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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Elektromotor.
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Aus der
DE 10 2006 004 313 A1 ist ein Elektromotor mit Rotor und Stator bekannt, der ein Außenteil und ein Innenteil aufweist, welche konzentrisch zu einer Rotationsachse angeordnet sind und relativ zueinander um diese Rotationsachse drehverstellbar sind. Der bekannte Elektromotor ist als Außenläufer ausgestaltet, so dass das Außenteil einen Außenrotor und das Innenteil einen Innenstator bildet. Der Außenrotor ist aus vier Permanentmagneten zusammengebaut. Der Innenstator weist vier Polarme auf, die jeweils eine elektrische Spule tragen. Der bekannte Elektromotor ist insgesamt in der Umfangsrichtung symmetrisch gestaltet.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für einen Elektromotor der vorstehend genannten Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich durch einen vereinfachten Aufbau, und dabei insbesondere durch eine geringe Anzahl an Bauteilen, auszeichnet.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, den Elektromotor mit einem wenigstens zweiteilig ausgebildeten Innenstator zu versehen, welcher wenigstens ein Polschuhteil und ein an dem Polschuhteil befestigtes Spulenträgerteil aufweist. Am Spulenträgerteil kann eine Spule mit einer elektrischen Wicklung vorgesehen sein. Zum Zusammenbau des Elektromotors kann das Spulenträgerteil somit auf einfache Weise am Polschuhteil befestigt und, falls erforderlich, beispielsweise zu Reparatur- oder Wartungszwecken, von diesem wieder entfernt werden. Im einfachsten Fall ist der gesamte Elektromotor also dreiteilig aufgebaut und umfasst wie vorangehend erläutert einen zweiteiligen Innenstator und einen Außenrotor, welcher relativ zum Innenstator um eine gemeinsame konzentrische Rotationsachse drehverstellbar ist.
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Der hier vorgestellte Elektromotor ist vorzugsweise ein Einphasenmotor. Grundsätzlich kann es sich dabei jedoch auch um einen Zweiphasenmotor handeln.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann das Spulenträgerteil einen ersten Polarm aufweisen, auf welchem wenigstens ein Spulenelement befestigbar oder befestigt ist. Das bedeutet, dass der Innenstator im einfachsten Fall aus drei Bauteilen aufgebaut sein kann, nämlich dem Polschuhteil, dem Spulenträgerteil und einem auf dem Spulenträgerteil befestigten Spulenelement. Der den Außenrotor umfassende Elektromotor weist folglich wenigstens vier Bauteile auf. Vorzugsweise kann das Spulenelement lösbar am ersten Polarm befestigbar sein, so dass das Spulenelement zu Reparatur- oder Wartungszwecken auf unkomplizierte Weise ausgetauscht werden kann. Das Spulenelement kann ein separates Bauteil sein, auf welchem eine Wicklung angeordnet ist. Alternativ dazu kann das Spulenelement aber auch die Wicklung selbst sein; in diesem Fall ist also die Wicklung in der Art einer Direktwicklung direkt auf dem Spulenträgerteil angeordnet.
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Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform kann das Polschuhteil ein sich entlang einer ersten radialen Richtung erstreckendes Bodenteil umfassen, welches entlang der ersten radialen Richtung endseitig jeweils in einen zweiten und dritten Polarm übergeht. Der zweite und dritte Polarm sind jeweils zwischen einer Betriebsposition und einer Montageposition schwenkbeweglich am Bodenteil befestigt. Der zweite und der dritter Polarm stehen jeweils in der Betriebsposition in einer zweiten radialen Richtung orthogonal vom Bodenteil ab. Die erste und zweite Richtung bilden also einen Winkel von 90°. Da die drei Polarme in der Betriebsposition in der zweiten radialen Richtung im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind, kann auf diese Weise der vom Elektromotor erzeugte Verlauf der Feldlinien des magnetischen Erregerfelds optimiert werden. Für die Montageposition kann daran gedacht sein, den zweiten und dritten Polarm nach außen, also in Richtung der ersten radialen Richtung wegzuklappen, so dass das Spulenelement besonders einfach vom ersten Polarm des Spulenträgerteils entfernt bzw. wieder auf diesem angebracht werden kann.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung kann das Spulenträgerteil ein sich entlang einer axialen Achse erstreckendes Basiselement mit einer Umfangswandung sowie eine erste und zweite, jeweils axial endseitig vom Basiselement abstehende Endwandung umfassen, wobei die erste Endwandung in einem am Polschuhteil montierten Zustand des Spulenträgerteils dem Bodenteil zugewandt ist. Auf der Umfangswandung des Basiselements ist gemäß dieser vorteilhaften Weiterbildung eine Wicklung zur Ausbildung einer angeordnet. Das derartig aufgebaute Spulenträgerteil zeichnet sich durch einen kompakten Aufbau aus und lässt sich auf besonders einfache Weise auf dem Polschuhteil befestigen. Mittels der beiden Endwandungen kann die Wicklung besonders einfach auf dem Basiselement angebracht und zuverlässig auf diesem gehalten werden.
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Vorzugsweise kann die erste Endwandung radial außen wenigstens ein Befestigungselement aufweisen, welches zur Befestigung des Polschuhteils am Spulenträgerteil in ein am Polschuhteil vorgesehenes Aufnahmeelement eingreift. Dies ermöglicht eine technisch besonders einfache Befestigung des Polschuhteils am Spulenträgerteil.
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Bei einer weiterbildenden Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass das wenigstens eine Befestigungselement als, sich insbesondere konisch verjüngender, Fortsatz ausgestaltet ist. Das Aufnahmeelement ist gemäß dieser weiterbildenden Ausführungsform entsprechend als zum Fortsatz komplementäre Ausnehmung ausgestaltet. Die Ausnehmung kann einen Übergangsbereich zwischen dem Bodenteil und dem zweiten bzw. dritten Polarm bilden.
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Alternativ dazu kann in einer weiterbildenden Ausführungsform die erste Endwandung ein axial zum Bodenteil hin abstehendes Befestigungselement aufweisen, welches zur Befestigung des Polschuhteils am Spulenträgerteil in ein am Bodenteil vorgesehenes komplementäres Aufnahmeelement eingreift.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung kann das Befestigungselement als sich axial zur ersten Endwandung hin verjüngender Fortsatz ausgestaltet und das Aufnahmeelement als dazu komplementäre Ausnehmung ausgestaltet sein. Zur Befestigung des Spulenträgerteils am Polschuhteil wird der Fortsatz entlang einer zur ersten und zweiten Richtung orthogonalen dritten Richtung in die Ausnehmung eingeschoben. Der Ein- bzw. Ausbau des Spulenträgerteils ist in diesem Fall durch Bewegen des Spulenträgerteils entlang der dritten Richtung, welche orthogonal zur ersten und zweiten Richtung verläuft, möglich. Dies ermöglicht eine Montage des Spulenträgerteils auch für den Fall, dass im Bereich um den Elektromotor entlang der zweiten Richtung für Montagearbeiten nur wenig Bauraum zur Verfügung steht.
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Um die Leistungsfähigkeit des Elektromotors weiter zu verbessern, kann die dem Bodenteil abgewandte zweite Endwandung des Basisteils auch als Polschuh mit einer Außenseite ausgestaltet sein, deren Verlauf derart gewählt ist, dass sich zwischen dem Polschuh und einer Innenkontur der Permanentmagneten des Außenrotors ein Luftspalt mit einem im Wesentlichen konstanten Durchmesser ausbildet.
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Zur Verbesserung des Wirkungsgrads des Elektromotors kann der Innenstator in einer weiterbildenden Ausführungsform im Wesentlichen um eine sich entlang der ersten Richtung durch das Bodenteil erstreckende Symmetrieachse achsensymmetrisch ausgebildet sein und ein erstes und zweites Spulenträgerteil umfassen, welche beidseitig des Bodenteils am Polschuhteil lösbar befestigbar oder befestigt sind. Der symmetrisch aufgebaute Elektromotor kann somit zwei Spulenelemente tragen, welche jeweils separat unabhängig voneinander am Spulenträger befestigt werden können und mittels der beiden Spulenträgerteile am Polschuhteil befestigt werden können.
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Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann das Spulenträgerteil vier sich von der Rotationsachse in radialer Richtung erstreckende Spulenträgerarme aufweisen, wobei jeweils zwei benachbarte Spulenträgerarme unter einem Winkel von im Wesentlichen 90° zueinander angeordnet sind. Auf zwei gegenüberliegenden Spulenträgerarmen ist dabei jeweils ein Spulenelement befestigbar oder befestigt. Das Polschuhteil gemäß dieser Ausführungsform ist im Wesentlichen ringartig ausgebildet und radial zwischen dem Außenrotor des Elektromotors und dem Spulenträgerteil angeordnet. Das Polschuhteil ist am Spulenträgerteil lösbar befestigt. Bei dieser Ausführungsform zeichnet sich der Elektromotor durch einen besonders kompakten und hochsymmetrischen Aufbau bei dennoch geringer Anzahl an benötigten Bauteilen aus.
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In einer zweckmäßigen Weiterbildung kann an den vier Spulenträgerarmen jeweils radial außen ein Befestigungselement vorgesehen sein, welches zur Befestigung des Polschuhteils am Spulenträgerteil jeweils in ein am ringartigen Polschuhteil vorgesehenes komplementäres Aufnahmeelement eingreift. Zum Befestigen des Polschuhteils am Spulenträgerteil wird das Polschuhteil entlang der dritten Richtung auf das Spulenträgerteil aufgeschoben.
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In einer technisch besonders einfach zu realisierenden und somit kostengünstigen Ausführungsform können die Befestigungselemente jeweils als sich in radialer Richtung konisch verjüngender Fortsatz ausgebildet und die Aufnahmeelemente als dazu komplementäre Ausnehmungen an einer Innenfläche des Polschuhteils ausgebildet sein.
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Vorzugsweise kann am Polschuhteil radial außen und entlang der Umfangsrichtung wenigstens ein als Fortsatz ausgebildeter Polschuh vorgesehen sein. Auf diese Weise kann die Homogenität des magnetischen Erregerfelds weiter verbessert werden.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch
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1–5 stark vereinfachte Querschnitte des erfindungsgemäßen Elektromotors bei verschiedenen Ausführungsbeispielen.
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Entsprechend 1 umfasst der erfindungsgemäße Elektromotor 1 einen Außenrotor 2, welcher relativ zu einem Innenstator 3 um eine gemeinsame konzentrische Rotationsachse r drehverstellbar ist. Der Außenrotor 2 weist zumindest zwei Permanentmagnete 4 auf; im Beispiel der 1 sind jeweils genau vier Permanentmagnete 4 vorgesehen, die in der Umfangsrichtung U verteilt angeordnet sind und sich hinsichtlich ihrer Polarität (Nord bzw. Süd) in der Umfangsrichtung U abwechseln. Es ist klar, dass in Varianten auch eine andere Anzahl an Permanentmagneten 4 vorgesehen sein kann. Der Außenrotor 3 kann ein zylindrisches, vorzugsweise kreiszylindrisches, Gehäuse definieren, welches der Übersichtlichkeit halber in der 1 nicht gezeigt ist, wobei an dessen Innenseite die Permanentmagnete 4 in Form separater Bauteile angebaut sein können. Der Innenstator 3 ist wenigstens zweiteilig ausgebildet und umfasst ein Polschuhteil 5 und ein an dem Polschuhteil 5 lösbar befestigbares Spulenträgerteil 6. Die 1 zeigt das Spulenträgerteil 6 in einem am Polschuhteil 5 befestigten Zustand.
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Das Spulenträgerteil 6 weist einen ersten Polarm 7 auf. Am ersten Polarm 7 ist ein Spulenelement 22 befestigt. Das Spulenelement 22 kann dabei ein separates Bauteil sein, auf welchem eine Wicklung angeordnet ist. Alternativ dazu kann das Spulenelement 22 aber auch die Wicklung selbst sein; in diesem Fall ist also die Wicklung in der Art einer Direktwicklung direkt auf dem Spulenträgerteil 6 angeordnet. Ferner weist das Polschuhteil 5 ein sich entlang einer ersten radialen Richtung R1 erstreckendes Bodenteil 8 auf, welches entlang der ersten radialen Richtung R1 endseitig jeweils in einen zweiten und dritten Polarm 9, 10 übergeht. Dies wird aus der Darstellung der 2 ersichtlich, welche das Spulenträgerteil 6 in einem nicht am Polschuhteil 5 befestigten Zustand zeigt. Der zweite und dritte Polarm 9, 10 sind zwischen einer Betriebsposition, die in den 1 und 2 gezeigt ist, und einer Montageposition schwenkbeweglich am Bodenteil 8 befestigt. Zum Bewegen in die Montageposition können der zweite und dritte Polarm 9, 10 zum Bodenteil 8 hin umgeklappt werden (vgl. Pfeile 12 in der 2). In der in den 1 und 2 gezeigten Betriebsposition stehen die beiden Polarme 9, 10 in einer zweiten radialen Richtung R2 orthogonal vom Bodenteil 8 ab. Die zweite radiale Richtung R2 bildet also mit der ersten radialen Richtung R1 einen Winkel von im Wesentlichen 90°. Dieser Winkelbereich umfasst vorzugsweise 85° bis 105°, höchst vorzugsweise 89° bis 91°.
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Betrachtet man das Spulenträgerteil 6 in der Darstellung der 2, so erkennt man, dass es ein sich entlang einer axialen Achse A erstreckendes Basiselement 11 mit einer Umfangswandung 13 aufweisen kann. Das Basiselement 11 ist Teil des ersten Polarms 7. Axial endseitig vom Basiselement 11 sind eine erste und zweite Endwandung 14, 15 vorgesehen, die beide in radialer Richtung R vom Basiselement 11 abstehen. Die erste Endwandung 14 ist einem am Polschuhteil 5 befestigten Zustand (vgl. 1) dem Bodenteil 8 zugewandt. Auf der Umfangswandung 13 des Basiselements 11 ist das Spulenelement 22 angeordnet, welches eine Wicklung aus einem elektrischen Draht (der Übersichtlichkeit halber in den 1 und 2 nicht gezeigt) umfassen kann. Die zweite Endwandung 15 kann in einer Variante in der Art von zwei separaten Einlegteilen 25a, 25b ausgebildet sein, welche lösbar am Basiselement 11 befestigt sein können und in einem befestigten Zustand in Umfangsrichtung des Außenrotors 2 vom Basiselement 11 abstehen.
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Die erste Endwandung 14 weist radial außen ein Befestigungselement 16 auf, welches zur Befestigung des Polschuhteils 5 am Spulenträgerteil 6 in ein am Polschuhteil 5 vorgesehenes komplementäres Aufnahmeelement 17 eingreift. Das Befestigungselement 16 kann als radialer Fortsatz ausgestaltet sein, welcher sich wie in der 2 gezeigt entlang der radialen Richtung R konisch verjüngen kann. Entsprechend kann das Aufnahmeelement 17 dann als zu diesem Fortsatz komplementäre Ausnehmung ausgestaltet sein. Vorzugsweise kann das Aufnahmeelement 17 wie in der 2 gezeigt einen Übergangsbereich zwischen dem Bodenteil 8 und dem zweiten bzw. dritten Polarm 9, 10 bilden, welcher einen reduzierten Durchmesser aufweist.
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Der Innenstator 3 kann asymmetrisch ausgebildet sein. Eine solche Asymmetrie kann durch einen am Bodenteil 8 vorgesehenen Fortsatz 24 gebildet sein, welcher auf einer vom ersten Polarm 7 abgewandten Seite des Bodenteils 8 von diesem absteht. Mittels des Fortsatzes 24 und des damit verbundenen asymmetrischen Aufbaus des Innenstators 3 kann ein Anfahren des Elektromotors 1 erleichtert werden. Weiterhin kann bei einer alternativen Ausgestaltung auch der erste, weite oder/und Polarm 7, 8, 9 asymmetrisch ausgebildet sein.
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In der 3 ist eine Variante des Ausführungsbeispiels der 1 und 2 gezeigt. Die 3a zeigt den Elektromotor 1' in einer perspektivischen Ansicht, die 3b in einem stark vereinfachten Querschnitt. In der Variante gemäß der 3 weist die erste Endwandung 14’ ein axial zum Bodenteil 8’ hin abstehendes Befestigungselement 16’ auf, welches zur Befestigung des Polschuhteils 5’ am Spulenträgerteil 6’ in ein am Bodenteil 8’ vorgesehenes komplementäres Aufnahmeelement 17’ eingreift. Das Befestigungselement 16’ kann als sich axial zur ersten Endwandung 14’ hin verjüngender Fortsatz ausgebildet sein. Entsprechend kann das Aufnahmeelement 17’ als zu diesem Fortsatz komplementäre Ausnehmung ausgestaltet sein. Zur Befestigung des Spulenträgerteils 6’ am Polschuhteil 5’ wird das als Fortsatz ausgebildete Befestigungselement 16’ entlang einer zur ersten und zweiten Richtung orthogonalen dritte Richtung R3 in die zum Fortsatz komplementäre Ausnehmung eingeschoben. Hinsichtlich des weiteren Aufbaus des Elektromotors 1’ gemäß der 3 gelten mutatis mutandis die Erläuterungen zum Ausführungsbeispiel gemäß den 1 und 2. In weiteren Varianten können Befestigungselement 16' und Aufnahmeelement 17' im Spulenträgerteil 6' entlang des ersten Polarms 7' vorgesehen sein. Auch ist vorstellbar, dass der Polschuh 18' ein Befestigungselement aufweist, welches in eine am ersten Polarm 7' vorgesehene Aufnahmeöffnung eingreift oder umgekehrt.
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Im Elektromotor 1, 1’ gemäß den 1 bis 3 kann eine dem Bodenteil 8, 8’ abgewandte Endwandung 15, 15’ des Basiselements 11’ als Polschuh 18, 18’ mit einer Außenseite 19, 19’ vorgesehen sein, deren Verlauf derart gewählt sein kann, dass sich zwischen dem Polschuh 18, 18’ und einer Innenkontur der Permanentmagnete 4 des Außenrotors 2 (vgl. 1) ein Luftspalt 20 mit einem im Wesentlichen konstanten Durchmesser bildet. Dies gilt auch für das Ausführungsbeispiel gemäß der 3, in welcher der Außenrotor der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt ist.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der 4 ist der Innenstator 3’’ des Elektromotors 1’’ im Wesentlichen um eine sich entlang der ersten Richtung R1 durch das Bodenteil 8’’ erstreckenden Symmetrieachse S achsensymmetrisch ausgebildet. Der Innenstator 3’’ umfasst ein erstes und zweites Spulenträgerteil 6’’, welche beidseitig des Bodenteils 8’’ am Polschuhteil 5’’ lösbar befestigt sind. Hinsichtlich der Befestigung der beiden Spulenträgerteile 6’’ wird auf die Erläuterungen zu den Elektromotoren 1, 1’’ gemäß den 1 bis 3 verwiesen. Der Übersichtlichkeit halber sind in der 4 die im Zusammenhang mit den 1 bis 3 erläuterten Befestigungselemente 16, 16’ nicht gezeigt. In weiterbildenden Varianten sind auch Elektromotoren mit einer anderen Anzahl an Spulenträgerteilen 6'' vorstellbar. Gleiches gilt entsprechend für die Anzahl an Polschuhen 18''.
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In einer vereinfachten Ausführungsvariante der Elektromotoren 1, 1’, 1’’ gemäß den 1 bis 3 kann auf die erste Endwandung 14, 14’, 14’’ verzichtet sein.
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In einer in der 5 gezeigten Variante kann das Spulenträgerteil 6’’’ des Elektromotors 1’’’ vier sich von der Rotationsachse r in radialer Richtung R erstreckende Spulenträgerarme 21’’’ aufweisen. Das Polschuhteil 5''' ist ringartig ausgebildet und radial zwischen dem Außenrotor und dem Spulenträgerteil 6''' angeordnet. Das Polschuhteil 5''' ist weiterhin am Spulenträgerteil 6''' lösbar befestigt ist.
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Jeweils zwei benachbarte Spulenträgerarme 21’’’ können wie in der 5 gezeigt unter einem Winkel von im Wesentlichen 90° zueinander angeordnet sein. An zwei gegenüberliegenden Spulenträgerarmen 21’’’ ist jeweils ein Spulenelement 22''' befestigbar. Zur Befestigung des Polschuhteils 5’’’ am Spulenträgerteil 6’’’ ist an den Spulenträgerarmen 21’’’ jeweils radial außen ein Befestigungselement 16’’’ vorgesehen, welches zur Befestigung des Polschuhteils 5’’’ am Spulenträgerteil 6’’’ jeweils in ein am ringartig ausgebildeten Polschuhteil 5’’’ vorgesehenes komplementäres Aufnahmeelement 17’’’ eingreift. Die Befestigungselemente 16’’’ können als sich jeweils in radialer Richtung R konisch verjüngende Fortsätze ausgebildet sein. Entsprechend können die Aufnahmeelemente 17’’’ als dazu komplementäre Ausnehmungen an einer Innenumfangsfläche des Polschuhteils 5’’’ vorgesehen sein. Am Polschuhteil 5’’’ radial außen können Umfangsrichtung U mehrere Polschuhe vorgesehen sein, die als radial nach außen abstehende Fortsätze 23’’’ ausgebildet sein können. Im Ausführungsbeispiel gemäß der 5 sind exemplarisch vier solche Fortsätze 23’’’ gezeigt; es ist klar, dass in Varianten aber auch eine andere Anzahl an solchen Fortsätzen 23’’’ vorstellbar ist. Die Spulenelemente 22''' können dabei separate Bauteile sein, auf welchen eine Wicklung angeordnet ist. Alternativ dazu können das Spulenelement 22 aber auch die Wicklung selbst sein; in diesem Fall ist also die Wicklung in der Art einer Direktwicklung direkt auf dem Spulenträgerteil 6 angeordnet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006004313 A1 [0002]
