DE2531384A1

DE2531384A1 - Kernloser elektromotor

Info

Publication number: DE2531384A1
Application number: DE19752531384
Authority: DE
Inventors: Masaaki Sato
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1974-07-18
Filing date: 1975-07-14
Publication date: 1976-01-22
Also published as: US3993920A

Description

Die Erfindung betrifft einen kernlosen Elektromotor.

In jüngster Zeit ist ein kernloser Elektromotor entwickelt worden, bei dem ein kernloser Rotor oder Läufer eine ein- oder mehrlagig ausgeführte Flach- oder Scheibenspule auf einem Isoliersubstrat aufweist. Dieser Rotor wird beispielsweise dadurch hergestellt, dass auf einen leichten, isolierenden Spulenträger, z.B. aus Kunstharz oder dergleichen, ein Spulenmuster aufgedruckt oder ein Spulenmuster aus einer elektrisch leitenden Folie aufgebracht wird. Da dieser kernlose Rotor geringes Gewicht und geringe Trägheit besitzt, kann er beispielsweise bei einem diese Merkmale erfordernden Magnetbandantriebsmotor eines Magnetbandgerätes verwendet werden, wobei sich eine schnelle Drehzahlbeschleunigung beim Anfahren des Motors sowie ein schnelles Anhalten des

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Magnetbandes in einer vorgesehenen Stellung ruckfrei erzielen lassen. Falls sich jedoch der Schwerpunkt des Rotors z.B. infolge von Exzentrizität der Rotorwelle verlagert, kann eine äusserst nachteilige unregelmässige Drehung des Rotors auftreten. Zum Ausgleich einer solchen Unwucht wird versucht, ein Ausgleichgewicht am Rotor anzubringen. Dabei ist jedoch zwischen Rotor und Gehäuse ein Zwischenraum für das Gewicht erforderlich, wodurch das Gehäuse grosser und damit sperriger wird.

Eine unregelmässige Drehbewegung des Rotors tritt häufig z.B. aufgrund einer Schwankung der Eingangsspannung zum Motor auf. Zur Vermeidung dieses Nachteils wird ein Servomechanismus vorgesehen, durch den die Drehzahl des Rotors durch Abgriff geregelt wird. Die Rotordrehzahl wird normalerweise durch einen am Rotor montierten Dauermagneten und eine Fühl- oder Messpule abgegriffen, die an der dem Dauermagneten gegenüberliegenden Fläche des Gehäuses montiert ist. Diese Konstruktion erfordert aber Raum für die im Gehäuse angeordneten elektrischen Teile oder Elemente, wodurch der Motor sperriger wird.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines elektrischen Kleinmotors, bei dem praktisch keine unregelmässige Drehung auftritt, und bei dem ein z.B. elektrischer Bauteil, ein Ausgleichgewicht, ein Servomechanismus und dergleichen, im Motorgehäuse unterbringbar sind.

Diese Aufgabe wird bei einem kernlosen Elektromotor erfindungsgemäss gelöst durch ein Motorgehäuse mit einem Lager, einen innerhalb des Gehäuses drehbar im Lager gelagerten Läufer

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bzw. Rotor mit mehreren an einem Rotorsubstrat angebrachten Spuleneinheiten, die eine Flach- oder Scheibenspule bilden, einen im Gehäuse dem Rotor gegenüberliegenden dauermagnetischen Stator, welcher einem wirksamen Spulenabschnitt der Scheibenspule und mithin dem Rotor zugewandt ist, und einen einem anderen Aussenumfangstexl als dem wirksamen Spulenteil des Rotors zugewandten Ringraum, von welchem ein Auswuchtelement für den Rotor sowie ein dem kernlosen Elektromotor zugeordneter elektrischer Bauteil aufnehmbar sind.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen kernlosen Elektromotor mit Merkmalen nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Aufsicht auf den Rotor von Fig. 1,

Fig. 3 einen in vergrössertem Masstab gehaltenen Teilschnitt längs der Linie III-III in Fig. 2,

Fig. 4-6 Schnittansichten von Abwandlungen der Ausführungsform gemäss Fig. 1,

Fig. 7 eine perspektivische Darstellung eines Rotors bzw. Läufers eines weiter abgewandelten kernlosen Motors,

Fig. 8 einen Schnitt durch einen kernlosen Motor gemäss einer anderen Ausführungsform der Erfindung,

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Fig. 9 eine Aufsicht auf eine Flach- oder Scheibenspule des Rotors gemäss Fig. 8,

Fig. 10 eine Teilaufsicht auf einen mehrpoligen, ringförmigen Dauermagneten, der am Rotor gemäss Fig. 8 befestigt ist,

Fig. 11 ein Schaltbild einer Drehzahlregelschaltung für den kernlosen Motor gemäss Fig. 8,

Fig. 12 eine Abwandlung der Ausführungsform gemäss Fig. 8,

Fig. 13 eine Teilaufsicht auf ein am Rotor gemäss Fig. 8 angebrachtes, mit Streifen versehenes fotoelektrisches Element,

Fig. 14 einen Schnitt durch einen kernlosen Motor gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 15 ein Schaltbild, das beispielhaft eine Servoschaltung des kernlosen Motors veranschaulicht,

Fig. 16 einen Schnitt durch eine weiter abgewandelte Ausführungsform der Erfindung, bei welcher ein becherförmiger Rotor vorgesehen ist,

Fig. 17 ein Schaltbild eines in den kernlosen Motor einbezogenen Störschutzfilters,

Fig. 18 einen Teilschnitt durch einen kernlosen Motor gemäss einer noch weiter abgewandelten Ausführungsform der Erfindung,

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Fig. 19 eine Teilschnittansicht einer Abwandlung der Ausführungsform gemäss Fig. 18,

Fig. 20 einen Schnitt durch einen kernlosen Horizontalmotor gemäss der Erfindung,

Fig. 21 einen Schnitt durch eine Abwandlung des Motors gemäss Fig. 20,

Fig. 22 einen Tel!schnitt durch eine noch weiter abgewandelte Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 23 eine Aufsicht auf einen Rotor bzw. Läufer beim Motor gemäss Fig. 22 und

Fig. 24 einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform eines kernlosen Motors gemäss der Erfindung.

Eine Flach- oder Scheibenspule eines kernlosen Rotors weist einen Abschnitt auf, der auch dann, wenn die Polfläche eines Statormagneten dem Rotor gegenübersteht, nicht zur Erzeugung einer Rotationskraft des Rotors beiträgt. Dies bedeutet, dass der Aussenumfangsteil der Rotorspule bei der Drehung des Rotors den Magnetfluss eines Stators nicht schneidet. Wenn daher dieser Umfangsabschnitt des Stators, der nicht zur Erzeugung einer Rotationskraft des Rotors beiträgt, weggeschnitten oder ausgespart wird, wird die Rotationskraft des Rotors nicht verringert.

Die Erfindung stützt sich nun auf diese Feststellung. Genauer gesagt, bezweckt die Erfindung die Schaffung eines kernlosen

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Elektromotors, der praktisch frei ist von jeglicher unregelmässiger Drehung, indem ein Ring(zwischen)raum in einer einem anderen ümfangsabschnitt als einem wirksamen Spulenabschnitt des Rotors gegenüberliegenden Position vorgesehen wird, so dass ein elektrischer Bauteil oder z.B. ein Ausgleichgewicht, ein Servomechanismus und dergleichen in diesem Ringraum in ein Motorgehäuse einbaubar sind.

Nachstehend ist eine Ausführungsform der Erfindung anhand der Fig. 1 bis 3 erläutert.

Gemäss Fig. 1 weist ein Motorgehäuse 1 einen zylindrischen Mantel 2 sowie eine obere und eine untere Platte 3a bzw. 3b auf, welche Ober- bzw. Unterseite des Mantels 2 verschliessen. Im Gehäuse 1 sind ein kernloser Rotor bzw. Läufer 4 und ein Magnetstator 5 angeordnet. Der kernlose Rotor 4 ist dadurch gebildet, dass eine noch näher zu erläuternde Flach- oder Scheibenspule 6 an der Unterseite eines scheibenförmigen, isolierenden Substrats 4a aus einem leichten Werkstoff, wie Kunstharz oder dergleichen, befestigt ist. Der im Gehäuse 1 angeordnete Rotor 4 wird zentral von einer Motorwelle 1a durchsetzt, die zwischen den beiden Gehäuseplatten 3a, 3b drehbar gelagert ist. An der Statorseite des Rotors 4 erstreckt sich die Scheibenspule 6 über die Gesamtfläche des Rotors, wobei eine Spulenscheibe über der anderen liegt. Die Spule 6 ist z.B. in dem in Fig. 2 dargestellten Muster angeordnet, und sie besteht aus einer Anzahl von Spuleneinheiten, beispielsweise fünf Spuleneinheiten 6a, die mit der Motorwelle 1a als Mittelpunkt radial angeordnet sind. An der Motorwelle 1a ist ein Kommutator 7 angebracht, mit dessen Aussenumfang eine Bürste 8 in Berührung steht. Bei der Herstellung der

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Scheibenspule 6 werden mehrere Unwuchtausgleichansätze oder -gewichte 9 aus z.B. Kunstharz in praktisch gleichen Abständen um den Gesamtumfang des Rotors 4 herum vorgesehen. Der Magnetstator 5 besitzt einen kleineren Durchmesser als der Rotor 4, so dass er nicht dem gesamten Aussenumfangsabschnitt des Rotors 4 unmittelbar zugewandt ist bzw. gegenüberliegt, sondern vielmehr dem wirksamen Spulenteil des Rotors 4 entsprechende Abmessungen besitzt. Infolgedessen wird zwischen dem Mantel 2, dem Rotor 4 und dem Stator 5 ein Ringraum 10 zur Aufnahme der Auswucht- bzw. Unwuchtausgleichansätze 9 gebildet.

Selbst wenn bei der dargestellten Ausfuhrungsform die Polfläche des Magnetstators 5 nicht der Gesamtfläche der Scheibenspule 6 des Rotors 4 zugewandt ist, sondern nur dem effektiven bzw. wirksamen Teil der Scheibenspule 6 und mithin des Rotors 4 gegenüberliegt, wird die Rotationskraft des Rotors 4 nicht vermindert. Infolge der Anordnung des Ringraums im Motorgehäuse 1 können zudem die Auswuchtansätze 9 im Ringraum 10 des Motorgehäuses 1 untergebracht werden. Das Auswuchten des Rotors 4 kann dann ohne weiteres dadurch erfolgen, dass der Rotor auf einer Auswuchtmaschine oder dergleichen in Drehung versetzt und mittels einer Kneifzange derjenige Ansatz 9, welcher sich an der schwersten Stelle befindet, teilweise oder ganz abgetrennt wird. Da der Ansatz 9 materialeinheitlich mit dem Rotor 4 ausgebildet ist, kann er nicht ungewollt vom Rotor 4 herabfallen und dann dessen Drehbewegung behindern. Die Querschnittsform des Ringraums 10 kann beliebig zweckmässig gewählt werden.

Fig. 4 veranschaulicht eine Ausführungsform der Erfindung, bei welcher der gesamte Aussenumfangsteil eines Magnetstators

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5a, welcher der gesamten Aussenumfangsfläche eines Rotors 4 zugewandt ist, mit einem bogenförmigen Querschnitt ausgespart ist, so dass ein Ringraum 10a mit J-förmigem Querschnitt gebildet wird. Bei der Ausführungsform gemäss Fig. ist dagegen der gesamte Aussenumfangsabschnitt eines Magnetstators 5b, welcher dem Aussenumfangsteil eines Rotors 4 gegenüberliegt, umlaufend abgeschrägt, so dass ein Ringraum 10b mit V-förmigem Querschnitt gebildet wird. Bei den Ausführungsformen gemäss den Fig. 1 bis 3 sind einander entsprechende Teile mit jeweils gleichen Bezugsziffern bezeichnet.

Im folgenden ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit einem becherförmigen Rotor anhand von Fig. 6 erläutert.

Der becherförmige Rotor besitzt gegenüber dem Flachrotor den Vorteil eines erhöhten Drehmoments, ohne dass dabei die Trägheitskraft zunimmt.Bei dieser Ausführungsform besteht ein Motorgehäuse 11 aus einem zylindrischen Mantel 12, sowie einer vorderseitigen und einer hinterseitigen Platte 13a bzw. 13b, welche Vorder- und Rückseite des Mantels 12 verschliessen. Im Gehäuse 11 sind ein becherförmiger kernloser Rotor 14 und ein Magnetstator 15 angeordnet. Der zylindrische Rotor 14 ist im Gehäuse 11 mit einem geringen Zwischenraum zum zylindrischen Mantel 12 angeordnet. Der eine Endabschnitt des Rotors 14 ist über einen flanschartigen Ansatz mit der Motorwelle 11a verbunden. An der Innenfläche des Rotors 14 ist eine Flach- bzw. Scheibenspule 16 angebracht, z.B. angeklebt, während an der Innenfläche des offenen Endabschnitts des Rotors 14 eine Anzahl von Auswuchtansätzen 19 in praktisch gleichen Abständen voneinander angeordnet sind. Der eine Endabschnitt des Magnetstators 15

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ist in der Weise an der Innenfläche der rückseitigen Platte 13b montiert, dass seine Polfläche der auf der Innenfläche des Rotors 14 vorgesehenen Flachspule 16 zugewandt ist. Der gesamte, der Innenfläche des offenen Endabschnitts des Rotors 14 zugewandte Aussenumfangsteil des einen Endabschnitts des Stators 15 ist umlaufend abgeschrägt, so dass ein Luft-Ringraum 20 mit dreieckigem Querschnitt gebildet wird. An der Innenfläche des Rotors 14 sind mehrere Ansätze 19 ausgebildet, die in diesen Ringraum 20 hineinragen. An der Motorwelle 11a ist ein Kommutator 17 befestigt, der mit einer ihn umgebenden Bürste 18 in Berührung steht.

Selbst wenn bei dieser Ausführungsform der gesamte Aussenumfangsabschnitt am einen Ende des Stators auf die beschriebene Weise abgeschrägt wird, verringert sich die Rotationskraft des Rotors keineswegs. Aus diesem Grund können die verschiedenen Ansätze 19 vom Ringraum 20 aufgenommen werden, wodurch eine kompakte Bauweise des Motors gewährleistet wird.

Obgleich die Flach- bzw. Scheibenspule bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen am Rotor angeklebt ist, kann sie selbstverständlich auch unter Verwendung einer Giessformmaschine in einen Kunststoff-Spulenträgerkörper eingebettet werden.

Obgleich die Auswuchtgewichte bei den Ausführungsformen gemäss den Fig. 1 bis 6 in praktisch gleichen Abständen voneinander um den gesamten Aussenumfang des Rotors herum vorgesehen sind, können sie auch an anderen zweckmässigen Stellen auf dem gesamten Aussenumfang des Rotors vorgesehen werden. Obgleich sich die vorstehenden Erläuterungen auf

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den Fall beziehen, in welchem die Auswuchtgewichte jeweils praktisch dieselbe Grosse besitzen, ist die Erfindung keineswegs darauf beschränkt. Wie beispielsweise aus Fig. 7 ersichtlich ist, kann das Auswuchtgewicht als geschlossener Ring um den gesamten Aussenumfangsabschnitt des Rotors herum vorgesehen sein. In diesem Fall wird das ringförmige Auswuchtgewicht zum Auswuchten des Rotors an entsprechenden Stellen mit Ausschnitten versehen.

Das Auswuchtgewicht ragt dabei in den Ringraum hinein, welcher innerhalb des Gehäuses des kernlosen Elektromotors dem Aussenumfangsteil des Rotors zugewandt ist, wodurch ein kernloser Elektromotor mit geringer Grosse geschaffen wird, bei dem praktisch keine unregelmässige Drehung auftritt. Neben dem Auswuchtgewicht sind im Ringraum Bauteile einer Vorrichtung zum Abgreifen der Drehzahl des Rotors sowie Bauteile eines Servosystems zur Regelung der Drehzahl des Rotors entsprechend dem Ausgangssignal des Drehzahldetektors angeordnet.

Gemäss Fig. 8 sind Bauteile eines Drehzahldetektors in einem Ringraum angeordnet, welcher dem Aussenumfangsabschnitt eines Rotors zugewandt ist. Gemäss Fig. 8 ist ein ringförmiges mehrpoliges Magnetglied 29 als Positionsgeber an dem Aussenumfangsabschnitt des Rotors vorgesehen, welcher dem Ringraum im Motorgehäuse zugewandt ist. Gemäss Fig. 9 ist das ringförmige Magnetglied 29 am Aussenrand von sechs Spuleneinheiten 6 einer Scheibenspule angeordnet, wobei sich die N- und S-PoIe 29a bzw. 29b auf dem Magnetglied 29 abwechseln. Das Magnetglied 29 besteht dabei z.B. aus Ferrit. An der über den Ringraum 10 dem Umfangsrand des

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Rotors zugewandten Innenfläche der unteren Platte des Motorgehäuses ist ein Drehzahlsignalgeber 30 befestigt, der aus einer gedruckten Schaltungsplatte bestehen kann, auf welcher die erforderlichen Teile, einschliesslich einer Abnehmerspule, ausgebildet sind. Bei der Drehung des Rotors 4 wird jeweils ein jedem Magnetpol 29a und 29b entsprechendes Signal erzeugt. Der Signalgeber 30 bildet dabei zusammen mit dem Magnetglied 29 einen Drehzahldetektor 31.

Fig. 11 ist ein Schaltbild des kernlosen Elektromotors gemäss Fig. 8. Dabei ist der Ausgang eines getrennt vom kernlosen Motor angeordneten Verstärkers 34 an Eingangsklemmen 33a und 33b angekoppelt, zwischen welche die Kommutatorbürste 8 des Motors eingeschaltet ist. Das vom Drehzahldetektor 31 des kernlosen Motors gelieferte Drehzahlabgreifsignal wird über eine an der unteren Platte 3b des Gehäuses vorgesehene Ausgangsklemme 32 einem Filter 35 zugeführt, durch den es einer Wellenformung unterworfen wird. Das derart geformte Signal wird durch einen Gleichrichter 36 zu einem Gleichstrom umgeformt. Die Spannung des Gleichstromsignals ist dabei der Drehzahl des Rotors proportional. Das Gleichstrom-Messignal wird an die Verzweigung von zwischen die Ausgangsklemmen 33a und 33b des Verstärkers 34 geschalteten Widerständen R₁ und R~ sowie an die Basis eines Steuertransistors 38 angelegt, der zwischen die Basis eines Hauptschalttransistors 37 und die eine Klemme einer Gleichstromversorgung eingeschaltet ist. Der Emitter des Hauptschalttransistors 37 ist an die andere Klemme der Gleichstromversorgung angeschlossen.

Wenn sich die Ausgangsspannung des Gleichrichters 36 bei

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Zunahme der Drehzahl des kernlosen Motors erhöht, steigt das Basispotential des Hauptschalttransistors 37 an, so dass die dem kernlosen Motor zugeführte Strommenge verringert wird, Infolgedessen fällt die Drehzahl des Motors ab. Wenn sich dagegen die Ausgangsspannung des Gleichrichters 36 bei einer Drehzahlabnähme des kernlosen Elektromotors verringert, wird die dem Motor zugeführte Strommenge erhöht, so dass seine Drehzahl ansteigt.

Obgleich bei den Ausführungsformen gemäss den Fig. 8 bis 11 der Verstärker 34, das Filter 35 und der Gleichrichter 36 ausserhalb des kernlosen Elektromotors angeordnet sind, können diese Schaltungselemente zusammen mit dem Drehzahldetektor 31 auch im Ringraum 10 innerhalb des Gehäuses angeordnet sein.

Als Drehzahldetektor kann anstelle der Kombination aus einem Dauermagneten und einer Abnehmerspule auch ein fotoelektrischer Detektor verwendet werden. In den Fig. 12 und 13 ist beispielsweise eine Ausführungsform mit einem solchen fotoelektrischen Detektor dargestellt. Gemäss Fig. 12 besteht eine Vorrichtung 31a zum fotoelektrischen Abgreifen der Drehzahl des Rotors aus einem gestreiften Ringglied 41, einer Lampe zur Bestrahlung des gestreiften Ringglieds 41 und einem Fototransistor 43, welcher das vom Ringglied 41 reflektierte Licht empfängt und in ein elektrisches Signal umwandelt. Gemäss Fig. 13 sind auf dem am ümfangsrand des Rotors 4 angeordneten, gestreiften Ringglied 41 einander abwechselnde schwarze und weisse Abschnitte 41a bzw. 41b in praktisch gleichen Abständen voneinander vorgesehen. Bei umlaufendem Rotor 4 variiert die Intensität des von der Oberfläche des

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Ringglieds 41 reflektierten Lichts infolge seiner einander abwechselnden schwarzen und weissen Abschnitte. Durch diese Variation der Lichtintensität variiert das Ausgangssignal des Fototransistors 43 entsprechend. Dieses Ausgangssignal des Fototransistors 43 kann als Ausgangssignal des Drehzahldetektors 31a dem Filter 35 gemäss Fig. 11 eingegeben werden,

Die Drehzahldetektoren 31, 31a können nicht nur in einen kernlosen Elektromotor mit einem scheibenförmigen Rotor 4_f sondern auch in einen solchen mit einem becherförmigen Rotor 14 eingebaut werden.

In Fig. 14 sind die den Teilen von Fig. 6 entsprechenden Teile mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet und daher nicht näher erläutert. Gemäss Fig. 14 weist jedoch eine Vorrichtung 31a zum fotoelektrischen Abgreifen der Drehzahl des Rotors eine Lampe 42, einen Fototransistor 43 und ein gestreiftes Ringglied 41' auf, das am Innenrandabschnxtt des offenen Endes des Rotors montiert ist und welches dem Ringglied von Fig. 13 entspricht. Wie bei der Ausführungsform gemäss Fig. 8, kann ein magnetischer Drehzahldetektor auch in einem kernlosen Elektromotor mit becherförmigem Rotor vorgesehen werden.

Neben dem Drehzahldetektor 31a kann auch eine gemäss Fig. 15 an einen kernlosen Elektromotor M angeschlossene Servoschaltung SC im Ringraum 10, 20 des kernlosen Motors vorgesehen sein. Die Servoschaltung SC kann auf die z.B. in Fig. 12 dargestellte Weise in Form einer gedruckten Schaltungsplatte 31c an dem Oberflächenabschnxtt der unteren Gehäuseplatte montiert sein, welcher dem Ringraum 10 im kernlosen Elektromotor zugewandt ist, wobei auf der Schaltungsplatte 31c

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ein auf die z.B. in Fig. 15 dargestellte Weise mit dem Motor M verbundener Widerstand R angeordnet ist. Die anderen elektrischen Bauteile gemäss Fig. 15 können ebenfalls auf der gedruckten Schaltungsplatte montiert sein.

Fig. 16 veranschaulicht eine Ausführungsform, bei welcher ein Bauteil eines Filterkreises FC gemäss Fig. 17 im Ringraum 20 des Motorgehäuses angeordnet ist. Dieser Bauteil, z.B. ein Kondensator C im Filterkreis FC zur Unterdrückung des Rauschens des kernlosen Motors, ist mit einer im Ringraum 20 des Motorgehäuses montierten, gedruckten Schaltungsplatte 31c verbunden. Die anderen Schaltungsbauteile können auf ähnliche Weise mit der gedruckten Schaltungsplatte 31c verbunden sein. Die restlichen Teile von Fig. 16 entsprechen praktisch denen von Fig. 14.

Beim erfindungsgemässen kernlosen Elektromotor, insbesondere bei dem mit einem Flach- bzw. Scheibenrotor, ist der Abstand zwischen den beiden Lagern im Vergleich zur Abmessung des Rotors klein. Infolgedessen hat bereits ein sehr geringer Lagerverschleiss ein Verkanten der Rotorwelle in einem grösseren Ausmass zur Folge. Dabei kann der Rotor mit dem Magnetstator oder dem Gehäuse in Berührung kommen, so dass entweder eine gleichmässige Drehung des Rotors verhindert oder die Rotordrehung sogar ganz unmöglich gemacht wird. Bei der Herstellung des kernlosen Elektromotors ist die Ausfluchtung zwischen den beiden Lagern schwierig, und sie erfordert eine Anzahl von Bearbeitungsschritten, weil das als Lagerträger dienende Gehäuse aus getrennten Teilen zusammengesetzt ist. Wenn der Durchmesser der Welle verkleinert wird, so dass die Axialreibung geringer wird, kann der

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Lagerverlust auf ein Minimum herabgesetzt werden. Dabei kann jedoch leicht eine Verformung am oberen Endabschnitt der Welle auftreten, welcher einen Abtriebsteil, z.B. eine Seilrolle trägt, so dass der Rotor häufig an einer gleichmassigen Drehung gehindert wird.

Wie nachstehend näher erläutert ist, besitzt der erfindungsgemässe kernlose Elektromotor das weitere vorteilhafte Merkmal, dass er mit einem verbesserten Lager versehen ist.

Gemäss Fig. 18 ist in der Bodenfläche eines Motorgehäuses 1 eine feststehende Hauptwelle 1a auskragend gehaltert. Auf die feststehende Hauptwelle 1a ist eine Hohlwelle 1b aufgesetzt, an welcher der Rotor 4 befestigt ist. Der Rotor 4 läuft dabei unter dem Zusammenwirken zwischen einem Kommutator 7, einer Bürste 8 und einem Statormagneten 5 um. Am oberen Ende der Hohlwelle 1b ist als Abtriebsteil ein Schnurbzw. Seilscheibenteil 50 materialeinheitlich mit ihr ausgebildet, wobei das obere Ende des Seilscheibenteils 50 durch einen Sicherungsring 51 unter Ermöglichung einer Drehung festgelegt ist. Bei dieser Anordnung dreht sich die Hohlwelle 1b auf der als Achse dienenden feststehenden Hauptwelle 1a, wobei die Axialbohrung der Welle 1b die Lagerfläche für die feststehende Welle bildet. Infolgedessen tritt bei dieser Ausführungsform kein Lagerverschleiss aufgrund des geringen Abstands zwischen den beiden Lagern und der davon herrührenden Verkantung des Rotors auf. Da ausserdem die Hauptwelle auskragend gehaltert ist, entfällt jegliche Ausfluchtung zwischen den Lagern. Aus diesem Grund entfallen bei der Herstellung dieses kernlosen Elektromotors verschiedene Bearbeitungsschritte, was zu einer Senkung der Fertigungskosten

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führt. Da bei dieser Ausfuhrungsform die feststehende Hauptwelle, obgleich sie zur Verringerung der Axialreibung einen verkleinerten Durchmesser besitzt, bis zu ihrem oberen Ende von der Hohlwelle umschlossen ist, tritt selbst bei Ausübung einer grösseren Kraft auf den Abtriebs- bzw. Übertragungsteil der Hohlwelle keine Verformung, z.B. in Form eines unrunden Laufs, am Abtriebsteil auf.

Fig. 19 zeigt in vergrössertem Teilschnitt eine Abwandlung, bei welcher anstelle der Seilscheibe 50 gemäss Fig. 18 ein Zahnradteil 52 als Abtriebs- bzw. übertragungsteil vorgesehen ist. In jeder anderen Hinsicht entspricht der kernlose Elektromotor gemäss Fig. 19 bezüglich Konstruktion und Arbeitsweise dem Motor von Fig. 18, so dass auf seine weitere Beschreibung verzichtet werden kann. Wenn die Hohlwelle 1b aus einem selbstschmierenden Metall, aus Polyacetal (Delrin) und dergleichen hergestellt wird, braucht die Axialbohrung der Hohlwelle 1b nicht mit Schmieröl versorgt zu werden. In diesem Fall kann die Hohlwelle 1b z.B. mit Hilfe einer Giessform und ohne Notwendigkeit für maschinelle Bearbeitung hergestellt werden, wodurch eine weitere Senkung der Fertigungskosten möglich wird. Dabei braucht nur der mit dem Lager, d.h. mit der Hauptwelle, in Berühung gelangende Teil aus einem selbstschmierenden Werkstoff hergestellt zu werden.

Speziell ein in einem Tonbandgerät oder dergleichen verwendeter kernloser Elektromotor muss stets mit konstanter Drehzahl laufen. Zu diesem Zweck werden die mechanischen Verluste im Motor ebenfalls konstant gehalten. Die Bürste und das Lager eines solchen Motors müssen daher stets eine bestimmte

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Belastung ausüben. Wenn es sich beim Tonbandgerät oder Magnetbandgerät um ein tragbares Gerät oder sogar ein Taschengerät handelt, erfährt es häufige Lagenänderungen mit entsprechender Änderung der Position des Motors. Dabei variieren der auf das Lager ausgeübte Schub sowie die Schubrichtung aufgrund des Rotorgewichts. Dies führt zu einer unregelmässigen Drehung des Motors, nämlich zu Jaulen, Gleichlaufschwankungen usw.

Nachstehend sind anhand der Fig. 20 bis 24 weitere Ausführungsformen der Erfindung erläutert.

Fig. 20 veranschaulicht einen horizontalen bzw. liegenden kernlosen Elektromotor, bei dem ein Gehäuse 121 als Joch dient, wobei die offenen Enden des Gehäuses 121 durch Stirnplatten 122 bzw. 123 verschlossen sind. Die Stirnplatte 122 ist dabei materialeinheitlich mit einem zylindrischen Lagerteil 124 ausgebildet. Eine Hauptwelle 127 ist drehbar in Lagern 125 und 126 gelagert, die in den zylindrischen Lagerteil 124 eingesetzt sind. Auf der Hauptwelle 127 ist ein Anker 128 montiert, der im wesentlichen aus einem Rotor 130, welcher durch eine von einem Kunststoff-Wicklungsträger 129b getragene Wicklung 129a, etwa eine Kupferwicklung, gebildet wird, und einem Kommutator 131 besteht, der seinerseits am Innenendabschnitt der Hauptwelle 127 montiert ist, und auf den der Rotor 130 einstückig aufgesetzt ist. Bürsten 132a und 132b zur elektrischen Verbindung der Wicklung 129a stehen mit dem Kommutator 131 in Gleitberührung. Auf den zylindrischen Lagerteil 124 ist ein Dauermagnet 133 in der Weise aufgesetzt, dass er relativ zum Rotor 130 etwas nach links versetzt ist. Wenn der Anker 128 im

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Zusammenwirken mit dem Dauermagneten 133 umläuft, kann eine Rotationskraft an einem Abtriebsteil 127a der Hauptwelle 127 abgenommen werden. Da bei dieser Ausfuhrungsform der aus Kunststoff bestehende Wicklungsträger 129b mit einem magnetischen Pulver, etwa Eisenpulver, versetzt ist, wird der kernlose Anker 128 unter Erzeugung eines linksgerichteten Schubs an den Dauermagneten 133 angezogen.

Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 20 ist die Mitte der Längserstreckung des kernlosen Ankers 128 relativ zur Mitte der Längserstreckung des Dauermagneten 133 verschoben, wobei die Stirnfläche 130a des Rotors 130 ebenfalls vom Dauermagneten 133 angezogen wird, so dass ein sehr wirksamer linksgerichteter Schub erzeugt wird. Bei dieser Ausführungsform braucht also kein nach rechts wirkender Schub berücksichtigt zu werden. Fig. 21 veranschaulicht eine weitere Abwandlung, bei welcher eine ferromagnetische Scheibe 134 an einer inneren Stirnfläche 130a des Rotors 130 beispielsweise angeklebt ist, so dass ein linksgerichteter Schub erzeugt wird. Eine Möglichkeit der Hinzufügung eines magnetischen Materials zum Anker besteht beispielsweise darin, dass dem Kunststoff des Wicklungsträgers ein magnetisches Material zugemischt oder ein ferromagnetisches Material in beliebiger zweckmässiger Form am Rotor angebracht wird. Die den Teilen von Fig. 20 entsprechenden Teile der Ausführungsform gemäss Fig. 21 sind mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet, so dass auf ihre nähere Erläuterung verzichtet werden kann.

In Fig. 22 ist ein flacher kernloser Motor dargestellt, bei dem ein Gehäuse 141 einen zylindrischen Mantel sowie eine obere und eine untere Stirnplatte 142 bzw. 143 aufweist,

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welche die beiden Öffnungen des zylindrischen Mantels verschliessen und als Joch dienen. In der Mitte von oberer und unterer Stirnplatte 142 bzw. 143 sind Lager 144 bzw. 145 eingesetzt, in denen eine Hauptwelle 146 drehbar gelagert ist. Im Gehäuse 141 sind zwischen den beiden Lagern 144 und 145 ein Abstandring 147 und ein Anker 148 auf die Hauptwelle 146 aufgesetzt, wobei sich der Abstandring 147 an der Oberseite und der Anker 148 an der Unterseite befindet. Der Anker 148 besteht aus einem Rotor 149 und einem materialeinheitlich mit diesem ausgebildeten Kommutator 150, die beide auf die Hauptwelle 146 aufgesetzt sind. Bürsten 151a und 151b stehen in Gleitberührung mit dem Kommutator 150. Ein dem Rotor 149 zugeordneter Dauermagnet 152 ist an der Innenfläche der oberen Stirnplatte 142 in der Weise befestigt, dass er sich über dem Rotor 149 befindet. Gemäss Fig. 23 wird der Rotor 149 durch eine Spule bzw. Wicklung 153 auf einem aus Kunststoff bestehenden Tragkörper 154 gebildet. Wie bei den Ausführungsformen gemäss Fig. 20 und 21 ist der Kunststoff-Tragkörper 154 mit einem magnetischen Material versetzt. Infolgedessen wird der Rotor 149 gegen den Dauermagneten 152 angezogen, so dass ein aufwärtswirkender Schub erzeugt wird. Die Rotationskraft des Ankers kann an einem Abtriebsteil 146a der Hauptwelle 146 abgenommen werden.

Fig. 24 veranschaulicht eine Abwandlung der Ausführungsform gemäss Fig. 22, bei welcher eine sehr dünne, aus einem ferromagnetxschen Material bestehende Scheibe 155 mit der Oberseite des Rotors 149 verbunden, beispielsweise verklebt, ist. Hierdurch wird ein in eine vorbestimmte Richtung wirkender Schub erzeugt. Anstelle der magnetischen Scheibe 155 kann auch ein magnetischer Ring am Rotor 149 befestigt sein. Der

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kernlose Elektromotor gemäss Fig. 24 entspricht bezüglich Konstruktion, Anordnung und Arbeitsweise im wesentlichen dem Motor gemäss Fig. 22, so dass auf seine weitere Erläuterung verzichtet werden kann.

Wie aus der Erläuterung der Ausführungsformen gemäss den Fig. 20 und 22 sowie ihrer Abwandlungen gemäss Fig. 21 und 24 hervorgeht, kann durch Hinzufügung eines magnetischen Materials zum kernlosen Anker ein Elektromotor mit sehr hoher Leistung erzielt werden, bei dem keinerlei unregelmässige Drehung auftritt, und bei dem ein stets in eine vorbestimmte Richtung wirkender Schub gewährleistet wird.

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Claims

Patentansprüche

1. \ Kernloser Elektromotor, gekennzeichnet

durch ein Motorgehäuse mit einem Lager, einen innerhalb des Gehäuses drehbar im Lager gelagerten Läufer bzw. Rotor mit mehreren an einem Rotorsubstrat angebrachten Spuleneinheiten, die eine Flach- oder Scheibenspule bilden, einen im Gehäuse dem Rotor gegenüberliegenden dauermagnetischen Stator, welcher einen wirksamen Spulenabschnitt der Scheibenspule und mithin dem Rotor zugewandt ist, und einen einem anderen Aussenumfangsteil als dem wirksamen Spulenteil des Rotors zugewandten Ringraum, von welchem ein Auswuchtelement für den Rotor sowie ein dem kernlosen Elektromotor zugeordneter elektrischer Bauteil aufnehmbar sind.

2. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl von Auswuchtgewichten in praktisch gleichen Abständen voneinander an dem Aussenumfangsteil des Rotors vorgesehen ist, welcher dem im Gehäuse ausgebildeten Ringraum zugewandt ist.

3. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass ein ringförmiges Auswuchtgewicht, das zum Auswuchten des Rotors an einer zweckmässigen Stelle ausgespart werden kann, an dem vom wirksamen Spulenteil des Rotors entfernten Aussenumfangsteil vorgesehen ist, welcher dem im Gehäuse ausgebildeten Ringraum zugewandt ist.

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4. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass an dem dem Ringraum im Gehäuse zugewandten, vom wirksamen Spulenteil des Rotors entfernten Aussenumfangsteil ein ringförmiges, mehrpoliges Magnetglied angebracht ist und dass eine Abnehmerspule an der dem Magnetglied zugewandten Innenfläche des Gehäuses befestigt ist.

5. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass an dem dem Ringraum im Gehäuse zugewandten, vom wirksamen Spulenteil des Rotors entfernten Aussenumfangsteil ein (radial) gestreiftes Ringglied angebracht ist und dass an der dem im Gehäuse ausgebildeten Ringraum zugewandten Gehäuse-Innenfläche eine Lampe und ein fotoelektrisches Element vorgesehen sind.

6. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass der Rotor auf einer Rotorwelle montiert ist, die materialeinheitlich mit einer als Abtriebs-oder Übertragungsteil des kernlosen Elektromotors dienenden Schnur- bzw. Seilscheibe verbunden ist.

7. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass der Rotor auf einer Rototwelle montiert ist, die materialeinheitlich mit einem als Abtriebs-oder Übertragungsteil des Motors dienenden Zahnrad verbunden ist.

8. Elektromotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , dass zumindest der mit einem Lager

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in Berührung stehende Teil der Rotorwelle aus einem selbstschmierenden (oilless) Werkstoff besteht.

9. Elektromotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der einem Lager zugewandte Teil der Rotorwelle aus einem selbstschmierenden (oilless) Werkstoff besteht.

10. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Rotor ein magnetisches Material angebracht ist, durch das ein in eine vorbestimmte Richtung wirkender Schub aufrechterhaltbar ist.

11. Elektromotor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein isolierendes Substrat des Rotors mit einem magnetischen Pulver versetzt ist.

12. Elektromotor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , dass der Rotor becherförmig ist und dass ein magnetisches Material an der inneren Bodenfläche des becherförmigen Rotors vorgesehen ist.

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