DE102011008338A1

DE102011008338A1 - Läufer für einen Elektromotor

Info

Publication number: DE102011008338A1
Application number: DE102011008338A
Authority: DE
Inventors: Luciano N.T. Marchitto
Original assignee: Gate SRL
Current assignee: Gate SRL
Priority date: 2010-01-15
Filing date: 2011-01-12
Publication date: 2011-07-21
Also published as: CN102130562A; JP2011147337A; CN102130562B; US20110175494A1; IT1397780B1; JP5783735B2; US8629590B2; ITTO20100022A1

Abstract

Ein Läufer eines Elektromotors hat eine Trägerstruktur mit einem Scheibenbereich, mit dem mittig eine Welle verbunden ist, und dessen Umfang an einen im Wesentlichen zylindrischen ringförmigen Einfassungsbereich grenzt, der sich im Gebrauch koaxial um den Ständer herum erstreckt. Der Scheibenbereich hat eine Mehrzahl von Schlitzen, zwischen denen eine entsprechende Mehrzahl von Speichen gebildet ist. Wenigstens einige der Speichen haben in einer Umfangsrichtung einen transversalen Querschnitt, der auf eine Weise geformt ist, dass er, wenn der Läufer sich in einer Richtung dreht, wenigstens näherungsweise einen axialen Luftfluss durch entsprechende Schlitze erzeugt.

Description

Technisches Gebiet
Diese Erfindung betrifft einen Elektromotor und insbesondere einen Läufer für einen Elektromotor und einen Elektromotor mit einem solchen Läufer.
Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung findet insbesondere Anwendung in einem Elektromotor mit einem Außenläufer und einem Innenständer, insbesondere in einem bürstenlosen Permanent-magnet-gleichstrom-motor. Mehr insbesondere ist die Erfindung auf einen Läufer des Typs gerichtet, der eine Trägerstruktur umfasst, die einen Scheibenbereich einschließt, mit der eine Nabe mittig verbunden ist, und deren Umfang an einen im Wesentlichen ringförmigen zylindrischen Einfassungsbereich angrenzt, der sich im Gebrauch koaxial um den Ständer herum erstreckt.
Dieser Typ eines Läufers für einen bürstenlosen Gleichstrommotor trägt typischerweise in dem ringförmigen Einfassungsbereich eine Mehrzahl von Permanentmagneten und eine verbundene Struktur zum Koppeln des magnetischen Flusses, der durch diese Magnete erzeugt wird.
In einem bürstenlosen Elektromotor dieses Aufbaus hat der Ständer eine magnetisch leitfähige Struktur in einer sternförmigen Geometrie mit einer Mehrzahl von radialen Ausdehnungen oder Zähnen, die die die Ständerwicklungen bildenden Spulen tragen. Typischerweise ist wenigstens eine Karte oder eine Platte, die die Bauteile eines elektrischen Steuerkreislaufs trägt, an dem Ständer angebracht, gewöhnlich auf der gegenüberliegenden Seite von dem Läufer. Diese Bauteile erzeugen während des Gebrauchs Hitze, die sich zu der durch die Ständerwicklungen erzeugten Hitze hinzu addiert.
Es besteht ein Wunsch danach, einen Läufer des oben angegebenen Typs zu schaffen, der fähig ist, merklich zur Kühlung der Ständerwicklungen und dem mit dem Motor verbundenen elektronischen Steuerkreislauf beizutragen.
Darstellung der Erfindung
Demgemäß schafft die vorliegende Erfindung in einem Aspekt davon einen Läufer für einen Elektromotor mit einem Innenständer, wobei der Läufer eine Trägerstruktur umfasst, die einen Scheibenbereich einschließt, mit dem eine Welle mittig verbunden ist und dessen Umfang an einem im Wesentlichen zylindrischen ringförmigen Einfassungsbereich angrenzt, der sich im Gebrauch koaxial um den Ständer herum erstreckt; wobei der Scheibenbereich der Trägerstruktur eine Mehrzahl von Schlitzen hat, zwischen denen eine entsprechende Mehrzahl von Speichen gebildet ist, von denen wenigstens einige in einer Umfangsrichtung einen transversalen Querschnitt haben, der auf eine Weise geformt ist, dass er, wenigstens wenn der Läufer in einer Richtung läuft, einen wenigstens näherungsweise axialen Luftfluss durch entsprechende Schlitze erzeugt.
Vorzugsweise sind die Schlitze des Scheibenbereichs im Wesentlichen radial.
Vorzugsweise haben wenigstens einige der Speichen in einer Umfangsrichtung einen transversalen Querschnitt mit einer im Wesentlichen ebenen äußeren Oberfläche und eine innere Oberfläche, die ein symmetrisches Profil hat, welches ausgehend von einem Ende zu dem anderen konkav, dann konvex, dann wieder konkav ist, ähnlich einem Doppelflügelprofil.
Alternativ haben wenigstens einige der Speichen in einer Umfangsrichtung einen transversalen Querschnitt mit einer im Wesentlichen ebenen inneren Oberfläche und einer äußeren Oberfläche, die ein symmetrisches Profil hat, welches ausgehend von einem Ende zu dem anderen Ende konkav, dann konvex, dann wieder konkav ist, im Wesentlichen wie ein Doppelflügelprofil, das auf dem Kopf steht.
Vorzugsweise haben die Speichen in einer Umfangsrichtung abwechselnd einen aerodynamisch inaktiven Querschnitt und einen aerodynamisch aktiven Querschnitt.
Vorzugsweise haben die Speichen mit einem in einer Umfangsrichtung aerodynamisch aktiven Querschnitt Transversalabschnitte, die als Flügelprofile mit der gleichen Orientierung geformt sind.
Vorzugsweise haben die Speichen mit einem in einer Umfangsrichtung einen aerodynamisch aktiven Querschnitt abfallend geformte transversale Bereiche.
Gemäß einem zweiten Aspekt schafft die vorliegende Erfindung einen Elektromotor mit einem Außenläufer und einem Innenständer, wobei der Läufer nach einem der voranstehenden Ansprüche gebildet ist.
Vorzugsweise ist der Motor ein bürstenloser Permanentmagnet-Gleichstrommotor.
Der axiale Luftfluss, der einsetzt, wenn der Läufer dieses Aufbaus, sich dreht, kann auf die Ständerwicklungen und auf die Bauteile des mit dem Motor verbundenen Steuerkreislaufs eine effektive Kühlwirkung haben.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird im Folgenden nur exemplarisch mit Bezug auf die Figuren der beigefügten Zeichnungen erläutert. In den Figuren sind identische Strukturen, Bauteile oder Teile, die in mehr als einer Figur erscheinen, grundsätzlich mit einem gleichen Bezugszeichen in allen Figuren, in denen sie erscheinen, gekennzeichnet. Abmessungen von Bauteilen und Merkmalen, die in den Figuren gezeigt sind, sind grundsätzlich zur Übersichtlichkeit und Klarheit der Darstellung gewählt und nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Die Figuren sind im Folgenden aufgelistet.
1 ist eine perspektivische Ansicht eines elektrischen bürstenlosen Gleichstrommotors, der einen Permanentmagnetläufer gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst;
2 ist ein Teilquerschnitt entlang II-II, wie in 1 gekennzeichnet;
3 ist eine schematische Ansicht, im Wesentlichen als Schnitt durch III-III, wie in 1 gekennzeichnet, und zeigt eine erste Ausführungsform der Speichen an dem mittigen Bereich eines Läufers gemäß der Erfindung; und
4 und 5 sind schematische Querschnitte, ähnlich zu der, die in 3 gezeigt ist, und zeigen zwei alternative Ausführungsformen.
Detailbeschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
In den 1 und 2 ist Bezugszeichen 1 ein grundsätzliches Bezugszeichen für einen bürstenlosen Gleichstrommotor. In bekannter Weise umfasst der Motor 1 einen Läufer 2 und einen Ständer 3 (2).
In ebenfalls bekannter Weise umfasst der Ständer 3 eine Magnetfeldleitstruktur, die in der exemplarisch gezeigten Ausführungsform eine Mehrzahl von radialen Ausdehnungen oder Zähnen 4 umfasst, wobei um jeden eine Spule 5 gewickelt ist.
Der Läufer 2 umfasst eine Trägerstruktur 6, die aus gespritztem Kunststoff hergestellt ist. Diese Struktur 6 schließt einen im Wesentlichen scheibenförmigen Bereich 7 ein, der eine Mehrzahl von im Wesentlichen radialen Schlitzen 8 hat, die in gleichmäßigen Winkelabständen angeordnet. sind. Die Trägerstruktur 6 ist um eine mittige Nabe oder Welle 9 (1) gespritzt, die sich von dem Scheibenbereich 7 koaxial mit dem Ständer 3 erstreckt. Der Umfang des Scheibenbereichs 7 des Läufers 2 ist in einem Stück mit einer im Wesentlichen zylindrischen Einfassung 10 gebildet, die sich koaxial um die Nabe 7 und um den Ständer 3 erstreckt.
In dem Scheibenbereich 7 des Läufers 2 sind zwischen Paaren von aufeinanderfolgenden Schlitzen 8 entsprechende Speichen 11 definiert, deren Breite sich radial von dem Mittelpunkt zu dem Umfang des Läufers vergrößert. Die Speichen 11 haben in einer Umfangsrichtung einen transversalen Querschnitt, der wie beispielsweise in 2 zu sehen, auf eine Weise geformt ist, dass er, wenn sich der Läufer 2 in wenigstens eine Richtung dreht, einen wenigstens näherungsweise axialen Luftfluss durch die Schlitze 8 erzeugt.
In der beispielhaft in den 2 und 3 gezeigten Ausführungsform haben die Speichen 11 des Läufers 2 in einer Umfangsrichtung einen transversalen Querschnitt mit einer äußeren Oberfläche (oben in den Figuren), die im Wesentlichen eben ist, und einer Innenoberfläche (unten in den Figuren), die ein symmetrisches Profil hat, das, ausgehend von einem Ende der Speiche zu dem anderen Ende, zuerst konkav, dann konvex, und dann wieder konkav ist, ähnlich wie ein Doppelflügelprofil.
Wenn ein Läufer 2 dieses Aufbaus sich in egal welche Richtung dreht, zieht er einen Luftfluss von dem Innengebiet zu dem Außengebiet, wie durch die Pfeile in 3 angedeutet ist, welche sich auf eine Situation beziehen, in der der Läufer 2 sich wie gekennzeichnet in der Richtung des Pfeils F dreht.
4 zeigt eine alternative Ausführungsform, in der die Speichen 11 des Läufers 2 in einer Umfangsrichtung einen transversalen Querschnitt haben, der eine im Wesentlichen planare Innenoberfläche (unten) und eine Außenoberfläche (oben) hat, die ein symmetrisches Profil hat, welche, von einem Ende der einzelnen Speiche zu dem anderen Ende, erst konkav, dann konvex und dann wieder konkav ist, ähnlich einem Doppelflügelprofil, das auf den Kopf gestellt ist. In der Alternative von 4 erzeugt eine Drehung des Läufers 2 in egal welche Richtung immer einen Luftfluss in einer grundsätzlich axialen Richtung (das bedeutet parallel zu der Läuferachse), von dem Außengebiet des Läufers zu dem Innengebiet, wie symbolisch durch die Pfeile in 4 gezeigt ist, welche sich auf eine Situation beziehen, in der der Läufer sich in Richtung des Pfeils F dreht.
In einer anderen alternativen Ausführungsform, die diagrammatisch in 5 gezeigt ist, haben die Speichen des Läufers 11 in einer Umfangsrichtung abwechselnd einen aerodynamisch inaktiven Querschnitt und einen aerodynamisch aktiven Querschnitt. Insbesondere haben in der gezeigten Ausführungsform die aerodynamisch inaktiven Speichen 11 einen im Wesentlichen rechtwinkeligen Querschnitt, während die aerodynamisch aktiven Speichen 11 einen abfallend geformten Querschnitt haben, wobei alle auf die gleiche Weise orientiert sind. In dieser Ausführungsform ist das aerodynamische Verhalten des Läufers 2 unterschiedlich, abhängig davon, ob er in eine Richtung oder die entgegengesetzt Richtung gedreht wird. Wenn der Läufer sich in eine Richtung dreht, neigt er dazu, einen grundsätzlich axialen Luftfluss durch wenigstens einige seiner Schlitze 8 von dem Außengebiet des Läufers zu dem Innengebiet zu erzeugen. Wenn der Läufer 2 sich in der entgegen gesetzten Richtung dreht, neigt er dazu, einen grundsätzlich axialen Luftfluss zu erzeugen, dieses Mal von der Innenregion davon zu der Außenregion davon.
Die Querschnitte, die beispielhaft in den 3 bis 5 der beigefügten Zeichnungen gezeigt werden, sind nicht die einzigen Querschnitte, die vorteilhaft in einem Läufer gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet werden können.
In der Beschreibung und den Ansprüchen der vorliegenden Erfindung werden alle Verben wie „umfassen”, „einschließen”, „beinhalten” und „haben” und ihre Abwandlungen in einem einschließenden Sinne verwendet, um das Vorhandensein von dem genannten Bauteil anzugeben, aber nicht um auszuschließen, dass zusätzliche Bauteile vorhanden sind.
Obwohl die Erfindung mit Bezug auf eine oder mehrere bevorzugte Ausführungsformen erläutert worden ist, soll von den Fachleuten erkannt werden, dass verschiedene Abwandlungen möglich sind. Daher soll der Schutzbereich der Erfindung mit Bezug auf die nachfolgenden Ansprüche bestimmt werden.

Claims

Läufer (2) für einen Elektromotor (1) des Typs mit einem Innenständer, wobei der Läufer (2) eine Trägerstruktur (6) umfasst, die einen Scheibenbereich (7) einschließt, mit dem mittig eine Welle (9) verbunden ist, und dessen Umfang an einen im Wesentlichen zylindrischen ringförmigen Einfassungsbereich (10) grenzt, der sich im Gebrauch koaxial um den Ständer (3) herum erstreckt; wobei der Läufer (2) dadurch gekennzeichnet ist, dass der Scheibenbereich (7) der Trägerstruktur (6) davon eine Mehrzahl von Schlitzen (8) hat, zwischen denen eine entsprechende Mehrzahl von Speichen (11) gebildet ist, von denen wenigstens einige in einer Umfangsrichtung einen transversalen Querschnitt haben, der auf eine Weise geformt ist, dass er wenigstens wenn der Läufer (2) sich in einer Richtung dreht, einen wenigstens näherungsweise axialen Luftfluss durch entsprechende Schlitze (8) erzeugt.
Läufer nach Anspruch 1, wobei die Schlitze (8) des Scheibenbereichs (7) im Wesentlichen radial sind.
Läufer nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei wenigstens einige der Speichen (11) in einer Umfangsrichtung einen transversalen Querschnitt haben, der eine im Wesentlichen ebene Außenoberfläche hat und eine Innenoberfläche, die ein symmetrisches Profil hat, welches ausgehend von einem Ende zu den anderen konkav, dann konvex, dann wieder konkav ist, ähnlich wie ein Doppelflügelprofil.
Läufer nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei wenigstens einige der Speichen (11) in einer Umfangsrichtung einen transversalen Querschnitt haben, der eine im Wesentlichen ebene Innenoberfläche hat und eine Außenoberfläche, die ein symmetrisches Profil hat, welche ausgehend von einem Ende zu den anderen konkav, dann konvex, dann wieder konkav ist, im Wesentlichen ähnlich wie ein Doppelflügelprofil, das auf den Kopf gedreht ist.
Läufer nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Speichen (11) in einer Umfangsrichtung abwechselnd einen aerodynamisch inaktiven Querschnitt und einen aerodynamisch aktiven Querschnitt haben.
Läufer nach Anspruch 5, wobei die Speichen (11), die in einer Umfangsrichtung einen aerodynamisch aktiven Querschnitt haben, Transversalbereiche haben, die als Flügelprofile mit der gleichen Orientierung geformt sind.
Läufer nach Anspruch 5, wobei die Speichen (11), die in einer Umfangsrichtung einen aerodynamisch aktiven Querschnitt haben, abfallend geformte Transversalbereiche haben.
Elektromotor mit einem Außenläufer (2) und einem Innenständer (3), gekennzeichnet durch einen Läufer nach einem der voranstehenden Ansprüche.
Elektromotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (1) ein bürstenloser Permanentmagnet-Gleichstrommotor ist.