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Stand der
Technik
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Die
Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine,
insbesondere für
einen Universalmotor, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Universalmotoren
finden z.B. bei Elektrowerkzeugen breite Anwendung. Da bei Universalmotoren
elektrischer Strom sowohl durch die Ankerwicklung als auch die Erregerwicklung
fließt,
wird viel Wärme
erzeugt, die allmählich
den gesamten Motor aufheizt. Damit keine Schäden durch starke Erhitzung
des Motors auftreten, muss eine ausreichende Kühlung des Motors gewährleistet
sein. Bei Elektrowerkzeugen wird zur Kühlung Luft z.B. durch ein Lüfterrad
von außen
angesaugt, wie z.B. in
DE
102 56 805 A beschrieben. Das Lüfterrad sitzt drehfest auf der
Ankerwelle zwischen Anker und Getriebe. Bei Rotation erzeugt das
Lüfterrad
einen Luftstrom, der axial durch das Elektrowerkzeug strömt und Wärme nach
außen
abführt.
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Um
eine gute Kühlung
zu erreichen, muss dabei möglichst
viel Luft durch das Elektrowerkzeug transportiert werden. Ein großer Luftdurchsatz
bedeutet aber auch eine hohe Strömungsgeschwindigkeit,
die unter Umständen
mit unerwünschten
Lüftergeräuschen verbunden
sein kann. Außerdem
streicht die Kühlluft
beim Durchströmen
des Elektrowerkzeuges nur über
die Oberfläche
des Ankers und des Stators. Insbesondere bei Universalmotoren mit
kleinem Ankerdurchmesser ist dementsprechend die Oberfläche des
Ankers und des Stators klein, so dass relativ wenig Wärme von
dem Anker und dem Stator an die Kühlluft abgegeben werden kann.
Die Kühlung
mittels eines Lüfterrades
ist daher unzureichend.
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Offenbarung der Erfindung
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Der
erfindungsgemäße Stator
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass mehr Wärme von
dem Stator abgeführt
wird. Dies geschieht erfindungsgemäß durch Kühlelemente, welche an dem Rückschlussring
des Stators vorgesehen sind. Durch die Kühlelemente wird die Oberfläche des
Stators vergrößert, so
dass mehr Wärme
abgegeben wird. Die erhöhte
Wärmeabgabe
hat zur Folge, dass eine höhere
Leistung des Motors erzielt wird bei gleichem Luftvolumen, das mit
Hilfe eines Lüfterrads
durch die elektrische Maschine strömt.
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Der
erfindungsgemäße Stator
weist einen Rückschlussring
auf. Der Rückschlussring
ist ein hohlzylinderförmiger
Träger
mit einem beispielsweise runden Querschnitt. Der Rückschlussring
kann jedoch auch in einem oder mehreren Bereichen abgeflacht sein.
Der Rückschlussring
kann z.B. Bestandteil des Gehäuses
der elektrischen Maschine sein. Der Rückschlussring besitzt mehrere
Oberflächen, und
zwar eine Innenfläche,
eine Außenfläche sowie zwei
Stirnflächen.
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Entlang
des Rückschlussringes
sind Statorzähne
zur Aufnahme einer Statorwicklung äquidistant angeordnet. Für einen
zweipoligen Motor sind beispielsweise zwei Statorzähne diametral
angeordnet. Die Statorzähne
können
mit dem Rückschlussring
einstückig
ausgeführt
sein. Alternativ können
die Statorzähne
auch einzeln mit dem Rückschlussring magnetisch
leitend, z.B. durch Schweißen
oder Kleben, verbunden sein. Die Statorzähne sowie der Rückschlussring
sind entweder aus Blechlamellen paketiert oder einstückig aus
einem weichmagnetischen Material, z.B. aus SMC (Soft Magnetic Composite)-Material
hergestellt. Für
eine Innenläufermaschine
sind die Statorzähne
an der Innenfläche
des Rückschlussringes
angeordnet.
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Die
einzelnen, isolierten Statorzähne
sind jeweils mit einer Ringspule bewickelt, die mit einem Wickeldraht
in mehreren Lagen um den Zahnhals eines Statorzahnes gewickelt wird.
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Der
erfindungsgemäße Stator
ist sowohl für eine
Innenläufermaschine
als auch für
eine Außenläufermaschine
geeignet. Die nachfolgenden Ausführungen
beziehen sich auf einen Stator für
eine Innenläufermaschine.
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Erfindungsgemäß weist
der Rückschlussring des
Stators Kühlelemente
auf. Die Kühlelemente sind
vorzugsweise als axial angeordnete Kühlrippen ausgebildet. Die Kühlrippen
können
einen beliebigen Querschnitt, z.B. rechteckig, dreieckig, wellenförmig, aufweisen.
Anstelle von Kühlrippen
können
auch andere geometrische Formen, wie Stifte, Zapfen, Noppen o.dgl.,
als Kühlelemente
gewählt
werden. Entscheidend ist, dass die Kühlelemente der Vergrößerung der
Oberflächen
des Rückschlussringes
dienen. Daher sind die Kühlelemente
in ihrer Form und Anzahl so gewählt,
dass sie die Oberflächen
möglichst stark
vergrößern.
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Die
Kühlelemente
können
erfindungsgemäß an einer
oder mehreren Oberflächen
des Rückschlussringes
vorgesehen sein.
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In
einer ersten Ausführungsform
sind die Kühlelemente
an der Innenfläche
des Rückschlussringes
vorgesehen. Da bei einem Stator für eine Innenläufermaschine
auch die Statorzähne
an der Innenfläche
des Rückschlussringes
angeordnet sind, sind Kühlelemente
an der Innenfläche
insbesondere zwischen zwei benachbarten Statorzähnen angeordnet.
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In
einer zweiten Ausführungsform
sind Kühlelemente
an der Außenfläche des
Rückschlussringes
vorgesehen. Da bei einem Stator für eine Innenläufermaschine
die Statorzähne
an der Innenfläche des
Rückschlussringes
angeordnet sind, ist es möglich,
auf der gesamten Außenfläche des
Rückschlussringes
Kühlelemente
vorzusehen. Die Kühlelemente
können
jedoch auch nur in einem oder mehreren Bereichen der Außenfläche vorgesehen
sein.
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In
einer dritten Ausführungsform
sind Kühlelemente
an wenigstens einer der beiden Stirnflächen des Rückschlussringes vorgesehen.
Kühlelemente können entweder
jeweils auf der gesamten Stirnfläche
des Rückschlussringes
angeordnet sein oder nur in einem oder mehreren Bereichen. Je nach
Querschnitt des Rückschlussringes
bilden die Stirnflächen z.B.
eine ringförmige
Fläche.
Die Kühlelemente
stehen senkrecht auf den Stirnflächen,
so dass sie in axialer Richtung über
den Rückschlussring
hinausragen.
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Die
beschriebenen drei Ausführungsformen von
Kühlelementen
können
auch kombiniert eingesetzt werden. So können z.B. Kühlelemente sowohl an der Innenfläche als
auch an der Außenfläche angeordnet
sein.
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Unabhängig von
der Ausführungsform
können
die Kühlelemente
entweder einstückig
mit dem Rückschlussring
ausgeführt
sein oder als separates Bauteil mit dem Rückschlussring wärmeleitend,
z.B. durch Schrauben, Kleben, Schweißen, Pressen, verbunden sein.
Bilden die Kühlelemente,
insbesondere axial angeordnete Kühlrippen,
ein separates Bauteil, so sind die Kühlelemente miteinander verbunden. Für die Innenfläche oder
Außenfläche des
Rückschlussringes
sind die Kühlelemente
beispielsweise durch einen flächigen
Träger
gebildet, auf dessen Oberfläche
Rippen angeordnet sind. Damit ein derartiger Träger mit Kühlrippen auf der Innen- oder
Außenfläche des
Rückschlussringes
anliegt, ist der Träger
entsprechend dem Innendurchmesser bzw. Außendurchmesser des Rückschlussringes
gekrümmt.
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Analog
zu einem vorstehend beschriebenen Stator für eine Innenläufermaschine
können
die Kühlelemente
bei einem Stator für
eine Außenläufermaschine
ebenfalls auf der Innenfläche,
der Außenfläche und/oder
einer der beiden Stirnflächen
vorgesehen sein mit dem Unterschied, dass sich die Statorzähne auf
der Außenfläche befinden.
Daher kann, analog zur Innenfläche
des vorstehend beschriebenen Stators, nicht die gesamte Außenfläche mit
Kühlelementen
versehen sein, sondern nur die Bereiche zwischen den Statorzähnen. Dagegen
ist es jedoch möglich,
die gesamte oder nur Bereiche der Innenfläche mit Kühlelementen auszustatten.
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Der
Stator eignet sich insbesondere für einen Universalmotor. Der
Universalmotor kann beispielsweise in einem Elektrowerkzeug eingesetzt
werden.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigen
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1 ein
Universalmotor nach dem Stand der Technik im Längsschnitt
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2 ein
Universalmotor mit einem erfindungsgemäßen Stator in einer ersten
Ausführungsform
im Querschnitt
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3 eine
zweite Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Stators
in perspektivischer Darstellung
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4 eine
dritte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Stators
in perspektivischer Darstellung
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In 1 ist
ein Universalmotor 10 nach dem Stand der Technik im Längsschnitt
dargestellt. Nachfolgend werden nur die für die Erfindung wesentlichen
Bauteile des Universalmotors 10 beschrieben. Der Universalmotor 10 umfasst
ein Gehäuse 20,
in dem ein Stator 30 drehfest angeordnet ist. Auf einer Ankerwelle 22 ist
ein Anker 40 mit Ankerzähnen 44 und
dazwischen liegenden Ankernuten 42 zur Aufnahme einer Ankerwicklung
(nicht dargestellt) drehfest gehalten. Auf einer Stirnseite des
Ankers 40 ist ein Kommutator 25 ebenfalls drehfest
auf der Ankerwelle 22 gehalten. Auf der anderen Stirnseite
des Ankers 40 ist ein Lüfterrad 60 zur
Kühlung
des Universalmotors 10 ebenfalls drehfest auf der Ankerwelle 22 angeordnet.
Das Lüfterrad
weist Lüfterradflügel 62 auf,
die dem Anker 40 zugewandt sind. Um einen axialen Luftstrom
(in 1 durch Pfeile 64 markiert) in dem Universalmotor 10 zu
erzeugen, sind in dem Gehäuse 20 im
Bereich der dem Lüfterrad 60 abgewandten
Stirnseite des Ankers 40 Eintrittsöffnungen 24 und im
Bereich der dem Lüfterrad 60 zugewandten
Stirnseite des Ankers 40 Austrittsöffnungen 26 vorgesehen.
Bei Rotation des Lüfterrads 60 wird
Luft (in 1 durch Pfeile 65 markiert) von außen durch die
Eintrittsöffnungen 24 in
das Gehäuse 20 angesaugt
und durch die Austrittsöffnungen 26 wieder
aus dem Gehäuse 20 ausgeblasen
(in 1 durch Pfeile 66 markiert). Der axiale
Luftstrom 64 strömt
durch den Stator 30 und den Luftspalt 28 zwischen
Stator 30 und Anker 40. Die Kühlluft streicht dabei entlang der
Oberfläche
des Ankers 40.
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2 stellt
einen Universalmotor 10 mit einer ersten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Stators 30 im
Querschnitt dar. In dem Gehäuse 20 befindet
sich ein feststehender Stator 30. Innerhalb des Stators 30 befindet
sich ein auf einer Ankerwelle 22 drehfest gelagerter Anker 40 mit
Ankerzähnen 44 und
dazwischen liegenden Ankernuten 42. Der Stator 30 gemäß 2 besitzt
einen Rückschlussring 31 und
zwei innen liegende, diametral angeordnete Statorzähne 32.
Die Statorzähne 32 sind
aus Zahnhälsen 33 und
Zahnköpfen 34 gebildet.
Um die Zahnhälse 33 ist
eine Statorwicklung 35 in Form einer Ringspule gewickelt.
An der Innenfläche 36 des
Rückschlussrings 31 sind
Kühlelemente 50 in
Form von Kühlrippen 51 angebracht.
Die Kühlrippen 51 haben einen
rechteckförmigen
Querschnitt und sind axial angeordnet. Sie stehen an der Oberfläche eines
flächigen
Trägers 52 hervor.
Der flächige
Träger 52 liegt vollflächig an
der Innenfläche 36 des
Rückschlussringes 31 an
und ist daher entsprechend dem Innendurchmesser des Rück schlussringes 31 gekrümmt. Der
Träger 52 ist
in einem zentralen Bereich 36 des Rückschlussringes 31 zwischen
den beiden Statorzähnen 32 mit
dem Rückschlussring 31 wärmeleitend
verbunden. Dies geschieht beispielsweise durch Pressen, Kleben o.ä.
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In 2 sind
nur in einem Bereich der Innenfläche
(in 2 links) zwischen den beiden Statorzähnen 32 Kühlelemente 50 vorgesehen.
Alternativ oder zusätzlich
können
Kühlelemente 50 auch
in dem anderen Bereich (in 2 rechts)
zwischen den beiden Statorzähnen 32 vorgesehen
sein.
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3 zeigt
eine zweite Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Stators 30.
Der Stator 30 hat wiederum zwei diametral angeordnete,
innen liegende Statorzähne 32,
die jeweils eine Ringspule als Ankerwicklung 35 tragen.
Der Rückschlussring 31 trägt an seiner
Außenfläche 37 Kühlelemente 50 in Form
von Kühlrippen 51,
die an der Oberfläche
eines flächigen
Trägers 52 hervorstehen.
Die Kühlrippen 51 haben
in der dargestellten Ausführungsform,
wie in der Ausführungsform
nach 2, einen rechteckigen Querschnitt. Sie sind ebenfalls
axial angeordnet. Der Träger 52 liegt
wiederum vollflächig
an der Außenfläche 37 des
Rückschlussrings 31 an.
Dazu ist der Träger 52 entsprechend
dem Außendurchmesser des
Rückschlussrings 31 gekrümmt ausgebildet.
Die wärmeleitende
Verbindung der Kühlelemente 50 mit dem
Rückschlussring 31 kann
beispielsweise mittels Pressen, Kleben o.ä. erfolgen.
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In 3 sind
nur in einem Bereich der Außenfläche 37 (in 3 im
oberen Bereich der Außenfläche 37)
Kühlelemente 50 vorgesehen.
Alternativ oder zusätzlich
können
Kühlelemente 50 auch
in anderen Bereichen der Außenfläche 37 oder
auf der gesamten Außenfläche 37 Kühlelemente 50 vorgesehen
sein.
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4 stellt
eine dritte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Stators 30 dar.
Der Stator 30 hat ebenfalls zwei diametral angeordnete,
innen liegende Statorzähne 32,
die jeweils eine Ringspule als Ankerwicklung 35 tragen.
Der Rückschlussring 31 hat zwei
einander gegenüber
liegende Stirnflächen 38. Die
in 4 nach vorne weisende Stirnfläche 38 ist mit Kühlelementen 50 in
Form von Kühlrippen 51 versehen.
Die Kühlrippen 31 stehen
im Wesentlichen senkrecht zu der Stirnfläche 38 und stehen
daher in axialer Richtung über
den Rückschlussring 31 hervor.
Die Kühlrippen 31 sind über einen
Träger 52 wärmeleitend
mit der Stirnfläche 38 des
Rückschlussringes 31 verbunden.
Damit der Träger 52 an
der Stirnfläche 38 anliegen
kann und nicht über
die Stirnfläche 38 übersteht,
ist er entsprechend der Krümmung
des Rückschlussringes 31 gekrümmt.
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In 4 sind
nur an einer der beiden Stirnflächen 38 und
nur in einem Bereich dieser Stirnfläche 38 (in 3 an
der vorderen Stirnfläche 38 im
oberen Bereich) Kühlelemente 50 vorgesehen.
Alternativ oder zusätzlich
können
auch andere Bereiche der Stirnfläche 38 oder
die gesamte Stirnfläche 38 mit Kühlelementen 50 versehen
sein. Ferner kann auch die andere, gegenüber liegende Stirnfläche 38 Kühlelemente 50 tragen.