NL192552C - Statorinrichting voor een borstelloze gelijkstroommotor. - Google Patents

Description

1 192552

Statorinrichting voor een borstelloze gelijkstroom motor

De onderhavige uitvinding betreft een statorinrichting voor een borstelloze gelijkstroommotor omvattende: een laag isolerend materiaal van bepaalde dikte; 5 een laag uit een magnetisch permeabel materiaal; en middelen voor het ten minste gedeeltelijk overtappend aan elkaar verbinden van de desbetreffende lagen en een inrichting die een statorbasisdeel bepaalt, waar tegenover een aanzienlijk deel van de laag uit het magnetisch permeabel materiaal is aangebracht, waarbij een statorspoelopstelling op de isolerende materiaallaag is aangebracht.

10 Een dergelijke elektromotor is bekend uit het Amerikaanse octrooischrift 3.796.039. Deze bekende elektromotor vereist het gebruik van twee gelijkaardige statorstructuren waartussen de magnetische rotorelementen dienen te worden aangebracht.

De onderhavige uitvinding beoogt deze bekende gelijkstroommotor te verbeteren en een eenvoudiger constructie van een statorinrichting voor een borstelloze gelijkstroommotor te verschaffen.

15 Dit doel wordt volgens de onderhavige uitvinding bereikt, doordat de oppervlakte van het stator- basiselement en de laag magnetisch permeabel materiaal, die naar elkaar zijn gekeerd, over in hoofdzaak het gehele gebied daarvan aan elkaar zijn gehecht en dat de laag isolerend materiaal is gevormd uit doekvormig materiaal, waarvan de tussenruimten zijn gevuld met harde kleefstof die eveneens dient om de laag isolerend materiaal en de laag magnetisch permeabel materiaal aan elkaar te hechten.

20 Opgemerkt wordt dat op zichzelf uit het Duitse Gebrauchsmuster DE GM 17 88 110 een isolerende laag bekend is die op een ijzeren kem voor een elektrische machine is aangebracht, waarbij de isolerende laag uit kunststof, in het bijzonder uit gevulde polyester hars of giethars, en verscheidene lagen bestaat, en eveneens kan zijn voorzien van een glasvezelweefsel van dezelfde kunststof. Deze bekende isolatielaag is echter niet geschikt om een compacte borstelloze gelijkstroommotor te verschaffen.

25 Bij een borstelloze motor van gebruikelijk type zijn op het statorjuk aandrijfankerorganen aangebracht, die zich zodanig in de magnetische krachtlijnenbaan van een als rotor dienende magneet uitstrekken, dat zij een rotatiekoppel op de laatstgenoemde uitoefenen. Het statorjuk is daarbij in het algemeen vervaardigd van materiaal met een magnetische permeabiliteit, zoals ijzerblik of elektrisch staal, waardoor voor de uit de rotormagneet tredende magneetflux een baan wordt verkregen. De ankerwikkelingen van een dergelijke 30 motor zijn gewikkeld op spoellichamen van niet-geleidend materiaal, zoals kunststof; deze spoellichamen zijn voorzien van flensgedeelten die dienen om de ankerwikkelingen van het metaal van het statorjuk geïsoleerd te houden.

Hoewel een materiaaldikte van slechts 0,1 mm in een dergelijk geval voor isolatiedoeleinden voldoende zou zijn, vertoont het flensgedeelte van het spoellichaam meestal een dikte van 0,5 mm, die om 35 vervaardigingstechnische redenen niet kleiner dan 0,3 mm kan worden gemaakt.

Bij dergelijke motoren treedt een magnetische lekflux op in de spleet tussen de rotormagneet en het statorjuk; de grootte van dit fluxverlies is althans ten minste nagenoeg evenredig met de derde macht van de spleetlengte. Het door de aanwezigheid van het flensgedeelte van het spoellichaam in de baan van de magnetische flux veroorzaakte fluxlek of fluxverlies veroorzaakt een beduidende verlaging van de hoeveel-40 heid energie, die de motor kan afgeven. Het zal derhalve duidelijk zijn, dat het vermogen van een borstelloze gelijkstroommotor aanzienlijk kan worden vergroot door de toepassing van spoellichamen met flensgedeelten overbodig te maken.

De uitvinding zal worden verduidelijkt in de nu volgende beschrijving aan de hand van de bijbehorende 45 tekening van enige uitvoeringsvormen. In de tekening tonen: figuur 1, schematisch, een dwarsdoorsnede door een betrekkelijk platte borstelloze motor van bekend type, figuur 2, op grotere schaal, een gedeelte van figuur 1, figuur 3 een grafiek, die de relatie tussen de lengte van de spleet tussen een rotormagneet en een 50 statorjuk ten opzichte van de coëfficiënt van fluxlek laat zien, figuren 4A en 4B gedeelten van door de uitvinding voorgestelde organen voor vorming van een magnetische krachtlijnenbaan, figuur 5, in perspectief en gedeeltelijk in dwarsdoorsnede, een gedeelte van een dergelijk orgaan volgens een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding, 55 figuur 6 een bovenaanzicht op een als orgaan volgens de uitvinding uitgevoerd statoijuk voor een motor, figuur 7, schematisch, een axiale doorsnede door een borstelloze gelijkstroommotor met een statoijuk volgens de uitvinding, 192552 2 figuur 8 een bovenaanzicht op de stator van de motor volgens figuur 7, figuur 9, schematisch, een axiale doorsnede door een andere borstelloze gelijkstroommotor met een statorjuk volgens de uitvinding, figuur 10, schematisch, een axiale doorsnede door een gedeelte van nog een andere borstelloze 5 gelijkstroommotor met een statorjuk volgens de uitvinding, en figuur 11, een bovenaanzicht, dat de wijze van aanbrengen van de ankerwikkelingen op het statoijuk van de borstelloze gelijkstroommotor volgens figuur 10 laat zien.

Voor een beter begrip van de uitvinding is in de figuren 1 en 2 eerst een plat uitgevoerde gelijkstroommotor 10 20 van gebruikelijk type weergegeven, welke is voorzien van een statoijuk 21 van magnetisch permeabel materiaal, zoals ijzer, siliciumdioxide gelegeerd staal, of ander mechanisch zacht materiaal, dat een magnetische fluxbaan kan vormen.

Op het statoijuk 21 aangebrachte ankerwikkelingen 22 bevinden zich in de magnetische fluxbaan, die zich via het juk 21 tussen de rotormagneten 23 en 23' uitstrekt. Zoals figuur 2 laat zien, zijn de anker* 15 wikkelingen 22 op gebruikelijke wijze gewikkeld op spoellichamen 24 van isolerend materiaal, die ieder een flensgedeelte 25 hebben voor isolatie van de bijbehorende ankerwikkeiing 22 ten opzichte van het statoijuk 21. De ter verkrijging van een goede isolatie van een ankerwikkeiing 22 ten opzichte van het statorjuk 21 noodzakelijke dikte van het isolerende materiaal bedraagt ongeveer 0,1 mm. Als gevolg van moeilijkheden, die bij de vervaardiging van ieder wikkellichaam 24 uit een isolerende kunsthars optreden, hebben de 20 flensgedeelten 25 in het algemeen een dikte van ongeveer 0,5 mm, welke hoogstens tot ongeveer 0,3 mm kan worden teruggebracht.

Bij de gelijkstroommotor volgens figuur 1 vloeit een magnetische flux van de ene magneet 23 naar het statoijuk 21 en vandaar naar een tegengesteld gepolariseerde magneet 23'. Tussen iedere magneet 23, 23' enerzijds en het statorjuk 21 anderzijds strekt zich een luchtspleet met een lengte l uit; de ankerwikkelingen 25 22 bevinden zich in een dergelijke luchtspleet. Het zal duidelijk zijn, dat naarmate de lengte van de spleet tussen de rotormagneet 23 of 23' enerzijds en het statoijuk 21 anderzijds korter is, de grootte van de magnetische weerstand in de desbetreffende fluxbaan kleiner is en derhalve de fluxdichtheid binnen de spleet, waarin de ankerwikkelingen 22 zich bevinden, groter is. Door de spleetlengte tussen de magneet 23 of 23' enerzijds en het statorjuk 21 anderzijds zo klein mogelijk te maken, kan men derhalve het rendement 30 en de afgegeven energie van de motor vergroten.

De totale spleetlengte kan worden voorgesteld als de som € = €1 + £2 + *s* waarin t Λ de ruimte ter vermijding van aanraking van de rotormagneten 23, 23' aan de ankerwikkelingen 22 is, 12 de dikte van iedere ankerwikkeiing 22 bedraagt, zulks afhankelijk van het aantal windingen van het anker, en € 3 de dikte van de isolerende laag bedraagt, welke in de vorm van de flens 25 dient voor isolatie van iedere ankerwik-35 keling 22 van het statorjuk 21.

De relatie tussen de totale spleetlengte l en de fluxlekcoëfficiënt L is weergegeven in figuur 3. Deze relatie vertoont een derde-graadsafhankelijkheid; zoals blijkt zal bij een toename van de spleetlengte de magnetische fluxlekcoëfficiënt drastisch stijgen. De hoeveelheid op de ankerwikkelingen 22 inwerkende, magnetische flux wordt derhalve door een betrekkelijk kleine toename van de spleetlengte € in aanzienlijke 40 mate verkleind. Als gevolg van de dikte van de isolerende flens 25 heeft de lekcoëfficiënt L bij de motor 20 van gebruikelijk type een betrekkelijk grote waarde, bijvoorbeeld de waarde L1 in figuur 3. De fluxlekcoëffi-cient kan echter tot een aanzienlijk lager gelegen waarde Lg worden teruggebracht door in de motor een statorjuk op te nemen, dat wordt gevormd door een door de uitvinding voorgesteld orgaan voor vorming van een magnetische krachtlijnenbaan.

45 Zoals figuur 4A laat zien kan een orgaan 121 volgens de uitvinding zijn voorzien van een isolerende basis 26 van een vel polyester of dergelijke met een geschikte dikte, dat aan zijn onderoppervlak door middel van een kleeflaag 27 van een polyamide of dergelijke is verbonden met een plaat 28 van magnetisch permeabel materiaal, zoals siliciumdioxide gelegeerd staal. Een dergelijke basis van isolerend materiaal kan met een dikte van slechts 0,1 mm worden uitgevoerd; een uit het orgaan 121 gevormd statorjuk heeft het 50 voordeel, dat het niet een uit gefijkstroommotoren van bekend type bekende, betrekkelijk grote coëfficiënt van magnetische fluxlek vertoont.

Zoals figuur 4B laat zien, is bij een ander orgaan 121' volgens de uitvinding ter vermindering van wervelstromen, waardoor het door een motor afgegeven lawaai vermindert, de enkelvoudige staalplaat 28, die het magnetische materiaal vormt, met voordeel uitgevoerd als een laminaat 28' van een aantal lagen 55 staalblik, die door middel van een kleefstof met elkaar zijn verbonden.

Zoals figuur 5 laat zien, kan een orgaan 121" volgens de uitvinding ook zijn voorzien van een isolerende basis 26 van doek, bijvoorbeeld glasvezeldoek, dat is geïmpregneerd met een epoxyhars of ander hardbare 3 192552 hars of therm ohardende kleefstof 27'. Deze kleefstof 27' vult de ruimten van het doek 26' en wordt aan een hardingsproces onder hoge temperatuur en druk onderworpen. Op deze wijze kan een zeer dunne, vlakke basis van isolerend materiaal worden verkregen, welke een gelijkmatige dikte van 0,1 mm vertoont.

De kleefstof 27' dient bovendien om de isolerende laag met de laag 28 van magnetisch materiaal te 5 verbinden.

Tijdens de vervaardiging van het orgaan 121" volgens figuur 5 kan warmte worden toegevoerd aan de staalplaat, die als laag 28 van magnetisch permeabel materiaal dient. De verhitting van de staalplaat oefent een hardend effect uit op de kleefstof 27' die in het doekmateriaal 26' is geïmpregneerd, en doet uit de isolerende laag 26' en de kleefstoflaag 27' een zeer plat lichaam ontstaan.

10 Het zal duidelijk zijn, dat een uit een orgaan 121,121' of 121" volgens de uitvinding gevormd statorjuk de mogelijkheid verschaft, een aanzienlijke verkleining te verkrijgen van de effectieve spleetlengte l tussen de rotormagneten enerzijds en het statorjuk andeizijds van een borstelloze gelijkstroom motor; daardoor wordt een aanzienlijke afname van de fluxlekcoëfficiënt tot een betrekkelijk lage waarde l_2 verkregen (zie figuur 3). Een onder toepassing van de uitvinding vervaardigd statorjuk verschaft derhalve een aanzienlijke 15 verbetering tên opzichte van statorjukken van bekend type.

Zoals figuur 6 laat zien, kan een statorjuk 221 volgens de onderhavige uitvinding, dat is voorzien met een onder toepassing van de uitvinding vervaardigd orgaan 121 voorvorming van een magnetische krachtlijnen-baan, op het oppervlak van zijn laag 26 van isolerend materiaal zijn voorzien van een gedrukte bedrading 29. Daartoe kan op de laag 26 van isolerend materiaal een koperfolie worden aangebracht, waarna de voor 20 de onderlinge verbindingen van de ankerwikkelingen en de rotorpositiedetectie-elementen of andere elektrische elementen noodzakelijke componenten van de gedrukte bedrading 29 gemakkelijk kunnen worden gevormd door etsing.

Een uit een orgaan volgens de uitvinding vervaardigd statorjuk vertoont derhalve een aanzienlijke verbetering ten opzichte van statorjukken van gebruikelijke constructie. Zoals reeds is opgemeikt, kan de 25 luchtspleet tussen de rotormagneten enerzijds en het statorjuk anderzijds aanzienlijk worden verkleind, waardoor het rendement van de magnetische koppeling tussen de rotor en de stator aanzienlijk wordt verbeterd. Een dergelijke constructie leidt bovendien tot een daling van de vervaardigingskosten en verschaft de mogelijkheid om tot een compacte en eenvoudige motorconstructie te komen.

Daarbij dient te worden opgemerkt, dat het orgaan volgens de uitvinding voor vorming van een 30 magnetische krachtlijnenbaan niet uitsluitend als statorjuk voor een borstelloze gelijkstroommotor kan worden toegepast, doch ook in een gelijkstroommotor van het type met borstel, een wisselstroommotor, of verschillende andere elektrische inrichtingen, waarvan een dergelijk orgaan een belangrijke component vormt. Organen volgens de uitvinding kunnen bijvoorbeeld gemakkelijk worden toegepast in een solenoïde, een elektromagnetisch relais of verschillende andere inrichtingen, zodat de uitvinding een ruim toepassings-35 veld heeft.

Bij een borstelloze motor van gebruikelijk type is het statorjuk 21 in het algemeen door middel van mechanische organen, zoals bouten, bevestigd aan een statorbasis. Tijdens bedrijf van de motor vertoont de elektromagnetische aantrekkingskracht, die op het statoijuk inwerkt, een periodieke verandering met een frequentie van enige honderden Hz van -30 gram tot +30 gram. Een dergelijke elektromagnetische 40 aantrekkingskracht veroorzaakt ongewenste trillingen en mechanisch lawaai. Deze trillingen kunnen tot gevolg hebben, dat de bouten of andere mechanische bevestigingsorganen losraken, waardoor bij een motor van gebruikelijk type het gevaar van een storing wordt vergroot.

Volgens de onderhavige uitvinding verdient het nu aanbeveling, dat een uit een orgaan 121,121' of 121" volgens de uitvinding vervaardigd statoijuk aan de statorbasis van een borstelloze gelijkstroommotor wordt 45 bevestigd door middel van een kleefstof of dergelijke, die zich uitstrekt over praktisch het gehele oppervlak, waarover het statorjuk en de statorbasis tegenover elkaar zijn gelegen.

Figuur 7 toont een plat uitgevoerde, borstelloze gelijkstroommotor 30, waarbij de zojuist genoemde maatregel volgens de uitvinding is toegepast; de motor 30 is voorzien van een rotoras 31, waaraan een rotoijuk 32 is bevestigd. Op het rotoijuk 32 zijn rotormagneten 33 aangebracht, terwijl de motor wordt 50 omsioten door een motorhuis 34. Op het statorjuk 36 zijn ankerwikkelingen 35 bevestigd, die zich uitstrekken in de magnetische krachtlijnenbaan van de rotormagneten 33; het juk 36 is zelf aangebracht op een statorbasis 37. In de statorbasis 37 is een lager 38 bevestigd voor ondersteuning van de rotoras 31. De as 31 kan een snaarschijf 39 dragen. Boven de statorbasis of -plaat 37 is op geschikte wijze een lager 40 aangebracht voor opname van de op de as 31 uitgeoefende, axiale krachten. Zoals figuur 8 laat zien, zijn 55 op het statorjuk 36 vier ankerwikkelingen 35 en een paar rotorpositiedetectie-elementen 41, zoals Hall-elementen, aangebracht. Zoals de uitvinding nu voorschrijft, is het statorjuk 36 op de statorbasis 37 bevestigd door de naar elkaar toe gekeerde oppervlakken van beide organen zodanig met elkaar te

Claims (2)

192552 4 verbinden, dat de bij statorconstructies van gebruikelijk type met mechanische bevestiging optredende storingen worden vermeden. De verbinding van het juk 36 en de basis 37 kan plaatsvinden door middel van een willekeurig geschikte kleefstof of door tussen beide organen een aan twee zijden klevende band aan te brengen. 5 De besturingsschakeling en de aandrijfversterkers voor de ankerwikkelingen 35 kunnen van gebruikelijk type zijn en worden derhalve hier niet nader beschreven. Bij een door een motor aangedreven inrichting van gebruikelijk type, zoals een magneetbandapparaat, zijn het chassis en de motor uitgevoerd als afzonderlijke, onafhankelijke componenten; dit geldt zowel wat betreft hun constructie als hun werking. De uitvinding verschaft nu de mogelijkheid om de afmetingen van 10 een dergelijke inrichting en het aantal voor de vervaardiging daarvan noodzakelijke componenten te verminderen door een gedeelte van het chassis van de elektrische inrichting als component van de motor uit te voeren. Meer in het bijzonder toont figuur 9 een voorbeeld van een motor 30', waarvan een gedeelte van het chassis van een door de motor aangedreven elektrische inrichting deel uitmaakt; daarbij zijn de met die volgens figuur 7 overeenkomende componenten respectievelijk ook met dezelfde verwijzingssymbolen 15 aangeduid. Bij de inrichting volgens figuur 9 is een gedeelte van het chassis 37' van een magneetbandapparaat uitgevoerd als statorbasis 37' van de motor 30'. De rotoras 31' vertoont een gedeelte 31A' voor koppeling van de as 31' met het rotorjuk 32'. De rotoras 31' wordt ondersteund door een lager 40'. De rotormagneten 33' en de ankerwikkelingen 35' kunnen op een gewenste onderlinge afstand worden aangebracht door instelling van het lager 40' en daardoor van de axiale positie van de as 31'. 20 De op de as 31' aangebrachte snaarschijf 39' heeft twee gedeelten van onderling verschillende diameter, die respectievelijk dienen voor aandrijving van een kaapstander-snaar of -band 42A' en een aandrijfband of -snaar 42B' voor aandrijving in de bedrijfstoestand ’’snel vooruit” van het bandapparaat. De kaapstander-aandrijfband of -snaar 42' drijft een kaapstander 43' aan. Het aantal componenten van het bandapparaat kan nog verder worden verkleind door de motor 30" op de in figuur 10 weergegeven wijze uit te voeren. 25 Daarbij zijn de met die volgens de figuren 8 en 9 overeenkomende motorcomponenten weer met dezelfde verwijzingscijfers aangeduid, zij het dat een dubbele index is toegevoegd. Zoals figuur 10 laat zien, dient de snaarschijf 39" op de rotoras 31" niet alleen als rotorsnaarschijf doch bovendien als rotorgedeelte voor bevestiging. Het lager 40" is opgenomen in het aan de statorbasis 37" bevestigde lager 38". Bij de zojuist beschreven uitvoeringsvorm volgens figuur 10, waarbij de motorsnaarschijf 39" rechtstreeks 30 op de rotoras 31" is gevormd, is het niet noodzakelijk om een als afzonderlijke component uitgevoerde en op de motoras 31" aan te brengen, verdere snaarschijf toe te passen, zodat de constructie van de elektrische inrichting nog verder is vereenvoudigd, waardoor lagere vervaardigingskosten resulteren. Zoals figuur 11 laat zien, bevat de stator voor een gelijkstroommotor volgens figuur 8,9 of 10 twee paren ankerwikkelingen 35, die bijvoorbeeld door middel van een kit op het statorjuk 36 zijn bevestigd en door 35 middel van respectievelijk bijbehorende gedeelten van een op de isolerende laag 26 gevormde, bedrukte bedrading 29 zijn verbonden met respectievelijk een eerste en een tweede ankeraansluiting 44, 45. Een ander gedeelte van de gedrukte bedrading 29 dient voor koppeling van de Hall-elementen 41 met de statorstroombesturingsschakeling, die van gebruikelijk type is. Alle componenten zijn stevig met elkaar verbonden, zonder dat daartoe mechanische bevestigingsorganen behoeven te worden gebruikt. Hoewel het 40 statorjuk 36 ook in dat geval door de magnetische aantrekkingskracht tussen de stator en de rotormagneten eerst in de ene richting en vervolgens in de andere richting wordt gedreven, wordt een stabiele werking met een minimum aan lawaai verkregen. 45 Conclusies

1. Statorinrichting voor een borstelloze gelijkstroommotor omvattende: een laag isolerend materiaal van bepaalde dikte; een laag uit een magnetisch permeabel materiaal; en 50 middelen voor het ten minste gedeeltelijk overtappend aan elkaar verbinden van de desbetreffende lagen en een inrichting die een statorbasisdeel bepaalt, waar tegenover een aanzienlijk deel van de laag uit het magnetisch permeabel materiaal is aangebracht, waarbij een statorspoelopstelling op de isolerende materiaallaag is aangebracht, met het kenmerk, dat de oppervlakte van het statorbasiselement en de laag magnetisch permeabel materiaal, die naar elkaar zijn gekeerd, over in hoofdzaak het gehele gebied 55 daarvan aan elkaar zijn gehecht en dat de laag isolerend materiaal is gevormd uit doekvormig materiaal, waarvan de tussemuimten zijn gevuld met harde kleefstof die eveneens dient om de laag isolerend materiaal en de laag magnetisch permeabel materiaal aan elkaar te hechten. 5 192552

2. Statorin richting volgens conclusie 1 gekenmerkt door: rotormagneten; een statorjuk die een laag isolerend materiaal van een bepaalde dikte, een laag uit magnetisch permeabel materiaal en een verbindingsinrichting omvat, die de in overtappende verhouding ten 5 opzichte van elkaar bevindende lagen met elkaar verbindt, waarbij de laag isolerend materiaal een doekachtig materiaal uit een geharde kunststof omvat, die de tussenruimten van het betreffende doekachtige materiaal onder vorming van een isolator opvult, die een gewenste dikte heeft en die de verbindingsmiddelen voor de verbinding van de genoemde lagen met elkaar vormt, een draaginrichting die het statorjuk en de rotor voor onderlinge relatieve draaiing zodanig draagt, dat de laag isolerend 10 materiaal naar de rotormagneten wijst, waarbij de laag uit het magnetisch permeabel materiaal een magnetische-krachtlijnenbaan tussen de betreffende rotormagneten en de statorwikkelingsinrichting definieert, die aan het statorjuk op de isolerende materiaallaag is bevestigd en in de genoemde magnetische krachtlijnenbaan is ingevoegd. Hierbij 3 bladen tekening