DE10061904A1 - Elektromotor insbesondere für handgeführte Elektrowerkzeuge - Google Patents

Abstract

Ein Elektromotor, insbesondere für handgeführte Elektrowerkzeuge, mit einem hohlzylinderähnlichen aus mehreren axial nebeneinanderliegend angeordneten Statorblechen (20) gebildeten Statorkörper (10) mit einem zur Aufnahme eines zylindrischen Ankers (40) dienenden zylinderartigen Statorinnenraum (30), der auf beiden axial entgegengesetzten Seiten durch eine zum Anbringen einer Statorwicklung dienenden Polkörperpartie (50, 60) begrenzt wird, wobei die dem Statorinnenraum (30) abgewandte Außenfläche des Statorkörpers (10) im Bereich der Polkörperpartien (50, 60) jeweils einen ebenen, abgeflachten Flächenabschnitt (70, 70') aufweist und wobei der Abstand X zwischen den beiden Flächenabschnitten (70, 70') maximal 85% des senkrecht dazu vorliegenden äußeren Durchmessers Y des Statorkörpers (10) beträgt, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Statorkörper (10) so ausgebildet ist, dass das maximale Verhältnis aus dem Abstand X zum Statorinnenraumdurchmesser Z bevorzugt 1,25 bis 1,35 und das maximale Verhältnis aus dem Abstand Y zum Statorinnenraumdurchmesser Z bevorzugt 1,4-1,5 betragen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Elektromotor insbesondere für handgeführte Elektrowerkzeuge, mit ei­ nem mit einem hohlzylinderähnlichen aus mehreren axial nebeneinanderliegend angeordneten Statorblechen gebil­ deten Statorkörper mit einem zur Aufnahme eines zylin­ drischen Ankers dienenden zylinderartigen Statorinnen­ raum, der auf beiden axial entgegengesetzten Seiten durch eine zum Anbringen einer Statorwicklung dienenden Polkörperpartie begrenzt wird, wobei die dem Statorin­ nenraum abgewandte Außenfläche des Statorkörpers im Be­ reich der Polkörperpartien jeweils einen ebenen, abge­ flachten Flächenabschnitt aufweist und wobei der Ab­ stand zwischen den beiden Flächenabschnitten maximal 85% des senkrecht dazu vorliegenden äußeren Durchmes­ sers des Statorkörpers beträgt.

Ein solcher Elektromotor ist aus der DE 298 00 928 U1 vorbekannt. Dieser weist einen entsprechend abgeflach­ ten Statorkörper zum Erreichen einer flachen Bauweise des Motors auf. Der Statorkörper setzt sich zusammen aus ringförmig geschlossenen, einstückig ausgebildeten Statorblechen, welche in Axialrichtung miteinander ver­ bunden sind. Bei diesem Stator beträgt der Abstand zwi­ schen den beiden Flächenabschnitten zwischen 80 und 85% des senkrecht dazu vorhandenen Durchmessers des Stator­ körpers, wodurch eine flache Bauform des Statorkörpers erreicht wird.

Darüber hinaus sind sogenannte Reihenschlusselektromo­ toren bekannt geworden, bei denen eine Feldwicklung und eine Ankerwicklung hintereinandergeschaltet sind, wobei beide Wicklungen aus nur wenigen Windungen dicken Drah­ tes bestehen. Wird der Reihenschlussmotor stark bela­ stet, so sinkt die Drehzahl des Ankers und damit die in ihm gemäß der Lenz'schen Regel erzeugte Gegenspannung. In der Feld- und Ankerwicklung fließt infolge des Ab­ falls der Gegenspannung ein starker Strom, der sowohl das Magnetfeld als auch das Ankerfeld kräftig erregt und dadurch ein hohes Drehmoment erzeugt. Aus diesem Grund übt der Reihenschlussmotor auch beim Anlauf unter Last ein hohes Anzugsmoment aus.

Neben dem durch die Erregerwicklung erzeugten magneti­ schen Feld baut sich auch um den stromführenden Anker ein Magnetfeld auf, die sogenannte "Ankerrückwirkung". Die Richtung der Feldlinien des Ankerfeldes ergibt sich ebenfalls aus der Lenz'schen Regel. Das Ankerfeld, das quer zum Feld der Erregerspulen orientiert ist, überla­ gert sich dem von der Erregerwicklung erzeugten Feld und "verzerrt" dieses entsprechend. Dieses verzerrte Feld bestimmt die auf die Ankerwicklung ausgeübte Wir­ kung. Die sogenannte "neutrale Zone", in der die Kol­ lektorbürsten stehen müssen, ist nach der Lenz'schen Regel entgegen der Drehrichtung des Ankers um einen Winkel verdreht, der um so größer ist, je stärker der Ankerstrom, d. h. je größer die Motorbelastung ist.

Es ist weiter bekannt, die Kohlebürstenstandzeit da­ durch zu erhöhen, dass zusätzlich zum Umpolvorgang bei einer Umkehrung der Drehrichtung des Ankers, der soge­ nannten R/L-Umschalting, die Kohlebürstenstellung mit­ verändert wird, d. h. in eine optimale Lage zum Stator­ magnetfeld, und zwar in die genannte neutrale Zone, ge­ bracht wird. Denn würde man die Kollektorbürsten in der Mitte von Pollücken (neutrale Zone des Erregerfeldes) belassen, so würde in der durch die Kollektorbürste kurzgeschlossenen Teilspule infolge der Ankerdrehung eine Spannung induziert, die aufgrund des geringen Wi­ derstandes der Spule einen starken Induktionsstrom er­ zeugt. Wird durch die Ankerdrehung der Kurzschluss durch die Bürste aufgehoben, so springen zwischen den Bürsten und Lamellen des Kollektors starke Öffnungsfun­ ken über, welche die Kollektorlamellen, ihre Isolierung und die Bürsten ausbrennen und schließlich zerstören. Das Funkenbildung an den Bürsten kann unterdrückt da­ durch werden, dass man die Kollektorbürsten um den gleichen Winkel verstellt, um den sich die neutrale Zo­ ne verdreht hat.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen eingangs genannten Elektromotor dahin­ gehend zu verbessern, dass eine hohe Leistungsdichte bei gleichzeitig möglichst flacher Bauweise des Stators trotz der vorerwähnten technischen Randbedingungen er­ reicht wird.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhän­ gigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Ge­ genstand der Unteransprüche.

Der vorgeschlagene, im Verhältnis zu den X-/Y-Maßen sehr große Statorinnendurchmesser bzw. Ankeraußendurch­ messer in den genannten bevorzugten Wertebereichen be­ dingt eine sehr kleine: Bauform bei gleichzeitig sehr großer Bauvolumenleistungsausbeute. Zudem verringert sich die thermische Belastung des Motors im Betrieb, da ein größeres Ankervolumen auch eine bessere Wärmeablei­ tung mit sich führt. Darüber hinaus ermöglicht die grö­ ßere Schwungmasse des Ankers ein verbessertes Abfangen von Lastwechseln.

Durch eine vielnutige Ausbildung des Ankers kann er­ reicht werden, dass sich die Ankerrückwirkung auf das Erregerfeld verringert, wodurch der Wirkungsgrad des Motors verbessert und zudem die störende Verschiebung der neutralen Zone verringert werden.

Durch Vorsehen gleichzahliger Ankernuten und Kollektor­ lamellen kann ferner erreicht werden, dass sich die An­ kerrückwirkung verringert und daher die magnetischen Eigenschaften des Motors insgesamt verbessert werden. Darüber hinaus führt eine symmetrische Ankerwicklung auch sehr vorteilhaft zu einer geringeren Ausgangsun­ wucht, wodurch sich das Laufverhalten des Motors ver­ bessert.

Der erfindungsgemäße Elektromotor zeichnet sich ferner durch eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Kommutierung und entsprechend höhere Kohlestandzeiten aus. Bei wechselndem Rechtslauf-/Linkslaufbetrieb des Ankers, der sogenannte R/L-Anwendung, wird dann wegen eines kleineren Bürstenverzugs bedingt durch ein klei­ neres Ankerquerfeld eine ergonomisch verbesserte R/L- Umschaltung ermöglicht vorzugsweise durch Betätigung der Stößelumschaltung.

Der erfindungsgemäße Elektromotor eignet sich besonders zum Einsatz in netzbetriebenen handgeführten Elektro­ werkzeugen wie beispielsweise Winkelschleifer, Stichsä­ gen, Oberfräsen, Fräsmotoren, handgeführte Bohrgeräte- Hämmer und dergleichen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsvarianten eingehen­ der erläutert, aus denen sich weitere Merkmale und Vor­ teile der Erfindung ergeben. In der Zeichnung sind gleiche oder funktional gleiche Merkmale mit identi­ schen Bezugszahlen versehen.

Im Einzelnen zeigen:

Fig. 1a, b perspektivische Ansichten eines Stators (a.) sowie einer Motorspindel (b.) auf­ weisend einen Ankers in Baueinheit mit einer Abtriebswelle eines erfindungsge­ mäßen Elektromotors und

Fig. 2a-c Schnittansichten eines Statorbleches (a.), eines Ankers (b.) sowie eines in dem Statorblech angeordneten Ankers (c.).

Der in der Fig. 1a gezeigte hohlzylinderähnliche Stator 10 setzt sich aus einer Vielzahl axial nebeneinander­ liegend angeordneter, hier gestrichelt angedeuteter Statorbleche 20 zusammen. Er weist ferner einen (hier nicht sichtbaren), aus der Fig. 2a zu ersehenden zylin­ derartigen Statorinnenraum 30 zur Aufnahme eines in der Fig. 1b gezeigten zylindrischen Ankers 40 auf. Der Sta­ tor 10 wird auf beiden axial entgegengesetzten Seiten jeweils durch eine zum Anbringen einer Statorwicklung dienende Polkörperpartie 50, 60 begrenzt. Die dem Sta­ torinnenraum 30 abgewandte Außenfläche des Statorkör­ pers 10 weist im Bereich der Polkörperpartien 50, 60 jeweils einen ebenen, abgeflachten Flächenabschnitt 70 auf, der ebenfalls aus der Fig. 2a besser zu ersehen ist.

Die in der Fig. 1b gezeigte Motorspindel setzt sich im Wesentlichen aus dem Anker 40 und einem mit dem Anker 40 verbundenen Turbinenlüfter 80 zusammen. An den Lüf­ ter 80 schließt sich eine Abtriebswelle 90 an, mittels der der Motor mit einem Antrieb eines Elektrowerkzeuges kraftschlüssig verbunden werden kann. Radial außen weist der Anker 40 in axialer Richtung verlaufende Nu­ ten 100 zur Aufnahme von (nicht gezeigten) Leiterwick­ lungen auf. Der Anker 40 weist in dem Ausführungsbei­ spiel 24 Ankernuten auf, wobei zwei Wicklungen pro Nut vorgesehen sind.

Wie aus der Fig. 2a ferner zu ersehen, beträgt der Ab­ stand X zwischen den beiden Flächenabschnitten 70, 70' etwa 85% des senkrecht dazu vorliegenden äußeren Durch­ messers Y des Statorkörpers 10. Insbesondere ist der Statorkörper 10 so ausgebildet, dass das Verhältnis aus dem Abstand X zum Durchmesser Z des Statorinnenraumes 30 zwischen 1,25 und 1,35, bevorzugt 1,266-1,3 be­ trägt. Zudem beträgt das Verhältnis aus dem Abstand Y zum Durchmesser Z des Statorinnenraumes 30 zwischen 1,4 und 1,5, bevorzugt 1,488.

Im Bereich von Pollücken 110, 120 sind an (nicht ge­ zeigten) Kollektorlamellen angeordnete Kollektorbürsten zur Kommutierung der Betriebsspannung vorgesehen, wobei entsprechend gleich viele Ankernuten und Kollektorla­ mellen vorgesehen sind. Die Anordnung umfasst daher be­ vorzugt 20 Nuten und 20 Lamellen. Alternativ können 22/22 oder 24/24 Nuten/Lamellen vorgesehen sein. Die Kollektorbürsten sind bevorzugt jeweils im Bereich ei­ ner feldneutralen Zone angeordnet und, abhängig von der Drehrichtung des Ankers, entsprechend einer Verschie­ bung der neutralen Zone entgegen der Drehrichtung des Ankers um einen Winkel verdreht. Die Umschaltung der Position der Kollektorbürsten entsprechend der jeweili­ gen Drehrichtung des Ankers erfolgt mittels einer Stö­ ßelumschaltung.

Claims (5)

1. Elektromotor insbesondere für handgeführte Elek­ trowerkzeuge, mit einem hohlzylinderähnlichen aus mehreren axial nebeneinanderliegend angeordneten Statorblechen (20) gebildeten Statorkörper (10) mit einem zur Aufnahme eines zylindrischen Ankers (40) dienenden zylinderartigen Statorinnenraum (30), der auf beiden axial entgegengesetzten Sei­ ten durch eine zum Anbringen einer Statorwicklung dienenden Polkörperpartie (50, 60) begrenzt wird, wobei die dem Statorinnenraum (30) abgewandte Au­ ßenfläche des Statorkörpers (10) im Bereich der Polkörperpartien (50, 60) jeweils einen ebenen, abgeflachten Flächenabschnitt (70, 70') aufweist und wobei der Abstand X zwischen den beiden Flä­ chenabschnitten (70, 70') maximal 85% des senk­ recht dazu vorliegenden äußeren Durchmessers Y des Statorkörpers (10) beträgt, dadurch gekennzeich­ net, dass der Statorkörper (10) so ausgebildet ist, dass das Verhältnis aus dem Abstand X zum Statorinnenraumdurchmesser Z maximal 1,35, vor­ zugsweise zwischen 1,25 und 1,35, insbesondere 1,30 und das Verhältnis aus dem Abstand Y zum Sta­ torinnenraumdurchmesser Z maximal 1,57, vorzugs­ weise zwischen 1,4 und 1,5, insbesondere 1,47 be­ tragen.

2. Elektromotor nach Anspruch 1 mit einem radial au­ ßen in axialer Richtung verlaufende Ankernuten (100) zur Aufnahme von Leiterwicklungen aufweisen­ den Anker (40), dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (40) wenigstens 16 Ankernuten, bevorzugt 20-24 Ankernuten (100), aufweist.

3. Elektromotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, dass der Anker (40) wenigstens zwei Wicklun­ gen pro Ankernut (100) aufweist.

4. Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, bei dem im Bereich von Pollücken (110, 120) an Kollektorlamellen angeordnete Kollektorbürsten zur Kommutierung der Betriebsspannung vorgesehen sind, gekennzeichnet durch ein im Wesentlichen gleichzahliges Verhältnis von Ankernuten (100) zu Kollektorlamellen.

5. Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, bei dem die Kollektorbürsten jeweils im Be­ reich einer feldneutralen Zone angeordnet sind und, abhängig von der Drehrichtung des Ankers (40), entsprechend einer Verschiebung der neutra­ len Zone entgegen der Drehrichtung des Ankers (40) um einen Winkel verdreht werden, dadurch gekenn­ zeichnet, dass eine Stößelumschaltung zur Umschal­ tung der Position der Kollektorbürsten entspre­ chend der jeweiligen Drehrichtung des Ankers (40) vorgesehen ist.