwicklungen notwendige Verdrahtung liegt in einer nicht gezeigten dünnen Plastikschicht, die auf der Oberfläche der Ankerwicklung gebildet ist. Die Anschlüsse 3a, 3b der Verdrahtung sind in Figur 26 gezeigt.
Der kurze nach unten zeigende Absatz eines scheibenförmigen stationären Ankers 17 einschließlich Plastik ist in die Bohrung der gedruckten Platte 16 eingesetzt und daran befestigt.
Die für einen Schaltkreis notwendigen Chips und die Verdrahtung sind auf der gedruckten Platte 16 angeordnet.
Die am Umfangsbereich des Feldmagneten 1 verteilten N- und S-Pole sind magnetisiert, wobei ihnen Hall-Elemente gegenüber liegen, die sich auf dem stationären Anker 17 befinden.
Die Frequenz des Ausgangssignals eines Hall-Elements ist proportional zur Geschwindigkeit.
Deshalb wird ein bekannter FG-Servomechanismus verwendet, um die Geschwindigkeit auf einen bestimmten Wert einzustellen.
Mittels einer bekannten Vorrichtung wird eine flexible Scheibe auf den metallischen Scheiben 18, 18a angeordnet.
Ein magnetischer Körper 21 schafft einen magnetischen Weg für den magnetischen Fluß der Pole 1a, 1b, ... , so daß der magnetische Fluß des Magneten 1 die Anker wicklungen durchdringt und seinen magnetischen Weg am magnetischen Körper 21 abschließt.
Die Rotation der Welle 12 mit der Weichmetallscheibe 18 und dem Magneten 1 verursacht einen Eisenverlust am magnetischen Körper 21.
Eine bekannte Vorrichtung zum Laminieren einer dünnen Silicium-Stahlplatte auf ein bestimmtes Material kann aufgrund dieses Aufbaus nicht eingesetzt werden.
In dieser Erfindung kann die folgende Vorrichtung verwendet werden.
Die Dicke einer Silicium-Stahlplatte, die als ein magnetischer Kern eines Motors dient, ist im allgemeinen 0,5 mm.
In dieser Erfindung wird die Silicium-Stahlplatte weiter gewalzt, bis ihre Dicke ein Zehntel der ursprünglichen Dicke erreicht, nämlich etwa 50 µm.
Eine solche dünnere Silicium-Stahlplatte wird spiralförmig aufgewickelt.
Danach wird die Spule von einem Schneidegerät in mehrere Ringe geschnitten.
Damit ist der ringförmige magnetische Körper 21 mit einer bestimmten Dicke fertiggestellt, wie in Figur 26 gezeigt ist.
Der Eisenverlust eines solchen magnetischen Körpers 21 ist auf ein Hundertstel eines bekannten mit 0,5 mm Dicke reduziert.
Darüber hinaus ist es einfach eine Silicium-Stahlplatte spiralförmig aufzuwickeln, wenn sie dünn ist.
Dies ist ein Vorteil dieser Erfindung.
Dieser magnetischer Körper, an dem der magnetische Weg endet, bietet innerhalb eines Motors hoher Ausgangsleistung und hoher Geschwindigkeit die größten Vorteile.
Nachfolgend wird eine Vorrichtung zur Anordnung von Hall-Elementen auf einem stationären Anker beschrieben, die für die Erfassung der Polposition eines rotierenden magnetischen Rotors und dessen Drehmomentensteuerung notwendig sind.
Drei in Figur 27 rechteckig gezeigte Hall-Elemente 4a, 4b, 4c sind in den Mittelbereichen des stationären Ankers 21 angeordnet, wodurch jedoch die Verdrahtung der vier Leitungen der Hall-Elemente schwierig ist.
Um die Verdrahtung zu vereinfachen können die Hall-Elemente in der Nähe des Umfangsbereichs zwischen zwei benachbarten Ankerwicklungen angeordnet sein.
Dies wird später erläutert.
Die Hall-Elemente können durch ein anderes magnetisch-elektrisches Wandlerelement ersetzt werden, das die gleiche Wirkung wie die Hall-Elemente hat.
In diesem Zeitdiagramm in Figur 17 rotiert ein magnetischer Rotor 1 mit einer bestimmten Geschwindigkeit in Richtung des Pfeils A.
Die Pfeile 2a, 2b, ... repräsentieren die Breiten der Ankerwicklungen und ihre Positionen.
Ihre Längen entsprechen den Breiten der magnetischen Pole. Sie sind in Intervallen von 60 Grad angeordnet.
Die in Figur 27 gezeigten rechteckigen Hall-Elemente 4a, 4b, 4c sind in den Mittelbereichen 2a, 2b, 2c angeordnet.
Die in Figur 27 als Kreise gezeigten Hall-Elemente sind in der Nähe des Umfangs zwischen zwei benachbarten Ankerwicklungen angeordnet.
Wenn ein magnetischer Rotor 1 in Richtung des Pfeils A rotiert, so ergibt sich für die von einem rechteckigen Hall-Element 4c erhaltenen Ausgangskurven der N-Pole eine Gruppe 24a, 24b, ... .
Die von einem anderen rechteckigen Hall-Element 4b erhaltenen sind durch eine andere Gruppe 26a, 26b, ... dargestellt, und die vom letzten rechteckigen Hall- Element 4a erhaltenen durch die letzte Gruppe 25a, 25b, ... .
Die von einem kreisförmigen Hall-Element 4a erhaltenen Ausgangskurven sind durch eine Gruppe 24a, 24b, ... dargestellt, die von einem anderen kreisförmigen Hall-Element 4b erhaltenen durch eine Gruppe 25a, 25b, ... und die vom letzten kreisförmigen Hall-Element 4c erhaltenen durch die letzte Gruppe 26a, 26b
Die Kurven 6a,6b, ... werden als Ausgangssignal eines AND-Schaltkreises erhalten, indem die negierten Kurven der Kurven 24a, 24b, ... mit den Kurven 26a, 26b, addiert werden.
Die Kurven 7a, 7b, ... , Kurven 8a, 8b, ... Kurven 9a, 9b, ... Kurven 10a, 10b, ... und Kurven 11a, 11b.... werden durch ähnliche Berechnungen erhalten.
Die Ankerwicklungen werden mittels der obigen Ausgangskurven der 6 Systeme vorwärts und rückwärts über 120 Grad erregt.
Damit wird ein Drehmoment zum Antrieb eines Dreiphasen Gleichstrommotors in Sternschaltung erzeugt.
Selbst wenn ein Hall-Element 4b an eine Position 4d anstatt an die Position 4b gesetzt wird, wäre die Wirkung die gleiche.
Wie aus der obigen Erklärung deutlich wurde, beendet der magnetische Fluß des magnetischen Rotors 1 seinen Weg am magnetischen Körper 21, so daß sich das Ausgangsdrehmoment erhöht und der Eisenverlust auf ein Hundertstel des herkömmlichen Werts verringert.
Dadurch wird ein Motor mit hoher Leistungseffizienz und hoher Geschwindigkeit von 20 000 Umdrehungen pro Minute realisiert.
Dies ist sowohl eine Wirkung als auch eine Maßnahme dieser Erfindung.
Wie aus dem Aufbau in Figur 26 ersichtlich ist, wird ein Motor in Flachbauweise realisiert, der für eine Massenproduktion geeignet ist.
Dies ist ein großer Vorteil der Erfindung.
Wenn eine flexible oder harte Scheibe auf einer Weichmetallscheibe 18 in Figur 26 angebracht wird, so kann ein flacher Antrieb hergestellt werden. Anderseits kann eine Hochgeschwindigkeits-Laserspiegelvorrichtung in Flachbauweise erhalten werden, wenn ein Laserspiegel darauf angebracht wird.
In Figur 27 sind die als Kreise gezeigten Hall-Elemente 4a, 4b, 4c auf den strichlierten Linien 15b, 15d, 15f auf einem stationären Anker angeordnet, wodurch es einfach ist ihre Anschlüsse mit den Anschlüssen der gedruckten Platte 16 zu verbinden.
Ein Motor mit vier Feldmagnetpolen in seinem magnetischen Rotor und 3 Ankerwicklungen kann den Zweck dieser Erfindung auch erfüllen.
Bei diesem Motor entspricht die Ansicht der Abwicklung der Ankerwicklungen und Feldmagnetpole der linken Hälfte der Abwicklung in Figur 14.
Allgemein gilt: wenn die Anzahl der magnetischen Pole des magnetischen Rotors 2n ist, wobei n eine gerade Zahl ist, dann ist die Anzahl der Läuferwicklungen zum Betrieb dieser Erfindung 3/2 x n.
Der von jedem zur Erzeugung eines Drehmoments wirksamen Wicklungsabschnitt der Ankerwicklungen eingeschlossene mechanische Winkel in Figur 27 beträgt 45 Grad.
Wenn dieser Winkel vergrößert wird, kann die Windungsanzahl der Ankerwicklungen erhöht werden.
Diese Maßnahme kann effektiv zur Erzeugung eines größeren Ausgangsdrehmoments angewendet werden.
Der Maximalwert des obigen eingeschlossenen mechanischen Winkels beträgt 60 Grad.
Nachfolgend wird eine konkrete Vorrichtung zur Herstellung eines magnetischen Körpers 21 erläutert.
Eine dünne spiralförmig aufgewickelte Silicium-Stahlplatte von 25 cm Breite und etwa 0,1 mm oder weniger Dicke, deren vorder- und rückseitige lsolationsbeschichtung 1,5 µm Dicke aufweist, wird hier verwendet.
In Figur 33 ist die oben erwähnte Silidum-Stahlplatte spiralförmig um einen Plastikzylinder 21d aufgewickelt.
Bevor sie gewickelt wird, wird sie mit Haftmittel beschichtet.
Folglich werden die mehrschichtigen, eine Stahlrolle 21f bildenden Platten eng aneinander fixiert.
Ein Plastikzylinder 21c wird mittels einer Injektionsmaschine um die Silicium- Stahlrolle gebildet.
Diese aus einer Kombination von Plastik und Stahl bestehenden Zylinder werden mittels einem Diamantschneidegerät in mehrere Ringe von etwa 1,0 mm Dicke geschnitten.
Damit ist der magnetische Ring 21 in Figur 25 fertiggestellt.
Die Kombination der Ringe 21a, 21, 21b in Figur 25 entspricht der Kombination der Zylinder 21d, 21f, 21c in Figur 33, die in mehrere Ringe geschnitten werden.
Ein solcher Ring kann als magnetischer Körper 21 in Figur 26 verwendet werden.
Eine Deformation des Plastikrings 21a kann verhindert werden, wenn die spiralförmig aufgewickelte Silicium-Stahlplatte von einem Diamantschneidegerät geschnitten wird.
Figur 31 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel dieser Erfindung in vierfacher Vergrößerung.
Sie zeigt nur die rechte Hälfte eines Motors, der dem Abschnitt rechterhand einer strichlierten Linie in Figur 26 entspricht.
In Figur 31 ist der Betrieb und die Wirkung eines an eine Welle 12 befestigten magnetischen Rotors gleich dem des magnetischen Rotors in Figur 26.
Der Aufbau der Ankerwicklungen 20b und der ringförmige magnetische Körper 21 sind ebenfalls gleich den Ankerwicklungen 20b und dem ringförmigen magnetischen Körper 21 in Figur 26.
Ein stationärer Anker 17 ist aus einem metallischen Zylinder 14a, den Ankerwicklungen 20a, 20b, einem ringförmigen magnetischen Körper 21 und einer gedruckten Plastikplatte 22a gebildet, die alle darin eingebettet sind, wobei das zur Bildung des stationären Ankers 17 notwendige Plastik in den Zwischenraum eingefüllt ist.
Der stationäre Anker 17 ist scheibenförmig und sein kurzer nach unten vorstehender Vorsprung ist in die mittlere Bohrung einer gedruckten Platte 16 einer Stahlgrundplatte eingesetzt und daran befestigt.
Die gedruckte Platte 16 umfaßt einen Steuerschaltkreis für die Erregung der Ankerwicklung und andere notwendige diesbezügliche Elemente und deren Verdrahtung.
Figur 29 ist eine Aufsicht auf eine Platte 22a.
Die Figur 29 hat ein Viertel der Größe der gedruckten Platte 22a in Figur 31.
Die obere Fläche der gedruckten Platte 22a, die den Feldmagnetpolen des magnetischen Rotors gegenüberliegt, umfaßt eine Zickzack-Verdrahtung 30, deren beide Anschlüsse nach außen geleitet sind, wie in Figur 29 gezeigt ist.
Der Feldmagnet 1, der der Verdrahtung 30 auf der gedruckten Platte gegenüberliegt, umfaßt N- und S-Pole, deren Breite durch einen Pfeil 1-1 in Figur 31 gezeigt ist, welche der Breite der Verdrahtung auf der gedruckten Platte entspricht.
Sie sind über den gesamten Umfang verteilt und magnetisiert.
Wenn der magnetische Rotor rotiert, erhält man an den Ausgängen Induktions- Ausgangssignale, welche frequenzmäßig proportional zur Motorgeschwindigkeit sind, und ein bekannter FG-Servcomechanismus-Schaltkreis kann den Motor unter Verwendung der Induktions-Ausgangssignale mit konstanter Geschwindigkeit steuern.
Eine synchrone Konstant-Geschwindigkeits-Steuerung kann hier ebenfalls angewendet werden.
Die oben erwähnten Anschlüsse der gedruckten Platte 22a sind mit den Eingangsanschlüsse der gedruckten Platte 16 über die in Figur 31 strichliert gezeigten Leitungen 3a, 3b verbunden, und das obige Induktions-Ausgangssignal wird zur gedruckten Platte 16 übertragen, um für eine Konstant- Geschwindigkeitssteuerung verwendet zu werden.
In Figur 29 sind drei Bohrungen 31a, 31b, 31c vorgesehen, die in Intervallen von 120 Grad auf der gedruckten Platte 22a verteilt sind, und drei in Figur 27 rechteckig gezeigte Hall-Elemente 4a, 4b, 4c sind in die Bohrungen eingesetzt und darin befestigt.
Der station tre Anker weist an den Positionen der Bohrungen 31 a, 31 b, 31 c drei konkave Abschnitte auf.
Die Anschlüsse der Hall-Elemente 4a, 4b, 4c sind mit der auf der Unterseite der gedruckten Platte 22a befindlichen Verdrahtung verbunden.
Die Eingangsanschlüsse der Verdrahtung sind mit den entsprechenden Eingangsanschlüssen der gedruckten Platte 16 über die in Figur 31 strichliert gezeigten Leitungen 3a, 3b verbunden.
Die Anschlüsse der Ankerwicklungen werden mit der auf der Rückseite der gedruckten Platte 22a befindlichen Verdrahtung verbunden, bevor der stationäre Anker 17 mittels einer Plastik-Einspritzmaschine gebildet wird.
Die Anschlüsse der Verdrahtung auf der gedruckten Platte 22a sind mit den entsprechenden Eingangsanschlüssen der Verdrahtung auf der gedruckten Platte 16 über die Leitungen 3a, 3b verbunden.
Wie sich aus der obigen Beschreibung ergibt, soll diese Erfindung einen Motor in Flachbauweise schaffen, der für eine Massenproduktion geeignet ist.
Ein magnetischer Weg des Feldmagneten 1 ist am ringförmigen Magneten 21 beendet, so daß ein Motor mit geringen Eisenverlusten, hoher Geschwindigkeit, hoher Leistungseffizienz und hohem Ausgangsdrehmoment realisiert werden kann. Dies ist sowohl eine Wirkung als auch eine Maßnahme dieser Erfindung.
Nachfolgend wird ein anderes Ausführungsbeispiel dieser Erfindung anhand der Figur 32 erläutert.
Zwischen Figur 32 und Figur 33 sind nur die gedruckten Platten 22b, 22c unterschiedlich.
Deshalb kann die Erklärung der anderen Teile übersprungen werden.
Ein stationärer Anker 17 ist aus Ankerwicklungen 20a, 20b mit einer ringförmigen gedruckten Platte 22b und einem ringförmigen magnetischen Körper 21 gebildet, die alle darin eingebettet sind, wobei mittels einer Injektionsmaschine das zur Bildung des Ankers notwendige Plastik in den Raum injiziert ist.
Eine andere ringförmige gedruckte Platte 22c ist auf der oberen umfangsnahen Fläche des stationären Ankers 17 befestigt.
Der kurze nach unten zeigende Vorsprung des stationären Ankers ist in die mittlere Bohrung einer anderen gedruckten Platte 16 eingesetzt und fest daran befestigt.
Figur 30 ist eine Aufsicht auf die gedruckte Platte 22c.
Eine Zickzackverdrahtung 30 ist in Umfangsnähe der gedruckten Platten 22c angeordnet, deren zwei Anschlüsse, wie in Figur 30 gezeigt ist, nach außen geleitet und mit den Anschlüssen der gedruckten Platte über die in Figur 32 strichliert gezeigte Leitung 3a verbunden sind.
Eine ringförmige konkave Fläche 1-2 in Umfangsnähe des Feldmagneten 1 liegt der Verdrahtung 30 auf der gedruckten Platte direkt gegenüber.
Die Breite der magnetisierten N- und S-Pole auf der ringförmigen konkaven Fläche entspricht der der Verdrahtung 30 auf der gedruckten Platte.
Wenn der magnetische Rotor rotiert, wird der Motor mit Hilfe der Induktions- Ausgangssignale der Verdrahtung der gedruckten Platte 30 einer konstanten Geschwindigkeitssteuerung unterzogen, genau wie im Fall von Figur 31.
Die konkave Fläche 1-2 wird nicht unbedingt gebraucht.
Der Umfang des Feldmagneten 1 kann abwechselnd als N- und S-Pol magnetisiert sein, um den gleichen Zweck zu erfüllen.
Die Geschwindigkeitserfassungsvorrichtung in diesem Ausführungsbeispiel kann auch auf das Ausführungsbeispiel in Figur 26 angewendet werden, und umgekehrt kann die Geschwindigkeitserfassungsvorrichtung in Figur 26 auf dieses Ausführungsbeispiel angewendet werden.
Auf der gedruckten Platte 22b sind mehrere Bohrungen vorgesehen? die einen unterbrochenen Kreis bilden. In Figur 32 ist die Bohrung 22e gezeigt.
Das mittels einer Einspritzmaschine in den Raum eingespritzte und zur Bildung des stationären Ankers notwendige Plastik füllt diese Bohrungen aus, die den Raum 17 mit dem Raum 17a verbinden.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel vor dem Formen des Ankers 17 erläutert.
Die Ankerwicklungen 20a, 20b sind auf der oberen Fläche der gedruckten Platte 22b in Figur 27 angeordnet und daran befestigt.
Danach werden die Anschlüsse der Ankerwicklungen mit den entsprechenden Anschlüssen der Verdrahtung auf der gedruckten Platte 22b verbunden.
Danach werden die in Figur 27 rechteckig gezeigten Hall-Elemente 4a, 4b, 4c im Mittelbereich der Ankerwicklungen befestigt.
Sie liegen den Polen des Feldmagneten 1 gegenüber.
Danach werden die Anschlüsse der Hall-Elemente mit den entsprechenden Anschlüssen der gedruckten Platte 22b verbunden.
Diese Eingangs- und Ausgangsanschlüsse der gedruckten Plattenverdrahtung sind mit den entsprechenden Anschlüssen der gedruckten Platte 16 mittels einer in Figur 32 strichliert gezeigten Leitung 3b verbunden.
Der ringförmige magnetische Körper 21 ist auf der Unterseite der gedruckten Platte 22b mittels Haftmittel befestigt.
Der stationäre Anker 17 wird zusätzlich durch das zur Bildung des Ankers notwendige und mittels einer Einspritzmaschine in den Raum injizierte Plastik gebildet.
Wenn verflüssigtes Plastik in eine Form injiziert wird, darf es nicht in den Raum fließen, den die Hall-Elemente innerhalb der Ankerwicklungen belegen. Die Ankerwicklungen in Figur 31 und Figur 32 sind nebeneinander gewickelt.
Wie aus dieser Beschreibung hervorgeht, ist die Funktion und die Wirkung dieses Ausführungsbeispiels gleich der der vorhergehenden Ausführungsbeispiele Der erfindungsgemäße Motor wird als Antrieb für jede industrielle Maschine, bei der eine flache Struktur, wie zum Beispiel eine flexible Scheibe, eine harte Scheibe, etc. benötigt wird, und insbesondere als Motor mit hoher Geschwindigkeit und hohem Drehmoment, verwendet.

Claims

1. Drei phasiger kern loser Gleichstrommotor in Flachbauweise, umfassend einen ringförmigen stationären Feldmagneten (1), einen scheibenförmigen Rotationsläufer (15), einen Kommutator (4) zur Steuerung des Läuferstroms, und Kommutatorbürsten (5a, 5b) dadurch gekennzeichnet, daß der scheibenförmige Rotationsläufer, bestehend aus fächerförmigen, nebeneinander gewickelten und flachen Läuferwicklungen, in denen ein von jedem zur Erzeugung eines Drehmoments wirksamen Wicklungsabschnitt gebildeter, eingeschlossener elektrischer Winkel 180 Grad tibersteigt, und Plastik, in dem die L uferwicklungen eingebettet sind, wobei die insgesamt drei oder sechs Läuferwicklungen mit ihren äußeren Flächen radial ausgerichtet sind, so daß jeweils zwei benachbarte einander berühren können, und in gleichen Abständen in einer Ebene angeordnet sind, vorgesehen ist.

2. Dreiphasiger kernioser Gleichstrommotor in Flachbauweise, umfassend einen scheibenförmigen stationären Anker (22), einen magnetischen Rotor mit einem ringförmigen Feldmagneten (1), und eine Ankerstrom-Steuereinrichtung zur Steuerung des Ankerstroms mittels Erfassung der Positionen der Feldmagnetpole des magnetischen Rotors, dadurch gekennzeichnet, daß der stationäre Anker, bestehend aus fächerförmigen, nebeneinander gewickelten und flachen Ankerwicklungen, bei denen ein von jedem zur Erzeugung eines Drehmoments wirksamen Wicklungsabschnitt gebildeter, eingeschlossener elektrischer Winkel 180 Grad übersteigt, und Plastik, in dem die Ankerwicklungen eingebettet sind, wobei die insgesamt drei oder sechs Ankerwicklungen mit ihren äußeren Flächen radial ausgerichtet sind, so daß jeweils zwei benachbarte einander berühren können, und einem scheibenförmigen magnetischen Körper (21) mit geringem Eisenverlust, der auf einer Seite als magnetischer Weg dient, vorgesehen ist.

3. Dreiphasiger kernioser Gleichstrommotor in Flachbauweise gemäß Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Feldmagnet (1) 2 N-Pole und 2 S-Pole umfaßt.

4. Mehrphasiger bürstenloser und kemloser Gleichstrommotor in Flachbauweise umfassend einen flachen stationären Anker (17), einen magnetischen Rotor (1) mit einem ringförmigen Feldmagneten mit 2n N- und S-Polen, wobei n eine positive ganze Zahl ist, und eine Ankerstromsteuereinrichtung zur Steuerung des Ankerstroms mittels Erfassung der Feldmagnetpole des magnetischen Rotors, dadurch gekennzeichnet, daß der flache stationäre Anker, bestehend aus fächerförmig gewickelten flachen Ankerwicklungen (2a, 2b, 2c), bei denen ein von jedem zur Erzeugung eines Drehmoments wirksamen Wicklungsabschnitt gebildeter, eingeschlossener Winkel gleich dem von den Polen des magnetischen Rotors gebildeten ist, und Plastik, in dem die Ankerwicklungen eingebettet sind, wobei die Ankerwicklungen in gleichen Abständen innerhalb einer Ebene mit ihren äußeren Flächen radial angeordnet sind, so daß sie aneinander nicht überlappen können, und die Rückseite der Ankerwicklungen mit einem ringförmigen Magnetkörper (21) aus dünn gewalztem und spiralförmig aufgerollten Siliciumstahl beschichtet ist, so daß der magnetische Fluß des magnetischen Rotors, der den vorderen Flächen der Ankerwicklungen gegenüberliegt, seinen magnetischen Weg daran schließt, nachdem er die Ankerwicklungen durchdrungen hat, vorgesehen ist.

5. Mehrphasiger bürstenloser und kemloser Gleichstrommotor in Flachbauweise gemäß Anspruch 4, gekennzeichnet durch

einen becherförmigen Gehäusedeckel (14a),

einen zweiten Gehäusedeckel (14b) mit flachem Boden aus Weichmetall, dessen Flansch an dem des ersten Gehäusedeckeis befestigt ist,

eine Welle (12) die von Kugellagern (13a, 13b), welche in der mittlere Bohrung beider Gehäusedeckel angeordnet sind, gehalten wird, so daß sie frei rotieren kann,

einen ringförmigen magnetischen Rotor (1), der mittels Haftmittel an einer auf der Welle montierten Weichmetallscheibe (18) befestigt ist,

den am zweiten Gehäusedeckel (14b) befestigten stationären Anker (17), wobei der ringförmige magnetische Körper (21) mittels Haftmittel an einer Seite der Ankerwicklungen (2a, 2b, 2c) befestigt ist, und sowohl die Ankerwicklungen als auch der ringförmige magnetische Körper (21) in dem zur Bildung des stationären Ankers notwendigen Plastik eingebettet sind, welches in die Räume injiziert ist,

eine Weichmetallscheibe (18), deren Mittelbereich an der Außenseite des zweiten Gehäusedeckels an der Welle befestigt ist,

den ringförmigen Magneten, der an der Weichmetallscheibe befestigt ist, und

eine Vorrichtung zum Ausgleich der magnetischen Absorptionskraft zwischen dem magnetischen Rotor und dem ringförmigen magnetischen Körper mittels einer umgekehrten magnetischen Absorptionskraft zwischen dem ringförmigen Magneten, der in achsial verteilte N- und S-Pole magnetisiert ist, und dem zweiten Gehäusedeckel, dessen äußere Fläche dem ringförmigen Magneten mit einem kleinen Spalt dazwischen gegenüberliegt

6. Dreiphasiger bürstenloser und kemloser Gleichstrommotor in Flachbauweise des achsialen Spalttyps, umfassend einen flachen stationären Anker (17), einen magnetischen Rotor mit einem ringförmigen Feldmagneten (1) mit 2 n N- und S- Polen, wobei n eine gerade Zahl ist, und eine Ankerstromsteuervorrichtung zur Steuerung des Ankerstroms mittels Erfassung der Positionen der Feldmagnetpole des magnetischen Rotors, gekennzeichnet durch mehrere fächerförmige und flach gewickelte Ankerwicklungen (20a, 20b), bei denen ein von jedem zur Erzeugung eines Drehmoments wirksamen Wicklungsabschnitt gebildeter, eingeschlossener Winkel beinahe gleich dem der Pole des magnetischen Rotors ist,

ein flacheen ringförmigen Magnetkörper (21) aus dünn gerolltem und spiralförmig aufgewickeltem Siliciumstahl von etwa 0,1 mm oder weniger Dicke,

einen ringförmigen stationären Anker (19), bestehend aus 3/2 n Ankerwicklungen (20a, 20b), die in gleichen Abständen mit ihren äußeren Flächen radial angeordnet sind, so daß sie aneinander nicht überlappen können, dem ringförmigen magnetischen Körper (21), an dem die Ankerwicklungen (20a, 20b) befestigt sind, der Verdrahtung zwischen den Ankerwicklungen und ihren nach außen geleiteten Anschlüssen, und Plastik, worin sie eingebettet sind,

eine Vorrichtung (5) zur Verbindung der Verdrahtung zum ringförmigen stationären Anker (19), nachdem er auf einer gedruckten Platte (16) einer Stahlgrundplatte mit der Verdrahtung befestigt wurde, und

eine Welle (12), die in Kugellagern gelagert ist, welche im mittleren Bereich des stationären Ankers angeordnet sind, so daß sie frei rotieren kann, und an der der magnetische Rotor befestigt ist, wobei dessen Polflächen den Ankerwicklungen mit einem kleinen Spalt dazwischen gegenüber liegen.

7. Bürstenloser und kemloser Gleichstrommotor in Flachbauweise nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß er ein erstes, ein zweites und ein drittes Hall- Element (4a, 4b, 4c), die an den Berührungsflächen in Umfangsnähe der Ankerwicklungen (20a, 20b) angeordnet sind, welche in Kontakt mit dem stationären Anker und einer Polpositionserfassungseinrichtung (4d) zum Erhalt von ersten Rechteck-Positionserfassungssignalen mit einem elektrischen Winkel von 180 Grad Breite, in Intervallen gleichen Winkels, gefolgt von zweiten Positionserfassungssignalen gleichen Wellentyps mit einer Phasenverzögerung mit einem elektrischen Winkel von 120 Grad zu den ersten, wiederum in Intervallen gleichen Winkels, und danach gefolgt von dritten Positionserfassungssignalen gleichen Wellentyps mit einer Phasenverzögerung mit einem elektrischen Winkel von 120 Grad zu den zweiten, wiederum in gleichen Intervallen, durch die Erfassung der Positionen der magnetischen Rotorpole durch das erste, das zweite und das dritte Hall-Element (4a, 4b, 4c), sind.

8. Dreiphasiger bürstenloser und kemloser Gleichstrommotor in Flachbauweise gemäß Anspruch 6, gekennzeichnet durch, ein Plastikring (21 a) gleicher Dicke, der innerhalb des flachen ringförmigen Magnetkörpers (21) angeordnet ist,

eine Positionserfassungseinrichtung, umfassend drei magneto-elektrische Wandlerelemente (4a, 4b, 4c), die den Polen des Feldmagneten (1) zwischen zwei benachbarten Ankerwicklungen nahe dem Umfang des stationären Ankers (17) gegenüberliegen,

eine Rotorgeschwindigkeits-Erfassungseinrichtung, die nahe dem Umfang des stationären Ankers angeordnet ist, um zur Rotorgeschwindigkeit proportionale elektrische Signale zu erhalten,

eine Einrichtung zum Einsetzen eines kurzen nach unten zeigenden säulenförmigen Vorsprungs des stationären Ankers in die mittlere Bohrung einer gedruckten Platte (22a) und zur Befestigung des ersteren mit dem letzteren, und

eine Vorrichtung zur Verbindung der Verdrahtung zwischen der Verdrahtung der gedruckten Platte (22a), den Anschlüssen der Ankerwicklungen (20a, 20b), den Anschlüssen der drei magneto-elektrischen Wandlerelemente zur Erfassung von Positionen, und der der Rotorgeschwindigkeits-Erfassungseinrichtung.

9. Dreiphasiger bürstenloser und kemloser Gleichstrommotor in Flachbauweise nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch mehrere fächerförmige und flache, nebeneinander gewickelte Ankerwicklungen (20a, 20b), bei denen ein von jedem zur Erzeugung eines Drehmoments wirksamen Wicklungsabschnitt gebildeter, eingeschlossener Winkel gleich dem der Pole des magnetischen Rotors ist

wobei der Anker eine erste gedruckte Platte (22a) aus einem dünnen ringförmigen Plastik, das konzentrisch auf der gegenüberliegenden Seite des ringförmigen Magnetkörpers (21) befestigt ist, und Plastik, in dem die Elemente des Ankers (17) eingebettet sind, umfaßt,

eine Positionserfassungsvorrichtung drei magneto-elektrische Wandlerelemente (4a, 4b, 4c), die an bestimmten Positionen auf der ersten gedruckten Platte (22a) des stationären Ankers angeordnet sind, umfaßt,

eine Rotgrgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung, um Frequenzsignale proportional zur Rotorgeschwindigkeit durch die Induktions-Ausgangssignale einer Zick-Zack-Verdrahtung (30) zu erhalten, die in Umfangsnähe der ersten gedruckten Platte (22a) angeordnet ist, so daß sie einen Kreis mit gleichen Abständen wie diejenigen der N- und S-Pole bildet, die der ersten gedruckten Platte gegenüberliegen, abwechselnd in gleichen Abständen magnetisiert sind, und den Umfang des Feldmagneten in Teilstücke aufteilen,

eine zweite gedruckte Platte (22b), in deren Mittelbereich der kurze nach unten zeigende säulenförmige Vorsprung eingesetzt ist, und

eine Vorrichtung zur Erstellung der notwendigen Verdrahtung zwischen den Ausgangs- und Eingangsanchlüssen der Ankerwicklungen, den drei magnetoelektrischen Wandlerelementen und der Zick-Zack-Verdrahtung (30) der ersten gedruckten Platte (22a), und den Anschlüssen der zweiten gedruckten Platte (22b).

10. Dreiphasiger bürstenloser und kemloser Gleichstrommotor in Flachbauweise nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Rotorgeschwindigkeits- Erfassungseinrichtung in der Nähe des Umfangs des stationären Ankers (17) und des Feldmagneten (1).