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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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Mittels der vorliegenden Erfindung soll der Stator einer elektrischen Maschine, die elektrische Maschine sowie das Elektrowerkzeugmaschine verbessert werden.
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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 Wickl ungshalterung.
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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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Figurenliste
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Zeichnung 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
- 1 eine bevorzugte Elektrowerkzeugmaschine in Form eines Winkelschleifers;
- 2 einen aufgeschnittenen Griffteil des Winkelschleifers aus 1; und
- 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, 38 b 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.
