DE102006014500A1 - Anker für eine elektrische Maschine - Google Patents

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Jürgen Wiker
Ralph Dammertz
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Robert Bosch GmbH
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00Details of windings
    • H02K3/46Fastening of windings on the stator or rotor structure
    • H02K3/48Fastening of windings on the stator or rotor structure in slots
    • H02K3/487Slot-closing devices
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/22Arrangements for cooling or ventilating by solid heat conducting material embedded in, or arranged in contact with, the stator or rotor, e.g. heat bridges
    • H02K9/227Heat sinks

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  • Power Engineering (AREA)
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Abstract

Die Erfindung beschreibt einen Anker (40) für eine elektrische Maschine, insbesondere einen Universalmotor, mit Ankernuten (42) zur Aufnahme einer Ankerwicklung, welche mittels Nutverschlusselementen (70) in den Ankernuten (42) lagesicher angeordnet ist, wobei wenigstens eines der Nutverschlusselemente (70) aus einem wärmeleitenden Material ist.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft einen Anker für eine elektrische Maschine, insbesondere einen Universalmotor, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • 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.
  • 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.
  • Aus WO 92/00626 A ist bekannt, die Ankerwicklung in den Ankernuten eines Ankers mit Hilfe von länglichen, elastischen Nutverschlüssen niederzuhalten. Die Nutverschlüsse bestehen aus Papier oder Textilgewebe und sind in die Nuten eingepresst und ggf. zusätzlich mit Kunstharz befestigt. Die Nutverschlüsse bewirken eine gewisse Kühlung infolge der Ventilatorwirkung von rippenartigen Wülsten auf den Wickelköpfen.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Der erfindungsgemäße Anker hat den Vorteil, dass im Betrieb des Elektromotors mehr Wärme von dem Anker abgeführt wird, da seine Oberfläche durch Nutverschlusselemente aus einem wärmeleitenden Material vergrößert ist. Die Nutverschlusselemente dienen in dem erfindungsgemäßen Anker demnach nicht nur zur lagesicheren Befestigung und zum Schutz der Ankerwicklung, sondern haben zusätzlich die Funktion, Wärme von dem Anker abzuführen. Sie sind insbesondere aus Metall, ganz insbesondere aus Aluminium oder Stahlblech, und wärmeleitend mit dem Anker verbunden.
  • Der erfindungsgemäße Anker für eine elektrische Maschine umfasst Ankernuten zur Aufnahme einer Ankerwicklung. Der Anker kann aus einem Ankerblechpaket gebildet sind oder aber einstückig, z.B. aus Soft Magnetic Composite(SMC)-Material, gefertigt sein. Die Ankerwicklung ist mittels Nutverschlusselementen in den Ankernuten lagesicher angeordnet. Die Nutverschlusselemente werden insbesondere durch Nutkeile gebildet, die nach dem Einbringen der Ankerwicklung in die Ankernuten eingeschoben werden. Durch die keilartigen Nutverschlusselemente wird die Ankerwicklung in den Ankernuten radial so beaufschlagt, dass sie nach innen gedrückt wird und ihre Lage nicht mehr verändern kann. Zusätzlich können die Nutverschlusselemente mit Hilfe von Kunstharz befestigt sein. Die lagesichere Befestigung der Ankerwicklung bewirkt eine größere Laufruhe der elektrischen Maschine.
  • Die erfindungsgemäß vorgesehenen Nutverschlusselemente aus wärmeleitendem Material stehen vorzugsweise aus den Ankernuten hinaus und ragen über die Wickelköpfe der Ankerwicklung an den Stirnseiten des Ankers hinaus. Dadurch wird die wärmeableitende Oberfläche des Ankers zusätzlich vergrößert.
  • Die aus den Ankernuten herausragenden und über die Wickelköpfe überstehenden Nutverschusselemente können beispielsweise so geformt sein, dass sie der Kontur der Wickelköpfe folgen. Dabei umgeben die Nutverschlusselemente die Wickelköpfe praktisch vollständig, wodurch sie einen Schutz für die Wickelköpfe gegen Staub, Abrasivteilchen o.dgl. bilden. Die freien Enden der Nutverschlusselemente können beispielsweise mit Hilfe einer Schnurwicklung, wie in WO 92/00626 A beschrieben, auf der Taille der Wickelköpfe gehalten sein. Zusätzlich oder alternativ können die freien Enden der Nutverschlusselemente auch mittels eines Kunstharzes befestigt sein.
  • Die wärmeleitenden Nutverschlusselemente können einzeln in die Ankernuten eingebracht werden. Alle oder mehrere Nutverschlusselemente können auch miteinander verbunden sein, beispielsweise durch einen ringförmigen Grundkörper. Ein solcher ringförmiger Grundkörper könnte beispielsweise an der Stirnseite des Ankers anliegen und auf den aus den Ankernuten herausragenden Wickelköpfen aufliegen. Sind die Nutverschlusselemente miteinander verbunden, so lassen sie sich leichter montieren und axial in die Ankernuten einschieben. Vorzugsweise sind alle Nutverschlusselemente miteinander durch einen Grundkörper verbunden, der im Wesentlichen der Kontur der Wickelköpfe folgt und diese aufnimmt. Der Grundkörper ist in dieser Ausführungsform halbkugelförmig. Dies gewährleistet neben einer großen wärmeabführenden Oberfläche auch einen guten Wickelschutz.
  • Die Nutverschlusselemente und/oder der Grundkörper können zusätzlich flügelradähnliche wärmeleitende Flächen aufweisen. Diese vergrößern zusätzlich die wärmeleitende Oberfläche des Ankers und wirken als Lüfterblätter. Die zusätzlichen flügelradähnlichen Flächen können beispielsweise am Außenumfang des ringförmigen oder halbkugelförmigen Grundkörper in axialer Richtung angeordnet sein. Die flügelradähnlichen Flächen können eben oder gebogen sein.
  • Der erfindungsgemäße Anker eignet sich für elektrische Maschinen, insbesondere einen Universalmotor. Dieser kann beispielsweise in einem Elektrowerkzeug eingesetzt werden.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
  • 1 eine elektrische Maschine nach dem Stand der Technik im Längsschnitt
  • 2 eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ankers in perspektivischer Darstellung.
  • In 1 ist eine elektrische Maschine 10 nach dem Stand der Technik im Längsschnitt dargestellt. Nachfolgend werden nur die für die Erfindung wesentlichen Bauteile der elektrischen Maschine 10 beschrieben. Die elektrische Maschine 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 der elektrischen Maschine 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 der elektrischen Maschine 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. Die elektrische Maschine 10 kann z.B. ein Universalmotor sein und einen Stator 30 mit Feldwicklung (nicht dargestellt) aufweisen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ankers 40, wie in 2 dargestellt, sind an den Stirnseiten des Ankers 40 Nutverschlusselemente 70 aus wärmeleitendem Material vorgesehen. Die Nutverschlusselemente 70 sind nach dem Einbringen der Ankerwicklung (nicht dargestellt) in die Ankernuten 42 in axialer Richtung von beiden Stirnseiten 45 aus in die Ankernuten 42 eingeschoben. Sie haben insbesondere die Form von Nutkeilen 72. Durch den nutkeilartigen Eingriff der Nutverschlusselemente 70 in die Ankernuten 42 wird die Ankerwicklung in radialer Richtung nach innen gepresst, so dass die Ankerwicklung fest auf dem Nutgrund (nicht dargestellt) gehalten wird und auch bei hohen Fliehkräften ihre Lage in den Ankernuten 42 nicht verändern. Die Nutverschlusselemente 70 ragen an beiden Stirnseiten 45 des Ankers 40 aus den Ankernuten 42 hervor, wo sie über einen Grundkörper 71 miteinander verbunden sind. Sie sind insbesondere mit dem Grundkörper 71 einstückig ausgebildet. Der Grundkörper 71 umschließt die Wickelköpfe der Ankerwicklung und dient daher zusätzlich als Wickelschutz. Die Form des Grundkörpers 71 folgt weitgehend der Form der Wickelköpfe.

Claims (6)

  1. Anker für eine elektrische Maschine, insbesondere einen Universalmotor, mit Ankernuten (42) zur Aufnahme einer Ankerwicklung, welche mittels Nutverschlusselementen (70) in den Ankernuten (42) lagesicher angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Nutverschlusselemente (70) aus einem wärmeleitenden Material ist.
  2. Anker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wärmeleitende Material ein Metall, insbesondere Aluminium oder Stahlblech.
  3. Anker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wärmeleitenden Nutverschlusselemente (70) aus den Ankernuten (42) herausragen.
  4. Anker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nutverschlusselemente (70) miteinander verbunden sind.
  5. Anker nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Nutverschlusselemente (70) über einen Grundkörper (71) miteinander verbunden sind, welcher die Wickelköpfe der Ankerwicklung umschließt.
  6. Universalmotor enthaltend einen Anker nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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