CN103688446B - 用于电动机的动子的环形元件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种环形元件（10），其包括凸起的、尤其倒圆的部分表面（12），用于布置在电动机动子（24）的绕组部段（16）的至少一个轴向端部区域（26、28）上，其中所述部分表面（12）提供了最小的半径曲率R_d，用于将动子绕组（18）的内层（38）支撑在绕组头（40）上。在一并列方面，本发明还涉及一种用于电动机动子（24）的绝缘片元件（22），用于卷绕动子绕组（18），包括前述的环形元件（10）。此外，本发明还涉及一种电动机、尤其通用马达，包括具有动子绕组（18）的动子（24），具有至少一个前述的环形元件（10），并且涉及一种电子工具机、尤其如角磨机、钻机、锯工具或类似物一样的手持式电子工具机，其包括这种电动机。

Description

用于电动机的动子的环形元件

技术领域

本发明涉及一种用于布置在电动机动子的绕组部段的至少一个轴向端部区域上的环形元件。此外本发明涉及一种包括根据本发明的环形元件的绝缘片元件。最后本发明还涉及一种其动子上布置有这种环形元件的电动机以及一种包括根据本发明的电动机的电子工具机。

背景技术

在用于电子工具机、尤其角磨机、钻机、锯、线锯或类似物的电动机中，一般使用通用马达、也就是串励马达，其动子承载着动子绕组，该动子绕组通过换向器供电。在绕组部段的轴向端部区域上的绕组头部区域内，尤其内部的绕组层具有小的曲率半径并且承受着高的机械负载和热负载。于是在紧凑的构造空间内，动子绕组的内层具有非常小的弯曲半径，其中线圈承受着高的热负载而且必须经受住离心力。为此公知的是，通过滴浸树脂来固定绕组层以改善连接，其中追求的是均匀的绕组横截面以及对最小弯曲半径的遵循。然而最内侧的绕组层不能确切地固定在绕组组中，其中所述最内侧的绕组层在电动机动子的绕组部段的轴向端部区域处的绕组头的区域内近乎处于自由空间中并且树脂固定不能找到接头。

由此产生以下问题，即内部的绕组层在绕组头的区域中没有充分地固定并且不仅相对于热负载而且相对于机械负载都没有受到充分的保护，尤其相对于大的振动和离心力。

尤其在动态的负载变化下，如其例如在电子工具机处于满负载下并且然后在高转速下空转时发生的那样，动子绕组的温度会上升到超过210℃，从而达到漆绝缘部的临界阈值温度。在此显示出，故障中的70%引起了绕组头的内层中的绕组短路，从而使得所有马达故障的大约50%都要归咎于绕组头的最内侧层中的绕组短路。

发明内容

根据本发明的第一方面提出一种环形元件，其包括凸起的、尤其倒圆的部分表面，用于布置在电动机动子的绕组部段的至少一个轴向端部区域上。该部分表面具有最小的半径曲率R_d，用于将动子绕组的内层支撑在绕组头上。该环形元件用于将动子绕组的最内层支撑在绕组头上，从而确保其能够承受机械负载、形成到动子叠片组的热耦合并且提供线圈的最小弯曲半径，由此能够减少对最内层的机械负载和热负载并且因此能够减少绕组短路。换句话说，将环形元件放置在绕组头区域内的动子线圈的关键部段下方，所述环形元件具有线引导的部分区域的凸起的或者说倒圆的形状，所述部分区域大致匹配动子绕组的自然的延伸。环形元件例如能够构造成环曲体（Ringtorus）的纵剖面。所述环形元件具有平坦的部分表面，该部分表面能够对准指向承载动子绕组的铁芯并且具有倒圆的、例如半圆或圆形的部分表面，该部分表面能够对准指向绕组头。该环形元件的任务是，缓和临界的弯曲半径并且强制引导绕组层。绕组头中内部绕组层和动子叠片组之间的迄今的空腔被填满并且最内层被机械地支撑住。通过滴浸树脂进行的额外的绝缘和固定能够在最内侧的绕组层和环形元件之间形成连接。因此，防止出现铜线的临界弯曲半径，使得固定线圈成为可能并且通过用树脂包裹动子线圈实现绕组头的机械固定。离心力以及热负载对最内侧的绕组层的影响得以减少。

以有利的方式，利用本发明使得电动机动子的绕组部段的轴向端部区域上的内部绕组层能够机械地固定住并且减少了其弯曲角，从而降低了电动机动子的绕组头上发生绕组短路的危险，并且因此能够提高电动机的使用寿命。

根据本发明的一种有利的改进方案，环形元件能够与绝缘片元件一体地成形。绝缘片元件用于固定和对准绕组层并且因此用于构造动子磁场的规定的北极/南极朝向。绝缘片元件使绕组部段的轴向端部区域上的绕组层相对于动子叠片组绝缘。环形元件能够与绝缘片元件一体地成形，从而只需要少数的动子构件就能组装动子坯。

基于前一个实施例，有利地能够将环形元件喷铸到或者发泡连接到绝缘片元件上或者由绝缘片元件通过变形成形。于是例如能够借助2K法（也就是双组件法）将环形元件喷铸到绝缘片元件上。借助公知的发泡法能够将环形元件发泡到绝缘片元件上。也能够考虑的是，能够通过由绝缘材料制成的整个构件的变形形成具有成形的环形元件的绝缘片元件。于是例如能够通过合适的挤压工具机械地变换可变形的绝缘材料的形状，从而构造出具有集成的环形元件的绝缘片元件。此外还能够考虑的是，在生产制造时绝缘片元件与集成的环形元件一体地成形。

作为上述实施方式的替代方案，在另一个有利的构造方案中能够将环形元件与绝缘片元件连接。为此有利的是，绝缘片元件是可插接的、可粘接的和/或可焊接的。为此环形元件例如能够具有插接凸部或卡锁凸部，并且绝缘片元件具有形状互补的插接凹部或卡锁凹部，或者反之亦然。在此环形元件能够由不同于绝缘片元件的材料制造、例如由具有高导热能力的材料制造，从而将绕组头的散热传导给动子叠片组。此外为了实现根据本发明的优点，还能够通过加插环形元件改进或加装已经存在的绝缘片元件。原则上能够在不与环形元件固定的情况下将绝缘片元件集中到动子轴上。通过连接机构、例如插接凸部或卡锁凸部和相应的凹部，能够将环形元件插接到现有的绝缘片元件上并且例如固定到内直径上。此外还能够考虑的是，例如借助粘接或超声波焊接使环形元件与绝缘片元件持久地相互连接。

根据本发明的一种有利的改进方案，环形元件能够由绝缘的材料构成、尤其由最大使用温度T_C＞210℃的耐高温的塑料构成。由于机械负载和热负载高并且绕组线必须相对于动子的叠片组绝缘，所以环形元件以有利的方式由不导电却具有高的导热性的材料构成。环形元件的最大使用温度在此要超过200℃、优选210℃，因为试验证明，在周期性地在电动机的高负载和自由运转阶段之间更换的堵转运行中，能够达到这样的温度。在这个温度以下时，环形元件应该具有电绝缘并且机械稳定的效果，从而确保电动机的高的耐用性。

根据本发明的一种有利的改进方案，环形元件的外直径与内直径的比R_a/R_i在1.3至1.8的范围内、尤其1.5至1.6的范围内。通过该比实现环形元件的比较小的惯性并且为内部的动子绕组层的弯曲半径提供足够大的支撑面。作为补充或者作为替代方案，元件的外直径与厚度的比R_a/d能够在10至15的范围内、尤其12.5至13.5的范围内，或者作为替代方案，厚度d在1.5mm至3.5mm、优选地在2mm至3mm之间的范围内。于是提出一种比较薄的环形元件，使得动子的构造尺寸仅略微地改变，并且能够实现绕组头的小体积的构造。然而预先给定的弯曲半径已经足以实现高的机械稳定性和对高温的抵抗力。作为替代方案和/或作为补充方案，环形元件的凸起的部分表面的曲率半径R_d能够基本上等于厚度d，使得能够沿着环形元件的曲面引导内部的绕组线，该环形元件在其中一个纵侧上是平坦的，在另一侧上是曲面凸起的或者说具有表面的径向弯曲并且优选地为圆形的外部轮廓。由此通过环形元件填充绕组头和绝缘片元件之间的空间，机械地支撑内部的绕组层并且按规定引导动子绕组的最内层。

在本发明的一并列方面提出一种用于电动机动子的绝缘片元件，用于卷绕动子绕组，包括按照以上任一个实施例所述的环形元件。该环形元件能够与绝缘片元件构造成两个分部并且相互连接、例如粘接、卡锁或螺纹连接，或者该绝缘片元件能够与环形元件一体地构成、例如以喷铸、发泡的形式借助双组件技术构成或者通过使绝缘片元件变形构造额外的环形元件。这种绝缘片元件能够在不改变原来的结构和基本设计的情况下用在现有的电动机设计中并且因此带来根据本发明的优点。

根据本发明的另一个方面提出一种电动机、尤其通用马达，也就是串励马达，其具有带有动子绕组的动子，在所述动子上包括至少一个按照任一个上述实施例的环形元件。环形绕组对机械负载和热负载的承受能力更强，从而能够尤其在绕组头的区域内实现更长的使用寿命并且对绕组短路的抵抗力更强。

最后在另一个方面提出一种电子工具机，尤其如角磨机、钻机、锯或类似物的手持式电子工具机，其包括前述的电动机。尤其在具有紧凑的构造空间和小容量的电机的电子工具机中，其承受着大量的动态负载变换，根据经验，由于出现高的热负载和机械负载会发生越来越严重的绕组短路。通过在电动机的动子绕组的端部部段上使用提出的环形元件，能够显著提高工具机的使用寿命和质量。因此能够减少保修费，提高品牌形象并且提升工具机的价值。

附图说明

其他优点由以下附图说明给出。在附图中示出了本发明的实施例。附图、说明书和权利要求书含有多个组合的特征。本领域技术人员能够以有利的方式单个考虑这些特征并且组合成有意义的其他组合。

附图中：

图1示出电动机的动子的侧视图；

图2示出按照现有技术的绕组头的部分截取图；

图3示出按照现有技术的电动机的故障曲线；

图4示出根据本发明的环形元件的一种实施例；

图5示出根据本发明的实施例的环形元件和绝缘片元件的组合的透视图；

图6示出现有技术的绕组头与根据本发明的绕组头的比较的示意图;

图7示出具有环形元件的一种实施例的绕组头的细节截取图。

具体实施方式

在附图中，相同的或同类的组件以相同的附图标记表示。

为了阐述本发明，图1以侧视图示出了通用马达的动子24，其中沿着动子叠片组34卷绕动子绕组18。动子24具有动子轴36，动子的所有旋转的部件都不可相对旋转地沿着该动子轴布置。动子叠片组34承载着绕组18，所述绕组在其两个轴向的端部区域26、28处构造成绕组头40。在此，第一端部区域28配属于动子24的轴承30，并且第二端部区域26配属于动子24的换向器32。在换向器32上，电流通过未示出的炭刷传输到动子绕组28上，其中通过动子的旋转会由于动子24中的动子绕组18的交替变化的通电而产生不断旋转的磁场。为了对准地引导动子绕组18的铜漆线，将其放入成片的动子叠片组34的槽中。在绕组区域16的相应的端部处如此构造绕组头40，以沿着动子叠片组34向回引导绕组层。经验调查显示，绝大部分导致电动机故障的动子24的绕组短路都出现在绕组头40的区域内。其原因尤其在于堵转运行（BlockierbetR_ieb）、也就是说高动态的负载变换，其中超过了绕组头40中的极限温度，使得铜漆线不再有绝缘作用并且使得动子绕组之间形成短路，所述短路导致了动子绕组18的损坏。由于绕组头40的机械负载和热负载都很高，因此精密地制造动子绕组区域对于电动机的使用寿命至关重要。所有角磨机马达的70%由于绕组短路发生故障，其中这里所有绕组短路的70%又发生在绕组头中，并且因此所有马达故障的共计超过50%都源于绕组头的质量缺陷。

在图2中放大示出了现有技术的绕组头40，其中最内侧的绕组层38具有非常小的绕组半径42。最内侧的绕组层38悬在空中并且没有相对于动子叠片组34机械地支撑住。不仅在热学方面而且在机械方面，相对于整体绕组18和动子叠片组34仅给出了差的连接部。用于固定绕组的滴浸树脂（Träufelharz）在最内侧的绕组层上实际上无法找到连接部。

通过经验调查能够证明，电动机在通大电流时达到超过210℃的高的极限温度，从而使得绝缘系统在铜漆线中不再形成充分的绝缘。在所谓的堵转过程中动子进入低的负载转速，从而紧接着在空转时在动子绕组温度高的情况下引起大的离心力，以反映出临界的应用情况。图3示出了相对于所达到的电动机的空转转速n的多个堵转过程N_B，直到动子绕组损坏时电动机发生故障，其中能清楚看出的是，在空转转速n高时只需要少数的堵转过程就能导致马达发生故障。在堵转过程低于18000时能够执行高达1000次堵转过程才会由于绕组短路使电动机发生故障。因此在转速增加时，尤其在动态的负载变换时，动子的耐久性严重下降。

为了呈现对这种动态的负载变换或者说堵转过程的抵抗性的改善，在图4中示出了根据本发明的用于机械地支撑绕组头的环形元件的第一实施例。环形元件10具有平坦延伸的侧表面和凸起的或者说径向倒圆的部分表面12，该部分表面在动子绕组处于最佳走向时支撑绕组的最内层。因此缓和了最内侧的绕组层的狭小的弯曲半径并且强制引导动子绕组。此外填充了最内侧的绕组层和绝缘片元件之间的空间，从而机械地支撑绕组的关键区域并且使得滴浸树脂具有连接的可能性。环形元件具有比直径小很多的厚度，其中该厚度同时相当于弯曲半径。通常的电子工具机的弯曲半径最优视为2到3mm。于是例如该环形元件能够具有30到35mm的外直径和18到23mm的内直径。

在图5a至5c中示出了环形元件和绝缘片元件22的组合的替代的实施例。在图5a中示出环形元件10和绝缘片元件22的一体成形。绝缘片元件22具有齿形的叶片，通过该叶片来引导绕组束并且因此预先给定了动子绕组进而动子磁场的定向。环形元件10用于支撑绕组头，从而能够防止出现临界的最内弯曲角并且机械地支撑住内部的绕组层。在图5b中示出由环形元件10和绝缘片元件22两部分构成的组合。环形元件10具有三个插接凸部44，所述插接凸部能够插入到绝缘片元件22的相对应的插接凹部46中用于固定。因此能够实现机械地固定这两个元件10、22。图5c示出环形元件10和绝缘片元件22的双分部组合的替代的实施例，其中环形元件10具有卡锁凸部48，绝缘片元件22的内直径中的三个卡锁凹部50能够插入到所述卡锁凸部中，以实现机械地连接这两个元件。在组装动子坯时，能够通过环形元件10和绝缘片元件22的单分部的或者说非机械连接的双分部的构造实现高的生产速度。环形元件在此能够被插到或者说推到绝缘片元件上、以粘接、超声波焊接的方式通过双组件法构造、发泡（aufgeschäumt）或者一体地由绝缘片元件成形。

在图6a和6b中示出了现有技术的绕组头40与绕组头40的一种根据本发明的实施例的比较的示意图。在图6a中示出现有技术的绕组叠片组34，在其绕组部段的轴向端部区域处布置着绝缘片元件22。动子绕组38的最内层环绕空气室52引导，其中最内侧的绕组层38的弯曲度低于临界的弯曲半径42，因为没有支撑并且没有机械地固定最内侧的绕组层38。无论在热学方面还是在机械方面都没有实现内部绕组层38的稳定，从而尤其在快速的负载变换运行时可能出现绕组短路。

与之相对地，图6b示出绕组头40，其中环形元件10填充了内部的绕组层38和绝缘片元件22之间的空间，从而能够达到小的弯曲半径42。由此实现显著改善的热抵抗性和机械抵抗性并且明显提高了电动机的使用寿命。

在试验台上进行全面的试验以后能够证明，通过使用根据本连接方式的环形元件能够将使用寿命提高6到10个系数并且减少绕组头区域中的绕组短路。因此能够认为，在公知的电子工具机中通过使用根据本发明的用于支撑绕组头的环形元件能够实现减少大约30%到50%的数量级的故障。

最后，图7透视地示出将环形元件10应用在具有动子绕组18的绕组头40中的情况，其中内层38由铜漆线经过环形元件10被引导、被支撑并且以较大的弯曲半径42固定成最佳的形状，从而能够明显降低绕组短路的危险。

本发明能够提供高度紧凑、能量密度大并且能够经受住堵转运行和自由运行之间大量的动态负载变换的电子工具机，其中能够极大地降低故障率并且因此能够明显延长电子工具机的使用寿命。根据本发明通过使用环形元件改造动子几乎不会改变电动机的设计，从而通过简单的措施就能够实现现有电动机的明显的质量改善。

Claims (18)

1.环形元件（10），包括凸起的部分表面（12），用于布置在电动机动子（24）的绕组部段（16）的至少一个轴向端部区域（26、28）上，其中所述部分表面（12）提供了最小的曲率半径R_d，用于将动子绕组（18）的内层（38）支撑在绕组头（40）上，其中，所述凸起的部分表面（12）的曲率半径R_d基本上相当于厚度d。

2.按照权利要求1所述的环形元件（10），其中，所述环形元件（10）与绝缘片元件（22）一体地成形。

3.按照权利要求2所述的环形元件（10），其中，所述环形元件（10）能够被喷铸、能够被发泡或者能够由所述绝缘片元件（22）通过变形成形。

4.按照权利要求1所述的环形元件（10），其中，所述环形元件（10）能够与绝缘片元件（22）连接。

5.按照权利要求4所述的环形元件（10），其中，所述环形元件（10）能够插接、能够粘接和/或能够焊接到所述绝缘片元件（22）上。

6.按照权利要求1至5中任一项所述的环形元件（10），其中，所述环形元件（10）由绝缘的材料制成。

7.按照权利要求1至5任一项所述的环形元件（10），其中，外直径与内直径的比R_a/R_i在1.3至1.8的范围内，和/或外直径与厚度的比R_a/d在10至15的范围内，或者厚度d在1.5mm至3.5mm的范围内。

8.按照权利要求1所述的环形元件（10），其中，所述部分表面（12）是倒圆的。

9.按照权利要求6所述的环形元件（10），其中，所述环形元件（10）由最大使用温度T_C＞210℃的耐高温的塑料制成。

10.按照权利要求7所述的环形元件（10），其中，外直径与内直径的比R_a/R_i在1.5至1.6的范围内。

11.按照权利要求7所述的环形元件（10），其中，外直径与厚度的比R_a/d在12.5至13.5的范围内。

12.按照权利要求7所述的环形元件（10），其中，厚度d在2mm至3mm的范围内。

13.用于电动机动子（24）的绝缘片元件（22），用于卷绕动子绕组（18），包括按照权利要求1至12中任一项所述的环形元件（10）。

14.电动机，包括具有动子绕组（18）的动子（24），具有至少一个按照权利要求1至12中任一项所述的环形元件（10）。

15.按照权利要求14所述的电动机，其中，所述电动机是通用马达。

16.电子工具机，包括按照权利要求14或15所述的电动机。

17.按照权利要求16所述的电子工具机，其中，所述电子工具机是手持式电子工具机。

18.按照权利要求17所述的电子工具机，其中，手持式电子工具机是角磨机、钻机或锯工具。