DE20307048U1

DE20307048U1 - Electrodynamic machine, especially very small permanent magnet stimulated motor, has one end cover with inward protrusion carrying rotor shaft bearing bushes, and other cover with commutator brushes

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Publication number: DE20307048U1
Application number: DE20307048U
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Priority date: 2003-05-07
Filing date: 2003-05-07
Publication date: 2003-08-14
Anticipated expiration: 2013-05-08

Abstract

The device has a cylindrical housing (2) closed at the ends by end covers (5), an armature winding and commutation elements in the form of a rotor carrying a collector. One end cover has an inward protrusion carrying two bearing bushes for the rotor shaft (3) and the other end cover carries at least two commutator brushes (9,10).

Description

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BeschreibungDescription

ElektromotorElectric motor

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrodynamische Maschine, insbesondere auf einen permanenterregten E-lektromotor. Derartige Elektromotoren sind beispielsweise in Bauformen von Kleinstmotoren bekannt.The present invention relates to an electrodynamic machine, in particular to a permanent magnet electric motor. Such electric motors are known, for example, in the form of miniature motors.

So ist aus der DE 91 16 864 Ul ein als Kleinstmotor ausgebildeter, permanenterregter Gleichstrommotor mit einem zylindrischen Gehäuse bekannt, welches an seinen Stirnseiten jeweils ein Lagerschild aufweist, von denen ein Lagerschild becherförmig ausgebildet ist und Kohlebürsten eines Kollektors eines in dem Gehäuse drehbar angeordneten, mit Wicklungen versehenen Ankers trägt und zur Verstellung des Arbeitspunktes des Gleichstrommotors relativ zum Gehäuse um die Längsachse des Gleichstrommotors verstellbar ist, wobei der verstellbare Lagerschild mittels eines Feingewindes in oder auf ein Feingewinde des Gehäuse geschraubt ist und im Bereich des Feingewindes in seiner Mantelfläche einen in Längsrichtung verlaufenden Schlitz und quer dazu eine Spanneinrichtung zum Festspannen des Lagerschilds in oder auf dem Feingewinde des Gehäuses auf weist.For example, DE 91 16 864 Ul discloses a permanently excited direct current motor designed as a micromotor with a cylindrical housing, which has a bearing plate on each of its end faces, one of which is cup-shaped and carries carbon brushes of a collector of an armature provided with windings that is rotatably arranged in the housing and is adjustable about the longitudinal axis of the direct current motor in order to adjust the operating point of the direct current motor relative to the housing, wherein the adjustable bearing plate is screwed into or onto a fine thread of the housing by means of a fine thread and in the area of the fine thread in its outer surface has a slot running in the longitudinal direction and transversely thereto a clamping device for clamping the bearing plate in or onto the fine thread of the housing.

Gleichstrommotoren der vorstehenden Art werden für sehr unterschiedliche Zwecke eingesetzt. Durch den Einsatz hochwertiger Magnetwerkstoffe haben solche Gleichstrommotoren oftmals in Relation zu ihrer Baugröße und ihrem Gewicht eine extrem hohe Leistung, wodurch sie beispielsweise als Antrieb für Modellflugzeuge besonders geeignet sind. Da es sich bei diesen Motoren um Massenprodukte handelt, müssen sie möglichst einfach aufgebaut und deshalb kostengünstig herstellbar sein.DC motors of the above type are used for very different purposes. By using high-quality magnetic materials, such DC motors often have an extremely high output in relation to their size and weight, which makes them particularly suitable for driving model airplanes, for example. Since these motors are mass products, they must be as simple as possible in design and therefore inexpensive to manufacture.

Zur Festlegung des Kommutierungswinkels (Arbeitspunkt) solcher Gleichstrommotoren ist es bekannt, den die Kommutator-To determine the commutation angle (operating point) of such DC motors, it is known that the commutator

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bürsten tragenden Lagerschild relativ zum Gehäuse zu verdrehen und auf diese Weise den Kommutierungswinkel, oftmals auch "Zündzeitpunkt" genannt, zu verändern. Diese Einstellung wird werksmäßig bei der Herstellung des Gleichstrommotors vorgenommen. Ist die richtige Einstellung gefunden, dann verbindet man den Lagerschild mit dem Gehäuse durch Spannstifte, welche in Bohrungen eingesetzt werden, die das Gehäuse radial durchdringen und in den Lagerschild führen.to rotate the bearing plate carrying the brushes relative to the housing and in this way to change the commutation angle, often also called the "ignition point". This setting is made at the factory when the DC motor is manufactured. Once the correct setting has been found, the bearing plate is connected to the housing using dowel pins which are inserted into holes which radially penetrate the housing and lead into the bearing plate.

Eine solche Bauweise von Kleinstmotoren ist nicht optimal und verhältnismäßig aufwendig, sowohl von der konstruktiven als auch von der fertigungstechnischen Seite aus betrachtet.Such a design of micromotors is not optimal and is relatively complex, both from a design and manufacturing point of view.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Kleinstmotor zu schaffen, der sehr leistungsfähig, einfach zu fertigen und äußerst robust ist. Ein solcher Motor ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 gekennzeichnet und durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche wird ein derartiger Motor in vorteilhafter Weise ausgestaltet.The invention is therefore based on the object of creating a miniature motor which is very powerful, easy to manufacture and extremely robust. Such a motor is characterized by the features of claim 1 and such a motor is designed in an advantageous manner by the features of the dependent claims.

Der erfindungsgemäße Kleinstmotor wird besonders vorteilhaft durch einen permanenterregten Elektromotor mit einem zylindrischen Gehäuse realisiert, in welchem stirnseitig ein Lagerschild angeordnet ist, welches Lagerschild pilzförmig ausgebildet ist und zwei von einander beabstandete Lagerbuchsen trägt. An der gegenüberliegenden Stirnseite des Gehäuses ist ein Deckel angeordnet, welcher als Leiterplatte ausgebildet ist und Kommutatorbürsten für einen Kollektor eines in dem Gehäuse drehbar angeordneten, mit Wicklungen versehenen Rotors trägt. Der Deckel ist so ausgestaltet, dass er Leiterbahnen trägt, auf denen zumindest Kommutatorbürsten mechanisch und elektrisch derart angeordnet sind, dass sie elektrisch und mechanisch unterschiedliche Winkelstellungen zueinander einnehmen. Dabei können die Kommutatorbürsten elektrisch mit Zuleitungen verbunden sein, aber mechanisch sind sie von jenen entkoppelt.The micromotor according to the invention is particularly advantageously implemented by a permanently excited electric motor with a cylindrical housing in which a bearing plate is arranged on the front side, which bearing plate is mushroom-shaped and carries two bearing bushes spaced apart from one another. On the opposite front side of the housing there is a cover which is designed as a circuit board and carries commutator brushes for a collector of a rotor which is rotatably arranged in the housing and is provided with windings. The cover is designed in such a way that it carries conductor tracks on which at least commutator brushes are arranged mechanically and electrically in such a way that they assume electrically and mechanically different angular positions relative to one another. The commutator brushes can be electrically connected to supply lines, but they are mechanically decoupled from them.

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Es ist von weiterem Vorteil, wenn der als Leiterplatte ausgebildete weitere Stirn-Deckel auf seinen Leiterbahnen zusätzliche elektrische und/oder elektronische Bauelemente wie Widerstände, Kondensatoren und/oder ähnliche Bauelemente trägt. 5It is also advantageous if the additional front cover designed as a circuit board carries additional electrical and/or electronic components such as resistors, capacitors and/or similar components on its conductor tracks. 5

Ferner ist eine elektrodynamische Maschine vorteilhaft, wenn der als Leiterplatte ausgebildete weitere Stirn-Deckel an seinem Umfang eine abschnittsweise zurückgesetzte Kontur aufweist, welche mit entsprechenden Konturabstufungen in der Mantelfläche des Gehäuses korrespondieren, weil dadurch der Kommutierungswinkel des Motors bei der Montage selbsttätig festgelegt ist.Furthermore, an electrodynamic machine is advantageous if the additional front cover designed as a circuit board has a partially recessed contour on its circumference, which corresponds to corresponding contour gradations in the outer surface of the housing, because this automatically determines the commutation angle of the motor during assembly.

Außerdem ist eine elektrodynamische Maschine von Vorteil, wenn der Kollektor des Rotors drei oder sechs Kommutierungselemente aufweist.In addition, an electrodynamic machine is advantageous if the collector of the rotor has three or six commutation elements.

Besonders vorteilhaft ist eine elektrodynamische Maschine wenn der als Leiterplatte ausgebildete weitere Stirn-Deckel auf seinen Leiterbahnen die Anordnung von Kommutatorbürsten in verschiedenen Positionen ermöglicht, weil dann der Kommutierungswinkel des Elektromotors durch Versatz in den Konturabstufungen der Mantelfläche des Gehäuses bei der Montage einstellbar ist.An electrodynamic machine is particularly advantageous if the additional front cover, designed as a circuit board, allows the arrangement of commutator brushes in different positions on its conductor tracks, because then the commutation angle of the electric motor can be adjusted by offsetting the contour gradations of the casing surface of the housing during assembly.

Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung nachstehend mit Hilfe der Zeichnungen noch näher erläutert.The invention is explained in more detail below using an embodiment example with the aid of the drawings.

Es zeigt
Figur 1 eine perspektivische Ansicht eines Elektromotors mit drei Kommutierungselementen; Figur 2 eine perspektivische Ansicht eines Elektromotors mit sechs Kommutierungselementen und Figur 3 eine Schnittdarstellung durch einen erfindungsgemäßen Elektromotor.It shows
Figure 1 is a perspective view of an electric motor with three commutation elements; Figure 2 is a perspective view of an electric motor with six commutation elements and Figure 3 is a sectional view through an electric motor according to the invention.

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In Figur 1 ist in perspektivischer Darstellung ein erfindungsgemäßer Elektromotor 1 gezeigt. Ein Gehäuse 2 umgibt im Wesentlichen bekannte Bauelemente eines Elektromotors 1, auf die hier nicht näher eingegangen werden muss, weil der grundsätzliche Aufbau eines Elektromotors 1 zum Wissen eines Fachmanns gehört. Lediglich eine Rotorwelle 3 deutet an, dass sich im Innern des Gehäuses 2 ein Rotor befindet. An der diesem sichtbaren Wellenstummel gegenüber liegenden Ende der Rotorwelle 3 befindet sich ein Kollektor 4, welcher in der ausgeschnittenen Darstellung eines Stirn-Deckels 5 zu erkennen ist. Der hier gezeigte Kollektor 4 besteht aus drei Kommutierungselementen 6, 7, 8 die von Kommutatorbürsten 9 und 10 kontaktiert werden. Die Kommutatorbürsten 9 und 10 sind elektrisch und mechanisch mit dem Stirn-Deckel 5 über Leiterbahnen 11 und 12 verbunden. Die Leiterbahnen 11 und 12 sind derart auf dem Stirn-Deckel 5 angeordnet, dass dieser als Leiterplatte in bekannter Technik ausgeführt sein kann. Wenn der Stirn-Deckel 5 in dieser Weise als Leiterplatte ausgebildet ist, können in besonders vorteilhafter Weise auf dem Stirn-Deckel 5, bevorzugt auf seiner Außenseite, elektronische Bauelemente untergebracht sein. Dies wird hier zwar nicht zeichnerisch dargestellt, ist aber als besonderer Vorteil bei der Ausgestaltung des Stirn-Deckels 5 anzusehen. Derartige Bauelemente können passive Bauelemente wie Widerstände oder Kondensatoren sein, aber auch aktive Bauelemente wie Halbleiter, Mikroprozessoren oder dergleichen sind vorstellbar, da die Steuerele,ktronik des Elektromotors 1 auf diese Weise vollständig im Gehäuse 2 des Elektromotors 1 integriert sein kann.Figure 1 shows a perspective view of an electric motor 1 according to the invention. A housing 2 essentially surrounds known components of an electric motor 1, which do not need to be discussed in more detail here because the basic structure of an electric motor 1 is within the knowledge of a specialist. Only a rotor shaft 3 indicates that there is a rotor inside the housing 2. At the end of the rotor shaft 3 opposite this visible shaft stub there is a collector 4, which can be seen in the cut-out view of a front cover 5. The collector 4 shown here consists of three commutation elements 6, 7, 8 which are contacted by commutator brushes 9 and 10. The commutator brushes 9 and 10 are electrically and mechanically connected to the front cover 5 via conductor tracks 11 and 12. The conductor tracks 11 and 12 are arranged on the front cover 5 in such a way that it can be designed as a circuit board using known technology. If the front cover 5 is designed as a circuit board in this way, electronic components can be accommodated in a particularly advantageous manner on the front cover 5, preferably on its outside. Although this is not shown in the drawing here, it is to be seen as a particular advantage in the design of the front cover 5. Such components can be passive components such as resistors or capacitors, but active components such as semiconductors, microprocessors or the like are also conceivable, since the control electronics of the electric motor 1 can be completely integrated in the housing 2 of the electric motor 1 in this way.

Ferner besteht durch die Ausgestaltung des Stirn-Deckels 5 als Leiterplatte die einfache Möglichkeit, die Kommutatorbürsten 9 und 10 an anderer Position des Stirn-Deckels 5 zu platzieren, was beispielsweise bei einem erfindungsgemäßen Elektromotor 1 gemäß der Figur 2 der Fall ist. Das dort gezeigte Ausführungsbeispiel entspricht weitestgehend dem Ausführungsbeispiel aus der Figur 1, lediglich sind hier sechsFurthermore, the design of the front cover 5 as a circuit board makes it easy to place the commutator brushes 9 and 10 at a different position on the front cover 5, which is the case, for example, with an electric motor 1 according to the invention as shown in Figure 2. The embodiment shown there corresponds largely to the embodiment from Figure 1, except that six

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Kommutierungselemente 13, 14, 15, 16, 17, 18 vorgesehen, was Bauartbestimrate Vorzüge hat. Für diesem Fall müssen die Kommutatorbürsten 9, 10 um 90° zueinander versetzt angeordnet sein, was wegen der vorteilhaften Ausgestaltung des Stirn-Deckels 5 als Leiterplatte kein Problem darstellt, da die erforderlichen Montageplätze für die Kommutatorbürsten 9, 10 bereits standardmäßig vorgesehen sind, was bei einer Gegenüberstellung der Figuren 1 und 2 sofort ersichtlich ist. Auch bei dieser Bauform sind die montierten Kommutatorbürsten 9,10 elektrisch und mechanisch so auf dem als Leiterplatte ausgebildeten Stirn-Deckel 5 befestigt, dass sie gegenüber ihren elektrischen Anschlussleitungen entlastet sind.Commutation elements 13, 14, 15, 16, 17, 18 are provided, which has design advantages. In this case, the commutator brushes 9, 10 must be arranged offset by 90° to one another, which is not a problem due to the advantageous design of the front cover 5 as a circuit board, since the required mounting locations for the commutator brushes 9, 10 are already provided as standard, which is immediately apparent when comparing Figures 1 and 2. In this design too, the mounted commutator brushes 9, 10 are electrically and mechanically attached to the front cover 5 designed as a circuit board in such a way that they are relieved of stress compared to their electrical connection lines.

Es ist bei beiden Ausführungsformen gemäß der Figuren 1 und ersichtlich, dass der Stirn-Deckel 5 in wenigstens zwei um 90° zueinander versetzten Positionen im Gehäuse 2 eingesetzt werden kann, so dass seine gewählte Position den gewünschten Kommutierungswinkel bereits bei der Montage bestimmt. Nachjustierungen des Kommutierungswinkels sind bei dieser erfindungsgemäßen Lösung nicht erforderlich.It is evident in both embodiments according to Figures 1 and 2 that the front cover 5 can be inserted in at least two positions in the housing 2 that are offset by 90° from one another, so that its selected position already determines the desired commutation angle during assembly. Readjustments of the commutation angle are not necessary with this solution according to the invention.

In der Figur 3 ist ein Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Elektromotor 1 gezeigt. Die Ansichten der Figuren 1 und 2 entsprechen einer Ansicht von der rechten Seite auf den hier im Querschnitt dargestellten Elektromotor 1. Auch bei dieser Figur sollen nur die für die vorliegende Erfindung relevanten Elemente beschrieben werden. So ist auch in dieser Beschreibung mit der Bezugsziffer 2 ein Gehäuse bezeichnet. Dieses Gehäuse 2 ist auf einer Seite mit einem Stirn-Deckel 19 verschlossen. Der Stirn-Deckel 19 weist einen Ansatz 20 auf, der ins Innere des Gehäuses 2 ragt. Die Länge des Ansatzes 20 bestimmt die Basis für die Lagerung der Rotorwelle 3, da innerhalb des Ansatzes 20 zwei von einander beabstandete Lagerbuchsen 21 und 22 derart eingesetzt sind, dass sie eine qualifizierte Lagerung für die Rotorwelle 3 bilden. Eine der Lagerbuchsen 21 ragt nach außen über den Stirn-Deckel 19 hinaus und ist an ihrem äußeren Umfang vorteilhaft mit einemFigure 3 shows a cross section through an electric motor 1 according to the invention. The views in Figures 1 and 2 correspond to a view from the right side of the electric motor 1 shown here in cross section. In this figure too, only the elements relevant to the present invention are to be described. In this description, reference number 2 also designates a housing. This housing 2 is closed on one side with a front cover 19. The front cover 19 has a projection 20 that projects into the interior of the housing 2. The length of the projection 20 determines the basis for the bearing of the rotor shaft 3, since two spaced-apart bearing bushes 21 and 22 are inserted within the projection 20 in such a way that they form a qualified bearing for the rotor shaft 3. One of the bearing bushes 21 projects outwards beyond the front cover 19 and is advantageously provided on its outer circumference with a

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Feingewinde versehen, mit dessen Hilfe der Elektromotor 1 mit einem hier nicht dargestellten Getriebe verbunden werden kann. Von der Lagerbuchse 21 wird auf diese Weise ein Zentrierbund Z gebildet, der eine präzise Montage des Elektromotors I ermöglicht.The bearing bush 21 is provided with a fine thread with the aid of which the electric motor 1 can be connected to a gear unit (not shown here). In this way, a centering collar Z is formed by the bearing bush 21, which enables precise assembly of the electric motor I.

Die Rotorwelle 3 trägt an ihrem im Innern des Gehäuses 2 befindlichen Endbereich 23 einen Flansch 24, auf dem Ankerwicklungen 25 angeordnet sind. Ferner trägt die Rotorwelle 3 an ihrem im Innern des Gehäuses befindlichen Ende 26 einen Kollektor 27, welcher je nach Bauart von mehreren Kommutierungselementen - siehe Figuren 1 und 2, dort die Elemente 6, 7, 8; 13, 14, 15, 16, 17, 18 - gebildet wird. Ein weiterer Stirn-Deckel 5 trägt Kommutatorbürsten 9, 10, die zur Kommutierung des Rotors 27 dienen, welcher durch die vorbeschriebenen Elemente gebildet wird. Der Stirn-Deckel 5 ist, wie bereits zu den Figuren 1 und 2 beschrieben, als Leiterplatte ausgebildet, demgemäß sind die Kommutatorbürsten 9, 10 auf Leiterbahnen 11, 12 an dem Stirn-Deckel 5 befestigt. Die elektrischen Anschlüsse für eine externe Spannungsversorgung werden mit Hilfe von Anschlusskontakten 28 und 29 hergestellt. The rotor shaft 3 has a flange 24 on its end region 23 located inside the housing 2, on which armature windings 25 are arranged. The rotor shaft 3 also has a collector 27 on its end 26 located inside the housing, which is formed by several commutation elements depending on the design - see Figures 1 and 2, there the elements 6, 7, 8; 13, 14, 15, 16, 17, 18. A further front cover 5 carries commutator brushes 9, 10, which serve to commutation the rotor 27, which is formed by the elements described above. The front cover 5 is, as already described for Figures 1 and 2, designed as a circuit board, accordingly the commutator brushes 9, 10 are attached to conductor tracks 11, 12 on the front cover 5. The electrical connections for an external power supply are made using connection contacts 28 and 29.

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BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010

1 Elektromotor1 electric motor

2 Gehäuse2 housing

3 Rotorwelle3 Rotor shaft

4 Kollektor4 Collector

5 Stirn-Deckel5 Front cover

6 Kommutierungselement6 Commutation element

7 Kommutierungselement 10 8 Kommutierungselement7 Commutation element 10 8 Commutation element

9 Kommutatorbürste9 Commutator brush

10 Kommutatorbürste10 Commutator brush

11 Leiterbahn11 Conductor track

12 Leiterbahn12 Conductor track

15 13 Kommutierungselement15 13 Commutation element

14 Kommutierungselement14 Commutation element

15 Kommutierungselement15 Commutation element

16 Kommutierungselement16 Commutation element

17 Kommutierungselement 20 18 Kommutierungselement17 Commutation element 20 18 Commutation element

19 Stirn-Deckel19 Front cover

20 Ansatz20 Approach

21 Lagerbuchse21 Bearing bush

22 Lagerbuchse 23 Endbereich22 Bearing bush 23 End area

24 Flansch24 Flange

25 Ankerwicklungen 2 6 Wellenende25 Armature windings 2 6 Shaft end

27 Rotor27 Rotor

28 Anschlusskontakt28 Connection contact

29 Anschlusskontakt29 Connection contact

Z ZentrierbundZ Centering collar

Claims

1. Electrodynamic machine, in particular a permanently excited miniature motor, with a cylindrical housing, which is closed at each end by a front cover, with a rotor carrying armature windings and commutation elements in the form of a collector, characterized in that one of the front covers ( 19 ) has a projection ( 20 ) projecting into the interior of the housing ( 2 ), which carries two spaced-apart bearing bushes ( 21 , 22 ) for supporting the rotor shaft ( 2 ) of the rotor ( 27 ), and that the further front cover ( 5 ) carries at least two commutator brushes ( 9 , 10 ).

2. Electrodynamic machine according to claim 1, characterized in that the further front cover ( 5 ) is designed as a circuit board.

3. Electrodynamic machine according to one of the preceding claims, characterized in that the further front cover ( 5 ) designed as a printed circuit board carries on its conductor tracks ( 11 , 12 ) connection contacts ( 28 , 29 ) for an external voltage supply.

4. Electrodynamic machine according to one of the preceding claims, characterized in that the further front cover ( 5 ) designed as a printed circuit board carries additional electrical and/or electronic components such as resistors, capacitors and/or similar components on its conductor tracks ( 11 , 12 ).

5. Electrodynamic machine according to one of the preceding claims, characterized in that the further front cover ( 5 ) designed as a circuit board has on its circumference ( 5a ) a partially recessed contour ( 5b ) which corresponds to corresponding contour gradations ( 2b ) in the outer surface ( 2a ) of the housing ( 2 ).

6. Electrodynamic machine according to one of the preceding claims, characterized in that the commutation angle of the motor (1) is automatically determined during assembly by the further front cover ( 5 ) designed as a circuit board with its partially recessed contours ( 5b ), which correspond to corresponding contour gradations ( 2b ) in the outer surface ( 2a ) of the housing ( 2 ).

7. Electrodynamic machine according to one of the preceding claims, characterized in that the collector ( 4 ) of the rotor ( 27 ) has three commutation elements ( 6 , 7 , 8 ).

8. Electrodynamic machine according to one of the preceding claims, characterized in that the collector ( 4 ) of the rotor ( 27 ) has six commutation elements ( 13 , 14 , 15 , 16 , 17 , 18 ).

9. Electrodynamic machine according to one of the preceding claims, characterized in that the further front cover ( 5 ) designed as a printed circuit board enables the arrangement of commutator brushes ( 9 , 10 ) in different positions on its conductor tracks ( 11 , 12 ).

10. Electrodynamic machine according to one of the preceding claims, characterized in that the commutation angle of the motor ( 1) can be adjusted during assembly by offsetting the contour steps (2b) of the outer surface (2a) of the housing (2) by means of the further front cover (5 ) designed as a circuit board with its partially recessed contours ( 5b ), which correspond to corresponding contour steps ( 2b ) in the outer surface ( 2a ) of the housing ( 2 ).