DE69114678T2

DE69114678T2 - Elektromotor.

Info

Publication number: DE69114678T2
Application number: DE69114678T
Authority: DE
Inventors: Jean-Pierre Steiner
Original assignee: Johnson Electric SA
Current assignee: Johnson Electric SA
Priority date: 1990-07-16
Filing date: 1991-07-16
Publication date: 1996-07-04
Anticipated expiration: 2011-07-17
Also published as: US5396138A; GB9015605D0; EP0491929A1; JPH05501046A; WO1992002068A1; EP0491929B1; ES2083585T3; DE69114678D1; BR9105827A

Description

Die Erfindung betrifft Elektromotoren.
Insbesondere betrifft die Erfindung einen bürstenlosen Gleichstrommotor. Solche Motoren umfassen einen Statorkem aus einem Blechpaket, das in einem Gehäuse gehalten ist, wobei eine Statorwicklung in dem Blechpaket vorgesehen und ein Magnetrotor drehbar innerhalb der Wicklung gelagert ist. Die Herstellung der Schichten des Blechpakets, ihre Formgebung und die genaue Positionierung in der Motorkonfiguration, wozu der Stanzvorgang mit großer Genauigkeit erfolgen muß und die Kanten zum Entgraten häufig maschinell nachgestanzt werden müssen, ist materialaufwendig und führt im allgemeinen zu relativ langsamen Herstellungsverfahren.
Das Dokument EPA 0313514 beschreibt einen Permanentmagnet-Elektromotor, bei dem der Stator eine zylindrisch gewickelte Statorspule mit nach oben gekehrten Enden umfaßt, die in einem Formungsverfahren mit Kunstharz überzogen wird, um eine starre Spule zu bilden, auf der zur Bildung des Statorkerns oder Jochs ein Eisendraht gewickelt wird.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Permanentmagnet-Gleichstrommotor bereitgestellt, der einen Statorkem aus ferromagnetischem Draht, eine in dem Statorkern angeordnete Statorwicklung und einen Magnetrotor hat, der innerhalb der Statorwicklung drehbar gelagert ist, wobei der Statorkem eine einschichtige schraubenförmige Spule aus zumindest einem elastischen ferromagnetischen Draht umfaßt, der sich schraubenförmig über die axiale Länge der Spule hinweg erstreckt, die eine zylindrische Form mit einer Innenfläche hat, die sich entlang der Länge der Statorwicklung dicht an diese anschmiegt und sie greift.
Eine Ausführungsform der Erfindung kann einen Permanentmagnet-Gleichstrommotor umfassen, der einen Statorkem, eine vorgeformte zylindrische Statotorwicklung für den Statorkem und einen innerhalb der Statorwicklung drehbar gelagerten Magnetrotor hat, wobei der Statorkem eine dicht gewikkelte schraubenförmige Spule aus elastischem ferromagnetischen Draht aufweist, die dicht über der Wicklung sitzt und einen mittleren Innendurchmesser hat, der im wesentlichen gleich dem Außendurchmesser der Wicklung ist, wobei die Spule so angeordnet ist, daß sie an der Wicklung montiert werden kann, indem man eines ihrer Enden relativ zu dem anderen Ende dreht, um ihren Innendurchmesser zu vergrößern, und indem man die Spule über die Wicklung schiebt.
Die Spule aus ferromagnetischem Draht kann durch mindestens zwei separate Drähte gebildet und als Multistart-Spule ausgebildet sein.
Der ferromagnetische Draht kann einen rechteckförmigen Querschnitt haben und kann zum Beispiel im Querschnitt quadratisch sein.
Die ferromagnetischen Wicklungen können durch eine oder mehrere Verbindungsnähte zusammengehalten werden, die sich axial entlang der Außenseite der Spule erstrecken. Die Nähte können durch Schweißen gebildet werden.
Der Elektromotor kann ein umliegendes Gehäuse aus magnetischem Material aufweisen, das dem Statorkem dicht benachbart ist.
Der ferromagnetische Draht kann mit einem elektrisch isolierenden Material beschichtet sein. Der Draht kann mit Aluminium beschichtet sein, um eine Außenfläche aus Aluminiumoxid zu haben.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren für den Zusammenbau eines Permanentmagnet-Gleichstrommotors bereitgestellt, der einen Statorkem, eine vorgefertigte Statorwicklung und einen innerhalb der Statorwicklung drehbar gelagerten Magnetrotor hat, wobei der Statorkem eine dicht gewickelte schraubenförmige Spule aus elastischem ferromagnetischen Draht aufweist und wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt: Greifen der Spulenenden und relatives Drehen der Enden zur Vergrößerung des mittleren Innendurchmessers der Spule, Verschieben der Spule relativ zur Wicklung, um die Spule auf die Wicklung aufzupassen, und Loslassen der Enden der Spule, damit sich die Spule entspannen und an die Wicklung anlegen kann.
Das Verfahren kann auch die folgenden Schritte enthalten: Greifen der Enden der Spule und relatives Drehen der Spulenenden zur Verringerung des mittleren Durchmessers der Spule zusammen mit der Wicklung innerhalb der Spule, Verschieben der Spule und der Wicklung innerhalb eines die Spule umschließenden Gehäuses und Loslassen der Enden der Spule, damit sich die Spule entspannen und an die Innenseite des Gehäuses anlegen kann.
Ferner kann das Verfahren die Schritte enthalten: Greifen der Enden der Spule und relatives Drehen der Spulenenden zur Verringerung des mittleren Durchmessers der Spule zusammen mit der Wicklung innerhalb der Spule und Verschieben der Spule und der Wicklung innerhalb einer Form.
Ein bürstenloser Gleichstrom-Kleinmotor gemäß vorliegender Erfindung wird nun anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die anliegenden schematischen Zeichnungen beschrieben.
Figur 1 ist ein Sprengbild des Motors.
Figur 2 ist ein Querschnitt des Motors.
Figur 3 ist eine isometrische Darstellung eines anderen Statorkerns für den Motor.
Bezugnehmend auf die Zeichnungen enthält der in den Figuren 1 und 2 gezeigte Motor einen Statorkem, der aus einer dicht gewickelten schraubenförmigen Spule 10 aus elastischem ferromagnetischen Draht gebildet ist, die in einem tiefgezogenen dosenförmigen ferromagnetischen Stahigehäuse 11 sitzt. Eine vorgeformte korbbodenförmige Statorwicklung 12 ist in und an der Spule 10 angeordnet, die bei Betrieb mit elektrischer Energie versorgt wird, um einen Magnetfluß in dem Motor zu erzeugen. Ein Permanentmagnetrotor 13, der wie dargestellt gepolt ist, ist an einer Welle 14 montiert, die durch jeweilige Endplatten 16 und 17 in Lagern 15 gelagert ist. Über der Endplatte 16 sitzt eine Abdeckplatte 18.
Die Wicklung 12 ist an eine externe Versorgungsquelle angeschlossen und wird durch integrierte Halleffekt-Schaltkreise 19 versorgt, die durch die Endplatte 16 gehalten sind. Die Schaltkreise sprechen auf Mderungen des Magnetfelds bei Drehung des Rotors an, um die Stromrichtung in der Wicklung 12 zu schalten und zu steuern, derart, daß der Rotor bei seiner Drehung in einer Drehrichtung angetrieben wird. Derartige Mordnungen für die Antriebs- und Stromrichtungssteuerung sind bei bürstenlosen Motoren hinlänglich bekannt.
Der durch die Spule 10 gebildete Statorkern ist dagegen einmalig und ist vorgesehen, um die Schichten zu ersetzen, die früher zur Bildung eines Statorkerns verwendet wurden. Die Schichten werden normalerweise aus soliden Platten aus magnetischem Material gestanzt. Dies erfordert präzises Stanzen und/oder maschinelles Nachstanzen, insbesondere zur Entgratung. Die Schichten müssen präzise gestapelt und zusammengehalten und in einem Gehäuse montiert werden. Die Korbbodenwicklung muß dann dicht in den Schichten montiert werden und kann dabei häufig beschädigt werden.
Bei der beschriebenen Anordnung wird die Spule 10 durch dichtes spulenförmiges Wickeln eines kontinuierlichen ferromagnetischen Drahtes in Zylinderform gebildet. Die Spule ist naturgemäß bis zu einem gewissen Grad flexibel und hat vorzugsweise einen Innendurchmesser, der etwas kleiner ist als der Außendurchmesser der Korbbodenwicktung 12. Der Durchmesser der Spule 10 läßt sich vergrößern oder verkleinern, indem ihre gegenüberliegenden Enden relativ zu einander gedreht werden. Um die Spule 10 auf der Korbbodenwicklung 12 anzubringen, wird der Durchmesser der Spule 10 folglich vergrößert, und sobald der Korbboden innerhalb der Spule 10 positioniert ist, wird der Durchmesser der Spule 10 verringert, so daß sich die Spule 10 dicht an die Außenfläche der Wicklung 12 anschmiegt. Das bedeutet, daß Luftspalten zwischen den Spulen 10 und der Außenseite der Wicklung 12 auf ein Minimum reduziert werden. Dies gilt insbesondere, da die Federeigenschaft oder Flexibilität der Spule 10 deren dichtes Anschmiegen entlang der gesamten Länge der Wicklung 12 erlaubt, selbst wenn der Außendurchmesser der Wicklung 12 entlang ihrer Länge etwas variiert.
Bei der beschriebenen Anordnung wird die Spule 10 normalerweise und vorzugsweise ursprünglich mit einem Innendurchmesser ausgebildet, der einen Preßsitz an der Außenfläche der Wicklung 12 bildet. Der Durchmesser der Spule 10 wird wie beschrieben vergrößert, indem die Spulenenden relativ gedreht werden, und die Wicklung 12 wird dann in die Spule geschoben. Die Enden der Spule 10 werden danach losgelassen, so daß sich die Spule 10 "entspannt" und die Wicklung 12 dicht umschließt.
Eine sichere Fixierung der Spule 10 ist möglich, indem eine axiale Naht zur Verbindung benachbarter Spulenlitzen gebildet wird. Zum Beispiel kann eine Laserschweißmaschine entlang der Länge der Spule 10 verfahren werden, um eine Heftschweißnaht zu bilden, die die Litzen zusammenhält. Auf diese Weise lassen sich zwei oder mehr Nähte bilden, die je nach Wunsch rund um die Peripherie der Spule voneinander beabstandet sind.
Sobald die Spule 10 auf diese Weise fixiert wurde, ist die Montagegruppe (aus dem Statorkern und der Wicklung 12) starr, und es können gewünschtenfalls Endkappen direkt an den Enden der Spule 10 angebracht werden, die eine Halterung für die Endlager bilden. Mit anderen Worten, der Motor kann ohne das in den Zeichnungen dargestellte Gehäuse 11 hergestellt werden.
Diese Montagegruppe kann zuerst auch in einem Spritzguß-Formungswerkzeug angeordnet werden, in dem die Spule noch nicht fixiert (d.h. verschweißt) ist. Selbst mit der bereits montierten Wicklung 12 kann der Gesamtdurchmesser der Spule zumindest bis zu einem gewissen Grad verringert werden, wie das vorstehend erläutert wurde. Damit läßt sich der Außendurchmesser der Spule in vorteilhafter Weise verringern, während sich die Spule in dem Formwerkzeug befindet. Dies erleichtert das Anordnen der Montagegruppe in dem Formwerkzeug und verringert die Wahrscheinlichkeit, daß das Werkzeug während der Montage der Montagegruppe beschädigt wird.
Bei der beschriebenen Anordnung muß die Montagegruppe, das heißt die Spule 10 und die Wicklung 12, in dem Gehäuse 11 montiert werden. Das Gehäuse besteht aus Stahl und vergrößert somit zusätzlich den Rückweg der Kraftflußlinien des Motors. Da die Montagegruppe, wie vorstehend erwähnt, bis zu einem gewissen Grad flexibel ist, erfolgt die Montage vorzugsweise, indem der Außendurchmesser der Spule 10 wie beschrieben vorübergehend und leicht reduziert wird. Sobald man die Spule in das Gehäuse 11 geschoben hat, werden die Spulenenden losgelassen, so daß sich die Spule ausdehnen und wie gewünscht dicht an die Innenseite des Gehäuses anschmiegen kann. So bilden diese drei Komponenten (das Gehäuse 11, die Spule 10 und die Wicklung 12) bei der Endmontage gegenseitig einen gut passenden, engen Sitz. Die Endkappen und der Rotor werden dann an dieser Endkonstruktion befestigt, um den kompletten Motor zu bilden.
Der zur Bildung des Statorkerns in Figur 1 verwendete Draht ist ein Runddraht und durch eine Einphasenstartwicklung gebildet. Falls gewünscht, kann die Spule mit einer Multistartwicklung ausgebildet werden, indem man zum Beispiel zwei oder drei Drahtlitzen verwendet, die nebeneinander entlang der Länge der fertiggestellten Spule zusammen gewickelt werden. Der Querschnitt des Drahts kann auch rechteckig sein, wie das in Figur 3 dargestellt ist.
Der Draht der Spule 10 kann vor seiner Wicklung in Zylinderform mit einem elektrisch isolierenden Material vorbeschichtet werden. Die Spule kann mit einer Aluminiumbeschichtung versehen sein, oder eine Aluminiumbeschichtung kann auf die Außenfläche des Drahts aus anderen Materialien aufgetragen werden. In einem solchen Fall kann die Außenseite des Drahts in einem kontinuierlichen Vorgang oxidiert werden, um Aluminiumoxid zu bilden, das für eine äußere Isolierbeschichtung sorgt, und danach wird der Draht zu einer Spule gewickelt. Eine solche Spule ist im allgemeinen auch chemisch inert und deshalb für die Verwendung in Motoren geeignet, die als Kraftstoffpumpen verwendet werden, oder in chemischen Verfahrensanlagen, in denen der Motor getaucht wird.

Claims

1. Permanentmagnet-Gleichstrommotor mit einem Statorkern aus gewendeltem ferromagnetischen Draht, einer Statorwicklung (12), die in dem Statorkern angeordnet ist, und einem Magnetrotor (13), der in der Statorwicklung drehbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Statorkern eine einschichtige schraubenförmige Spule (10) aus zumindest einem elastischen ferromagnetischen Draht umfaßt, der sich schraubenförmig über die axiale Länge der Spule hinweg erstreckt, die eine zylindrische Form mit einer Innenfläche hat, die sich entlang der Länge der Statorwicklung dicht an diese anschmiegt und sie greift.

2. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung eine Korbbodenwicklung ist.

3. Elektromotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (10) zumindest zwei separate Drähte umfaßt und als Multistart- Spule ausgebildet ist.

4. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der ferromagnetische Draht einen rechteckigen Querschnitt hat.

5. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ferromagnetischen Wicklungen der Spule (10) durch eine oder mehrere Verbindungsnähte zusammengehalten werden, die sich axial entlang der Außenseite der Spule erstrecken.

6. Elektromotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Nähte durch Schweißen gebildet sind.

7. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (10) und die Wicklung (12) von einem in einer Form hergestellten starren Schutzüberzug umgeben sind.

8. Elektromotor nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Endplatten (17,18) an der Spule montiert und so angeordnet sind, daß sie den Magnetrotor (13) drehbar halten.

9. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gehäuse (11) aus magnetischem Material den Statorkern dicht benachbart umschließt.

10. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der ferromagnetische Draht mit einem elektrisch isolierenden Material beschichtet ist.

11. Elektromotor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der ferromagnetische Draht Aluminum ist und die Beschichtung Aluminium enthält.

12. Verfahren zur Montage eines Permanentmagnet-Gleichstrommotors mit einem Statorkern 10, einer vorgeformten Statorwicklung (12) und einem in der Statorwicklung drehbar gelagerten Magnetrotor (13), wobei der Statorkem eine dicht gewickelte schraubenförmige Spule (10) aus elastischem ferromagnetischen Draht umfaßt, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: Greifen der Enden der Spule (10) und relatives Drehen der Enden zur Vergrößerung des mittleren Innendurchmessers der Spule, Verschieben der Spule (10) relativ zur Wicklung (12), um die Spule auf die Wicklung aufzupassen und Loslassen der Enden der Spule, damit sich die Spule entspannen und an die Wicklung anlegen kann.

13. Verfahren nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch Greifen der Enden der Spule (10) und relatives Drehen der Enden der Spule zur Verringerung des mittleren Durchmessers der Spule zusammen mit der Wicklung innerhalb der Spule, Schieben der Spule (10) und der Wicklung (12) in ein über die Spule passendes Gehäuse (11) und Loslassen der Enden der Spule (10), damit sich die Spule entspannen und an die Innenseite des Gehäuses (11) anlegen kann.

14. Verfahren nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch Greifen der Enden der Spule (10) und relatives Drehen der Enden der Spule zur Verringerung des mittleren Durchmessers der Spule (10) zusammen mit der Wicklung (12) innerhalb der Spule und Anordnen der Spule und der Wicklung in einer Form.