Verfahren zur Herstellung eines Ringrotors für eine elektrische Maschine und Ringrotor, hergestellt nach diesem Verfahren Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Ringrotors für elektrische Ma schinen.
Bekanntlich besteht ein grosser Bedarf an elektri schen Motoren, die ein grosses Verhältnis von Drehlei stung zu Beharrungsvermögen aufweisen, um eine ge naue und empfindliche Servogeschwindigkeitssteuerung zu erhalten. Motoren dieser Art finden beispielsweise Anwendung für Magnetbandtransport oder in Daten verarbeitungseinrichtungen.
Herkömmliche Elektromotoren oder Generatoren hingegen haben relativ schwere Läufer, da diese norma lerweise Magnetmaterialien zur Verringerung des magnetischen Widerstandes aufweisen, so dass diese wegen ihres relativ grossen Beharrungsvermögens für die vorgenannten Anwendungen ungeeignet sind.
Es sind bereits Motoren mit geringem Beharrungs vermögen bekannt geworden, die einen scheibenförmi- gen, nichtmagnetischen Läufer mit gedruckten Strom leitern aufweisen. Ein solcher Läufer ist extrem leicht und bestens geeignet für die Verwendung in Klein motoren der Permanentmagnet-Gleichstrom-Typen.
Die vorliegende Erfindung betrifft nun ein Verfah ren zur Herstellung eines Läufers dieser Art für eine elektrische Maschine, der relativ leicht ist, so dass sich die Maschine besonders für den direkten Antrieb von Servomechanismen, wie servogegesteuerte Spillantriebs- motoren für den Magnetbandtransport in Magnetband tongeräten eignet. Hierbei fällt in Betracht, dass Ma schinen mit nichtmagnetischen Rotoren selbst geringen magnetischen Widerstand aufweisen, was ein hoher Wir kungsgrad des Motors bedeutet, trotz Verwendung des vorerwähnten Läufers.
Das Verfahren zeichnet sich nun dadurch aus, dass zwei oder mehrere Streifen flachen Leitermaterials mit randgeschlossenen Schlitzen versehen werden, die ei ne Anzahl Leiter mit einem praktisch senkrecht zur Streifenlängsachse verlaufenden Mittelteil und mit zu diesem geneigten Endteilen begrenzen; dass einer der Streifen um einen Dorn, dann auf diesen Streifen eine Isolationsschicht und auf diese Schicht der nächste Streifen gelegt wird; dass ein Ende jedes Leiters des ei nen Streifens mit einem korrespondierenden Ende eines Leiters des anderen Streifens elektrisch verbunden wird;
dass ein Kommutator mit den zusammengeschlossenen Enden der Leiter verbunden wird; dass die Randteile der Streifen in Nachbarschaft der Leiterenden abge trennt werden; und dass an vorbestimmten Zeitpunkten des Verfahrens der Rotor vom Dorn abgezogen und mit wärmehärtbarem Harz imprägniert wird.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung einen Rotor, hergestellt nach dem vorgenannten Verfahren. Eine beispielsweise Ausführungsform des Erfin dungsgegenstandes wird anhand der Zeichnung nach folgend näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer elektri schen Maschine im Längsschnitt, Fig. 2 einen Querschnitt durch die Maschine ge- mäss Fig. 1 entlang der Schnittlinie 11-II und Fig. 3, 4 und 5a-e, den Läufer in seinen verschie denen Herstellungsphasen.
Bei der hier dargestellten und nachfolgend näher beschriebenen Maschine handelt es sich um einen Vier- pol-Permanentmagnet=Gleichstromkleinmotor. Selbst verständlich lässt sich das erfindungsgemässe Verfahren auch auf Motoren anderer Bauart sowohl für Gleich strom als auch für Wechselstrom anwenden. Der hier nachfolgend beschriebene Motor ist für die Verwen dung als Spillantrieb in Bandgeräten vorgesehen, bei welchen das Hauptproblem darin besteht, das Magnet band mit grösstmöglichster Konstanz der Geschwindig keit am Tonabnehmer vorbeizuführen.
Gemäss den Fig. 1 und 2 weist der Motor eine Ständersäule 10 auf, die sich mit ihrem einen Ende an einer Grundplatte 12 abstützt und mit dieser durch ei ne Schraube 14 verbunden ist. Die Grundplatte 12 be steht aus magnetischem Material. Ferner besteht auch der in der Darstellung untere Teil 10a der Säule 10 aus magnetischem Material, etwa Stahl.
Drehbar um die Säule 10 ist ein Spill 16 über Ku gellager 18 gelagert. Gegen dieses Spill 16 stützt sich untenseitig eine scheibenförmige Metallplatte 22 ab, de ren Zentrum von der Säule durchdrungen wird und de ren Aussenrand zu einem Ringflansch 22a abgebogen ist.
Der eigentliche Rotor des Motors weist eine hülsen artige, zylindrische Form auf und besteht aus einer er sten Gruppe sich in Längsrichtung erstreckender, von einander distanzierter äusserer Metallstreifen 24A und einer zweiten Gruppe innerer Metallstreifen 2413. Die Streifen der ersten Gruppe sind von jener der zweiten Gruppe durch einen Isolationsbelag getrennt. Die Me tallstreifen erstrecken sich über den Flansch 22a hinaus und sind mit diesem beispielsweise durch Vergiessen mit Epoxyharz verbunden. Die Scheibe 22 hingegen ist mit dem Spill 16 mittels Schrauben 26 verbunden.
Die über den Flansch 22a herausragenden Enden 25 der Streifen 24A und 24B sind, wenn die Streifen etwa aus Aluminium gebildet sind, beispielsweise mit Kupfer belegt, welches etwa durch Eloxieren aufge bracht ist. Hierdurch wird .ein Kommutator gebildet, welcher mit Bürsten 28 zusammenwirkt, die am Ring teil 30 gelagert sind. Dieser Ringteil 30, welcher eben falls von ringförmiger Gestalt ist, besteht aus Magnet material, etwa Stahl. Wie gezeigt, stützt sich der Ring teil 30 ebenfalls auf der Grundplatte 12 ab.
Eine Anzahl von Permanentmagneten 32 befinden sich am Ständer 10 und können beispielsweise an die sem angeklebt sein. Die Magnete erstrecken sich in das Innere des Rotors, wie Fig. 1 und 2 veranschaulichen, und bilden eine Vierpol-Maschine. Selbstverständlich können weitere Pole gebildet werden und Feldwindun gen zur Erzeugung des Motorfeldes vorgesehen sein. Die Magnete sind mit wechselnder Polarität um den Ständer gruppiert.
Wie nun ohne weiteres ersichtlich, kann, durch den dünnen Rotor bedingt, der Luftspalt zwischen den Mag neten 32 und dem Ringkörper 30 sehr klein gehalten werden so dass der magnetische Widerstand so gering wird, dass sich Magnetmaterial am Rotor erübrigt.
Arbeitet die vorbeschriebene Einrichtung als Mo tor, wird ein vorbestimmter Gleichstrom an die Bürsten 28 angelegt. Dieser Strom gelangt durch die Leiter 24A und 2413, was einen Rotorstrom zur Folge hat. Hierauf dreht der Rotor im Magnetfeld zwischen den Magneten 32 und dem Ringkörper 30, so dass ein Drehmoment auf das Spill 16 ausgeübt wird.
Aus dieser Anordnung resultiert ein Mechanismus mit extrem niedrigem Be- harrungsvermögen, so dass dieser eine präzisierte Ser- vosteuerung mit kürzester Einstellzeit darstellt.
Wie bereits erwähnt, weist der Läufer 24A, 24B hülsenförmige Gestalt auf, wie Fig. 3 mehr im einzel nen veranschaulicht. Die einzelnen Leiter sind hierbei so angeordnet, dass, wenn ein Leiter, der Strom in vor bestimmter Richtung führt, einen Südpol überstreicht, sein Rückleiter, der den Strom dann in anderer Rich tung führt, einen Nordpol überstreicht.
Die Enden 25 der Leiter 24A und 24B linksseitig gemäss Fig. 3 sind, wenn der Rotor aus Aluminium be steht, mit einem Kupferbelag versehen.
Das Wickeldiagramm gemäss Fig. 4 zeigt, wie die Leiter 24A mit den Rückleitern 24B verbunden sind. Das Verfahren zur Herstellung dieses selbsttragen den Rotors gemäss Fig. 3 soll nachfolgend anhand der Fig. 5a bis 5e erläutert werden. Der erste Schritt des Verfahrens besteht in der Schneidung und Schlitzung von flachem Leitermaterial gemäss der Darstellung von Fig. 5a und 5b, welche hier zwei Streifen, die aus Aluminium bestehen, illustrieren. Die Schlitze können hierbei auf chemischem Wege oder durch Stanzen und dgl. erzeugt werden.
Der Streifen 50 (Fig. 5a) bildet die Leiter 24A und der Streifen 52 (Fig. 5b) die Leiter 24B. Die Leiter weisen einen im wesentlichen senk recht zur Streifenlängsachse verlaufenden Mittelteil und zu diesem geneigte Endteile auf. Die Neigungen der Leiter 24A und 24B verlaufen hierbei gegensinnig.
Nachfolgend wird nun, gemäss Fig. 5c der Streifen 50 um einen Dorn 54 gelegt, der etwa aus Stahl be steht und etwas kürzer ist als die Leiter 24A. Der Durchmesser des Dorns wird hierbei so gewählt, dass die Stosskanten des Streifens 50 entlang der Linie Y verlaufen.
Der nächste Schritt besteht in der Auflage einer Iso lationsschicht 56, welche beispielsweise aus einem Glas gewebe bestehen kann. Es kann aber auch ein Glasfa den oder dgl. verwendet werden. Auf diese Isolations schicht wird dann der Streifen 52 aufgelegt, wobei die beiden Streifen 50 und 52 durch den Belag 56 vonein ander getrennt und isoliert sind.
Wie ohne weiteres ersichtlich, korrespondiert ge- mäss Fig. 5d jedes Ende der Leiter 24A des Streifens 50 mit einem Ende eines der Leiter 24B des Streifens 52, an welchen Stellen die Leiter beispielsweise durch Punktschweissung miteinander elektrisch verbunden sind (Fig. 5d und 5e: 58, 59). Diese Verbindungen kön nen aber auch durch Löten Börteln, Nieten u. dgl. hergestellt werden. Die Neigung der miteinander ver bundenen Leiterenden wird hierbei vom Abstand zweier benachbarter Magnetpole bestimmt.
Nach dieser Operation kann der Läufer vom Dorn entfernt werden, wobei die beiden Streifen zwei koaxial ineinander gesteckte und durch die Isolationsschicht getrennte Zylinder darstellen. Dieser Zylinder wird nun durch Trennen entlang der Linien A und B von seinen geschlossenen Randzonen befreit. Hierbei wird der Schnitt entlang der Linie B so geführt, dass die End- teile 25 (Fig. 4) für die Kommutation stehen bleiben. Die Endteile der Leiter 24A und 24B werden darauf miteinander verbunden.
Nachfolgend erfolgt das Tauchen unter Vakuum des Körpers in Epoxyharz, welches die einzelnen Leite umhüllt. Bei diesem Verfahrensschritt kann die Schei be 22 gemäss Fig. 3 angedrückt werden. Nachher kann der Rotor auf einer Drehbank ausgewuchtet und gerich tet werden. Dann wird die Oberfläche der Endteile 25 mit Kupfer belegt.
Wenn, wie erwähnt, die Leiter 24A und 24B aus Aluminium bestehen, hat sich eine Überdeckung der Kommutatorteile mit einem Metall, beispielsweise Kup fer, das während der Kommutation weniger oxydiert, als zweckmässig erwiesen. Es hat sich hierbei ein Kup ferbelag von 0,25 bis 0,3 mm als günstig herausge stellt. Der Kommutator kann anschliessend noch über dreht werden.