DE3518222A1

DE3518222A1 - Elektromotor in flachbauweise

Info

Publication number: DE3518222A1
Application number: DE19853518222
Authority: DE
Inventors: Frank Robert Mount Laurel N.J. Reed
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1984-05-21
Filing date: 1985-05-21
Publication date: 1986-01-23
Also published as: JPS60255028A; US4577130A; GB8512096D0; GB2159341B; KR850008573A; IT8520673A0; FR2564653A1; FR2564653B1; GB2159341A; AT386496B; IT1183614B; JPH0732550B2; ATA153485A

Description

RCA 80796 Dr.v.B/Ri

RCA Corporation Princeton, N.J. (US)

Elektromotor in Flachbauweise

Die vorliegende Erfindung betrifft die Bildung einer Spule auf einer Platte, die eine elektrisch nichtleitende Beschichtung aufweist und beispielsweise in Statoranordnungen von Elektromotoren verwendet werden kann, insbesondere von bürstenlosen, nutlosen Permanentmagnetmotoren mit axialem Feld, die in Flachbauweise ausgeführt sind und wegen ihrer geringen axialen Abmessung häufig auch als Scheibenoder Pfannkuchenmotoren bezeichnet werden.

Das niedrige Profil, d.h. die geringe axiale Abmessung von Scheibenmotoren ist von Vorteil sowohl hinsichtlich des Aussehens der sie enthaltenden Geräte (z.B. Ton- und Bildplattenspieler mit niedriger Silhouette) als auch hinsichtlich ihrer praktischen Brauchbarkeit, z.B. im Falle von Diskettenlaufwerken, bei denen zwei schmale Laufwerke in einem Raum untergebracht werden sollen, der ursprünglich nur für ein einziges Laufwerk bestimmt war. Andere Anwendüngen, bei denen der Raum begrenzt ist und die sich

daher gut für die Verwendung kompakter Scheibenmotoren eignen, sind Videobandgeräte, wo solche Motoren beispielsweise als Kopfrad-, Bandspulen- und Capstan-Antriebe verwendet werden können. 5

Scheibenmotoren sind bekannt, ein typisches Beispiel ist in der US-PS 4,220,879 (Hashimi et al) beschrieben. Der dort beschriebene Motor ist recht kompakt, was zum Teil auf der Verwendung einer Statorplatte mit gedruckten Leitern zurückzuführen ist, die zwischen den Statorspulen (anstatt unterhalb von diesen) angeordnet ist. Die Statoranordnung als Ganzes ist jedoch relativ kompliziert und enthält eine Anzahl von Teilen, die getrennt montiert werden müssen. Beispielsweise sind die (vier) Statorspulen auf "Wicklungsblöcke" (d.h. Spulenkörper) gewickelt, die durch Schrauben an der Basisplatte des Stators befestigt sind. Zusätzlich zur komplizierten Montage dieses Motors werden durch die Verwendung von Spulenkörpern in unerwünschter Weise die axiale Abmessung des Motors vergrößert und sein thermischer Wirkungsgrad herabgesetzt.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, eine Spule auf einer Platte in einer Art und Weise zu bilden, die eine erhebliche Vereinfachung der Konstruktion ermöglicht. Beispielsweise wird durch diese Konstruktion bei Scheibenmotoren die Notwendigkeit, in der fertigen Statoranordnung Spulenkörper verwenden zu müssen, beseitigt, so daß die axiale Abmessung der Statoranordnung verringert, die Kühlung verbessert und außerdem auch die Anzahl der Arbeitsschritte verringert werden, die zur Montage der verschiedenen Teile des Motors erforderlich sind. Insbesondere wird gemäß der Erfindung eine Spulenanordnung auf einer Platte mit mindestens einem erhöhten Abgriff

geschaffen, der eine versetzte Biegung aufweist. An der Platte wird eine Spule durch Einschließen einer Anzahl von Windungen der Spule zwischen den Abgriff und die Oberfläche der Platte befestigt.

Die Lehren der vorliegenden Erfindung lassen sich mit besonderem Vorteil bei bürstenlosen, nutlosen Elektromotoren mit axialem Feld anwenden, welche eine Statoranordnung mit einer Flußrückschlußplatte aufweisen, die ein Material mit hoher magnetischer Permeabilität enthält und eine angeformte, elektrisch nichtleitende Beschichtung, auf der die Statorspulen montiert sind, aufweist.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:
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Figur 1 einen axialen Schnitt eines Scheibenmotors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Figur 2 eine genauere, vergrößerte Ansicht eines Teiles des Motors gemäß Figur 1;

Figur 3 und 4 eine Draufsicht auf die Oberseite bzw. Unterseite der Statoranordnung des Motors gemäß Figur 1;
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Figur 5 eine perspektivische Ansicht der Magnetseite einer Rotoranordnung des Motors gemäß Figur 1;

Figur 6 eine vereinfachte Darstellung einer Modifikation des Motors gemäß Figur 1;

Figur 7 ein Schaltbild einer gedruckten Schaltung der Statoranordnung gemäß Figur 4 und

Figur 8 eine Schnittansicht eines Teiles der Statoranordnung des Motors gemäß Figur 1, aus der die Anordnung eines Domes ersichtlieh ist, der zur Erleichterung des Aufbringens der Wicklung einer Statorspule gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung dient.

In Figur 1 ist beispielsweise eine bevorzugte Konfiguration eines Motors dargestellt, der gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist und sich für die Verwendung in Audio- und Videoplattenspielern eignet. Der Motor enthält eine Rotoranordnung 10 mit einer Rotorplatte 12, an der eine Rotorwelle mittels einer Plattenzentriernabe 16 befestigt ist, so daß die Rotoranordnung des Motors gleichzeitig als Plattenteller dient und die Nabe 16 die Platte zentriert und positioniert. Die Rotoranordnung enthält einen axial magnetisierten Magnetpolring 18, der, z.B. mittels eines Klebers, an der Unterseite der Rotorplatte 12 befestigt ist und die Rotation der Rotoranordnung bewirkt. Die perspektivische Ansicht der Rotoranordnung 10 in Figur 5 zeigt die Polung des Magnetringes 18. Bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung hat der Magnet acht Polsegmente alternierender Polarität, wie es bei bestimmten Video- und Audioplattenspielermotoren üblich ist. Bei einem bekannten Vxdeoplattenspieler besteht die Rotorplatte 12 aus unmagnetischem Material (Kunststoff) . Zur Erhöhung des Drehmoments kann die Platte

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12 jedoch auch aus einem Material höherer magnetischer Permeabilität, wie Stahl, bestehen.

Die Statoranordnung 20 des Motors enthält eine magnetisch permeable Flußrückschlußplatte 22, auf der Statorspulen 24, 26 gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung montiert sind, wie im folgenden noch genauer erläutert werden wird. Im übrigen enthält der Motor noch eine Lageranordnung 30, die durch Schrauben 32, 34 an der Flußrückschlußplatte 22 befestigt ist. Die Lageranordnung 30 nimmt die Welle 14 auf, die sich durch ein mittiges Loch 25 in der Flußrückschlußplatte erstreckt, und positioniert die Rotorplatte 12 parallel zur Flußrückschlußplatte

22. Die Konstruktion der Lageranordnung 30 (und auch der Rotoranordnung 10) ist konventionell, so daß sich eine nähere Erläuterung erübrigt. Motoren mit einer solchen Rotor- und Lageranordnung sind z.B. in gewissen Bildplattenspielern, wie in dem Bildplattenspieler Modell SJT-400 der RCA Corporation enthalten.

In Figur 2 sind Einzelheiten der Montage der Statoranordnung des Motors gemäß Figur 1 dargestellt. Wie ersichtlich, ist die Flußrückschlußplatte 22 mit einer formgleichen, elektrisch nichtleitenden Beschichtung 23 überzogen und hat erhöhte Laschen oder Abgriffe 27 und 28, die einstückig mit der Platte, z.B. durch Ausstanzen, gebildet sein können. Die Platte und die laschenartigen Abgriffe bestehen vorzugsweise aus einem Eisenmetall, wie Stahl und der Überzug oder die Beschichtung ist Porzellan oder Emaille. Ein geeignetes Porzellan ist in der ÜS-PS 4,256,796 (Hang et al) beschrieben. Die laschenartigen Abgriffe haben jeweils einen versetzt abgebogenen Teil, unter den ein Spulendraht eingefangen oder eingeschlossen werden kann. Bei diesem

Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Abstand zwischen dem versetzten laschenartigen Abgriff und der Oberfläche der beschichteten Flußrückschlußplatte gleich dem Durchmesser des Spulendrahtes gewählt. Es hat sich gezeigt, daß bei dieser speziellen Abmessung die wenigsten Ungleichmäßigkeiten des Drehmoments bei der Drehung des Rotors ergeben. Laschen oder Abgriffe mit einem magnetischen Kern neigen nämlich dazu, das Magnetfeld etwas zu verzerren, so daß bei Motoren, die eine kritische konstante Drehzahl liefern sollen (z.B. bei Antrieben für Platten oder Bänder) gewisse Drehmomentschwankungen durch solche ungleichmäßigen Verzerrungen bezüglich des Magnetkreises des Rotors entstehen können, der durch einen ebenen Magnetring gebildet wird. Es wurde jedoch gefunden, daß die Feldverzerrungen dadurch minimal gehalten werden können, daß man das Profil der als Haltelasche dienenden Abgriffsteile 27, 28 relativ niedrig hält. Mit "niedrig" ist hier gemeint, daß der laschenartige Abgriff nur wenige Windungen einer (wie dargestellt) oder zwei Lagen der Statorspule 26 einfängt oder einschließt.

Die Halterung der Statorspulen durch die Abgriffe oder Laschen der Platte, wie es in Figur 2 dargestellt ist, hat zwei sehr wesentliche Vorteile. Als erstes ist es vollständig überflüssig, die Spulenanordnung getrennt zu montieren (also Spulen zuerst zu wickeln und dann an der Flußrückschlußplatte 22 anzubringen), da die Spulen an Ort und Stelle gewickelt werden können, wie noch erläutert werden wird. Zweitens ist in der fertigen Anordnung kein Spulenkörper erforderlich. Hierdurch läßt sich die axiale Abmessung, d.h. die Höhe, des Motors um die Dicke des oberen und unteren Halterungs- oder

Flanschteiles der Spulenkörper verringern. Durch das Fehlen der Spulenkörper wird auch die Wärmeabgabe des Motors sowohl durch Konvektion (es ist keine Spulenkörperwand vorhanden, die den durch den Rotor erzeugten Wind von der Spule abschirmt) als auch durch Leitung (es ist keine Spulenwand zwischen dem Spulendraht und der Platte 22 vorhanden) verbessert.

Anhand von Figur 8 soll nun das für alle Spulen typische Verfahren beschrieben werden, mit der die Spule 26 an Ort und Stelle auf der Flußrückschlußplatte 22 gewickelt wird. Bei Figur 8 wird ebenso wie bei Figur 2 die Spulenposition durch ein mittiges Loch 29 bestimmt. Dieses Loch hat zwei Funktionen. Es kann später dazu verwendet werden, die Statoranordnung an der Lageranordnung zu befestigen, wie es in Figur 1 dargestellt ist. Die wichtigere Funktion der Löcher 29 besteht jedoch darin, einen Bolzen 804 aufzunehmen, der eine Wickelschablone oder einen Dorn 806 während des Wickeins der Statorspule 26 an der Statoranordnung 20 haltert. Der Bolzen wird mit einer Mutter 808, die den Dorn 806 an der Spulenposition fixiert, vorübergehend befestigt.

Beim Wickeln des Drahtes wird die Wicklung durch die Seitenwände des Wickelschablonen-Dorns 806 begrenzt und die Form der Innenseite der Spule wird durch die Form des mittigen Kerns des Dorns bestimmt. Der Kern des Dorns ist im wesentlichen keilförmig, wie die Draufsicht der Spulen in Figur zeigt, und hat abgerundete Ecken. Beim Wickeln der Spule in ihrer endgültigen Position werden einige Spulenwindungen zwischen den laschenartigen Abgriffen 27, 28 und der ebenen Oberfläche der Flußrückschlußplatte eingefangen oder eingeschlossen. Nach dem Wickeln wird die Spule fixiert oder ver-

festigt. Bei einer bevorzugten Ausführungsforxn wird durch die Spule ein elektrischer Strom geleitet, der die Spule erwärmt. Der Spulendraht ist doppelt isoliert, wobei die äußere Isolierschicht aus thermoplastischem Material besteht. Die Erwärmung bewirkt, daß die Drahtwindungen miteinander "verschmelzen" oder an den benachbarten Windungen haften. Man läßt die Spule dann abkühlen und entfernt anschließend den Dorn. Dieser Prozeß des Wickeins, Erhitzens, Erkaltenlassens und Entfernen des Dorns kann bei allen Spulen gleichzeitig durchgeführt werden (der als Beispiel dargestellte Motor hat vier Spulen, wie aus Figur 3 ersichtlich ist), wodurch die Statormontage im Vergleich zu den bekannten Verfahren außerordentlich vereinfacht wird, bei dem die Spulen auf Spulenkörper gewickelt und die Spulenkörper dann durch Schrauben an der Flußrückschlußplatte befestigt werden. Es sind weder Befestigungsmittel (Schrauben oder Niete) noch ein Verkleben noch Spulenkörper erforderlich und die entsprechenden Montagevorgänge entfallen daher. Zusätzlich kann die axiale Länge (Höhe) des Motors um die Dicke der oberen und unteren Teile der Spulenkörper verringert werden. Bei dem doppelt isolierten Draht kann es sich um den gleichen Typ handeln, wie er zur Wicklung der Spulen von Fernsehablenkeinheiten verwendet wird, bei denen man ebenfalls die Spulen nach dem Wickeln erhitzt um die Windungen miteinander zu verbinden und die Spulenform zu fixieren.

Figur 3 ist eine Draufsicht der Statoranordnung 20, die die Position von vier montierten Statorspulen 24, 24', 26 und 26" sowie von zwei Halleffekt-Sonden 302 und 304 zeigt. Die Halleffekt-Sonden dienen als Winkelgeschwindigkeits- und Winkelpositionsgeber des Motors. Die Winkelposition der Spulen und

der Sonden bezüglich des Loches 25 für die Rotorwelle ist konventionell, siehe beispielsweise die bereits erwähnte US-PS 4,202,879. Wesentlich ist, daß laschenartige Abgriffe, typischerweise drei Abgriffe 27, 28, 28', für jede Spulenposition vorgesehen sind.

Die Verwendung von drei Laschen hat sich als optimal erwiesen um erstens die Spulen an der Platte zu befestigen, zweitens Drehmomentschwankungen so gering wie möglich zu halten und drittens die Form der Innenseite der Spulen während des Wickeins zu erhalten. Eine Erhöhung der Anzahl der laschenartigen Abgriffe bringt mehr Eisen in die Spulen und erhöht daher die Neigung zu Drehmomentschwankungen. Man kann jedoch bei Anwendungen, die eine hohe Rüttel- oder Stoßfestigkeit erfordern, mehr laschenartige Abgriffe verwenden. Eine Verringerung der Anzahl der Abgriffe verringert die Formdefinition der Spule und die Festigkeit der Spulenhalterung.

Figur 4 zeigt ein gedrucktes Leitungsmuster, das auf der unteren (der Spulenseite entgegengesetzten) Seite der Statoranordnung gebildet ist, um die Spulen und Halleffekt-Sonden mit einem Anschlußfeld 402 der Statoranordnung zu verbinden. Die gedruckten Leiter können in konventioneller Weise auf die Anordnung aufgebracht werden, z.B. durch Siebdruck einer Silberfarbe auf die Keramikbeschichtung der Flußrückschlußplatte und anschließendes Brennen (Erhitzen) der Farbe auf eine Temperatur, die ausreicht, um das Trägermaterial des Silbers zu entfernen und das Silber zu verschmelzen. Solche Verfahren zum Herstellen von gedruckten Leitern auf Porzellan sind bekannt, z.B. aus der US-PS 4,415,624. Für die vorliegende Erfindung, wie sie anhand von Figur 3

erläutert wurde, ist es wichtig, daß die Statoranordnung eine einheitliche Struktur ist, welche drei Funktionen erfüllt, nämlich erstens die Spulen zu haltern, zweitens einen Rückschlußweg für den Magnetfluß zu bilden und drittens ein Substrat für eine gedruckte Schaltung zu bilden.

Es ist in diesem Zusammenhang interessant zu bemerken, daß man zwar eine Silberfarbe leicht an einer Porzellanoberflache zum Haften bringen kann, daß man jedoch noch keinen Kleber gefunden hat, der zuverlässig an einer solchen Oberfläche haftet und ein einfaches Ankleben der Statorspulen an der Flußrückschlußplatte ermöglicht. Erst durch die Laschenmontage gemäß der Erfindung ist es möglich, den dreifachen Vorteil mit einer einheitlichen Struktur zu erreichen, wie oben erläutert wurde.

An den Rändern der Flußrückschlußplatte 20 gemäß Figur 3 und 4 sind Grübchen oder Nasen 308 zum Anschluß der Spulenwindungen (Figur 3) an die Leiter der gedruckten Schaltung (Figur 4) vorgesehen. Die Leiter der gedruckten Schaltung reichen bis zur Unterseite jeder Nase. Nachdem die Spulen gewickelt worden sind, werden die Enden der Spulendrähte abisoliert und um die Nasen gewickelt. Die Anschlußleiter der Halleffekt-Sonden werden durch Löcher geschoben, die zu diesem Zweck in der Flußrückschlußplatte vorgesehen sind. Die endgültigen elektrischen Verbindungen können durch Schwalllöten der Leiterseite der Statoranordnung hergestellt werden. Durch diesen einzigen Schritt werden alle elektrischen Anschlüsse der Statoranordnung gleichzeitig gebildet.

Figur 6 zeigt eine Abwandlung des Motors gemäß Figur 1, bei der ein Lager 601 direkt an die Stator-

anordnung 20 angenietet ist. Dies verringert die axiale Länge des Motors. Ferner erstreckt sich die dargestellte Welle 14 über die Oberfläche der Rotoranordnung 10 hinaus, so daß dort ein Drehmoment für eine Last (nicht dargestellt) abgenommen werden kann. Diese Motorkonfiguration kann beispielsweise in einem Videobandgerät verwendet werden, bei dem die Welle 14 das Kopfrad des Bandgerätes oder die Capstan- oder Bandtransportwelle antreibt. Dieser Motor läßt sich auch mit Vorteil für Disketten- oder Festplattenantriebe verwenden.

Figur 7 zeigt das Schaltbild der in Figur 4 dargestellten gedruckten Schaltung. Die Statorspulen 24 und 26 sowie 24' und 26' sind jeweils in Reihe geschaltet. Die Halleffekt-Sonden sind jeweils mit parallelen Versorgungs- und Masseleitungen sowie getrennten Ausgangsleitungen verbunden. Alle Verbindungen sind, wie in Figur 4, zu einem Anschluß 702 geführt, durch den die Spulen- und Sondenleitungen mit einer Motorsteuereinrichtung 704 verbunden werden. Geeignete Steuereinrichtungen sind bekannt, beispielsweise aus der US-PS 4,135,120 (Hashimi et al). Die Motorsteuerschaltung 704 erhält die Positions- und Drehzahlinformation von den Halleffekt-Sonden und speist die Spulen 24, 24", 26, 26* so, daß sich die Rotoranordnung 10 in der gewünschten Weise dreht.

Die Erfindung wurde oben am Beispiel der Anwendung auf einen Flach- oder Scheibenmotor beschrieben, ihre Lehren sind jedoch allgemein nützlich und lassen sich auch für andere elektromagnetische Einrichtungen verwenden, wie Relais oder akustische Wandler (z.B. Lautsprecher, Sonar-Sender usw.).

- Leerseite

Claims

Patentansprüche

1 1. Elektromotor in Flachbauweise mit einer Statoranordnung, welche eine Flußrückschlußplatte enthält, auf der Statorspulen montiert sind, dadurch gekennzeichnet , daß
5 die Flußrückschlußplatte (20) ein magnetisch permeqbles Material mit einer angeformten, elektrisch nichtleitenden Beschichtung aufweist;

daß jede auf der Flußrückschlußplatte montierte Statorspule mit mindestens einem erhöhten laschenartigen Ab-

10 griff (28), der eine versetzte Biegung aufweist, versehen ist und

daß die Statorspulen (26) jeweils an der Flußrückschlußplatte durch eine Anzahl von Spulenwindungen befestigt ist, die zwischen dem Abgriff und der Oberfläche der

15 Flußrückschlußplatte eingeschlossen sind.

t \
2. Motor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Verdrahtungsanordnung, die zur Bildung elektrischer Anschlüsse an die Statorspulen dient und mindestens einen gedruckten Leiter enthält, der auf der angeformten, elektrisch nichtleitenden Beschichtung der Flußrückschlußplatte angeordnet ist.
3. Motor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrahtungsanordnung auf der den Spulen entgegengesetzten Seite der Flußrückschlußplatte angeordnet ist.
4. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flußrückschlußplatte ein in der Mitte zwischen den Spulenpositionen angeordnetes Loch zur Aufnahme einer Rotorwelle aufweist.
5. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flußrückschlußplatte Löcher enthält, die jeweils in der Mitte der einzelnen Spulenwindungsbereiche liegen.
6. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetmaterial der Flußrückschlußplatte Stahl enthält und daß die Beschichtung Porzellan enthält.
7. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand des versetzt gebogenen Teiles jedes Abgriffes von der Flußrückschlußplatte im wesentlichen gleich dem Durchmesser des Spulendrahtes ist.

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8. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht der Statorspulen doppelt isoliert ist, wobei die äußere Isolierschicht thermoplastisch ist und die Windungen der Spulen durch Verschmelzen der thermoplastischen Isolation miteinander verbunden sind.