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Die Erfindung betrifft einen Elektromotor
und eine Baureihe von Elektromotoren.
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Aus der
DE 100 49 883 A1 ist ein
permanentmagneterregter Synchronmotor als Mehrphasenmotor ausgeführt. Dabei
ist die Spulenzahl der Wicklungen um 1 kleiner als die Polzahl.
Somit ist dieser Motor bei niedrigen Drehzahlen vorteilhaft einsetzbar, insbesondere
als Direktantrieb, also zum direkten Antrieb der Last ohne Zwischenschaltung
eines Getriebes.
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Entsprechend ist ein gemäß
DE 100 49 883 A1 ausgeführter Mehrphasenmotor,
bei dem die Spulenzahl der Wicklungen um 1 größer als die Polzahl ist, vorteilhaft
einsetzbar bei hohen Drehzahlen. Dabei ist also der gleiche Stator
wie bei der
DE 100
49 883 A1 verwendbar, jedoch wird der Rotor entsprechend
anders ausgeführt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
einen Elektromotor und eine zugehörige Baureihe zu schaffen,
die kompakt, einfach und kostengünstig sind.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei der Spannvorrichtung
zur Befestigung einer Hohlwelle oder eines Hohlteiles auf einer
Vollwelle nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Wesentliche Merkmale der Erfindung
bei dem Elektromotor sind, dass dieser mindestens einen Rotor, Statorwicklungen,
ein Gehäuse,
zumindest ein A-seitiges und B-seitiges Lager für den Rotor umfasst, wobei
das Gehäuse
zumindest
- – aus
einem ersten Gehäuseteil,
das zur Aufnahme des A-seitigen Lagers vorgesehen ist,
- – aus
einem dritten Gehäuseteil,
das zur Aufnahme des B-seitigen Lagers vorgesehen ist, und
- – aus
einem zweiten Gehäuseteil,
das zur Aufnahme der Statorwicklungen vorgesehen ist,
und die
Gehäuseteile
lösbar
verbindbar sind. Von Vorteil ist dabei, dass eine Dreiteilung des
Gehäuses
vorgesehen ist und somit ein Baukasten von Elektromotoren in einfacher
und kostengünstiger Weise
herstellbar ist, wobei möglichst
wenige Teile für
eine grolle Variantenvielfalt benötigt werden. Insbesondere ist
abtriebsseitig ein erstes Gehäuseteil
auf die abtriebsseitigen Anforderungen abstimmbar, ohne dass alle
Teile des Motors abgeändert
werden müssten.
Das zweite Gehäuseteil ist
je nach gewünschtem
Drehmoment oder der gewünschten
Betriebsart, also Mehrphasenmotor für Direktantrieb oder für Getriebemotorantrieb, vorsehbar.
Das dritte Gehäuseteil
ist mit elektronischen Optionen vorsehbar.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung
sind die Statorwicklungen nach Art eines Mehrphasenmotors ausgeführt und/oder
aufsteckbar auf die Zähne des
Statorblechs. Von Vorteil ist dabei, dass die Fertigung besonders
einfach und kostengünstig
ausführbar
ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung
ist das dritte Gehäuseteil
zur Aufnahme des B-seitigen Lagers ausgeführt und umfasst eine Kühlvorrichtung. Von
Vorteil ist dabei, dass das dritte Gehäuseteil gehäusebildende Funktion auch für die elektronischen Komponenten
aufweist und beispielsweise als Guss-, Druckguss- oder Spritzguss-Teil
fertigbar einfach und kostengünstig
ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung
sind die Kühlvorrichtung
und der Lagersitz des Bseitigen Lagers als einziges Teil ausgeführt sind,
insbesondere in Aluminium-Spritzguss. Von Vorteil ist dabei, dass
ein Verbinden der Kühlvorrichtung
mit dem Motorgehäuse
entfällt,
da beide Teile als ein einziges Teil ausgeführt sind.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung
umfasst die Kühlvorrichtung
Kühlfinger.
Von Vorteil ist dabei, dass eine richtungsunabhängige konvektive Wärmeabfuhr
ermöglicht
ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung
ist am dritten Gehäuseteil
eine Gehäuseplatte
angebracht. Von Vorteil ist dabei, dass ein B-seitiger Abschluss
in hoher Schutzart vorsehbar ist, wobei die Gehäuseplatte zur Aufnahme elektronischer
Schaltungen verwendbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung
ist zwischen Gehäuseplatte
und drittem Gehäuseteil
eine Wärmedämmung vorgesehen.
Von Vorteil ist dabei, dass die Leistungselektronik auf hohem Temperaturniveau
erzeugte Wärme über das
dritte Gehäuseteil und
die Signalelektronik auf niedrigem Temperaturniveau erzeugte Wärme über die
Gehäuseplatte
ungestört
abgeben.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung
ist zwischen erstem und zweitem Gehäuseteil eine mechanische Schnittstelle
definiert zum Austauschen der Gehäuseteile gegen anders ausgeführte Gehäuseteile.
Von Vorteil ist dabei, dass verschieden abtriebsseitige Anwendungen
versorgbar und/oder verschiedene Drehmomente vorsehbar sind.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung
ist zwischen drittem und zweitem Gehäuseteil eine elektromechanische
Schnittstelle definiert zum Austauschen der Gehäuseteile gegen anders ausgeführte Gehäuseteile.
Insbesondere ist das dritte Gehäuseteil
gegen ein derartiges drittes Gehäuseteil
austauschbar, dass elektrische oder elektronische Funktionalitäten veränderbar
sind, wie insbesondere Umrichterfunktionalität gegen Sanftanlauffunktionalität oder bloße Schaltfunktionalität. Von Vorteil
ist dabei, dass im dritten Gehäuseteil
verschiedene elektronische Funktionalitäten vorsehbar sind oder ebenfalls verschiedene
Drehmomente vorsehbar sind.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung
sind Rotor und zweites Gehäuseteil
gegen ein anderes zweites Gehäuseteil
und entsprechenden Rotor austauschbar, insbesondere zum Herstellen
einer Baureihe, die Direktantriebe und Getriebemotoren umfasst.
Von Vorteil ist dabei, dass durch bloßes Vertauschen des Rotors,
also auch der Polzahl, ein anderes Drehmoment des Motors bei der
jeweiligen Drehzahl erzeugbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung
weist die Gehäuseplatte
und/oder das dritte Gehäuseteil Anschlussvorrichtungen
zur Energie- und/oder Informationsübertragung auf. Von Vorteil
ist dabei, dass erstes und zweites Gehäuseteil unabhängig von
den mit den Anschlussvorichtungen angeschlossenen oder verbundenen
Subkomponenten austauschbar sind.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung
sind die Anschlussvorrichtungen als Hybridsteckverbinderteil ausgeführt. Von
Vorteil ist dabei, dass nur ein einziger Steckverbinder zu verbinden
ist.
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Wesentliche Merkmale der Erfindung
bei dem der Baureihe von Elektromotoren sind, dass die Baureihe
mehrere durch mindestens einen Parameter kennzeichenbare Baugrößen umfasst,
wobei jede Baugröße mindestens
zwei Varianten von Elektromotoren umfasst, wobei jede Variante mindestens
einen Rotor, Statorwicklungen, ein Gehäuse, zumindest ein A-seitiges
und B-seitiges Lager für
den Rotor umfasst, wobei bei jeder Variante das Gehäuse zumindest
- – aus
einem ersten Gehäuseteil,
das zur Aufnahme des A-seitigen Lagers vorgesehen ist,
- – aus
einem dritten Gehäuseteil,
das zur Aufnahme des B-seitigen Lagers vorgesehen ist, und
- – aus
einem zweiten Gehäuseteil,
das zur Aufnahme der Statorwicklungen vorgesehen ist,
und die
Gehäuseteile
lösbar
verbindbar sind, und wobei
- – zwischen
erstem und zweiten Gehäuseteil
eine mechanische
- – und
zwischen drittem und zweiten Gehäuseteil eine
elektromechanische
Schnittstelle zum Erzeugen von Varianten
mit verschiedenen Funktionalitäten
mittels Austauschen vorgesehen ist.
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Von Vorteil ist dabei, dass infolge
der Schnittstellen die Gehäuseteile
mit verschiedenen Funkionalitäten
gegeneinander austauschbar sind und somit eine hohe Variantenvielfalt
unter Verewendung möglichst
weniger Teile erreichbar ist.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus
den Unteransprüchen.
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- 1,
101, 102
- Erstes
Gehäuseteil
- 2
- Zweites
Gehäuseteil
- 3
- Drittes
Gehäuseteil
- 4
- Statorwicklungen
- 5,
51,52
- Rotor
- 6
- Permanentmagnete
- 7
- Kühlvorrichtung
- 8
- Gehäuseplatte
- 9
- Platinenaufnahme
- 10
- Hybridsteckverbinder
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In der 1 ist
die Struktur der efindungsgemäßen Baureihe
von Elektromotoren schematisch gezeigt. Eine Baureihe umfasst mehrere,
durch einen Parameter, wie beispielsweise Leistung, maximal übertragbares
Drehmoment, Nennmoment und/oder Achshöhe kennzeichenbare Baugrößen, die
jeweils mehrere Varianten umfassen.
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Dabei besteht das Gehäuse des
jeweiligen Elektromotors aus drei Gehäuseteilen. Je nach abtriebsseitig
angeschlossener Vorrichtung ist als erste Variante ein erstes Gehäuseteil 1 mit
Rotor 5, also einem zylindrisch ausgeführten abtriebsseitigen Endbereich
des Rotors 5, verwendbar oder es ist ein erstes Gehäuseteil 101 mit
Rotor 51, also ein mit einem, abtriebsseitig eine Passfedernut
aufweisenden Endbereich Rotor 51. Des Weiteren ist auch
ein erstes Gehäuseteil 102 mit
Rotor 52 verwendbar, also ein mit einem, abtriebsseitig
eine Verzahnung aufweisenden Endbereich Rotor 51. Somit
sind kraft oder formschlüssige
abtriebsseitige Verbindungen mit verschieden großen und/oder verschiedenartigen
abtriebsseitigen Flanschen wahlweise realisierbar, wobei nur erstes
Gehäuseteil 1, 101, 102 und
Rotor 5, 51, 52 auszutauschen sind.
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Mit dem ersten Gehäuseteil 1 ist
ein zweites Gehäuseteil 2 und
ein drittes Gehäuseteil 3 lösbar verbunden,
wobei das zweite Gehäuseteil 2 zur
Aufnahme der Statorwicklungen vorgesehen ist. Das erste und dritte
Gehäuseteil
sind zur Aufnahme von Lagern für
den Rotor vorgesehen.
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Dabei sind zwischen erstem und zweitem
beziehungsweise zweitem und drittem Gehäuseteil mechanische und/oder
elektromechanische Schnittstellen definiert, damit bei verschiedenen
Varianten innerhalb einer Baugröße die jeweiligen
Gehäuseteile ersetzbar
sind durch anders ausgeführte
Gehäuseteile.
Bei Austausch des ersten Gehäuseteils
durch ein anders ausgeführtes
erstes Gehäuseteil
ist je nach Anwendung auch der Rotor auszutauschen.
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Das zweite Gehäuseteil ist gegen ein anderes
zweites Gehäuseteil
austauschbar, das eine axial größere Baulänge aufweist,
also auch längere
Statorwicklungen und ein axial länger
ausgeführtes Blechpaket.
Entsprechend ist auch der Rotor gegen einen längeren Rotor auszutauschen.
Somit ist eine Variante herstellbar, die ein größeres Drehmoment liefert, ohne
dass erstes und/oder zweites Gehäuseteil
auszutauschen sind.
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Bei einem anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel
ist das zweite Gehäuseteil
und der Rotor gegen ein anderes zweites Gehäuseteil und einen anderen Rotor
derart austauschbar, dass eine andere Polzahl und Spulenzahl vorgesehen
ist. Auf diese Weise ist also auch eine erste Variante herstellbar,
die als Mehrphasenmotor mit einer Spulenzahl der Wicklungen, die
um 1 kleiner ist als die Polzahl, vorgesehen ist. Nach Austausch
ist aber auch ein Mehrphasenmotor mit einer Spulenzahl der Wicklungen
herstellbar, die um 1 größer ist
als die Polzahl. Die genannte erste Variante ist besonders vorteilhaft als
Direktantrieb, also ohne Getriebe, verwendbar, da sie bei niederen
Drehzahlen ein hohes Drehmoment aufweist. Die genannte zweite Variante
ist für
einen Getriebemotor vorteilhaft verwendbar, da sie bei hohen Drehzahlen
ein hohes Drehmoment aufweist. Somit ist unter Austausch nur weniger
Teile eine hohe Variantenvielfalt, insbesondere für völlig gattungsgemäß verschiedene
Anwendungen erzielbar, nämlich
Direktantrieb und Getriebemotorantrieb.
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Infolge der lösbaren Verbindung des ersten, zweiten
und dritten Gehäuseteiles
ist eine hohe Variantenvielfalt unter Einsatz möglichst weniger Bauteile erzielbar.
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Wesentlich ist bei dem Elektromotor
auch, dass das dritte Gehäuseteil
gehäusebildende
Funktion für
integrierte Ansteuerelektronik aufweist, insbesondere für Leistungselektronik
und Steuerelektronik. Somit ist das dritte Gehäuseteil insbesondere auch mit
Kühlvorrichtung,
insbesondere also mit Kühlfingern
oder Kühlrippen
ausführbar.
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Bei einer weiteren Ausführungsform
wird auch eine Wärmedämmung zwischen
zweitem und drittem Gehäuseteil
vorgesehen.
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Bei einer weiteren Ausführungsform
wird mittels Einbringen von Wärmeleitpaste
im abtriebsseitigen Bereich der Statorwicklungen des zweiten Gehäuseteils
eine erhöhte
Wärmeableitung
zur abtriebsseitigen Vorrichtung vorgesehen.
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Bei einem anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel
ist das dritte Gehäuseteil
gegen ein anderes drittes Gehäuseteil
austauschbar, das in einer anderen Bauform ausgeführt ist.
Dabei ist also die Kühlvorrichtung
um beispielsweise 90° um
die Antriebsache verdreht herum angeordnet. Eine andere Variante
ist ebenfalls durch Austausch des dritten Gehäuseteils herstellbar, bei dem
die Kühlvorrichtung
B-seitig axial angeordnet ist. Somit ist je nach Anwendung und dem
dort vorhandenen Bauvolumen der geeignet geformte Antrieb auswählbar.
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Das beschriebene Austauschen der
ersten, zweiten und dritten Gehäuseteile
ist infolge der definierten Schnittstellen problemlos möglich. Die Schnittstelle
zwischen erstem und zweitem Gehäuseteil
umfasst zumindest die Position der Bohrlöcher für die lösbare Verbindung, die Gehäuseabmessungen
und gegebenenfalls die Zentriermittel oder entsprechende Formgebung
der Gehäuseteile
im Berührbereich.
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Die Schnittstelle zwischen drittem
und zweitem Gehäuseteil
umfasst wiederum zumindest die Position der Bohrlöcher für die lösbare Verbindung, die
Gehäuseabmessungen
und gegebenenfalls die Zentriermittel oder entsprechende Formgebung
der Gehäuseteile
im Berührbereich.
Außerdem
umfasst diese Schnittstelle auch eine elektromechanischen Teil,
nämlich
zumindest die Durchführung
der Leitungen zu den Statorwicklungen betreffend. Darüber hinaus
sind auch die Leitungen eines mit den Statorwicklungen wärmeleitend
verbundener Temperatursensors durchzuführen und somit in die Schnittstelle aufzunehmen.
Die Schnittstelle umfasst beispielsweise eine Bohrung, durch welche
die Leitungen hindurchführbar
sind, und Anschlussvorrichtungen innerhalb des dritten Gehäuseteils.
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In der 2 sind
die wesentlichen Teile des Elektromotors bei einer Variante einer
Baugröße aufgezeigt.
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Das erste Gehäuseteil 1 ist zur
Aufnahme des abtriebsseitigen Lagers ausgeführt und weist einen den abtriebsseitig
geforderten Anschlussmöglichkeiten
entsprechend ausgeführten
Flansch auf. Der Rotor 5 weist abtriebsseitig einen zylindrischen Endbereich
auf und trägt
Permanentmagnete 6. Das zweite Gehäuseteil 2 ist zur
Aufnahme von Statorwicklungen 4 vorgesehen. Dabei weist
das gehäuseteilbildende
Blechpaket derartige Zähne
auf, dass die Zahnlücken
möglichst
ganz bewickelbar sind. In einem anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel
sind die Zähne
derart geformt, dass die Spulen auf die Zähne aufsteckbar sind.
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Das dritte Gehäuseteil 3 ist zur
Aufnahme des B-seitigen Lagers ausgeführt und weist auch ein Kühlvorrichtung
auf. Kühlvorrichtung
und Lagersitz sind dabei also ein einziges Teil und somit als Gussteil,
insbesondere als Aluminium-Spritzguss, herstellbar.
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Die Kühlvorrichtung umfasst insbesondere Kühlfinger,
die eine montagerichtungsunabhängige Wärmeabfuhr
ermöglichen.
Zusätzlich
sind noch darüber
hinaus kostengünstig
und einfach zu fertigende Kühlrippen
angebracht. Die Kühlvorrichtung
ist mit den Leistungshalbleitern Mit der Gehäuseplatte 8 ist eine
in der Platinenaufnahme 9 vorgesehene Platine mechanisch
verbunden, die zumindest Signalelektronik, insbesondere die Signalelektronik
eines Umrichters, umfasst.
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Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel
ist die Signalelektronik mit der Gehäuseplatte 8 wärmeleitend
verbunden, so dass die Wärme
der Signalelektronik B-seitig abgeführt wird. Das wärmeleitende
Verbinden kann auch mittels Luft erfolgen, wobei die Luft auf ein
Volumen begrenzt wird, in welchem sie sich bewegen kann. Wesentlich
ist also bei der Realisierung, dass die Konstruktion derart ausgeführt wird,
dass der Wärmewiderstand
von der Signalelektronik über
die Gehäuseplatte 8 zur
Umgebung hin kleiner ist als der Wärmewiderstand von der Leistungselektronik
zur Signalelektronik oder als der Wärmewiderstand von der Kühlvorrichtung 7 zur
Signalelektronik oder als der Wärmewiderstand
von der Umgebung zur Signalelektronik.
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Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel
ist zwischen die Gehäuseplatte 8 und
das dritte Gehäuseteil 3 eine
Wärmedämmung eingebracht.
Somit wird die Wärme
der Leistungselektronik über
die Kühlvorrichtung
abgeführt
und nicht über
die Gehäuseplatte
B. Die Gehäuseplatte 8 führt die
auf tieferem Temperaturniveau erzeugte Wärme der Signalelektronik ungestört ab.
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Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel
sind an der Gehäuseplatte 8 elektrische
Anschlussvorrichtungen zur Energie- und Informationsversorgung angebracht.
Insbesondere ist dabei ein Hybridsteckverbinder 10 verwendet,
der Starkstrom-Leitungen zur Energieversorgung und Schwachstrom-Leitungen
zum Informationsaustausch, insbesondere mittels Feldbus, aufweist.