DE102005004133A1

DE102005004133A1 - Elektromotor

Info

Publication number: DE102005004133A1
Application number: DE102005004133A
Authority: DE
Inventors: Chun-Hsien Chutung Lu; Huan-Lung Chutung Gu; Chi-Tang Chutung Hsu
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2004-12-01
Filing date: 2005-01-28
Publication date: 2006-07-13
Also published as: US20090179517A1; US20060113859A1; TWI259638B; TW200620784A; US7583001B2

Abstract

Elektormotor, aufweisend: einen Stator, der weiterhin aufweist eine Statorachse, einen Statorplattenhalter, der an der Statorachse befestigt ist, wenigstens eine Statorplattengruppe, die auf dem Statorplattenhalter befestigt ist, und Spulen, die um Platten der Statorplattengruppe gewickelt sind; und einen Rotor, der weiterhin aufweist ein Gehäuse, eine Rotorplattengruppe, die in das Gehäuse eingelegt ist, und wenigstens einen Permanentmagnet, der an Platten der Rotorplattengruppe angebracht ist; dadurch gekennzeichnet, daß die Platten der Statorplattengruppe übereinandergeschichtet sind und jeweils in eine Vielzahl von Sektoren aufgeteilt sind, wodurch günstige Herstellungskosten erreicht werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Elektromotor, insbesondere einen Elektromotor, in dem Rotor- und Statorplatten Verwendung finden, die in mehrere Sektoren aufgeteilt sind, wodurch Maschinenkosten und Ausschußmaterial wesentlich reduziert werden, ferner Abfallmaterial anderer Produktionsvorgänge verwendbar ist, was zu einer bedeutenden Senkung der Produktionskosten führt.
Büstenlose Elektromotoren mit außenliegenden Rotoren werden weithin eingesetzt, etwa in Radnaben von Elektrofahrzeugen oder in Waschmaschinen. Elektromotoren dieser Bauart haben innenliegende Statoren, die je mit einer Vielzahl von Spulen versehen sind. In einer Betriebsart als Motoren wird elektrische Spannung an die Spulen angelegt, in einer Betriebsart als Generatoren wird der Rotor gegen den Stator gedreht, was zur Erzeugung elektrischen Stroms in den Spulen führt. In jedem Motor dieser Bauart hat der Rotor einen größeren Durchmesser als der Stator und ist mit einer Vielzahl von Permanentmagneten versehen. Gewöhnlich ist der Rotor als Platte mit gebogener Außenfläche gefertigt, in die der Stator eingelegt wird. Für das Einsetzen der Permanentmagneten in den Rotor finden verschiedene Verfahren Anwendung, zwischen denen in der Regel aufgrund von Kosten entschieden wird. Die richtige Plazierung der Permanentmagneten im Rotor ist von entscheidender Bedeutung für die Funktion des Motors.
Rotoren werden im wesentlichen in zwei Verfahren hergestellt. Im ersten wird ein Rotorkörper auf einer Drehbank gefertigt, und innere Nuten werden daraus ausgeschnitten, in die je ein Permanentmagnet eingelegt wird. Da das Ausschneiden der inneren Nuten und das automatische Einlegen der Permanentmagneten schwierig sind, werden die Permanentmagneten gewöhnlich an eine innere Peripheriefläche des Rotorkörpers geklebt. Dieses Verfahren ist jedoch teuer und führt zu relativ hohem Ausschuß. Da außerdem die Permanentmagneten an einen metallenen Körper geklebt werden, reduziert sich der magnetische Fluß. Im zweiten Verfahren werden Rotorplatten durch Stanzen gefertigt. Die Verwendung von Siliziumstahl führt zu besseren magnetischen Eigenschaften und einem erhöhten magnetischen Fluß. Mehrere Rotorplatten werden in eine Gehäuse eingelegt. Dadurch, daß der Rotor mehrere Platten aufweist, vereinfachen sich das Schneiden von Nuten und die Bearbeitung. Durch passende Formgebung der Rotorplatten werden gute magnetische Eigenschaften und hoher Wirkungsgrad erreicht. Große Durchmesser der Rotorplatten erfordern jedoch den Einsatz großer Stanzmaschinen, ferner fallen große Mengen von Abfallmaterial an, so daß die Herstellungskosten hoch sind.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Elektromotor zu schaffen, der leicht und kostengünstig und mit wenig Abfallmaterial herstellbar ist.

Der Elektromotor der vorliegenden Erfindung weist einen Stator und einen Rotor auf, die beide aus in mehrere Sektoren aufgeteilten Platten bestehen. Die Sektoren werden mit hoher Präzision durch Stanzen hergestellt und automatisch zusammengesetzt, was das automatische Einsetzen von Permanentmagneten erleichtert.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen.

Wie in 1–2 gezeigt, weist der Elektromotor der vorliegenden Erfindung einen Rotor auf, der einen Stator umgibt, wobei Betrieb als Motor oder als Generator möglich ist. Die nachfolgende Beschreibung nimmt einen Einsatz als Motor in einer Radnabe eines Elektrofahrzeugs oder in einer Waschmaschine als Beispiel. Der Elektromotor der vorliegenden Erfindung weist einen Stator 10 mit Spulen 15 und einen Rotor 20 mit Permanentmagneten 21 auf. Der Rotor 20 weist mehrere aufeinandergelegte Rotorplatten auf, und der Stator 10 weist mehrere aufeinandergelegte Statorplatten auf. Die Rotor- und Statorplatten sind je in eine Vielzahl von Sektoren aufgeteilt, wodurch eine kostengünstige Herstellung ermöglicht wird. Im folgenden wird eine ausführliche Erklärung gegeben.

Der Stator 10 hat eine Statorachse 11 mit zwei Enden, die an einem Rahmen 12 befestigt sind. Ein Statorplattenhalter 13 ist durch einen Bolzen 131 an der Statorachse 11 befestigt und aus Material gefertigt, das Wärme gut ableitet, wie Aluminium. Darüberhinaus sind Gas- und Flüssigkeitskühlung zur Ableitung von Wärme beim Betrieb möglich. Der Statorplattenhalter 13 trägt eine Statorplattengruppe 14. Elektrische Spulen 15 sind um Platten der Statorplattengruppe 14 gewickelt. Die Platten der Statorplattengruppe 14 sind durch Bolzen 16 oder Schrauben an Befestigungsplatten 17 auf dem Statorplattenhalter 13 befestigt. Die Spulen 15 sind durch Löcher 111 in der Statorachse 11 an elektrische Spannung angeschlossen. Durch die Spulen 15 fließender elektrischer Strom erzeugt ein radial gerichtetes Magnetfeld, das mit einem Magnetfeld der Permanentmagneten 21 wechselwirkt. Zwischen den Spulen 15 und den Permanentmagneten 2l sind Lücken gelassen, die eine ungehinderte Rotationsbewegung der Permanentmagneten 21 um die Statorplattengruppe 14 erlauben.

Der Rotor 20 weist die Permanentmagneten 21, eine Rotorplattengruppe 22 und ein Gehäuse 23 auf. Die Permanentmagneten 21 sind an einer unteren Seite der Rotorplattengruppe 22 angebracht, und die Rotorplattengruppe 22 ist in das Gehäuse eingepaßt, so daß ein einheitlicher Körpef gebildet wird. Das Gehäuse 23 hat zwei Seiten, die auf einer Achse 231 angebracht sind, so daß eine Rotationsbewegung des Rotors 20 um die Statorachse 11 ermöglicht wird. Eine Bremstrommel 24 ist an einer gegenüberliegenden Seite des Rotors 20 angebracht und mit einer Bremse (nicht gezeigt) versehen, mit der sich die Rotationsbewegung des Rotors 20 anhalten läßt.

In der Betriebsart als Motor werden die Permanentmagneten 21 von einem rotierenden Magnetfeld der Spulen getrieben. In der Betriebsart als Generator wird durch Drehen des Gehäuses 23 um den Stator 10 elektrischer Strom in den Spulen 15 erzeugt.

Wie in 3–6 gezeigt, weist die Rotorplattengruppe 22 eine Vielzahl von aufeinandergeschichteten Platten auf. Jede Platte der Rotorplattengruppe 22 besteht aus wenigstens zwei Rotorplattensektoren 221. Jeder der Rotorplattensektoren 221 hat zwei einander gegenüberliegende Kanten, an denen ein benachbarter Rotorplattensektor 221 anliegt und an denen ein Haken 222 bzw. eine Greifnut 223 angebracht sind. Durch Greifen der Haken 222 in die Greifnuten 223 werden Rotorplattensektoren 221 zu einer Platte verbunden. Durch Übereinanderschichten der Platten wird die Rotorplattengruppe 22 gebildet. Jeder der Rotorplattensektoren 221 ist mit Positioniervorsprüngen 224 von runder, rechteckiger oder anderer passender Form sowie mit Positioniereinsenkungen 225 auf einer gegenüberliegenden Seite versehen, so daß sich Platten lagerichtig aufeinanderschichten lassen, bis die Rotorplattengruppe 22 eine vorgesehene Dicke erreicht hat. Weiterhin hat jeder der Rotorplattensektoren 221 eine Unterseite, in die Haltenuten 225 zur Aufnahme von Permanentmagneten 21 eingeschnitten sind. Die Rotorplattensektoren 221 werden durch Stanzen hergestellt, wobei zum Erreichen günstiger magnetischer Eigenschaften Siliziumstahl verwendet wird.

Für jeden der Rotorplattensektoren 221 sind der Haken 222 und die Greifnut 223 von passender Form. Wie in 7a–7d gezeigt, finden in verschiedenen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ein Haken 222a und eine Greifnut 223a in Zickzackform, ein Haken 222b und eine Greifnut 223b in Reliefform, ein Haken 222c und eine Greifnut 223c in linearer Form und ein Haken 222d und eine Greifnut 223d in gewellter Form Verwendung. Ferner, wie in 7e und 7f gezeigt, ist an jedem der Rotorplattensektoren 221 ein Permanentmagnet 21 oder eine Vielzahl von Permanentmagneten 21 angebracht.

Wie in 6, 8 und 9 gezeigt, weisen die Spulen 15 eine Anzahl von Magnetpolen auf, die mit der Anzahl von Magnetpolen der Permanentmagneten 21 übereinstimmt oder von ihr abweicht, so daß es zu Feldverzerrungen kommt. Jede der Spulen 15 ist um eine Platte der Statorplattengruppe 14 gewickelt. Die Statorplattengruppe 14 hat Platten aus Siliziumstahl zum Erreichen günstiger magnetischer Eigenschaften, die übereinandergeschichtet sind. Jede Platte der Statorplattengruppe 14 besteht aus wenigstens zwei Statorplattensektoren 141. Jeder der Statorplattensektoren 141 hat zwei einander gegenüberliegende Kanten, an denen ein benachbarter Statorplattensektor 141 anliegt und an denen ein Haken 142 bzw. eine Greifnut 143 angebracht sind. Jeder der Statorplattensektoren 141 ist mit Positioniervorsprüngen 144 von runder, rechteckiger oder anderer passender Form sowie mit Positioniereinsenkungen 144a auf einer gegenüberliegenden Seite versehen, so daß sich Platten lagerichtig aufeinanderschichten lassen, bis die Statorplattengruppe 14 eine vorgesehene Dicke erreicht hat. Weiterhin hat jeder der Statorplattensektoren 141 Kanten mit Haltern 145, 146 zur Aufnahme einer der Spulen 15.

Durch jeden der Statorplattensektoren 141 ist ein Befestigungsloch 147 gebohrt, durch das ein Bolzen oder eine Schraube zur Befestigung der Statorplattengruppe 14 am Statorplattenhalter 13 geführt ist.

Wie in 10 gezeigt, weist die vorliegende Erfindung in einem weiteren Ausführungsbeispiel eine Rotorplattengruppe 22a (Permanentmagnethalter) von linearer Form zur Verwendung in einem Linearmotor auf, so daß ein günstig zu fertigendes Magnetlager gebildet wirs. Die Permanentmagneten 21 lassen sich ferner sowohl in einem unbewegten als auch in einem bewegten Teil des Motors anordnen. Im letzteren Fall sind Rotorplattensektoren 221a mit Bolzen oder Schrauben befestigt.

Zusammengefaßt weist die vorliegende Erfindung eine Statorplattengruppe und eine Rotorplattengruppe aus mehreren Platten auf, die je in eine Vielzahl von Sektoren aufgeteilt sind. Dadurch werden eine schnelle und kostengünstige Herstellung durch Stanzen sowie automatisches und präzises Anbringen von Permantmagneten ermöglicht. Anfallendes Abfallmaterial wird reduziert, es läßt sich sogar Abfallmaterial aus anderen Produktionsvorgängen verwenden, so daß insgesamt große Kosteneinsparungen erreicht werden.

Die vorangegangene Erläuterung der vorliegenden Erfindung ist, obwohl sie die Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung an Hand einer detaillierten Struktur- und Funktionsbeschreibung erklärt, nur illustrativ zu verstehen. Änderungen im Detail, insbesondere bezüglich Größe, Form und Anordnung von Teilen sind durchführbar in dem Rahmen, der durch die folgenden Patentansprüche abgesteckt ist.

1 ist eine Vorderansicht des Elektromotors der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Ansicht von oben des Elektromotors der vorliegenden Erfindung.
3a, 3b sind Vorder- und Seitenansichten eines der Rotorplattensektoren der vorliegenden Erfindung.
4 ist eine Vorderansicht der Rotorplattengruppe der vorliegenden Erfindung.
5 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 5-5 der 4.
6 ist eine Teilschnittansicht eines Rotorplattensektors und eines Statorplattensektors der vorliegenden Erfindung.
7a–7f sind Vorderansichten der vorliegenden Erfindung in weiteren Ausführungsbeispielen.
8a, 8b sind Vorder- und Seitenansichten eines der Statorplattensektoren der vorliegenden Erfindung.
9 ist eine Vorderansicht der Statorplattengruppe der vorliegenden Erfindung.
10 ist eine Vorderansicht der Rotorplattengruppe der vorliegenden Erfindung in einem weiteren Ausführungsbeispiel.

Claims

Elektromotor, aufweisend: einen Stator, der weiterhin aufweist eine Statorachse, einen Statorplattenhalter, der an der Statorachse befestigt ist, wenigstens eine Statorplattengruppe, die auf dem Statorplattenhalter befestigt ist, und Spulen, die um Platten der Statorplattengruppe gewickelt sind; und einen Rotor, der weiterhin aufweist ein Gehäuse, eine Rotorplattengruppe, die in das Gehäuse eingelegt ist, und wenigstens einen Permanentmagnet, der an Platten der Rotorplattengruppe angebracht ist; dadurch gekennzeichnet, daß die Platten der Rotorplattengruppe übereinandergeschichtet sind und jeweils in eine Vielzahl von Sektoren aufgeteilt sind, wodurch günstige Herstellungskosten erreicht werden.
Elektromotor nach Anspruch 1, wobei die Rotorplattengruppe Haltenuten zur Aufnahme der Permanentmagneten aufweist.
Elektromotor nach Anspruch 1, wobei die Rotorplattengruppe durch Stanzen von Platten gefertigt ist.
Elektromotor nach Anspruch 1, wobei die Rotorplattensektoren der Rotorplattengruppe Kanten mit Haken und Greifnuten zur gegenseitigen Verbindung aufweisen.
Elektromotor nach Anspruch 1, wobei die Rotorplattensektoren der Rotorplattengruppe Positioniervorsprünge und Positionierabsenkungen aufweisen, die das lagerichtige Übereinanderschichten von Platten der Rotorplattengruppe erlauben.
Elektromotor nach Anspruch 1, wobei die Rotorplattensektoren der Rotorplattengruppe verbindende Kanten beliebiger Form aufweisen.
Elektromotor nach Anspruch 1, wobei der Rotor eine lineare Form hat.
Elektromotor nach Anspruch 1, wobei die Rotorplattensektoren der Rotorplattengruppe durch Haken und Greifkanten in zirkularer Richtung verbunden sind und Platten bilden.
Elektromotor nach Anspruch 4, wobei die Haken und Greifnuten Zickzackformen haben.
Elektromotor nach Anspruch 4, wobei die Haken und Greifnuten Reliefformen haben.
Elektromotor nach Anspruch 4, wobei die Haken und Greifnuten lineare Formen haben.
Elektromotor nach Anspruch 4, wobei die Haken und Greifnuten wellige Formen haben.
Elektromotor, aufweisend: einen Stator, der weiterhin aufweist eine Statorachse, einen Statorplattenhalter, der an der Statorachse befestigt ist, wenigstens eine Statorplattengruppe, die auf dem Statorplattenhalter befestigt ist, und Spulen, die um Platten der Statorplattengruppe gewickelt sind; und einen Rotor, der weiterhin aufweist ein Gehäuse, eine Rotorplattengruppe, die in das Gehäuse eingelegt ist, und wenigstens einen Permanentmagnet, der an Platten der Rotorplattengruppe angebracht ist; dadurch gekennzeichnet, daß die Platten der Statorplattengruppe übereinandergeschichtet sind und jeweils in eine Vielzahl von Sektoren aufgeteilt sind, wodurch günstige Herstellungskosten erreicht werden.
Elektromotor nach Anspruch 4, wobei jede der Platten der Statorplattengruppe in wenigstens zwei Sektoren aufgeteilt ist.
Elektromotor nach Anspruch 1, wobei die Statorplattensektoren der Statorplattengruppe Kanten mit Haken und Greifnuten zur gegenseitigen Verbindung aufweisen.
Elektromotor nach Anspruch 1, wobei die Statorplattensektoren der Statorplattengruppe Positioniervorsprünge und Positionierabsenkungen aufweisen, die das lagerichtige Übereinanderschichten von Platten der Statorplattengruppe erlauben.
Elektromotor nach Anspruch 1, wobei die Statorplattengruppe Halter zum Halten der Spulen aufweist.
Elektromotor nach Anspruch 1, wobei die Statorplattensektoren Befestigungslöcher aufweisen, durch die Bolzen oder Schrauben zur Befestigung am Statorplattenhalter geführt sind.
Elektromotor nach Anspruch 1, wobei die Statorplattengruppe durch Bolzen oder Schrauben am Statorplattenhalter befestigt ist.