DE3447980C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektronisch kommutierten Gleichstrommotor nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Ein elektronisch kommutierter Gleichstrommotor dieser Bau­ art ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 16 13 380 bekannt. Die Statorwicklung des bekannten Motors ist in Form einer gedruckten Schaltung auf einem Träger ausgebildet und besteht - bezogen auf eine Hauptfläche des Trägers - aus­ schließlich aus einer einzigen Windung eines einzigen, mäan­ derförmig geführten Leiters. Obwohl gesagt wird, daß diese Ausbildung der Leiterbahnanordnung "eine denkbar beste Kupferausnutzung gewährleistet", liefert ein solcher Motor mit der bekannten mäanderförmigen Leiterbahnanordnung ledig­ lich ein vergleichsweise geringes Drehmoment, weil der moto­ risch wirksame, magnetische Luftspalt überwiegend durch magnetisch inerte Materialien, nämlich das Trägermaterial der gedruckten Schaltung und/oder Luft ausgefüllt ist. Der bekannte Motor kann als "kollektroloser Gleichstrom- Kleinstmotor" zum direkten Antrieb eines Tonbandes an der Motorachse geeignet sein.

Die DE-OS 33 27 123 offenbart eine Antriebsanordnung für signalverarbeitende Geräte, insbesondere Plattenspeicher, mit einem direkt antreibenden, einen permanentmagnetischen Außenrotor aufweisenden kollektorlosen Gleichstrommotor. Zum Motor gehört ein plattenförmiger Tragerflansch, von dem rechtwinkelig ein Lagertragrohr absteht, in welchen zwei Wälzlager (bevorzugt Kugellager) angeordnet sind, welche eine Antriebswelle lagern. An einem Ende der Antriebs­ welle ist der Außenrotor fest angebracht, und am anderen Ende der Antriebswelle ist eine Nabe befestigt, welche der Auf- und Mitnahme einer Speicherplatte dient. Eine Magnet­ flüssigkeitsdichtung zwischen dem Lagertragrohr und einem nach innen ragenden Kragen an der Nabe verhindert einen Übertritt von Schmutzteilchen aus dem Motor und dessen Lagersystem in den Aufnahmeraum für die Festplattenspei­ cher. Bei der Montage des bekannten Motors werden zweck­ mäßigerweise zunächst die Antriebswelle samt der Nabe im Lagertragrohr montiert und daraufhin wird die Dichtflüs­ sigkeit in die Dichtung eingefüllt. Weiterhin erfolgt eine höhenmäßige Justierung zwischen Nabe und Welle, damit die Nabe exakt die richtige Höhe hat. Zu diesem Zweck ist eine Ausgleichsscheibe zwischen dem Kragen an der Nabe und einem Innenring des oberen Wälzlagers vorgesehen. Die minimale Höhenjustierung entspricht der Dicke der Ausgleichs­ scheibe. Häufig ist diese Form der Höhenjustierung des Plattenauflegetellers nicht ausreichend, insbesondere wenn berücksichtigt wird, daß eine Annäherung des Schreib/ Lesekopfes eines Festplattenspeichers mikrometergenau an die Festplatte zu erfolgen hat.

Schließlich offenbart die DE-OS 29 52 095 einen kollektor­ losen Gleichstrommotor mit ebenem Luftspalt zum Direktan­ trieb von signalverarbeitenden Aufnahme- und/oder Wieder­ gabegeräten. Der bekannte Motor weist ein aus Kunststoff bestehendes Motorgehäuse auf, in dem eine axiale Bohrung ausgebildet ist, in welcher die Rotorachse drehbar gelagert ist. Im Boden der Bohrung kann ein vorzugsweise justierbares Axiallager für die Rotorachse vorhanden sein. Diese Justie­ rung kann über ein Gewinde erfolgen, um so leicht eine opti­ male Einstellung des Luftspaltes und der Höhe des Endes der Rohrwelle zu ermöglichen. Auch in einem solchen Falle er­ folgt eine gemeinsame axiale Verstellung von Rotor und Plattenauflageteller bzw. -flansch.

Demgegenüber besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen gattungsgemäßen elektronisch kommutierten Gleichstrommotor zum Antrieb rotierender Speichermedien bes­ ser anzupassen, um dabei die mögliche Speicherdichte durch hohes Drehmoment und maßgenaue Konstruktion zu steigern.

Ausgehend von einem gattungsgemäßen elektronisch kommutier­ ten Gleichstrommotor mit den aus dem Oberbegriff von An­ spruch 1 ersichtlichen Merkmalen ist die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:
jeder hin- und herführende Mäanderabschnitt besteht aus einer Anzahl paralleler Leiterabschnitte;
es ist eine mit dem Rotor gekoppelte Plattenauflage mit einem - bezüglich der Rotordrehachse - radial abstehenden Flanschabschnitt zur Auflage einer Spei­ cherplatte vorhanden; und
die Plattenauflage ist bezüglich des Rotors in axialer Richtung verstellbar und festlegbar, um eine durch den Flanschabschnitt definierte Plattenauflage-Ebene "B" auf einige Mikrometer genau gegenüber einer dazu parallelen Bezugsebene "C" am Motorgehäuse einzu­ stellen.

Der hohe Füllfaktor der besonderen mäanderförmigen Stator­ wicklung und deren geringe Eigeninduktion in Verbindung mit der hohen Homogenität der Feldlinien und der optimalen An­ ordnung der geraden, aus einer Anzahl paralleler Leiterab­ schnitte bestehenden, hin- und herführenden Mäanderab­ schnitte völlig innerhalb eines engen, magnetisch wirksamen Ringspaltes sorgen für einen hohen Wirkungsgrad des erfin­ dungsgemäßen Gleichstrommotors. Der Motor besteht aus weni­ gen Bauteilen, die mit großer Maßgenauigkeit herstellbar und einfach zusammenbaubar sind. Der Auflageflansch zur Auflage rotierender Speichermedien ist in axialer Richtung gegen­ über dem restlichen Rotor verstellbar, so daß die Flansch­ ebene auf wenige Mikrometer genau gegenüber einer Motor- Bezugsebene einstellbar ist. Die hohe Motorleistung bei vergleichsweise geringer Baugröße, verbunden mit der aus­ gezeichneten Gleichförmigkeit des Drehmoments und der be­ sonders hohen Konstanz der Motornenndrehzahl machen den erfindungsgemäßen Motor besonders geeignet zum Antrieb von rotierenden Speichermedien in der Datenverarbeitungstechnik. Insbesondere ist der erfindungsgemäße Motor zum Antrieb solcher rotierender Speichermedien geeignet, die höchste Anforderungen an die Konstanz der Umdrehungsgeschwindigkeit und die präzise Anordnung eines Plattenauflagetellers stel­ len, um einen exakten und schnellen Zugriff des Schreib/ Lese-Kopfes der Speichereinrichtung zu schaffen. Derartige Anforderungen treten insbesondere bei Hartplattenspeichern auf. Der erfindungsgemäße elektronisch kommutierte Gleich­ strommotor ist hervorragend als Antriebsaggregat für derar­ tige Hartplattenspeicher geeignet. Ein mit dem erfindungs­ gemäßen Gleichstrommotor angetriebener Plattenspeicher, ins­ besondere Winchester-Plattenspeicher, erlaubt eine wesent­ lich höhere Datendichte, etwa bis zum 10fachen der derzeit möglichen Datendichte.

Ein vielpoliger, elektronisch kommutierter Gleichstrom­ motor mit dem aus der DE-OS 16 13 380 bekannten Aufbau ist bislang - offensichtlich wegen seiner geringen Leistung - nicht im industriellen Maßstab realisiert und vertrieben worden. Weiterhin sind vielpolige, elektronisch kommutierte Gleichstrommotoren bekannt geworden, die einen ebenen Ring­ spalt aufweisen (vgl. etwa DE-OS 32 31 966 oder DE-OS 29 52 095). Die als Flachspule ausgebildete Statorwicklung kann eine mäanderförmige Leiterbahnanordnung mit mehreren Leiterbahnen pro hin- und herführendem Mäanderabschnitt sein. Die Pole des Permanentmagneten des Rotors sind not­ wendigerweise parallel zur Rotordrehachse polarisiert, und diese Anordnung bedingt eine radiale Ausrichtung der neutra­ len Zone zwischen benachbarten Magnetpolen. Notwendiger­ weise radiale Ausrichtung angepaßten Leiterbahn-Abschnitten, was den Füllfaktor einer solchen flachen Statorwicklung ver­ mindert. Solche vielpoligen elektronisch kommutierten Gleichstrommotoren mit ebenem magnetischem Luftspalt weisen in der Regel einen geringen Wirkungsgrad auf, weil die Wechselwirkung zwischen Permanentmagnetpolen und den Spulen auf den unterschiedlichen Radien eine nicht-optimale, näm­ lich Radius-abhängige EMK erzeugt. Demgegenüber haben die erfindungsgemäß aufgebauten Gleichstrommotoren wegen der optimalen Geometrie und des hohen Füllfaktors der Stator­ wicklung einen deutlich höheren Wirkungsgrad.

Beim erfindungsgemäßen Motor ist die Plattenauflage bezüg­ lich des Rotors in axialer Stellung verstellbar und fest­ legbar. Vorzugsweise kann die axiale Verstellung und Fest­ legung der Plattenauflage gegenüber dem Rotor über eine Schraubverbindung erfolgen. Beispielsweise kann an der Plattenauflage ein Wellenabschnitt angeformt sein, von dem in axialer Richtung ein Schraubbolzen absteht. Dazu passend ist an einem Rotor-Wellenabschnitt ein Innengewinde ein­ geschnitten, in welches der Schraubbolzen einschraubbar ist.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann der Motor als Innenläufer ausgebildet sein und weist ein ge­ schlossenes topfförmiges Motorgehäuse auf, das druckdicht in einen Überdruckraum eines Plattenspeichers einsetzbar ist.

Weiterhin kann vorzugsweise der Arbeitsspalt zwischen dem Permanentmagenten am Rotor und der Statorwicklung von einer fest am Motorgehäuse angebrachten Sperre überdeckt sein, welche das Austreten von Staubpartikeln aus dem Motor in den Überdruckraum unterbindet.

Weiterhin ist es zweckmäig, die Komponenten des Gleich­ strommotors mit einem Austreten von Staubpartikeln verhin­ dernden Schutzüberzug zu bedecken.

Die mäanderförmige Leiterbahnanordnung kann eine durch Form­ wickeln erzeugte Drahtspule sein und weist dann einen beson­ ders hohen Kupferfüllfaktor auf. Alternativ kann die mäan­ derförmige Leiterbahnanordnung als gedruckte Schaltung aus­ gebildet sein. In beiden Fällen kann die mäanderförmige Leiterbahnanordnung aus mehreren Spulen bestehen, und die Anfänge oder Enden dieser Spulen sind - je nach Anwendungs­ fall - parallel oder in Reihe geschaltet.

Vorzugsweise übersteigt die Länge der Permanentmagnetpole die Länge der geraden hin- und herführenden Mäanderabschnit­ te nur geringfügig. Die vollständig im vielpoligen homogenen Magnetfeld befindlichen, miteinander verbundenen, hin- und herführenden Mäanderabschnitte sind längs des Umfanges eines Zylinders oder Kegelstumpfabschnittes eng benachbart im Abstand zur Umlaufbahn der Permanentmagentpol-Stirnflächen angeordnet, so daß eine optimale Leiterbahnanordnung zur Erzeugung des den Rotor antreibenden Magnetfeldes bei ent­ sprechend gesteuertem Stromdurchgang, durch den/die Leiter resultiert.

Die erfindungsgemäße Bauweise ermöglicht auch bei ver­ gleichsweise geringem Rotordurchmesser und Verwendung üblicher Magnetmaterialien wie etwa Ferrite für den Perma­ nentmagnetrotor eine ganz wesentliche Erhöhung des Dreh­ momentes im Vergleich zu herkömmlichen elektronisch kommu­ tierten Gleichstrommotoren bei außerordentlich hoher Gleich­ förmigkeit der Drehmomentverteilung über den Umfang in Ab­ hängigkeit vom Drehwinkel. Weiterhin können auf einem Rotor durch mehrfache Anwendung dieses Bauprinzips mehrere An­ triebsebenen innerhalb einer einzigen Rotationsebene um eine gemeinsame Drehachse herum realisiert werden. Derartige An­ triebsebenen können mechanisch-geometrisch phasenverschoben zueinander angeordnet sein, so daß eine weitere Steigerung der Gleichförmigkeit des Drehmoments resultiert. Schließ­ lich kann das vom Motor abgegebene Drehmoment zusätzlich über die Länge der Permanentmagnetpole beeinflußt werden. Wie bereits gesagt, weist die mäanderförmige Leiterbahnan­ ordnung als wirksame Abschnitte miteinander verbundene, hin- und herführende Mäanderabschnitte aus einer Anzahl paralle­ ler Leiterabschnitte auf. Die Anordnung dieser hin- und her­ führenden Mäanderabschnitte längs des Umfanges eines Zylin­ ders oder Kegelstumpfabschnittes erlaubt eine parallele Ausrichtung dieser hin- und herführenden Leiterabschnitte zur Drehachse des Rotors. Vorzugsweise sind auch die neutra­ len Zonen zwischen benachbarten Polen des Permanentmagneten parallel zu dieser Rotordrehachse ausgerichtet, so daß eine Anzahl gerader Leiterabschnitte resultiert, die sich in optimaler Anordnung zur Erzeugung eines den Rotor antreiben­ den Magnetfeldes befinden.

Dadurch wird ein hohes Anlaufmoment und ein hoher Wirkungs­ grad erhalten.

Zwischen den parallelen, hin- und herführenden Mäanderab­ schnitten werden vorzugsweise gleiche Abstände vorgesehen, die eine über den Umfang der zylindrischen oder Kegel­ stumpfabschnitt-förmigen Anordnung verteilte, gleichmäßige Polteilung ergeben, welche mit der Polteilung des Perma­ nentmagneten korrespondiert, d. h. übereinstimmt oder in einem ganzzahligen Verhältnis dazu steht. Besonders bevor­ zugt stimmt der Abstand zwischen einem geraden hinführenden Mäanderabschnitt und dem benachbarten geraden herführenden Mäanderabschnitt mit der Polbreite des Permanentmagneten überein. Auf diese Weise entspricht die Teilung der Polzahl über den Ringumfang des Permanentmagneten der Teilung der hin- und herführenden Mäanderabschnitte über den Umfang des Zylinders oder Kegelstumpfabschnittes. Allerdings ist eine übereinstimmende Anzahl der Pole und der hin- und herführenden Mäanderabschnitte nicht erforderlich. Beispielsweise können gegenüber 36 Polen von insgesamt 40 Permanentmagent­ polen 36 hin- und herführende Mäanderabschnitte vorgesehen werden, und gegenüber den restlichen 4 Permanentmagnet­ polen befinden sich keine hin- und herführenden Mäander­ abschnitte, weil der entsprechende Platz für Magnetfeld­ sensoren und/oder Kontaktierungen der Leiteranschlüsse ausgenutzt wird.

Die Länge der hin- und herführenden Mäanderabschnitte soll an die Länge der Permanentmagnetpole angepaßt sein, um ein optimales Antriebsmoment zu gewährleisten. Die Länge der Permanentmagnetpole ist nicht besonders beschränkt. Zur Anwendung als Antriebsaggregat für einen Winchester-Plat­ tenspeicher weist der erfindungsgemäße Gleichstrommotor vorzugsweise eine Pollänge zwischen 4 und 24 mm, beispiels­ weise eine Pollänge von etwa 9 mm auf.

Der/die Leiter der Leiterbahnanordnung besteht (bestehen) aus herkömmlichen, elektrisch leitenden Materialien mit vorzugsweise niedrigem spezifischem Ohm′schen Widerstand. Gut geeignet sind beispielsweise Leitermaterialien aus Cu, Al, Ag, Au, Pt und deren Legierungen. Jeder Leiter kann beliebigen, beispielsweise kreisrunden Querschnitt auf­ weisen. Vorzugsweise ist für den/die Leiter eckiger, insbesondere rechteckiger Querschnitt vorgesehen, um einen besonders hohen Füllfaktor zu erzielen. Für den/die Leiter können solche Querschnittsabmessungen vorgesehen werden, daß auch ohne zusätzlichen Träger eine stabile, selbsttragende mäanderförmige Leiterbahnanordnung eng benachbart zur Um­ laufbahn der Polflächen resultiert. Eine solche mäander­ förmige Leiterbahnanordnung kann durch Formwickeln er­ zeugt werden. Die Stabilität einer durch Formwickeln er­ zeugten Leiterbahn kann durch nachträgliche Imprägnierung mit flüssigem, aushärtendem Kunstharz oder durch Verwen­ dung von sogenannten Back-Lack-Draht erhöht werden. Weiter­ hin kann die durch Formwickeln erzeugte mäanderförmige Leiterbahnanordnung am Umfang des Rückschlußteils befestigt werden, beispielsweise mittels eines isolierenden Klebe­ mittels.

Vorzugsweise ist die mäanderförmige Leiterbahnanordnung auf einem Träger angeordnet und/oder in diesen eingebettet.

Beispielsweise kann eine sog. Multi-Layer-Anordnung reali­ siert werden, in welcher die Leiterbahnanordnung in her­ kömmlicher Form über Ätz- und/oder Additiv-Verfahren er­ zeugt oder durch "Multi-Wiring" aufgebaut wird. Die Fixie­ rung der Leiterbahnanordnung an einem Träger gewährleistet trotz minimaler Leiterquerschnittsabmessungen die notwendige Stabilität, um einen möglichst engen magnetischen Luftspalt zu ermöglichen. Der Träger kann aus üblichem, inertem, elektrisch isolierendem Trägermaterial bestehen; zu bei­ spielhaften Trägermaterialien gehören Polyesterfolien, Kaptonfolien, flexibles Keramikmaterial, glasfaserver­ stärkte Kunststoff-Folien, Gewebe aus Glasfasern, Kohlen­ stoff-Fasern, Aramide-Fasern und dergleichen. Das Träger­ material soll eine ausreichende Festigkeit aufweisen, so daß es eine freitragende Anordnung der Leiterbahnanordnung in engem Abstand zur Polflächen-Umlaufbahn ermöglicht. Vor­ zugsweise soll der Träger geringe Dicke aufweisen.

Die auf einem Träger fixierte Leiterbahnanordnung kann als gedruckte Schaltung ausgebildet sein. Für die als gedruckte Schaltung an und/oder in einem Träger ausgebildete mäan­ derförmige Leiterbahnanordnung, deren hin- und herführende Mäanderabschnitte aus einer Anzahl paralleler Leiterab­ schnitte bestehen, kommen die herkömmlichen Verfahren in Betracht, wie etwa additive oder substraktive Erzeugung, Sputtertechnik, Siebdruckverfahren und dgl. Mit diesen Verfahren zur Erzeugung einer gedruckten Schaltung kann be­ sonders einfach eine mäanderförmige Konfiguration der die Leiterbahnanordnung aufbauenden parallel geführten Leiter realisiert werden.

Vorzugsweise ist auf jeder Seite des Trägers eine aus mehre­ ren parallelen Leitern bestehende mäanderförmige Leiterbahn­ anordnung vorhanden. Bei einer solchen Anordnung kann wenig­ stens eine Leiterbahnanordnung auf einer Seite des Trägers gegenüber wenigstens einer weiteren Leiterbahnanordnung auf der anderen Seite des Trägers elektro-magnetisch phasenver­ schoben angeordnet sein. Ein Motor mit einer solchen phasen­ verschobenen Anordnung von wenigstens zwei getrennten, stromdurchflossenen Leiterbahnen läuft in jeder Rotor­ stellung mit eindeutiger Drehrichtung an. Die elektromagne­ tische Phasenverschiebung zwischen solchen getrennten Lei­ terbahnanordnungen auf verschiedenen Seiten des Trägers kann beispielsweise 60°, 90° oder 120° betragen. Alternativ kann auch eine deckungsgleiche Anordnung der auf den gegenüber­ liegenden Seiten des Trägers befindlichen Leiterbahnanord­ nungen vorgesehen werden. Eine solche deckungsgleiche An­ ordnung liefert eine höhere EMK und kann mit doppelter Betriebsspannung betrieben werden.

Unabhängig davon, ob die mäanderförmige Leiterbahnanordnung durch Formwickeln erzeugt worden, oder als gedruckte Schal­ tung ausgebildet ist, besteht jeder gerade hin- und herfüh­ rende Mäanderabschnitt der mäanderförmigen Leiterbahnanord­ nung aus einer Anzahl paralleler Leiterabschnitte. Diese Leiterabschnitte sind Bestandteil eines einzigen oder mehrerer, elektrisch voneinander getrennter Leiter. Im Falle mehrerer Leiter können die Anfänge und Enden jedes Leiters - je nach Anwendungsfall - parallel oder in Reihe geschaltet sein. Eine Serien-Schaltung der Leiter ermöglicht eine An­ passung an Nennspannungen. Durch Parallel-Schaltung bei gleicher Nennspannung kann das Anlaufmoment beeinflußt und bei höheren Drehzahlen die Gegen-EMK verringert werden.

Bei der Kontaktierung benachbarter Anfänge und/oder Enden der auf einer Seite des Trägers befindlichen Leiter müssen auf den Rotor zuzeigende Verdickungen vermieden werden, weil das eine unnötige Verbreiterung des magnetischen Luftspalts zur Folge hätte. Vorzugsweise werden solche miteinander zu verbindenden Anfänge und/oder Enden benachbarter Leiter auf Stoß geschweißt. Alternativ kann eine überlappende Anord­ nung dieser Anfänge und/oder Enden vorgesehen werden, wobei die resultierende Verdickung in das Trägermaterial hinein und/oder in den Bereich des anliegenden magnetischen Schlus­ ses versenkt wird.

Die Zahl der einzelnen Spulen bzw. Leiter einer mäander­ förmigen Leiterbahnanordnung ist nicht besonders begrenzt. Bei einem erfindungsgemäßen, mit einer Betriebsspannung von 12 Volt betriebenen Gleichstrommotor wurden gute Ergebnisse mit je einer elektromagnetisch phasenverschoben, auf jeder Seite des Trägers angeordneten Leiterbahnanordnung erzielt, die aus je sieben, parallel geführten Leitern in Mäander­ konfiguration besteht.

Bei all diesen Ausführungsformen kann die Leiterbahnanord­ nung auf dem Träger mittels eines Abdeckmittels fixiert sein, das die Leiterbahnanordnung auch gegenüber dem ihr zugeordneten magnetischen Schluß oder gegenüber einer wei­ teren Leiterbahnanordnung elektrisch isoliert.

Die erfindungsgemäß vorgesehene, mäanderförmige Leiter­ bahnanordnung weist zylindrische bzw. ringförmige Geometrie auf. Der Durchmesser eines solchen Ringes ist nicht beson­ ders beschränkt. Für die Anwendung als Antriebsaggregat beim Winchester-Speicher kommen beispielsweise Durchmesser zwi­ schen 40 und 120 mm in Betracht; vorzugsweise sind hierfür Durchmesser zwischen etwa 60 und 90 mm vorgesehen.

Als Sensoren für die Erfassung des Permanentmagnetpol- Magnetfeldes kommen Einrichtungen in Betracht, die auf dem Hallefekte, dem Wiegand-Effekt oder opto-elektronischen Effekten beruhen. Ferner kommen als Sensoren Näherungs­ schalter in Betracht. Derartige Sensoren sind bezüglich der magnetischen Polmitten aller stromdurchflossenen, paralle­ len, hin- und herführenden Mäanderabschnitte elektrisch winkelpräzise angeordnet, so daß die Kommutierung in den Nulldurchgängen des Magnetflusses erfolgt. Diese winkel­ präzise Anordnung kann neutral, voreilend oder nacheilend zur Kommutierung vorgesehen werden.

Die Sensoren liefern Signale an die Ansteuerelektronik zur Steuerung des Stromdurchganges durch die Leiterbahnanord­ nung(en). Es können Sensoren vorgesehen werden, die Ana­ logsignale liefern, etwa in Abhängigkeit von der Drehzahl. Vorzugsweise werden Sensoren vorgesehen, welche Digitalsig­ nale in Form von Rechteckimpulsen für die Ansteuerelektronik liefern. Neben der Kommutierung für den Motor kann aus diesen Rechteckimpulsen ein Regelsignal für die Drehzahl­ steuerung in Abhängigkeit von Last und Spannung gewonnen werden. Diese Drehzahlsteuerung kann insbesondere über eine Pulsbreitenregelung vorgenommen werden. Die Ansteuerelektro­ nik steuert den Stromfluß durch den Leiter, so daß diese(r) ein den Rotor antreibendes Magnetfeld erzeug(t)en. Bei­ spielsweise kann dieser Stromfluß durch An- und Ausschal­ ten oder durch Umpolung gesteuert werden. Hierzu kann die Ansteuerelektronik beispielsweise eine Schaltung nach der US-Patentschrift 43 09 675 aufweisen.

Zu den notwendigen Bestandteilen des erfindungsgemäßen Gleichstrommotors gehört ein magnetischer Schluß bzw. ein Rückschlußteil für das von dem Permanentmagneten des Rotors ausgehende und die Leiterbahnanordnung durchsetzende Magnetfeld.

Im Gegensatz zu bekannten Vorschlägen, die für den magne­ tischen Schluß beispielsweise Weicheisen vorsehen, soll er­ findungsgemäß dieser magnetische Schluß aus einem Material bestehen, das neben hoher Permeabilität nur geringe Um­ magnetisierungsverluste aufweist, insbesondere bei den hier auftretenden hohen Frequenzen - bei der erfindungsgemäß angestrebten Vielpolanordnung können Kommutierungsfrequen­ zen bis zu mehreren 100 kHz auftreten. Für das Material werden beispielsweise Permeabilitäten von über 40 bis zu 10 000 und mehr µ, vorzugsweise von 150 bis 2000 µ ange­ strebt. Als Material für einen solchen, stationär ange­ ordneten magnetischen Schluß kommen beispielsweise Sinter­ werkstoffe und/oder Pulverpreßstoffe mit hoher Permeabilität und geringer elektrischer Leitfähigkeit wie etwa Weichfer­ rite in Betracht.

Der Rotor des erfindungsgemäßen Gleichstrommotors weist einen oder mehrere Permanentmagente(n) auf, dessen/deren Pole im wesentlichen senkrecht zur Drehachse polarisiert sind.

Der Permanetmagnet eines Rotors kann aus einem einzigen, ge­ schlossenen Ring bestehen. Alternativ kann ein solcher Perma­ nentmagnet aus mehreren Segmenten bestehen, die auf einer zur Drehachse konzentrischen Kreisbahn angeordnet sind.

Zur Erzeugung der Pole in einem solchen Permanentmagneten geht man von permanentmagnetisierbaren Material hoher Koerzi­ tivkraft aus. Beispielsweise kann der Permanentmagnet aus pulverförmigem Magnetmaterial bestehen, das homogen in einer Kunststoffmatrix dispergiert ist. Als Magnetmaterialien kom­ men beispielsweise Ferrite, insbesondere Strontium- oder Bariumferrite sowie Sm/Co-Materialien, ausgewählte Seltene Erd-Verbindungen und dgl. in Betracht.

Ein geeigneter, sektorförmiger oder vorzugsweise ringförmiger Permanentmagnet ist vielpolig lateral magnetisiert und wird vorzugsweise an der zur Leiterbahnanordnung abgewandten Seite mit Rückschlußmaterial belegt. Hierfür kann beliebiges Weich­ eisenmaterial vorgesehen werden, weil keine Ummagnetisierung eintritt. Zweckmäßigerweise wird auf eine möglichst innige Verbindung zwischen Magnetmaterial und Rückschlußmaterial ge­ achtet. Hierzu kann das Rückschlußmaterial in die zur Herstel­ lung des Permanentmagenten vorgesehene Spritzgrußform eingelegt werden, und das thermoplatsiche, permanentmagentisierbare Material wird aufgespritzt bzw. aufgepreßt. Zweckmäßigerweise erfolgt die Stromstoßmagnetisierung an dem mit Rückschlußmate­ rial versehenen ringförmigen Magnetmaterial, bevor diese Ein­ heit in ein Gehäuse eingebaut wird, um induktive Magneti­ sierungsverluste in den umgebenden Gehäuseteilen und Feldver­ zerrungen zu vermeiden. Anstelle der Belegung mit Rückschluß­ material könnte auch ein ringförmiger Permanentmagnet größerer Poltiefe vorgesehen werden.

Die Anzahl und Größe der Pole des Permanentmagenten werden durch die Magnetisierungsbedingungen festgelegt. Die Pol­ breite eines einzelnen Poles, das ist dessen Abmessung in Umfangsrichtung des ringförmigen Permanentmagenten, kann vor­ zugsweise von ca. 2 bis 6 mm reichen. Die Poltiefe, das ist die Abmessung in radialer Richtung eines ringförmigen Permanent­ magneten, hängt von dem verwendeten Magnetmaterial ab; ins­ besondere bei Magnetmaterialien mit sehr hoher Koerzitiv­ kraft, wie etwa den Co/Sm-Materialien, kann eine geringere Poltiefe ausreichen. Vorzugsweise wird ein angenähert quad­ ratischer Querschnitt eines einzelnen Poles mit gleichen Wer­ ten von Polbreite und Poltiefe vorgesehen. Für einen als An­ triebsaggregat für einen Winchester-Speicher vorgesehenen er­ findungsgemäßen Gleichstrommotor ist beispielsweise eine Pol­ breite und eine Poltiefe von jeweils etwa 3,8 mm vorgesehen.

Die Ausrichtung der Polpolarisierung - nämlich im wesentlichen senkrecht auf die Rotor-Drehachse zu - erlaubt die Realisierung und optimale Ausnutzung einer hohen Polzahl bei vergleichsweise geringem Rotorumfang. Wie aus obigen Angaben über die Polbreite hervorgeht, kann ein ringförmiger Permanentmagnet mit einem Durchmesser von ca. 4 cm bereits 40 und mehr Pole aufweisen.

Insbesondere, wenn es auf Gleichförmigkeit des Drehmomentes und Konstanz der Umlaufgeschwindigkeit eines Motors ankommt, wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine hohe Polzahl angestrebt. Bei einem Rotor mit 32 und mehr Polen kann die Ab­ weichung der Drehzahlschwankung über den Umfang bei Anwendung einer entsprechenden Ansteuerelektronik vorzugsweise unter 1 Promille gehalten werden. Wenn zusätzlich jegliche magne­ tische Fesselung dank der glatten, nutenfreien Zylinderwand des Rückschlußteils ausgeschaltet ist, erzeugt ein solcher Motor praktisch keinerlei magnetische Laufgeräusche (Magneto­ striktion). Andererseits ist die erzielbare Polzahl keines­ wegs auf die oben angegebenen Werte beschränkt. Nach dem er­ findungsgemäßen Bauprinzip sind bereits Gleichstrommotoren realisiert worden, die mehr als 200 Pole, beispielsweise 512 Pole aufweisen.

Wie bereits angedeutet, kann ein Rotor mehrere, ring­ förmige, geschlossene Permanentmagneten aufweisen, die auf zur Drehachse konzentrischen Kreisbahnen mit unterschiedlichem Durchmesser angeordnet sind, um mehrere Antriebsebenen inner­ halb einer Rotationsebene um eine gemeinsame Drehachse herum zu realisieren. Hierbei können einzelne Antriebsebenen moto­ risch betrieben und eine oder mehrere weitere Ebene(n) gene­ ratorisch betrieben werden, beispielsweise als Tachogenerator. In dem resultierenden Ringspalt zwischen zwei synchron rotie­ renden Permanentmagenten kann lediglich eine Leiterbahnanordnung mit einer oder mehreren stromdurchflossenen Mäanderspulen vor­ gesehen sein. In einem solchen Falle dient jeder Permanentmagent wechselseitig als magnetischer Schluß für den anderen Permanent­ magneten. Alternativ kann in einem Ringspalt mit angepaßter Breite jedem Permanentmagent eine Leiterbahnanordnung mit einer oder mehreren Mäanderspulen zugeordnet sein, wobei der Raum zwischen den Leiterbahnanordnungen mit einem magnetischen Schluß ausgefüllt ist, der als Bestandteil der Statoranordnung sta­ tionär abgebracht ist. Nach einer weiteren Abwandlung könnte im Raum zwischen den beiden Leiterbahnanordnungen auch ein rotierender magnetischer Rückschluß für die Permanentmagneten untergebracht sein.

Nachstehend wird die Erfindung mehr im einzelnen anhand bevorzugter Ausführungsformen mit Bezugnahme auf die Zeich­ nungen erläutert; die letzteren zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung eines Schnitt in axialer Richtung durch einen erfindungs­ gemäßen, als Außenläufer ausgebildeten Gleichstrommotor;

Fig. 2 in schematischer Darstellung anhand eines Querschnittes längs der Linie II-II aus Fig. 1 die gegenseitige Zuordnung von Rotor und Sta­ toranordnung beim Motor nach Fig. 1;

Fig. 3 in schematischer Darstellung einen Schnitt in axialer Richtung durch eine weitere Ausführungs­ form eines erfindungsgemäßen, als Innenläufer ausgebildeten Motors, der druckdicht in den Überdruckraum einer Speichereinrichtung einge­ setzt ist;

Fig. 4 in schematischer Darstellung einen Schnitt in axialer Richtung durch eine weitere Ausführungs­ form eines erfindungsgemäßen Motors, dessen Rotor zwei benachbarte, ringförmige Permanentmagnete aufweist;

Fig. 5a und 5b ausschnittsweiser Darstellung weitere Ausführungsformen erfindungsgemäßer Motoren, bei denen mehrere Antriebsebenen innerhalb einer Rota­ tionsebene um eine gemeinsame Achse realisiert sind;

Fig. 6 ebenes Bandmaterial mit einer gedruckten Schaltung zur Erzeugung einer erfindungsgemäß vorgesehen mäanderförmigen Leiterbahnanordnung; und

Fig. 7 anhand graphischer Darstellung einen Vergleich der Gleichförmigkeit der Drehmomentsverteilung zwischen einem erfindungsgemäßen Motor und einem herkömmlichen Gleichstrommotor.

Die Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Gleichstrommotor, dessen Rotor 30 und eine Drehachse 1 drehbar gelagert ist. Dieser Motor weist eine Grundplatte 10 auf, an welcher die wesentlichen Motorkomponenten befestigt sind. Diese Grund­ platte 10 kann aus verstärktem Kunststoffmaterial oder aus nicht-magnetischem, metallischem Material wie etwa Aluminium bestehen. Am Innenumfang der im wesentlichen ringförmigen Grundplatte 10 ist einstückig eine Hüle 11 angeformt, in deren Bohrung die Lager für die Welle des Rotors 30 einge­ setzt sind. Bei diesen Lagern kann es sich beispielsweise um Kugellager oder Gleitlager handeln. In der dargestellten Ausführungsform sind zwei in axialer Richtung im Abstand zu­ einander angeordnete Kugellager 12 und 12′ vorgesehen. Das obere Kugellager 12 liegt an einem Spannring 13 an, der in eine am Außenumfang der Rotorwelle ausgesparte Ringnut ein­ gesetzt ist. Hierdurch ist das obere Kugellager 12 gegenüber einer axialen Verschiebung begrenzt. Oberhalb dieses Spann­ ringes 13 befindet sich eine Dichtung 14, die selbst den Austritt feinster Staubpartikel verhindert.

Am Außenumfang eines ringförmigen, von der Grundplatte 10 in axialer Richtung nach unten abstehenden Flansches 15 liegt der magnetische Schluß der Stator-Anordnung an. Bei der dar­ gestellten Ausführungsform besteht dieser magnetische Schluß aus einem Ring 21 aus Weichferrit. Am glatten Außenumfang des Ringes 21 liegt - unter Zwischenschaltung einer elektrischen Isolierung - die mäanderförmige Leiterbahnanordnung 20 an. Eine Ansteuerelektronik 23 ist auf einer ringförmigen Platine 24 im Ringraum innerhalb der Leiterbahnanordnung 20 und mit dieser direkt verbunden, angeordnet. Über eine - nicht darge­ stellte - Zuführungsleitung kann die Ansteuerelektronik 23 mit Strom und Spannung zum Betrieb des Motors versorgt werden. Wei­ terhin sind - nicht dargestellte - Sensoren vorhanden, welche die Stellung des Magnetfeldes des Rotors gegenüber der Stator­ anordnung erfassen und die Ansteuerelektronik 23 mit den ent­ sprechenden Signalen versorgen.

Eng benachbart im Abstand zu den hin- und herführenden Mäander­ abschnitten der mäanderförmigen Leiterbahnanordnung in Zylinder­ konfiguration rotieren die Polflächen des Permanentmagenten 31 des Rotors 30. In der dargestellten Ausführungsform ist dieser Permanentmagnet 31 ringförmig ausgebildet und besteht aus pul­ verförmigem Magnetmaterial, das in einer ausgehärteten Kunst­ stoffmatrix dispergiert ist. Der Innenumfang des Permanentmag­ netringes 31 weist eine glatte Oberfläche auf. Am Außenumfang der Permanentmagnetringes 31 ist magnetisches Rückschlußmaterial in Form eines Weicheisenringes 32 angebracht. Von der Innenseite des Rotorgehäuses 34 steht ein, konzentrisch zur Drehachse 1 angeordneter zylinderischer Ansatz nach innen vor und bildet den Wellenabschnitt 35 des Rotors. Am Außenumfang dieses Rotor- Wellenabschnittes 35 ist eine Stufe ausgespart, mit welcher der Rotorwellenabschnit 35 fest am drehbar gehaltenen Innenring des unteren Kugellagers 12′ anliegt. Mit seinem ortsfest ge­ haltenen Außenumfang liegt dieses untere Kugellager 12′ an der Bohrung der Hülse 11 der Grundplatte 10 an und ist gegen axiale Verschiebung gegenüber der Hülse 11 durch einen Spann­ ring 16 gesichert, der in eine am Innenumfang der Hülse 11 aus­ gesparte Ringnut eingesetzt ist. Aus dem Vollmaterial des Ro­ tor-Wellenabschnittes 35 ist ein konzentrisch angeordnetes - in der dargestellten Ausführungsform durchgehendes - Innengewinde 36 herausgeschnitten. Bei einer alternativen Ausführungsform könnte das von der Innenseite ausgehende Innengewinde 36 nicht durchgängig sein, sondern vor dem Rotorgehäuse enden.

Eine im wesentlichen hutförmige Plattenauflage 40 weist eine Abdeckplatte 41 auf, von der ein zylindrischer, kon­ zentrisch zur Drehachse angeordneter Wandabschnitt 42 ab­ steht, der in einem sich in radialer Richtung erstreckenden Flanschabschnitt 43 endet. Die Oberseite des Flanschabschnittes 43 definiert die Plattenauflage-Ebene "B". Der Innenumfang des zylindrischen Wandabschnittes 42 ist in engem Abstand dreh­ bar zum Außenumfang der Hülse 11 gehalten. Von der Abdeckplatte 41 steht ein mittig angeordneter Wellenabschnitt 44 der Platten­ auflage 40 nach innen vor. Mit seinem Außenumfang liegt dieser Plattenauflage-Wellenabschnitt 44 sowohl am drehbar gehaltenen Innenring des oberen Kugellagers 12 wie am drehbar gehaltenen Innenring des unteren Kugellagers 12′ an. Der ortsfest gehal­ tene Außenring des oberen Kugellagers 12 liegt an der Innenwand der Hülse 11 an. Zwischen dem oberen Kugellager 12 und dem unteren Kugellager 12′ ist ein ringförmiger Abstandshalter 17 eingesetzt, der an der Oberseite einer Wellfeder 18 an­ liegt, die sich mit ihrer Unterseite am Spannring 16 abstützt. Von der Stirnfläche des Plattenauflage-Wellenabschnittes 44 steht ein mittig angeordneter, mit Außengewinde 46 versehener Schraubbolzen 45 ab. Dieser Schraubbolzen ist in das Innen­ gewinde 36 am Rotor-Wellenabschnitt 35 einschraubbar und weist einen ballig abgerundeten Endabschnitt 47 auf. Zur Erdung des Rotors kann dieser ballige Endabschnitt 47 an einer - nicht dargestellten - geerdeten Kontaktfeder anliegen.

Der Schraubbolzen 45 wird in das Innengewinde 36 am Rotor- Wellenabschnitt 35 eingeschraubt, bis die Wellfeder 18 mecha­ nisch gespannt wird. Durch das Anstellen der Drehkraft gegen­ über der Wellfeder 18 kann der Abstand "A" zwischen der Plat­ tenauflage-Ebene "B" und einer durch die Grundplatte 10 de­ finierte Bezugsebene "C" sehr genau eingestellt werden. Bei der hier beschriebenen Ausführungsform ließ sich der Abstand "A" auf wenige µm genau einstellen. Nach Vornahme der gewünsch­ ten Einstellung wird der Schraubbolzen 45 gegen eine Verstel­ lung gegenüber dem Innengewinde 36 gesichert, beispielsweise durch ein Kelbemittel. Sofern das Rotorgehäuse 34 und die Plattenauflage 40 aus Aluminium oder einem anderen metalli­ schen Material wie etwa "Zamak" bestehen, kann als Klebemittel beispielsweise "Loktite" dienen.

Für den Gleichstrommotor nach Fig. 1 wird nachstehend die gegenseitige Zuordnung von Permanentmagnet des Rotors und mäanderförmige Leiterbahnanordnung des Stators mit Bezugnahme auf Fig. 2 erläutert. Fig. 2 zeigt in schematischer Darstel­ lung einen Querschnitt längs der Linie II-II aus Fig. 1. Aus Gründen der größeren Übersicht ist lediglich ein ca. 90°C um­ fassendes Segment der vollständigen Ringanordnung dargestellt.

Von außen nach innen gesehen schließt sich unmittelbar an die Innenwand des Weicheisenringes 32 die Außenwand des ringför­ migen Permanentmagenten 31 an. Die Einzelpole 38, 38′, 38′′, 38′′′ usw. des ringförmigen Permanentmagenten 31 sind alter­ nierend in radialer Richtung, d. h., senkrecht auf die Drehachse zu aufmagnetisiert, was schematisch anhand der Orientierung der Pfeile "a" angedeutet ist. In der dargestellten Ausfüh­ rungsform entspricht die Poltiefe "b" - das ist die Polabmes­ sung in radialer Richtung - im wesentlichen der Polbreite "c", nämlich der Polabmessung in axialer Richtung.

In engem Abstand (der in Fig. 2 aus Gründen der Übersicht­ lichkeit größer dargestellt ist) zum Innenumfang des ring­ förmigen Permanentmagenten 31 ist stationär ein Träger 26 einer gedruckten Schaltung angebracht. An der Außenseite des Trägers sind je drei Leiterabschnitte 27′, 27′′ und 27′′′ eines hinführenden Mäanderabschnittes 27 der als gedruckte Schaltung ausgebildeten mäanderförmigen Leiterbahnanordnung angebracht. Im Abstand dazu Verlaufen an der Außenseite des Trägers 26 je drei Leiterabschnitte 28′, 28′′ und 28′′′ eines herführenden Mäanderabschnittes 28 der Leiterbahnanordnung.

Entsprechende hin- und herführende Mäanderabschnitte der Leiterbahnanordnung befinden sich - elektromagnetisch ver­ setzt angeordnet - auf der Innenseite des Trägers. Die an der Innenseite des Trägers befindlichen Mäanderabschnitte liegen - durch eine elektrische Isolierung 29 getrennt - un­ mittelbar am Außenumfang eines Ringes 21 aus Weichferrit an, welcher den magnetischen Schluß für das die Leiterbahnan­ ordnung durchsetzende Permanentmagnetfeld bildet.

Die Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfin­ dungsgemäßen Gleichstrommotors. Im wesentlichen enthält dieser Motor die gleichen Komponenten wie der Motor nach Fig. 1; jedoch ist gegenüber jenem die Anordnung von Rotor und Stator vertaucht. Beim Motor nach Fig. 3 rotiert der ringförmige Permanentmagent des Rotors innerhalb einer kon­ zentrischen zylindrischen Leiterbahnanordnung, die ihrer­ seits am Motorgehäuse abgestützt ist (Innenläufer).

Im einzelnen weist der Motor nach Fig. 3 ein topfförmiges Motorgehäuse 111 auf, von dessen Rand ein Ringflansch 110 radial absteht. Mit diesem Ringflansch 110 ist der Motor druckdicht in eine kreisförmige Aussparung eines Gehäuses 102 einsetzbar, das einen Überdruckraum 103 umschließt. Bei Bedarf kann im Abdichtungsbereich eine - nicht dargestellte - Dichtvorrichtung vorgesehen werden. Innerhalb diese Überdruck­ raumes befinden sich die vom Motor angetriebenen, rotierenden Speichermedien 104 und 104′, die über einen ringförmigen Ab­ standshalter 105 voneinander getrennt sind. Eine Deckplatte 106 drückt diese Speichermedien 104 und 104′ in eine stufen­ förmige Aussparung am Außenumfang eines Rotorkörpers 130.

Am Innenumfang des zylindrischen Abschnittes des Motorge­ häuses 111 liegt der magnetische Schluß für das die Leiter­ bahnanordnung 120 durchsetzende Magnetfeld des rotierenden Permanentmagneten an. In der dargestellten Ausführungsform besteht dieser magnetische Schluß aus einem magnetischen Ring 121 aus Weichferrit. Ein enger Spalt trennt die Leiterbahn­ anordnung 120 von den Polflächen des rotierenden, ringförmigen Permanentmagenten 131. Der ringförmige Permanentmagent 131 ist längs seines Innenumfanges an einem Weicheisenring 132 abgestützt, der seinerseits fest an einem axial abstehenden Ringflansch 133 des Rotorkörpers 130 angebracht ist. Inner­ halb des von der Leiterbahnanordnung 120 umschlossenen Ring­ raumes befindet sich die Ansteuerelektronik 123, die auf einer ringförmigen Platine 124 angebracht ist, die ihrerseits an der Innenseite des Bodens des Motorgehäuses 111 abgestützt ist. Über - nicht dargestellte - Zuführungsleitungen wird die Ansteuerelektronik 123 mit Strom und Spannung zum Antrieb des Motors versorgt. Im freien Raum unterhalb des Permanent­ magneten 131 erstreckt sich die Platine 124 bis zur Leiter­ bahnanordnung 120, so daß eine direkte Verbindung mit den zur Ansteuerelektronik 123 führenden Anschlüssen möglich ist.

Vom Boden des Motorgehäuses 111 erstreckt sich mittig in axialer Richtung ein mit dem Motorgehäuse 111 einstückig ausgebildeter Zapfen 115 nach innen, an dessen Außenumfang die festgehaltenen Innenringe der Lager 112 und 112′ an­ liegen. Der Endabschnitt des Zapfens 115 ist abgestuft, so daß eine mittige Verlängerung 116 resultiert, an deren Umfang ein Außengewinde 117 eingeschnitten ist. Am balligen Ende der Verlängerung 116 liegt eine Kontaktfeder zur Erdung des Rotors an.

Am Innenumfang des im wesentlichen hülsenförmigen Rotorkörpers 130 liegen die drehbar gehaltenen Außenringe der Lager 112 und 112′ an. Am Innenumfang des Rotorkörpers 130 ist eine Ringnut ausgespart, in welche ein Spannring 134 eingesetzt ist, der das obere Lager 112 gegen eine axiale Verschiebung gegen­ über dem Rotorkörper 130 abstützt. Am Innenumfang des Rotorkör­ pers 130 liegt ein ringförmiger Abstandshalter 135 an, der sich mit seiner Oberseite an der Unterseite des Spannringes 134 und mit seiner Unterseite an der Oberseite einer ringförmigen Well­ feder 136 abstützt. Diese Wellfeder 136 liegt mit ihrer Unter­ seite an der Oberfläche des drehbar gehaltenen Außenringes des unteren Lagers 112′ an. Der festgehaltene Innenring dieses unteren Lagers 112′ ist eine Stufe am Zapfen 115 des Motorgehäuses 11 eingesetzt.

Ein mit Innengewinde versehenes Gewindestück 118 kann auf das Außengewinde 117 der Zapfenverlängerung 116 aufgeschraubt werden. Mit einer Aussparung an seinem Außenumfang liegt dieses Gewindestück 118 am festgehaltenen Innenring des oberen Lagers 112 an. Über das Anziehen des Gewindestückes 118 kann wiederum die axiale Anordnung des Rotorstückes 130 gegenüber dem Motor­ gehäuse 111 sehr genau festgelegt werden.

Nach Sicherung der Schraubverbindung zwischen Gewindestück 118 und Zapfenverlängerung 116 wird die mittige Öffnung des Rotor­ stückes 130 mittels einer Abdeckkappe 137 verschlossen.

Bei dieser Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gleichstrom­ motors befinden sich die den Rotor 130 und damit auch die Plat­ tenauflage drehbar haltenden Lager 112 und 112′ innerhalb des Überdruckraumes 103, so daß eine Lagerdichtung nicht erforder­ lich ist. Der Arbeitsspalt zwischen dem Permanentmagneten 131 am Rotor 130 und der fest am Motorgehäuse 111 angebrachten Lei­ terbahnanordnung 120 ist mit einer Sperre 119 überdeckt, die an der Oberseite des Ringflansches 110 angebracht ist. Diese Sper­ re 119 unterbindet das Austreten von Staubpartikeln aus dem Motor in den Überdruckraum 103. Zusätzlich kann es für diese Ausführungsform zweckmäßig sein, sämtliche Komponenten des Mo­ tors mit einem das Ablösen und Austreten von Staubpartikeln verhindernden Schutzüberzug zu bedecken.

Die mit Fig. 4 dargestellte Ausführungsform eines erfindungs­ gemäßen Gleichstrommotors ist im wesentlichen analog zum Motor nach Fig. 1 aufgebracht. Abweichend ist der beim Motor nach Fig. 1 vorgesehene stationäre magnetische Schluß hier durch einen wei­ teren ringförmigen Permanentmagenten ersetzt, der am Rotor an­ gebracht ist.

Im einzelnen befindet sich hier die stationär angebrachte zylindrische Leiterbahnanordnung 220 im Arbeitsspalt zwischen zwei ringförmigen Permanentmagneten 231 und 233. Am Umfang des äußeren Permanentmagenten 231 liegt der Weicheisenring 232 an. Der konzentrisch zum äußeren Permanentmagenten 231 angeordnete innere Permanentmagnet 233 liegt mit seinem Innenumfang an einem Weicheisenring 234 an. In diesem Falle wirkt jeder Permanentmagnet 231 und 233 wechselseitig als magnetischer Schluß für das die Leiterbahn 220 durchsetzende Permanentmagnetfeld des anderen Permanentmagneten.

Anhand der Fig. 5a und 5b sind schematisch verschiedene Al­ ternativen zur Realisierung eines erfindungsgemäßen Motors mit mehreren Antriebsebenen innerhalb einer Rotationsebene um eine gemeinsame Drehachse herum angedeutet. Der Motor nach Fig. 5a weist drei ringförmige, innerhalb einer gemeinsamen Ebene konzentrisch zueinander angeordnete Permanentmagente 331, 332 und 33 auf, die fest an einem Rotor 330 angebracht sind. Im Arbeitsspalt zwischen den Permanentmagenten 332 und 333 befindet sich die zweite Leiterbahnanordnung 321. Der Permanent­ magnet 331 dient als magnetischer Schluß für das vom Permanent­ magneten 332 ausgehende und die Leiterbahnanordnung 320 durch­ setzende Magnetfeld. An der zur Leiterbahnanordnung 320 ab­ gewandten Seite ist der Permanentmagnet 331 mit einem Weicheisen­ ring 335 belegt. In gleicher Weise dient der Permanentmagnet 333 als magnetischer Schluß für das vom Permanentmagnet 332 ausgehende und die Leiterbahnanordnung 321 durchsetztende Magnetfeld. An der zur Leiterbahnanordnung 321 entfernten Seite ist der Perma­ nentmagnet 333 mit einem Weicheisenring 334 belegt. Durch ent­ sprechende Ansteuerung der Leiterbahnanordnung 320 und 321 werden mit diesem Motor zwei Antriebsebenen erhalten.

Auch die Ausführungsform nach Fig. 5b liefert zwei Antriebs­ ebenen. Fig. 5b zeigt einen Ausschnitt aus einer Ausführungs­ fomr eines erfindungsgemäßen Motors, der im wesentlichen ent­ sprechend dem Motor nach Fig. 1 aufgebaut ist. Ergänzend und abweichend zum Motor nach Fig. 1 ist ein zweiter am Rotor befestigter Permanentmagnet vorgesehen. Innerhalb des Ring­ spaltes zwischen den beiden Permanentmagneten befindet sich ein stationär angeordneter magnetischer Schluß.

Im einzelnen sind am Rotor 430 des Motors nach Fig. 5b inner­ halb einer Rotationsebene konzentrisch zueinander zwei Per­ manentmagnete 431 und 433 befestigt. Ein ringförmiger Spalt zwischen diesen beiden Permanentmagneten 431 und 433 ist aus­ reichend bemessen, um darin einen an der Motorgrundplatte 410 stationär befestigten magnetischen Schluß in Form eines Rin­ ges 421 aus Weichferrit unterzubringen, der an seiner Innen­ seite und an seiner Außenseite mit je einer Leiterbahnanordnung 420 und 423 versehen ist. Somit befindet sich die erste Leiter­ bahnanordnung 420 im ersten Arbeitsspalt zwischen Permanentmag­ net 431 und stationärem magnetischem Schluß 421. Die zweite Leiterbahnanordnung 423 befindet sich im zweiten Arbeitsspalt zwischen dem anderen Permanentmagneten 433 und dem stationären magnetischen Schluß 421. Der Permanentmagnet 431 ist an der zum Arbeitsspalt abgewandten Seite mit einem Weicheisenring 432 be­ legt. In gleicher Weise ist der Permanentmagent 433 an seiner zum zweiten Arbeitsspalt abgewandten Seite mit einem Weicheisen­ ring 434 belegt.

Die Fig. 6 zeigt ebenes Band- oder Streifenmaterial zur Er­ zeugung einer mäanderförmigen Leiterbahnanordnung mit mehreren parallel geführten Leitern für einen erfindungsgemäßen Gleich­ strommotor. Nach üblichen Ätzverfahren ist an dem ursprünglich beidseitig mit einer dünnen Kupferfolie bedeckten Trägermaterial auf jeder Seite je eine mäanderförmige Leiterbahnanordnung er­ zeugt worden. Wie dargestellt, besteht jede Leiterbahnanordnung aus drei parallel geführten Leitern, von denen jeder einen An­ fangs- und Endanschluß aufweist. Die langen, einander gegenüber­ liegenden, hin- und herführenden Mäanderabschnitte bestehen je­ weils aus einer Anzahl - im dargestellten Fall drei - paralleler Leiterabschnitte. Zusätzlich sind seitlich zu der Leiterbahnan­ ordnung Markierungsmarken vorhanden. Die miteinander fluchtende Ausrichtung dieser Markierungsmarken nach dem Ringschluß des ebenen Band- oder Streifenmaterial gewährleistet die gewünschte, bestimmte Konfiguration der Leiterbahnanordnung.

Die Fig. 7 zeigt anhand einer graphischen Darstellung längs der Ordinate den Betrag der winkelabhängigen Drehmomentschwan­ kungen bei einer Motorumdrehung um 360° (längs der Abszisse). Im einzelnen zeigt Kurve A des Stillstandsmoment eines herkömm­ lichen Motors. Die Kurve B zeigt das Relkutanzmoment des näm­ lichen herkömmlichen Motors. Die Kurve A′ zeigt das Stillstands­ moment und die Kurve B′ das Reluktanzmoment eines erfindungs­ gemäßen Gleichstrommotors mit 40 Polen.

Claims (9)

1. Elektronisch kommutierter Gleichstrommotor mit einem Rotor (30), mit wenigstens einem Permanentmag­ neten (31), mit wenigstens vier konzentrisch zur Rotor­ drehachse (1) angeordneten und im wesentlichen senkrecht zu dieser polarisierten Polen (38, 38′, 38′′, 38′′′), be­ nachbart zu einem ringförmigen Rückschlußteil (21), ferner mit einer Statorwicklung im Ringspalt zwischen Rotor (30) und Rückschlußteil (31), mit wenigstens einer mäander­ förmigen Leiterbahnanordnung (20), mit geraden, unter­ einander parallel ausgerichteten hin- oder herführenden Mäanderabschnitten (27, 28), weiterhin mit einer Einrichtung zur Erfassung der Winkel­ position des Rotors (30) gegenüber den geraden hin- oder her­ führenden Mäanderabschnitten (27, 28) und mit einer Ansteuerelektronik (23), die anhand der von der Erfassungseinrichtung gebildeten Signale den Stromfluß durch die Leiterbahnanordnung (20) so steuert, damit diese ein den Rotor (30) angtreibendes Magnetfeld erzeugt, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:
jeder hin- oder herführende Mäanderabschnitt (27, 28) besteht aus einer Anzahl paralleler Leiterabschnitte (27′, 27′′, 27′′′; 28′, 28′′, 28′′′);
es ist eine mit dem Rotor (30) gekoppelte Plattenauflage (40) mit einem - bezüglich der Rotordrehachse (1) - radial abstehenden Flanschabschnitt (43) zur Auflage einer Speicherplatte vorhanden; und
die Plattenauflage (40) ist bezüglich des Rotors (30) in axialer Richtung verstellbar und festlegbar, um eine durch den Flanschabschnitt (43) definierte Plattenauflage- Ebene "B" auf einige Mikrometer genau gegenüber einer dazu parallelen Bezugsebene "C" am Motorgehäuse einzu­ stellen.

2. Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Verstellung und Festlegung der Plattenauflage (40) gegenüber dem Rotor (30) über eine Schraubverbindung (36, 46) erfolgt.

3. Gleichstrommotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der Plattenauflage (40) ein Wellenabschnitt (44) ange­ formt ist, von dem in axialer Richtung ein Schraubbolzen (45) absteht; und
an einem Rotor-Wellenabschnitt (35) ein Innengewinde (36) eingeschnitten ist, in welches der Schraubbolzen (45) ein­ schraubbar ist.

4. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor als Innenläufer ausgebildet ist; und ein geschlossenes topfförmiges Motorgehäuse (111) auf­ weist, das druckdicht in einen Überdruckraum (103) eines Plattenspeichers einsetzbar ist (Fig. 3).

5. Gleichstrommotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsspalt zwischen dem Permantentmagneten (131) am Rotor (130) und der Statorwicklung (120) von einer fest am Motorgehäuse (11) angebrachten Sperre (119) überdeckt ist, welche das Austreten von Staubpartikeln aus dem Motor in den Überdruckraum (103) unterbindet.

6. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponenten des Gleichstrommotors mit einem das Aus­ treten von Staubpartikeln verhindernden Schutzüberzug be­ deckt sind.

1. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die mäanderförmige Leiterbahnanordnung (20) eine durch Formwickeln erzeugte Drahtspule ist.

8. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die mäanderförmige Leiterbahnanordnung (20) als gedruckte Schaltung ausgebildet ist.

9. Gleichstrommotor nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die mäanderförmige Leiterbahnanordnung (20) aus mehreren Spulen besteht (Fig. 6).