DE10161013A1 - Motorkonstruktion geringer Höhe - Google Patents

Abstract

Der Spulensitz (11) im Stator (10) wird von einer Grundplatte (18) sowie ersten und zweiten Zähnen (15, 16) gestellt, um die die Spule (17) gewickelt ist. Die ersten und zweiten Zähne (15, 16) um den Innen- bzw. den Außenumfang der Grundplatte (18) haben die Form von umgedrehten "L". Der Rotor ist mit dem Stator verbunden, weist einen Ringmagneten (31) über dem Spulensitz (11) auf und besitzt erste und zweite Abschnitte, welche eine Auskehlung (T1), eine Hohlkehle (T2), ein Spiel (T3), eine Falz (T4) sowie unterschiedliche Abmessungen besitzen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Motorkonstruktion und insbesondere einen Motor geringer Bauhöhe.

Elektrische Vorrichtungen wie Notebook-Computer werden immer kleiner, flacher und kompakter, so dass sie Gebläse geringer Bauhöhe benötigen. Dabei besteht das Problem, dass die her­ kömmlichen Motorstatoren nicht den gestalterischen Bedürfnissen entsprechen. Zudem ist der Bau von Statoren geringer Höhe problematisch.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch einen herkömmlichen Motor.

Fig. 2 zeigt den Motor der Fig. 1 von der Seite. Der Motor besitzt einen Ringmagneten 100 und einen Stator 200. Der Ringmagnet 100 ist ein Teil des nicht in Gänze gezeigten Motors. Der Stator 200 besteht aus einem vierpoligen Silizium­ stahlblech 201 und einer Spule (Drähte) 202, die um den Satz 201 aus Siliziumstahl gewickelt ist.

Der Siliziumstahl-Satz 201 besteht eigentlich aus übereinander gestapelter Siliziumstahlblechen. Deren Kanten sind aber sehr scharf und es muss ein Film oder eine Abdeckung (nicht gezeigt) auf die Siliziumstahlbleche 201 aufgebracht werden, damit die Spule 202 beim Wickeln nicht beschädigt wird.

Bei den herkömmlichen Motorkonstruktionen bleibt viel Platz von der Spulenwicklung ungenutzt - der kreisförmige Raum um den Siliziumstahlsatz 201 wird von der Spule nicht völlig eingenommen - was für die Motorleistung schädlich ist. Will man aber die Motorkonstruktion noch flacher machen, so treten viele Probleme auf. Erstens darf die Zahl der Siliziumbleche nicht zu groß werden, da sonst nur wenig Platz für die Wicklungen bleibt. Auch bleibt die Motorleistung dann klein. Zweitens muss man bei kleiner Statorgröße vergleichsweise enge Toleranzen beachten. Die Herstellung und der Zusammenbau des Motors werden schwieriger. Schließlich sind die Kanten des Siliziumstahlblechs bei einem dünnen Stator sehr scharf, so dass die Wicklungen leicht beschädigt werden können. Es kommt dann zu einem Kurzschluss auf der Spule.

Die Laufstabilität eines Motors hängt in der Regel ab von der Zahl der Pole im Motor. Bei der genannten Motorkonstruktion sind vier Pole vorhanden. Möchte man die Zahl der Pole auf acht erhöhen, so ist dies mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden. Das Wickeln der Drähte wird problematisch. Auch kann sein, dass der Motor sehr schnell ausläuft oder er nur eine geringe Leistung bringt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Motor von flachem Profil bereitzustellen, der eine gute Leistung besitzt und dessen Herstellung einfacher ist.

Dieses Ziel wird durch einen Motor nach Anspruch 1 erreicht. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die erfindungsgemäße Motorkonstruktion umfasst einen Stator mit Spulensitz und einen Rotor mit einem Ringmagneten oberhalb des Spulensitzes. Der Spulensitz wird von der Grundplatte, einer Anzahl erster Zähne und einer Anzahl zweiter Zähne vor­ gegeben. Die ersten Zähne sind um den Innenumfang und die zweiten Zähne um den Außenumfang der Bodenplatte ausgebildet. Jeder erste und jeder zweite Zahn besitzt einen vorstehenden ersten Abschnitt bzw. einen vorstehenden zweiten Abschnitt.

Die Motorkonstruktion umfasst zudem eine Basis für die Aufnahme des Spulensitzes. Der Spulensitz kann wahlfrei als eine konkave Vertiefung in der Basis ausgebildet sein.

Der Stator umfasst eine Steckachse, im Wesentlichen senkrecht hierzu und befestigt auf der Basis. Auf der Achse ist eine ringförmige Nut. Der Rotor besitzt ferner eine Nabe, ein Metallblech sowie ein Lager. Das Metallblech, - angeordnet zwischen der Nabe und dem Ringmagneten - dient der Vermeidung eines Magnetverlusts. Die Achse läuft durch das Lager. Die Motorkonstruktion umfasst weiterhin einen Eingriffsring und einen Elastikring. Der Eingriffsring befindet sich auf dem Lager und fixiert das Lager. Der Elastikring liegt in der ringförmigen Nut und fixiert federnd das Lager. Der Ein­ griffsring und der Elastikring dienen beide der Fixierung des Lagers, so dass Lager und Steckachse nicht längs der Wellenachse auseinander gehen können.

Es werden nun weitere Aufgaben, Vorteile und Merkmale der Erfindung an Beispielen und mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 einen Teilquerschnitt durch einen herkömmlichen Motoraufbau;

Fig. 2 eine Seitenansicht der Motorkonstruktion von Fig. 1;

Fig. 3 einen Teilquerschnitt durch die Motorkonstruktion gemäß der Erfindung;

Fig. 4 eine Explosionsdarstellung der Motorkonstruktion gemäß der Erfindung;

Fig. 5 einen Spulensitz gemäß einer weiteren Ausführungs­ form der Erfindung;

Fig. 6 die Motorkonstruktion von Fig. 3 oder 5 im Betrieb sowie einige Magnetisierungskonfigurationen des Ringmagneten;

Fig. 7-9 weitere Magnetisierungskonfigurationen des Ring­ magneten gemäß der Erfindung; und

Fig. 10 einen Spulensitz gemäß einer weiteren Ausfüh­ rungsform der Erfindung.

Erste Ausführungsform

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch ein Teil der Motorkon­ strukton gemäß der Erfindung. Die Motorkonstruktion umfasst einen Stator 10 und einen Rotor 30. Der Stator 10 umfasst einen Spulensitz 11 und eine Basis 18. In der Basis 18 befindet sich wahlfrei eine konkave Vertiefung 19, so dass der Spulen­ sitz 11 hierin eingelassen werden kann. Der Spulensitz 11 besteht aus einer Grundplatte 12, einer Anzahl erster Zähne 15 und einer Anzahl zweiter Zähne 16. Der ersten Zähne 15 sind vertikal um den Außenumfang der Grundplatte 12 ausgebildet und stellen den Siliziumstahl mit ersten Polung. Die zweiten Zähne 16 sind senkrecht stehend um den Innenumfang der Grund­ platte 12 ausgebildet und stellen den Siliziumstahl mit zweiter Polung.

Siehe Fig. 3. In der bevorzugten Ausführungsform schauen die ersten Zähne 15 alle so zu dem Abstand zwischen den benach­ barten zweiten Zähne 16, dass die Grundplatte 12, die ersten Zähne 15 und die zweiten Zähne 16 einen Spulensitz 11 ergeben, in dem dann eine Spule 17 eingebracht wird.

Siehe nun Fig. 3 oder Fig. 4. Die ersten Zähne 15 besitzen jeweils erste vorstehende Abschnitte 15a. Die vorstehenden ersten Abschnitte 15a befinden sich an dem Ende, wo die ersten Zähne 15 über der Grundplatte 12 schweben. Ferner erstrecken sich die vorstehenden Abschnitte 15a weg vom Mittelpunkt der Grundplatte 12. Das heißt, die ersten Zähne 15 schauen im Wesentlichen jeweils wie ein umgedrehtes L aus. Ähnlich sind auch jeweils die zweiten Zähne 16 ausgebildet. Sie besitzen einen vorstehenden zweiten Abschnitt 16a. Der vorstehende zweite Abschnitt 16a liegt jeweils an dem Ende, wo die zweiten Zähne 16 über der Grundplatte 12 schweben. Die vorstehenden zweiten Abschnitte 16a erstrecken sich zum Mittelpunkt der Grundplatte 12. Auch die zweiten Zähne 16 sehen im Wesentlichen jeweils wie ein umgedrehtes L aus. Der Rotor 30 besitzt zudem einen Ringmagneten 31. Dieser schwebt über der Spule 17, den vorstehenden ersten Abschnitten 15a und den vorstehenden zweiten Abschnitten 16a.

Zweite Ausführungsform

Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Die Bezugszeichen 15, 15a, 16 und 16a bezeichnen jeweils die gleichen Teile wie in Fig. 4. Die zweite Ausführungsform um­ fasst wahlfrei mindestens eine Auskehlung T1, mindestens eine Hohlkehle T2, mindestens ein Spiel T3, mindestens eine Falz T4, wobei erster und zweiter vorstehende Abschnitt unterschied­ liche Abmessungen haben, sowie mindestens einen Spalt T6. Um vorteilhaft den Winkel der magnetischen Neigung für den Start des Motors einzurichten, besitzen der vorstehende erste Abschnitt 15a sowie der vorstehende zweite Abschnitt 16a zudem eine Auskehlung T1, eine Hohlkehle T2, ein Spiel T3, eine Falz T4 und eine andere Abmessung T5. Die Grundplatte L2 be­ sitzt zudem mindestens einen Spalt T6 zur Aufnahme einer Sensor­ vorrichtung (nicht gezeigt), so dass die Sensorvorrichtung unterhalb des Ringmagneten 31 liegt; siehe Fig. 3.

Siehe nochmals Fig. 3. Der Stator 30 umfasst zudem eine Steckachse 20, im Wesentlichen senkrecht zu und befestigt auf der Basis 18. Die ringförmige Nut 21 ist auf der Achse 20 ausgebildet. Der Rotor besitzt zudem eine Nabe 32 (z. B. die Nabe zu einem Propeller), ein Metallblech 34 (z. B. ein Eisenblech) sowie ein Lager 35. Das Metallblech 34 ist zwischen der Nabe 32 und dem Ringmagneten 31 angeordnet und dient der Vermeidung eines magnetischen Lecks. Das Lager 35 wird von der Achse 20 durchlaufen. Die Motorkonstruktion umfasst zudem einen Eingriffsring 40 (z. B. eine Kupferhülse) und einen Elastikring 50 (z. B. einen Dichtungsring). Der Eingriffsring 40 befindet sich auf dem Lager 35 und dient der Halterung des Lagers 35. Der Elastikring 50 ist in der ringförmigen Nut 21 angeordnet und fixiert elastisch das Lager 35. Der Eingriffsring 40 und der Elastikring 50 dienen der Halterung des Lagers 35, so dass Lager 35 und Achse 20 nicht längs in der Achsrichtung des Schafts 20 auseinander gehen können. Siehe Fig. 4. Sie zeigt eine Explosionsdarstellung des Spulen­ sitzes 11, der Spule 17 und des Ringmagneten 31 von Fig. 3.

Fig. 4 zeigt vor allem die Konstruktion des Spulensitzes 11. Der erste Zahn 15 hat im Wesentlichen den Querschnitt von einem auf dem Kopf stehenden L. Dies gilt auch für den Querschnitt des zweiten Zahns 16. Der vorgenannte Ringmagnet 31 liegt nicht nur oberhalb der Spule 17, sondern auch oberhalb des vorstehenden ersten Abschnitts 15a und des vorstehenden zweiten Abschnitts 16a. Wenngleich die Motorkonstruktion sich nicht bewegt, unterstützen und verbessern die statischen Mag­ netkräfte zwischen Ringmagnet 31 und Spulensitz 11 die Verti­ kalität dee Achse. Dadurch wird der notwendige Strom bzw. die notwendige Leistung zum Starten des Motors erheblich gerin­ ger. Auch die Vibrationen werden deutlich vermindert.

Fig. 6 zeigt die Motorkonstruktion von Fig. 4 bzw. Fig. 5 im Betrieb. Der Ringmagnet 31 ist magnetisiert und besitzt eine ungerade Zahl von Magnetabschnitten. Die Pole benachbarter Magnetabschnitte sind verschieden. Beim Anfahren des Motors besitzt der erste Zahn 15 eine erste Polung, beispielsweise die Polung S. und der zweite Zahn 16 eine andere Polung, beispielsweise die Polung N.

Die Erfindung wird nun näher beschrieben anhand des ersten Zahns 15-1, des zweiten Zahns 16-1, dem Magnetteil 31-1 sowie den Magnetabschnitten N bzw. S. wie in der Zeichnung darge­ stellt. Der erste Zahn 15-1 wird vom Magnetabschnitt 31-1 abgestoßen. Der Ringmagnet 31 dreht sich daher um einen bestimmten Winkel im Uhrzeigersinn.

Der durch die Spule fließende Strom ist umgedreht, so dass der erste Zahn 15 und der zweite Zahn 16 magnetisiert sind, beispielsweise wie der Magnetabschnitt mit der N-Polung bzw. der magnetische Abschnitt mit der S-Polung. Im Ergebnis wandert dann der Ringmagnet 31 im Uhrzeigersinn unter Abstoßung des ersten Zahns 15 und Anziehung des zweiten Zahns 16.

Die Fig. 7 bis 9 zeigen weitere magnetische Konfigurationen des Ringmagneten 31. Siehe Fig. 7. Der Ringmagnet 31 ist hier so magnetisiert, dass er eine gerade Zahl von fächerför­ migen Abschnitten besitzt, beispielsweise acht fächerförmige Abschnitte. Jeder fächerförmige Abschnitt besitzt zwei unter­ schiedliche Pole. Die Anordnung der Pole zu den benachbarten fächerförmigen Abschnitten ist entgegengesetzt. Besitzt bei­ spielsweise ein fächerförmiger Abschnitt eine S-N-Polung, so hat der daneben liegende Abschnitt eine N-S-Anordnung der Pole.

Siehe Fig. 8. Der Ringmagnet 31 besitzt hier eine gerade Zahl von magnetischen Primärabschnitten, beispielsweise acht. Die Pole der Primärabschnitte sind entgegengesetzt. Ferner besitzt jeder magnetische Primärbereich einen magnetischen Sekundärbereich im äußeren Umfang an der Grenze zwischen zwei benachbarten magnetischen Primärbereichen. Die Pole der magnetischen Primärbereiche sind entgegengesetzt zu denen der magnetischen Sekundärbereiche. Die magnetischen Primär­ bereiche nehmen eine größere Fläche ein.

Siehe Fig. 9. Der Ringmagnet 31 ist hier in eine gerade Zahl magnetischer Abschnitte magnetisiert, beispielsweise in acht. Die Polung benachbarter Magnetbereiche ist entgegengesetzt. Die magnetischen Bereiche sind im Wesentlichen propellerförmig.

Da die Spule 17 hier direkt um den Spulensitz 11 gewickelt wird, welcher von der Grundplatte 12 vorgegeben ist, dem ersten Zahn 15 und dem zweiten Zahn 16, ist hier die Wicklung einfach und es besteht nicht das Problem, dass man wie im Stand der Technik Wickelraum verschwendet. Ferner besitzt der Spulensitz 11 keine scharfen Kanten, welche die Spule beschädigen könnten. Auch ist die Wicklung gegenüber dem Stand der Technik einfach. Man kann die Zahl der Pole erhöhen und so auch die Laufstabili­ tät des Motors.

Es werden nun weitere Vorteile der Erfindung beschrieben. So kann man die Wirkfläche zwischen dem Ringmagneten 31 und dem Spulensitz erhöhen, indem man die Vertikalität der Achse über die statischen Magnetkräfte zwischen dem Ringmagneten 31 und dem Spulensitz 11 erhöht. In diesem Fall ist dann der notwendige Strom bzw. die notwendige Leistung zum Anfahren des Motors erheblich kleiner.

Wenngleich der Spulensitz bei den Fig. 3 bis 5 so konstru­ iert ist, dass der erste Zahn 15 in den Abstand zwischen den benachbarten zweiten Zähnen 16 schaut, so ist beim Spulensitz der Fig. 10 der Aufbau so, dass der erste Zahn 15 teilweise auch dem zweiten Zahn 16 gegenüber ist.

Der Schutzbereich der Erfindung ergibt sich aus den nach­ stehenden Patentansprüchen. Im Übrigen sind auch Abwandlungen vom gezeigten Aufbau möglich. So kann beispielsweise die konkave Vertiefung weggelassen werden und die Spule direkt auf der Grundplatte aufgebracht sein.

Claims (12)

1. Motorkonstruktion, umfassend
einen Stator (10) mit einer Grundplatte (12);
eine Anzahl erster Zähne (15), ausgebildet um den Außenumfang der Grundplatte, wobei die ersten Zähne (15) einen vorstehenden ersten Abschnitt (15a) besitzen, der in Richtung weg vom Mittelpunkt der Grundplatte schaut;
eine Anzahl zweiter Zähne (16), ausgebildet um den Innenumfang der Grundplatte, wobei die zweiten Zähne einen vorstehenden zweiten Abschnitt (16a) besitzen, der zum Mittelpunkt der Grundplatte (12) schaut;
wobei die Grundplatte (12), die ersten Zähne (15) und die zweiten Zähne (16) einen Spulensitz (11) bilden, und eine Spule (17) im Spulensitz (11) ausgebildet ist; und
einen Rotor (30), verbunden mit dem Stator (10), wobei der Rotor einen Ringmagneten (31) besitzt, der ausgebildet ist über dem Spulensitz (11), den vorstehenden ersten Abschnitten (15a) und den vorstehenden zweiten Abschnitten (16a).

2. Motorkonstruktion nach Anspruch 1, wobei die vorstehenden ersten Abschnitte zudem eine Auskehlung (T1) besitzen, eine Hohlkehlung (T2), ein Spiel (T3), eine Falz (T4) sowie andere Abmessungen (T5).

3. Motorkonstruktion nach Anspruch 1, wobei die vorstehenden zweiten Abschnitte zudem eine Auskehlung (T1) besitzen, eine Hohlkehle (T2), ein Spiel (T3), eine Falz (T4) sowie andere Abmessungen (T5).

4. Motorkonstruktion nach Anspruch 1, wobei die Bodenplatte (12) zudem mindestens einen Spalt zur Aufnahme zur Sensor­ vorrichtung besitzt, so dass die Sensorvorrichtung unter­ halb des Ringmagneten (31) liegt.

5. Motorkonstruktion nach Anspruch 1, wobei der erste Zahn zu dem Abstand zwischen den zweiten Zähnen korrespondiert.

6. Motorkonstruktion nach Anspruch 1, wobei der erste Zahn teilweise zum zweiten Zahn schaut.

7. Motorkonstruktion nach Anspruch 1, welche eine Basis zur Aufnahme des Spulensitzes besitzt.

8. Motorkonstruktion nach Anspruch 7, wobei der Rotor zudem eine Achse aufweist, die Achse eine ringförmige Nut besitzt, der Stator zudem aufweist: eine Nabe, ein Metall­ blech, angeordnet zwischen der Nabe und dem Ringmagneten, sowie ein Lager, angeordnet in der Basis und durch das die Achse läuft.

9. Motorkonstruktion nach Anspruch 8, umfassend einen Ein­ griffsring zur Halterung des Lagers, und einen Elastik­ ring, angeordnet in der ringförmigen Nut zur elastischen Halterung des Lagers.

10. Motorkonstruktion nach Anspruch 1, wobei der Ringmagnet magnetisiert ist und eine gerade Zahl von fächerförmigen Abschnitten besitzt, so dass jeder der fächerförmigen Abschnitte zwei verschiedene Pole aufweist und die Pole von zwei benachbarten fächerförmigen Abschnitten entgegen­ gesetzt sind.

11. Motorkonstruktion nach Anspruch 1, wobei der Ringmagnet so magnetisiert ist, dass er eine gerade Zahl primärer magnetischer Bereiche besitzt, so dass benachbarte primäre magnetische Bereiche unterschiedliche Pole haben, alle magnetischen Primärbereiche einen magnetischen Sekundär­ bereich besitzen, ausgebildet im Außenumfang an der Grenze zwischen benachbarten magnetischen Primärbereichen, wobei die Pole der magnetischen Primärbereiche entgegengesetzt sind zu denen der magnetischen Sekundärbereiche.

12. Motorkonstruktion nach Anspruch 1, wobei der Ringmagnet so magnetisiert ist, dass er eine gerade Zahl magnetischer Abschnitte besitzt, dass benachbarte magnetische Ab­ schnitte unterschiedliche Pole besitzen und dass die magnetischen Abschnitte alle im Wesentlichen propeller­ förmig sind.