DE2632013A1 - Elektromotor mit einem scheibenrotor - Google Patents

Description

• Elektromotor mit einem Scheibenrotor
• (Zusatz zu P 25 33 187.7) Die Erfindung betrifft einen Elektromotor mit einem Scheibenrotor, in dessen ebenem Luftspalt eine eisenlose Statorwicklung angeordnet ist, deren Außenrand am Motorgehäuse so fixiert ist, daß die Spulen dieser Wicklung freitragend in den Luftspalt des Rotors ragen, wobei zur Aufnahme der magnetisch erzeugten Axialkraft zwischen den beiderseits der Statorwicklung liegenden Rotorteilen radial innerhalb der Statorwicklung ein Distanzstuck vorgesehen ist, welches diese. Rotorteile drehfest miteinander verbindet, insbesondere nach der Patentanmeldung P 25 33 187.7.
• Es sind verschiedene Motoren der sogenannten Scheibenläuferbauart bekannt, also von Motoren mit ebenem Luftspalt. Ein solcher Motor ist auch Gegenstand der eigenen älteren Anmeldung P 24 24 290.8. Die bekannten Motoren sind jedoch relativ teuer in der Herstellung.
• Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, derartige Motoren unter Beibehaltung ihrer vorteilhaften Eigenschaften zu vereinfachen. Auch wird der Bau eines Motors mit eingebautem Tachogenerator angestrebt, welcher Motor so flach ist, daß er bequem im Gehäuse eines Plattenspielers untergebracht werden kann.
• Erreicht wird dies nach der Erfindung durch die im Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen.
• Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten, in keiner Weise als Einschränkung der Erfindung zu verstehenden Ausführungsbeispielen.
• Es zeigten (meistens in doppelter Größe - 2:1) Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines Motors nach der Erfindung.
• Fig. 2 einen Schnitt, gesehen längs der Linie II-II der Fig.1.(1:1) Fig. 3 eine Einzelheit, gesehen längs der Linie III-III der Fig.2, (1:1) FjD. 4 eine Einzelheit, gesehen längs der Linie IV-IV der Fig.2,(1:1 Fig. 5 eine Darstellung der Montage einer Spule und des hierzu verwendeten Montagewerkzeugs, (2:1) Fig. 6 eine alternative Ausführungsform der Spulenbefestigung durch Festkleben derselben am Statorgehäuse, (2:1) Fig. 7 eine bevorzugte Variante der Spulenanordnung bei einem 8 - poligen kollektorlosen Gleichstrommotor, (1:1) Fig. 8 eine schematische Darstellung zur Erläuterung von Fig.7 und Fig. 9 eine schematische Darstellung einer Regelanordnung für einen erfindungsgemäßen Motor.
• Fig.1O ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäBen Motors mit einem gegenüber Fig. 1 geänderten Tachogenerator (2:1); Fig.loA als Variante zu Fig.lo.
• Fig.11, 12, 13 Einzelteile des Tachogenerators der Fig. 10 (alle 2:1) im Vergleich zu Fig. 10 Fig.14 ein drittes Ausführungsbeispiel (2:1), wobei /der Rotor variiert ist.
• Gleich und gleichwirkende Teile werden in den einzelnen Figuren jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen und gewöhnlich nur einmal beschrieben.
• F i g u r 1 zeigt vergrößert einen 8-poligen kollektorlosen Gleich strommotor 10, der als sogenannter Scheibenläufer ausgebildet ist und vorzugsweise zum Direktantrieb von Plattenspielern dient.Die Motorwelle 11 dient dabei direkt zur Zentrierung der Schallplatten auf dem (nicht dargestellten) Plattenteller.
• Der Motor 10 hat ein*)Druckgußgehäuse 12 (z.B. Zink oder Aluminium) mit einem Lagerrohr 13, in dessen Innerem zwei Siaterlacer 14 und 15 und dazwischen ein zur Speicherung von til dienender Filzring 16 angeordnet sind. Wie dargestellt, dienen die Sinterlaer 14 und 15 zur genauen radialen Lagerung der Welle 11. -M schalenförmiges Unten geht das Lagerrohr 13 über in eine Bodenplatte 17 des Gehäuses 12, und diese hat am Außenumfang zunächst eine balkonartige Erhöhung 18 und geht dann über in einen Gehäuserand 19, der sich bis über den Rotor 20 nach oben erstreckt. Außen am Gehäuserand 19 sind drei Befestigungsaugen 23, 24 und 25 vorgesehen.
• Unten hat die Bodenplatte 17 einen rohrartigen Fortsatz 26, an dessen unterem Rand ein Trageglied 27 für das untere Axiallager 28 der Welle 11 befestigt ist, z.B. durch.Verschraubung. Das Trageglied 27 ist als tiefgezogener Becher ausgebildet und dient zur Aufnahme eines nur strichpunktiert angedeuteten Teils 30, z.B. eines Zahnrads oder einer Kurvenscheibe, wie sie zum Antrieb von Hilfsgeräten eines Plattenspielers regelmässig benötigt werden. An der Unterseite des Bodens 17 ist eine Scheibe 33 aus weichmagnetischem Material befestigt, z.B. aus MU-Metall; diese Scheibe soll Streuflüsse vom Motorteil zu einem mit 34 bezeichneten Tachogenerator verhindern.
• Der Tachogenerator 34 weist ein etwa trogförmiges Teil 35 aus weichmagnetischem Material auf, dessen Außenrand 36 und Innenrand 37 nach unten ragt. Dieses Teil ist an Yorsprüngen 38 des Gehäusebodens 17 befestigt, und zwar exakt zentrisch zur Motorlängsachse 39. Dies wird in vorteilhafter Weise mittels eines in das Sinterlager -15 eingeführten, nicht dargestellten Zentrierwerkzeugs erreicht. Unterhalb des Teils 35 ist eine Meßspule 42 befestigt, oberhalb desselben eine Kompensationsspule 43. Die Spulen 42 und 43 sind gegensinnig in Reihe geschaltet, so daß ein vom Motorteil ausgehender Streufluß beide Spulendurchsetzt und in beiden Spulen entgegengesetzte, aber dem Betrag nach gleiche Spannungen induziert, die sich gegenseitig aufheben, so daß ein solcher Streufluß die Tachometerspannung nicht beeinflußt. Die beiden Anschlüsse der in Reihe geschalteten Spulen 42 und 43 sind bei 44 aus dem Gehäuse 12 herausgeführt.
• Innerhalb des lnnenrands 37 und mit radialem Abstand von diesem ist auf der Welle 11 eine Buchse 45 aus weichmagnetischem Material befestigt, die als Teil des magnetischen Rückschlusses des Tachogenerators 34 dient. Unterhalb der Buchse~~45 liegt ein Lagerring 46, undunter diesem ist auf der Welle 11 ein Sprengring 47 befestigt, auf dem seinerseits eine weichmagnetische Scheibe 48 aufliegt, die an ihrem Umfang mit z.B. 200 Zähnen 49 versehen ist, welche eine genau gleiche Zahnteilung aufweisen. Die Innenbohrung dieser Scheibe 48 ist genau zentrisch zum Außenrand der Scheibe und sitzt satt auf der Welle 11 auf, so daß der Spalt zwischen dem Rand der Scheibe 48 und dem Außenrand 36 an allen Stellen praktisch gleich groß ist. Unterhalb der Scheibe 48 liegt ein Halte-und Mitnehmerglied 52, das auf der Welle 11 befestigt ist und einen Mitnehmer 53 für die Scheibe 48 aufweist. Unter dem Glied 52 liegt das Zahnrad 30.
• Am Innenumfang des Außenrands 36 ist ein radial-magnetisierter Magnetring 54 befestigt, der auf seinem Innenumfang nebeneinander und im gleichen Abstand voneinander 200 gleichnamige Pole (z.B. 200 Südpole) aufweist, also homöopolar magnetisiert ist.
• Sein magnetischer Kreis schließt sich also über den Außenrand 36, den Boden 35, den Innenrand 37, die Buchse 45 und die Zahnscheibe 48. Dreht sich die Zahnscheibe 48 im Betrieb mit der Welle 11, so schwankt der in diesem magnetischen Kreis fließende Magnetfluß mit einer sehr hohen Frequenz, und dieser Fluß ist mit der Meßspule 42 verkettet und induziert in ihr eine relativ hochfrequente Meßspannung, nicht dagegen in der Kompensationsspule 43.
• Man erhält also an den Leitern 44 eine Meßspannung, die - dank Abschirmscheibe 33 und Kompensati.onsspule 43 - weitgehend frei von vom Motorteil induzierten Streuspannungen ist.
• Auf der balkonartigen Erhöhung 18 sind,wie wie in Fig. 2 dargestellt, vier Statorspulen 57, 58', 59 und 60 angeordnet, die als Rundspulen ausgebildet sind, jeweils 2drähtig gewickelt sind und voneinander die in Fig.2 angegebenen Winkelabstände aufweisen. Ihr Durchmesser beträgt, wie dargestellt, jeweils etwa 1,4 Polteilungen. Diese Spulen sind sogenannte Backdrahtspulen, d.h. ihre Drähte sind miteinander verbacken und bilden so einen sehr stabilen Spulenverbund, der auch größeren Biegekräften widerstehen kann.
• im Betrieb rotieren e Der Rotor 20 hat eineguntere sogenann e' Rückschlußscheibe 63 aus Weicheisen. Bei der Spulenmontage wird diese Scheibe 63 zuerst auf den Gehäuseboden 17 gelegt, wie das Fig.5 zeigt, und zwar so, daß vier in ihr vorgesehene Montagebohrungen 64, 65, 66, 67 (Fig.2) mit entsprechenden Montagebohrungen des Gehäusebodens 17 fluchten.
• Fig. 1 zeigt nur zwei Montagebohrungen 64' und 66' des Gehäusebodens 17. Dann werden gemäß Fig.5 in alle Montagebohrungen Zentrierwerkzeuge 68 eingesteckt', deren Außendurchmesser-dem Innendurchmesser der Spulen entspricht, und auf diese Zentrierwerkzeuge werden die vier Spulen 57 bis 60 mit ihren Innenbohrungen aufgesetzt, so daß ihre Lage im Gehäuse 12 genau festgelegt ist. - Dann wird gemäß Fig. 2 ein nichtmagnetischer Montagering 70 aus Beryllium-Kupfer auf die Außenseiten der Spulen aufgelegt. Dieser Ring 70 hat an seiner Unterseite vier Gummiauflagen 72, mittels deren er auf die Außenseiten der vier Spulen drückt. Dieser Ring 70 wird Jeweils neben den Spulen mittels insgesamt sechs unmagnetischer Schrauben 73 befestigt und nach unten gegen die Spulen gepreßt, wobei er sich elastisch verformt und die Spulen so mit elastischer Vorspannung auf einer Isolierfolie 18' an der Erhöhung 18 festhält.
• Vor dieser Montage der Spulen - oder auch danach, wenn statt eines durchgehenden Rings 70 entsprechende Ringsegmente verwendet werden - wird durch eine Durchbrechung des Gehäuserands 19 eine Leiterplatte 75 durchgesteckt, auf der zwei Hall generatoren 76 und 77, die diesen zugeordneten Widerstände 114 und 115 (Fig..9) und die vier Leistungstransistoren 82 bis 85 zur Steuerung der Ströme in den vier Spulen 57 bis 60 angeordnet sind.
• Diese Leiterplatte 75 ist, wie in Fig. 2 und 4 dargestellt, mit zwei Nieten 86 an der balkonartigen Erhöhung 18=festgenietet, so daß die Hallgeneratoren 76 und 77 in den Sektor zwischen den beiden Spulen 57 und 60 zu liegen kommen.
• Die Hallgeneratoren haben voneinander einen Abstand von 900 elektrisch; der Hallgenerator 77 hat zur Mitte der Spule 57 und der Hallgenerator 76 hat zur Mitte der Spule 60 jeweils einen Abstand von 1800 elektrisch. Die Leiterplatte 75 und die vier Spulen liegen in derselben Ebene, nämlich der Luftspaltebene des Rotors 20.
• Nach der Montage der Spulen und der Leiterplatte 75 wird der obere Teil des Rotors 20 aufgesetzt. Dieser weist einen axial magnetisierten Magnetring 9o auf, der mit acht Polen magnetisiert ist, von denen in Fig. 1 zwei angedeutet sind. Dieser Ring 9o ist auf einer Trageplatte 9aus Eisen aufgeklebt, an deren Umfang fünf Mitnehmer 92 aus Aluminium befestigt sind, deren Oberseiten etwas höher sind als der Gehäuserand 19. Die Platte 91 ist in ihrer Mitte an einem glockenförmigen Distanzstück 93 befestigt, das seinerseits auf die Welle 11 aufgepreßt ist. Die Welle 11 wird zur Montage in das Lagerrohr 13 eingeführt, und dabei zieht der Magnet 90 die Rückschlußscheibe 63 an, so daß sich diese, wie dargestellt, 97 gegen den unteren Rand des Distanzstücks 93 legt, wozu die Scheibe 63 zweckmäßig durch eine entsprechende Gehäuseöffnung von außen geführt wird. Das glockenförmige Distanzstück 93 umgibt dann mit Abstand das Lagerrohr 13 und kann sich um dieses herum drehen.
• Die vier Spulen 57 bis 60 nehmen bei der Montage des Rotors den vom Magneten 9o ausgeübten magnetischen Zug auf, ebenso beim Abziehen des Rotoroberteils 90> 91, 93, wie das z.B. bei Reparaturen erforderlich werden kann.
• Nach dem Aufsetzen des Rotors 20 werden die Buchse 45, die Lagerscheibe 46 und der Sprengring 47 angebracht, dann die Zahnscheibe 48 und das Teil 52 und anschließend gegebenenfalls das Zahnrad 30.
• Dann wird die Dicke der erforderlichen Lagerscheibe 28 bestimmt und anschließend das Teil 27 zusammen mit dieser Lagerscheibe am rohrförmigen Ansatz 26 befestigt.
• Die Spulen 57 bis 60 bilden vier Stränge S1 bis S4 (Vgl.Fig.9), und zwar ist die Spule 57 mit der Spule 59 zweidrähtig in Reihe geschaltet, ebenso die Spule 58 mit der Spule 60. Die Spulen 57 und 59 bilden also - infolge ihrer zweidrähtigen Wicklung - zwei Stränge, ebenso die Spulen 58 und 60. Die zusammengehörenden Spulen sind jeweils gleichsinnig geschaltet, d.h. wenn z.B. durch einen Draht der Wicklungen 57 und 59 ein Strom fließt, erzeugen z.B. beide an ihrer Oberseite einen Süd-und an ihrer Unterseite einen Nordpol.
• Bei der in Fig.2 dargestellten symmetrischen Spule.nanordnung ist eine solche Schaltungsweise erforderlich, was aber den Nachteil hat, daß der Streufluß im Tachogeneratorteil 34 dabei relativ groß wird. -Fiq. 9 zeigt den Aufbau einer Regelanordnung, wie sie sich zur' Verwendung mit einem erfindungsgemäßen Motor besonders gut eignet.
• Das Ausgangssignal des Tachogenerators 34 wird in einem Verstärker 103 verstärkt. Die Frequenz f am Ausgang von 103 wird in einem DA-Wandler 104 in eine Istwertspannung u umgeformt. Diese wird in einem Tiefpass-Filter lo5 geglättet und mit einem über eine Leitung 1o6 zugeführten Soll-Wert in einem Vergleicher 1o7 verglichen. Das Ausgangssignal von 107 wird in einem Verstärker 1o8 verstärkt und dem Eingang eines Transistors 1o9 zugeführt, welcher Transistor den Motorstrom so steuert, daß die Motordrehzahl sehr genau auf dem gewünschten Wert, z.B. 33 1/3 Umrehungen pro Minute, gehalten wird.
• In Fig. 9 sind die am Motor lo angeordneten Teile mit einer strichpunktierten Linie llo umgeben. Man erkennt, daß der Motor - neben den beiden Anschlüssen des Tachogenerators 34 - nur drei zusätzliche Anschlußleitungen 111, 112 und 113 benötigt, da die Widerstände 114 und 115 bereits auf der Leiterplatte 75 angeordnet sind.
• Dies vereinfacht die Montagearbeiten außerordentlich und ist deshalb sehr vorteilhaft. Der Punkt 113 ist über einen Widerstand loo mit der Minusleitung verbunden.
• Zur Verringerung des von der Statorwicklung hervorgerufenen Streuin analoger Abwandlung flusses bei einem g-poligen Motor (bzw. # bei einem Motor mit 16 oder 24 Polen) eignet sich besonders gut eine Spulenanordnung gem.
• Fig.7. Die Leiterplatte 75 und die Spulen 57 und 58 sind gleich angeordnet wie bei Fig. 1 und 2; Dagegen sind die beiden anderen Spulen 120 und 121 direkt fortlaufend nach den Spulen 57- und 58 angeordnet, d.h. es liegen jeweils 2700 elektrisch zwischen den Spulen 57 und 58, 58 und 120, sowie 120 und i21. Bei dieser Anordnung werden in Reihe geschaltet die Spulen 57 und 120 einerseits, sowie 58 und 121 andererseits, und zwar wie dargestellt, jeweils zweidrähtig und gegensinnig, d. h. wenn z. B. durch den Strang 122 (Spulen 57 und 120) ein Strom fließt, erhält die Spule 57 auf ihrer Oberseite einen Südpol, die Spule 120 auf ihrer Oberseite dagegen einen Nordpol. Es werden alsp jeweils ungleichnamige Pole erzeugt und dadurch wird der Streufluß zum Tachogenerator 34 ganz wesentlich reduziert, so daß bei den meisten Anwendungsfällen die Abschirmplatte 33 vollauf genügt und die Kompensationsspule 43 entfallen kann, was eine wesentliche Vereinfachung bedeutet und auch eine kürzere Bauweise des Motors ermöglicht.
• Fig. 8 zeigt schematisch die Wirkung der Anordnung gemäß Fig. 7. Die Spulen 57, 58 und 120 sind hier in abgewickelter Form zwischen dem Magnetring 90 und der Rückschlußscheibe 63 dargestellt.-Man erkennt, daß der Fluß durch die Spule 57 hier entgegengesetzt ist zu dem Fluß durch die mit der Spule 57 in Reihe geschaltete Spule 120, und dasselbe gilt natürlich analog für die Spulen 58 und 121. Der Streufluß wird hierdurch wesentlich reduziert. Die Unsymmetrie der Anordnung relativ zur Rotorachse wirkt sich bei guter Lagerung nicht störend aus.
• Eine alternative Art der Spulenbefestigung zeigt Fig. 6 am Beispiel der Spule 59. Zwischen dieser Spule und der balkonartigen Erhöhung 18 ist ein Vliesteil 125 angeordnet, das mit einem Zweikomponentenkleber, z. B. einem Epoxiharz, getränkt ist. Die Spulen werden wie üblich mit den erfindungsgemäßen Stiften 68 gemäß Fig. 5 justiert, dann aufgeklebt, mit einem geeigneten Werkzeug am Gehäuse festgespannt und auf Härtetemperatur gebracht. Durch eine Nut bzw. Auskehlung 126 am inneren Rand der Erhöhung 18 wird verhindert, daß Kleber zum Bodenabschnitt 17. herunterlaufen kann und die Rückschlußplatte 63 dort festklebt.
• Wenn beim Aushärten dieses Klebers in einer Wärmekammer dieser Kleber erwärmt wird, wird er in der ersten Phase der Aushärtung weich und durchdringt dabei das Vliesteil 125 vollständig, so daß dieses nach dem Erhärten des Klebers eine feste Brücke zwischen der Spule, z. B.
• der Spule 59, und der balkonartigen Erhöhung 18 bildet. Vasuchehaben gezeigt, daß sich auf diese Weise die? Spulen ausgezeichnet befestigen lassen. Im Vergleich zur Befestigung nach den Fig. 1 bis 5 werden hierbei wesentlich weniger Teile benötigt. Ach die Anschlußleitungen der einzelnen Spulen können bei diesem Klebevorgang auf der Erhöhung 18 sicher festgeklebt werden. (Diese Anschlußleitungen werden zum Teil 75 geführt und dort an Leiterbahnen festgelötet.) Fig.lo zeigt ein anderes, bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die in Fig. lo, loA und 14 gleich wie in den vorhergehenden Figuren bezifferten Teile haben dieselbe Fun]tion wie bei den vorhergehenden Figuren und werden deshalb nicht nochmals beschrieben.
• Fig.lo zeigt innerhalb des rohrförmigen Ansatzes 26 einen anders aufgebauten, gegenüber der Einstreuung äußerer magnetischer Felder (ob diese nun vom Motor herstammen oder von benachbarter Elektronik herrühren) noch un-mpfindlicheren Tachogenerator. Dies wird i n Verbi ndung mit der hohen Zähnezahl (z.B. 200 Zähne 49) zweier deckungsgleich übereinander liegender gezahnter Scheiben 48', 48" dadurch erreicht, daß der magnetische Rückschluß einer hier radial weit außen am Rande der Tachogeneratoranordnung liegenden konzentrischen Wicklung 130 eng um diese Wicklung herumgeführt wird, indem der Fluß von den Zähnen 49 der Zahnscheibe 48 ein Stück weit durch diese Zahnscheibe und von dort in ein mit ihr rotierendes ferromagnetisches Ringteil 131 kräftigen Querschnitts gelangt und von dort über einen Luftspalt 131a in ein die Wicklung 130 von zwei Seiten eng benachbart umschließendes, ferromagnetisches (vorzugsweise weichmagnetisches, ringartiges, hier mit einem Kragen 135 versehenes, als Stanzbiegeteil ausgebildetes Teil 132 (aus Stahlblech) übergeht, von wo aus es in einen heteropolar, z.B. mit 200 Nordpolen und 200 Südpolen magnetisierten "Gunrmimagneten" 54' und von dort wieder über einen Luftspalt 133 in die Zahnscheibe 48 gelangt. Anstelle des trogförmigen Teiles 35 gemäß Fig. 1 ist hier ein mit einer großen zentralen Ausnehmung versehenes Ringteil 132 vorgesehen und mit Stauchnägeln 134 am Motorgehäuse 12 befestigt. Es bildet zusammen mit der Wicklung 130 und dem "Gummimagneten" 54' den Stator des Tachogenerators, der axial extrem kurz ist und der besonders unempfindlich gegen äußere magnetische Streufelder ist. Dies ist eine Konsequenz davon, daß im Betrieb die Nutzflußschwankungen bei Rotation der Zahnscheibe 48 groß sind im Vergleich zu den Streuflüssen, welche über die Welle 39 in der Wicklung 130 eine Störspannung induzieren können. Dies ist wiederum eine Folge der engen Umfassung der Wicklung 130 durch den magnetischen Kreis, sowieilllesgrowen Abstands dieser insgesamt etwa torusförmigen Anordnung von der ferromagnetischen Welle 11 In Rombination mit der ebenfalls hinsichtlich äußerer magnetischer Einstreuung vorteilhaften Spulenanordnung gemäß Fig. 7 ergeben sich also optimale Verhältnisse für den Fall, daß eine Verfälschung des Ausgangssignals des Tachogenerators durch äußere Streufeldeinflüsse ein Problem darstellt. Dieses Ergebnis wird erzielt bei einem axial äußerst gedrungenen Motor, dessen Gesamthöhe nur wenige Zentimeter beträgt, wie das beiDirektantriebsmotoren für Plattenspieler erforderlichlst.
• Die Fig. 11, 12 und 13 zeigen Einzelteile des Tachogenerators der Fig. 10. Fig. 11 zeigt den Stator mit dem Stanzbiegeteil 132, in 135 dessen Kragen der etwa axial halb so hohe kunststoffgebundene Nagnetstreifen 54' ("Gummimagnet") eingeklebt und nach dem Einkleben koaxial auf einer Drehbank oder dergleichen ausgedreht ist, worauf dann im Ring 132 an dessen flachem Innenboden eine beidseitig mit Klebeschichten versehene Folie 137 aufgesetzt wird, um den Wicklungsring 130 zu befestigen und gegen das Statoreisen zu isolieren. Die Drahtenden des Rings 130 werden durch ein an das Teil 132 angenietetes Kunststoff-Trägerplättchen 138 hindurchgeführt und an das Ende zweier dort aufgedruckter Leiterbahnen angelötet, von deren anderen Enden ein Litzenpaar 139 zum (nicht dargestellten) Drehzahlregler des Motors. abgeht.
• Die Fig. 13 zeigt eine leilansicht der Fig. 11 entsprechend deren Pfeil XIII.
• Die Scheiben 48'-und 48" werden in einer Vorrichtung koaxial Zahn auf Zahn und mit dem RücksdiLußring 131' für größtmögliche Konzentrizität zusammengeklebt, so, wie das Fig. 12 zeigt.
• Der Rückschlußring 131 ist ein gesinterter, maßgenauer Körper, der keine weitere maschinelle Bearbeitung nötig hat. In die Öffnungen 141, 142 der Scheiben 48', 48" greifen vorspringende Zapfen 143, 144 eines Kunststoffteils 145, welches als Antriebsnockenscheibe für eine Hilfsmechanik vorgesehen ist, die durch die Öffnung 27' des Motor gehäuses in Kraftverbindung mit externen Elementen des anzutreibenden Gerätes stehen kann, z. B. mit einer Vorrichtung zum Antrieb des Tonarms eines Plattenspielers. Die zentrale Öffnung 146 der Scheibe 48 ist für die Konzentrizität dieser Scheibe relativ zur Welle 11 eng toleriert, während die Zapfen 143, 144 mit Spiel in den Öffnungen 141, 142 angeordnet sind und die Scheibe lediglich sicher mitnehmen.
• Wegen der axialen Dicke und der Feinteilung der beispielsweise 200 Zähne 49 werden aus stanztechnischen Gründen zwei dünnere, identische Teile 48', 48" verwendet. Eine erhöhte Konzentrizität, also ein Ausgleich kleiner Exzentrizitätsfehler, kann dadurch erfolgen, daß die zweite Scheibe mit der ersten um 1800 verdreht verklebt wird. Hierdurch wird die Ausgangsspannung des Tachogenerators 34 noch gleichmäßiger, was bei niedrigen Drehzahlen sehr wichtig ist.
• Die Polteilung der Zahnscheibe 48 beträgt vorzugsweise etwa 1/50 ihres Durchmessers, und die Dicke des Ringmagneten 54' ebenfalls etwa 1/50 dieses Durchmessers.
• Der Tachogenerator - Statorteil gemäß Fig. 11 wird mittels der Stauchnägel 134 auf Vorsprünge 38' des Gehäusebodens 17 von der unteren Seite her konzentrisch aufgenietet.
• Nach Einführen des Rotors mit seiner Welle 11, durch die lager 14, 15 wird auf die Welle 11 ein Distanzring 45' aufgeschoben, dessen Stirnfläche am Gleitlager 15 und an einer Klemmscheibe 153, welche als U-Ring in einen Einstich 152 der Welle'11 eingeklemmt wurde, gleiten kann. Bei satter Anlage der Stirnflächen des Ringes 45 an diesen seinen Nachbarteilen darf der Rückschlußteil 63 des, Rotors noch nicht an der Scheibenwicklung streifen. Diese Justierung erfolgt mittels einer Schraube 158, welche in eine Gewindebohrung einer tiefgezogenen Bodenplatte 159 eingeschraubt ist.
• Der aus Kunststoff ausgebildete Antriebsnocken 145 -wird nach Aufsetzen des Rotors 20 so bis auf Anschlag auf die Welle 11 aufgeschoben (Spielsitz), daß die Zapfen i43, 144 in die Ausnehmungen 141, 142 der Zahnscheibe 48' und 48" greifen und diese satt an der Klemmscheibe 153 anliegen. In dieser Position wird dann ein unterer Klemmring 155 aufgesetzt.. Anschließend wird die Bodenplatte 159 am Rand 26 festgeschraubt, und über die zentrale Axiallagerung wird durch die einstellbare, mit der Welle 11 koaxiale Metallschraube 158 der Rotor in seiner axialen Lage in der dargestellten Weise einjustiert.
• Dadurch, daß der Magnetstreifen 54' axial mindestens doppelt so breit ist wie die Gesamtheit der Scheiben 48, bleiben die Zähne 49 auch bei stärkerer axialer Verstellung des Rotors durch di Schraube 158 noch in seinem Bereich,-d.h. der Tachogenerator 34 ist gegen eine axiale Verschiebung der Welle 11 unempfindlich.
• Zwei Weicheisenstreifen 161, 162, welche auf Stoß, d.h. sich gegenseitig überlappend, um das Schalenteil 132 gelegt sind, und ein in der Draufsicht-etwa hufeisenförmiges, flaches Stanzteil 160 aus Weicheisen, welches zwischen dem Schalenteil L32 und dem Motor liegt, schirmen den Tachogenerator 34 gegen magnetische Streufelder ab, crstaunlicherweise auch gegen solche, die von der auf der Gegenseite des Motors liegenden Geräteelektronik herrühren, z.B. von einem Netztransformator oder dergleichen. Wie durch'Versuche ermittelt wurde, gilt- dies für den Bereich der Netzfrequenz und bis looo Hz.
• Fig. 14 zeigt eine Variante, welche den Rotorteil des Motors anders gestaltet. Dieser taucht nicht in den Rand 19 des Gehäuses 12 ein, sondern schließt in axialer Richtung gesehen bündig mit ihm ab. Die obere Deckscheibe ist als schalenartiges Teil -170 ausgebildet, welches eineaußen angedrehte Ringschulter 172 hat. Am Bodenteil 18 des Gehäuses setzt eine Abschlußhaube 173 nach unten an, die wie dargestellt Rand 26 festgeschraubt ist. Die Abschlußhaube 173. ist geschlossen.
• Sie weist eine Zentralscheibe 158 auf,. die von unten axial justiert ist. Unter dieser Haube 173 kann die gesamte Motorelektronik im Bereich 180, 180' angeordnet werden.
• Figur loA zeigt eine Variante der Ausführung gem. Fig.10, bei welcher das Lagerrohr 13 nach unten um einen Ansatz 13' verlängert ist, so daß gegenüber Figur lo der Ring 45' entfallen kann.
• Zwischen den Lagern 14 und 15' ist dann ein größerer axialer Abstand, d.h. die Welle ist besser geführt. Die Scheibe 153 kann an der einen Stirnfläche des Lagers 15' direkt anlaufen.
• Figur lo Azeigt ferner eine noch fortschrittlichere Variante der Tachogeneratoranordnung als in Fig. lo. Der Statorkörper 132' ist trogförmig (Ringtrog) ausgebildet. Er ist auf den Ansatz 38' aufgeklebt. An seiner inneren ringförmigen ebenen Bodenfläche ist über ein beidseitig mit Klebstoff beschichtetes Kunststoffringelement die Ringwicklung 130 gegen das Statoreisen 132' aufgeklebt.
• Innerhalb des außen vorragenden Randes (135) ist der Gummimagnet 54', ebenso wie die Rotorzahnscheibe 48> gleich wie in Fig.lo angeordnet. -Der innere Rand des trogförmigen Statoreisens ragt bis auf einen axialen Luftspalt 131b an die rotierende Scheibe 48 heran. Falls bei der axialen Justierung nun ein relativ großes Toleranzfeld überdeckt wird, ist entsprechend der Luftspalt 131b unterschiedlich groß.
• Deshalb ist ein ferromagnetischer Rückschlußring 131' von etwa gleichem Querschnitt wie in Fig.lo (130) koaxial auf die Zahnscheibe 48 so aufgesetzt, daß der im magnetischen Kreis zurückgeleitete Fluß aus dem trogförmigen Stahiblechteil 132' durch den radialen (1) Luftspalt 131c in diesen Rückschluß-Ring 131' und von dort in die Zahnscheibe 48 und in die Zähne 49 usw. (wie in den anderen Figuren) zurückqeleitet wird. sowie axial möglichst großen Mit dem magnetisch parallel geschalteten, radial Kraft@gen Ring 131 kann der Rückschlußwiderstand des magnetischen Kreises des Tachogenerators praktisch unabhängig von der Justierstellung des Tachogenerators sein, denn die radialen Toleranzen im Luftspalt 131c (wie auch im Luftspalt 133) sind auch in der Serie ohne besondere Schwierigkeiten genau genug einzuhalten. Der Luftspalt 131c kann deshalb außerdem viel kleiner sein als der axiale Luftspalt 131b, sodaß er wegen seines relativ großen Querschnitts (in Flußrichtung) einen viel kleineren und konstanten magnetischen Widerstand bietet. A Außerdem wird die Tachogeneratorspule 130 trotz gleicher Zahnscheibe, Gummimagnet usw. viel enger noch umfaßt als in Fig.lo, was eine noch weiter verringerte Einstreumöglichkeit bedeutet.
• Die innere mäßige Krümmung des Stahlblechteils 132', wie sie Figur loA im Schnitt zeigt, vergrößert den radialen Spalt 131c im Bereich dieser Krümmung, wenn der Rotor und mit ihm der Rückschlußring 131i (axial) durch die Justierung zum Beispiel weiter oben stehen würde.
• Gleichzeitig würde damit der axiale Luftspalt 131b verringert.
• Diese Einflüsse kompensieren sich gegenseitig wenigstens teilweise, so daß der magnetische Widerstand d,es magnetischen Kreises des Tachogenerators praktisch unabhängig von der Rotorstellung (im Bereich der möglichen Justierpositionen natürlich) sein kann.
• Selbstverständlich kann die vorliegende Erfindung in gleicher Weise z.B. auch mit einem optisch arbeitenden Tachogenerator versehen werden. Ebenso sind im Rahmen des allgemeinen Erfindungsgedankens der vorliegenden Erfindung zahlreiche weitere Abwandlungen und Modifikationen möglich.
• Der erfindungsgemäße Aufbau eines Elektromotors mit Scheibenrotor ergibt einen kompakten, insbesondere axial gedrängten, in der Serienherstellung wirtschaftlich vorteilhaften Antrieb, der universell einsetzbar an vorgegebene Konstruktionen' gut anpaßbar ist (z.B. für Phonogeräte). Dies gilt inebsondere in Verbindung mit einer koaxial auf der Motorwelle angeordneten Drehzahlgebereinrichtung, vor allem in Verbindung mit einem elektromagnetischen Tachogenerator relativ hoher Slgnalfrequenz, der gegen äußere Feldeinstreuungen möglichst wenig empfindlich sein soll. Der in der Erfindung beschriebene Tachogenerator ist jedoch bei koaxialer Kopplung mit jeder ferromagnetischen Rotorwelle, vor allem kleiner Drehzahl, vorteilhaft.
• So eignet sich der Motor nach der Erfindung insbesondere zum Direktantrieb von Signalspeicherscheiben (z.B.Plattenspielern, rotierende Plattenspeicher der Digitaltechnik), ob deren Aufnahme-und/oder Wiedergabegerät einen Sekundärantrieb für eine Hilfsmechanik benötigt oder nicht. Die Motorelektronik kann komplett im Motorgehäuse integriert werden, ohne daß dessen Kompaktheit verloren geht.
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Claims (30)

1. Patentansprüche 0 Elektromotor mit einem Scheiben .Totor,-in dessen ebenem Luftspalt eine eisenlose Statorwicklung angeordnet ist, deren Außenrand am Motorgehäuse so fixiert ist, daß die Spulen dieser Wicklung freitragend in den Luftspalt des Rotors ragen, wobei zur Aufnahme der magnetisch erzeugten Axialkraft zwischen den beiderseits der Statorwicklung liegenden Rotorteilen radial innerhalb der Statorwicklung ein Distanzstück vorgesehen ist, welches diese Rotorteile drehfest miteinander verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß das schalenförmig ausgebildete Gehäuse (12) des Elektromotor8 den Rotor (20) von einer Seite her umgibt und das Distanzstück (93) ein zur Lagerung des Rotors (20) dienendes, mit dem Gehäuse (12) fest verbundenes Lagerelement (13) mit Spiel umgibt.
2. 2. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mit dem Gehäuse (12) einstückige Lagerelement (13) rohrförmig ist und in ihm die koaxial in das Distanstück (93) eingepreßte Rotorwelle (39) gelagert ist.
3. 3.-Elektromotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuseschale eine Bodenplatte (17) aufweist, welche an ihrem radial äußeren Bereich in einen balkonartig erhöhten Abschnitt (18) übergeht, auf dem die radial äußeren Seiten der Statorspulen (57 bis 60) befestigt sind.
4. 4. Elektromotor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (12) außen am Umfang verteilte Befestigungsansätze (23) in dem Bereich aufweist, wo es unter axialer Erstreckung den Rotor umgibt.
5. 5. Elektromotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäuserand (19) etwa mit der äußeren Stirnfläche des Rotors (20) «fluchtet. d.h. Jn einer Ebene liegt.
6. 6. Elektromotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Rückschlußplatte des Rotors als schalenartiges Teil ausgebildet ist und etwa gleichen Außendurchmesser wie - der Gehäuserand (19) aufweist.
7. 7. Elektromotor nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß er als langsamlaufender kollektorloser Gleichstrommotor zum Direktantrieb von Wiedergabegeräten ausgebildet ist.
8. 8. Elektromotor nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Motorgehäuse (12) unterhalb der Bodenplatte (17) einen etwa rohrförmigen Fortsatz (26) aufweist, in welchem eine Drehzahlgeberanordnung angeordnet ist.
9. 9. Elektromotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß für einen 2p-poligen Rotor (z. B. 2p = 8) mit p Wicklnngssträngen (z. B. p = 4; S1 - S4) die Statorwicklung nur p Einzelspulen (z. B. 57 bis 60) aufweist, und daß der Motor mit einer Drehzahlgebereinrichtung gekoppelt ist.
10. 10. Elektromotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die vier Einzelspulen (57 bis 60) zwischen zwei benachbarten Einzelspulen einen Winkel von 2700 elektrisch oder 4500 elektrisch einschließen.
11. 11. Elektromotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die vier Einzelspulen (57, 58, 120, 121) aufeinanderfolgend mit gleichen Winkelabständen von jeweils 2700 elektrisch angeordnet sind.
12. 12. Blektromotor nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit der Rotorwelle (39) koaxialer Tachogenerator (34) innerhalb des rohrförmigen Fortsatzes (26) angeordnet ist.
13. 13. Elektromotor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Tachogenerator (34) eine Kompensationsanordnung (43) für ihn durchsetzende magnetische Streufelder aufweist.
14. 14. Elektromotor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß neben der Meßspule (42) des Tachogenerators (34) eine mit dieser Neßspule im wesentlichen identische zweite Spule (43) angeordnet und mit der Meßspule gegensinnig in Reihe geschaltet ist, und daß diese zweite Spule (43) mit dem die Meßspule durchsetzenden Nutzfluß nicht verkettet ist.
15. 15. Elektromotor nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Motor- und Tachogeneratorteil (34) eine magnetische Abschirmung, z. 3. ein Teil (33) kohler, agnetscher SerReabili-tEL ang30runet Ist.
16. 16. Elektromotor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Tachogenerator (34) einen radial magnetisierten stationären Ringmagneten (54') kleiner Polteilung von etwa 0,01 bis 0,03 D (wobei D der Durchmesser des Ringmagneten ist, dessen radiale Dicke etwa 0,02 D beträgt) sowie eine innerhalt des Ringmagneten (541) koaxial rotierende gezahnte Scheibenanordnung (48), deren Zahn teilung gleich der Polteilung des Magneten (54') ist, aufweist, wobei der magnetische Preis des Tachogenerators sich durch die Zahnscheibe und den Ringmagneten in jeder radialen Schnittebene so schließt, daß er eine koaxiale Meßspule (130) umfaßt.
17. 17. Elektromotor nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßspule in einem schalenartigen Teil, welches mit seinem Außenrand den Rigninagneten umfängt, angeordnet ist, und daß der Nutzfluß des Tachogenerators durch dieses Teil radial nach innen, um die Meßspule (130) und in die Rotorzalinscheibe (48) zurUckgeleitet ist.
18. 18. Elektromotor nach den Ansprüchen 14 und 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Nutzfluß über die Motorwelle um die radial kleine Meßspule (42) herum zurückgeleitet wird.
19. 19. Elektromotor nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückleitung des Nutzflusses möglichst eng um die radial große, in einer Hohlkehle des schalenartigen Teils (132) liegende Meßspule (130) herum erfolgt (Fig. 10 bis 14).
20. 20. Elektromotor nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Rotorzahnscheibe (48) und dem ebenen Boden des ringförmigen, schalenartigen Teils (132) ein ferromagnetisches Ringteil (131), dessen radiale Dicke mindestens etwa doppelt so groß ist wie die axiale Dicke der Zahnscheibe (48), mit geringem radialem Abstand von den Zähnen (49) und der Meßspule (130) unter Bildung eines minimalen iuftspaltwiderstandes (131a) angeordnet ist.
21. 21. Elektromotor nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das schalenartige Teil (132) ein trogförmiges, ringartiges Stanzbiegeteil aus Stahlblech ist.
22. 22. Elektromotor nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringmagnet (54; 54') als innen verzahnter Ring ausgebildet ist, dessen Polteilung gleich der Zahnteilung ist.
23. 23. Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Befestigung der Statorwicklung (57 bis 60) mindestens ein unmagnetischer Streifen (70) vorgesehen ist, welcher sich über mindestens eine Spule dieser Wicklung erstreckt und beiderseits dieser Spule mit einer zur Spulenebene etwa senkrechten Einspannkraft beaufschlagt (73) ist.
24. 24. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Statorspulen (59) jeweils an ihrer radial äußeren Seite am Statorgehäuse (12) festgeklebt (125) sind.
25. 25. Elektromotor nach den Ansprüchen 3 und 24,-dadurch gekennzeichnet daß am Innenrand des balkonartig erhöhten Abschnitts (ia) eine Nut (126) zum Auffangen von Klebstoff vorgesehen ist.
26. 26. Elektromotor nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Spulen (59) und der sie tragenden Fläche (18) eine mit einem Kleber getränkte saugfahige Schicht (125) liegt.
27. 27. Elektromotor nach einem der vorhergehenden Anspruche, dadurchi gekennzeichnet, daß in einem zwischen zwei Statorspulen (57, 60) gelegenen Abschnitt ein in den Luftspalt des Rotors (20) ragendes Trägerglied (75) vorgesehen ist, auf dem mindestens ein Rotorstellungssensor (76, 77) angeordnet ist.
28. 28. Elektromotor nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Urägerglied (75) zwei Hallgeneratoren (76, 77) und zugehörige elektrische Leiter vorgesehen sind.
29. 29. Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Fortsatz (26) ein Tragglied (27) für das untere Axiallager (28) des Rotors befestigt ist.
30. 30. Elektromotor nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragglied als becherförmiges Teil ausgebildet ist, und daß das becherförmige Geil den Fortsatz (26) radial überragt und auf dem Rand des Motorgehäuses (12) aufsitzt.