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Stand der Technik
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Die
Erfindung geht aus von einem Stator einer elektrischen Maschine,
einer elektrischen Maschine sowie einer Elektrowerkzeugmaschine
nach den Oberbegriffen der unabhängigen
Ansprüche.
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Elektrische
Maschinen, welche aus Stator und Rotor bestehen und mit Wechsel-
als auch mit Gleichstrom betrieben werden können, sind auch als Universalmotoren
bekannt. Solche Elektromotoren werden häufig bei Haushaltsgeräten und
Elektrowerkzeugmaschinen eingesetzt und können von einem Wechselstromnetz
gespeist werden, wobei gegebenenfalls auch ein Gleichrichter verwendet
werden kann.
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Gerade
bei Elektrowerkzeugmaschinen, wie z. B. Winkelschleifern, werden
zunehmend höhere Leistungsdichten
gefordert, da immer kleinere Geräte
gewünscht
werden. Die Reduktion der Gerätegröße soll
jedoch nicht mit einer Verringerung ihrer Leistung einher gehen,
sondern sogar eine Zunahme der Leistung ermöglichen. Dies stößt häufig auf
beschränkende
geometrische Randbedingungen.
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So
liegt etwa bei kleinen Winkelschleifern der Elektromotor direkt
im Griffbereich des Anwenders, weshalb hier dem Durchmesser des
Elektromotors eine besondere Bedeutung zukommt, da er einen direkten
Einfluss auf den Griffdurchmesser hat. Winkelschleifer besitzen
in der Regel jedoch noch eine weitere Eigenschaft, welche die Griffform
bzw. den Griffdurchmesser beeinflusst. Das Gerät wird über eine Betätigung eines
Schaltknopfs in Betrieb genommen, und die Einschaltbewegung erfolgt über einen Schaltschieber
am Elektromotor vorbei in den hinteren Bereich des Geräts, um dort
einen elektrischen Schalter innerhalb des Gerätegehäuses zu betätigen. Das Feldpaket des Elektromotors
weist dazu auf beiden Seiten des Feldpakets eine Abflachung in axialer
Richtung auf. Das Gehäuse
im Griffbereich umgibt demnach den Elektromotor, einen Schaltschieber
und gegebenenfalls einen Luftspalt zwischen Elektromotor und Gehäuse, um
eine ausreichende Kühlung
zu ermöglichen.
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Wird
der Schaltschieber zu dicht am Feldpaket, d. h. am geblechten Eisenkern
geführt,
besteht die Gefahr, dass bei einer Schmutzansammlung oder bei einer
Verformung durch eine Übertemperatur
der Feldwicklungen der Schaltschieber verklemmt und das Einschalten
und vor allem das Ausschalten des Geräts beeinträchtigt oder sogar verhindert
wird.
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Aus
diesem Grund sind bereits so genannte zweiteilige Felder, d. h.
ein längs
geteiltes Feldpaket mit zwei Pakethälften, vorgeschlagen worden,
bei denen das Feldpaket in der Poltrennung aufgetrennt wird. In
die Pakethälften
lässt sich
die Feldwicklung der Spule sehr einfach und genau einlegen, sowohl als
vorkonfektionierte Spule als auch durch direktes Einwickeln der
Spule. Die Pakethälften
werden vor der Montage aufeinander gelegt und zusammen mit dem Motorgehäuse verbaut.
Das zweitteilige Feld ist in der Regel an den Seiten abgeflacht
und ermöglicht einen
deutlich größeren Abstand
des Schaltschiebers zum Feldpaket als eine einteilige Ausgestaltung. Bei
der einteiligen Ausgestaltung besteht das Feldpaket nur aus einem
Blechpaket. Allerdings ist die Breite der Feldwicklung größer als
bei einem einteiligen Feld mit dem Nachteil von höheren Verlusten
in der Feldwicklung verglichen mit der einteiligen Ausgestaltung.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
Erfindung geht aus von einem Stator einer elektrischen Maschine,
insbesondere eines Universalmotors, mit einem Querschnitt, einer
Längserstreckung
und einer Mantelfläche.
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Es
wird vorgeschlagen, dass wenigstens eine Wicklungshalterung zur
Aufnahme einer Feldwicklung eine größere Wicklungsbreite aufweist
als eine andere Wicklungshalterung.
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Der
Stator ist grundsätzlich
sowohl in Elektromotoren als auch in Generatoren einsetzbar. Besonders
vorteilhaft ist die Verwendung in Universalmotoren für Haushaltsgeräte und Elektrowerkzeugmaschinen.
Der Stator kann in einteiliger Ausgestaltung mit einem Feldpaket
ausgebildet sein, das aus einem einzigen Blechpaket gebildet ist,
oder in zwei- oder mehrteiliger Ausgestaltung, bei denen das Feldpaket
entsprechend aus zwei oder mehrer Blechpaketen gebildet ist. Grundsätzlich kann
das Feldpaket sogar statt aus geblechtem Eisen aus Massivmaterial oder
auch aus Sintermaterial bestehen.
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Vorteilhaft
kann auf einer Seite des Querschnitts die Wicklungshalterung mit
der größeren Wicklungsbreite
vorgesehen sein und auf einer gegenüberliegenden Seite des Querschnitts
eine Wicklungshalterung mit kleinerer Wicklungsbreite.
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Vorteilhaft
ergibt sich, dass sich durch die unsymmetrische Anordnung der Wicklungsbreiten
der Feldwicklungen einerseits in einer der Hälften des Stators eine günstige Geometrie
entsprechend einer einteiligen Ausgestaltung eines Feldpakets ergibt, die
aufgrund einer relativ kleinen Wicklungsbreite der Feldwicklung
eine relativ geringe Wicklungslänge
ergibt, woraus ein geringer ohmscher Widerstand und daraus geringe
elektrische Verluste in der Feldwicklung, die in der Regel aus Kupfer
gebildet ist, folgt. Dies ergibt einen günstigen Wirkungsgrad mit entsprechend
günstiger
hoher Leistungsdichte bei einer elektrischen Maschine, zumal kein
unnötiger
Freiraum beim Einbau in ein Motorgehäuse gebildet werden muss. Vielmehr
kann auf dieser Seite der Stator ein Motorgehäuse optimal füllen und
dessen Bauraum optimal nutzen, so dass auf dieser Seite relativ viel
Eisen für
die elektromagnetischen Wirkungen der elektrischen Maschine bzw.
des Elektromotors zur Verfügung
steht. Andererseits ergibt sich durch die unsymmetrische Anordnung
der Wicklungsbreiten auf der gegenüberliegenden Seite des Statorquerschnitts
mit der größeren Wicklungsbreite
beim Einbau in ein Gehäuse
ein gewünschter
Freiraum, der für
Bauelemente jeglicher Art genutzt werden kann, so etwa zur Aufnahme
eines Schaltschiebers, zur Durchführung von Leitungen etc. Der
Innendurchmesser des Stators, in den ein Rotor aufnehmbar ist, bleibt
dabei unverändert.
Durch die große
Abflachung der Mantelfläche
des Feldpakets auf dieser Statorseite ergibt sich eine vorteilhafte
Synergie bezogen auf den Bauraum in einem Gehäuse. Trotz der vergrößerten Wicklungsbreite
auf dieser Statorseite ergibt sich insgesamt eine günstige Leistungsdichte für die elektrische
Maschine, in welcher der erfindungsgemäße Stator eingesetzt ist.
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Parallel
zur Längserstreckung
kann an derjenigen Seite des Querschnitts eine Abflachung in der Mantelfläche ausgebildet
sein, auf der die Wicklungshalterung mit der größeren Wicklungsbreite angeordnet
ist. Die Abflachung ermöglicht
die Schaffung eines großen
Freiraums, wenn der Stator in einem Gehäuse, insbesondere einem zylindrischen
oder wenigstens fast zylindrischen Gehäuse aufgenommen ist, wie etwa
in einem Griffteil eines Winkelschleifers.
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Vorteilhaft
kann eine geringere Wandstärke des
Stators im Bereich der größeren Wicklungsbreite vorgesehen
sein als im Bereich der geringeren Wicklungsbreite. Dadurch kann
auf dieser Statorseite Bauraum außerhalb des Stators gewonnen
werden, wenn der Stator in ein Gehäuse eingesetzt ist.
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Eine
günstige
Montage von Feldwicklungen ist möglich,
wenn eine axiale Teilung des Stators in zwei Hälften vorgesehen sein kann,
wobei die wenigstens eine Abflachung vollständig in einer Hälfte angeordnet
ist. Die Wicklungen können
vorkonfektioniert sein und in das frei zugängliche Innere der Statorhälften eingesetzt
werden, oder direkt in die Winklungshalterungen gewickelt werden.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung wird eine elektrische Maschine, insbesondere ein
Universalmotor, mit einem Stator, der einen Querschnitt, eine Längserstreckung
und eine Mantelfläche
aufweist, und einem mit dem Stator zusammenwirkenden Rotor vorgeschlagen,
bei der wenigstens eine Wicklungshalterung zur Aufnahme einer Feldwicklung
eine größere Wicklungsbreite
aufweist als eine andere Wicklungshalterung. Die elektrische Maschine
bietet eine hohe Leistungsdichte bei gleichzeitiger Bereitstellung
eines relativ großen
Bauraums zwischen Stator und Gehäuse.
Nur in einem Teil des Stators sind große Wicklungsbreiten und große Wickelköpfe mit
entsprechender großer
Wicklungslänge notwendig,
während
in einem anderen Teil des Stators eine geringer Wicklungslänge geringere ohmsche
Verluste ermöglicht.
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Parallel
zur Längserstreckung
an derjenigen Seite des Querschnitts kann eine Abflachung in der Mantelfläche ausgebildet
sein, auf der die Wicklungshalterung mit der größeren Wicklungsbreite angeordnet
ist. Zwischen der Abflachung und einem den Stator umgebenden Gehäuse ist
ein großer
Bauraum für Bauelemente,
etwa Schiebeschalter, elektrische Leitungen, Kondensatoren, Spulen,
Elektroplatinen, Widerstände,
Signalleitungen, Lichtleiter, Kühlmittelleitungen
und dergleichen verfügbar.
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Vorteilhaft
kann dazu die Mantelfläche
in ein zylindrisches Motorgehäuse
einpassbar sein.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Elektrowerkzeugmaschine,
insbesondere Winkelschleifer, mit einem innerhalb eines Gehäuses angeordneten
elektrischen Motor, mit einem Stator, der einen Querschnitt, eine
Längserstreckung und
eine Mantelfläche
aufweist, und einem Rotor vorgeschlagen, bei der wenigstens eine
Wicklungshalterung zur Aufnahme einer Feldwicklung eine größere Wicklungsbreite
aufweist als eine andere Wicklungshalterung.
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Vorteilhaft
kann parallel zur Längserstreckung
an derjenigen Seite des Querschnitts eine Abflachung in der Mantelfläche ausgebildet
sein, auf der die Wicklungshalterung mit der größeren Wicklungsbreite angeordnet
ist. Im Bereich der Abflachung steht ein großer Freiraum zur Verfügung.
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An
der Abflachung kann eine Aussparung zur Führung eines Schiebeelements
und/oder einer elektrischen Versorgungsleitung und/oder Signalleitung
und/oder Fluidleitung gebildet sein.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Zeichnung
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele
der Erfindung dargestellt. Der Fachmann wird die in der Zeichnung,
der Beschreibung und den Ansprüchen
in Kombination offenbarten Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten
und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Es
zeigen
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1 eine
bevorzugte Elektrowerkzeugmaschine in Form eines Winkelschleifers;
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2 einen
aufgeschnittenen Griffteil des Winkelschleifers aus 1;
und
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3 eine
Draufsicht auf einen Querschnitt des Griffteils aus 1 und 2.
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Ausführungsform der Erfindung
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In
den Figuren sind gleiche oder gleichartige Elemente mit gleichen
Bezugszeichen beziffert.
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Die 1 zeigt
zur Erläuterung
der Erfindung eine bevorzugte Elektrowerkzeugmaschine 10, die
als Winkelschleifer ausgebildet ist. Die als Winkelschleifer ausgebildete
Elektrowerkzeugmaschine 10 weist einen Griffteil 14 auf,
in dessen zu einem Einsatzwerkzeug 16 hin gerichteten vorderen
Abschnitt ein Motorgehäuse 18 angeordnet
ist. Quer zum Griffteil 14 ragt ein Handgriff 12 weg.
Bei der Handhabung durch einen Anwender hält dieser mit einer Hand den
Handgriff 12 und mit der anderen Hand den Griffteil 14 und
führt die
als Winkelschleifer ausgebildete Elektrowerkzeugmaschine 10 mit
dem Einsatzwerkzeug 16 über
ein zu bearbeitendes Werkstück.
Der Griffteil 14 ist daher zweckmäßigerweise in seinem Durchmesser
auf eine Größenordnung
beschränkt,
welche die Handhabung durch den Anwender ermöglicht, der den Griffteil 14 mit
einer Hand packen und sicher führen
können
sollte.
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2 zeigt
einen aufgeschnittenen Griffteil 14 des Winkelschleifers
aus 1. Im Motorgehäuse 18 ist
ein als Universalmotor ausgebildeter Elektromotor 30 eingelegt,
dessen Längsachse
in der Längsausrichtung
des Griffteils 14 liegt. Erkennbar sind ein oberer und
ein unterer Wickelkopf einer Feldwicklung 32, die aus einem
Stator 50 des Elektromotors 30 axial herausragen.
An einer Mantelfläche 58 des
Stators 50 ist eine Abflachung 60 zu erkennen.
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Oberhalb
der Abflachung 60 ist ein Schaltschieber 20 angeordnet,
der mit einem von außen
für den
Anwender zugänglichen
Schaltknopf 22 betätigt wird
und der nach hinten zu einem innerhalb des Griffteils 14 angeordneten
Schalter 24 geschoben wird.
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Der
Durchmesser des Stators 50 und der Abstand des Schaltschiebers 20 vom
Stator 50 bestimmen wesentlich den Durchmesser des Griffteils 14.
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Details
des bevorzugten Stators 50 und des bevorzugten als Universalmotor
ausgebildeten Elektromotors 30 sind in 3 in
einer Draufsicht auf einen Querschnitt 54 des Griffteils 14 aus 1 und 2 zu
erkennen. Der Stator 50 weist beispielhaft zwei Polschuhe
auf, die als Wicklungshalterung 36, 38 dienen.
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Innerhalb
des Stators 50 ist ein Rotor 40 als Innenläufer angeordnet.
Stator 50 und Rotor 40 sind innerhalb eines vorzugsweise
zylindrischen oder nahezu zylindrischen Motorgehäuses 18 angeordnet, welches
eine Mantelfläche 58 des
Stators 50 weitgehend möglichst
eng umschließt.
Der Luftspalt zwischen Motorgehäuse 18 und
Mantelfläche 58 dient zur
Luftkühlung
des Elektromotors 30. Die axiale Erstreckung von Rotor 40,
Stator 50 und Motorgehäuse 16 ist
durch die als Achse in Draufsicht eingezeichnete Längserstreckung 56 angedeutet.
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Der
Stator 50 ist im Querschnitt unsymmetrisch ausgebildet.
Bezogen auf eine mit unterbrochenen Linien eingezeichnete Trennlinie 68 ist
der Querschnitt des Stators 50 in zwei Seiten 62 und 64 aufgeteilt.
Die in der Figur rechte Seite 64 weist eine Wicklungshalterung 38 mit
Polhörnern 38a, 38b auf, um
die eine Feldwicklung 34 angeordnet ist und die eine relativ
geringe Wicklungsbreite X1 aufweist. Die Feldwicklung 34 ist
dabei in üblicher
Weise in je eine Nut zwischen dem Polhorn 38a bzw. 38b und
der Innenseite des Stators 50 angeordnet. Symmetrisch zur
Wicklungshalterung 38 ist die Mantelfläche 58 des Stators 50 leicht
abgeplattet.
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Wäre der Stator 50 in
seiner Ausgestaltung mit den gezeigten Polhörnern 38a, 38b auf
der Seite 64 spiegelsymmetrisch zur Trennlinie 68 ausgebildet, entspräche diese
einer üblichen
einteiligen Ausgestaltung eines Stators mit einem einzigen Blechpaket als
Feldpaket.
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Der
unsymmetrische Aufbau des Stators 50 ist durch eine Wicklungshalterung 36 mit
Polhörnern 36a, 36b auf
der gegenüberliegenden
Seite 62 des Querschnitts 54 ersichtlich, die
eine wesentlich größere Wicklungsbreite
X3 erfordert als auf der gegenüberliegenden
Seite 64. Die Polhörner 36a, 36b ragen
näher an
die Trennlinie 68 heran als die Polhörner 38a, 38b,
so dass die Feldwicklung 32 ebenfalls näher an die Trennlinie 68 heranreicht
als die Polhörner 38a, 38b der
Feldwicklung 34. Die Wicklungen 32, 34 sind
in üblicher
Weise elektrisch miteinander verbunden, um ein Drehen des Rotors 40 beim
Bestromen der Wicklungen 32, 34 zu ermöglichen.
Trotz des unsymmetrischen Aufbaus des Stators 50 sind die
Polachsen, welche die Mitte der Winklungshalterungen 36, 38 bilden,
symmetrisch zueinander, und der gegenseitige Verschaltungswinkel,
gemessen zwischen jeweils den Polachsen in der Mitte der Wicklungshalterungen 36, 38,
beträgt
180°.
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Die
Mantelfläche 58 des
Stators 50 weist auf der Seite 62 eine Abflachung 60 auf,
die einen Freiraum 66 zwischen Mantelfläche 58 und Motorgehäuse 18 schafft,
in der der Schaltschieber 20 mit ausreichendem Abstand
zum Stator 50 bewegt werden kann. Ein Flachmaß X2, welches
den Abstand zwischen der Abflachung 60 und der geringen
Abplattung auf der Seite 64 bezeichnet, ist unsymmetrisch zu
der Trennlinie 68 ausgebildet. Die Polhörner 36a, 36b der
Polhälfte
(Wicklungshalterung 36) mit der größeren Wicklungsbreite X3 sind
kürzer
ausgebildet als die Polhörner 38a, 38b der
Polhälfte
(Wicklungshalterung 38) mit geringerer Wicklungsbreite
X1.
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Wäre der Stator 50 in
dieser Ausgestaltung auf der Seite 62 symmetrisch zur Trennlinie 68,
entspräche
die Ausgestaltung der eines zweiteiligen Feldpakets mit starken
seitlichen Abflachungen und großer
Wicklungsbreite.
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Der
Stator 50 weist im Bereich der Abflachung 60 und
damit im Bereich der größeren Wicklungsbreite
X3 an der Polachse in der Mitte der Wicklungshalterung 36 eine
geringe Wandstärke 72 auf, während im
Bereich der geringeren Wicklungsbreite X1 eine größere Wandstärke 74 an
der Polachse der Wicklungshalterung 38 ausgebildet ist.
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Optional
kann der Stator 50 axial in zwei Hälften 76, 78 geteilt
sein, was durch gepunktete Linien an diametral gegenüberliegenden
Trennstellen 70 angedeutet ist, wobei die Abflachung 60 vollständig in
der einen Hälfte 76 angeordnet
ist. In diesem Fall können
die Feldwicklungen 32, 34 in jede Hälfte 76, 78 eingelegt
und die Hälften 76, 78 zusammengefügt werden.
Anschließend
werden die mit den Feldwicklungen 32, 34 versehenen
Hälften 76, 78 in
das Motorgehäuse 18 eingesetzt.
Die Wicklungen 32, 34 können vor oder nach dem Einsetzen
in das Motorgehäuse 18 elektrisch
miteinander verbunden werden.
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Die
bevorzugte Ausgestaltung des Stators 50 in Kombination
mit einem zylindrischen oder annähernd
zylindrischen Gehäuse 18 in
Verbindung einem Schaltschieber 20 ermöglicht die optimale Nutzung
des Bauraums des Gehäuses 18 sowie
einen vorteilhaft geringen Durchmesser des Griffteils 14 bei hoher
Leistungsausbeute insbesondere bei einem Universalmotor in einer
handgehaltenen Elektrowerkzeugmaschine 10.