DE3225435A1 - Selbstanlaufender elektromotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen selbstanlaufenden Elektromotor" η mit dauermagnetischem Läufer und einer Vorrichtung zur Vorgabe einer bestimmten Drehrichtung.

Aus der DE-AS 25 24 519 ist ein selbstanlaufender Einphassiaä--i: synchronmotor mit einem Stator, einer oder zwei Statorspulejü und einem diametral magnetisierten, permanentmagnetischen :e Rotor bekannt. Derartige Motoren können so ausgelegt werdeni-

trotz geringer Baugröße
daß sie /fein hohes Anlaufmoment besitzen und damit in vieleatechnischen Gebieten eingesetzt werden können.

Aus der DE-PS 28 23 373 ist ein elektrischer Dosenöffner bekannt, dessen Antriebsmotor aus einem selbstanlaufenden ;ei zweipoligen Einphasensynchronmotor mit dauermagnetischem Läufer besteht. Da ein Charakteristikum derartiger Einphasensynchronmotoren darin liegt, daß sie in keiner vorbestimmten-Drehrichtung anlaufen, werden diese Motoren bisher im Regelfall nur dort eingesetzt, wo die Drehrichtung keine Rolle spielt. Da bei einem Dosenöffner die jeweilige Motordrehrichtung die Schneidrichtung vorgibt, wäre ein solcher Ein--^: phasensynchronmotor an sich nicht brauchbar. Nach der DE-AS 28 23 373 wird aber vorgesehen, das Blechschneidmesser als spitz zulaufenden Schneidkeil mit Schneidflächen an beiden Keilflächen auszubilden, so daß in beiden Laufrichtungen eine Schneidwirkung erzielt wird. Befriedigend ist diese Hilfslösung in der Praxis jedoch nicht.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Elektromotor der eingangs angegebenen Gattung auf äußerst einfache und in besonders wirtschaftlich zu realisierender Weise dergestalt auszubilden, daß eine bestimmte Drehrichtung mit Sicherheit vorgegeben werden kann. Insbesondere soll der Elektromotor nach der Erfindung sowohl mit vorbestimmter als auch mit nichtvorbestimmter Drehrichtung verwendet werden können, wobei el i e jewel 1 lcje Uinrthil un<) .in I den einen, oder .linieren Anwendungsfall praktisch ohne Aufwand zu realisieren sein soll.

Gelöst wird diese Aufgabe nach der Erfindung dadurch, daß der dauermagnetische Läufer zumindest im Bereich einer Stirnfläche mit einem drehfesten, wenigstens eine Anschlagfläche aufweisenden Exzenterelement versehen und dieses Exzenterelement von einem ringförmigen, bezüglich des Exzenterelementes zwangsgeführten Sperrorgan umgeben ist, daß das Sperrorgan über ein statorfestes Teil in einer zumindest im wesentlichen durch die Rotorachse verlaufenden und bezüglich der Statorpole versetzten Axialebene radial geführt ist, und daß die asymmetrisch ausgebildete Innenringfläche des Sperrorgans wenigstens eine Gegenanschlagflache für das Exzenterelement aufweist.

Der Grundgedanke der Erfindung ist demgemäß darin zu sehen, daß durch das Zusammenwirken eines mit dem Rotor fest verbundenen und damit zu einem Rotorbestandteil werdenden Exzenterelement und einem praktisch als einzig erforderliches Zusatzteil zu bezeichnenden Sperrorgan, das keinerlei Federvorspannung oder dergleichen erfordert, eine bestimmte Drehrichtung definiert vorgegeben werden kann, und zwar ohne den Anlauf des Motors oder den Lauf des Motors in irgendeiner störenden Weise zu behindern.

Das Exzenterelement besteht vorzugsweise aus einem im wesentlichen ringförmigen Innenteil und einem radial darüber vorstehenden Anschlagteil mit teilkreisförmiger Außenfläche und symmetrisch zur Mitte des Anschlagteils liegenden Anschlagflächen. Zweckmäßigerweise wird es aus schlagfestem Kunststoffmaterial oder aus gehärtetem Material, insbesondere Nirostahl, hergestellt.

Durch die symmetrische Ausgestaltung des Exzenterelements wird im Zusammenwirken mit den entsprechenden Gegenanschlagflächen am Sperrorgan der richtungskorrekte Anlauf aus beiden möglichen Ruhelagen des Rotors sichergestellt. Die Materialwahl für das Exzenterelement und auch für das Sperrorgan

ermöglicht die Ausschaltung störender Verschleißerscheinungen und einen von der Vorrichtung zur Richtungsvorgabe ungestörten Motorbetrieb.

Das r.ingscheibenförmige Sperrorgan weist insbesondere einander diametral gegenüberliegende Führungsbolzen auf, die in radial gerichtete Pührungsschlitze eines statorfesten, insbesondere vom Motorlagerdeckel gebildeten Teils eingreifen. Zur Radialführung des Sperrorgans werden daher keine zusätzlichen Elemente benötigt, was sich hinsichtlich des Gesamtaufbaus besonders vorteilhaft auswirkt.

Die Innenringfläche des Sperrorgans besteht bevorzugt aus zwei zumindest im wesentlichen halbkreisförmigen, einander gegenüberliegenden Bögen, die unter Ausbildung der Gegenanschlagflachen zueinander seitlich versetzt sind. Die Gegenanschlagflächen liegen dabei vorzugsweise zumindest im wesentlichen in der gleichen Ebene wie die Führungsbolzen.

Diese Ausgestaltung des Sperrorgans gewährleistet eine sichere, den Normalbetrieb des Motors in keiner Weise störende Funktion.

Da das Sperrorgan im wesentlichen die gleiche Axialabmessung wie das Exzenterelement besitzt und lose zwischen dem zylindrischen Läufer und dem Lagerdeckel angeordnet ist, läßt es sich wahlweise in diesen Zwischenraum zwischen Läufer und Lagerdeckel einsetzen. Ohne jegliche Justierungs- oder sonstigen Anpassungsarbeiten kann damit ein zweipoliger Einphasensynchronmotor mit dauermagnetischem Läufer entweder als in beliebiger Richtung anlaufender Motor oder - wenn das Sperrorgan eingesetzt ist - als nur in einer definierten Richtung anlaufender Motor Verwendung finden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Untcransprüchon angegeben.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine schematische Stirnansicht eines Motors nach der Erfindung, wobei der Lagerdeckel strichliert dargestellt ist,

Fig. 2 eine teilweise geschnitten dargestellte Ansicht der den Erregerspulen gegenüberliegenden Seite des Motors nach Fig. 1,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Sperrorgans zur Verwendung bei einem Motor nach der Erfindung, und

Fig. 4 eine schematische Längsschnittansicht einer Ausführungsform des Läufers für einen Motor nach Fig.

Der in Fig. 1 dargestellte zweipolige Einphasensynchronmotor umfaßt einen geblechten Stator 1, einen Läufer 2 in Form eines zylindrischen, diametral magnetisierten Dauermagneten, dem Stator 1 zugeordnete Läuferwicklungen 3 sowie - strichliert dargestellt - einen zur Aufnahme der Läuferwelle 4 dienenden Lagerdeckel 5. Dieser Lagerdeckel ist vorzugsweise über durchgehende Befestigungsschrauben 6 mit einem gegenüberliegenden Lagerdeckel unter Abstützung am Stator 1 verbunden.

An der Läuferwelle 4 ist unmittelbar angrenzend an die Läuferstirnfläche ein Exzenterelement 7 drehfest angebracht.. Dieses Exzenterelement 7 besteht aus einem im wesentlichen ringförmigen Innenteil und einem radial darüber vorstehenden Anschlagteil mit teilkreisförmiger Außenfläche und symmetrisch zur Mitte des Anschlagteils liegenden Anschlagflächen 8,8V.

Das Exzenterelement 7 wirkt mit einem ringscheibenförmigen Sperrorgan 9 zusammen, das lose zwischen den Läufer 2 und den Lagerdeckel 5 eingesetzt ist.

In Radialrichtung wird das Sperrorgan 9 mittels angeformter Bolzen 17, 18 geführt, welche in Radialschlitze 19, 20 des Lagerdeckels 5 eingreifen.

Die Radialschlitze 19, 20 und damit auch die Führungsbolzen 17, 18 liegen in einer durch die Läuferwelle 4 verlaufenden

16 Ebene 12, die bezüglich der Motor-Mittenebene/versetzt ist, und zwar vorzugsweise um einen Winkel im Bereich von 15° bis 45°.

Senkrecht zur Motor-Mittenebene 16 verläuft die strichliert eingezeichnete Polverbindungsebene 15 zwischen den beiden Statorpolen 10, 11.

Das Sperrorgan 9 besitzt Innenringflachen 13, 13' sowie im Übergangsbereich dieser gegeneinander versetzten Innenringflachen ausgebildete Gegenanschlagsflächen 14, 14'. Diese Gegenanschlagsflächen 14, 14' wirken mit den Anschlagflächen 8, 8' des Exzenterelements 7 zusammen.

Der Stator 1 besteht aus Einzelblechen, wobei alle Bleche den gleichen Schnitt besitzen. Die Polbögen sind in ihrer Form unsymmetrisch ausgebildet, so daß sich an den gegenüberliegenden Stellen ein vergrößerter Luftspalt ergibt, was zur Folge hat, daß der dauermagnetische Läufer 2 sich um einen bestimmten Winkel gegenüber der Stellung verdreht, die er bei symmetrischen Stator-Polbögen einnehmen wird, bis er die Stellung erreicht hat, in welcher der magnetische Widerstand minimal wird. Die Polbögen sind ferner so ausgebildet, daß die Läuferwicklungen im bereits gewickelten Zustand aufgeschoben werden können, wobei die beiden dargestellten Spulen parallel oder in Reihe ge-

schaltet sein können und direkt mit einer Spannungsquelle verbindbar sind.

Charakteristisch für die Gattung von Elektromotoren nach der Erfindung ist, daß der Läufer 2 relativ zum Stator 1 im Stillstand jeweils eine von zwei zueinander um 180° versetzte Stellungen einnimmt, wobei jede dieser Stellungen dimensionierungsbedingt gegenüber der Polverbindungsebene 11 winkelversetzt ist. Da diese Motoren praktisch in allen Anwendungsfällen an ein notwendigerweise mit einem gewissen Spiel behaftetes Untersetzungsgetriebe angeschlossen sind, kann der Läufer 2 eine dieser beiden Ruhelagen auch dann einnehmen, wenn die Abtriebswelle des Getriebes in einer bestimmten Stellung blockiert wird. Dies ist eine Folge des erwähnten Getriebespiels.

Das mit dem Läufer 2 umlaufende Exzenterelement 7 ist in der Ruhelage des Motors bezüglich der entsprechend der Verschieberichtung des Sperrorgans 9 verlaufenden Axialebene 12 und auch bezüglich der Polverbindungsebene 15 winkelversetzt und nimmt die in Fig. 1 gezeichnete oder eine dazu um 180° versetzte Lage ein.

Wird der Motor eingeschaltet, so kann sich der Läufer 2 entweder im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn- bewegen, wobei die sich einstellende Bewegungsrichtung nicht vorhersagbar ist. Bewegt sich der Läufer 2 im Uhrzeigersinn, d.h. in der gewünschten Drehrichtung, so behindert das Sperrorgan die Drehung des Läufers in keiner Weise, da das Sperrorgan 9 dem Exzenterelement ständig ausweicht und dabei eine leicht oszillierende Bewegung in der Richtung der Ebene 12 ausführt. Die Anschlagflächen 8,8' des Exzenterelements und die Gegenanschlagflachen 14, 14" des Sperrorgans können in dieser Drehrichtung nicht in Eingriff kommen.

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Läuft der Motor im Gegenuhrzeigersinn an, so trifft im in Fig. 1 gezeigten Beispiel die Anschlagfläche 8 des Exzenterelements 7 auf die Gegenanschlagflache 14 des Sperrorgans 9, so daß eine Umdrehung im Gegenuhrzeigersinn verhindert wird. Bei der nächsten Umpolung der Statorpole 10, 11 bewegt sich der Läufer 2 in Uhrzeigerrichtung, wobei das auftretende Schwungmoment ausreicht, um die Drehung in der erwünschten Richtung im Regelfall schon nach der ersten Umpolung zu gewährleisten.

Aufgrund der Zwangsführung zwischen Exzenterelement 7 und Sperrorgan 9 und der speziellenAusgestaltung der Innenringflachen wird somit sichergestellt, daß unabhängig von irgendwelchen Vorspannfedern und auch unabhängig von der Einbaulage des Motors stets ein Motoranlauf in einer bestimmten Richtung gewährleistet wird.

Von Vorteil ist dabei auch, daß weder zwischen dem Exzenterelement 7 und dem Sperrorgan 9 noch zwischen den Führungsbolzen 17, 18 und den Schlitzen 19, 20 fertigungstechnisch besondere Genauigkeitserfordernisse erfüllt werden müssen, da ein die Fertigung vereinfachendes, relativ großes Spiel zwischen diesen Bestandteilen zugelassen werden kann, bzw. sogar erwünscht ist.

Fig. 2 zeigt die Anordnung des über das Exzenterelement 7 in Radialrichtung zwangsgeführten, in Axialrichtung lose gelagerten Sperrorgans 9 im Raum zwischen Läufer 2 und Lagerdeckel

Die Führungsbolzen 17, 18 greifen in die Schlitze 19, 20 ein und legen damit die Bewegungsrichtung des Sperrorgans 9 fest.

Es ist ersichtlich, daß das Sperrorgan 9 problemlos eingesetzt bzw. entfernt werden kann, da dazu lediglich die Abnahme des Lagerdeckels 5 erforderlich ist. Wird das Sperrorgan 9 ent-

fernt, so arbeitet der Motor wie ein herkömmlicher Einphasensynchronmotor mit unbestimmter Drehrichtung.

Wird demgemäß der Motor im Grundaufbau so ausgelegt, daß der Läufer mit dem Exzenterelement 7 versehen und zwischen Läufer und Lagerdeckel ein ausreichender Aufnahmebereich für das Sperrorgan 9 vorgesehen ist, so kann dieser Motor ohne Sperrorgan zum Antrieb solcher Geräte verwendet werden, bei denen die Laufrichtung keine Rolle spielt, und nach Einsetzen des Sperrorgans zu einem Motor umfunktioniert werden, der mit Sicherheit stets nur in einer gewünschten Drehrichtung anläuft, wie dies z.B. bei einem Dosenöffner zu fordern ist.

Die schematische Darstellung nach Fig. 3 zeigt eine vorzugsweise verwendete Ausführungsform eines Sperrorgans 9.

Das ringscheibenförmige Sperrorgan 9, das vorzugsweise aus Kunststoffmaterial besteht, weist eine Innenringflache auf, die aus zwei halbkreisförmigen, einander gegenüberliegenden Bögen 21 , 22 mit dem Radius r besteht, welche unter Ausbildung der Gegenanschlagflachen 14, 14' zueinander seitlich versetzt sind. Der Mittelpunkt M des ringscheibenförmigen Sperrorgans 9 mit dem Radius R und die Mittelpunkte m der beiden halbkreisförmigen Bögen 21, 22 liegen in einer Ebene. Der Abstand e der beiden Mittelpunkte m der halbkreisförmigen Bögen 21, 22 zum Mittelpunkt M des Sperrorgans 9 ist im wesentlichen gleich der radialen Erstreckung der Gegenanschlagf lachen 14, 14'.

Die einander diametral gegenüberliegenden Führungsbolzen 17,18 liegen zumindest im wesentlichen in der gleichen Ebene wie die Gegenanschlagflachen 14, 14'.

Bei der beschriebenen Ausgestaltung des Sperrorgans 9 ergeben sich im Zusammenwirken mit dem Exzenterelement 7 besonders günstige Bewegungsverhältnisse, die das Auftreten von störendem Verschleiß verhindern.

Die Längsschnittansicht nach Fig. 4 zeigt den zylindrischen Läufer 2, der eine zentrische, im Querschnitt vorzugsweise quadratische Durchgangsöffnung 23 aufweist. Durch diese Öffnung 23 erstreckt sich die Läuferwelle 4, die durch Einspritzen von aushärtendem Kunststoffmaterial 26 zentrisch fixiert ist. Um eine besonders gute Haftung zwischen diesem Kunststoffmaterial 26 und der Welle 4 zu erzielen, wird diese Welle bevorzugt mit Anfasungen 24 versehen.

Der Vorgang des Einspritzens von Kunststoffmaterial zum Zwecke der Wellenfixierung kann gleichzeitig genutzt werden, um bei Verwendung einer geeigneten Form gleich das Exzenterelement 7 auszubilden, wodurch ein wesentlicher herstellungstechnischer Vorteil erzielt wird.

Das Exzenterelement kann aber auch aus einem separaten Bauteil mit einem in die Vierkantöffnung 23 des Läufers eingreifenden und darin fixierten Ansatz 25 bestehen. Der Ansatz 25 kann dabei zumindest im wesentlichen der Form der Durchgangsöffnung angepaßt sein, um einen sicheren Kraftschluß zu gewährleisten.

Obwohl der beschriebene Elektromotor nach der Erfindung aufgrund der vorteilhaften Vorrichtung zur Vorgabe einer bestimmten Drehrichtung bei einer Vielzahl von Geräten eingesetzt werden kann, bei denen ein leistungsstarker, baulich jedoch sehr kleiner Motor benötigt wird, lloqt ein bevorzugter Anwendungsfall im Einsatz in einem elektrischen Dosenöffner, da dabei die speziollen Eiqonschafton eines derart icjcn Motors besonders vorltvilhaf'l /.um Tragen kommen.

Bezugszeichenliste

1 Stator

2 Läufer

3 Läuferwicklung

4 Läuferwelle

5 Lagerdeckel

6 Befestigungsschrauben

7 Exzonterelement 8,8' Anschlagflächen

9 Sperrorgan

10 Statorpol

11 Statorpol

12 Axialebene

1 3,13' Innenringf lache 14,14' Gegenanschlagflachen

15 Polverbindungsebene

16 Mittenebene

17 Führungsbolzen

18 Führungsbolzen

19 Führungsschlitz

20 Führungsschlitz

21 Halbkreisfläche

22 Halbkreisfläche

23 Durchgangsöffnung

24 Anfasungen

25 Ansatz

26 Kunststoffmaterial

Claims (15)

1. Patentansprüche

   1 .) Selbstanlaufender Elektromotor mit dauermagnetischem Läufer und einer Vorrichtung zur Vorgabe einer bestimmten Drehrichtung, dadurch gekennzeichnet , daß der dauermagnetische Läufer (2) zumindest im Bereich einer Stirnfläche mit einem drehfesten, wenigstens eine Anschlagfläche (8,8') aufweisenden Exzenterelement (7) versehen und dieses Exzenterelement (7) von einem ringförmigen, bezüglich des Exzenterelementes (7) zwangsgeführten Sperrorgan (9) umgeben ist, daß das Sperrorgan (9) über ein statorfestes Teil (5) in einer zumindest im wesentlichen durch die Rotorachse (4) verlaufenden und bezüglich der Statorpole (10,11) versetzten Axialebene (12) radial geführt ist, und daß die asymmetrisch ausgebildete Innenringflache (13) des Sperrorgans (9) wenigstens eine Gegenanschlagflache (14,14') für das Exzenterelement (7) aufweist.
2. 2. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch g- e k e η η zeichnet , daß er als zweipoliger Einphasensynchronmotor ausgebildet ist und daß als Läufer (2) ein zylindrischer, diametral magnetisierter Dauermagnet, insbesondere aus einem keramischen Material mit einer hohen Koerzitivfeidstärke verwendet ist.
3. 3. Elektromotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Exzenterelement (7) aus einem im wesentlichen ringförmigen Innenteil und einem radial darüber vorstehenden Anschlagteil mit teilkreisförmiger Außenfläche und symmetrisch zur Mitte des Anschlagteils liegenden Anschlagflächen (8,8·) besteht.
4. 4. Elektromotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß das Exzenterelement (7) aus schlagfestem Kunststoffmaterial oder aus gehärtetem Material, insbesondere Nirostahl besteht.
5. 5. Elektromotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Stator (1) aus Blechen von gleichem Schnitt und unsymmetrischer Polbogenform besteht und daß das Exzenterelement (7) um zumindest im wesentlichen den gleichen Winkel gegenüber der Polverbindungsebene (15) versetzt ist, um den sich der Läufer (2) gegenüber der Stellung verdreht, die er bei symmetrischen Stator-Polbögen einnehmen würde.
6. 6. Elektromotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß das ringscheibenförmige Sperrorgan (9) einander diametral gegenüberliegende Führungsbolzen (17,18) aufweist, die in radial gerichtete Führungsschlitze (19,20) eines statorfesten Teils (5) eingreifen.
7. 7. Elektromotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß das statorfeste Teil (5) vom Motorlagerdeckel gebildet ist und die Führungsschlitze (19,20) mit einem durch das Achslager verlaufenden Durchmesser ausgerichtet sind.
8. 8. Elektromotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die durch die Pührungsschlitze (19,20) verlaufende Ebene mit der Motormittenebene (16) einen Winkel im Bereich von 25° bis 50°, insbesondere im Bereich von 30° bis 40° einschließt.
9. 9. Elektromotor- nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Innenringflache des Sperrorgans (9) aus zwei zumindest im wesentlichen halbkreisförmigen, einander gegenüberliegenden Bögen (21, 22) besteht, die unter Ausbildung der Gegenanschlagflachen (14,14') zueinander seitlich versetzt sind.
10. 10. Elektromotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenanschlagflachen (14,14') zumindest im wesentlichen in der gleichen Ebene (12) liegen wie die Führungsbolzen (17,18).
11. 11. Elektromotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß der Mittelpunkt (M) des ringscheibenförmigen Sperrorgans (9) und die Mittelpunkte (m) der beiden halbkreisförmigen Bögen (21,22) im wesentlichen in einer Ebene liegen und daß der Abstand der beiden Mittelpunkte (m) der halbkreisförmigen Bögen (21,22) zum Mittelpunkt (M) des Sperrorgans (9) zumindest im wesentlichen gleich der radialen Erstreckung der Gegenanschlagflachen (14,14') ist.

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12. 12. Elektromotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß das Sperrorgan (9) aus einem Kunststoffteil besteht.
13. 13. Elektromotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß das Sperrorgan (9) im wesentlichen die gleiche Axialabmessung wie das Exzenterelement (7) besitzt und lose zwischen dem zylindrischen Läufer (2) und dem Lagerdeckel (5) angeordnet ist.
14. 14. Elektromotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Läufer (2) eine im Querschnitt eckige, insbesondere rechteckige Durchgangsöffnung (23) zur Aufnahme der Welle (4) besitzt und daß die Welle (4) in der Durchgangsöffnung (23) durch eingespritzten, gleichzeitig' zur Ausbildung des Exzenterelements (7) dienenden Kunststoff (26) fixiert ist,
15. 15. Elektromotor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet , daß das Exzenterelement (7) aus einem separaten Bauteil mit einem in die Vierkantöffnung (23) des Läufers (2) eingreifenden und darin fixierten Ansatz (25) besteht.