DE2307800A1

DE2307800A1 - Kollektorloser gleichstrommotor fuer hohe drehzahlen

Info

Publication number: DE2307800A1
Application number: DE19732307800
Authority: DE
Inventors: Reiner Kristen; Hans Dipl-Phys Kuehnlein; Manfred Dr-Ing Liska; Peter Tschirner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-02-16
Filing date: 1973-02-16
Publication date: 1974-08-29
Also published as: US3911299A; CH564274A5; CS167861B2; JPS49113106A; FR2218683A1; JPS5642219B2; DE2307800B2; FR2218683B3; NL7400787A; IT1007282B; GB1447463A; DE2307800C3

Description

Kollektorloser Gleichstrommotor für hohe Drehzahlen

Die Erfindung bezieht sich auf einen kollektorlosen Gleichstrommotor für hohe Drehzahlen, mit einer zwischen den beiden Lagern des Permanentmagnetläufers angeordneten und von einem nutenlosen Ständerrückschluß umgebenen Ständerwicklung.

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Ein solcher Motor ist durch eine Veröffentlichung in der "Elektrotechnischen Zeitschrift", Ausgabe B, Band 24 (1972), Heft 12, Seite 295 bis 298 bekannt. Um einen solchen Motor mit hohen Drehzahlen, d.h. mit Drehzahlen über 10.000 Umdrehungen pro Minute betreiben zu können, muß dieser bekannte Motor mit Speziallagern ausgerüstet werden. Wegen des durch die hohen Drehzahlen bedingten Verschleißes werden auch mit Speziallagern nur relativ kurze Standzeiten erreicht und die Lager müssen dementsprechend häufig ausgewechselt werden.

Da infolge der hohen Drehzahlen eine große Rundlaufgenauigkeit des Permanentmagnetläufers erforderlich ist, kann beim Auswechseln eines defekten Lagers nicht das Lager für sich von der Welle des Permanentmagnetläufers abgezogen und durch ein anderes ersetzt werden. Vielmehr muß der Permanentmagnetläufer aus dem Motor herausgenommen und nach Anbringen eines neuen Lagers auf seine Rundlaufgenauigkeit hin untersucht werden. Bei dem bekannten Motor 1st ein Ausbau des Permanentmagnetläufers und damit ein Auswechseln des defekten Lagers nicht möglich.

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Um drehzahlabhang!ge Oberfläcbenverluste im Läufer zu vermeiden, wird bekanntlich der Ständerrückschluß nutenlos ausgeführt. Der Läufer muß jedoch auch vor einer Erwärmung durch Wärmeabstrahlung der Ständerwicklung geschützt werden_f denn eine solche Erwärmung des Läufers überträgt sich über die Welle auf die eng tolerierten Lagerstellen und führt durch Veränderung des Lagerspieles zu einer höheren mechanischen Beanspruchung der Lager.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen kollektorlosen Gleichstrommotor für hohe Drehzahlen so auszubilden, daß ein defektes Lager leicht ausgewechselt werden kann und eine zusätzliche thermische Beanspruchung der Lager durch eine Laufererwärmung vermieden ist.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt nach der Erfindung dadurch, daß die Ständerwicklung glockenförmig ausgebildet und derart in Isolierstoff eingebettet ist, daß an der dem Permanentmagnetläufer zugewandten Innenfläche der Ständerwicklung ein hoher Wärmeübergangswiderstand und an der am Ständerrückschluß anliegenden Außenfläche ein niederer Wärmeübergangswiderstand besteht.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist auf der Innenfläche der glockenförmigen Ständerwicklung eine Isolierschicht mit niederer Wärmeleitfähigkeit aufgebracht. Eine unterschiedliche Leitfähigkeit an der Innen- und Außenfläche der Ständerwicklung läßt sich in einfacher Weise auch dadurch erreichen, daß die glockenförmige Ständerwicklung mit Kunststoff umgössen ist, dessen Wärmeleitfähigkeit in Richtung von der Innenfläche zur Außenfläche ansteigt. Eine unterschiedliche Wärmeleitfähigkeit des Kunststoffes wird dadurch erreicht, daß dem Kunststoff ein Fremdstoff hoher Wärmeleitfähigkeit beigemischt ist, dessen Konzentration im Kunststoff in Richtung von der Innenfläche zur Außenfläche der Ständerwicklung zunimmt.

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Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles wird der Gegenstand der Erfindung nachfolgend näher beschrieben.

Mit 1 ist ein aus einer Welle 2 und einem Permanentmagneten 3 bestehender Permanentmagnetläufer bezeichnet. Auf der Antriebsseite des Motors ist die Welle 2 in einem aus zwei Wälzlagern bestehenden Doppellager 4 gelagert. Die Wälzlager 4 sind in einem entsprechend ausgebildeten-Lagerschild 5 angeordnet, das an einem als Kühlmantel ausgebildeten Gehäuse 6 des Motors angeschraubt ist. Das Gehäuse 6 weist einen Kühlkanal 7 auf, durch den eine Kühlflüssigkeit gepumpt wird. In das Gehäuse 6 ist ein nutenloser Ständerrückschluß 8 eingesetzt, der eine glockenförmige Ständerwicklung 9 umgibt. Die glockenförmige Ständerwicklung 9 ist mit Kunststoff umgössen und dadurch selbsttragend. Auf der Innenseite der glockenförmigen Ständerwicklung ist eine aus Isolierstoff (z.B. Asbest) bestehende, ebenfalls glockenförmige Hülse 10 eingesetzt. Das der Antriebsseite gegenüberliegende Ende der Welle 2 ist durch eine im Boden der Hülse 10 vorgesehene öffnung 11 hindurchgesteckt und in einem Wälzlager 12 geführt, das in einem weiteren, an das Gehäuse 6 angeschraubten Lagerschild 13 angeordnet ist.

Durch die Verwendung eines Doppellagers 4 auf der Antriebsseite des Motors werden die in der Regel auf dieser Motorseite auftretenden radialen Zug- oder Druckkräfte von dem Doppellager aufgenommen und belasten nicht das auf der anderen Seite angeordnete Wälzlager 12. Dies ist besonders vorteilhaft, da die Standzeit des Wälzlagers 12 durch die hohe Drehzahl kaum beeinträchtigt wird und somit dieses Lager überhaupt nicht oder nur selten ausgewechselt werden muß. Beim Auswechseln des Doppellagers 4 kann der Permanentmagnetläufer 1 aus der glockenförmigen Ständerwicklung herausgezogen werden. Nach erfolgtem Auswechseln des Doppellagers 4 kann der Permanentmagnetläufer 1 außerhalb des Motors auf seine Rundlaufgenauigkeit hin überprüft werden und danach wieder in die Ständerwicklung 9 hineingeschoben werden.

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Wegen der nutenlosen Ausbildung des Ständerrückschlusses ö treten keine Oberflächenverluste im Permanentmagnetläufer auf. Damit entfällt auch die durch solche Verluste bedingte Erwärmung des Permanentmagnetläufers. Um auch eine Erwärmung des Permanentmagnetläufers durch eine Wärmeabstrahlung der Ständerwicklung 9 zu vermeiden, weist die Ständerwicklung 9 an der Innenfläche einen höheren Wärmeübergangswiderstand als an ihrer Außenfläche auf. Dadurch wird die in der Ständerwicklung 9 entstehende Verlustwärme verstärkt zu dem Ständerrückschluß 8 abgeführt und somit von dem Permanentmagnetläufer 1 und den Lagern 4 und 12 ferngehalten. Die thermische Beanspruchung der Lager 4 und 12 wird somit durch die Verluste in der Ständerwicklung 9 nicht erhöht, sondern allein durch die Reibungsverluste im Lager selbst bestimmt. Durch die Maßnahmen zur Wärmeableitung in der Ständerwicklung 9 wird der Motor für den Betrieb mit hohen Drehzahlen wesentlich verbessert.

Um eine von innen nach außen gerichtete Wärmeableitung in der Ständerwicklung 9 zu erhalten, kann auf der Innenseite der glockenförmigen Ständerwicklung 9 eine gesonderte Isolierschicht angebracht werden, deren Wärmeleitfähigkeit kleiner ist als die Wärmeleitfähigkeit des die Ständerwicklung einschließenden Kunststoffes. Es besteht auch die Möglichkeit, dem Kunststoff einen Fremdstoff hoher Wärmeleitfähigkeit beizumischen, z.B. ein Metallpulver. Durch eine höhere Konzentration dieses Fremdstoffes in dem Bereich der Außenfläche der Ständerwicklung 9 wird die Wärmeleitfähigkeit an der Außenfläche verbessert und damit die Wärme schneller an den Ständerrückschluß 8 abgeführt. Von dem Ständerrückschluß 8 wird die Wärme über das Gehäuse 6 an die in dem Kühlkanal 7 strömende Kühlflüssigkeit abgegeben.

Wird dem Kunststoff ein Metallpulver beigemischt, dessen spezifisches Gewicht größer als das spezifische Gewicht des Kunststoffes ist, so kann auf einfache Weise eine stärkere Konzentration des Metallpulvers zur Außenfläche

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der Ständerwicklung hin dadurch erreicht werden, daß beim Vergießen der Ständerwicklung dieselbe in Rotation versetzt wird. Durch die Zentrifugalkräfte wird das Metallpulver in dem noch flüssigen Kunststoff stärker nach außen gedrängt und dadurch die Konzentration in dem Außenbereich erhöht.

4 Patentansprüche
1 Figur

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Claims

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Patentansprüche

/1. Kollektorloser Gleichstrommotor für hohe Drehzahlen, v—-"'mit einer zwischen den beiden als Wälzlager ausgeführten · Lagern des Permanentmagnetläufers angeordneten und von einem nutenlosen Ständerrückschluß umgebenen Ständerwicklung, dadurch gekennzeichnet, daß'die Ständerwicklung (9) glockenförmig ausgebildet und derart in Isolierstoff eingebettet ist, daß an der dem Permanentmagnetläufer (1) zugewandten Innenfläche der Ständerwicklung (9) ein hoher Wärmeübergangswiderstand und an der am Ständerrückschluß (8) anliegenden Außenfläche ein niederer Wärmeübergangswiderstand besteht.
2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Innenfläche der glockenförmigen Ständerwicklung (9) eine Isolierschicht mit niederer Wärmeleitfähigkeit aufgebracht ist.
3. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die glockenförmige Ständerwicklung (9) mit Kunststoff umgössen ist, dessen Wärmeleitfähigkeit in Richtung von der Innenfläche zur Außenfläche ansteigt.
4. Motor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kunststoff ein Fremdstoff hoher Wärmeleitfähigkeit beigemischt ist, dessen Konzentration im Kunststoff in Richtung von der Innenfläche zur Außenfläche der Ständerwicklung (9) zunimmt.

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