DE10005866A1

DE10005866A1 - External rotor motor for use in vehicles has external rotor enclosing fixed stator plate packet and supported on bearings mounted on stator

Info

Publication number: DE10005866A1
Application number: DE2000105866
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Kofink; Andreas Pellegrini
Original assignee: AKS ANTRIEBSTECHNIK KATT GmbH
Current assignee: AKS ANTRIEBSTECHNIK KATT GmbH
Priority date: 2000-02-10
Filing date: 2000-02-10
Publication date: 2001-08-23

Abstract

The motor has a fixed stator (120) and an external rotor (110) rotating about and mounted on the stator. The stator has a plate packet with drive coils for generating a rotary magnetic field and the external rotor has poles interacting with the field on its interior. The rotor encloses the plate packet and is supported on bearings (140) mounted on the stator. Independent claims are also included for the following: a vehicle with an external rotor motor.

Description

Die Erfindung betrifft einen Außenläufermotor mit einem feststehenden Stator und mit einem um den Stator rotierenden und darauf gelagerten Außenläufer, wobei der Stator ein Blechpaket mit zur Erzeugung eines magnetischen Drehfeldes ansteuerbaren Wicklungen aufweist und wobei der Außenläufer auf seiner Innenseite mit mit dem Drehfeld zusammenwirkenden, ausgeprägten Polen versehen ist.The invention relates to an external rotor motor with a fixed stator and with a rotating around the stator and external rotor mounted thereon, the stator being a Laminated core with to generate a magnetic rotating field has controllable windings and wherein the external rotor on the inside with the rotating field, pronounced poles is provided.

Ein derartiger Außenläufermotor ist beispielsweise aus dem Gebrauchsmuster DE 298 03 665 U1 bekannt. Dieser bekannte Außenläufermotor weist eine feststehende, nicht rotierende Lagerachse auf, auf der der Außenläufer gelagert ist. Der Außenläufer hat ein z-förmiges Profil, wobei von der einen Seite das Blechpaket des Stators und von der anderen Seite eine Federdruckbremse in das z-förmige Profil des Außenläufers hineinragt. Mit dieser Anordnung ist es insbesondere bei einem Antrieb für Rollstühle möglich, den für die manuelle Lüftung der Federdruckbremse dienenden Handhebel für den Fahrer leicht zugänglich anzuordnen. Ein Problem bei einem derartigen Motor ist allerdings die Tatsache, dass Staub und Wasser verhältnismäßig leicht eindringen können. Aufgrund der kompakt untergebrachten Lager ist das auf dem Außenläufer aufgesetzte Rad außerdem nur begrenzt belastbar.Such an external rotor motor is, for example, from the Utility model DE 298 03 665 U1 known. This well-known External rotor motor has a fixed, non-rotating Bearing axis on which the external rotor is mounted. The Outrunner has a z-shaped profile, of which one The laminated core of the stator and from the other side a spring-applied brake in the z-shaped profile of the Protrudes. With this arrangement it is especially possible with a drive for wheelchairs for manual ventilation of the spring pressure brake Arrange hand lever easily accessible for the driver. On The problem with such an engine is, however Fact that dust and water are relatively light can penetrate. Because of the compactly housed bearings the wheel on the outer rotor is also only limited resilience.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Außenläufermotor der eingangs angegebenen Art zu schaffen, der bei gleicher Leistung und Baugröße zuverlässiger und robuster gebaut ist.The object of the invention is therefore an external rotor motor to create the type specified at the same time Performance and size is more reliable and robust.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, dass der Außenläufer das Blechpaket umschließt und sich auf an dem Stator aufgesetzten Lagern abstützt.This object is achieved by the features of patent claim 1 solved. The solution according to the invention is that the Outside runner encloses the laminated core and on the Stator supported supports.

Indem der Außenläufer das Blechpaket umschließt, bildet der Außenläufer gleichzeitig einen wirksamen Schutz gegen das Eindringen von Staub und Spritzwasser, so dass die Verwirklichung der Schutzart IP 56 problemlos möglich ist. Nach einer bevorzugten Ausführungsform können die Lager an den axialen Enden des Stators aufgesetzt sein, so dass der Lagerabstand gegenüber einem gattungsgemäßen Außenläufermotor vergrößert werden kann. Hierdurch kann der Außenläufermotor mechanisch sehr robust gestaltet werden, so dass sich der Außenläufermotor auch als Direktantrieb für Fahrzeuge eignet, die größeren Belastungen ausgesetzt sind. In Verlängerung des Außenläufers können an den Außenseiten der Lager gleichzeitig Lagerdichtungen, beispielsweise in Form von Filzringen vorgesehen sein, die das Eindringen von Spritzwasser und/oder Staub zwischen dem Außenläufer und dem Stator verhindern.Because the outer rotor encloses the laminated core, the outer rotor also provides effective protection against the ingress of dust and splash water, so that protection class IP 56 can be achieved without any problems. According to a preferred embodiment, the bearings can be placed on the axial ends of the stator, so that the bearing spacing can be increased compared to a generic external rotor motor. As a result, the external rotor motor can be made very robust mechanically, so that the external rotor motor is also suitable as a direct drive for vehicles which are exposed to greater loads. In an extension of the outer rotor, bearing seals, for example in the form of felt rings, can be provided on the outer sides of the bearings, which prevent the ingress of splash water and / or dust between the outer rotor and the stator.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist zwischen Blechpaket und Außenläufer eine Bremskupplung vorgesehen. Beispielsweise kann das Blechpaket radial von der Drehachse über einen Steg beabstandet sein, so dass im Inneren des Außenläufers für die Unterbringung einer Bremskupplung genügend Platz geschaffen wird. Um die Abdichtung weiterhin zu gewährleisten, ist vorzugsweise eine elektrisch ansteuerbare Bremskupplung vorgesehen. Hierbei wird die Bremskupplung vorzugsweise derart konstruiert, dass das Auskuppeln bzw. Einkuppeln mit einer geringen Verschiebekraft durchgeführt werden kann. Beispielsweise kann eine Bremsscheibe mit zwei die Bremsscheibe umschließenden Bremsbelägen gegenüber dem Blechpaket axial verschieblich gelagert sein, wobei die Bremsscheibe in eine Verzahnung seitens des Außenläufers einkuppelbar ist. Aus Sicherheitsgründen erfolgt die Einkupplung selbsttätig durch eine gegen die Bremsbeläge drückende Druckfeder, während die Auskupplung durch eine Ansteuerung einer entsprechend angeordneten Ankerspule gegen die Federkraft erfolgt. Auf diese Weise können die Bremsbeläge gegenüber der Bremsscheibe ständig mit einer konstanten Bremskraft vorgespannt sein, so dass für die Betätigung der Bremskupplung nicht das Aufbringen der gesamten Bremskraft erforderlich ist.According to a further preferred embodiment, between Laminated core and external rotor provided a brake clutch. For example, the laminated core can be radial from the axis of rotation be spaced apart by a web, so that inside the External rotor for the accommodation of a brake clutch enough space is created. To continue sealing to ensure is preferably an electrical controllable brake clutch provided. Here, the Brake clutch preferably constructed such that the Disengaging or engaging with a low shifting force can be carried out. For example, a Brake disc with two enclosing the brake disc Brake pads are axially displaceable compared to the laminated core be stored, the brake disc in a toothing can be engaged by the external rotor. Out For safety reasons, the coupling takes place automatically a compression spring pressing against the brake pads, while the Disengagement by activating one accordingly arranged armature coil against the spring force. On this way the brake pads can face the brake disc be constantly biased with a constant braking force, so that not for the operation of the brake clutch Applying the total braking force is required.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die ausgeprägten Pole aus genuteten Weicheisenpolen bestehen. Das magnetische Drehfeld drängt sich in den ausgeprägten Weicheisenpolen mit niedrigem magnetischen Widerstand zusammen und entwickelt dadurch ein synchron umlaufendes Reaktionsmoment. Bei steigender Belastung vergrößert sich der Lastwinkel, bis das Drehmoment die Größe des synchronen Kippmoments erreicht hat. Da das magnetische Drehfeld des Stators in diesem Fall die gesamte Magnetisierungsleistung, also auch die des Läufers, aufbringen muss, beträgt die Nennleistung nur etwa die Hälfte der eines Außenläufers mit ausgeprägten Permanentmagnetpolen. According to a further preferred embodiment provided that the salient poles were grooved Soft iron poles exist. The magnetic rotating field is pressing in the pronounced soft iron poles with low magnetic resistance together and thereby develops a synchronous circumferential reaction torque. With increasing Load increases the load angle until the torque has reached the size of the synchronous overturning moment. Since that magnetic rotating field of the stator in this case the entire Magnetizing power, including that of the rotor, the nominal power is only about half that of an external rotor with pronounced permanent magnet poles.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist demnach alternativ vorgesehen, dass die ausgeprägten Pole aus Permanentmagneten bestehen. Durch Verwendung entmagnetisierungssicherer Keramik-Magnete kann auch auf Dauer ein wesentlich besserer Leistungsfaktor als bei genuteten Weicheisenpolen erreicht werden.According to a further preferred embodiment, accordingly alternatively provided that the salient poles from Permanent magnets exist. By using Demagnetization-proof ceramic magnets can also be used Duration a much better performance factor than at grooved soft iron poles can be reached.

Der erfindungsgemäße Außenläufermotor eignet sich insbesondere für Fahrzeuge als Direktantrieb für die Antriebsräder. Beispielsweise kann der Außenläufermotor direkt in die Nabe eines Antriebsrades integriert werden, so dass die stabile Lagerung des erfindungsgemäßen Außenläufermotors gleichzeitig als Lagerung für das Antriebsrad dienen kann.The external rotor motor according to the invention is suitable especially for vehicles as a direct drive for the Drive wheels. For example, the external rotor motor can be integrated directly into the hub of a drive wheel, so that the stable storage of the invention External rotor motor as storage for the Drive wheel can serve.

Im folgenden wird die Erfindung anhand weiterer Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.In the following the invention based on further Embodiments with reference to the accompanying Drawings explained in more detail.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Außenläufermotor, Fig. 1 shows a longitudinal section through an inventive external rotor motor,

Fig. 2 zeigt die äußere Statorscheibe für den Außenläufermotor gemäß Fig. 1, FIG. 2 shows the outer stator disk for the external rotor motor according to FIG. 1,

Fig. 3 zeigt einen axialen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Außenläufermotor mit integrierter Bremskupplung, Fig. 3 shows an axial section through an inventive external rotor motor with integrated brake clutch,

Fig. 4 zeigt einen radialen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Außenläufermotor und Fig. 4 shows a radial section through an external rotor motor and

Fig. 5 zeigt eine Detaildarstellung eines radialen Schnitts durch zwei Zähne des Blechpakets gemäß Fig. 4. FIG. 5 shows a detailed illustration of a radial section through two teeth of the laminated core according to FIG. 4.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Außenläufermotor. Seinem grundsätzlichem Aufbau nach besteht der Außenläufermotor 100 aus einem Außenläufer 110, einem Stator 120 sowie einem an dem Stator befestigten Zahnkranz 130. Der Außenläufer 110 ist gegenüber dem Stator 120 auf Lagern 140 gelagert. Der Stator 120 ist über Schrauben 150 gestellfest, beispielsweise mit einem Fahrzeug, verbunden. Der Außenläufer 110 besteht seinerseits aus einem Außenläuferring 111, der auf einer inneren Außenläuferscheibe 112 und einer äußeren Außenläuferscheibe 113 passgenau gefügt und gegen Verdrehen mit Gewindestiften 99 gesichert ist. Die innere Außenläuferscheibe 112 weist Gewindebohrungen 114 auf, über die der Außenläufer 110 beispielsweise mit dem Nabenkranz eines Rades verschraubt werden kann. An der Innenseite des Außenläuferrings 111 sind Permanentmagnete 115 befestigt. Fig. 1 shows a longitudinal section through an external rotor motor according to the invention. In terms of its basic structure, the external rotor motor 100 consists of an external rotor 110 , a stator 120 and a ring gear 130 fastened to the stator. The external rotor 110 is mounted on bearings 140 opposite the stator 120 . The stator 120 is connected to the frame via screws 150 , for example to a vehicle. The outer rotor 110 in turn consists of an outer rotor ring 111 , which is fitted with an exact fit on an inner outer rotor disk 112 and an outer outer rotor disk 113 and is secured against rotation with set screws 99 . The inner outer rotor disk 112 has threaded bores 114 through which the outer rotor 110 can be screwed, for example, to the hub ring of a wheel. Permanent magnets 115 are attached to the inside of the outer rotor ring 111 .

Der Stator besteht seinerseits aus einem Statorring 121, der auf eine innere Statorscheibe 122 und eine äußere Statorscheibe 123 aufgeschrumpft ist. An dem Statorring 121 ist ein Winkel 130 angeschweißt, der das Blechpaket 131 trägt, dessen Zähne mit Wicklungen umwickelt sind. Der Statorring weist eine Ausnehmung 125 auf, durch die die elektrischen Zuleitungen zu den Wicklungen geführt werden können und ist außerdem mit einer Gewindebohrung 126 versehen, um den Statorring gegenüber der inneren Statorscheibe 122 verdrehsicher zu verspannen. An der äußeren Statorscheibe 123 ist ein Mehrpolstecker 124 befestigt, dessen Kontakte mit den Zuleitungen zu den Wicklungen verbunden sind.The stator in turn consists of a stator ring 121 which is shrunk onto an inner stator disk 122 and an outer stator disk 123 . An angle 130 is welded to the stator ring 121 and carries the laminated core 131 , the teeth of which are wound with windings. The stator ring has a recess 125 through which the electrical leads to the windings can be guided and is also provided with a threaded bore 126 in order to clamp the stator ring against rotation with respect to the inner stator disk 122 . A multipole plug 124 is attached to the outer stator disk 123 , the contacts of which are connected to the leads to the windings.

Die Wälzlager 140 sind gegenüber dem Statorring 121 sowie jeweils der inneren Außenläuferscheibe 112 bzw. der äußeren Außenläuferscheibe 113 angestellt. Zur Abdichtung zwischen dem Außenläufer 110 und dem Stator 120 dienen jeweils die Filzringe 141 und 142. Hiermit kann eine Schutzart bis zu IP 56 erreicht werden. Der Außenläufer 110 ist somit in direkter Verlängerung der Außenläuferscheiben 113, 114 gelagert, so dass radial wirkende Kräfte von den Lagern gut aufgenommen werden können. Durch den großen Lagerabstand können zusätzlich auch auf den Außenläufer wirkende Momente gut aufgenommen werden, so dass der erfindungsgemäße Außenläufermotor insgesamt mechanisch sehr robust ausgeführt werden kann und damit auch für den Direktantrieb größerer Fahrzeuge geeignet ist. Beispielsweise kann an die Verwendung eines Antriebs für elektrische Transportkarren auf Golfplätzen, Flughäfen oder ähnliches gedacht werden.The rolling bearings 140 are positioned opposite the stator ring 121 and in each case the inner outer rotor disk 112 and the outer outer rotor disk 113 . The felt rings 141 and 142 each serve to seal between the outer rotor 110 and the stator 120 . A protection class up to IP 56 can be achieved with this. The outer rotor 110 is thus mounted in a direct extension of the outer rotor disks 113 , 114 , so that radially acting forces can be easily absorbed by the bearings. Due to the large bearing spacing, moments acting on the external rotor can also be absorbed, so that the external rotor motor according to the invention can be made mechanically very robust overall and is therefore also suitable for the direct drive of larger vehicles. For example, the use of a drive for electric trolleys on golf courses, airports or the like can be considered.

Fig. 2 zeigt die äußere Statorscheibe für den Außenläufermotor gemäß Fig. 1. Die äußere Statorscheibe 123 weist demnach zwei Bohrungen 201 und 202 auf, durch die zwei Schrauben 150 hindurchgeführt werden können. Darüber hinaus ist ein Zentrierloch 203 vorgesehen, mit dem die äußere Statorscheibe 123 bei der Montage zentriert werden kann. In der Mitte der äußeren Statorscheibe 123 ist ein Mehrpolstecker 124 aufgesetzt, aufgrund dessen die elektrische Verbindung zu den Wicklungen herstellbar ist. Darüber hinaus können auch Zuleitungen zu möglicherweise vorgesehenen Hall-Sensoren über den Mehrpolstecker 124 führen. Schließlich können über den Mehrpolstecker 200 auch Zuleitungen zu einer gegebenenfalls vorgesehenen Bremskupplung führen. FIG. 2 shows the outer stator disk for the external rotor motor according to FIG. 1. The outer stator disk 123 accordingly has two bores 201 and 202 through which two screws 150 can be passed. In addition, a centering hole 203 is provided, with which the outer stator disk 123 can be centered during assembly. In the middle of the outer stator disk 123 , a multipole plug 124 is placed, on the basis of which the electrical connection to the windings can be established. In addition, leads to possibly provided Hall sensors can also lead via the multipole plug 124 . Finally, feed lines can also lead to a brake coupling which may be provided via the multipole plug 200 .

Fig. 3 zeigt einen axialen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Außenläufermotor mit einer derartigen integrierten Bremskupplung. Der Außenläufermotor selber entspricht dem in Fig. 1 dargestellten Außenläufermotor, so dass auf eine Erläuterung der dort bereits gezeigten Teile verzichtet wird. Die Bremse selber besteht aus einer Bremsscheibe 303, die zwischen zwei Bremsbelägen verspannt ist. Die Bremsscheibe weist an ihrem freien Ende einen Kupplungskopf 307 auf, der in eine Verzahnung 304 der inneren Außenläuferscheibe 112 einkuppelbar ist. Die Bremsscheibe selber ist auf Passstiften 301 drehbar und gleichzeitig axial verschieblich gelagert. Die Bremsbeläge 302 sind gegenüber den Passstiften 301 axial verschieblich, aber über korrespondierende Bohrungen gleichzeitig drehfest gelagert, so dass diese das von der Bremsscheibe abgegebene Bremsmoment aufnehmen können. Die Passstifte 301 sind ihrerseits an einem Innenring 300 befestigt, der an der Innenseite des Winkels 130 angebracht ist. In dem Innenring ist eine Spule 305 sowie in dem Winkel eine Druckfeder 306 untergebracht, so dass die Bremsscheibe durch die Druckfeder 306 selbsttätig in die Verzahnung 304 gedrückt wird und durch Bestromung der Spule 305 aus der Verzahnung 304 auskuppelbar ist. Fig. 3 shows an axial section through an external rotor motor according to the invention with such an integrated brake clutch. The external rotor motor itself corresponds to the external rotor motor shown in FIG. 1, so that an explanation of the parts already shown there is omitted. The brake itself consists of a brake disc 303 , which is clamped between two brake pads. At its free end, the brake disc has a coupling head 307 which can be coupled into a toothing 304 of the inner outer rotor disc 112 . The brake disc itself is rotatable on dowel pins 301 and at the same time axially displaceably mounted. The brake pads 302 are axially displaceable relative to the dowel pins 301 , but at the same time are rotatably mounted via corresponding bores, so that they can absorb the braking torque emitted by the brake disc. The dowel pins 301 are in turn attached to an inner ring 300 which is attached to the inside of the angle 130 . A coil 305 and a compression spring 306 are accommodated in the inner ring, so that the brake disc is pressed automatically into the toothing 304 by the pressure spring 306 and can be disengaged from the toothing 304 by energizing the coil 305 .

Fig. 4 zeigt einen radialen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Außenläufermotor gemäß Fig. 1. In dem radialen Schnitt ist der Außeläuferring 111, die an dessen Innenseite befestigten Permanentmagnete 115 sowie das Blechpaket 131 dargestellt. Die Permanentmagnete sind mit abwechselnder Polung angeordnet, so dass sich in dem dargestellten Beispiel eine Polpaarzahl von 18 ergibt. Soll der Motor als Dreiphasenmotor ausgebildet sein, würde sich hierzu rechnerisch eine Nutzahl für das Blechpaket von 3 . 18 = 54 ergeben. Das besondere an dem dargestellten Blechschnitt gemäß Fig. 4 besteht darin, dass dem Blechschnitt gegenüber dieser Nutzahl ein zusätzlicher Zahn hinzugefügt wurde. Bei diesem zusätzlichen Zahn kann es sich beispielsweise um den mit 400 bezeichneten Zahn handeln, wobei dieser Zahn gegenüber den übrigen 54 Zähnen unbewickelt bleibt. Die übrigen 54 Zähne werden derart bewickelt, dass sich ein Drehfeld ausbildet, dem der Außenläufer 111 mit seinen Permanentmagneten 115 folgt. Durch den zusätzlichen Zahn 400 ist dieses Drehfeld allerdings leicht unsymmetrisch ausgebildet, so dass die mitunter störende Welligkeit des Drehmomentes weitestgehend herabgesetzt werden kann. FIG. 4 shows a radial section through an external rotor motor according to the invention according to FIG. 1. The radial section shows the external rotor ring 111 , the permanent magnets 115 fastened to the inside thereof and the laminated core 131 . The permanent magnets are arranged with alternating polarity, so that the number of pole pairs in the example shown is 18. If the motor were to be designed as a three-phase motor, a useful number for the laminated core of 3 would be calculated. Result in 18 = 54. The special feature of the sheet metal cut shown in FIG. 4 is that an additional tooth has been added to the sheet metal cut compared to this number of uses. This additional tooth can be, for example, the tooth designated 400, this tooth remaining unwound compared to the remaining 54 teeth. The remaining 54 teeth are wound in such a way that a rotating field is formed, which the external rotor 111 with its permanent magnets 115 follows. Due to the additional tooth 400 , however, this rotating field is designed to be slightly asymmetrical, so that the sometimes disturbing ripple of the torque can be largely reduced.

Fig. 5 zeigt eine Detaildarstellung eines radialen Schnitts durch zwei Zähne eines Blechschnittes gemäß Fig. 4. Auf jedem Zahn 500 sind Wicklungen 501 aufgebracht, wobei die Wicklungen derart vorgeformt sind, dass diese auf die Zähne einfach aufgesteckt werden können, so dass eine besonders einfache Bewicklung des Blechpakets möglich ist. FIG. 5 shows a detailed illustration of a radial section through two teeth of a sheet metal section according to FIG. 4. Windings 501 are applied to each tooth 500 , the windings being preformed in such a way that they can be simply plugged onto the teeth, so that a particularly simple one Wrapping of the laminated core is possible.

Claims

1. External rotor motor
with a fixed stator and with an external rotor rotating around and mounted on the stator,
wherein the stator has a laminated core with windings that can be controlled to generate a magnetic rotating field, and
the outer rotor is provided on its inside with pronounced poles interacting with the rotating field,
characterized by
that the external rotor encloses the laminated core and is supported on bearings mounted on the stator.

2. External rotor motor according to claim 1, characterized characterized in that the bearings at the axial ends of the Stator are attached.

3. External rotor motor according to claims 1-2, characterized marked that a seal on the bearings is provided, the outside penetration of Splashing water and / or dust between the external rotor and prevented the stator.

4. External rotor motor according to claims 1-3, characterized characterized that between the laminated core and the external rotor a brake clutch is provided.

5. External rotor motor according to claim 4, characterized characterized that a brake disc with two the Brake disc enclosing brake pads against the Laminated core are axially displaceable, the Brake disc in a toothing on the part of the external rotor can be engaged.

6. External rotor motor according to claim 5, characterized characterized that the brake disc by a counter the pressure pads pressing the brake pads can be engaged and by controlling an armature coil against the spring force can be disengaged.

7. External rotor motor according to one of claims 1-6, characterized characterized that the pronounced poles made of grooved Soft iron poles exist.

8. External rotor motor according to one of claims 1-6, characterized characterized that the salient poles from Permanent magnets exist.

9. Vehicle with an external rotor motor according to one of the Claims 1-8 as a direct drive for the drive wheels.

10. Vehicle, according to claim 9, characterized in that the external rotor motor in the hub of a drive wheel is integrated.