DE3624995A1 - Miniaturmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Miniatur­ motor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die Erfindung geht somit aus von einem Miniaturmotor mit einem Rotor, der so ausgebildet ist, daß er eine winkelmäßige Ausrichtung zwischen einem Kommutator und einem Rotorkern dadurch gestattet, daß am Kommu­ tator angebrachte Lokalisierungsvorsprünge in Loka­ lisierungsöffnungen oder Lokalisierungsschlitze ein­ greifen, die am Rotorkern vorgesehen sind.

Bei einem Miniaturmotor, der zur Zufuhr elektri­ scher Energie zu den Rotorwicklungen Bürsten und einen Kommutator aufweist, ist die relative Winkel­ position des Rotorkerns bezüglich des Kommutators im allgemeinen vorgegeben. Zur besseren Veranschaulichung eines Miniaturmotors, von dem die Erfindung ausgeht, wird auf Fig. 3 der beigefügten Zeichnungen verwiesen. Wie es insbesondere aus Fig. 3(A) und (B) hervorgeht, weist ein solcher Miniaturmotor einen Kommutator 1 auf, an dem Lokalisierungsvorsprünge 2 vorgesehen sind. Ein in Fig. 3(C) dargestellter Rotorkern 3 weist Lokali­ sierungsöffnungen oder Lokalisierungsschlitze 4 auf, die zur Aufnahme der Lokalisierungsvorsprünge 2 dienen. Wenn die Vorsprünge 2 in die Schlitze 4 eingesetzt sind, ist die Position des Kommutators 1 bezüglich des Rotorkerns 3 eindeutig und genug festgelegt. Fig. 3(A) zeigt den Kommutator von der Seite und Fig. 3(B) von unten. Fig. 3(C) ist eine Ansicht von oben auf den Rotorkern 3, und Fig. 3(D) zeigt den Rotorkern 3 von der Seite. Fig. 3(E) und (F) zeigen zwei Ausführungsformen des Rotors 8 von der Seite.

Wie bereits erwähnt, enthält der in Fig. 3 dar­ gestellte Rotor 8 einen Kommutator 1 mit Vorsprüngen 2 und einen Rotorkern 3 mit Schlitzen 4. Weitere Teile des in Fig. 3 dargestellten Rotors 8 sind Kommutie­ rungssegmente 5, Kommutierungszungen 6, eine Rotor­ welle 7, eine Rotorwicklung 9, Rotorwicklungsenden 10, eine Kommutatorbezugsoberfläche 11, ein aus Isolier­ material bestehender säulenförmiger Ansatz 13, ein aus Isoliermaterial bestehender ausgedehnter Abschnitt 14 und eine Unterlegscheibe 15.

Die folgenden Erläuterungen dienen zum Aufzeigen des der Erfindung zugrundeliegenden Problems.

Damit der Rotor 8 nach Fig. 3(E) produktiv herge­ stellt werden kann, ist es erwünscht, die Rotorwick­ lung 9 auf den Rotorkern 3 in einem Zustand aufzu­ bringen, bei dem der Kommutator 1 bereits am Rotor 8 angebracht ist, so daß während des Wicklungsvorganges das Wicklungsende 10 vorübergehend an der Kommutator­ zunge 6 befestigt werden kann. Damit das Wicklungsende 10 während des Wickelvorganges von der Kommutatorzunge 6 gehalten werden kann, muß allerdings die Kommutator­ zunge 6 bei einer Höhenposition liegen, die sich ober­ halb der in Fig. 3(E) eingezeichneten Höhe H der Wick­ lung 9 befindet. Hierbei ist H die Höhe der Wicklung 9 von der Oberseite des Rotorkerns 3 aus gerechnet. Damit die obige Bedingung erfüllt ist, hat ein an die Unter­ seite des ausgedehnten Abschnitts 14 angrenzender Kom­ mutatorabschnitt eine in Fig. 3(A) eingezeichnete Länge L ₂, die größer als die Wicklungshöhe H (Fig. 3(E)) ist.

Es besteht seit einigen Jahren das Bedürfnis, die Miniaturmotoren der hier betrachteten Art möglichst flach auszubilden. Um diesem Bedürfnis gerecht zu werden, hat man bereits an verschiedenartige Maßnahmen ge­ dacht. Eine dieser Maßnahmen besteht darin, die in Fig. 3(A) eingezeichnete Länge L ₁ der Kommutatorsegmen­ te 5 möglichst klein zu machen. Gleichermaßen hat man daran gedacht, die Länge L ₂ des oben erwähnten Abschnitts des Kommutators 1 bei dem in Fig. 3(E) dargestellten Rotor 8 zu vermindern. Wenn man dies tut, gelangt je­ doch die Höhenposition der Kommutatorzungen 6 unter die Wicklungshöhe H, wie es in Fig. 3(F) dargestellt ist. Ein derartiger Rotoraufbau behindert den Wicklungsvor­ gang zum Ausbilden der Wicklung 9. Um diese Schwierig­ keit zu überwinden hat man die drei folgenden Methoden in Betracht gezogen:

• (1) Der Kommutator 1 wird mit Preßsitz auf die Rotorwelle 7 geschoben, allerdings nur so weit, daß sich die Kommutatorzungen 6 noch oberhalb der Wick­ lungshöhe H befinden, wie es für diese Rotorteile in Fig. 3(E) gezeigt ist. Die in Fig. 3(A) dargestellten Vorsprünge 2 befinden sich in diesem Zusammenbauzustand allerdings noch oberhalb der Öffnungen oder Schlitze 4 (Fig. 3(C)). Das heißt, daß bei diesem Zusammenbauzustand die Vorsprünge 2 noch nicht in die Schlitze 4 eingrei­ fen. In diesem Zusammenbauzustand wird der Wicklungsvor­ gang zur Ausbildung der Wicklung 9 vorgenommen, wobei die Wicklungsenden 10 an den Kommutatorzungen 6 befe­ stigt werden. Nachdem der Wicklungsvorgang beendet ist, wird der Kommutator 1 auf der Rotorwelle 7 weiter in Richtung auf den Rotorkern 3 vorgeschoben, wobei jetzt die Vorsprünge 2 in die Schlitze 4 gelangen. Der Kommu­ tator 1 wird so weit auf der Rotorwelle 7 weitergescho­ ben, bis die Kommutatorbezugsoberfläche 11 (Fig. 3(A)) in Berührung mit dem Rotorkern 3 gelangt.
• (2) Der Kommutator 1 wird erst nach Beendigung des Wickelvorganges und Abschluß der Ausbildung der Rotorwicklung 9 auf dem Rotorkern 3 auf die Rotorwelle 7 aufgesetzt, und erst jetzt werden die Wicklungsenden 10 mit den Kommutatorzungen 6 verbunden.
• (3) Obgleich bildlich nicht dargestellt, wird an­ stelle der Vorsprünge 2 und der Schlitze 4 auf der Rotorwelle ein gerändelter Abschnitt ausgebildet. Die Arbeitsvorgänge bezüglich der Ausbildung der Rotorwick­ lung und des Aufpassens des Kommutators werden dann in ähnlicher Weise wie bei der Methode (1) ausgeführt.

Die drei erläuterten Methoden zur Ausbildung der Rotorwicklung im Verein mit dem Aufbringen oder Auf­ passen des Kommutators haben jedoch die folgenden Nach­ teile.

Bei der Methode (1) besteht die Gefahr, daß beim Vorschieben des Kommutators 1 im Anschluß an die Aus­ bildung der Rotorwicklung die Vorsprünge 2 und die Schlitze 4 nicht mehr miteinander ausgerichtet sind. Das Vorschieben des Kommutators 1 in Richtung auf den Rotorkern 3 muß daher so vorgenommen werden, daß gleich­ zeitig dabei die Winkelausrichtung zwischen den Vor­ sprüngen 2 und den Schlitzen 4 überprüft und gegebenen­ falls korrigiert wird. Der zusätzliche Schritt der er­ neuten winkelmäßigen Ausrichtung vermindert die Effi­ zienz des endgültigen Zusammenbaus des Rotors.

Bei der Methode (2) wird der Wickelvorgang zum Herstellen der Rotorwicklung unabhängig vom Anbringen der Wicklungsenden 10 an den Kommutatorzungen 6 ausge­ führt. Dadurch wird nicht nur die Effizienz beim Zu­ sammenbau des Rotors vermindert, sondern es ist auch schwierig, die Vorsprünge 2 mit den Schlitzen 4 winkel­ mäßig auszurichten, welche Schwierigkeit auch bei der Methode (1) auftritt.

Bei der Methode (3) muß ein zusätzlicher Arbeits­ vorgang zur Ausbildung des gerändelten Abschnitts aus­ geführt werden. Darüber hinaus garantiert eine einfache Rändelung keine exakte winkelmäßige Ausrichtung zwischen dem Kommutator und dem Rotorkern.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Miniaturmotor der gattungsgemäßen Art so auszubilden, daß er trotz eines flachen Rotors einfach und kostengünstig herge­ stellt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patent­ anspruchs 1 gelöst. Diese Lösung gestattet eine einfache Automatisierung bei der Herstellung des Rotors. Der Kommutator wird zwar unter Anwendung von zwei Arbeits­ schritten in seine endgültige Höhenposition auf der Rotorwelle gebracht, jedoch ist der zweite Arbeits­ schritt ein einfacher Vorschubvorgang, weil bereits nach dem ersten Arbeitsschritt die zur winkelmäßigen Ausrichtung dienenden und nach der Erfindung verlängerten Vorsprünge des Kommutators in die zugehörigen Öffungen oder Schlitze im Rotor bzw. im Rotorkern ragen. Dennoch befinden sich nach dem ersten Arbeitsschritt die Kom­ mutatorzungen oberhalb der Höhe der auszubildenden Rotorwicklung, so daß der Wickelvorgang nicht gestört wird und gleichzeitig beim Wickeln die Wicklungsenden an den Kommutatorzungen angebracht werden können. Die erfindungsgemäße Lösung gestattet eine kompakte flache Ausbildung des Rotors im Verein mit einer effizienten kostengünstigen Herstellung des flachen Rotors.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen in einem Miniaturmotor nach der Erfindung benutzten Kommutator von der Seite und von unten,

Fig. 2 einen in einem erfindungsgemäßen Minia­ turmotor verwendeten Rotor in verschiedenen Herstellungs­ stadien zur Erläuterung des Aufpaßvorganges des Kommu­ tators im Verein mit der Ausbildung der Rotorwicklung, und

Fig. 3 wie bereits erwähnt, einen Rotor eines herkömmlichen Miniaturmotors mit zugehörigen Teilen zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Problems.

In Fig. 1 und 2 sind Teile, die mit Teilen nach Fig. 3 übereinstimmen oder ihnen ähnlich sind, mit denselben Bezugszeichen versehen. Unterschiedlich ist vor allem die Ausbildung der vorspringenden Teile oder Vorsprünge 2, die, wie insbesondere aus Fig. 1(A) er­ sichtlich, verlängert sind und aus zwei Abschnitten bestehen, nämlich aus einem zum provisorischen oder vorläufigen Einsetzen dienenden Abschnitt 2-1, der nachfolgend Hilfseinsetzabschnitt genannt wird, und aus einem zum endgültigen oder vollständigen Einsetzen dienenden Abschnitt 2-2, der nachfolgend Haupteinsetz­ abschnitt genannt wird. In Fig. 2(C) ist noch eine Schub- oder Stoßvorrichtung 12 dargestellt, die dazu dient, den aufgeschobenen Kommutator in seine endgül­ tige Zusammenbaulage zu bringen.

Wie bereits erwähnt, weist der Vorsprung 2 des Kommutators 1 des erfindungsgemäßen Miniaturmotors einen Hilfseinsetzabschnitt 2-1 auf, der während des Wicklungsvorganges der Rotorwicklung 9 bereits in die zur winkelmäßigen Ausrichtung dienenden Öffnungen oder Schlitze 4 im Rotorkern 3 ragt. In diesem Zusammenhang sei erwähnt, daß der Rotorkern 3 und die Öffnungen oder Schlitze 4 in ähnlicher Weise ausgebildet sind, wie es in Fig. 3(C) dargestellt ist. Ferner weist der Vorsprung 2 den Haupteinsetzabschnitt 2-2 auf, der im Anschluß an den Wickelvorgang der Rotorwicklung 9 in die Öffnung oder den Schlitz 4 vorgeschoben wird. Während des Wickelvorganges der Rotorwicklung befindet sich somit der Haupteinsetzabschnitt 2-2 im wesentlichen noch außerhalb bzw. oberhalb des Schlitzes 4. Ein in Fig. 1(A) eingezeichneter Abstandspfeil L ₃ gibt den Abstand oder die Strecke zwischen der Oberseite des Rotorkerns 3 und der Kommutatorzunge 6 während des Wickelvorganges der Rotorwicklung an. Die ebenfalls in Fig. 1(A) mit einem Pfeil L ₄ eingezeichnete Länge des Haupteinsetzabschnitts 2-2 ist so bemessen, daß der Abstand L ₃ größer als die Wicklungshöhe H ist. Der Umstand, daß die Position der Kommutatorzunge 6 ober­ halb der Wicklungshöhe H liegt, erleichtert es außer­ ordentlich, den Wickelvorgang zum Herstellen der Rotorwicklung auszuführen, und zwar einschließlich des Anbringens des Wicklungsendes an der Kommutator­ zunge 6. Zur Montage des Kommutators 1 bei seiner vor­ bestimmten endgültigen Position, die in Fig. 2(C) dar­ gestellt ist, kann nach Beendigung des Wickelvorganges für die Rotorwicklung der Kommutator 1 durch einen einfachen Schiebe- oder Stoßvorgang in Richtung des Rotorkerns 3 sehr leicht und genau in seine vorbestimm­ te Endposition gebracht werden, weil die Hilfseinsetz­ abschnitte 2-1 während der Durchführung des Wickelvor­ ganges bereits in die Öffnungen oder Schlitze 4 ragen. Dies bedeutet, daß die relative Winkelposition zwischen Kommutator 1 und Rotorkern 3 bereits vor diesem end­ gültigen Montageschritt des Kommutators 1 festgelegt ist. Der Vorgang zur Ausbildung der Rotorwicklung 9 im Verein mit dem Aufbringen des Kommutators 1 wird im folgenden an Hand Fig. 2(A) bis (C) im einzelnen er­ läutert.

Zunächst wird der in Fig. 1 dargestellte Kommuta­ tor 1 auf die Rotorwelle 7 aufgesetzt, und zwar derart, daß die an den vorderen Enden der Vorsprünge 2 des Kommutators 1 ausgebildeten Hilfseinsetzabschnitte 2-1 in die im Rotorkern 3 ausgebildeten Schlitze 4 (Fig. 3(C)) ragen. Dieser Zusammenbauzustand ist in Fig. 2(A) dargestellt. Das Einsetzen oder Einschieben der Hilfseinsetzabschnitte 2-1 in die Schlitze 4 kann sehr leicht vorgenommen werden, weil in diesem Zustand die Rotorwicklung 9 noch nicht auf dem Rotorkern 3 ausgebildet worden ist.

Als nächster Schritt wird die Rotorwicklung 9 auf den Rotorkern 3 gewickelt, wie es in Fig. 2(B) dar­ gestellt ist. Der Rotorwickelvorgang umfaßt auch das Anbringen der Wicklungsenden an den Kommutatorzungen 6. Der Wickelvorgang für die Rotorwicklung 9 einschließ­ lich des Anbringens der Wicklungsenden 10 an den Kom­ mutatorzungen 6 kann sehr leicht und deshalb unter Einsatz von Automaten vorgenommen werden, weil sich die Kommutatorzungen 6 oberhalb der endgültigen Höhe H der Rotorwicklung 9 befinden. Nachdem der Wicklungsvorgang für die Rotorwicklung 9 beendet ist, werden die Wick­ lungsenden 10 beispielsweise durch Löten an den Kommu­ tatorzungen 6 befestigt. Auch dieser Vorgang ist sehr leicht der Automation zugänglich.

Nachdem die Wicklungsenden 10 an den Kommutator­ zungen 6 befestigt sind, wird unter Verwendung eines Stoßwerkzeugs, beispielsweise der Kommutatorstoßvor­ richtung 12, der Kommutator 1 in Richtung auf den Rotorkern 3 gestoßen oder geschoben, wie es in Fig. 2(C) dargestellt ist. Nach Beendigung dieses Stoßvorganges des Kommutators 1 in Richtung auf den Rotorkern 3 sind die Haupteinsetzabschnitte 2-2 der Vorsprünge 2 voll­ ständig in die Schlitze 4 eingeschoben, so daß jetzt die Kommutatorbezugsoberfläche 11 (Fig. 1(A)) in Berührung mit dem Rotorkern 3 steht. Da die Hilfseinsetzabschnit­ te 2-1 am vorderen Ende der Vorsprünge 2 bereits in die Schlitze 4 eingesetzt sind, bevor der Kommutator 1 mit Hilfe der Kommutatorstoßvorrichtung 12 in Richtung auf den Rotorkern 3 gestoßen wird, ist es nicht noch­ mals notwendig, den Kommutator 1 bezüglich dem Rotor­ kern 3 winkelmäßig auszurichten, wenn der Kommutator 1 in seine endgültige Lage gebracht wird.

Das anfängliche Einschieben der Hilfseinsetzab­ schnitte 2-1 in die Schlitze 4 geht ebenfalls leicht vonstatten, da, wie aus Fig. 1(A) ersichtlich, die Hilfseinsetzabschnitte 2-1 sich in ihrem Querschnitt in Richtung auf ihr vorderes Ende verjüngen und des­ halb einen kleineren Querschnitt als die Schlitze 4 haben.

Bei Befolgung der an Hand von Fig. 2(A) bis (C) erläuterten Vorgänge oder Arbeitsschritte ist es äußerst einfach, den gewünschten flachen Rotor 8 her­ zustellen, wie er letztlich in Fig. 2(C) dargestellt ist. Die an Hand von Fig. 2(A) bis (C) erläuterten Vorgänge sind sehr leicht der Automation zugänglich.

Die Erfindung ermöglicht somit die Herstellung eines flachen Miniaturmotors dadurch, daß unter An­ wendung einfachster Herstellungsschritte der Rotor flach ausgebildet wird. Da alle Herstellungsschritte leicht automatisierbar sind, und zwar einschließlich des Anbringens der Wicklungsenden an den Kommutator­ zungen, läßt sich der gewünschte flache Rotor äußerst einfach und kostengünstig fertigen.

Claims (3)

1. Miniaturmotor, enthaltend einen Rotor mit einem Kommutator, der Lokalisierungsvorsprünge aufweist, die auf einer mit einem Rotorkern in Berührung stehenden Kommutatorbezugsoberfläche ausgebildet sind, und mit im Rotor bzw. im Rotorkern vorgesehene Lokalisierungs­ öffnungen zur Aufnahme der Lokalisierungsvorsprünge, wobei beim Anbringen des Kommutators auf dem Rotorkern die Lokalisierungsvorsprünge in die Lokalisierungsöff­ nungen so tief eingesetzt werden, bis die Kommutator­ bezugsoberfläche mit dem Rotorkern in Berührung kommt, dadurch gekennzeichnet, daß zum Eingreifen in die Lokalisierungsöffnungen (4) jeder der Lokalisierungsvorsprünge (2) einen zum vor­ läufigen Einsetzen dienenden Hilfseinsetzabschnitt (2-1) mit einem Querschnitt aufweist, der kleiner als der Querschnitt von jeder der Lokalisierungsöffnungen ist, und einen zum endgültigen Einsetzen dienenden Hauptein­ setzabschnitt (2-2) eine solche Länge (L ₄) hat, daß in einem Zusammenbauzustand, bei dem die Hilfseinsetzabschnitte (2-1) in die Lokalisierungsöffnungen eingesetzt sind, am Kommutator (1) vorgesehene Kommutatorzungen (6) eine Höhenposition einnehmen, die oberhalb der Höhe der Rotorwicklungen (9) liegt.

2. Miniaturmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Lokalisierungsvorsprünge (2) aufweisende Kommutator (1) enthält: einen aus Isoliermittel be­ stehenden Ansatz (13), in den die Rotorwelle (7) ein­ greift, Kommutatorsegmente (5), die in Winkelabständen von 120° auf dem Ansatz (13) angeordnet sind, einen aus Isoliermaterial bestehenden ausgedehnten Abschnitt (14), der mit dem Ansatz (13) verbunden ist und zur Halterung der Kommutatorzungen (6) der Kommutatorsegmen­ te (5) dient, eine Unterlegscheibe (15) zum Einpassen der Kommutatorzungen (6) an den ausgedehnten Abschnitt (14) in einem Zustand, bei dem die Kommutatorzungen (6) in ihrer Position gehalten sind, und die Lokalisie­ rungsvorsprünge (2), die mit dem ausgedehnten Abschnitt (14) verbunden sind und sich in Axialrichtung des Rotors (8) erstrecken.

3. Miniaturmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lokalisierungsöffnungen (4) auf dem Rotorkern (3) in einer Anzahl von drei vorgesehen sind und in Winkelabständen von 120° auf einer Stirnfläche eines lamellierten Rotorkerns (3) ausgebildet sind.