DE29607484U1 - Gleichstrommotor, insbesondere zum Antrieb der Luftschraube eines Flugmodells - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen permanenterregten, bürstenlosen Gleichstrommotor, insbesondere zum Antrieb der Luftschraube eines Flugmodells, mit einem die Permanentmagnete tragenden Außenläufer, der drehbar auf einer feststehenden Welle gelagert ist, auf der ein bewickeltes, den Stator bildendes Blechpaket feststehend angeordnet ist.

Bürstenlose Außenläufermotoren weisen mehrere Eigenschaften auf, die für den Einsatz solcher Motoren ais Antrieb von Luftschrauben für Flugmodelle besonders günstig sind. Durch den bei Außenläufern gegebenen großen Luftspaltradius lassen sich hohe Drehmomente erreichen, so daß ein getriebeloser Direktantrieb möglich ist, Verluste und Gewicht des Getriebes also vermieden sind. Der drehende Außenläufer begünstigt zudem die Wärmeabfuhr an die Umgebung, so daß hohe Ausgangsleistungen und Hochstromfestigkeit zumindest über kürzere Betriebszeiten hinweg erreicht werden. Bei bürstenloser Ansteuerung

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&ngr;&ogr;&eegr; Dreiphasenmotoren mittels einer Ansteuerungselektronik aufgrund von Sensorsignalen, die die Drehwinkelpositionen der Läufermagnete relativ zur Wicklung der Phasen des Stators darstellen, entfallen Reibungsverluste des Kollektors und Ohm'scher Übergangswiderstand zwischen Kohlebürsten und Kollektor. Zudem können die üblichen Abreißfunken am Kollektor nicht mehr entstehen, so daß Störungen der Funkempfangsanlage vermieden sind.

Trotz dieser an sich günstigen Eigenschaften treten bei bekannten Motoren der eingangs genannten Art, vgl. britische Patentanmeldung 95 03 350. 2, Probleme hinsichtlich der Strukturfestigkeit auf. Bei der in der genannten Patentanmeldung offenbarten Bauweise ist der Außenläufer ein Bestandteil des Luftschraubenspinners, und zwar in Form einer Magnetglocke, die einen rückwärtigen Fortsatz des die Luftschraubenwurzel enthaltenden, eigentlichen Spinnergehäuses bildet. Dieses ist auf der durch den Stator hindurch nach vorn verlängerten, feststehenden Welle gelagert, während die Magnetglocke an der rückwärtigen Seite offen, d. h. nicht abgestützt ist.

Sämtliche im Betrieb auftretenden Biegemomente infolge radialer Belastungen durch Unwucht oder Schläge bei Bruchlandungen müssen von der feststehenden Welle aufgenommen werden, die daher ein recht empfindliches und für Beschädigungen anfälliges Bauteil bildet. Eine Beschädigung der Welle erfordert den Austausch des gesamten, mit der Welle fest verbundenen Stators.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gleichstrommotor der in Betracht stehenden Art zu schaffen, der sich demgegenüber durch eine gegenüber mechanischen Belastungen weit robustere Bauweise auszeichnet.

Bei einem Gleichstrommotor der eingangs genannten Art ist diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Außenläufer im Bereich seiner beiden

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Endabschnitte je ein Lagerschild aufweist, die mittels je eines Lagers auf der feststehenden Welle gelagert sind.

Dadurch, daß erfindungsgmäß der Außenläufer, d.h. die Magnetglocke, nicht nur an der Abtriebsseits des Motors, die hier als &Agr;-Seite bezeichnet ist, sondern auch im Endabschnitt der gegenüberliegenden Seite, hier als ß-Seite bezeichnet, gelagert ist, ergeben sich wesentliche Vorteile hinsichtlich der mechanischen Belastbarkeit der Motorstruktur. Radiale Punktlasten infolge Bruchlandungen oder umlaufende radiale Punktlasten infolge Unwuchten werden praktisch vollständig vom umlaufenden Gehäuse des Außenläufers aufgenommen. Die entsprechenden Biegebeanspruchungen treten somit nicht an der feststehenden Welle, sondern an dem sich zwischen A-seitigem und B-seitigem Lagerschild erstreckenden Rohrkörper des Außenläufers auf, welcher aufgrund des bedeutend größeren Querschnitts und Flächenträgheitsmoments eine wesentlich höhere Steifigkeit als die Welle besitzt.

Die beidseitige Lagerung bedingt eine Hindurchführung der Leitungen zu den Sensoren der Ansteuerschaltung und zu den Wicklungen des Stators durch die feststehende Welle hindurch. Diese gestaltet sich besonders einfach, wenn der B-seitige Endabschnitt der Welle, der das Lager für das B-seitige Lagerschild trägt, einen vergrößerten Außendurchmesser hat. Da das Kugellager am B-seitigen Lagerschild die in Folge von Biegemomenten auftretenden Querkräfte aufnimmt, wirkt sich der an dieser Stelle vergleichsweise vergrößerte Wellendurchmesser auch günstig hinsichtlich der Dimensionierung dieses Lagers aus.

Nachstehend ist die Erfindung anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematisch vereinfachten Längsschnitt eines Ausführungsbeispiels des Gleichstrommotors;

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Fig. 2 einen Schnitt gemäß Schnittlinie Ii - Ii von Fig. 1, ohne eingezeichnete Statorwicklungen;

Fig. 3 eine teils aufgebrochen gezeichnete Seitenansicht des Ausführungsbeispiel, wobei unterschiedliche Möglichkeiten der Aufnahme einer Luftschraube gezeigt sind;

Fig. 4 einen Schnitt gemäß Schnittlinie IV - IV von Fig. 3;

Fig. 5 eine abgebrochen und teils geschnitten gezeichnete Ansicht des Ausführungsbeispiels im Bereich des A-seitigen Lagerschildes mit zusätzlicher Abstützung und einem abtriebsseitigen Rad;

Fig. 6 eine der Fig. 5 ähnliche Ansicht eines abgewandelten Ausführungsbeispieis;

Fig. 7 eine abgebrochen gezeichnete Seitenansicht des an einem Rumpfvorderteil angebrachten Gleichstrommotors und

Fig. 8 eine teils geschnitten gezeichnete Seitenansicht des innerhalb eines Rumpfvorderteiles angebrachten Gleichstrommotors.

Ein bürstenloser Dreiphasenmotor weist einen Außenläufer 1 und einen Stator 3 auf, der durch ein bewickeltes Blechpaket gebildet ist, dessen Bewicklung 5 lediglich in Fig. 1 schematisiert angedeutet ist. Der Außenläufer 1 weist an jedem seiner beiden Endabschnitte je ein Lagerschild auf, von denen das abtriebsseitige oder A-seitige Lagerschild mit 7 und das gegenüberliegende, B-seitige Lagerschild mit 9 bezeichnet sind. Zwischen den Lagerschilden 7, 9 erstreckt sich ein Rohr 11, an dessen Innenseite, entsprechend 4-poliger Aus-

führung des Motors, vier permanente Erregermagnete 13 angeordnet sind, siehe Fig. 2. Wie aus letzterer Figur ebenfalls ersichtlich, ist die kreisrunde Form des Rohres 11 durch Abflachungen 14 unterbrochen, die so gelegen sind, daß die Wandstärke des Rohres 11 im Zentralbereich der Erregermagnete 13 geringer ist als im Bereich der Magnetenden. Dies trägt dem Umstand Rechnung, daß der magnetische Fluß vom Magnetrand zur Magnetmitte kontinuierlich abfällt, so daß in diesen Bereichen weniger Material für den Magnetrückschluß erforderlich ist, somit in diesen Bereichen überflüssiges Rückschlußmateria! abgetragen und dadurch Gewicht eigespart werden kann.

Der Stator 3 ist auf einer feststehenden Welle 15 fest angebracht, auf der das A-seitige Lagerschild 7 über ein Kugellager 17 abgestützt ist. Der andere Endabschnitt der feststehenden Welle 15 trägt einen auf ihr fest aufgebrachten Lagerkörper 19, auf welchem das B-seitige Lagerschild 9 über ein Kugellager 21 abgestützt ist, das als Festlager ausgebildet und mittels eines mit dem Lagerschild 9 verschraubten Halteringes 23 gesichert ist. Eine den B-seitigen Abschluß des Motors bildende Montageplatte 25 ist mit dem Lagerkörper 19 mittels Verschrauben fest verbunden. Die Montageplatte 25 dient als Basis zur Befestigung des Motors, beispielsweise durch Verschraubung mit einem Motorträgerspant 27 oder 27' eines Flugzeugrumpfes (Fig. 7 bzw. Fig. 8).

Zu den Bewicklungen 5 des Stators 3 führende Leitungen sind durch Bohrungen 29 in der Montageplatte 25 und dem Lagerkörper 19 der feststehenden Weile 15 hindurch geführt, siehe Fig. 1. Leitungen für die der Ansteuerungselektronik zuzuführenden drei Schaltsignale, von denen jedes eine Phase ansteuert, erstrecken sich ebenfalls durch betreffende, nicht gezeigte Bohrungen der Montageplatte 25 und des Lagerkörpers 19 hindurch. Diese Schaltsignale werden mittels Hallsensoren 31 erzeugt, die an einer mit einem Bund des Lagerkörpers 19 verschraubten Sensorplatine 33 angebracht sind. Die Hallsensoren tasten die Drehstellung der Magnete 13 des Außenläufers 1 ab. Beim

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gezeigten Ausführungsbeispiel wird mit den Sensoren 31 nicht direkt die Lage der Magneten 13 erfaßt, sondern es befindet sich ein zusätzliches System von Sensormagneten 35 auf einem Sensorring 36, der an der Innenseite des Rohres 11 so angebracht ist, daß er in Umfangsrichtung verstellbar ist. Dies wird dadurch erreicht, daß der Sensorring 36 über Langlöcher mit dem Rohr 11 mittels Schrauben 37 verbunden ist, so daß er innerhalb Grenzen gegenüber den Erreger-Magneten 13 verdrehbar ist, was eine Anpassung der Motoransteuerung an verschiedene Arbeitsbereiche zuläßt. Die Ansteuerungselektronik ist im übrigen von üblicher Art, so daß hierauf nicht näher eingegangen zu werden braucht.

Das A-seitige Lagerschild 7 weist einen das Lager 17 koaxial umgebenden, das Lagerschild nach vorn verlängernden Lagerbund 37 mit einer vorderen Planfläche 38 auf. Als weitere koaxiale Verlängerung schließt sich an die Planfläche 38 ein Wellenzapfen 41 mit Außengewinde 42 an. Fig. 3 und 4 verdeutlichen einige Möglichkeiten der Verbindung einer Luftschraube mit dem Außenläufer 1. So zeigt Fig. 3 für eine Starrluftschraube 45 zum einen deren Befestigung über das Außengewinde des Wellenzapfens 41 mittels einer Mutter 47 und zum andern, als Alternative hierzu, die Verschraubung der Luftschraube 45 mittels Gewindebohrungen 49 in der Pianfläche 38 des Lagerbundes 37.

Weiterhin zeigen Figuren 3 und 4 die Befestigung von einzelnen Klapp-Luftschraubenblättern 51 am Umfang des Motors mittels Bandsegmenten 53 und 55. Zur Drehmomentübertragung weist das Segment 55 einen Mitnehmerzapfen 56 auf, der in eine Mitnehmerbohrung im Rohr 11 des Außenläufers 1 eingreift.

Figuren 5 und 6 zeigen zwei Möglichkeiten der Anordnung eines Getrieberades 59 eines abtriebsseitig vorgesehenen Getriebes. Beim Beispiel von Fig. 5 ist der Wellenzapfen 41, der das Getrieberad 59 trägt, verlängert ausgeführt. Der verlängerte Wellenzapfen ist über ein zusätzliches Kugellager 61, das in einem

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Cegenlager 63 angebracht ist, zusätzlich abgestützt. Bei dem in Fig. 6 gezeigten Beispiel ist das Getrieberad 59 an der Pianfläche 38 mit dem Lagerbund verschraubt, welcher hier nicht durch einen Wellenzapfen verlängert ist. Vielmehr weist der Lagerbund 37 eine zentrale Öffnung 39 auf, durch die hindurch die feststehende Welle 15 nach außen hin verlängert ist. Das Ende der Welle 15 ist in einem Gegenlager 65 abgestützt.

Fig. 7 und 8 zeigen mögliche Befestigungen des Motors durch Verschrauben der Montageplatte 25, 25' mit einem Motorspant 27 bzw. 27'. Bei dem Beispiel von Fig. 7 wird hierzu der Motor von vorne an den Spant 27 herangeführt. Bei einem vorne schmalen Rumpf 67 (Fig. 8), wo das Einschieben des Motors von vorn in den Rumpf nicht möglich ist, erfolgt die Befestigung mit einer im Durchmesser vergrößerten Montageplatte 25' in der Weise, daß durch Einschieben des Motors von hinten her die Montageplatte 25' an den Spant 27' angelegt wird.

Aufgrund der mit den Lagerschilden 7 und 9 des Außenläufers 1 ausgeführten beidseitigen Lagerung ist der Motor mechanisch robuster als vergleichbare bürstenlose Außeniäufermotoren. Da das am B-seitigen Lagerschild 9 befindliche Lager 21, das infolge von Biegemomenten auftretende Querkräfte aufzunehmen hat, entsprechend dem am Lagerkörper 19 gegebenen vergrößerten Wellendurchmesser dimensioniert ist, ist ein Versagen auch bei Auftreten erhöhter Belastungen weitgehend vermieden. Sollte es trotzdem zu einem Versagen eines der Lager 21 oder 17 kommen, wäre ein Austausch bei der gezeigten Motorbauweise problemlos möglich. Bei einem eventuellen Versagen der Verschraubung der Montageplatte 25, 25' wäre eine Behebung durch Austausch der Schrauben oder gegebenenfalls der Montageplatte 25, 25' selbst auf einfache Weise möglich.

Claims (12)

-01 - Schutzansprüche

1. Permanenterregter, bürstenloser Gleichstrommotor, insbesondere zum Antrieb der Luftschraube eines Flugmodeiis, mit einem die Permanentmagnete (13) tragenden Außenläufer (1), der drehbar auf einer feststehenden Welle (15) gelagert ist, auf der ein bewickeltes, den Stator (3) bildendes Blechpaket feststehend angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenläufer (19) im Bereich seiner beiden Endabschnitte je ein Lagerschild (7, 9) aufweist, die mittels je eines Lagers (17 bzw. 21) auf der feststehenden Welle (15) gelagert sind.

2. Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der B-seitige Endabschnitt der Welle (15), der das Lager (21) für das B-seitige Lagerschild (9) trägt, einen vergrößerten Außendurchmesser hat.

3. Gleichstrommotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sitz für das B-seitige Lager (21) an einem auf die Welle (15) aufgebrachten und mit dieser fest verbundenen Lagerkörper (19) vorgesehen ist, der mit wenigstens einem axialen Kanal (29) für die Durchführung der Zuleitungen zu der Statorwicklung (5) versehen ist.

4. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der von den beiden Lagerschilden (7, 9) getragene Teil des Außenläufers (1) durch ein Rohr (11) gebildet ist.

5. Gleichstrommotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr in (11) dem die Permanentmagnete (13) tragenden, magnetisch

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leitfähigen Abschnitt zumindest in Teilbereichen seines Umfangs eine größere Wandstärke aufweist als in den anderen Abschnitten.

6. Gleichstrommotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke des Rohres (1) von der Mitte jedes der Magnete (13) zu den beiden angrenzenden PoJlücken hin in Umfangsrichtung von einem Minimalwert auf einen Maximalwert zunimmt.

7. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das A-seitige Lagerschild (7) einen Lagerbund (37) aufweist, der eine im Durchmesser verringerte koaxiale Verlängerung des Rohres

(11) des Außenläufers (1) mit einer in einer Radialebene liegenden Planfläche (38) bildet.

8. Gleichstrommotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerbund (37) durch einen angeformten, aus der Planfläche (38) koaxial vorspringenden Wellenzapfen (41) verlängert ist.

9. Gleichstrommotor nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß für die Befestigung einer Luftschraube (45) am A-seitigen Lagerschild (7) an der Planfläche (38) des Lagerbundes (37) Befestigungsmittel, vorzugsweise Gewindebohrungen (49), vorgesehen sind.

10. Gleichstrommotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenzapfen (41) ein Außengewinde (42) aufweist.

11. Gleichstrommotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerbund (37) einen zentralen Durchbruch (39) aufweist, durch den hindurch sich die feststehende Welle (15) des Stators (3) nach außen erstreckt.

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12. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 4 bis 11, gekennzeichnet durch zumindest eine im Rohr (11) des Außenläufers (1) vorgesehene Mitnehmerbohrung für eine formschlüssige Übertragung des Motordrehmomentes.