DE3838367A1 - Elektromotor zum betrieb in einem resonanzfaehigen geraet - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor wie im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegeben.

Ein solcher einspuliger Motor ist aus der DE-OS 22 60 069 bekannt. Eine ähnliche Konstruktion ist im DE-GM 87 02 271 auch beschrieben.

Solche Motoren sind in Kraftfahrzeugen oder in Bürogeräten, im allgemeinen in Blechwänden, montiert, welche mechanisch und akustisch zu Schwingungen neigen. Letztere sollen möglichst ver­ mieden werden, obwohl eine wirtschaftlich günstige Herstellung gefordert ist, z. B. bei Sensorfühlern (Motor + Ventilator).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Geräusch- und Körperschallanregung vom Motor her bei einem preiswerten montage­ freundlichen Serienprodukt zu beseitigen oder drastisch zu ver­ ringern.

Die Lösung der Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegeben.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Er­ findung ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel sowie aus den Unteransprüchen.

Es zeigen:

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Motor im Schnitt in vergrößer­ ter Darstellung,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1 und

Fig. 3 ein Schaltbild zum Betrieb des erfindungsgemäßen Motors.

Fig. 1 zeigt einen Elektromotor 4 umgeben von einem Gehäuse 1, das ein Oberteil 2 und ein Unterteil 3 aufweist. Der Elektro­ motor 4 besteht aus einem Rotor 5 und einem Stator 6. An einem axialen Ende des Rotors 5 ist ein Radialventilatorrad 7 be­ festigt. Eine Welle 8 des Motors 4 ist an einem Ende fest mit dem Rotor 5 verbunden, während das andere axiale Ende mit einer abgerundeten Kuppe 9 gegen eine Lagerklammer 10 anläuft. Eine in eine umlaufende Nut der Welle 8 eingesetzte Sicherungsscheibe 11 verhindert ein axiales Herauslaufen des Rotors 5. Ein Lagertrag­ teil 13 enthält die Lagerung für die Welle 8.

Der Rotor 5 besteht aus einem Kunststoffspritzteil, das außer dem Ventilatorrad 7 eine weichmagnetische Rückschlußscheibe 14 enthält, auf der ein Rotormagnet 12 befestigt ist. Der Stator 6 ist konzentrisch um das Lagertragteil 13 angeordnet. Das Stator­ eisen 15 ist mit einem Weichplastikteil 16 umgeben und an einer Stirnseite mit einer Leiterplatte (PCB) 17 in geeigneter Weise verbunden. Die Lagerklammer 10 umgreift einen am Ende des Lager­ tragteils 13 radial nach außen ragenden Ansatz 18. Die Lager­ klammer 10 läßt relativ große Toleranzen zu und bietet eine Montagevereinfachung. Das Weichplsstikteil 16 ist vorteilhafter­ weise ein Spritzteil, das in axialer Richtung angespritzte An­ sätze 19, 20 enthält. Die Statorspule 21 ist konzentrisch zum Lagertragteil 13 auf der oberen Seite des Weichplastikteiles 16 fixiert. Ein Steuermagnet 22 ist such auf dieser oberen Seite angeordnet, wobei dieser direkt mit dem Statoreisen 15 verbunden ist und in einer angespritzten Ausnehmung des Weichplastikteiles 16 eingesetzt ist. Magnet 22 zieht den Rotor in eine definierte Startstellung und bewirkt in den Strompausen ein antreibendes Moment mit dem Rotormagneten 12 zusammen.

Der fertig montierte Motor 4 ist mittels nichtmagnetischer Federn 25 an einem nichtmagnetischen Motortragteil 26 weich­ aufgehängt. Das Motortrsgteil 26 ist fest mit dem Gehäuseober­ teil 2, beispielsweise mittels Rastnasen 27, verbunden. Eine konzentrische Ausnehmung 42 in dem Motortragteil 26 gestattet axiale und radiale Schwingungsbewegungen des Motors 4. Sehr starke Ausschläge in axialer Richtung werden durch die weich­ plastischen Ansätze 19, 20 bedämpft. Die als Schraubenfedern ausgeführten Federn 25 (im Ausführungsbeispiel 4 Stück) sind aus Bronzedraht gewickelt. Sie können zur zusätzlichen Bedämpfung mit einer weichplastischen Masse befüllt oder umhüllt werden. An einem axialen Ende der Feder 25 ist mindestens eine Windung auf einen kleineren Durchmesser gewickelt, anschließend folgt in axialer Richtung ein Bereich mit beabstandeten und abschließend ein Bereich mit unter Vorspannung anliegenden Drahtwindungen. Das Federnde mit der Windung kleineren Durchmessers wird in die dafür vorgesehenen Bohrungen des Motortragteils 26 gesteckt und mit einem Kleber festgemacht, während der andere Endbereich der Feder 25 an seinem äußeren Umfang in Ausnehmungen 28 am Umfang des Statoreisens 15 geklebt wird.

Die Federn 25 sind am einen Ende im Durchmesser abgesetzt und dort auf Anlage eng gewickelt mit reduziertem Durchmesser, so daß dieses Ende mit dem reduzierten festen Wickel der Schrauben­ windungen in Ausnehmungen des Motortragteils 26 greift und dort eingeklebt oder eingepreßt sind, während das andere Ende der Federn 25 in den Statoreisenkörper 15, der im allgemeinen lamel­ liert ist, in Ausnehmungen 28 dort auch eingeklebt sind.

Das Weichplastikteil 16 ist um das Statoreisen 15 herumgespritzt, also bei der Fertigung wird das Statoreisen in eine Form gelegt und das Weichplastikteil 16 wird darum herumgespritzt. Die in axialer Richtung vorstehenden Ansätze 19, 20 stoßen bei stsrker Erschütterung gegen das Motortragteil bzw. das Gehäuseunterteil 3. Diese Ansätze können natürlich auch in anderer Weise am Stator 6 befestigt sein und auf vorbestimmte Anschlagstellen im Gehäuse oder am Motortragteil 26 anschlagen. Der Rotor hat einen Permanentmagnetring 12, dessen koaxiale Welle in das ein­ stückig als Sinterlager ausgebildete Lagertragteil 13 einge­ steckt wird. Dieser Sinterlagerkörper ist axial verlängert und radial verdickt, so daß er am unteren Ende im Statoreisen 15 gehaltert wird. Das Ende der Rotorwelle 8 ragt aus dieser Statorlagerbuchse heraus und wird mit einem Sicherungsring 11 (O-Ring oder dergleichen) in einem Einstich gegen das einfache Wegziehen gesichert. Das abgerundete Ende 9 auf dieser Seite liegt an einer Lagerklammer 10 an, welche als eine Art Clip- Element um Ansätze 18 am Lagertragteil 13, der gleichzeitig als gesintertes Teil das Lager selbst bildet, herum ge­ führt und sich selbst halternd einschnappt.

Die Federn 25 sind also aus relativ elastischer Federbronze gewickelt. Die Aufhängung und mechanische und akustische Ent­ kopplung des gattungsgemäßen Motors über solche metallische Federn hat in der Praxis ein viel besseres Geräuschverhalten gebracht als verschiedene andere Maßnahmen, die man vorher versuchte. Überraschenderweise gelang es damit, auf Geräusch­ werte von 15 dBA herunterzukommen, obwohl ein den Motor selbst umgebendes Gehäuseober- und Gehäuseunterteil, in welchem über das Motortrsgteil der Motor gehaltert ist, in ein resonanz­ fähiges Gerät, z. B. die Blechwand oder ein Formteil eines Kraftfahrzeugs oder einer Büromaschine, ohne dortige zusätzliche Resonanzdämpfungsmittel eingesetzt war.

Die Luft, beispielsweise aus dem Innenraum eines Kraftfahrzeuges, wird in Richtung eines Pfeiles 45 über einen Domschacht 30 ange­ saugt, an einem Sensorelement 37 vorbei und über das Ventilator­ rad 7 über eine Gehäuseöffnung in Richtung des Pfeiles 46 wei­ tergeführt. Das Sensorelement 37 dient beispielsweise zur Re­ gelung einer Klimaanlage in einem Kraftfahrzeug. Der Domschacht 30 ist beispielsweise über Rastnasen (nicht dargestellt) mit einer an einer Wand oder einem Formteil angeformten Buchse 41 verbunden. Durch diese starre Verbindung wird vom Motor 4 erzeugter Körperschall über diese Buchse auf andere Teile wie z. B. das Armaturenbrett oder die Deckenverkleidung in einem Kraftfahrzeug übertragen.

In der Praxis hat sich gezeigt, daß für einen im Sinne der Auf­ gabe günstigen Betrieb eine Betriebsschaltung vorteilhaft ist, die in der Fig. 3 dargestellt ist. Dabei wird die Eingangs­ spannung U, die in einem Bereich von z. B. 6-20 V arbeitet, im Betrieb längs des Spannungsteilers aus dem Widerstand 51 (von z. B. 12 kΩ) und der Tachowindung (z. B. 700 Windungen Kupfer­ draht von 0,07 mm Dicke) und der Diode 53 aufgeteilt. Zwischen dem Widerstand 51 und dem Eingang der Tachowindung 52 einer­ seits und dem Eingang des Transistors 60 andererseits liegt ein Querwiderstand 54 (z. B. 1 kΩ). Eine Basis 55 eines Transis­ tors 60 ist über einen Kondensator 56 von z. B. 100 nF mit dem Kollektor 58 des Transistors 60 verbunden, welcher seinerseits am einen Ende der Motorwicklung 21 liegt. Dieser Widerstand 54 bildet also einen Querzweig in einer H-Schaltung, deren linker Zweig die Elemente 51, 52, 53 und deren rechter Zweig die Schal­ tung aus der Wicklung 21 in Serie mit der Kollektor-Emitter­ strecke des Transistors bildet. Das andere Ende der Motorwick­ lung 21 liegt am Pluspol 70. Der Emitter 59 liegt auf Minus­ potential 71. Die Motorwicklung hat 1100 Windungen aus Kupfer­ draht 0,07 mm Durchmesser. Parallel zur Kollektor-Emitterstrecke liegt ein Kondensator 61 zur Unterdrückung hochfrequenter Stör­ spannungen und wiederum parallel zu diesem liegt eine Zener­ diode 62.

Aufgrund der Bauteiltoleranzen kann bei eingeschalteter Span­ nung der Transistor leitend oder auch gesperrt sein. Um dieses Dimensionierungsproblem zu verhindern, sieht man den Kondensa­ tor 56 vor, der beim Einschalten der Spannung einen positiven Spannungsimpuls über diesen Kondensator 56 an die Basis 55 des Transistors gibt. Dadurch wird dieser leitend und es fließt ein Strom durch die Arbeitsspule 21. Der Rotor erhält ein Antriebsmoment und führt eine Startbewegung aus. Schon dabei wird in der Tachospule 52 eine Wechselspannugn induziert, welche phasenrichtig die weitere Steuerung des Transistors dann auf­ rechterhält. Über den Kondensator 56 wird ein Teil des Aus­ gangssignals auf den Transistoreingang zurückgekoppelt. Man erreicht dadurch einen ruhigeren Motorlauf. Auch die Höhe der Drehzahl läßt sich damit beeinflussen. Die am Eingang in der Plusleitung vorgesehene Falschpoldiode 64 dient nur dazu zu verhindern, daß die Schaltung mit dem Motor unter falscher Spannungspolung angeschlossen wird. Im einmal montierten Zu­ stand kann diese auch weggelassen werden, d. h. sie ist je nach Umfeld der Anwendung überflüssig.

Diese Zenerdiode 62 parallel zum Kondensator 61 liegt parallel zur Kollektor-Emitterstrecke 58/59 des Transistors 60.

Die Diode 53, in Serie mit der Tachowindung 52, sorgt dafür, daß beim Einschalten an der Basis 55 des Transistors 60 die notwen­ dige Schwellwertspannung von ca. 0,7 Milli-Volt auftritt, so daß der Transistor 60 dadurch leitend wird.

Die Zenerdiode 62 dient zum Schutz des Transistors 60. Dadurch daß die Zenerdiode 62 parallel zum Transistor 60 diesen aus­ reichend schützt, kann auf die Vorschrift einer Falschpol­ sicherung verzichtet werden und aus diesem Grund kann die Diode 64 entfallen. Anwender verlangen oft aus Sicherheits­ gründen vorsorglich die sogenannte Falschpolsicherheit auch auch bei Einbaugeräten wo nicht falsch gepolt werden kann. Die­ ser Sicherheitsvorschrift wird also auf jeden Fall durch die Zenerdiode 62 parallel zum Transistor in dieser Schaltung Genüge getan.

Claims (12)

1. Elektromotor zum Betrieb in resonanzfähigem Gerät, ins­ besondere kollektorloser Gleichstrommotor mit permanent­ magnetischem Rotor und mit einer motorisch wirkenden Ar­ beitswicklung, welche ein- oder zweipulsig zur Erzeugung eines erregenden statorseitigen Wechselfeldes gespeist wird, und mit mindestens einem weichmagnetischen und/oder perma­ nentmagnetischen statorseitigen Teil, das eine definierte Startstellung des Rotormagneten, als auch ein Reluktanzhilfs­ moment erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß elastische Feder­ mittel (25) parallel zur Rotorachse wirkend, zwischen einem Motortragteil (26) und dem Statorteil (15) über dem Umfang des Stators verteilt, vorgesehen sind.

2. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Federmittel als Schraubenfedern (25) ausge­ bildet sind, die an einem Ende stirnseitig mit dem Motor­ tragteil (26) verbunden sind und am anderen Ende am Umfang, vorzugsweise in Ausnehmungen (28), des Statoreisens (15) be­ festigt sind.

3. Elektromotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Motortragteil (26) und die Schraubenfedern (25) aus nichtmagnetischem Material bestehen.

4. Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Motortragteil (26) mittels Rastnasen (27) an einem Gehäuseoberteil (2) fest montiert ist.

5. Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Statoreisen (15) von einem Weich­ plastikteil (16), das in axialer Richtung Ansätze (19, 20) enthält, umgeben ist.

6. Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Stator (6) nur eine einzige Spule (21) aufweist.

7. Elektromotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichent, daß die Spule (21) symmetrisch um die Rotationsachse angeordnet ist.

8. Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Spule (21) im ebenen Luft­ spalt zwischen dem Rotormagneten (12) und dem vorzugsweisen geblechten Statoreisen (15) vorgesehen ist.

9. Elektromotor nach Anspruch 1 bis 8, insbesondere nach An­ spruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (21) in Reihe mit einem Transistor (60) so liegt, daß der Emitter (59) am Minuspol (71) liegt und das Basispotential (55) des Transistors (60) beim Einschalten durch eine parallel zur Basis-Emitterstrecke (55, 59) liegende Diode (53) für ein Schwellwertverhalten des Transistors bestimmend ist.

10. Elektromotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein relativ großer Kondensator (56) von ca. 100 nF zwischen Basis (55) und Kollektor (58) liegt, so daß die Basis beim Einschalten einen positiven Spannungsimpuls erhält.

11. Elektromotor nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Kollektor-Emitterstrecke des Transistors (60) eine Zenerdiode (62) mit ihrer Stromeingangsseite am Minuspol liegt.

12. Elektromotor nach Anspruch 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenschaltung aus Spule (21) und Transistor (60) über einem parallel zur Eingangsspannung liegenden Span­ nungsteiler liegt, von dem ein Querwiderstand (54) zur Basis (55) führt.