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Stand der
Technik
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Die
Erfindung betrifft einen Innenläufermotor mit
einem Stator und mit einem in dem Stator drehbar gelagerten Rotor,
wobei Anschlußkontakte
an dem Stator angeordnet sind.
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Derartige
Innenläufermotoren
kleiner Leistung werden in großer
Zahl zum Beispiel in Haushaltsgeräten oder Handwerkzeugmaschinen
oder auch als Stellmotoren, beispielsweise in Fahrzeugen, eingesetzt,
die in bezug auf technische und wirtschaftliche Anforderungen möglichst
optimal ausgelegt sein müssen.
Wenn eine gute Steuerungsmöglichkeit
der Drehzahl und des Drehmoments im Vordergrund steht, werden vorzugsweise
Gleichstrommotoren eingesetzt. Abhängig von der Beschaffenheit
der Gleichstrommotoren können
gezielt Eigenschaften herausgebildet werden. So zeichnet sich beispielsweise
ein Gleichstrom-Nebenschlußmotor durch
eine geringe Abhängigkeit
der Drehzahl von der Belastung aus. Die Erregung des Innenläufermotors
erfolgt dabei sowohl durch Permanentmagnete als auch durch Elektromagnete.
Beim Einsatz von Elektromagneten entsteht ein Nebenschluß motor, der
mit gleichgerichtetem Wechselstrom betrieben werden kann, wobei
die Eigenschaften des Gleichstrommotors erhalten bleiben.
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Diese
Motoren werden oft mit einer sehr hohen Drehzahl in der Größenordnung
von 20.000 U/min und mehr betrieben.
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Ein
gattungsgemäßer Innenläufermotor
ist beispielsweise aus der
DE
203 13 943 U1 bekannt. Dieser Elektromotor mit einem Rückschlußring weist einen
sehr kompakten Aufbau auf. Insbesondere während des Betriebs mit sehr
hohen Drehzahlen können
bei einem solchen Elektromotor nicht unerhebliche Vibrationen entstehen,
die die Funktion des Motors nachteilig beeinflussen.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Innenläufermotor
der eingangs beschriebenen Art dahingehend weiterzubilden, daß die vorerwähnten Vibrationen
während
des Betriebs mit sehr hohen Drehzahlen minimiert werden. Darüber hinaus
soll der Elektromotor sehr kompakt bauen und so ausgebildet sein,
daß er
auf einfache Weise automatisch mit einem sehr hohen Füllfaktor
bewickelbar ist.
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Vorteile der
Erfindung
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Diese
Aufgabe wird bei einem Innenläufermotor
der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß durch einen Kontaktträger gelöst, an dem
nicht nur die Anschlußkontakte,
sondern in dem auch wenigstens ein Lager des Rotors angeordnet sind.
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Grundidee
der Erfindung ist es, bei einem sehr kompakt bauenden und insbesondere
leicht automatisch bewickelbaren Elektromotor das oder die Lager
des Rotors möglichst
rotornah anzuordnen. Dies wird bei der vorliegenden Erfindung dadurch
erreicht, daß das
wenigstens eine Lager des Rotors im Kontaktträger angeordnet ist. Auf diese
Weise wird der Kontaktträger
gleichzeitig zur Aufnahme der Kontakte sowie zur Lagerung des Rotors
verwendet.
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Hierdurch
kann das Lager des Rotors nicht nur sehr nahe am Rotor angeordnet
werden. Es entfallen auch zusätzliche
Bauteile zur Lagerbefestigung oder Aufnahme des Lagers.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Innenläufermotors sind
Gegenstand der auf Anspruch 1 rückbezogenen Unteransprüche. So
ist das wenigstens eine Lager des Rotors vorzugsweise in Achsrichtung
auf der den Anschlußkontakten
abgewandten Seite so nah wie technisch möglich am Rotor angeordnet.
Durch diese rotornahe Anordnung des wenigstens einen Lagers wird
die Vibrationsneigung des Innenläufermotors während des
Betriebs mit hohen Drehzahlen erheblich reduziert.
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Bei
einer Ausführungsform
ist vorgesehen, das Lager als integralen Bestandteil des Kontaktträgers auszubilden.
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Die
Anordnung als integraler Bestandteil des Kontaktträgers kann
rein prinzipiell auf die unterschiedlichste Art und Weise erfolgen.
Bevorzugt wird das wenigstens eine Lager in einer Lageraufnahme angeordnet,
die vorzugsweise durch Einspritzen in dem als Kunststoffteil ausgebildeten
Kontaktträger befestigt
ist.
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Eine
im Hinblick auf die automatische Bewicklung des Rotors wie auch
im Hinblick auf unterschiedlichste Einbausituationen des Innenläufermotors
besonders vorteilhafte Ausführungsform
sieht eine Verjüngung
des Kontaktträgers
in Axialrichtung zur Rotationsachse des Innenläufermotors hin vor. Durch diese
Verjüngung
und damit die Anordnung der Kontaktelemente näher an der Rotorachse wird nicht
nur eine einfache Bewicklung mit einem hohen Füllfaktor erreicht, sondern
der Motor nimmt im später
fertig montierten Zustand durch die achsnahe Anordnung der Kontaktelemente
nur einen kleinen Bauraum ein und ist damit in unterschiedlichsten
Anwendungsgebieten sehr vorteilhaft einsetzbar.
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Bevorzugt
sind die Anschlußkontakte
an dem Kontaktträger
angeformt, also einstückig
mit diesem ausgebildet.
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Der
Stator ist mit einer isolierenden Kunststoffschicht ummantelt. Der
als Kunststoffteil ausgebildete Kontaktträger ist vorzugsweise einstückig mit dieser
Ummantelung verbunden.
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Zur
Lageerkennung, zur Drehzahlregelung und zur elektronischen Kommutierungssteuerung
ist bei einer vorteilhaften Ausführungsform
vorgesehen, daß zwischen
dem wenigstens einen Lager und den Anschlußkontakten in dem Kontaktträger eine Hall-Sensoren
tragende Hall-Platine justierbar befestigbar ist.
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Die
Justierung dieser Hall-Platine erfolgt im fertig montierten Zustand
des Innenläufermotors. Hierzu
weist die Hall-Platine ein Verstellelement zur Justage auf, das
bevorzugt durch einen Schlitz für eine
Schraubendreherklinge ausgebildet ist. Nach der erfolgten Justage
ist die Hall-Platine beispielsweise durch Schraubverbindungen befestigbar.
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Bei
einer sehr vorteilhaften Ausführungsform ist
ferner vorgesehen, daß auf
der dem Kontaktträger abgewandten
Seite wenigstens ein weiteres Lager in einer den Stator endseitig
abschließenden
Lageraufnahme angeordnet ist. Auch dieses wenigstens eine weitere
Lager ist so rotornah angeordnet, wie dies technisch realisierbar
ist.
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Die
Lageraufnahme kann beispielsweise ein Kunststoffteil sein.
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Die
Montage des wenigstens einen weiteren Lagers kann dabei zusammen
mit der Montage des Rotors in dem Stator erfolgen. Hierzu kann die
Lageraufnahme beispielsweise Anformungen aufweisen, die in zu diesen
komplementär
ausgebildeten Ausnehmungen in einem, insbesondere als Wicklungs auflage
bzw. -begrenzung dienenden rückseitig über den
Stator vorspringenden Kragen eingreifen.
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Bei
einer anderen Ausführungsform
ist vorgesehen, das wenigstens eine Lager in einem Lagerschild anzuordnen.
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Zur
Kühlung
des Innenläufermotors
ist bevorzugt auf der dem Kontaktträger abgewandten Seite des Stators
ein Lüftermittel
angeordnet. Dieses Lüftermittel
kann beispielsweise in dem Lagerschild befestigt sein.
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Zur
Abfuhr des von dem Lüftermittel
erzeugten Kühlluftstromes
und zur optimalen Wärmeabfuhr des
insbesondere bei hohen Drehzahlen betriebenen Innenläufermotors
weist der Stator stirnseitige Belüftungsöffnungen auf.
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Weitere
Vorteile und Merkmale sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung
sowie der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen eines von
der Erfindung Gebrauch machenden Innenläufermotors.
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Zeichnung
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In
der Zeichnung zeigen:
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1 eine
perspektivische Darstellung eines Stators eines von der Erfindung
Gebrauch machenden Innenläufermotors;
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2 eine
Seitenansicht des in 1 dargestellten Stators;
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3 eine
entlang der Linie III-III in 1 geschnittene
Darstellung des Stators;
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4 eine
Vorderansicht des Stators;
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5 eine
Hinteransicht des Stators;
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6 eine
Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Innenläufermotors;
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7 eine
Hinteransicht des in 6 dargestellten Innenläufermotors;
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8 eine
entlang der Linie VIII-VIII in 6 geschnittene
Schnittdarstellung des in 6 dargestellten
Innenläufermotor;
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9 eine
Darstellung des in 6 bis 8 dargestellten
Innenläufermotors
mit aus dem Stator herausgenommenem Rotor;
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10 eine
Vorderansicht des Innenläufermotors
mit justierter und montierter Hall-Platine;
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11 eine
perspektivische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Innenläufermotors
gemäß vorliegender
Erfindung und
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12 eine
Schnittdarstellung des in 11 dargestellten
Innenläufermotors.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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Ein
Stator 10 eines Innenläufermotors
mit einem Rückschlußring 11,
dargestellt in den 1 bis 9, weist
an seiner einen Frontseite einen Kontaktträger 20 auf, an dem
Kontakte 21 zur Kontaktierung von um Pole 12 gewickelten
Spulen 13 vorgesehen sind. Die Pole 12 sind zu
Isolationszwecken mit einem Kunststoff ummantelt. Der ebenfalls
als Kunststoffteil ausgebildete Kontaktträger 20 und diese Ummantelung 25 sind
einstückig
ausgebildet. Der Kontaktträger 20 und
die Ummantelung 25 sind beispielsweise ein Kunststoffspritzteil,
an dem Anformungen 22 für
die Kontakte 21 vorgesehen sind.
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In
dem Kontaktträger 20 ist
ein Lager 30 auf der den Kontakten 21 abgewandten
Seite des Kontaktträgers 20 in
unmittelbarer Nähe
eines Rotors (siehe 8 und 12) angeordnet.
Das Lager 30 ist in einer Lageraufnahme 32 angeordnet,
die Teil des Kontaktträgers 20 ist
oder in diesem beispielsweise durch Einspritzen befestigt ist. Der
Stator 10 weist eine Mehrzahl von stirnseitigen Belüftungsöffnungen 33 auf,
die der Luftzu- und/oder
-abfuhr dienen.
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In
dem Kontaktträger 20 ist
ein Hohlraum 27 vorgesehen (3), in dem
im fertig montierten Zustand des Innenläufermotors ein Sensormagnet 50 (siehe 8 und 12)
angeordnet ist. Der Sensormagnet 50 ist genauso wie auch
ein im Stator 10 angeordneter Rotor 40 mit einer
Welle 51 drehfest verbunden. Dem während des Betriebs des Innenläufermotors
rotierenden Sensormagneten 50 drehfest gegenüberliegend
angeordnet ist eine Hall-Platine 52, die Hall-Sensoren 54 trägt. Die
Hall-Platine 52 weist einen im wesentlichen zentral angeordneten Schlitz 53 auf,
der dem Eingriff einer Schraubendreherklinge zur Justierung der
Hall-Platine 52 dient. Die Hall-Platine 52 ist
an dem Stator 10 durch Schraubverbindungen 55 mittels
Halteplättchen 56 befestigt und
wird in ihrer justierten Position durch Festziehen der Schraubverbindungen 55 gehalten.
Während
der Justierung werden die Schraubverbindungen 55 etwas
gelöst,
so daß sich
die Hall-Platine 52 bewegen läßt. Der zentral angeordnete
Schlitz 53 und die Befestigung durch Schraubverbindungen 55 und
Halteplättchen 56 ermöglichen
eine sehr einfache Justierung der Hall-Platine 52 und der
auf ihr angeordneten Hall-Sensoren 54.
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Der
Rotor 40 selbst weist ein Blechpaket 41 auf, in
dem Magnete 44, die sich – wie in 8 und 12 dargestellt – axial
erstrecken, angeordnet sind. Wie insbesondere aus 3, 8 und 12 hervorgeht,
ist das Lager 30, beispielsweise ein Kugellager, außerordentlich
rotornah angeordnet, das heißt
so nahe am Rotor 40, wie dies technisch realisierbar ist.
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Auf
seiner dem Kontaktträger 20 abgewandten
Seite weist der Stator 10 einen axial vorspringenden Kragen 28 auf,
der insbesondere als Wicklungsauflage bzw. -begrenzung für die Wicklungen 13 dient.
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Auf
dieser dem Kontaktträger 20 abgewandten
Seite ist ein weiteres Lager 82 vorgesehen, das ebenfalls
rotornah in einer Lageraufnahme 83 befestigt ist. Die Lageraufnahme 83 weist
beispielsweise eine scheibenförmige
Gestalt auf und ist, wie insbesondere aus 8 und 9 hervorgeht,
in dem Kragen 28 des Stators 10 angeordnet. Auf
diese Weise wird der Kragen 28 nicht nur als Wicklungsauflage bzw.
-begrenzung für
die Wicklungen) 13 verwendet, sondern gleichzeitig auch
als Aufnahme für
das Lager 82. Die Montage kann dabei so erfolgen, daß der Rotor 40 zusammen
mit der Welle 52, mit der schei benförmigen Lageraufnahme 83 und
dem in ihr montierten Lager 82 in dem Stator 10 befestigt
wird. Hierzu sind an der Lageraufnahme 83 Anformungen 84 vorgesehen
sind, die in zu diesen komplementär angeordnete Öffnungen 29 des
Kragens 28 eingreifen und so eine drehfeste Befestigung
der Lageraufnahme 83 in dem Stator 10 ermöglichen
(9). Das Lager 82 ist hierbei sehr rotornah,
das heißt
so nahe am Rotor 40 angeordnet, wie dies technisch möglich ist. In
Verbindung mit dem im Kontaktträger 20 angeordneten
Lager 30, das ebenfalls sehr rotornah angeordnet ist, wird
auf diese Weise eine sehr vibrationsarme Lagerung des Rotors 40 in
dem Stator 10 auch während
des Betriebs des Elektromotors mit sehr hohen Drehzahlen erreicht.
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Bei
einem weiteren Ausführungsbeispiel, dargestellt
in 11 und 12, sind
diejenigen Elemente, die mit denen des vorstehend beschriebenen identisch
sind, mit denselben Bezugszeichen versehen, so daß bezüglich deren
Beschreibung auf die Ausführungen
zum vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel vollinhaltlich
Bezug genommen wird.
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Im
Unterschied zu dem vorstehenden Ausführungsbeispiel ist bei dem
in 11 und 12 dargestellten
Ausführungsbeispiel
das weitere Lager 82 in einer Lageraufnahme 87 angeordnet,
die ihrerseits in einem Lagerschild 60 befestigt oder Teil
desselben ist. Das Lagerschild 60 ist in einem Mantel 90 des
Innenläufermotors
befestigt. In dem A-seitigen Lagerschild 60 ist ein Lüftermittel,
in Form eines Turbinenlüfters 64 angeordnet,
der Luft vom Äußeren des
Innenläufermotors über Öffnungen 63, 69 im
Lagerschild 60 ansaugt und über den Stator 20 und
den Rotor 40 leitet, bis die Luft aus den stirnseitigen
Belüftungsöffnungen 33 wieder
austritt.
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Die
Wicklungen 13 des Stators 10 sind mit sehr dickem
Wicklungsdraht ausgeführt.
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Derartige
Innenläufermotoren
werden sehr oft bei sehr hohen Drehzahlen im Bereich von 20.000 U/min
und mehr betrieben. In diesem Drehzahlbereich können unerwünschte Vibrationen, Unwuchten und
dergleichen entstehen. Durch die rotornahe Anordnung des Lagers 30 in
dem Kontaktträger 20 sowie
des weiteren Lagers 82 in der Lageraufnahme 87 und
insbesondere in der Lageraufnahme 83 werden derartige Vibrationen
und störenden
Effekte in erheblichem Umfang auch bei großen Drehzahlen reduziert.
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Der
Kontaktträger 20 verjüngt sich
in Axialrichtung, d.h. in Richtung der Rotationsachse 49 des Innenläufermotors.
Das hat zur Folge, daß die
Kontakte 21 achsnah angeordnet sind. Dies ermöglicht nicht
nur eine besonders optimale Bewicklung des Stators 10,
sondern erlaubt auch den Einbau des Innenläufermotors bei beengtem Bauraum.