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Dokumentenidentifikation DE3240826C2 03.04.1997
Titel Gleichstrom-Kollektor-Kleinstelektromotor
Anmelder Papst Licensing GmbH, 78549 Spaichingen, DE
Erfinder Schmider, Fritz, 7746 Hornberg, DE
Vertreter Patentanwälte Westphal, Mussgnug & Partner, 78048 Villingen-Schwenningen
DE-Anmeldedatum 05.11.1982
DE-Aktenzeichen 3240826
Offenlegungstag 17.05.1984
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 03.04.1997
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.04.1997
IPC-Hauptklasse H02K 23/54

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Gleichstrom-Kollektor- Kleinstelektromotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Maschine ist Gegenstand der DE-PS 10 10 914. Ähnliche Gleichstrommotoren sind in den älteren, nicht vorveröffentlichten DE-OS 32 17 283 und DE-OS 32 29 744 beschrieben.

Werden solche Maschinen als Kleinstmotoren verwendet, die unter anderem in batteriebetriebenen Geräten Verwendung finden, so kommt es auf einen guten Wirkungsgrad und eine dennoch kompakte Bauweise an, damit einerseits wenig Energie verbraucht und andererseits das Gerät nicht zu schwer und voluminös wird.

Deshalb ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die genannten Gleichstrom-Kollektor-Kleinstelektromotoren in dieser Richtung weiterzubilden, insbesondere für die Verwendung in Signalaufzeichnungs- und/oder -wiedergabegeräten für Videosignale.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung gelöst durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale. Gegenüber den bekannten Gleichstrom-Elektromotoren verbessert sich der Wirkungsgrad; trotzdem können solche Motoren sehr klein gebaut werden.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel sowie aus den Unteransprüchen. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Gleichstrom- Kollektormaschine; die Maschine ist im wesentlichen symmetrisch aufgebaut, und deshalb ist rechts ein kleiner Teil der Maschine weggeschnitten; die Darstellung ist etwa vierfach vergrößert;

Fig. 2 eine Darstellung des bei der Maschine nach Fig. verwendeten Trageteils, teilweise in der Seitenansicht, teilweise im Längsschnitt;

Fig. 3 eine Darstellung eines bei der Maschine nach Fig. 1 verwendeten Mitnehmer-Formstückes;

Fig. 4 eine Draufsicht von unten auf das in Fig. 2 dargestellte Trageteil, wobei die Lage einer Rotorspule und ihrer Anschlußdrähte angedeutet ist;

Fig. 5 eine Darstellung des Trageteils der Fig. 2 und 4 bei aufgesetzten Spulen und aufgesetztem Kollektor; und

Fig. 6 eine Draufsicht von unten auf das Trageteil der Fig. 5.

In den einzelnen Figuren werden gleiche oder gleichwirkende Teile jeweils mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und gewöhnlich nur einmal beschrieben. Begriffe wie "oben, unten, links, rechts" beziehen sich auf die Darstellung in der jeweiligen Figur. Zur Veranschaulichung der Dimensionen bei derartigen Kleinstmotoren sind in verschiedenen Figuren Maßstäbe für eine typische Baugröße angegeben; das schließt natürlich Maßstabsänderungen nach unten oder oben nicht aus.

Fig. 1 zeigt - in stark vergrößertem Maßstab - ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für den Aufbau einer erfindungsgemäßen Maschine, hier eines Antriebsmotors für ein Signalaufzeichnungsgerät für Videosignale. Dieses Gerät hat ein Lagertragrohr 140 mit einem radialen Befestigungsflansch 141. Im Rohr 140 ist in Lagern, von denen nur ein Wälzlager 142 angedeutet ist, eine Motorwelle 143 gelagert. Auf ihr ist ein Trageglied 144 aus einem nichtmagnetischen Werkstoff, z. B. aus Aluminium oder einem geeigneten Kunststoff, mittels eines axialen Fortsatzes 145, der als Nabe dient, befestigt, und an der Oberseite 146 des Außenumfangs dieses Trageglieds 144 sind die einzelnen Spulen 147, 148 (vgl. Fig. 6) mit ihren radial inneren Abschnitten durch Kleben befestigt, z. B. wie dargestellt mit einer dünnen Vliesschicht 151, die mit einem Epoxiharz getränkt ist. Zum Beispiel kann das Trageglied 144 einen Außendurchmesser von 2,8 cm haben, während der Kranz der sechs Spulen einen Außendurchmesser von 5,7 cm hat, d. h. das axiale Trägheitsmoment wird im wesentlichen nur durch diese sechs Spulen bestimmt, so daß ein solcher Rotor 150 ein sehr kleines Trägheitsmoment hat und gleichzeitig die einzelnen Spulen 147, 148 sehr gut gekühlt werden und thermisch hochbelastbar sind.

Die Spulen 147, 148 ragen mit ihren magnetisch aktiven Abschnitten in einen ebenen Luftspalt 153, der gebildet wird zwischen einem oberen Stator-Magnetring 154, der wie dargestellt axial und achtpolig magnetisiert ist, und einem ebenso magnetisierten unteren Stator-Magnetring 155 auf einer Rückschlußplatte 152 aus Eisen, die an der Außenwand 156 eines topfartigen Statorgehäuses 157 durch magnetischen Zug gehalten ist. In das Innere dieses Gehäuses 157, das aus Stahlblech tiefgezogen ist, ist der obere Magnetring 154 eingeklebt. Dieses Gehäuse ist mittels Schrauben 158 am Flansch 141 befestigt, und es ist wie dargestellt mit seinem inneren Rand 161 auf dem Lagertragrohr 140 zentriert.

An der Unterseite der Rückschlußplatte 152 ist mittels Schrauben 161 ein Formstück 162 aus einem isolierenden Werkstoff befestigt, das zwei Bürsten aufnimmt, von denen nur die Bürste 130 dargestellt ist. Die Schrauben 183 befinden sich in Langlöchern 161a, die eine Verdrehung des Formstücks 184 um die Längsachse des Motors ermöglichen, um eine optimale Lage der Bürsten 130 relativ zu den Statormagnetringen 154, 155 einstellen zu können.

Ein Flachkollektor 122 ist auf dem axialen Fortsatz 145 des Trageglieds 144 befestigt. Er hat eine Nabe 165 aus Isolierstoff, in der die radial inneren Abschnitte seiner zwölf Lamellen verankert sind.

Die Spulen 147, 148 sind Rundspulen, vgl. Fig. 6, und sie sind aus Backlackdraht hergestellt, sind also selbsttragend. Naturgemäß könnten im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch ein oder mehrere Spulenträger verwendet werden, doch wird die dargestellte Lösung bevorzugt.

Oberhalb des Kollektors 122 befindet sich ein Entstörglied 182, das drei Kondensatoren enthält.

Wie Fig. 1 ferner zeigt, hat das Trageglied 144 einen maximalen Außendurchmesser, der nur um etwa 2 mm kleiner ist als der Innendurchmesser des es umgebenden unteren Magnetrings 155, so daß der Spalt 160 zwischen dem unteren Magnetring 155 und dem Außenumfang des Trageglieds 144 nur etwa 1. . .1,5 mm beträgt. Dies ist wichtig, um im Bereich der magnetisch aktiven Abschnitte der Spulen 147, 148 ein möglichst homogenes Magnetfeld zur Verfügung zu haben.

Würden die Anschlußelemente der Spulen 147, 148 durch diesen engen Spalt 160 geführt, so könnten sie bei der Montage oder bei späteren Reparaturen leicht eingeklemmt und beschädigt oder zerstört werden. Deshalb ist gemäß Fig. 2 und 4 das Trageglied 144 an seiner Außenseite unrund ausgebildet. Es hat jeweils dort seinen maximalen Durchmesser, wo eine Spule 147 auf ihm befestigt ist, und dazwischen ist sein Durchmesser etwas reduziert, so daß dort die Anschlußelemente 165 zum Kollektor 122 durchgeführt und mit Klebstoff oder dergleichen fixiert werden können, wie dies in Fig. 4 bei 166 angedeutet ist.

Mit seiner Innenseite 167 umgreift das Trageglied 144 das Lagertragrohr 140 unter Bildung eines langen und sehr engen Spaltes 168, so daß Fett oder Öl aus den Lagern 142 nur über diesen engen Spalt zum Kollektor 122 gelangen kann und folglich die Funktion des Flachkollektors 122 nicht stört. Aus diesem Grunde ist das Trageglied 144 auf seiner Oberseite mit einem relativ langen kragenartigen Fortsatz 169 versehen.

Der axiale Fortsatz 145 ist unten, bezogen auf Fig. und 2, mit zwei Abflachungen 171 und 172 versehen, die sich bis zu der für die Welle 143 vorgesehenen Innenausnehmung 173 erstrecken. Ebenso ist auch die Welle 143 mit zwei entsprechenden Abflachungen versehen, von denen Fig. 1 nur die Abflachung 174 zeigt. Ein Formstück 175 (Fig. 3) hat eine zu diesen Abflachungen komplementäre Innenausnehmung 176, und dieses Formstück wird gemäß Fig. 1 auf den axialen Fortsatz 145 aufgesetzt und verbindet diesen dadurch drehfest mit der Welle 143. Zwei Tellerfedern 177 sind einerseits an einer Mutter 178 abgestützt, die auf das untere Ende der Welle 143 aufgeschraubt ist, andererseits am axialen Fortsatz 145, und drücken dadurch das Trageglied 144 nach oben gegen eine Schulter 179 der Welle 143 in eine axial definierte Lage.

Die Fig. 5 und 6 zeigen das Trageglied 144 bei montiertem Kollektor 122 und nach Montage der sechs Rotorspulen.

Auch hier ist der Maßstab leicht vergrößert. Man erkennt den sehr kompakten Aufbau des Rotors 150 und sein niedriges axiales Trägheitsmoment, das einen sehr schnellen Hochlauf nach dem Einschalten ermöglicht.

Bei einer Betriebsspannung von 10 V hat der dargestellte Motor eine Stromaufnahme von 55 mA bei einer Drehzahl von 1500 U/min und Nennbelastung (Kopfradantrieb). Es handelt sich also um einen Kleinstmotor mit einem sehr guten Wirkungsgrad, der bei extrem kompaktem Aufbau erreicht wird. Versuche haben gezeigt, daß von einem solchen Motor eine sehr hohe Lebensdauer zu erwarten ist.


Anspruch[de]
  1. 1. Gleichstrom-Kollektor-Kleinstelektromotor mit einem Gehäuse (152, 157), innerhalb welchem eine Motorwelle (143) angeordnet ist, auf der ein aus einem nichtmagnetischen Werkstoff bestehendes Trageglied (144) drehfest befestigt ist zur Halterung von mehreren Spulen (147, 148) mit einer im wesentlichen in einer gemeinsamen Ebene liegenden, um die Motorwellenachse herum scheibenförmig angeordneten eisenlosen Einschichtwicklung, und mit mindestens einem ortsfesten Permanentmagnetring (154, 155), wobei die Spulen (147, 148) mit ihren magnetisch aktiven Abschnitten in einen ebenen Luftspalt (153) ragen, der vom Permanentmagnetring (154) und einer Rückschlußplatte (152) des Gehäuses oder einem weiteren Permanentmagnetring (155). begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Trageglied (144) durch einen kragenartigen Fortsatz (169) an seiner Oberseite schalenförmig gestaltet ist, der ein Lagertragrohr (140) für die Motorwelle unter Bildung eines sehr engen Spaltes (168) umgreift, wobei im Lagertragrohr (140) ein Wälzlager (142), welches in der Wicklungsebene der Spulen (147, 148) liegt, gelagert ist, und daß an der Oberseite des Außenumfanges des Tragegliedes (144) die Spulen (147, 148) mit ihren radial inneren Abschnitten befestigt sind.
  2. 2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trageglied (144) im Bereich zwischen zwei Spulen (147, 148) einen Abschnitt verringerten Durchmessers aufweist, durch den mindestens ein Anschlußelement (165) der Spulen (147, 148) durchgeführt ist.
  3. 3. Motor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Anschlußelement (165) an diesem Abschnitt (166) befestigt ist.
  4. 4. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Trageglied (144) etwa die Form eines Sechskants hat, und jeweils eine von sechs vorgesehenen Spulen (147, 148) auf einem Eckbereich des Sechskants befestigt ist.
  5. 5. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Trageglied (144) einen Außendurchmesser aufweist, der nur wenig kleiner ist als der Innendurchmesser des es umgebenden ersten Permanentmagnetringes (155).
  6. 6. Motor nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Trageglied (144) an seiner Unterseite einen axialen Fortsatz (145) zur Befestigung auf der Motorwelle (143) aufweist.
  7. 7. Motor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Fortsatz (145) auf mindestens einer Seite eine Ausnehmung (171, 172) aufweist, die sich bis zu der für die Aufnahme der Motorwelle (143) vorgesehenen Ausnehmung (173) erstreckt,

    daß die Motorwelle (143) an der entsprechenden Stelle eine ähnliche Ausnehmung (174) aufweist,

    und daß ein die Motorwelle (143) und den Fortsatz (145) übergreifendes Formstück (175) vorgesehen ist, welches in die beiden Ausnehmungen formschlüssig eingreift und dadurch Welle (143) und Fortsatz (145) drehfest miteinander verbindet.
  8. 8. Motor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen in Form von zwei Abflachungen (171, 172) ausgebildet sind, die jeweils den Fortsatz (145) des Trageglieds (144) und die Motorwelle (143) schneiden, und daß das Formstück (175) komplementär zu diesen Abflachungen ausgebildet ist.
  9. 9. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) ein topfförmiges Weicheisen-Tiefziehteil (157) aufweist,

    daß zum Verschluß des offenen Endes des Weicheisen-Tiefziehteils (157) eine Rückschlußplatte (152) vorgesehen ist,

    und daß das Weicheisen-Tiefziehteil (157) und die Rückschlußplatte (152) als Halterungselemente für den Motor vorgesehen sind.
  10. 10. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Trageglied (144) aus Aluminium gebildet ist.
  11. 11. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Flachkollektor (122) aufweist.






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