CH654455A5

CH654455A5 - Buerstenlose gleichstrommotoranordnung, insbesondere fuer magnetplattenantriebe.

Info

Publication number: CH654455A5
Application number: CH3658/80A
Authority: CH
Inventors: Rolf Mueller
Original assignee: Papst Motoren Gmbh & Co Kg
Priority date: 1980-05-10
Filing date: 1980-05-10
Publication date: 1986-02-14
Also published as: US4698542A; USRE34268E; US4554473A; DE3118289C2; DE3118289A1

Description

Die Erfindung betrifft eine bürstenlose Gleichstrommotoranordnung gemäss Oberbegriff im Anspruch 1.

Bürstenlose Gleichstrommotoren sind typischerweise mit einer elektrischen Schaltungsanordnung versehen, die die Antriebselektronik und die Drehzahlregelstufe für den Motor bildet. Die Antriebselektronik umfasst die elektronischen Komponenten, die die Bürsten und Kommutatoren von konventionellen Gleichstrommotoren ersetzen. Die Drehzahlregelung ist beispielsweise mit einem optischen Tachometer ausgestattet, das die Drehzahl der Motorwelle bestimmt und entsprechende Signale an die Antriebselektronik gibt, um die Drehzahl der Welle zu regeln. Die optische Baugruppe des Tachometers kann zweckmässig zugleich als Stellungsgeber herangezogen werden, der die Stellung des Rotors bestimmt, um die Ströme für die Motorwicklungen entsprechend zu schalten. Anstelle des optischen Tachometers kann auch ein Hallgenerator, z.B. in Verbindung mit einem IC, treten.

Die Antriebselektronik und die Drehzahlregelschaltung waren bisher in einer von dem Motor gesonderten Steuereinheit untergebracht. Eine solche Steuereinheit benötigt zusätzlichen Raum und erfordert ein Kabel, über welches die Steuereinheit mit dem Motor, beispielsweise den Feldwicklungen des Motors, verbunden ist.

Bei gewissen Anwendungen ist die Steuereinheit von konventionellen Gleichstrommotoren im Hinblick auf die räumlichen Beschränkungen störend. Beispielsweise sollen Magnetplattenantriebe so klein und kompakt wie möglich aufgebaut sein und gleichwohl im Hinblick auf den Antrieb der Magnetplatten alle Möglichkeiten eröffnen, die sich bei grösseren Magnetplattenantrieben finden. Bürstenlose Gleichstrommotoren eignen sich für eine solche Anwendung besonders wegen ihrer Verlässlichkeit, des Fehlens von Funkenbildung, wie sie an den Bürsten von konventionellen Gleichstrommotoren auftritt, und der einfachen Betriebsweise, wenn ein solcher Motor mit einer Nabe gekoppelt wird, die beispielsweise zwei in Abstand voneinander sitzende Magnetplatten trägt. Konventionelle bürstenlose Gleichstrommotoren sind jedoch in einem solchen Fall nicht befriedigend, weil für die zugehörige Steuereinheit entsprechend Platz vorgesehen werden müsste.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine bürstenlose Gleichstrommotoranordnung zu schaffen, die ohne eine gesonderte, die Antriebselektronik und die Drehzahlregelschaltung aufnehmende Steuereinheit auskommt, die eine einfache Ausbildung des Rotors als Nabe für einen Plattenstapel, insbesondere mit kleinem Durchmesser, ermöglicht, auch eine hohe Lagergüte gewährt.

Ausgehend von einer bürstenlosen Gleichstrommotoranordnung gemäss Oberbegriff im Anspruch 1 wird diese Aufgabe er-findungsgemäss dadurch gelöst, dass ein Schaltungsträger mit der Antriebselektronik und/oder der Drehzahlregelschaltung an einem Stator befestigt ist und im Innern eines umlaufenden Rotorgehäuses untergebracht ist.

Bei der bürstenlosen Gleichstrommotoranordnung nach der Erfindung können also die Antriebselektronik (eventuell inkl. Drehzahlregelschaltung) einen Teil der Motoranordnung ohne zusätzlichen Raumbedarf bilden. Durch den Wegfall der gesonderten Steuereinheit wird eine besonders kompakte Baueinheit erhalten, die sich für viele Zwecke, insbesondere aber für Magnetplattenantriebe, eignet, weil gleichzeitig durch den möglichen grösseren axialen Lagerabstand das Lagerungssystem verbessert wird. Denn entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform ist die Antriebswelle von einer hülsenartigen AbStützung umgeben, welche Lager zur drehbaren Lagerung der Motorwelle haltert. Die Abstützung ist mit dem im Motorgehäuse untergebrachten Schaltungsträger verbunden, der vorzugsweise als ringförmiges, plattenartiges Bauteil ausgebildet sein kann, auf dessen einer oder beiden Stirnflächen die Antriebselektronik und die Drehzahlregelschaltung sitzen. Der ringförmige Schaltungsträger ist zweckmässig hinsichtlich seiner Abmessungen an das Motorgehäuse angepasst. Je nach Platten-

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stapelhöhe, d.h. je nach axialem Einbauraum, können auch mehrere solche Bauteile übereinander angeordnet sein. Die Motoranordnung bleibt auf diese Weise eine in sich geschlossene Einheit, von der lediglich Leitungen zum Anschluss an eine externe Stromquelle abgehen. Die raumsparende Gesamtanordnung bleibt im Betrieb verlässlich und weist auch Wärmeableitmittel auf.

Die Erfindung ist im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Die beiliegende Zeichnung zeigt:

im Schnitt eine Seitenansicht einer bürstenlosen Gleichstrommotoranordnung nach der Erfindung.

Die Gleichstrommotoranordnung 10 weist einen bürstenlosen Gleichstrommotor 11 mit Aussenrotor 14 auf, der mit einer drehbaren Antriebswelle 12 versehen die Motorspulen, den Stator und die Dauermagnete umschliesst.

Die vorstehend genannten Komponenten des Motors 11 sind als solche bekannt. Sie bilden zusammen einen herkömmlichen bürstenlosen Gleichstrommotor.

Mit einem feststehenden Teil oder einer zentralen AbStützung oder Halterung 22 des Motors 11 ist ein ringförmiger Schaltungsträger 30 verbunden, auf dem die Antriebsèlektronik und die Drehzahlregelschaltung montiert sind, so dass diese gemeinsam mit dem Motor 11 eine kompakte Einheit bilden und eine vom Motor gesondere Steuereinheit entfällt.

Entsprechend Fig. 1 sind die verschiedenen Komponenten der Antriebselektronik, z.B. die Endstufentransistoren 61 der Drehzahlregelschaltung, z.B. das Hall-IC 35, der Schaltungsträger 20 und das Kühlblech 60 in einem Raum 26 zwischen dem Boden 40 des Rotorgehäuses 14 und der Statorbewicklung 29 untergebracht. Vom Schaltungsträger 20 gehen Leitungen 31 ab, die an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen werden können.

Die Welle 12 ist mit dem Boden 40 des Gehäuses 14 fest verbunden. Das Gehäuse 14 ist einseitig offen, so dass eine die Welle 12 umgebende, mittig angeordnete Hülse 44 aus dem Gehäuse herausragen kann. Die Hülse 44 bildet einen Teil der zentralen Halterung 22; sie sitzt entweder mit Presssitz in einer mit dem Flansch 30 verbundenen Nabe oder bildet zusammen mit dem Flansch 30 ein einstückiges Druckgussteil. Die Welle 12 ist in der Hülse 44 über zwei Lager 48, 48' drehbar gelagert, so dass die Welle und das Gehäuse 14 gegenüber der Hülse und dem Flansch 30 rotieren, wenn der Flansch in fester Lage mit Bezug auf benachbarte Bauteile montiert ist, wie dies im folgenden näher erläutert ist. Zwei im Abstand voneinanderliegen-de Sicherungsringe 50 halten die Lager an Ort und Stelle. Vom Sicherungsring 54 gehaltene Tellerfedern 52 verspannen die Lager 48, 48' axial gegeneinander.

An der Innenfläche des Gehäuses 14 ist ein umlaufender Magnetring oder eine Anzahl von Dauermagneten 56 befestigt, die sich zusammen mit dem Gehäuse 14 drehen. Das Gehäuse 14 ist ein Druckgussteil aus einer Aluminiumlegierung. Dieses Material ist als magnetischer Rückschluss ungeeignet. Für den magnetischen Rückschluss ist daher der Weicheisenring 57 notwendig. Bei einem tiefgezogenen Gehäuse 14 ist ein solcher Ring natürlich nicht erforderlich.

Der ringförmige Schaltungsträger 20 ist im Aussendurch-messer kleiner als der Kern 58. Der Schaltungsträger 20 liegt damit unterhalb des Luftspaltdurchmessers des Stators und bildet zusammen mit diesem eine kompakte Einheit.

Die Hülse 44 ist für die Unterbringung der elektronischen Bauelemente von Antriebselektronik und Drehzahlregelschaltung axial verlängert. Ausser für die Unterbringung der Bauelemente ist auch für die sachgerechte Wärmeabfuhr, z.B. für die Endstufentransistoren 61 der Antriebselektronik, zu sorgen. Hierfür ist ein scheibenförmiges Stanzbiegeteil als Kühlkörper 60 vorhanden, mit dem die Kühlkörper der Endstufentransistoren 61 wärmeleitend durch flächenhafte, satte Anlage verbunden sind. Der Kühlkörper 60 selbst ist ein ca. 0,6 bis 1 mm starkes Weissblech, das verzinnt und dadurch lötbar ist, oder Messingblech, das mittels Stützen 62 mit dem Schaltungsträger 20 verbunden ist.

5 Die Anordnung der elektronischen Bauteile erfolgt vorteilhaft in der in Fig. 1 dargestellten Art, da so sämtliche Lötverbindungen 65 in einem Arbeitsgang, z.B. im Tauchlötverfah-ren, herstellbar sind. Auch der Einsatz eines Potentiometers 64 zur Einstellung unterschiedlicher Arbeitspunkte oder zum Aus-lo gleich von Bauelemententoleranzen stört nicht. Einstellbar ist das Potentiometer 64 mittels Schraubenzieher über eine nicht dargestellte Bohrung im Flansch 30 und eine der Nuten im Kern 58. Die Einstellschraube des Potentiometers 64, die Bohrung im Flansch 30 und die Nut im Kern 58 liegen hierfür annähernd 15 auf einer Geraden.

Bei einem einstückigen Stanzbiegeteil als Kühlkörper 60 müssen die Kühlkörper der Endstufentransistoren 61 elektrisch isoliert mit dem Kühlkörper 60 verbunden sein. Vorteilhaft wird der Kühlkörper 60 daher entsprechend der Zahl der End-20 stufentransistoren 61 unterteilt, so dass die Isolierung entfallen kann. Dies erspart Montagezeit und verschiedene Isolierteile bei gleichzeitig verbesserter Wärmeabfuhr.

Der bzw. die Kühlkörper 60 sind mit dem Schaltungsträger 20 verbunden, vorzugsweise über die Stützen 62 mit dem Schal-25 tungsträger 20 verlötet. Das Verlöten der Kühlkörper 60 mit dem Schaltungsträger 20 erfolgt gleichzeitig mit dem Verlöten der übrigen Bauelemente. Bei Bedarf ist der Kühlkörper 60 zusätzlich mit festen Teilen des Stators verbunden, z.B. durch Befestigungselemente oder Klebeverbindungen 66 an der Hülse 44 30 oder im Bereich des Kragens 68 oder über nicht dargestellte Zapfen der Endscheibe 67. Diese Verbindungen verringern die Schwingmöglichkeit des Kühlkörpers 60.

Entsprechend der axialen Verlängerung der Hülse 44 ist auch das Gehäuse 14 axial verlängert. Dieser Ansatz ragt als 35 Antriebsnabe 70 in die Mittelbohrung einer oder mehrerer Magnetplatten. Es ergibt sich somit vorteilhaft, dass der Durchmesser der Antriebsnabe 70 der Mittelbohrung angepasst werden kann ohne Rücksicht auf die erforderliche Antriebsleistung des Motors und dem daraus resultierenden günstigsten Luft-40 spaltdurchmesser. Der freie Raum 26 im Innern der Antriebsnabe 70 dient zur beschriebenen Unterbringung des Schaltungsträgers einschliesslich der elektronischen Bauteile und des Kühlkörpers.

Bei einem Antriebsmotor für einen Plattenspeicher ist das Gehäuse 14 einschliesslich Antriebsnabe 70 und der Boden 40 zum Motorinnern geschlossen. Hiermit wird ein Vordringen von Schmutzteilchen aus dem Motorinnern zu den Magnetplatten verhindert. Die einzige direkte Verbindung zur Luft im Motorinnern ist nur über den Spalt 71, zwischen Gehäuse 14 und Flansch 30, gegeben. Hier ist durch entsprechende Länge des Spaltes 71 aber sichergestellt, dass der mögliche Austritt von Schmutzteilchen sehr gering und eine Störung der Betriebssicherheit des Plattenspeichers nicht gegeben ist. Die abgebrochen gezeichnete Platte 72 trennt den Raum höchster Reinheit vom übrigen Geräteinnern, so dass aus dem Lager 48' austretende Schmutzteilchen nicht stören.

Der Motor 11 eignet sich auch für andere Anwendungen. In diesem Fall ist die Forderung nach Sauberkeit nicht so extrem 60 hoch, so dass bei Bedarf auch Öffnungen in der Rotorglocke vorhanden sein können. Diese Öffnungen dienen dann der Wärmeabfuhr oder zur Einstellung eines Potentiometers. Solche Motoren können über die Antriebswelle 12 direkt zum Antrieb von Geräten oder von Gebläsen dienen. Für einen Lüfter-65 antrieb können Lüfterräder oder Lüfterflügel auch direkt auf das Gehäuse 14 und/oder die Antriebsnabe 70 aufgebracht oder aufgeschweisst sein.

Im Anwendungsfall als Plattenspeicherantrieb ist am freien

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Wellenende der Antriebsachse 12 ein Lüfter 32 mit einer Anzahl Lüfterflügeln 33 befestigt. Die intensive Luftbewegung im Bereich des Flansches 30 kühlt diesen, so dass über die Hülse 44 die Verlustwärme wirkungsvoll aus dem Motor 11 nach aussen abgeleitet wird.

Um eine elektrische Aufladung der Rotorglocke auszu-schliessen, ist die Antriebswelle 12 über die Kugel 36 und einen nicht dargestellten Federkontakt mit dem Gerätechassis verbunden. Eine elektrische Aufladung des Rotors stört ebenfalls die s Betriebssicherheit eines Plattenspeichers.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Bürstenlose Gleichstrommotoranordnung mit einem Aus-senläufermotor, insbesondere für Magnetplattenantriebe, mit mindestens einem ortsfesten Schaltungsträger, wobei der Schaltungsträger an feststehenden Teilen des Motors abstützend montiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schaltungsträger (20) mit der Antriebselektronik und/oder der Drehzahlregelschaltung an einem Stator (29, 58) befestigt ist und im Innern eines umlaufenden Rotorgehäuses (14) untergebracht ist.

2. Gleichstrommotoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine koaxiale Hülse (44) im Stator (29, 58) über diesen hinaus axial verlängert ist und der Schaltungsträger (20) über Halterungselemente (22) an dieser Hülse befestigt ist.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Gleichstrommotoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotorgehäuse (14) glockenförmig ausgebildet ist, auf der Bodenseite axial verlängert ist und dort eine Antriebsnabe (70) bildet, deren Aussendurchmes-ser unabhängig vom Luftspaltdurchmesser des Motors, z.B. kleiner als dieser ist.

4. Gleichstrommotoranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Aussendurchmesser der Antriebsnabe (70) dem Bohrungsdurchmesser von Magnetplatten angepasst ist und dass wenigstens eine Magnetplatte auf der Antriebsnabe (70) angeordnet ist.

5. Gleichstrommotoranordnung nach einem der Ansprüche 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsnabe (70) zwischen den oder beiderseits der Platten radiale, nach innen durchgehende Ausnehmungen aufweist, durch welche im Betrieb eine Strömung radial nach aussen auftritt, die durch Ausnehmungen des Bodens des Rotorgehäuses (14) oder durch einen Flansch (30) und axial durch den Stator (29, 58) geführt, eintritt.

6. Gleichstrommotoranordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (44) gleichzeitig, vorzugsweise in ihren axialen Endbereichen, die Lagerungselemente für den Aussenrotor aufweist.

7. Gleichstrommotoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkörper der Endstufentransistoren (61) wärmeleitend durch flächenhafte, satte Auflage mit einem Kühlkörper (60) verbunden sind.

8. Gleichstrommotoranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Endstufentransistor (61) ein Kühlkörper (60) vorhanden ist.

9. Gleichstrommotoranordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (60) mit dem Schaltungsträger (20) fest verbunden ist.

10. Gleichstrommotoranordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (60) ein Stanzbiegeteil aus Weissblech oder Messingblech ist und Stützen (62) sich zum Schaltungsträger (20) hin erstrecken und diese mit dem Schaltungsträger (20) verlötet sind.

11. Gleichstrommotoranordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mittels Befestigungselementen, Klebeverbindungen (66) an der Hülse (44) oder im Bereich des Kragens (68) oder Zapfens der Endscheibe (67) der oder die Kühlkörper (60) mit feststehenden Teilen des Motors verbunden sind.

12. Gleichstrommotoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf das Gehäuse (14) und/oder die Antriebsnabe (70) Lüfterräder oder Lüfterflügel aufgebracht oder aufgeschweisst sind.