DE3890737C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Anker für einen bürstenlosen Gleichstrommotor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, wie er z. B. aus der JP 53-23 010 A bekannt ist.

Bürstenlose Hochleitungs-Gleichstrommotore, die beispielsweise bei Magnetband- oder Plattenantrieben zum Einsatz kommen, sollen eine präzise konstante Rotation und möglichst kleine Abmessungen aufweisen. Bei der Herstellung insbesondere von sehr kleinen Ankern besteht oftmals die Schwierigkeit, hierauf Spulen aufzuwickeln. Meist müssen Nadeln verwendet werden, die durch Spalte hindurch eingeführt werden müssen, um den Draht auf den Anker aufzuwickeln, vgl. Abstract zu JP 58-49 075 A.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Konstruktion anzugeben, die ein schnelles Wickeln der Spulen und gleichzeitig einen einfachen und schnellen Zusammenbau des Ankers ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine teilweise axiale Draufsicht eines erfindungsgemäßen bürstenlosen Gleichstrommotors,

Fig. 2 eine geschnittene Teilansicht des Motors entlang den Linien 2-2 gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine geschnittene Teilansicht des Motors, welche eine Lufttasche im ausgeprägten Pol des Ankers zeigt, entlang den Linien 3-3 gemäß Fig. 1,

Fig. 4 eine Teil-Draufsicht eines Preß- bzw. Stanzteils eines Einzelblechs für die ausgeprägten Pole des Motors gemäß Fig. 1.

Die in dieser Anmeldung gezeigten Ausführungen sind speziell für einen Magnetbandantrieb für Bandkassetten mit mehreren Spuren konstruiert, wie sie für Massenspeicher digitaler Daten in Computern verwendet werden. Bei dieser Konstruktion ist der die elektrische Spule tragende Anker der Stator und das Permanentmagnet-Feldglied ist ein rotierbarer Kern, welcher innerhalb des Ankers angeordnet ist und den Rotor bildet. Die elektrischen Verbindungen sind zum stationären Anker hin ausgebildet, und es bestehen keine elektrischen Verbindungen zum Rotor.

Wie in den Fig. 1 und 4 gezeigt, umfaßt der Anker 10 sechs identische ausgeprägte Pole 12, von denen ein jeder eine teilzylindrische innere Polfläche 12a aufweist, die unter Bildung eines Spalts koaxial angeordnet sind, um einen mittleren zylindrischen Raum zu bilden. Ein jeder ausgeprägte Pol 12 umfaßt einen Stapel von zwanzig bis dreißig Einzelblechen, wie dies in den Schnittansichten gemäß Fig. 2 und 3 angedeutet ist. Die entsprechenden Einzelbleche sämtlicher ausgeprägter Pole 12 sind koplanar und werden gemeinsam in einem einzigen Press- bzw. Stanzteil geformt, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist. Ein jedes Einzelblech besteht aus Silizium-("Transformator")-Stahl und hat eine Dicke von ungefähr 0,5 mm. Beim ursprünglichen Press- bzw. Stanzteil gemäß Fig. 4 sind Einzelbleche benachbarter Pole mittels U-förmiger flexibler Verbindungen 14 miteinander verbunden, welche während des Zusammenbaus, wie weiter unten beschrieben, sämtlich entfernt werden.

Benachbarte ausgeprägte Pole 12 weisen gegenüberliegende parallele Abschnitte 12b mit gegenüberliegenden abgeschrägten Aussparungen 12c auf. Sechs gleichermaßen aus Einzelblechen aufgebaute trapezförmige Flußverbindungen 16, von denen eine jede eine vorgewickelte kontinuierliche Wicklung 18 trägt, sind in den entsprechenden abgeschrägten Aussparungen 12c aufgenommen. Die Flußverbindungen 16 sind mit den Seiten eines gleichmäßigen Sechsecks mit dem Zentrum auf der Rotorachse ausgerichtet. Die Achsen 18a der Wicklungen 18 sind daher sämtlich tangential zur kreisförmigen Bahn 20 ausgerichtet, welche die Zentren eines jeden Verbindungsabschnitts wie in Fig. 1 dargestellt verbindet. Die Wicklungen 18 werden mittels einer Hochgeschwindigkeits-Produktionsvorrichtung (z. B. 2000 U.p.m.) vorgewickelt und können einen quadratischen Draht verwenden, um ungenutzten Luftraum zu minimieren und um den niedrigstmöglichen Gleichstromwiderstand für die höchstmögliche Anzahl von Wicklungen zu erreichen. Die Flußverbindungen 16, welche wie in Fig. 2 dargestellt im Querschnitt rechteckig sind, werden in die vorgewickelten Wicklungen 18 eingefügt.

Ein jeder ausgeprägte Pol 12 weist eine Vielzahl von Löchern auf zur Gewichtsverminderung und zum Zwecke der Bearbeitung, nämlich ein großes rechteckiges Fenster 12d und zwei äußere kreisförmige Löcher 12e. Nahe dem inneren Umfang eines jeden Ankersegments 12 befindet sich ein Paar Reluktanz- modifizierender Lufttaschen 12f in Form kreisförmiger Öffnungen, die um 20° von den Lücken bzw. Zwischenräumen zwischen den benachbarten Polen beabstandet sind, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist.

Das Feldglied oder der Rotor 30 ist innerhalb des zylindrischen Raums, der von den ausgeprägten Polen 12 definiert ist, koaxial befestigt. Der Rotor 30 trägt acht zylindrische Permanentmagnetsegmente 32. Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt, sind die Permanentmagnetsegmente 32 abwechselnd radial magnetisiert und in nebeneinanderliegender umfangsmäßiger Ausrichtung angeordnet. Der Abstand zwischen der äußeren zylindrischen Oberfläche des Rotors 30 und der inneren zylindrischen Polfläche 12a eines jeden ausgeprägten Pols 12 ist so klein, wie dies herstellungstechnisch praktikabel ist, um die Wirksamkeit des Motors zu vergrößern, indem die Kopplung zwischen dem Anker 10 und dem Rotor 30 verbessert wird. Wie in Fig. 2 gezeigt sind die Permanentmagnetsegmente 32 auf einem pfannenförmigen Rotorelement 34 befestigt, welches an einer koaxialen festen Antriebswelle 36 befestigt ist, die in einem ringförmigen Motorgehäuse 38 gelagert ist. Ein sich von der Welle wegerstreckender äußerer Gehäuseflansch 38a bildet eine Kammer, in der der Anker 10 aufgenommen ist.

Der ursprüngliche Durchmesser eines Ankerblechs mit sechs ausgeprägten Polen wie in Fig. 4 dargestellt und wie mittels der (nicht dargestellten) Stanzmatrize gestanzt, ist geringfügig größer als der Durchmesser nach dem Einbau. Bei einem Prototyp, der einen fertigen Durchmesser des Ankers von 76,2 mm aufweist, werden die Einzelbleche mit einem Durchmesser gestanzt, der ungefähr 0,5 mm größer ist als der fertige Durchmesser. Als Ergebnis ist ein Umfangsspalt von ungefähr 0,33 mm verfügbar, um die Flußverbindungen 16 einfach einbauen zu können.

Der innere Rand des Gehäuseflansches 38a ist mit einer Nut 38b versehen, welche mit einem (nicht dargestellten) zylindrischen Bearbeitungshalter in Eingriff kommt. Der Halter hat eine konische Einführung, um den übergroßen Lamellenstapel in das Motorgehäuse 38 zu pressen, nachdem die Flußverbindungen 16 mit Wicklungen 18 eingeführt worden sind.

Jeder ausgeprägte Pol 12 weist ein Paar axialer Vorsprünge 12g auf. Sämtliche zwölf axialen Vorsprünge sind um 30° gleichförmig beabstandet. Die Vorsprünge 12g erlauben einen weiteren Toleranzbereich zum Zusammenpressen der ausgeprägten Pole 12 und Flußverbindungen 16 während des Zusammenbaus. Nachdem der Anker 10 eingebaut worden ist, werden die flexiblen Verbindungen 14 durch Räumen oder in anderer geeigneter Weise entfernt. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, weist ein modifiziertes Gehäuse 44 einen herabhängenden Flansch 44a mit einer eingebauten konischen Einführfläche 44b auf, die an der inneren Kante des Randes des Flansches 44a ausgebildet ist. Hierdurch soll das Gehäuse 44 als Zusammenbau- Haltevorrichtung dienen können, indem es dazu beiträgt, den Anker 10 in seine Sollposition zu pressen.

Die Wicklungen 18 sind in entgegengesetzter Beziehung miteinander verbunden. Daher sind zwei gegenüberliegende Wicklungen 18 in Serie so verbunden, daß sie dann, wenn sie erregt sind, parallele Magnetfelder in entgegengesetzten Richtungen erzeugen. Gegenüberliegende Paare anderer Wicklungen 18 sind in ähnlicher Weise verbunden. Die Wicklungspaare werden dann in einer konventionellen Dreiecksschaltung oder in einer bipolarbetriebenen Sternschaltung geschaltet.

Ein Prototyp eines Motors gemäß vorstehender Beschreibung weist eine axiale Dicke T (Fig. 2) von ungefähr 19 mm auf, um auf einer gedruckten Platine befestigt werden zu können und weist einen Gleichstromwiderstand von 2,5 Ohm auf. Selbst mit einem extrem reduzierten Luftspalt zwischen dem Rotor 30 und dem Anker 40 und bei Verwendung von seltene- Erden-Magneten für die Permanentmagnetsegmente 32 ergab sich ein niedriges Rastmoment, das eine reduzierte Drehmomentpulsation bzw. -Rippelung erzeugte. Ein niedriges Rastmoment wird teilweise dadurch erreicht, daß die Spalte G zwischen benachbarten Ankerpolen eng gemacht werden (z. B. 0,56 mm (0,022 inch)). Zusätzlich jedoch bieten die zwischen den Spalten beabstandeten Lufttaschen 12g ein Mittel, um den Reluktanzverlauf so zu steuern, daß die Gesamt-Reluktanz zwischen dem Rotor und dem Anker für sämtliche Winkelpositionen des Rotors 30 konstant ist.

Die Konstruktion des Ankers mit ausgeprägten Polen und getrennten, spulentragenden geraden Flußverbindungen sorgt für mehr Platz für die Wicklungen als bei früheren Konstruktionen. Das Ausrichten der Spulen entlang einer kreisförmigen Bahn 20 weist einen zusätzlichen Vorteil beim Schalten der Wicklungen auf. Nachdem der Spulenfluß dazu tendiert, sich über den Anker zu verbinden, bleibt die magnetische Energie annähernd konstant, wenn eine Phase abgeschaltet wird und eine andere Phase eingeschaltet wird. Als Ergebnis ist die Motorinduktivität während des Schaltens relativ niedrig. Die Konstruktion ermöglicht die Verwendung einer konventionellen Hochgeschwindigkeits-Spulenwickelvorrichtung, um vorgewickelte Wicklungen zum Zusammenbau auf gerade Kerne herzustellen, was die Herstellungskosten reduziert und die Anordnung vereinfacht.

Claims (6)

1. Anker für einen bürstenlosen Gleichstrommotor mit mehreren ausgeprägten Polen, die zentrisch zu einem innen liegenden Rotor am Umfang desselben angeordnet sind und jeweils aus einem geschichteten Paket bestehen, sowie mehreren konzentrisch angeordneten Wicklungen am Umfang des Ankers, gekennzeichnet durch

• - im wesentlichen parallel gegenüberliegende Abschnitte (12b) auf der dem Rotor abgewandten Seite der ausgeprägten Pole mit hierin angeordneten, abgeschrägten Aussparungen (12c), die auf einer zur Rotorachse konzentrischen Kreisbahn (20) liegen,
• - die Verwendung von im wesentlichen geraden, vorgewickelten Wicklungen (18),
• - mehrere, im wesentlichen gerade Flußverbindungen (16), die als Kern für die entsprechende Wicklung (18) dienen und deren Endflächen so gestaltet sind, daß sie sich in die entsprechenden Aussparungen (12c) der ausgeprägten Pole einfügen, sowie dadurch,
• - daß bei der Herstellung der Einzelbleche alle ausgeprägten Pole (12) aus einem einzigen Stanzteil bestehen und die einzelnen Pole durch später entfernbare flexible Verbindungen (14) im Bereich der inneren Polfläche (12a) so miteinander verbunden sind, daß sie in etwa ihre endgültige Position bezüglich des Rotors (30) einnehmen, wobei die miteinander verbundenen Pole einen Durchmesser aufweisen, der merklich größer ist als ihr Durchmesser im zusammengebauten Zustand, um vor dem Zusammenbau das Einfügen der die vorgewickelten Wicklungen (18) tragenden Flußverbindungen (16) in die Aussparungen (12c) der Pole zu erleichtern.

2. Anker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flußverbindungen (16) eine trapezförmige Kontur besitzen.

3. Anker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (18a) einer jeden Wicklung (18) nach dem Zusammenbau annähernd tangential zur Kreisbahn (20) liegt.

4. Anker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerkonfiguration ringförmig ist und die flexiblen Verbindungen (14) benachbarte ausgeprägte Pole (12) am Innenumfang des Rings verbinden.

5. Anker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ausgeprägten Pole (12) bogenförmige Oberflächen aufweisen, die umfangsmäßig unter Bildung einer Lücke in nebeneinander liegenden Positionen ausgerichtet sind.

6. Anker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flußverbindungen (16) mit den entsprechenden Seiten eines bezüglich der Rotorachse zentrierten regelmäßigen Polygons ausgerichtet sind.