DE69610951T2

DE69610951T2 - Elektrischer Antriebsmotor mit mehrteiligem Lager

Info

Publication number: DE69610951T2
Application number: DE69610951T
Authority: DE
Inventors: Rikuro Obara
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 1995-08-09
Filing date: 1996-08-09
Publication date: 2001-08-23
Anticipated expiration: 2016-08-10
Also published as: JPH0956110A; DE69610951D1; EP0758155A1; US5808388A; EP0758155B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Antriebsmotor mit einem kombinierten Lagersystem, das beispielsweise in den rotierenden Abschnitten eines Computers und/oder seiner Peripheriegeräte zum Einsatz kommt.
In Motoren, die in bekannten Computern und/oder Computerperipheriegeräten verwendet werden, ist das Lagersystem zwischen einer Motorwelle und einem Nabenabschnitt eines Rotors montiert.
In einem konventionellen kombinierten Lagersystem, wie es im Patent Nr. GB 2185790A beschrieben und in Fig. 4(a) (auf der der einleitende Teil von Anspruch 1 basiert) dargestellt ist, wird ein Paar konventionelle Kugellagereinheiten A, B und ein hülsenähnlicher Abstandshalter C separat hergestellt und an einen Benutzer wie z. B. einen Motorhersteller geliefert, der diese gelieferten Komponenten A, B, C wiederum auf einer Motorwelle D eines elektrischen Antriebsmotors montiert, um ein kombiniertes Lagersystem wie in Fig. 4 (b) gezeigt zusammenzubauen.
Wie oben beschrieben, ist es in einem konventionellen Lagersystem notwendig, dass der Benutzer oder Kunde, wie z. B. der Hersteller oder Monteur der Computer oder Peripheriegeräte, ein Paar konventionelle Kugellagereinheiten A, B und einen Abstandshalter C auf der Motorwelle D montiert, wobei die Kugellagereinheiten A, B, durch den Abstandshalter C voneinander beabstandet gehalten werden. Demzufolge ist das konventionelle Lagersystem mit den folgenden Problemen behaftet:
a) die Motorwelle D muss nicht nur eine ausreichende Steifigkeit verleihen, sondern muss auch einen Außendurchmesser haben, der klein genug ist, um mit den inneren Laufringen der Kugellagereinheiten A, B zusammenzuwirken;
b) da der Abstandshalter C eine separate Komponente unabhängig von dem Paar Kugellagereinheiten A und B ist, müssen die gegenüberliegenden Endflächen des Abstandshalters C so bearbeitet werden, dass ihre gegenseitige Parallelität sowie ihre Flachheit in Bezug auf die Abmessungen der Kugellagereinheiten A, B verbessert werden, die mit dem Abstandshalter C zusammengebaut werden;
c) da der Abstandshalter C lediglich sandwichartig zwischen den Laufringen der beiden Kugellagereinheiten A und B eingeschlossen ist, muss der Benutzer den Abstandshalter C mit großer Genauigkeit koaxial auf der Motorwelle D montieren;
d) wenn nicht alle anderen Anforderungen erfüllt werden, dann treten in dem Motor Vibrationen auf, die zu schlechter Leistung führen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen elektrischen Antriebsmotor mit einem kombinierten Lagersystem bereitzustellen, bei dem die obigen Probleme entweder gelindert oder wirksam gelöst sind.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein elektrischer Antriebsmotor mit einem kombinierten Lagersystem bereitgestellt, umfassend: eine Welle, die einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt aufweist; einen ersten äußeren Lauf ring, der koaxial um den genannten ersten Abschnitt der genannten Welle angeordnet und davon beabstandet ist, wobei die innere Umfangsfläche des genannten ersten äußeren Laufrings mit einer äußeren Laufbahnrille ausgebildet ist; eine Mehrzahl erster Kugeln, die drehbar in der genannten ringförmigen äußeren Laufbahnrille des genannten ersten äußeren Laufrings montiert sind; und einen hülsenähnlichen Abstandshalter mit gegenüberliegenden axialen Endabschnitten, wobei einer der Endabschnitte den genannten ersten äußeren Laufring berührt und der genannte andere Endabschnitt einen zweiten äußeren Laufring einer Kugellagereinheit berührt, deren innerer Laufring an dem genannten zweiten Abschnitt der genannten Welle montiert ist, wobei der genannte hülsenähnliche · Abstandshalter koaxial um die genannte Welle angeordnet und dabei davon beabstandet ist und axial zwischen dem genannten ersten äußeren Laufring und dem genannten zweiten äußeren Laufring der genannten Kugellagereinheit verläuft, die mit einer Mehrzahl zweiter Kugeln zwischen dem genannten inneren Laufring und dem genannten zweiten äußeren Laufring versehen ist; wobei der genannte erste äußere Laufring, der genannte hülsenähnliche Abstandshalter, die genannte Mehrzahl erster Kugeln, die genannte Kugellagereinheit und die genannte Welle zu einem kombinierten Kugellagersystem zusammengesetzt sind; dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Welle eine Welle mit einem abgestuften Durchmesser ist, deren erster Abschnitt einen größeren Durchmesser hat als deren zweiter Abschnitt; eine ringförmige innere Laufbahnrille direkt in einer äußeren Umfangsfläche des breiteren ersten Abschnitts der Welle beabstandet vom ersten äußeren Laufring ausgebildet ist, um einen ringförmigen Raum dazwischen zu bilden, in dem die genannten ersten Kugeln drehbar montiert sind; die genannten Endabschnitte des genannten hülsenähnlichen Abstandshalters mit schmäleren Abschnitten ausgestattet sind, wobei ein schmälerer Abschnitt in dem genannten ersten äußeren Laufring und der genannte andere schmälere Abschnitt in dem genannten zweiten äußeren Laufring vorgesehen ist; wobei der Basisendabschnitt des genannten breiteren Abschnitts der genannten Welle fest an einem Basiselement des genannten Motors im Wesentlichen im rechten Winkel montiert ist; und wobei ein mittlerer Nabenabschnitt des Rotors des genannten Motors fest an dem genannten kombinierten Lagersystem montiert ist.
In einer Ausgestaltung ist der Außendurchmesser des inneren Laufrings der Kugellagereinheit in dem kombinierten Lagersystem mit dem des breiteren Abschnitts der Welle mit abgestuftem Durchmesser identisch, und der Außen- und der Innendurchmesser des zweiten äußeren Laufrings der Kugellagereinheit in dem kombinierten Lagersystem ist jeweils identisch mit dem des ersten äußeren Laufrings, wobei die ersten und zweiten Kugeln denselben Durchmesser haben können.
Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen beschrieben. Dabei zeigt:
Fig. 1 eine Seitenschnittansicht eines elektrischen Antriebsmotors eines Außenrotortyps mit einem kombinierten Lagersystem gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine Seitenschnittansicht eines elektrischen Antriebsmotors eines Innenrotortyps mit einem kombinierten Lagersystem gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 eine Schnittansicht eines kombinierten Lagersystems gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4(a) eine Längsschnittansicht eines konventionellen Lagersystems vor der Montage, bei der die separaten Kugellagereinheiten und ein Abstandshalter illustriert werden; und
Fig. 4(b) eine Schnittansicht des Lagersystems von Fig. 3, die die Kugellagereinheiten und den Abstandshalter auf der Motorwelle montiert zeigen.
Fig. 1 zeigt eine Ausgestaltung eines elektrischen Antriebsmotors gemäß der vorliegenden Erfindung eines Außenrotortyps mit einem kombinierten Lagersystem.
Fig. 2 zeigt eine weitere Ausgestaltung eines elektrischen Antriebsmotors gemäß der vorliegenden Erfindung eines Innenrotortyps mit einem kombinierten Lagersystem.
Fig. 3 illustriert das kombinierte Lagersystem, das in beiden Motoren zum Einsatz kommt.
Gemäß Fig. 3 ist eine Welle I mit abgestuftem Durchmesser mit einem relativ breiten Abschnitt 1a und einem relativ schmalen Abschnitt 1b versehen. Eine ringförmige innere Laufbahnrille 2a ist in der äußeren Umfangsfläche des breiten Abschnitts 1a der Welle (d. h. der Motorwelle) 1 ausgebildet.
Ein erster äußerer Laufring 3 ist gegenüber der inneren Laufbahnrille 2a angeordnet und in seiner inneren Umfangsfläche mit einer ringförmigen äußeren Laufbahnrille 2b versehen. Eine Mehrzahl von ersten Kugeln 4 ist drehbar in einer Kugelhalterung 15 zwischen der inneren Laufbahnrille 2a der Welle 1 und der äußeren Laufbahnrille 2b des ersten äußeren Laufrings 3 montiert.
Der innere Laufring 5a einer konventionellen Kugellagereinheit 5, die einen inneren Laufring 5a, einen zweiten äußeren Laufring 5b und eine Mehrzahl von zweiten Kugeln 6 umfasst, die drehbar in der Kugelhalterung 15 zwischen den Laufringen 5a und 5b montiert sind, ist fest in dem schmalen Abschnitt 1b der Welle 1 eingelassen.
Ein hülsenähnlicher Abstandshalter 7 ist koaxial mit der Welle 1 angeordnet, um die Welle 1 zu bedecken, und ist mit einem Paar reduzierten oder schmalen Abschnitten 7a, 7b, z. B. ringförmige Stufen, in oder an seinen axial gegenüberliegenden Endabschnitten versehen. Der Außendurchmesser jedes der schmalen Abschnitte 7a, 7b ist so dimensioniert, dass er akkurat jeweils in seinen zugehörigen äußeren Laufring 3 bzw. 5b passt.
Der Außendurchmesser des inneren Laufrings 5a der Kugellagereinheit 5 ist gleich dem Außendurchmesser des breiten Abschnitts 1a der Welle 1 mit abgestuftem Durchmesser. Ferner gibt es keine Differenz zwischen dem Außen- und dem Innendurchmesser der zweiten äußeren Laufringe 5b der Kugellagereinheit 5 und des ersten äußeren Laufrings 3 des breiten Abschnitts 1a der Welle 1, so dass alle Kugeln 4 und 6 denselben Durchmesser haben können. In dieser Ausgestaltung des elektrischen Antriebsmotors ist der innere Laufring 5a der Kugellagereinheit 5 verschiebbar auf dem schmalen Abschnitt 1b der Welle 1 mit abgestuftem Durchmesser montiert, und seine äußere Endfläche (d. h. die rechte Seite in Fig. 3) unterliegt einer vorbestimmten, axial einwärts gerichteten Vorspannung. Unter solchen Bedingungen ist der innere Laufring 5a der Kugellagereinheit 5 am schmalen Abschnitt 1b der Welle 1 mit abgestuftem Durchmesser mit Hilfe eines geeigneten Klebstoffs oder ähnlichen Verbindungsmittels befestigt und/oder befindet sich im Press- oder Festsitz darauf. Somit werden die Komponenten, wie der Abstandshalter 7, der erste äußere Laufring 3 und die Kugellagereinheit 5, nacheinander auf der Welle 1 montiert, um das kombinierte Lagersystem zu vollenden.
Übrigens werden die Kugeln 6, wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, drehbar in den Kugelhalterungen 15 aufgenommen und bewegen sich in den ringförmigen inneren und äußeren Laufbahnrillen 2a, 2b, 8a und 8b des kombinierten Lagersystems.
Die Kugeln 4, 6 haben in der obigen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung zwar denselben Durchmesser, es können aber auch beliebige andere Kugeln verwendet werden, deren Durchmesser sich von dem der Kugeln 4, 6 unterscheidet. Mit anderen Worten, der Durchmesser der im schmalen Abschnitt 1b der Welle 1 verwendeten zweiten Kugeln 6 kann sich von dem der im breiten Abschnitt 1a der Welle 1 verwendeten ersten Kugeln 4 unterscheiden.
Wie in Fig. 1 gezeigt, wird das so zusammengesetzte kombinierte Lagersystem dann folgendermaßen in dem elektrischen Antriebsmotor der vorliegenden Erfindung montiert:
Zunächst wird der Basisendabschnitt (d. h. der Abschnitt am unteren Ende gemäß Fig. 1) der Welle 1 mit abgestuftem Durchmesser in einer mittleren Bohrung eines Basiselementes 9 des Motors fest montiert, so dass die Welle 1 vom Basiselement 9 aus im rechten Winkel aufwärts verläuft. Dann wird ein mittlerer Nabenabschnitt 11 eines Rotors 10 des Motors fest in den äußeren Laufringen 3, 5b des kombinierten Lagersystems eingelassen.
Übrigens bezeichnet in Fig. 1 die Bezugsziffer 12 einen Dauermagneten, 13 eine Erregerspule, die um ein Ständerjoch (nicht dargestellt) des Motors gewickelt ist, und 14 einen Jochhalter.
In der Ausgestaltung von Fig. 2 ist der Dauermagnet 12 auf einer äußeren Umfangsfläche des mittleren Nabenabschnitts 11 des Rotors 10 fest montiert.
Bei diesen elektrischen Antriebsmotoren werden, da ihr kombiniertes Lagersystem wie oben beschrieben aufgebaut ist, die folgenden Aktionen und Wirkungen erzielt:
1) da der erste äußere Laufring 3, die ersten Kugeln 4, der Abstandshalter 7, die Kugellagereinheit 5 und die Welle 1 mit abgestuftem Durchmesser zum Beispiel vom Lagerhersteller in dem/der kombinierten Lagersystemeinheit vormontiert werden, wird der Benutzer oder Motorhersteller von der aufwendigen Arbeit des Zusammenbauens des kombinierten Lagersystems entlastet. Das System lässt sich leicht in einem hülsenähnlichen Rotationselement (d. h. dem mittleren Nabenabschnitt 11 des Rotors 10 des Motors) montieren, indem das System beim Benutzer in das Rotationselement eingesetzt und darin befestigt wird;
2) da das kombinierte Lagersystem eine Welle 1 mit abgestuftem Durchmesser verwendet, die einen breiten Abschnitt 1a aufweist, dessen äußere Umfangsfläche unmittelbar mit der ringförmigen inneren Laufbahnrille 2a anstatt des konventionellen inneren Laufringtyps ausgebildet ist, bei dem der Durchmesser der Welle reduziert werden müsste, wird die Steifigkeit der Welle verbessert;
3) da die Welle 1 mit abgestuftem Durchmesser mit dem breiten Abschnitt 1a versehen ist und somit eine verbesserte, d. h. höhere Steifigkeit aufweist, kann der Resonanzpunkt des elektrischen Antriebsmotors erhöht werden, so dass verhindert werden kann, dass der Motor mit dem kombinierten Lagersystem in Resonanz gerät oder Resonanzen in den übrigen Komponenten des Motors verursacht, wodurch Leistung und Zuverlässigkeit des Motors verbessert werden;
4) der Abstandshalter 7 kann von einem Lagerhersteller so hergestellt werden, dass er mit hoher Genauigkeit auf die Kugellagereinheit 5 und den ersten äußeren Laufring 3 ausgerichtet ist. Ferner sind die schmalen ringförmigen Abschnitte 7a und 7b des Abstandshalters 7 jeweils in den äußeren Laufringen 3 und 5b montiert. Mit anderen Worten, diese Komponenten 7, 4, 5b sind fest miteinander vereint. Infolgedessen kann der Abstandshalter 7 mit hoher Genauigkeit koaxial mit der Welle 1 mit gestuftem Durchmesser angeordnet werden, so dass Vibrationen und Geräusche des elektrischen Antriebsmotors während des Betriebs erheblich reduziert werden können;
S) die Zahl der konventionellen Kugellagereinheiten in dem kombinierten Lagersystem ist auf eins reduziert, nämlich die Kugellagereinheit 5. Demzufolge verwendet das kombinierte Lagersystem nur einen inneren Laufring 5a, und somit ist die Anzahl seiner Bestandteile im Vergleich zu konventionellen Lagersystemen geringer; und 6) da die ringförmige innere Laufbahnrille 2a unmittelbar in der äußeren Umfangsfläche des breiten Abschnitts 1a der Welle 1 ausgebildet ist, wird kein innerer Laufring im breiten Abschnitt 1a benötigt. Folglich kann der Außendurchmesser des ersten äußeren Laufrings 3 und des Abstandshalters 7 reduziert und somit auch die Größe des Motors reduziert werden, um die Erfordernisse der Industrie zu erfüllen.

Claims

1. Elektrischer Antriebsmotor mit einem kombinierten Lagersystem, umfassend:

eine Welle (1), die einen ersten Abschnitt (1a) und einen zweiten Abschnitt (1b) aufweist;

einen ersten äußeren Laufring (3), der koaxial um den genannten ersten Abschnitt (1a) der genannten Welle angeordnet und davon beabstandet ist, wobei die innere Umfangsfläche des genannten ersten äußeren Laufrings (3) mit einer äußeren Laufbahnrille (2b) ausgebildet ist;

eine Mehrzahl erster Kugeln (4), die drehbar in der genannten ringförmigen äußeren Laufbahnrille (2b) des genannten ersten äußeren Laufrings (3) montiert sind; und

einen hülsenähnlichen Abstandshalter (7) mit gegenüberliegenden axialen Endabschnitten, wobei einer (7a) der Endabschnitte den genannten ersten äußeren Laufring (3) berührt und der genannte andere Endabschnitt (7b) einen zweiten äußeren Laufring (5b) einer Kugellagereinheit (5) berührt, deren innerer Laufring (5a) an dem genannten zweiten Abschnitt (1b) der genannten Welle (1) montiert ist, wobei der genannte hülsenähnliche Abstandshalter (7) koaxial um die genannte Welle (1) angeordnet und dabei davon beabstandet ist und axial zwischen dem genannten ersten äußeren Laufring (3) und dem genannten zweiten äußeren Laufring (5b) der genannten Kugellagereinheit (5) verläuft, die mit einer Mehrzahl zweiter Kugeln (6) zwischen dem genannten inneren Laufring (5a) und dem genannten zweiten äußeren Laufring (5b) versehen ist;

wobei der genannte erste äußere Laufring (3), der genannte hülsenähnliche Abstandshalter (7), die genannte Mehrzahl erster Kugeln (4), die genannte Kugellagereinheit (5) und die genannte Welle (1) zu einem kombinierten Kugellagersystem zusammengesetzt sind;

dadurch gekennzeichnet, daß:

die genannte Welle eine Welle (1) mit einem abgestuften Durchmesser ist, deren erster Abschnitt (1a) einen größeren Durchmesser hat als deren zweiter Abschnitt (1b);

eine ringförmige innere Laufbahnrille (2a) direkt in einer äußeren Umfangsfläche des breiteren ersten Abschnitts (1a) der Welle beabstandet vom ersten äußeren Laufring (3) ausgebildet ist, um einen ringförmigen Raum dazwischen zu bilden, in dem die genannten ersten Kugeln (4) drehbar montiert sind;

die genannten Endabschnitte (7a, 7b) des genannten hülsenähnlichen Abstandshalters (7) mit schmäleren Abschnitten (7a, 7b) ausgestattet sind, wobei ein schmälerer Abschnitt (7a) in dem genannten ersten äußeren Laufring (3) und der genannte andere schmälere Abschnitt (7b) in dem genannten zweiten äußeren Laufring (5b) vorgesehen ist;

wobei der Basisendabschnitt des genannten breiteren Abschnitts (1a) der genannten Welle (1) fest an einem Basiselement (9) des genannten Motors im wesentlichen im rechten Winkel montiert ist; und

wobei ein mittlerer Nabenabschnitt (11) des Rotors (10) des genannten Motors fest an dem genannten kombinierten Lagersystem montiert ist.

2. Motor nach Anspruch 1, bei dem:

der Außendurchmesser des genannten inneren Laufrings (5a) der genannten Kugellagereinheit (5) identisch ist mit dem des genannten breiteren Abschnitts (1a) der genannten Welle (1); und

die Außen- und Innendurchmesser des genannten zweiten äußeren Laufrings (5b) der genannten Kugellagereinheit (5) jeweils identisch sind mit denen des genannten ersten äußeren Laufrings (3);

wobei die genannten ersten und zweiten Kugeln (4, 6) denselben Durchmesser haben.