DE2452444C3 - Elektrischer Kleinstmotor - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Kleinstmotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein typischer Kleinstmotor hat zusammengedrängte, unter hoher mechanischer Spannung sichende Wicklungen
sowie ungünstige Wärmeübertragungswege. Die Wicklungen der bekannten Moloren dieser Art müssen
unter Einhaltung genauer Abmessungen geformt, isoliert, an Zuleitungen angeschlossen und mit Kunstharz
imprägniert werden, damit sie mit den anderen Elementen oder Bauteilen des Motors zusammenpassen.
Die Vorformung und Aushärtung der Wicklungen erfordert gewöhnlich eine Ofenerhitzung mehrerer
Einheiten in großen metallischen Einspannvorrichtungen oder Formen auf relativ hohe Temperaturen von
mehr als 200°C, damit das Aushärten beschleunigt wird und eine angemessene Wärmeübertragung nach den
innersten Wicklungen möglich ist. Ferner können, wenn vorgeformte und ausgehärtete Wicklungen verwendet
werden, beim Zusammenbauen des Motors die Wicklungen unerwünschten mechanischen Spannungen ausgesetzt
werden, da aufgrund von herstellungsbedingten Abweichungen eine perfekte Einpassung jeder Wicklung
in den Motorkörper unmöglich ist. Einerseits entstehen beim gewaltsamen Einpassen der Wicklungen
mechanische Spannungen, während andererseits die Wärmeableitwege verringert werden, wenn man den
Raum für die Wicklungen so groß bemißt, daß auf ein gewaltsames Einpassen verzichtet werden kann.
Man hat Herstellungsverfahren entwickelt, bei denen die Arbeitsgänge der endgültigen Formgebung und
Ofenhärtung entfallen. Diese Verfahren erfordern im allgemeinen eine Einkapselung des Ständers in Kunststoffverbindungen,
mit denen typischerweise die Wicklungen bei hohen Drücken sowie bei Temperaturen
umgössen werden. Hierdurch werden zwar die Wicklun-
gen weit weniger stark erhitzt als beim Aushärten herkömmlicher Kunstharze, doch entstehen unerwünschte
Wärmestöße. Außerdem ergibt die aufgeformte Kapselung eine nur beschränkte Wärmeableitung
von den Wicklungen zum angrenzenden Motorkörper, und ein Erzeugnis mit einstückiger oder
integraler Formgebung (beispielsweise die Vereinigung oder gemeinsame Formgebung der Ständerkapselung
und des Ankernabenteils eines elektrischen Gebläses) läßt sich nur dann realisieren, wenn man Kunststoffverbindungen
von geeigneter Qualität und Zusammensetzung verwendet Ferner ist dieses etwas komplizierte
Verfahren nicht anwendbar, wenn für die verschiedenen Teile des Motors ungleichartige Werkstoffe verwendet
werden (z. B. wenn man Ständerwicklungen integral mit
einem metallischen Molorkörper formen will), und zwar wegen der möglicherweise sehr unterschiedlichen und
miteinander unverträglichen Eigenschaften der Werkstoffe. Da Metallkörper gewöhnlich dann erforderlich
sind, wenn hohe Leistungsdichten und/oder hohe Umgebungstemperaturen vorliegen, ist bei Verwendung
eines Metallkörpers eine Molorkonstruktion erwünscht, die es ermöglicht, daß die Formgebung und
Aushärtung der Wicklungen bei niedrigen Temperaturen erfolgen kann.
Ein Motor der dem Oberbegriff des Al zugrundeliegenden
Art ist beispielsweise aus der CH-PS 4 44 282 bekannt, die einen mit Wicklungen versehenen Läufer
konventioneller Bauart beschreibt, dessen das Läuferblechpaket an seinen Stimenden überragende Wickelköpfe
in formstabilen, becherförmigen Endkappen aus rostfreiem Stahl eingeschlossen und bei Fliehkräften
zusammengehalten sind. Zum Schulz der empfindlichen, dünnen Wicklungsdrähte haben die becherförmigen
Endkappen eine isolierende Auskleidung in l'orm einer Polyesterschicht die eine unmittelbare Berührung der
Wicklungsdrählc mit den Metallkappen verhindert. Vor dem Aushärten des mit heißem Epoxydharz imprägnierten
Rotors in einem Ofen werden die Endkappen durch Klemmteilc festgehalten, die später wieder entfernt
werden. Der Zusammenbau und der Aushärtvorgang sind verhältnismäßig aufwendig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen aus einer verhältnismäßig geringen Zahl von Einzelteilen
einfacher als bisher zusammenbaubaren Motor /u schaffen, dessen Wicklungen keiner hohen Temperaturen
zur Formgebung und Aushärtung bedürfen.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Die Erfindung ermöglicht die Verwendung von mit Kunstharz imprägnierten, jedoch ungehärteten Wicklungen,
die auf mechanischem Wege während des Zusammenbaus des Motors durch die beiden Kappen
bei verhältnismäßig geringer Beanspruchung eine bevorzugte Formgebung erhalten können, so daß eine
einfache Herstellung möglich ist. Beim Aufdrücken der zweiten Isolierkappe auf die Mittelachse werden die
Spülenköpfe zusammengedrückt und allmählich von der glatten Kontur der beiden Kappen erfaßt, wodurch sie
die gewünschte Form erhalten und gut eingepaßt werden. Im zusammengebauten Zustand kann der
Motorteil dann bei verhältnismäßig niedriger Temperatur zur Aushärtung des Kunstharzes wärmebehandelt
werden.
Nachstehend wird als Ausführungsbeispiel der Erfindung
die Konstruktion und der Zusammenbau des Ständerteils eines Außenläufermotors beschrieben,
doch läßt sich die Erfindung auch auf dij Läuferkonstruktion
sowje auf andere Motorformen anwenden. In der Zeichnung zeigt
F i g. 1 eine auseinandergezogene Darstellung eines Außenläufermotor mit konventionellem Läufer und
einem Ständer als Motorteil der hier beschriebenen Art;
Fig.2 eine Schnittdarstellung des Motors im voll zusammengebauten Zustand in der Schnittebene 2-2
nach F i g. 3; und
Fig.3 eine Stirnansicht des zusammengebauten Motors mit Darstellung einer Tellerfeder.
Fig. 1 zeigt die Ständeranordnung 14, die aus einem '5
Paket von Stahlblechlamellen mit den üblichen Wickelköpfen 144 und 145 der Ständerwicklungen besteht.
Diese Wicklungen bestehen aus isoliertem (gewöhnlich lackisoliertem) Draht und sind von geringe"· Stärke und
verhältnismäßig zerbrechlich, wenn es sich um einen kleinen Motor handelt. Der Ständer wird in noch zu
beschreibender Weise am Scheibenkörper 12 gefestigt. Der allgemein becherförmige Läufer 16 umgibt im
zusammengebauten Zustand den Ständer, entsprechend der Außenläuferkonslruktion, und hat eine an seiner
Stirnwand befestigte, axial verlaufende Welle 17. Die übrigen Teile der vorliegenden Konstruktion werden
bei der Erläuterung der Art und Weise des Zusammenbausbeschrieben.
Der Zusammenbau des Ständers beginnt damit, daß eine ringförmige Tellerfeder 11 von rechts (gesehe.r in
der Zeichnung) auf eine hohle Achse 10, vorzugsweise aus einem geeigneten Metall, aufgeschoben wird. Ein
Flansch 104 am Ende der Achse verhindert, daß die Tellerfeder 11 vom anderen Ende der 'Uhse 10
abrutscht. Als nächstes wird auf die Achse 10 ein einen Teil des Ständers bildender Scheibenkörper 12 aufgeschoben,
der zur Vergrößerung des Wärmeableiivermögens des Motors aus Metall bestehen kann. Der
Scheibenkörper hat zwei ringförmige Nuten 124 und 12ß, die das Ende des Läufers bzw. einen ringförmigen
Isolator in Gestalt der als formstabiles Bauteil vorgeformten Kappe 13 aufnehmen. Letztere wird als
nächstes auf die Mittelachse geschoben, und zwar bis an den Scheibenkörper 12 heran. Die Kappe 13 und die Nut
12ß, in der er sitzt, haben eine Form, die einer bevorzugten Umrißform für den Wickelkopf 14/4, bei
der dieser unter minimaler mechanischer Spannung steht, entspricht. Bei Motoren, bei denen die Wärmeableitung
nicht kritisch ist, kann der Scheibenkörper 12 aus Isoliermaterial bestehen und selbst die Kappe 13 bilden.
Als nächstes wird die Ständeranordnung 14 auf die Achse 10 aufgeschoben. Diese Ständeranordnung
besteht aus einem Paket von Blechlamellen aus magnetischem Werkstoff mit Nuten zur Aufnahme der
Leiter der Ständerwicklungen. Während die Leiter in den Nuten des Lamellenpaketes entsprechend einem
gegebenen Verdrahtungsplan nach rückwärts und vorwärts gewickelt werden, befinden sich an den beiden
Ständerenden die Wickelkopf0 144 und 145, die mit &o
Kunstharz imprägniert, j.^^r. ungehärtet sind. Als
Imprägnierungsharz kann man u. a. ein im Handel erhältliches styrolhaltiges Polyesterharz mittlerer Viskosität,
das mit 1,0 bis l,5°/oTert.-Butylperbenzoat katalysiert ist, verwenden.
Zur Vervollständigung des Ständeraufbaus wird auf das Ende der Achse 10 eine ,ils formstabiles Bauteil aus
Isolierstoff vorgeformte Kappe 15 aufgeschoben. Wie die Kappe 13 hat auch die Kappe 15 eine Form, die einer
bevorzugten Umrißform für den Wickelkopf 14ß entspricht. Beim Aufdrücken der Kappe 15 auf die
Achse werden die anderen Bauteile gegen die Spannung der Tellerfeder 11 zusammengedrückt, und durch die
glatte Umrißform der Kappen 13 und 15 erhalten dabei
die mit Kunstharz imprägnierten, jedoch ungehärteten Ständer-Wickelköpfe 144 bzw. 14ß die bevorzugte
Formgebung für minimale Drahtspannung oder -beanspruchung £>n beiden Enden und maximale Wärmeübertragung
am Ende der Anordnung. Schließlich rasten die Rastnasen 154 an der Kappe 15 in eine ringförmige
Rastnut lOß der Achse ein, so daß der gesamte
Ständeraufbau zusammengehalten wird.
Bei dieser Anordnung sorgt die Tellerfeder 11 für eine
nahezu konstante Vorspannung od~r Belastung, aufgrund deren große Änderungen der Abmessungen der
im Motor verwendeten Materialien über weite Temperaturbereiche zulässig sind. Auch ermöglicht die
Plazierung der Wickelköpfe 14A und 14ß eine gute
Wärmeübertragung zwischen den Ständerwicklungen und den Kappen, der Achse und dem Scheibenkörper.
Da die gemäß dem Stand der Technik vorzunehmenden Verfahrensschritte der Vorformung und Vorhärtung
entfallen, ergibt sich eine beträchtliche Verringerung der mechanischen Spannungsbeanspruchungen des
Spu'endrahtes, da die Wicklungen während des Zusammenbaus sich frei bewegen und eine Lage
einnehmen können, in der sie unter minimaler mechanischer Spannung stehen, aber trotzdem kein
axialer Spielraum oder Abstand zwischen einem Teil der Wicklung und dem Ständerkörper vorhanden ist.
Außerdem wird bei der vorliegenden Konstruktion der Draht in geringerem Maße der Bearbeitung und
Handhabung unterzogen, so daß die Möglichkeit einer Beschädigung im Verlaufe des normalen Herstellungsverfahrens
geringer ist und sich folglich die Verläßlichkeit der Erzeugnisse erhöht und die Herstellungskosten
erniedrigen.
Vor der Montage des Läufers auf dem Ständer werden die Zuleitungen für den elektrischen Strom an
die Ständerwicklungen angeschlossen und der Ständer zum Aushärten der Imprägnierung wärmebehandelt.
Bei der vorlegenden Ständerkonstruktion kann dies gewöhnlich bei einer Temperatur von ungefähr 1200C
für eine Dauer von 15 Minuten geschehen, statt bei mehr als 2000C, wie sie bei herkömmlichen Konstruktionstechniken
angewendet werden. Diese niedrigere Temperatur ist deshalb möglich, weil keine große
Einspannvorrichtung erhitzt zu werden braucht. Statt dessen werden die zusammengebauten Ständer selbst
erwärmt. Natürlich ist bei Anwendung einer niedrigeren Temperatur die Gefahr einer Beschädigung der
Ständerwicklungen durch Wärmestoß geringer. Eine weitere Verringerung der mechanischen Spannungen in
den Wicklungen läßt sich erzielen, wenn die Wärmebehandlung entfällt, beispielsweise aufgrund der Verwendung
von Zimmertemperatur-Aushärtungsmitteln in der Zusammensetzung des Imprägnierungsharzes. Die Zimmertemperaturaushärtung
wird durch die Zugabe eines Härtungsfördermittels, wie Kobaltnaphthenat, vor dem
Zusetzen des Katalysators erreicht.
Wenn der Ständer fertiggestellt ist, wird der becherförmige Läufer 16 auf den Motor aufgesetzt. Die
Welle 17 des Läufers wird in einem geeigneten Lager, beispielsweise einer gesinterten Bronzebüchse 18 oder
einer anderen herkömmlichen Lagerkonstruktion, die im Inneren der Achse 10 befestigt ist, gelagert. Der
Läufer kann entweder in herkömmlicher Weise oder erfindungsgemäß ausgebildet sein, wobei, wenn Wickelkopfe
vorgesehen sind, diese irgendein Festhalteteil benötigen, um den Fliehkräften entgegenzuwirken.
Ferner kann der Läufer immer dann erfindungsgemäß ausgebildet sein wenn axiale Festhalteteile, Abschirmungen
oder Isolierteile für die Aufnahme des Schleifringankers benötigt werden.
Statt auf einen Außenläufermotor läßt sich die Erfindung ebensogut auch auf herkömmliche Moloren,
bei denen der Ständer den Läufer umgibt, anwenden.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Elektrischer Kleinmotor mit einer Wicklung auf dem innerhalb eines Luftspaltes gelegenen Motorteil,
dessen aktives Blechpaket über dessen Enden die Wickelköpfe der Wicklung überstehen, auf einer
beidseitig vorstehenden Achse montiert ist, die mit einem« Flansch versehen ist, während die Wickelköpfe
stirnsekig und auf ihren zylindrischen Außenflächen von Kappen aus Isolierstoff umschlossen sind,
von denen die erste Kappe formschlüssig in einer dem Wickelkopf zugewandten Ausnehmung eines
Scheibenkörpers angeordnet oder durch diese gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß
an dem Flansch (tOA)am einen Ende der Achse (10)
eine Tellerfeder (U) anliegt, weiche gegen den Scheibenkörper (12) gespannt ist, daß die beiden aus
Isolierstoff bestehenden Kappen (13,15) formstabile Bauteile sind, und daß die zweite Kappe (15) an
ihrem Innenrand zur Achse gerichtete, federnde Rastnasen {ISA) trägt, die in eine ringförmige
Rastnut (tOB) am zweiten Ende der Achse (10)
eingreifen, wobei die Länge der Achse (10) zwischen dem Flansch {iOA) und der Rastnut (lOB) so
bemessen ist, daß die Kappen (13, 15) gegen die Wickelköpfe (14Λ 14ß;drücken.
2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Scheibenkörper (12) und die erste
Kappe (13) mit korrespondierenden Halsansätzen in den Innenraum der Wickelköpfe(14/\^eindringen.
3. Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung des Scheibenkörpers
(12) eine ringförmige Nut (12B) ist.
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Legal Events
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---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |