DE69731923T2 - Elektromotor - Google Patents

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DE69731923T2
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Johnson Electric SA
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • H02K23/40DC commutator motors or generators having mechanical commutator; Universal AC/DC commutator motors characterised by the arrangement of the magnet circuits
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    • H02K23/02DC commutator motors or generators having mechanical commutator; Universal AC/DC commutator motors characterised by arrangement for exciting
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Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Diese Erfindung betrifft einen Elektromotor und insbesondere eine Anordnung zur Konzentrierung des Magnetfeldes eines Dauermagnet-Gleichstrommotors in Miniaturbauweise.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Es wurde festgestellt, dass dadurch, dass der Rotor eines Motors so auf eine Seite vorgespannt wird, dass die Welle ihr Lager immer an der gleichen Position auf der Lagerfläche berührt, der Motor infolge der Verringerung des Lagerratterns ruhiger läuft. Diese Vorspannung des Rotors kann durch mechanische Mittel, wie dies in DE 28 35 507 dargestellt ist, d.h. durch Formgebung des Lagers, oder durch eine magnetische Vorspannung des Rotors, wie dies in US 2,439,193 und US 4,079,274 dargestellt ist, realisiert werden.
  • In US-A-4896065 wurde eine bekannte Ausführung offenbart, die einen runden Miniaturmotor aufweist, der ein zylindrisches Motorgehäuse mit einem Lager an der geschlossenen Stirnfläche, einen Stator aus einem oder mehreren Dauermagneten, Bürsten und Anschlüsse sowie einen durch das Lager abgestützten Rotor mit Kernwicklungen und einem Kommutator aufweist. Der oder jeder Dauermagnet ist so ausgelegt, dass die Stärke des Magnetfeldes zwischen dem Rotor und dem Stator unsymmetrisch ist. Der Rotor wird dadurch zur Reduktion der Vibration im Lager in eine Richtung vorgespannt.
  • In FR-A-2675645 wird ein runder Elektromotor offenbart, der ein zylindrisches Gehäuse, einen Stator und einen Rotor aufweist. Der Stator umfasst zwei gekrümmte Dauermagnete, die gegenüber liegend zueinander eingebaut sind. Ein drehbarer Flussring mit Spalt ist auf der Außenseite des zylindrischen Gehäuses vorhanden. Die Position des Flussringes lässt sich zur Veränderung des Magnetflusses ändern, wodurch man das Rotationsverhalten des Motors einstellen kann.
  • Anhand FR-A-2675645 lässt sich erkennen, dass das Magnetfeld eines Dauermagnet-Gleichstrommotors, der ein magnetisch leitendes Gehäuse aufweist, das die Dauermagnete des Stators aufnimmt und einen Flussring erfordert, durch die Form und/oder Positionierung des Flussringes modifiziert oder beeinflusst werden kann. Ein Flussring ist ein Ring oder Streifen aus magnetisch leitendem Werkstoff, der eingesetzt wird, um einen Flussrückschluss zwischen den Magneten des Stators bereitzustellen und der zur Anwendung kommt, wenn das Gehäuse keinen adäquaten Kraftlinienweg bereitstellt, d.h. der vom Gehäuse bereitgestellte Rückschluss gesättigt ist.
  • Normalerweise sind die Flussringe an der Außenseite des Gehäuses angebracht und umgeben im Wesentlichen die Statormagneten, um einen alternativen oder zusätzlichen Flussrückschluss zu dem vom Gehäuse bereitgestellten zu liefern. Der Flussring hat gewöhnlich einen Spalt, wobei der Spalt zur Mittellinie von einem der Magnete ausgerichtet ist und somit einen symmetrischen Flussrückschluss bereitstellt.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Bei der vorliegenden Erfindung ist der Flussring kürzer, so dass es einen beachtlichen Luftspalt zwischen den entgegengesetzten Enden des Flussringes gibt und der Ring ist so ausgerichtet, dass der Luftspalt zwischen den Magneten angeordnet ist. Auf diese Weise ist der Rückschluss des magnetischen Flusses asymmetrisch, was eine Verschiebung des Stator-Magnetfeldes hin zum Luftspalt zwischen den Magneten verursacht, der durch den Flussring überbrückt wird.
  • Demzufolge stellt die vorliegende Erfindung einen Dauermagnet-Gleichstrommotor in Miniaturbauweise und mit flachen Seiten bereit, der Folgendes umfasst: einen Zweipol-Dauermagnetstator; ein Gehäuse, das flache Seiten aufweist und den Stator aufnimmt; einen gewickelten Anker, der einen an einer Welle angebrachten Kommutator umfasst und gegenüber liegend zum Stator drehbar eingebaut ist; eine Abschlusskappe, die ein offenes Ende des Gehäuses schließt und ein Lager abstützt, in dem die Welle durch den Wellenzapfen gelagert ist und ein Bürstengestell und Motoranschlüsse für die Verbindung des gewickelten Ankers mit einer elektrischen Energiequelle trägt; und einen am Gehäuse angebrachten Flussring, der zusammen mit dem Gehäuse einen wesentlichen Flussrückschluss für den Stator bereitstellt, dadurch gekennzeichnet, dass der Flussring eine Form aufweist, die der Form des Gehäuses entspricht und in Bezug auf eine erste Ebene, die die Längsachse des Motors enthält und die Pole des Stators halbiert, magnetisch asymmetrisch ist.
  • Während der Dauermagnet-Stator einen Gummi-Ringmagneten umfassen kann, wird es als besser erachtet, wenn er zwei keramische gekrümmte Segmentmagnete aufweist.
  • Es wird jetzt eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die nur als exemplarische Ausführung dient, unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • In den Zeichnungen ist:
  • 1 eine seitliche Ansicht, die eine bevorzugte Ausführungsform eines Motors gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 2 eine Seitenansicht von rechts des Rotors von 1; und
  • 3 eine ähnliche Ansicht wie 2, bei der jedoch ein Lagerschild und der Rotor entfernt wurden.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • Der in 1 dargestellte Motor 10 ist ein Dauermagnet-Gleichstrommotor. Der Motor 10 hat ein Gehäuse 11, ein Antriebsenden-Lagerschild 12 und ein Nichtantriebsenden-Lagerschild 20. Das Antriebsenden-Lagerschild 12 wird auch als Flansch 12 bezeichnet, da es sich radial deutlich bis über die Kante des Gehäuses 11 hinaus erstreckt und Löcher 14 zur Befestigung des Motors aufweist. Eine Welle 15 erstreckt sich, wie dargestellt, durch den Flansch 12. Die Welle bildet den Abtrieb des Motors und trägt einen gewickelten Anker (nicht dargestellt), der einen Kommutator umfasst, wie dies bei Dauermagnet-Gleichstrommotoren üblich ist. Die Welle 15 ist durch die jeweiligen Wellenzapfen in Lagern gelagert, die von den Lagerschildern 12, 20 abgestützt werden. Der Flansch 12 weist eine Nabe 16 auf, in der ein Wellenlager aufgenommen ist. Der Flansch 12 weist eine bekannte Beschaffenheit auf.
  • Das Lagerschild 20, das auch als Abschlusskappe 20 bezeichnet wird, trägt die Motoranschlüsse 21 und das Bürstengestell (nicht dargestellt), das über den Kommutator die elektrische Verbindung der Ankerwicklungen mit den Motoranschlüssen herstellt. Eine Nabe 22 nimmt das andere Wellenlager auf. Wie anhand von 2 leichter ersichtlich ist, weist die Abschlusskappe 20 am Umfang vier Vertiefungen 23 auf. Die Abschlusskappe ist am Gehäuse 12 mit Hilfe von Teilen des Gehäuses fest angebracht, die in die Vertiefungen 23 in der Abschlusskappe gedrückt wurden. Die Abschlusskappe 20 weist eine bekannte Beschaffenheit auf.
  • Das Gehäuse 11 ist aus einem typischerweise zur Anwendung kommenden, ferromagnetischem Werkstoff Das Gehäuse ist zylindrisch und hat zwei flache Seiten 31, 32, die durch zwei gekrümmte Seiten 33 miteinander verbunden sind, wodurch sich ein Gebilde ergibt, das umgangssprachlich als Flachmotor bezeichnet wird. Die flachen Seiten sind in 3 deutlicher zu erkennen. Das Gehäuse nimmt zwei Dauermagneten 34 auf. Die Magneten sind gekrümmt und so bemessen, dass sie sich an den zwei gekrümmten Seiten anbringen lassen, wodurch ein im Wesentlichen kreisförmiger zylindrischer Raum für den Anker verbleibt. Das Gehäuse 11 kann ein gewalzter Ring oder ein endloser Ring sein oder kann durch Tiefziehen geformt werden.
  • In Einsatz bildet das Gehäuse 11 den Flussrückschluss der Magneten 34. Infolge der Stärke der Magneten und der Größe oder Wanddicke des Gehäuses ist dieser Kraftlinienweg jedoch gesättigt. Normalerweise wird in solchen Situationen der vom Gehäuse bereitgestellte Kraftlinienweg durch einen Flussring erhöht, der normalerweise ein gewalzter Ring aus einem ferromagnetischem Blechwerkstoff oder aus einem sonstigen magnetisch leitendem Werkstoff ist, der im Bereich der Magneten um das Gehäuse herum angeordnet wird, um einen Kraftlinienweg mit niedrigem Widerstand für den Rückschluss des Stators bereitzustellen.
  • Bei der vorliegenden Erfindung wird ebenfalls ein Flussring 30 eingesetzt, um den Flussrückschluss des Gehäuses 11 zu erhöhen. Der Flussring 30 ist ein gewalzter Ring und weist einen beachtlichen Luftspalt 35 zwischen den einander gegenüber liegenden Längskanten 36 des Ringes auf. Der Luftspalt 35 ist im Gegensatz zu Flussringen bekannter Ausführungen, in der der Luftspalt zu einem der Magnete ausgerichtet ist, zu einer der flachen Seiten 32 ausgerichtet. Vorzugsweise und wie in 3 dargestellt, verkleidet der Flussring 30 eine flache Seite 31 und die zwei gekrümmten Seiten 33, endet aber an den Übergängen der zweiten flachen Seite 32 mit den zwei gekrümmten Seiten 33, so dass der durch die zweite flache Seite 32 bereitgestellte Kraftlinienweg im Wesentlichen nicht durch den Flussring 30 beeinflusst wird und der Flussrückschluss auf dieser Seite des Stators überwiegend durch die zweite flache Seite 32 des Gehäuses 11, die magnetisch gesättigt ist, und durch die Luft, die einen hohen magnetischen Widerstand hat, bestimmt ist.
  • Es wird davon ausgegangen, dass auf diese Weise das Magnetfeld des Stators auf der Seite des Motors mit dem Flussring infolge eines niedrigen Flussrückschluss-Widerstandes stärker ist als auf der anderen Seite, was eine Verschiebung der Mitte des vom Stator erzeugten Magnetfeldes hin zur Seite des Motors mit dem Flussring 30 verursacht. Dieser seitliche Versatz im Magnetfeld kann zusätzlich zu anderen beim Bau des Motors erzeugten magnetischen Versätzen vorhanden sein und trägt durch die zuvor beschriebene Verringerung des Lagerratterns zur Produktion eines ruhigeren Motors bei.

Claims (7)

  1. Dauermagnet-Gleichstrommotor in Miniaturbauweise und mit flachen Seiten, umfassend: einen Zweipol-Dauermagnetstator, ein Gehäuse (11), das flache Seiten aufweist und den Stator aufnimmt, einen gewickelten Anker, der einen an einer Welle angebrachten Kommutator umfasst und gegenüber liegend zum Stator drehbar eingebaut ist, eine Abschlusskappe (20), die ein offenes Ende des Gehäuses (11) schließt und ein Lager abstützt, in dem die Welle (15) durch den Wellenzapfen gelagert ist, und ein Bürstengestell und Motoranschlüsse (21) für die Verbindung des gewickelten Ankers mit einer elektrischen Energiequelle trägt, und einen am Gehäuse (11) angebrachten Flussring (30), der zusammen mit dem Gehäuse einen wesentlichen Flussrückschluss für den Stator bereitstellt, dadurch gekennzeichnet, dass der Flussring (30) eine Form aufweist, die der Form des Gehäuses entspricht und in Bezug auf eine erste Ebene, die die Längsachse des Motors enthält und die Pole des Stators halbiert, magnetisch asymmetrisch ist.
  2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Flussring (30) einen Hauptabschnitt des Flussrückschlusses bildet.
  3. Motor nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der durch das Gehäuse bereitgestellte Flussrückschluss magnetisch gesättigt ist.
  4. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Flussring (30) an der Außenfläche des Gehäuses angebracht ist.
  5. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (11) zylindrisch ist und zwei flache Seiten (31, 32) aufweist, die durch zwei gekrümmte Seiten (33) verbunden sind und der Stator zwei gekrümmte Dauermagnete (34) umfasst, die an den zwei gekrümmten Seiten (33) angebracht sind, wobei der Flussring (30) sich im Wesentlichen um die zwei gekrümmten Seiten (33) und nur eine flache Seite (31) erstreckt.
  6. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zweipol-Dauermagnetstator zwei gekrümmte Keramikmagnete (34) umfasst, die an den gekrümmten Seiten (33) des Gehäuses (11) angebracht sind.
  7. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Flussring (30) einen Längsspalt aufweist, so dass zwei Radialkanten (36) gebildet werden, wobei die zwei Radialkanten (36) durch einen beträchtlichen Luftspalt (35) getrennt sind und der Luftspalt zu einer zweiten Ebene ausgerichtet ist, die sich senkrecht zur ersten Ebene und längs der Längsachse des Motors erstreckt.
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