CH671855A5

CH671855A5 -

Info

Publication number: CH671855A5
Application number: CH423386A
Authority: CH
Inventors: Edgar Zuckschwert
Original assignee: Papst Motoren Gmbh & Co Kg
Priority date: 1986-10-25
Filing date: 1986-10-25
Publication date: 1989-09-29
Also published as: DE3736033A1; DE8714191U1; DE3736033C2

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft einen kollektorlosen Gleichstrommotor der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Art.

Kollektorlose Gleichstrommotoren mit scheibenförmigen Rotoren, vielfach auch unter der Bezeichnung Scheibenläufer bekannt, werden häufig für Anwendungsfälle benötigt, in denen unter anderem eine genaue Drehzahlregelung unverzichtbar ist. Um für die dazu benötigte Regelschaltung von der Rotordrehung abgeleitete, die jeweilige Ist-Geschwindigkeit repräsentierende Signal zu gewinnen, sind solche Motoren häufig mit einer sogenannten Tacho-Einrichtung versehen, die eine mit dem Stator des Motors verbundene, meist mäanderförmig ausgebildete Tachowindung und einen im äusseren Randbereich des Rotors angeordneten, mit diesem rotierenden Permanentmagnetring aufweist. Die Tachowindung befindet sich dabei auf einer Leiterplatte auf einem die ebenfalls auf der Leiterplatte befestigten Statorspulen umgebenden konzentrischen Ring, wobei die Leiterplatte ihrerseits auf einem Rückschlusseisen angeordnet ist. Da es zur Erlangung eines sauberen und starken Tachosignals notwendig ist, den Luftspalt zwischen dem das Signal erzeugenden Magnetring und der Tacho windung klein zu halten, zwischen der Ebene des Rotormagneten und der Leitplatte aber die Statorspulen angeordnet sind, muss der äussere Magnetring eine um die Spulendicke grössere axiale Bauhöhe aufweisen als der Rotormagnet. Es ist deshalb notwendig, für die Erzeugung des Tachosignals einen separaten Magnetring zusätzlich zum Rotormagneten zu montieren. Die Herstellung eines solchen zusätzlichen Magnetkörpers sowie dessen Montage stellen aber einen nicht unerheblichen Kostenfaktor dar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstellkosten eines Motors eingangs genannter Art zu verringern, ohne dabei die Qualität des Motors zu verschlechtern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin,

dass die Anzahl der Einzelteile reduziert und darüber hinaus die Montage vereinfacht wird.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung, in der das Rückschlusseisen des Motors als Trägerplatte für die Tachowindung und die Statorspulen verwendet wird, wird darüber hinaus die an sich geringe Bauhöhe des Scheibenläufermotors noch um mindestens die Dicke der bei Motoren des Standes der Technik verwendeten Leiterplatte verringert, eine Auswirkung die für viele Anwendungsfälle in flachen Geräten wünschenswert ist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung, gemäss der die Trägerplatte für die Tacho windung und die Statorspulen von einem Kunststoff-Formteil gebildet wird, wird durch einstückige Gestaltung der Trägerplatte mit einem Lagertragteil

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zur Aufnahme der Motorlager und durch Einbettung des Rückschlusseisens bzw. Ausgestaltung einer Aufnahme für das Rückschlusseisen eine weitere deutliche Verbilligung der Motorkonstruktion erreicht.

Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass sich die Tachowindung über einen Winkelbereich < 360° auf der Trägerplatte erstreckt und der verbleibende Bereich für Leiterbahnen einer zugehörigen Schaltungsanordnung frei bleibt. Dadurch wird es ermöglicht, die Trägerplatte so zu gestalten, dass der verbleibende Bereich in der Befestigungsebene der Statorspulen liegt und die von einem ausserhalb der Statorspulen liegenden, als Leiterplatte verwendbaren Teil der Trägerplatte nach innen geführten Leiterbahnen in einer Ebene verbleiben können. Diese Massnahme hat eine weitere Verbilligung der Motorkonstruktion aufgrund einer Vereinfachung in der Herstellung zur Folge.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend anhand mehrerer Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen bekannten Gleichstrommotor,

Fig. 2 einen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Gleichstrommotors mit ebenem Luftspalt entlang der Linie II-II in Fig. 3,

Fig. 3 eine Ansicht eines Stators eines Gleichstrommotors gemäss der Erfindung,

Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel gemäss der Erfindung mit zylindrischem Luftspalt,

Fig. 5 einen Schnitt durch einen Stator eines dritten Ausführungsbeispiels,

Fig. 6 einen Schnitt durch einen Stator eines vierten Ausführungsbeispiels entlang der Linie VI-VI in Fig. 7 und

Fig. 7 eine Ansicht des in Fig. 6 im Schnitt dargestellten Stators.

In Fig. 1 ist ein bekannter kollektorloser Gleichstrommotor 1 dargestellt. Auf einem Rückschlusseisen 2 sind Statorspulen 3 und ein Lagertragteil 4, das einteilig mit einem Befestigungsflansch 16 verbunden ist, beispielsweise mit Schrauben 5 befestigt. Das Rückschlusseisen 2 enthält spulenseitig aufgebracht: eine Leiterplatte 25 mit Leiterbahnen, einer Ansteuerelektronik und einer Tachowindung 6, die mäanderförmig ausgebildet ist. Der Rotor besteht aus einer Welle 7, einer Riemenscheibe 8, einer Rückschlussfeder 9, einem scheibenförmigen Rotormagneten 10 und einem Magnetring 11. Die Riemenscheibe 8 ist drehfest mit der Welle 7 verbunden. Auf der Rückschlussscheibe 9 ist der Rotormagnet 10 konzentrisch und am äusseren Rand der Magnetring 11 befestigt. Die Riemenscheibe 8 und die Rückschlussscheibe 9 sind ebenfalls drehfest zusammengefügt. Die Welle 7 läuft in Lagern 12, 13, die im Lagertragteil 4 eingesetzt sind. Ein Sicherungsring 14 und eine Feder 15 verspannen die Lagerung in axialer Richtung, wodurch das axiale Lagerspiel beseitigt wird.

Fig. 2 zeigt einen kollektorlosen Gleichstrommotor 20, der zum Teil dem Motor 1 in Fig. 1 entspricht. Der Rotormagnet 10 ist hier einteilig ausgebildet. Ein strichpunktierter Randbereich 21 weist stirnseitig eine Magnetisierung sehr kleiner Polteilung zur Erzeugung eines Tachosignals in der diesem Randbereich gegenüberliegenden Tachowindung 6 auf. Um ein stärkeres Signal zu erhalten, ist das Rückschlusseisen 2 mit einem Topfrand 22 versehen, der soweit in Richtung des Randbereiches 21 heruntergezogen ist, dass nur ein kleiner für die störungsfreie Drehung des Rotors erforderlicher ebener Luftspalt 17 übrigbleibt. Die Höhe des im Tiefziehverfahren gefertigten Topfrandes 22 entspricht der Höhe der Statorspulen 3. Auf die spulenseitige Fläche des Rückschlusseisens 2 einschliesslich des Topfrandes 22 wird zunächst ein Dielektrikum, dann die Leiterbahnen und anschliessend nochmals ein Dielektrikum aufgebracht, wobei die Lötpunkte frei bleiben. Die Statorspulen 3 können dann in Chip-Form oder in bekannter Weise aufgelötet werden. Die Chip-Bauteile für die Ansteuerelektronik werden auf dem Niveau der Mäanderwicklung 6 angelötet. Das Rückschlusseisen 2 weist konzentrisch zur Tachowindung 6 einen Durchzug mit axial in Richtung Rotormagnet verlaufendem zylindrischen Kragen 23 auf, in den ein Doppellager 24 eingeklebt ist. Die durch den Rotormagneten verursachte axial nach oben (bezogen auf die Darstellung in Fig. 2) gerichtete Kraft wird durch eine Anschlagfläche 26, an der die Kuppe 27 der Welle 7 anliegt, aufgenommen. Zur Fixierung der Statorspulen 3 sind spulenseitig am Rückschlusseisen 2 Nocken 27 angeprägt.

Fig. 3 zeigt das Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 2 von unten gesehen. Der Rotor wurde weggelassen, um die Anordnung der Tacho windung 6, der Statorspulen 3 und der Ansteuerelek-tronik sowie der Leiterbahnen zu zeigen.

In Fig. 4 ist ein kollektorloser Gleichstrommotor 30 dargestellt, der im wesentlichen dem Motor 20 gemäss Fig. 2 gleicht. Das Rückschlusseisen ist hier als im wesentlichen zylindrischer Topf 32 ausgebildet. Die Tachowindung 6 ist auf der inneren Mantelfläche des zylindrischen Teiles 33 des Topfes 32 angeordnet und liegt, durch einen möglichst kleinen zylindrischen Luftspalt 18 getrennt, dem zylindrischen Aussenbereich des Randbereiches 21, der eine Magnetisierung kleiner Polteilung aufweist, gegenüber. Der zylindrische Teil 33 dient zudem noch als Schutzhaube für den rotierenden Teil des Motors 30.

Fig. 5 zeigt den Stator eines weiteren Ausführungsbeispiels gemäss der Erfindung. Eine aus Kunststoff gespritzte Trägerplatte 41 enthält eine Leiterplatte 42, ein Lagertragteil 44, einen Befestigungsflansch 46 und das Rückschlusseisen 2, das als Eisenscheibe 45 ausgebildet ist. Die Abschirmscheibe 45 wird in eine vorgegebene Form eingelegt und umspritzt. Vorzugsweise werden zudem noch Vertiefungen für die Leiterbahnen und für die Tachowindung 6 auf der Unterseite (Spulenseite) der Leiterplatte 42 mit eingebracht. Die Tachowindung 6 liegt einem Rotormagneten 10 gegenüber, wie er in Fig. 2 dargestellt und beschrieben ist.

In das Lagertragteil 44 können Kugellager 12, 13 für die Lagerung der Rotorwelle 7 eingebracht sein. Das Lagertragteil 44 kann aber auch an einem Ende mit einem integrierten Gleitlager (beispielsweise aus Sintermaterial) und am anderen Ende mit einem Kugellager ausgerüstet sein. Es ist auch ein einteiliges Gleitlagerteil (ähnlich Doppellager 24), das in die Form eingelegt und mit umspritzt ist, einsetzbar. Fluchtend zu Durchgangslöchern 47 im Befestigungsflansch 46 sind in der Eisenscheibe 45 Gewindedurchgänge 48 vorgesehen, um eine sichere Befestigung des Motors zu gewährleisten. Zwischen den Spulen 3 und der Eisenscheibe 45 ist eine dünne Isolierschicht vorgesehen. Die Eisenscheibe 45 ist in die Spritzform eingelegt und umspritzt wie es links der Mittellinie 43 in Fig. 5 gezeigt ist, während rechts der Mittellinie 43 die Eisenscheibe 45 nach dem Spritzen der Trägerplatte 41 eingelelgt und an angespritzten Bolzen 49 warm verstaucht ist. Nocken 50 zur Fixierung (entsprechen den Nocken 27) der Statorspulen 3 sind an der Träger-platte mit angespritzt. Bei der gezeigten Ausführungsform der Spulen 3 sind je vier Nocken 50 zur Fixierung vorgesehen. Für anders geformte Spulen ist die Anordnung und die Anzahl entsprechend zu variieren.

In Fig. 6 und 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäss der Erfindung dargestellt. Das Rückschlusseisen 2 ist bei diesem Ausführungsbeispiel umfangsmässig nur in einen Teilbereich des gegenüberliegenden Randbereiches 21 des Rotors auf eine zweite Ebene 34 heruntergezogen. Dieser Teilbereich ist kleiner als 360°, vorzugsweise 250°. Nur die Tachowindung 6 befindet sich auf der Ebene 34. Zwei Zuleitungen 37 verlaufen auf einer Übergangsschräge 38 zur ersten Ebene 35, auf der alle übrigen

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Leiterbahnen, die Ansteuerelektronik und die Statorspulen 3 aufgebracht sind. Dieses Ausführungsbeispiel ermöglicht bezüglich der Beispiele gemäss Fig. 2 bis 4 eine weitere Kostenreduzierung durch das einfachere Werkzeug und das einfachere Herstellungverfahren, bei dem nur die zwei Zuleitungen 37 von s einer zur anderen Ebene führen. Im Falle der Fig. 2 bis 4 müssen ausser den Zuleitungen 37 noch alle übrigen Leiterbahnen 19 von der Ebene 34 zur Ebene 35 geführt werden.

Die zu den in den Fig. 5 bis 7 gezeigten Statoren zugehörigen Rotoren entsprechen dem in Fig. 2 dargestellten.

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3 Blätter Zeichnungen

Claims

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1. Kollektorloser Gleichstrommotor mit einem einen scheibenförmigen Permanentmagneten aufweisenden Rotor und einem auf einer Trägerplatte angeordnete Statorspulen sowie ein Rückschlusseisen aufweisenden Stator, wobei konzentrisch zum Permanentmagneten des Rotors eine Magnetisierung sehr kleiner Polteilung zur Erzeugung eines Tachosignals in einer gegenüberliegend angeordneten Tachowindung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der scheibenförmige Rotormagnet (10) in seinem Randbereich (21) mit der Magnetisierung sehr kleiner Polteilung versehen und die Trägerplatte derart ausgestaltet ist, dass sowohl die Statorspulen (3) als auch die Tachowindung (6) auf der dem Rotor zugewandten Seite der Trägerplatte angeordnet sind und der mit der Tachowindung (6) versehene Bereich in unmittelbarer Nähe des Randbereiches (21) des scheibenförmigen Rotormagneten (10) mit einem nur für die Drehbewegung des Rotors erforderlichen Abstand angeordnet ist.

2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlusseisen (2) als Trägerplatte ausgestaltet und auf der dem Permanentmagneten (10) des Rotors zugewandten Seite mit einer isolierenden Beschichtung versehen ist, auf der die Tachowindung (6) unmittelbar aufgebracht ist.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte von einem Kunststoff-Formteil (41) gebildet wird, in dem das Rückschlusseisen (45) eingebettet und umspritzt ist, wobei die Trägerplatte einstückig mit einem Lagertragteil (44) zur Aufnahme von Lagern für die Rotorwelle ausgestaltet ist.

4. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte von einem Kunststoff-Formteil (41) gebildet wird, das zur Aufnahme des Rückschlusseisens (45) ausgestaltet und einstückig mit einem Lagertragteil (44) zur Aufnahme von Lagern für die Rotorwelle gestaltet ist.

5. Motor nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der die Magnetisierung sehr kleiner Polteilung aufweisende Randbereich (21) des Permanentmagneten (10, Fig. 2) axial magnetisiert und die Trägerplatte als zylindrischer Topf mit einem Topfrand (22) ausgebildet ist, wobei der Randbereich (21) des Permanentmagneten (10) und der Topfrand (22) einen ebenen Luftspalt (17) bilden und die Tachowindung (6) auf der dem Permanentmagneten (10) zugewandten Seite .des Topfrandes (22) aufgebracht ist.

6. Motor nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der die Magnetisierung sehr kleiner Polteilung aufweisende Randbereich (21) des Permanentmagneten (10, Fig. 4) radial magnetisiert und die Trägerplatte als zylindrischer Topf ausgebildet ist, wobei die Innenmantelfläche des zylindrischen Teils (33) des Topfes und die Aussenmantelfläche des Permanentmagneten (10) einen zylindrischen Luftspalt (18) bilden und die Tachowindung (6) auf der Innenmantelfläche des zylindrischen Teils (33) des Topfes aufgebracht ist.

7. Motor nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoff-Formteil (41) mit einer der Form der Tachowindung (6) entsprechenden vertieften Spur versehen ist, in die die Tachowindung (6) einbringbar ist.

8. Motor nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoff-Formteil (41) mit einer Vertiefung zur Aufnahme des Rückschlusseisens (45) versehen ist, wobei durch entsprechende Öffnungen des Rückschlusseisens (45) hindurchgreifende, am Kunststoff-Formteil angeformte Bolzen (49) zur Befestigung des Rückschlusseisens (45) durch Warmstauchen vorgesehen sind.

9. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Trägerplatte der dem Permanentmagneten (10) des Rotors zugewandten Seite Nocken (27) zur Lagefixierung der Statorspulen (3) in der Kontur der jeweiligen Spule (3) entsprechender Konfiguration angeordnet sind.

10. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Tacho windung (6) über einen Winkelbereich < 360° auf der Trägerplatte erstreckt und im verbleibenden Winkelbereich Leiterbahnen (19) einer Motor-Ansteuerschaltung bzw. die Zuleitungen zu den innerhalb der Tacho windung (6) befindlichen Statorspulen (3) angeordnet sind.

11. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte im Zentrum der Tachowindung (6) einen Durchbruch aufweist, in dem ein in Buchsenform ausgestaltetes Doppellager (24) verdreh- und verschiebefest eingesetzt ist.