DE2843402A1 - Gleichstrom-kleinmotor - Google Patents

Description

• Gleichstrom-Kleinmotor
• Die Erfindung betrifft einen Gleichstrom-Kleinmotor mit einem permanent-magnetischen, den als -Innenläufer ausgebildeten Rotor umgebenden Erregersystem, dessen Permanentmagnet oder Permanentmagnete vorzugsweise mit einem weichferromagnetischen Rückschluß versehen ist bzw. sind und mit einem aus Eisenblechen geschichteten, Ankerwicklungen tragenden Rotorblechpaket.
• Ein derartiger Kleinmotor ist bekannt aus dem JA-Gbm 34/6123..
• Solche Kleinmotoren werden für vielfältige Antriebaufgaben eingesetzt, z.B; zum Aufwicklen in Kassetten-Tonbandgeräten, zum Antrieb von Druckwerken, Vorschubvorrichtungen etc. Für viele dieser Anwendungen wird ein niedriges axiales Trägheitsmoment (sogenanntes GD2) gefordert, z.B. um bei einem Tonbandgerät Bandsalat oder ein Oberdehnen der Bänder zu vermeiden.
• Bisher verwendete man deshalb für diesen Zweck eisenlose Motoren, die als Rotor nur eine eisenlose Leiterscheibe, einen Kupferkorb oder dergleichen aufweisen. Solche Konstruktionen sind naser teuer und scheiden deshalb vielfach aus Kostengründen aus.
• Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, einen preisgünstigen Gleichstrom-Kleinmotor mit niedrigem axialem Trägheitsmoment zu schaffen.
• Diese Aufgabe wird nach der Erfindung gelöst durch die in Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen. Als Permanent-Magnete für das Erregersystem kann man z.B. Magnete aus Bariumferrit verwenden, die bei Verwendung im magnetischen Kreis eines solchen Kleinmotors an ihrer Oberfläche nur eine remanente Induktion von 2 ... 3 kG aufweisen und da man im Rotoreisen ohne Schwierigkeit eine magnetische Induktion von 12 bis 15 kG erreichen kann, gelingt es , in einem solchen Fall im Rotor und auch im magnetischen Rückschluß mit einem Eisenfüllfaktor von etwa o,4 ...
• 0,2 auszukommen. Auf diese Weise kann man das axiale Trägheítsmoment um einen entsprechenden Faktor reduzieren, ohne daß die Induktion im Luftspalt wesentlich verringert wird.
• Zweckmässig wird der Raum zwischen den Blechen mit einem geeigneten leichten Füllstoff gefüllt, um nach wie vor eine massive, stabile Rotor konstruktion zu erhalten.
• E;ne weit überproportionale Reduzierung des axialen Trägheitsmoments gelingt nach einem weiteren bevorzugten Merkmal der Erfindung dadurch, daß das Eisenvolumen mindestens eines Teiles der Zahnköpfe reduziert ist. Diese Maßnahme verringert das Eisenvolumen ganz gezielt dort, wo es-einen besonders hohen Einfluß auf die Größe des axialen Trägheitsmoments hat und wo schon relativ geringe Material reduzierungen zu einer starken Verringerung des axialen Trägheitsmomentes führen.
• Weitere Einz-elheiten 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 sowie aus den Unteransprüchen: Es zeigt Figur 1 einen Schnitt-durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gleichstrom-Kleinmotors, gesehen sehe längs der Linie I - I der Figur 2, Figur 2 einen Schnitt, gesehen längs der Linie II - II der Figur 1, Figur 2A einen vergrößerten Ausschnitt aus Figur 2, Figuren Zwei Draufsichten auf einen bevorzugten Blechschnitt 3/4 für ein erfindungsgemäßes Rotorblechpaket, Figur 5 eine Einzeldarstellung eines Zahnkopfs in der Draufsicht, Figur 6 einen weiteren erfindungsgemäßen Blechschnitt, Figur 7 noch einen erfindungsgemäßen Blechschnitt, Figur 8 zwei vergrößert dargestellte Rotorbleche im Schnitt, Figur 9 eine alternative Rotorkonstruktion.
• Figur 1 zeigt einen Gleichstrom-Kleinmotor lo mit einem Rotor 11 und einem Stator 12, bei dem zwei etwa trapezförmige Dauermagnete 13 aus Baiumferrit in einem 8-eckigen magnetischen Rückschlußrahmen 14 durch Distanzglieder 15 festgehalten sind. Gemäß Figur 2hat der Stator 12 zwei Lagerschilde 16, 17, in denen die Rotorwelle 18 in üblicher Weise gelagert ist. Ferner hat der Rotor 11 einen Kollektor 19, und am Stator 12 sind isoliert-Bürsten 20 befestigt, die gegen den Kollektor 19 anliegen.
• Wie man aus Figur 1 erkennt, ist der Rotor 11 ein Dreifach-T-Anker, in dessen drei Nuten wie dargestellt eine konzentrierte Wicklung eingewickelt ist, die an den Kollektor 19 angeschlossen ist.
• Die Magnete 13 erzeugen an ihrer dem Rotor 11 zugewandten Seite nur eine Induktion von etwa 3 kG, da sie selbst praktisch wie ein Luftspalt wirken. Das Blechpaket 23 des Rotors 11, das in Figur 2A im Schnitt vergrößert dargestellt ist, hat deshalb einen Eisenfüllfaktor, der wesentlich kleiner ist als o,9, wobei gemäß Figur 2A die Zwischenräume zwischen den einzelnen Blechen 24 jeweils mit.einem Kunststoff 25 (gegebenenfalls mit Füllstoffen) oder einem sonstigen geeigneten Werkstoff ausgespritzt sind, um einen massiven Rotorkörper zu erhalten. Der Eisenfüllfaktor f wird zweckmäßig so gewählt, daß für ihn die Beziehung gilt wobei BL die mittlere Induktion (=Flußliniendichte) im Luftspaltund BFe die im Rotorblechpaket technisch mögliche Induktion ist-. Letztere beträgt bei Eisen etwa 12 bis 15 kG, während BL bei einem Bariumferritmagneten etwa 3 kG und bei einem sogenannten Gummi magneten (Mischung aus einem Elastomer und Hartferriten) sogar nur rund 2 kS-beträgt. (Umrechnung in Tesla: lo kG = 1T).
• In der gleichen Weise kann auch-der Eisenrtickschluß 14 11verdünnt' werden. Die wirksame Induktion vermindert sich hierbei zwar etwas, da diese Maßnahmen praktisch wie eine geringfügige Vergrößerung des Luftsptalts wirken und auch die Permeabilität des Eisens etwas abnimmt, doch stören diese Effekte gewöhnlich nicht. Praktisch kann man im Normalfall zwischen 6o und 80% des Eisens weglassen, ohne daß sich der magnetische Kreis des Motors nennenswert verschlechtert, und man erreicht hierdurch äußerst günstige Werte für das axiale Trägheitsmoment bei sehr niedrigen Motorkosten, da es sich ja im übrigen um Standardkonstruktionen handelt, die voll durchrationalisiert sind.
• Eine besonders günstige Version zeigen die Figuren 3 und 4 an einem Blechschnitt 27. Hier sind bei einem Teil der Rotorzähne an den etwa T-förmigen Zahnköpfen 29 die einen Schenkel 30 längs einer Linie 33 schräg abgeschnitten, und zwar etwa parallel zu den verbleibenden Schenkeln 31, so daß Zahnsteg 32 und verbleibender Zahnkopf überall etwa denselben Materialquerschnitt haben. Die Blechschnitte 27 werden alternierend geschichtet, d.h. auf einen Schnitt mit der Lage nach Figur 3 folgt einer mit der Lage nach Figur 4, so daß sich gemäß Figur 5 in der Draufsicht die verbleibenden Zahnköpfe 31 wieder fast zu einem kompletten Zahnkopf ergänzen. Mit Vorteil wählt man aber die schräge Schnittlinie 33 so, daß sich in der Mitte des Zahnkopfs eine kleine Vertiefung 34 ergibt. In der Praxis wirkt dies wie eine Verdoppelung der Nutenzahl und verhindert effektiv, daß der Rotor irgendwelche Vorzugsstellungen im magnetischen Feld des Stators einnimmt. Die Statorkonstruktion kann im übrigen derjenigen nach den Figuren 1 und 2 entsprechen.
• Eine andere Version 37 zeigt Figur 6. Dort sind ebenfalls die Zahnköpfe an einer Seite schräg abgeschnitten, aber links und rechts alternierend, sodaß die verbleibenden Zahnkopfspitzen 31, 31' jeweils paarweise in Richtung zueinander deuten. Man braucht dann nur bei der Schichtung des Blechpakets die Bleche jeweils um eine Zahnteilung zu verdrehen, um das Bild nach Figur 5 zu erhalten. Bei Figur 3 und 4 dagegen muß man jedes zweite. Blech umdrehen, Was in der Fertigung eine erhebliche Erschwernis bedeutet.
• Eine andere Version 40 zeigt Figur 7. Dort fehlt jeder zweite Zahnkopf 29 vollständig, während die übrigen Zahnköpfe komplett sind. Durch Verdrehen der aufeinanderfolgenden Bleche um je eine Zahnteilung erhält man auch hier das mit strichpunktierten Linien 41 angedeutete Bild des kompletten Rotors.
• Die Maßnahmen nach den Figuren 3 bis 7 können für sich allein eine Reduzierung des axialen Trägheitsmoments (des Rotorblechpakets allein) um ca. 15 bis 20X bewirken. Hinzu kommt die bereits beschriebene Verringerung durch die Verdünnung" des gesamten Blechpakets, so daß man bei einer - bevorzugten -Kombination dieser Maßnahmen ein sehr niedriges axiales Trägheitsmoment erhält..
• Figur 8 zeigt zwei Rotorbleche 43 und 44, die mit Sicken 45 oder dergleichen versehen sind, welche diese Bleche im gewünschten Abstand halten, um den günstigsten Eisenfüllfaktor zu erreichen. Die Zwischenräume 46 können z.B. mit einem gefüllten Kunststoff ausgespritzt werden. Bei Figur 9, die nur einen Teil des Rotorblechpaktes zeigt, sind auf einer Rotorwelle e 47 abwechselnd Eisenbleche 48 und Distanzscheiben 49 angeordnet, welch letztere einen Dqrchmesser haben, der z.B.
• nur die Hälfte (oderlweniger) desjenigen der Bleche 48 beträgt, so daß die Distanzscheiben 49 (aus Eisen oder sonstigem Werkstoff - auch einem Kunststoff) nur ein sehr kleines axiales Trägheitsmoment haben, aber doch wesentlich zur Festigkeit des Rotors beitragen.
• Die Erfindung bringt also mit sehr einfachen Mitteln und praktisch ohne Zusatzkosten eine wesentliche Verbesserung. Leerseite

Claims (14)

1. Patent - Ansprüche 1. Gleichstrom-Kleinmotor mit einem permanent-magnetischen, den als Innenläufer ausgebildete Rotor umgebenden Erregersystem, dessen Permanentmagnet oder Permanentmagnete vorzugsweise mit einem weich-ferromagnetischen Rückschluß versehen ist bzw.

   sind, und mit einem aus Eisenblechen geschichteten, Ankerwicklungen tragenden Rotorbiechpaket, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Permanentmagneten (13) des Erregersystems (13, 14) eine im Verhältnis zu Eisen geringe, natürliche, remanente Induktion aufweisen und daß das Rotorblechpaket (23) und/oder der Rückschluß (14) einen Eisenfüllfaktor (f) aufweist, der wesentlich kleiner. ist als o,9 undZoder daß die Zahnköpfe (31) des Rotorblechpakets (23) mindestens teilweise verkleinert sind.
2. 2. Kleinmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Eisenfüllfaktor .(f) etwa gleich der mittleren Induktion im Luftspalt geteilt durch die Summe aus mittlerer Induktion im Luftspalt und der im Rotorblechpaket (23) technisch möglichen Induktion (BFe) ist.
3. 3. Kleinmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bleche (24) des Statorblechpaktes (23) mindestens teilweise durch einen Werkstoff (25) geringen spezifischen Gewichts voneinander getrennt sind.
4. 4. Kleinmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetisch inaktiven Zwischenräume zwischen den Rotorblechen (48) als Distanz-Scheiben (49) ausgebildet sind, deren axiale Dicke der Dicke der unmagnetischen Zwischenräume entspricht und deren Durchmesser wesentlich kleiner ist als derjenige der weich-magnetischen Rotorbleche (48).
5. 5. Kleinmotor nach einem der Ansprüche 1'bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Rotorbleche (43, 44) mit Ausprägungen, Sicken oder dergleichen (45) versehen sind, welche diese Bleche (43, 44) im gewünschten Abstand voneinander halten.
6. 6. Kleinmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenräume zwischen den-Rotorblechen (24) mit einem Kunststoff.(25) oder dergleichen ausgespritzt sind.
7. 7. Kleinmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Eisenfüllfaktor von Rotorblechpaket (23) und/oder magnetischem Rückschluß (14) in der Größenordnung von 0,5 ... o,25, vorzugsweise o,4 ... o,3, liegt.
8. 8. Kleinmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7 mit einem genuteten Anker für eine verteilte Wicklung, dadurch gekennzeichnet, daß das Eisenvolumen mindestens eines Teiles der Zahnköpfe (29) reduziert ist.
9. 9. Kleinmotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß dia Zahnköpfe (29) in der Breite in der Weise reduziert sind, daß ihr aktiver Querschnitt etwa dem der Zahnstege (32) entspricht.
10. lo. Kleinmotor nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem etwa'T-förmigen Zahnkopf (29) ein Schenkel (30) des T abgeschnitten ist.
11. ll. Kleinmotor nach Anspruch lo, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Schenkel (30) etwa parallel zum Verlauf des verbleibenden Schenkels (31) abgeschnitten (33) ist.
12. 12. Kleinmotor nach Anspruch lo oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß bei aufeinanderfolgenden Blechen (Figur 3, 4) einmal der eine und dann der andere Schenkel des Zahnkopfs abgeschnitten ist, so daß sich die Schenkel zweier aufeinanderfolgender Bleche in der Draufsicht (Figur 5) jeweils zu einem etwa vollen Zahnkopf ergänzen.
13. 13. Kleinmotor nach Anspruch 12, dadurchsgekennzeichnet, daß der ergänzte Zahnkopf (Figur 5) in der Draufsicht in seiner Mitte jeweils eine kleine radiale Vertiefung (34) aufweist, um Klebestellungen des Rotors (11) im Magnetfeld des Stators zu vermeiden.
14. 14. Kleinmotor nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils einer (41) von n Zahnköpfen (29) fehlt, und daß aufeinanderfolgende Bleche (40) jeweils um einen Zahnschritt versetzt sind, so daß sich in einer Zahnreihe Zahnstege mit Zahnkopf und Zahnstege ohne Zahnkopf nach einer, vorgegebenen Gesetzmäßigkeit abwechseln (Figur 7).