DE102004033745B4

DE102004033745B4 - Elektromotor

Info

Publication number: DE102004033745B4
Application number: DE102004033745A
Authority: DE
Inventors: Josef Schmidt; Günter Becker; Jochen Pfann; Karl-Heinz Tröndle
Original assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Current assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Priority date: 2004-04-01
Filing date: 2004-07-13
Publication date: 2006-08-17
Anticipated expiration: 2024-07-14
Also published as: DE102004033745A1; DE102004063920B4; DE102004063920A1

Abstract

Elektromotor, umfassend zumindest einen Stator, einen Rotor (9) und ein Gehäuse (15),
wobei das Gehäuse (15) mindestens eine erste mechanische Schnittstelle aufweist, die zum Verbinden mit einem Lagerschild (1, 30, 63) vorgesehen ist,
wobei das Lagerschild (1, 30, 63) zumindest einen Lagersitz für das B-seitige Lager (10) einer Rotorwelle (7) umfasst,
wobei das Lagerschild (1, 30, 63) eine weitere Schnittstelle zur Verbindung mit einem Unterteil (26, 91) umfasst,
wobei das Lagerschild (1, 30, 63) gehäusebildend für eine Bremse und/oder einen Lüfter (13) ist,
wobei das Unterteil (26, 91) eine Schnittstelle zur Verbindung mit einem Deckel aufweist,
wobei das Unterteil (26, 91) gehäusebildend für zumindest eine Leistungselektronik (27) ist, deren Wärme direkt oder zumindest indirekt an das Unterteil (26, 91) abführbar ist,
wobei das Unterteil (26, 91) derart wärmeleitend mit dem Lagerschild (1, 30, 63) verbunden ist, dass Wärme der Leistungselektronik (27) vom Lagerschild...

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor.

Aus der DE 197 04 226 A1 ist ein Elektromotor bekannt, bei dem auf das Gehäuse des Stators ein Zwischenteil und ein Deckel aufgesetzt ist, wobei im Innenraum eine elektronische Schaltung mit Umrichterfunktionalität vorgesehen ist. Nachteilig ist dabei, dass der Umrichter mittels einer Wärmesperre zum Motor hin wärmeisoliert ist. Somit muss ein leistungsstarker Kühlkörper am Umrichter verbunden sein. Dieser Kühlkörper ist zum Motor hin am Umrichter vorgesehen und benötigt nachteiligerweise ein großes Bauvolumen. Außerdem ist er aufwendig und kostspielig zu fertigen. Insbesondere bei einer Ausführung mit Kühlfingern ist ein großer Aufwand verbunden.

Der Klemmenkasten, also Anschlusskasten, des Elektromotors ist nicht axial angeordnet sondern seitlich. Seitlich vom Motor ist aber bei manchen Anlagen wenig Bauraum vorhanden.

Aus der DE 100 00 431 A1 ist als nächstliegendem Stand der Technik ein Elektromotor bekannt, bei dem das Gehäuse (dortige Bezugszeichen 3, 5) mit einem Lagerschild, das das B-seitige Lager enthält, verbunden ist, wobei das Lagerschild als Unterteil gehäusebildend für eine Leistungselektronik (dortige Bezugszeichen 20) ausgebildet ist. Die Wärme der Leistungselektronik wird über das Lagerschild an ein flüssiges Pumpmedium abgegeben, wie in den dortigen Ansprüchen 1, 5, und 10 erwähnt ist.

Aus der DE 196 26 213 C2 ist eine vergleichbare Anordnung bekannt, wobei die Wärme wiederum an ein flüssiges Medium abgegeben wird und nicht an die Umgebungsluft.

Aus der DE 100 45 596 A1 ist ein Lagerschild bekannt, das gehäusebildend für ein zusätzliches Bauteil – ein Pumpenrad – ist, bei dem die Wärme einer Leistungselektronik über das Lagerschild an das Pumpenmedium abgegeben wird, wie auch in der dortigen 1 und der zugehörigen Beschreibung gezeigt ist. Die Wärme wird wiederum an ein flüssiges Medium abgegeben und nicht an die Umgebungsluft.

Aus der DE 197 36 300 A1 , insbesondere den dortigen 1 und 3, ist eine Anordnung bekannt, bei der Wärme der Leistungselektronik über ein Teil (dortige Bezugszeichen 22, 32) eines Lagerschildes, das als Wärmeleitelement ausgebildet ist, an die Umgebungsluft abgeführt wird. Die Wärme wird dort zwar an die Umgebungsluft abgeführt, jedoch ist das Lagerschild nicht gehäusebildend für ein weiteres Bauteil.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Elektromotor weiterzubilden, der eine hohe Leistungsdichte aufweist. Dabei sollen aber das Lagervolumen und die Kosten verringerbar werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Elektromotor nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Wesentliche Merkmale der Erfindung bei dem Elektromotor sind, dass er zumindest einen Stator, einen Rotor und ein Gehäuse umfasst,
wobei das Gehäuse mindestens eine erste mechanische Schnittstelle aufweist, die zum Verbinden mit einem Lagerschild vorgesehen ist,
wobei das Lagerschild zumindest einen Lagersitz für das B-seitige Lager der Rotorwelle (7) umfasst,
wobei das Lagerschild eine weitere Schnittstelle zur Verbindung mit einem Unterteil umfasst,
wobei das Lagerschild gehäusebildend, insbesondere für eine Bremse und/oder einen Lüfter, ist,
wobei Unterteil eine Schnittstelle zur Verbindung mit einem Deckel aufweist,
wobei das Unterteil gehäusebildend für zumindest eine Leistungselektronik ist, deren Wärme direkt oder zumindest indirekt an das Unterteil abführbar ist,
wobei das Unterteil derart wärmeleitend mit dem Lagerschild verbunden ist, dass Wärme der Leistungselektronik vom Lagerschild an die Umgebungsluft abführbar ist.

Von Vorteil ist dabei, dass kein spezieller Kühlkörper notwendig ist, sondern das B-seitige Lagerschild des Elektromotors zur Wärmeabfuhr verwendbar ist. Somit ist der gesamte Elektromotor kompakter ausführbar und insbesondere der seitliche Bauraum gering.

Unter Leistungselektronik wird dabei zumindest derjenige Teil der elektronischen Komponenten verstanden, welche die Motorströme beeinflussen, insbesondere schalten, können. Üblicherweise tritt bei einer abgebbaren Motorleistung von mehr als 500 W eine letztendlich an die Umgebung abzuführende Wärmeverlustleistung der Leistungselektronik von mehr als 20 W, insbesondere bis 300 W auf. Je kW der Motorleistung erhöht sich die abzuführende Wärmeverlustleistung um einen Wert zwischen 20 und 80 Watt.

Vorteilig ist bei der Erfindung, dass ein Baukasten von Elektromotoren gebildet werden kann, die zumindest einen Stator, Rotor und ein Gehäuse umfassen,
wobei der Baukasten mehrere Varianten von Elektromotoren umfasst, insbesondere innerhalb einer Baugröße,
wobei das Gehäuse eine mechanische Schnittstelle aufweist, die zum Verbinden mit einem Lagerschild ausgeführt ist,
wobei das Lagerschild zumindest einen Lagersitz für das B-seitige Lager der Rotorwelle umfasst,
wobei mindestens zwei verschiedene Lagerschilde alternativ an das Gehäuse verbindbar sind,
wobei ein erstes Lagerschild eine weitere Schnittstelle zur Verbindung mit einem Klemmenkastenunterteil oder alternativ mit einem Unterteil für einen Leistungselektronik umfasst,
und wobei das erste Lagerschild gehäusebildend für eine Bremse und/oder einen Lüfter ist, wobei ein zweites Lagerschild einstückig mit einem Klemmenkastenunterteil ausgeführt ist.

Von Vorteil ist dabei, dass mit möglichst wenigen Bauteilen viele verschiedene Varianten herstellbar sind. Für jede Anforderung an Funktionalität ist unter Verwendung möglichst weniger Komponenten eine möglichst kompakte Ausführung erreichbar. Wichtig ist dabei, dass der Baukasten, also die Baureihe, nur Lagerschilde mit verschiedenen Schnittstellen vorsieht. Das Gehäuse des Stators bleibt unverändert. Somit ist dieses stets bei allen Varianten der Baureihe verwendbar. Die Schnittstellen des Lagerschildes zum Gehäuse des Stators hin ermöglicht den Anbau verschiedener Lagerschilde. Bei einem dieser Lagerschilde ist ein Klemmenkasten integrierbar, beim anderen lösbar verbindbar und alternativ gegen einen Umrichter austauschbar. Die letztgenannte Schnittstelle zum Klemmenkasten hin ist sogar um 90° versetzt orientierbar als die Schnittstelle zum Stator hin. Sie muss also nicht koaxial angeordnet sein.

Wesentlicher Vorteil bei der Erfindung ist auch, dass das B-Lagerschild und nicht das Gehäuse des Stators zum Variieren innerhalb der Baureihe verwendet wird. Denn es wird dadurch nicht nur erreicht, dass Stator und Rotorpaket stets gleichartig aufgebaut sind, sondern dass je nach Anforderung verschiedene Bauvolumen des Lagerschildes zusammen mit dem Klemmenkasten beziehungsweise Umrichtergehäuses fällt im B-seitigen Bereich an. In der Mehrzahl der Maschinen und Anlagen, in welche Elektromotoren eingebaut werden, ist aber im B-seitigen Bereich mehr Volumen zur Verfügung als im A-seitigen Bereich oder im Bereich über dem axial vorderen, also A-seitigeren Bereich des Gehäuses des Stators. Darüber hinaus ist im B-seitigen Bereich ein einfacherer Zugang bei Wartungsarbeiten möglich als im A-seitigen Bereich.

Weiter vorteilig ist, dass die Verbindungen mittels Dichtungen dicht und lösbar ausführbar sind. Somit ist hohe Schutzart erreichbar, insbesondere zumindest IP65.

Die Schnittstellen des Lagerschildes sind zur mechanischen Verbindung mit den genannten Teilen vorgesehen. Darüber hinaus weist das Lagerschild aber auch noch weitere Funktionen auf, nämlich insbesondere die Wärmeableitfunktion für Leistungselektronik aus dem Klemmenkasten- oder Umrichter-Innenraum. In jedem Fall ist vom Lagerschild stets eine gehäusebildende Funktion für einen mit der Rotorwelle mitdrehenden Lüfter ausführbar.

Dieser führt kühle Umgebungsluft zu und erhöht somit den vom Lagerschild an die Umgebung fließenden Wärmestrom.

Weiter integrierte Funktionalität des Lagerschildes ist die Führungsvorrichtung für die Ankerscheibe und Reibscheibe der gegebenenfalls vorhandenen Bremse in axialer Richtung. Das Lagerschild vereint also auch die mechanischen Funktionen der Haltekraft für das B-seitige Lager und die mechanischen Führungskräfte für die Komponenten der Bremse, wie Ankerscheibe und dergleichen.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Gehäusedeckel mit dem Unterteil, Klemmenkastenunterteil oder Lagerschild mit einstückigem Klemmenkastenunterteil verbunden. Von Vorteil ist dabei, dass ein dicht in hoher Schutzart abgeschlossener Innenbereich für empfindliche Elektronik vorsehbar ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Unterteil oder Klemmenkastenunterteil auf das Lagerschild in mindestens zwei verschiedenen Orientierungen verbindbar, insbesondere in 90° gegeneinander versetzt Orientierungsrichtungen. Von Vorteil ist dabei, dass je nach Anforderung der Applikation, also Bauform der Maschine oder Anlage, die optimale Ausrichtung wählbar ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist statt der Umrichterelektronik eine Sanftanlaufelektronik vorgesehen. Von Vorteil ist dabei, dass Kosten einsparbar sind, da eine Sanftanlaufelektronik einen geringeren Entwicklungsaufwand aufweist und auch mit weniger Bauteilen herstellbar ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist zumindest das erste Lagerschild eine fein bearbeitete Kontaktfläche zur wärmeleitenden Verbindung mit der Leistungselektronik auf. Von Vorteil ist dabei, dass das Lagerschild als mechanische Befestigung und wärmeableitende Vorrichtung verwendbar ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Leistungselektronik mit dem Lagerschild wärmeleitend zur Abfuhr von Wärme an die Umgebung verbunden. Von Vorteil ist dabei, dass die Wärme an ein Teil abgeführt wird, das von einem Kühlluftstrom abkühlbar ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das zweite Lagerschild mit einem Sensor ausgeführt, der am Umfang des Lüfters physikalische Eigenschaften des Lüfters oder einer mit diesem verbundenen Komponente detektiert. Von Vorteil ist dabei, dass der Lüfter einen größeren Durchmesser als die Rotorwelle aufweist und somit die Winkelauflösung verbessert ist. Außerdem ist kein kostspieliges aufwendiges Gebersystem notwendig sondern es genügt ein Magnetring oder eine Magnet-Folie.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das erste Lagerschild gehäusebildend für eine elektromagnetisch betätigbare Bremse und/oder einen Lüfter. Von Vorteil ist dabei, dass das Lagerschild gekühlt wird. Außerdem ist kein zusätzliches Gehäuse für die Bremse notwendig.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das erste und zweite Lagerschild jeweils verbindbar mit einem gleichartigen Lüfterhaubengitter. Von Vorteil ist dabei, dass dasselbe Lüfterhaubengitter mehrfach verwendbar ist innerhalb der Baureihe.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Gehäuse des Stators A-seitig mit einem Lagerschild verbindbar, das einen Lagersitz zur Aufnahme des A-seitigen Lagers der Rotorwelle umfasst. Von Vorteil ist dabei, dass der gesamte Elektromotor drei Haupt-Gehäuseteile aufweist, nämlich das Gehäuse des Stators und die beiden Lagerschilde. Wenn nun ein Elektromotor mit größerem Drehmoment erforderlich ist, ist nur die Rotorwelle mit Rotor, der Stator und das Gehäuse des Stators auszutauschen gegen beispielhaft axial länger ausgeführte Teile, wobei die restlichen Teile beibehalten werden können.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Lagerschild Führungsvorrichtungen auf für die axiale Führung der Ankerscheibe der Bremse, insbesondere ist von Vorteil, dass die Führungsvorrichtungen als Ausnehmungen ausgeführt sind. Von Vorteil ist dabei, dass kein spezielles Teil zur Ausführung der Führungsfunktion notwendig ist, sondern diese Funktion in das Lagerschild mitintegrierbar ist.

Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
In der 1a und 1b ist ein erfindungsgemäßer Elektromotor mit Bremse und Lüfter in Draufsicht und Schnittansicht gezeichnet.
In der 2a und 2b ist ein erfindungsgemäßer Elektromotor mit Bremse und Lüfter in Draufsicht und Schnittansicht gezeichnet, bei dem ein den Klemmenkasten ersetzendes Unterteil vorgesehen ist, das zusammen mit dem aufsetzbaren Deckel eine Elektronik mit Umrichterfunktionalität umfasst.
In der 3a und 3b ist ein erfindungsgemäßer Elektromotor mit Bremse und Lüfter in Draufsicht und Schnittansicht gezeichnet, wobei der Klemmenkasten einstückig ausgeführt ist mit dem B-seitigen Lagerschild.
In der 4a und 4b ist ein erfindungsgemäßer Elektromotor mit Bremse und Lüfter in Draufsicht und Schnittansicht gezeichnet, wobei der Klemmenkasten einstückig ausgeführt ist mit dem B-seitigen Lagerschild und der Lüfter einen Geberring trägt, der von einem Sensor detektierbar ist.
In der 5a und 5b ist ein erfindungsgemäßes Lagerschild in Draufsicht und Schnittansicht gezeichnet.
In 6a und 6b ist das Lagerschild mit verbundenem Klemmenkasten gezeigt.
In 7a und 7b ist ein zugehöriger Elektromotor gezeigt.
In 8a und 8b ist zusätzlich ein Sensor gezeigt.
In 9a und 9b ein Elektromotor mit Lüfter, aber ohne Bremse gezeigt.
In der 1a und 1b ist ein erfindungsgemäßes Lagerschild 1 eines Elektromotors mit Bremse gezeigt. Das Lagerschild weist einen Lagersitz für das B-seitige Lager 10 des Elektromotors auf. Dazu ist der Lagersitz geeignet bearbeitetet. Der Elektromotor umfasst eine Statorwicklung 6, die innerhalb des Gehäuses 15 vorgesehen ist und eine Rotorwelle 7, die A-seitig über das Lager 8 im A-seitigen Lagerschild und B-seitig über das Lager 10 im B-seitigen Lagerschild gelagert ist. Der Rotor 9, umfassend Rotorwelle 7 und Rotorpaket, ist als Kurzschlussläufer ausgeführt zur Bildung eines Asynchronmotors. Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen ist der Rotor aber auch zur Bildung eines Synchronmotors, Reluktanzmotors oder eines anderen Motors ausführbar.
Die Rotorwelle trägt an ihrem B-seitigen Ende einen Lüfter 13 mit Lüfterflügeln 12. Axial davor ist eine Bremse vorgesehen, die eine im Magnetkörper 3 sich befindende Bremsspule und eine axial bewegbare Ankerscheibe 2 umfasst. Die Ankerscheibe 2 wird bei Bestromung der Bremsspule zu dieser hingezogen, wobei gegenwirkende Federkraft von sich im Magnetkörper abstützenden Federelementen überwunden wird. Bei Nichtbestromung drücken daher die Federelemente derart auf die Ankerscheibe, dass diese auf den Belagträger gedrückt wird, welcher auf beiden axial orientierten Flächen Bremsbeläge trägt. Der Belagträger ist außerdem in radialer und in Umfangsrichtung formschlüssig mit der Rotorwelle 7 verbunden. Somit drückt die Ankerscheibe 2 bei Nichtbestromung der Bremsspule den Belagträger 5 auf die axial nach dem Belagträger angeordnete Reibscheibe 11.
Das Gehäuse 15 des Elektromotors weist zum Lagerschild 1 hin eine mechanische Schnittstelle auf, so dass das Lagerschild 1 mit dem Gehäuse 15 dicht, fest und genau verbindbar ist. Das Lagerschild 1 weist selbstverständlich eine entsprechend passende Schnittstelle auf.
Das Lagerschild 1 weist eine weitere elektrische Schnittstelle zum als Anschlusskasten ausgeführten Klemmenkasten hin auf. Dieser besteht aus einem Gehäusedeckel 14 und einem Klemmenkastenunterteil 4, das mit dem Lagerschild 1 dicht und fest verbindbar ist. Dabei ist im Verbindungsbereich eine Dichtung 16 vorgesehen.
Die Schnittstelle zwischen dem Gehäuse 15 und dem Lagerschild 1 ist ebenfalls zur dichten Verbindung ausführbar. Dazu ist die Dichtung 17 vorgesehen.
Das Klemmenkastenunterteil 4 weist als Kabelaustrittsöffnungen ausgeführte Kabel-Verschraubungen 18 auf. Alternativ sind bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen die Kabelverschraubungen im zugehörigen Deckel vorgesehen.
Die Dichtungen 17, 16 sind auch derart ausführbar, dass sie eine Wärmesperrenfunktion ausführen. Somit ist der Wärmeaustausch zwischen den metallischen Teilen, nämlich Gehäuse 15 und Lagerschild 1, stark verringerbar. Ebenso ist der Wärmeaustausch zwischen Lagerschild und Klemmenkastenunterteil stark verringerbar.
Eine zusätzliche Maßnahme zur Verringerung dieses Wärmeaustausches ist bei anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen, dass das Klemmenkastenunterteil 4 nicht aus Metall sondern aus einem Kunststoff oder einem anderen thermischen Isolator gefertigt ist. Die Dichtung 16 ist bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen nicht nur als Flachdichtung oder O-Ring ausführbar sondern auch als wärmeisolationswirksames Spritzgussteil, das den Raumbereich des Lagerschildes 1 samt Bremse und Lüfter abtrennt vom Innenraum des Klemmenkastenunterteils oder auch vom Deckel 14.
B-seitig weist das Lagerschild 1 eine Öffnung zum Durchlass von Luft auf. Diese ist aus Sicherheitsgründen von einem Lüfterhaubengitter 19 abgeschlossen.
Zwischen Klemmenkastenunterteil 4 und zugehörigem Deckel 14 gemäß 1a und 1b ist ebenfalls eine Dichtung vorgesehen. Diese ist in erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen derart wärmeleitend ausgeführt, dass Wärme der elektronischen Schaltung über den Deckel nicht nur an die Umgebung sondern auch an das Klemmenkastenunterteil abführbar ist. Die Wärmeleitung erfolgt dabei über die Kontaktflächen des Klemmenkastenunterteils 4 und zugehörigem Deckel 14, welche sich um den Raumbereich der Dichtung selbst herum erstrecken, wobei die Dichtung als Flachdichtung, O-Ring oder Ähnliches, ausführbar ist. Vom Deckel ist dann Wärme abführbar ans Lagerschild und an die Umgebung, da es gehäusebildende Funktion hat. Bei einem anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel wird ganz im Gegensatz dazu die Dichtung nicht wärmeleitend sondern wärmesperrend ausgeführt, wobei dann die Kontaktflächen hierfür klein vorgesehen werden und gegebenenfalls eine zusätzliche Wärmesperre eingebracht ist.
Die Dichtung 16 ist aber bei anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen auch wärmeleitend vorsehbar, insbesondere können die metallischen Kontaktflächen, welche um den Raumbereich der Dichtung herum vorgesehen sind, vergrößert ausgeführt werden und somit kann eine genügend große Berührfläche vorgesehen werden, welche zu einer Verringerung des Wärmeübergangswiderstandes führt. Dies hat zum Vorteil, dass das Lagerschild 1 und das Klemmenkastenunterteil gut wärmegekoppelt sind, also einen geringen Wärmeübergangswiderstand aufweisen. Somit ist die Wärme von der elektronischen Schaltung übers Klemmenkastenunterteil nicht nur an die Umgebung sondern auch an das Lagerschild abführbar. Daher ist ein speziell geformter Kühlkörper nicht notwendig und insgesamt ein geringeres Bauvolumen, insbesondere seitlich, notwendig.
Bei anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen ist auch die Dichtung 17 wärmeleitend ausführbar. Dies ist immer dann vorteilhaft, wenn im Stator und dem zugehörigen Gehäuse die Temperatur stets geringer ist als im Bereich des Lagerschildes und somit Wärme zum Stator und seinem Gehäuse zuführbar ist. Somit ist der gesamte Elektromotor noch kleiner ausführbar.
Wesentlicher Vorteil bei der Erfindung ist, dass das Lagerschild 1 mit den genannten zwei definierten Schnittstellen ausgestattet ist. Somit sind auch andere Komponenten anstatt der in 1a und 1b gezeigten verbindbar.
Wesentlich ist bei der Erfindung auch, dass die Elektronik nicht in axialer Richtung sondern radial, also seitlich, angeordnet ist. Vorteilig ist dabei, dass die Baulänge gering gehalten wird. Seitlich ist bei Maschinen und Anlagen meist ein gewisses Volumen frei und für den Bediener zugänglich, weil der Anschlusskasten des Motors meist seitlich liegt und die Baulänge kostspieliger ist hinsichtlich der Gesamtkosten. Das seitlich freie Volumen wird durch die Erfindung genutzt und nur unwesentlich mehr Bauraum in seitlicher Richtung benötigt. Insbesondere die Kühlung mittels Lüfter ermöglicht eine kleine Ausführung der Elektronik und bewirkt somit ein geringes seitliches Bauvolumen. Darüber hinaus ist der Kühlkörper klein ausführbar oder vernachlässigbar, da Wärme über das Lagerschild des Motors abgeführt wird und von diesem über den vom Lüfter angetriebenen Kühlluftstrom an die Umgebung abgeführt wird.
In den 2a und 2b ist ein anders ausgeformtes Unterteil 26 anstatt des Klemmenkastenunterteils 4 aufgesetzt und dicht lösbar verbunden. Es ragt über in Richtung des Motors. Somit ist Platz geschaffen für Signalelektronik und Leistungselektronik im Innenbereich des Unterteils 26 und Gehäusedeckels 25. Die Versorgungskabel und auch Signalleitungen sowie Bus-Leitungen, insbesondere Feldbus-Leitungen, sind durch Kabel-Verschraubungen 20 geführt, wodurch der gesamte Elektromotor wie auch der Elektromotor nach 1a und 1b, in hoher Schutzart ausführbar ist, insbesondere mindestens mit IP65.
Die Anschlussvorrichtungen 22 sind auf einer Leiterplatte 23 vorgesehen, die im Innenbereich des Unterteils 26 vorgesehen ist.
Weiteres Merkmal der Erfindung ist, dass das axiale Ende des Deckels und des Unterteils 26 an im Wesentlichen derselben axialen Position abgeschlossen ist wie die Lüfterhaube.
Im Innenbereich ist eine Leiterplatte 21 vorgesehen, die mit dem Gehäusedeckel lösbar verbunden ist. Sie trägt die Signalelektronik.
Im Unterteil 26 ist eine Leiterplatte 23 mit Leistungselektronik 27 angeordnet, die ein Steckverbinderteil für eine elektrische Steckverbindung mit einem weiteren Steckverbinderteil trägt, wobei das weitere Steckverbinderteil mit der Leiterplatte 21 verbunden ist. Die Leistungselektronik 27 ist wärmeleitend mit dem Lagerschild 1 verbunden. Dazu weist das Lagerschild eine fein bearbeitete Fläche auf, die als Kontaktfläche verwendbar ist. Zur Verbesserung des Wärmeübergangswiderstandes ist auch Wärmeleitpaste hinzufügbar.
Somit ist das Lagerschild 1 als multifunktionales Teil ausgeführt. Es weist also nicht nur die genannten mechanischen Schnittstellen auf sondern es dient auch zur Ableitung der Wärme der Leistungselektronik an die Umgebung. Zur Verbesserung dieser Ableitung von Wärme ist es vorteilhaft, dass das Lagerschild durch den Lüfter eine zusätzliche aktive Zufuhr von Kühlluft aus der Umgebung erfährt. Somit ist nicht nur der Stator des Elektromotors sondern auch die Leistungselektronik 27 kühlbar.
Die Signalelektronik und Leistungselektronik sind zusammen als Umrichter ausgeführt. Somit ist der Stator des Elektromotors von diesem Umrichter versorgbar und daher der gesamte Elektromotor vom Umrichter aus steuerbar. Vorteiligerweise wird der Umrichter mit Drehstrom versorgt.
Die Leistungselektronik umfasst dabei zumindest den Gleichrichter und die pulsweitenmoduliert ansteuerbare Endstufe, also den Wechselrichter, der aus der gleichgerichteten Spannung eine Wechselspannung mit einer von der Steuerungselektronik vorgegebenen Frequenz erstellt. Die zugehörigen elektronischen Leistungsschalter geben die von ihnen erzeugte Wärme an einen Träger ab, der wiederum mit dem Lagerschild 1 wärmeleitend verbunden ist. Der Träger ist mechanisch mit dem Lagerschild verbindbar, insbesondere kraftschlüssig.
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen ist die Leistungselektronik wärmeleitend mit dem Deckel verbunden, der eine zur Wärmeübertragung geeignete Kontaktfläche aufweist.
In den 3a und 3b ist derselbe Stator mit dem Gehäuse 15 vorgesehen, wobei aber ein anderes Lagerschild 30 verbunden ist. Das Lagerschild 30 weist wiederum dieselbe Schnittstelle zum Stator und dem Gehäuse 15 hin auf. Jedoch ist der Klemmenkasten einstückig mit dem Lagerschild 30 ausgeführt. Dies erniedrigt die Fertigungskosten. Ein Gehäusedeckel 31 ist ebenso vorgesehen. Weil keine Bremse vorgesehen ist und wegen der einstückigen Ausführung und dem damit verbundenen Verzicht auf Befestigungsmittel, ist der Elektromotor insgesamt sehr viel kompakter ausführbar.
Das Lüfterhaubengitter 32 ist gleichartig ausführbar zum Lüfterhaubengitter 19 der 1a, 1b, 2a und 2b.
Die Labyrinthdichtung 33 und der Wellendichtring 34 ermöglichen wiederum die Ausführbarkeit in hoher Schutzart, insbesondere zumindest IP65. Die Labyrinthdichtung 33 dichtet zwischen dem Lagerschild und dem drehbaren Lüfter ab, wobei nur äußerst geringe Reibungsverluste auftreten. Der Wellendichtring 34 erhöht die Abdichtfunktion deutlich. Auch durch die einstückige Ausformung eines Klemmenkastenunterteils ist eine hohe Dichtheit und Schutzart mit einfachen Mitteln in kostengünstiger Weise erreichbar.
In den 4a und 4b ist wiederum eine andere Variante gezeigt. Dabei ist das Lagerschild 30 der 3a und 3b wiederverwendet. Ebenso ist der Stator und das Gehäuse 15 dasselbe. Jedoch ist nun ein Sensor 40 vorgesehen, der am Lagerschild lösbar mechanisch verbunden ist und elektrisch mit einer elektronischen Schaltung verbunden ist, die im Innenbereich oder Außenbereich des Klemmenkastens vorsehbar ist. Im letztgenannten Fall sind die Signalleitungen des Sensors durch die Kabelverschraubungen 35 des Klemmenkastens herausgeführt. Der Sensor detektiert Magnet-Folie 41, die auf dem Lüfter aufgebracht ist und am Umfang mit abwechselnder Magnetisierungsrichtung vorgesehen ist. Alternativ ist vorzugsweise ein kunststoffgebundener Ferrit mit abwechselnder Magnetisierungsrichtung verwendbar.
Wesentlich bei der Erfindung ist, dass eine Baureihe von Elektromotoren geschaffen ist, die je nach Applikation des Motors verschiedene Varianten herstellbar vorsieht, wobei aber innerhalb dieses Baukastens möglichst viele Teile wiederverwendbar sind. Beispielsweise ist immer derselbe Stator samt Gehäuse 15 mit verschiedenen Lagerschilden verbindbar, wobei ein erstes Lagerschild eine Bremse und einen Lüfter umfasst und ein zweites Lagerschild nur einen Lüfter umfasst. Außerdem ist das erste Lagerschild mittels seiner nach oben gerichteten Schnittstelle verbindbar mit einem Klemmenkasten, also Anschlusskasten, oder mit einem Umrichter oder mit einem andersartigen elektronischen Gerät.
In der 5a und 5b ist ein erfindungsgemäßes Lagerschild in Draufsicht und Schnittansicht gezeichnet, wobei ein Klemmenkasten angegossen ist. Dabei weist das Lagerschild Vertiefungen 51 für Labyrinthdichtung auf. Das Knockout 52 ist nach Herstellung des Lagerschildes vorhanden und ist in einfacher Weise leicht entfernbar, wenn eine Ausnehmung zur Aufnahme des Sensors erforderlich ist. Bloßes Drücken mit einem Werkzeug genügt. Durch die Ausnehmungen 53 strömt die vom Lagerschild erwärmte Kühlluft hindurch.
In 6a und 6b ist ein alternatives erfindungsgemäßes Lagerschild 63 gezeigt, wobei der Klemmenkasten 64 separat ausgebildet ist. Zur Herstellung einer dichten Verbindung mit dem Lagerschild 63 ist eine Dichtung 61 eingelegt. Außerdem ist der Klemmenkasten an der Schnittstelle zum Lagerschild derart geformt, dass auch ein Formschluss vorgesehen ist, der gleichzeitig die Dichtung schützt, also gehäusebildende Funktion für diese mit ausgeführt ist.
Zur Montage eines Sensors sind die Knockout 62 vorgesehen, die kostengünstig fertigbar sind und beim Montieren in einfacher Weise entfernbar sind.
In den 10a und 10b ist eine räumliche Ansicht von schräg vorne und hinten, die zu dem Lagerschild 63 der 6a und 6b gehört. Der aufgesetzte und lösbar verbundene Klemmenkasten 64 ist ebenfalls gezeigt. Die Ausnehmungen 53 zur Durchleitung von Luft sind besser zu sehen. Das Lüftergitter, wo die Luft angesaugt wird, ist nicht gezeigt. Die Luft strömt dann am anderen axialen Ende des Lagerschildes 63 derart heraus, dass der Luftstrom über das Gehäuse 15 des Elektromotors geleitet wird und auch dort zur Wärmeabfuhr kühlend wirksam ist.
In den 11a und 11b ist eine räumliche Ansicht von schräg vorne und hinten, die zu dem Lagerschild 30 der 5a und 5b gehört. Die Ausnehmungen 53 zur Durchleitung von Luft sind besser zu sehen. Das Lüftergitter, wo die Luft angesaugt wird, ist nicht gezeigt. Die Luft strömt dann am anderen axialen Ende des Lagerschildes 63 derart heraus, dass der Luftstrom über das Gehäuse 15 des Elektromotors geleitet wird und auch dort zur Wärmeabfuhr kühlend wirksam ist.
In den 7a und 7b ist der Elektromotor mit Lüfter aber ohne Bremse vorgesehen. Der Klemmenkasten ist auf das Lagerschild 63 aufgeschraubt und mittels der Dichtung 61 dicht verbunden. Auf den Klemmenkasten 64 ist der Deckel 31 aufgesetzt und dicht verbunden, wobei der Klemmenkasten 64 Kabelverschraubungen 35 umfasst.
In den 8a und 8b ist wiederum ein Elektromotor gezeigt, der ähnlich wie in 7a und 7b ausgeführt ist. Allerdings sind die Knockouts 62 entfernt und es ist der Sensor 40 eingesetzt. Der Sensor ist höhenverstellbar montiert. Beispielhaft ist dies mittels zweier Kontermuttern realisiert. Es sind aber auch andere Methoden zur Höhenverstellung vorteilig einsetzbar. Der Sensor 40 ist somit auf optimalen Abstand zum Lüfter einstellbar und kann somit pro Umdrehung entsprechend der Geberfahnen beziehungsweise Lüfterflügel Pulse erzeugen.
In den 9a und 9b ist wiederum ein Elektromotor gezeigt, der ähnlich wie in 7a und 7b ausgeführt ist. Jedoch ist statt des Klemmenkastens ein Unterteil 91 aufgesetzt auf das Lagerschild 63. Auf das Unterteil 91 ist ein Gehäusedeckel 14 aufgesetzt. Im vom Unterteil 91 und vom Gehäusedeckel 14 umschlossenen Innenraum ist eine elektronische Schaltung, wie auch in der Beschreibung zu 2a und 2b erwähnt, vorsehbar. Also ist ein Umrichter, eine Sanftanlaufschaltung oder ein Motorschalter oder eine andere elektronische Schaltung realisierbar.
In weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen ist der Sensor direkt auf der Leiterplatte 23 aufgebracht und die Leiterplatte sehr genau positionierbar. Somit ist es dem Sensor von dieser Anordnung heraus direkt ermöglicht, die abwechselnde Magnetisierungsrichtung am Lüfter zu erkennen. Aus den Sensor-Signalen ist die Ableitung von Informationen über die Drehzahl und Drehrichtung ermöglicht. Somit ist ein verbessertes Steuern und/oder Regeln des Elektromotors ausführbar.
In weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen ist die Signalelektronik und Leistungselektronik nicht als Umrichter sondern als Sanftanlaufgerät, also Starter, ausgeführt. Somit sind Kosten einsparbar.
Alternativ ist die Signalelektronik und Leistungselektronik als Schalter zum An- oder Abschalten des Motors ausführbar, wobei der Schalter elektromechanisch oder elektronisch ausführbar ist.
Auch andere Motorelektronik ist als Signalelektronik und Leistungselektronik vorsehbar. Beispielsweise ist die Motorelektronik als Spannungsanpassungsmodul für den Motor und/oder die Bremse oder als Weitspannungsmodul für den Motor und/oder die Bremse ausführbar.
In anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen ist zumindest ein Teil der Leistungselektronik mit dem Deckel wärmeleitend verbunden. Dazu muss dann der Deckel an seiner Innenseite derart bearbeitet sein, dass die Wärme von der Leistungselektronik an ihn übertragbar ist. Vorzugsweise ist diese Verbindung kraftschlüssig ausgeführt. Es sind aber auch andere Verbindungsarten vorsehbar.
In anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen umfasst die Signalelektronik auch eine Powerline-Elektronik. Dies bedeutet, dass die elektronische Schaltung in der Lage ist, Informationen auf die Versorgungsleitungen, insbesondere Starkstromleitungen, aufzumodulieren, insbesondere unter Verwendung einer weit höheren Frequenz als 50 Hz. Beispielsweise eigenen sich vorzugsweise Frequenzen zwischen 10kHz und 10 MHz.
Besonders vorteilig ist es, das Lagerschild aus Aluminium-Druckguss herzustellen. In anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen ist es jedoch auch vorteilhaft, das Lagerschild aus wärmeleitender Keramik vorzusehen. Somit ist für die Bremse eine verschleißarme Reibfläche vorsehbar, deren beim Bremsen erzeugte Wärme schnell und einfach vom Lagerschild abführbar ist.
In einem anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist auch nur die Reibfläche aus Keramik herstellbar.
Alternativ ist das Lagerschild auch aus Guss, insbesondere Grauguss, herstellbar.

1: Lagerschild
2: Ankerscheibe
3: Magnetkörper
4: Klemmenkastenunterteil, Anschlusskastenunterteil
5: Belagträger
6: Statorwicklung
7: Rotorwelle
8: A-seitiges Lager
9: Rotor
10: B-seitiges Lager
11: Reibscheibe
12: Lüfterflügel
13: Lüfter
14: Gehäusedeckel
15: Gehäuse
16: Dichtung
17: Dichtung
18: Kabel-Verschraubungen als Kabelaustrittsöffnungen
19: Lüfterhaubengitter
20: Kabel-Verschraubung
21: Leiterplatte
22: Anschlussvorrichtungen
23: Leiterplatte
24: elektrische Steckverbindung mit Stecker und Gegensteckvorrichtung
25: Gehäusedeckel
26: Unterteil
27: Leistungselektronik
30: Lagerschild
31: Gehäusedeckel
32: Lüfterhaubengitter
33: Labyrinthdichtung
34: Wellendichtring
35: Kabelverschraubungen
40: Sensor
41: Magnet-Folie, die auf dem Lüfter aufgebracht ist
51: Vertiefungen für Labyrinthdichtung
52: Knockout
53: Ausnehmungen
61: Dichtung
62: Knockout
63: Lagerschild
64: Klemmenkasten
91: Unterteil

Claims

Elektromotor, umfassend zumindest einen Stator, einen Rotor (9) und ein Gehäuse (15), wobei das Gehäuse (15) mindestens eine erste mechanische Schnittstelle aufweist, die zum Verbinden mit einem Lagerschild (1, 30, 63) vorgesehen ist, wobei das Lagerschild (1, 30, 63) zumindest einen Lagersitz für das B-seitige Lager (10) einer Rotorwelle (7) umfasst, wobei das Lagerschild (1, 30, 63) eine weitere Schnittstelle zur Verbindung mit einem Unterteil (26, 91) umfasst, wobei das Lagerschild (1, 30, 63) gehäusebildend für eine Bremse und/oder einen Lüfter (13) ist, wobei das Unterteil (26, 91) eine Schnittstelle zur Verbindung mit einem Deckel aufweist, wobei das Unterteil (26, 91) gehäusebildend für zumindest eine Leistungselektronik (27) ist, deren Wärme direkt oder zumindest indirekt an das Unterteil (26, 91) abführbar ist, wobei das Unterteil (26, 91) derart wärmeleitend mit dem Lagerschild (1, 30, 63) verbunden ist, dass Wärme der Leistungselektronik (27) vom Lagerschild (1, 30, 63) an die Umgebungsluft abführbar ist.
Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dichtung (17) zwischen Lagerschild (1, 30, 63) und dem dem Stator zugeordneten Gehäuse (15) vorgesehen ist.
Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungselektronik (27) zur Wärmeabfuhr mit dem auf dem Unterteil (26, 91) aufgesetzten Deckel wärmeleitend verbunden ist an einer dafür vorgesehenen Kontaktfläche.
Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel über das Unterteil (26, 91) mit dem Lagerschild (1, 30, 63) wärmeleitend verbunden ist zur Abfuhr von Wärme der Leistungselektronik (27) an die Umgebung.
Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerschild (1, 30, 63) gehäusebildend ist für einen Lüfter (13), dessen Luftstrom zumindest zur Kühlung des Lagerschildes (1, 30, 63) vorgesehen ist.
Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerschild (1, 30, 63) gehäusebildend ist für eine Bremse.
Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerschild (1, 30, 63) Ausnehmungen aufweist, durch welche ein Kühlluftstrom hindurchleitbar ist.
Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerschild (1, 30, 63) derart geformt ist, dass es zur Luftführung eines Lüfter-Luftstroms geeignet ausgebildet ist.
Elektromotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerschild (1, 30, 63) derart geformt ist, dass es zur Luftführung eines Lüfter-Luftstroms desjenigen Lüfters (13) geeignet ausgebildet ist, für welchen das Lagerschild (1, 30,63) gehäusebildende Funktion aufweist.
Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerschild (1, 30, 63) Anschlussvorrichtungen und/oder Zentriervorrichtungen aufweist für weitere, axial B-seitig anordenbare Geräte oder Vorrichtungen.
Elektromotor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Geräte oder Vorrichtungen mindestens eine drehende Komponente umfassen, die mit der Rotorwelle (7) des Elektromotors direkt oder indirekt verbindbar ist, und mindestens eine nicht-drehende Komponente, die mit dem Lagerschild (1, 30, 63) verbindbar ist und/oder an diesem zentrierbar ist.
Elektromotor nach mindestens einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Geräte oder Vorrichtungen Winkelsensoren sind.
Elektromotor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelsensoren feinauflösend sind.
Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Unterteil (26, 91) und der Deckel gehäusebildende Funktion für einen Sensor (40) aufweisen, wobei der Sensor (40) zur Detektion mindestens einer physikalischen Eigenschaft eines drehbar gelagerten Teils des Elektromotors vorgesehen ist.
Elektromotor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das drehbar gelagerte Teil ein Lüfterflügel (12) ist.