DE102009060972A1

DE102009060972A1 - Elektromotor

Info

Publication number: DE102009060972A1
Application number: DE102009060972A
Authority: DE
Inventors: Rui Feng Hongkong Qin; Xin Hui Hongkong Guan; Yi Hongkong Jing
Original assignee: Johnson Electric SA
Current assignee: Johnson Electric International AG
Priority date: 2008-12-24
Filing date: 2009-12-15
Publication date: 2010-07-29
Also published as: US20100156235A1; CN101764446A; JP2010154742A; CN101764446B; JP5553599B2; US8288914B2

Abstract

Ein Elektromotor hat einen Stator und einen Rotor. Der Stator weist ein Gehäuse (40) und eine Mehrzahl von Magneten (30) auf, die an einer inneren des Gehäuse durch ein Rahmenelement (20) befestigt sind. Die Magnete (30) sind in dem Rahmenelement (20) eingebettet. Eine Mehrzahl von ersten Nute (21) ist an einer äußeren Umfangsoberfläche des Rahmenelementes (20) gebildet, wobei jede der ersten Nuten (21) sich axial von einer axialen Oberfläche des Rahmenelements (20) erstreckt und eine axiale Länge hat, die kleiner ist als die axiale Höhe des Rahmenelements. Das Gehäuse (40) hat eine Mehrzahl von ersten Ankern (41), die an seiner inneren Oberfläche gebildet sind, wobei jeder der ersten Anker mit einer korrespondierenden ersten Nute (21) in Eingriff ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft einen Elektromotor und insbesondere einen Elektromotor mit einem Permanent-Magnet-Stator sowie ein Verfahren zum Herstellen des Stators.
Hintergrund der Erfindung
12 ist eine Schnittansicht eines konventionellen Motors und 13 zeigt einen Stator des Motors von 12. Der Motor hat einen einen Kommutator 14 und einen Permanent-Magnet-Stator 11 aufweisenden gewickelten Rotor 12. Der Rotor wird durch Halterungen 15 getragen, die an Endkappen 16 zum Schließen von offenen Enden des Stators befestigt sind. Das von einer der Endkappen getragene Bürstengetriebe 17 überträgt elektrische Energie von Motorklemmen (nicht gezeigt) über den Kommutator 14 zu den Rotorwicklungen 13. Wie in 13 gezeigt, weist der Stator ein Statorgehäuse 40, eine Mehrzahl von Magnethaltern 32 und eine Mehrzahl von Magneten 30 auf. Während des Herstellungsprozesses werden die Magnete 30 an einer inneren Oberfläche des Gehäuses 40 angeordnet und dann die Magnethalter 32 in den Raum zwischen benachbarte Magneten 30 in einen Presssitz gebracht, so dass die Magnethalter 32 die Magnete in zwei Umlaufrichtungen zwingen und wonach die Halter 32 an der inneren Oberfläche des Gehäuses 40 befestigt werden. Ein Nachteil des konventionellen Motors besteht darin, dass das Statorgehäuse 40 während des Einbring- oder Befestigungsprozesses der Magnethalter 32 empfindlich gegenüber Verformung ist und dass auch die Magnete 30 während des Prozesses ebenfalls empfindlich gegenüber Bewegung sind.
Weiter ist in manchen Fällen der Raum zwischen benachbarten Magneten zu eng, um einen Magnethalter darin einzubringen und zu befestigen. Daher werden die Magnete an die innere Oberfläche des Statorgehäuses geklebt. Es besteht die Gefahr, dass sich die Magnete von dem Gehäuse lösen, da die Magnete nicht durch irgendwelche Magnethalter zurückgehalten werden und die Stärke des Klebers durch Alterung und Einwirkung von äußeren Einflüssen nachlassen könnte.
Darstellung der Erfindung
Daher besteht der Wunsch nach einem Motor mit einem Stator, der ein Gehäuse hat, das während des Zusammenbaus nicht nachteilig verformt wird und das die Magnete zuverlässig hält.
Demgemäß schafft die vorliegende Erfindung in einem Aspekt davon einen Elektromotor, der einen Stator und einen bezüglich des Stators drehbar gelagerten Rotor aufweist, wobei der Stator ein Gehäuse und eine Mehrzahl von an einer inneren Oberfläche des Gehäuses durch ein Rahmenelement befestigte Magnete aufweist, wobei die Magnete in dem Rahmenelement eingebettet sind, wobei das Rahmenelement eine Mehrzahl von ersten an einer Umfangsoberfläche gebildeten Nuten hat, wobei sich jede der ersten Nuten axial von einer axialen Oberfläche des Rahmenelementes erstreckt; wobei das Gehäuse eine Mehrzahl von ersten von einer radialen inneren Oberfläche vorstehenden Ankern hat, wobei jeder der ersten Anker mit einer entsprechenden ersten Nute in Eingriff ist.
Vorzugsweise hat eine innere Oberfläche des Rahmenelementes einen runden Querschnitt und eine äußere Oberfläche des Rahmenelementes hat einen Querschnitt mit runder oder polygonaler Form.
Vorzugsweise weist das Rahmenelement ein Paar von Ringbereichen, die die axialen Seiten jedes Magneten fest halten, und Absatzbereiche auf, die sich axial erstrecken und das Paar von Ringbereichen miteinander verbinden, wobei die ersten Nuten an einer äußeren Oberfläche der Absatzbereiche gebildet sind.
Vorzugsweise haben die ersten Nuten eine axiale Länge, die kleiner ist als der axiale Höhe des Rahmenelementes.
Vorzugsweise ist eine Mehrzahl von zweiten Nuten in der äußeren Oberfläche der Absatzbereiche gebildet.
Vorzugsweise ist jede der zweiten Nuten axial mit einer korrespondierenden ersten Nute angeordnet und in Kommunikation mit ihr, wobei jede der zweiten Nuten eine radiale Tiefe hat, die kleiner ist als die radiale Tiefe der korrespondierenden ersten Nute, und eine Umfangsbreite hat, die kleiner ist als die Umfangsbreite der korrespondierenden ersten Nute; und eine Mehrzahl von zweiten Ankern, die von der radialen inneren Oberfläche des Gehäuses vorstehen und mit den zweiten Nuten des Rahmenelementes in Eingriff sind.
Vorzugsweise sind eine Mehrzahl von dritten Nuten an einer inneren Oberfläche des Rahmenelementes gebildet, wobei jede der dritten Nuten sich von einer axialen Endoberfläche des Rahmenelementes zu der anderen axialen Endoberfläche des Rahmenelementes erstreckt.
Vorzugsweise ist das Rahmenelement ein abgeformtes Kunststoffmaterialteil, wobei wenigstens zwei axiale Seiten und zwei Umfangsseiten jedes Magneten darin eingebettet sind.
Vorzugsweise ist weiter eine innere Oberfläche jedes Magneten durch das Rahmenelement bedeckt.
Vorzugsweise ist der äußere Durchmesser des Rahmenelementes geringfügig größer als der größte innere Durchmesser des Gehäuses.
Durch die Anwendung der vorliegenden Erfindung können die Magnete durch einen abgeformten Rahmenhalter an einem Statorgehäuse befestigt werden, sogar wenn der Raum zwischen zwei benachbarten Magneten klein ist. Weiter sind die Magnete vor dem Lösen von dem Statorgehäuse geschützt, da die Magnete in dem Rahmenhalter eingebettet sind. Die Erfindung ist insbesondere von Vorteil für Statormagneten des Typs, der als Keramikmagnet oder Sintern Magnet bekannt ist, da diese sehr hart und spröde sind und leicht durch Schläge, Stöße und Schocks beschädigt werden können.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird im Folgenden exemplarisch mit Bezug auf die Figuren der beigefügten Zeichnungen beschrieben. In den Figuren sind identische Strukturen, Elemente oder Teile, die in mehr als einer Figur auftreten, generell in allen Figuren, in denen sie auftreten, mit demselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Abmessungen von Bauteilen und Merkmalen, die in den Figuren gezeigt sind, sind generell der Übersichtlichkeit halber gewählt und nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Die Figuren sind im Folgenden aufgelistet.
1 zeigt ein Statorgehäuse eines Motors gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 zeigt ein Rahmenelement mit einer im Inneren angeordneten Magnetanordnung;
3 ist ein Querschnitt eines Motorstators gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 zeigt ein Statorgehäuse gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5 zeigt ein Rahmenelement mit einer darin angeordneten Magnetanordnung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
6 und 7 sind Querschnitte des Motorstators gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8 zeigt das Rahmenelement ohne darin angeordneten Magneten;
9 zeigt einen Teil eines Permanentmagneten gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
10 zeigt ein Rahmenelement mit darin angeordneten Magneten gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
11 zeigt einen Teil des Rahmenelementes gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
12 ist eine Schnittansicht eines Elektromotors nach dem Stand der Technik; und
13 zeigt einen Stator des Motors von 12.
Detailbeschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Der Elektromotor der vorliegenden Erfindung kann wie oben erörtert in allen Aspekten, ähnlich zu dem in 12 gezeigten Motor aus dem Stand der Technik sein, außer in der Konstruktion des Stators. Daher wird im Folgenden nur die Konstruktion des Stators beschrieben.
Ein Stator für einen Motor gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in den 1 bis 3 gezeigt. Der Motor weist einen Stator und einen gegenüber dem Stator drehbar gelagerten Rotor auf. Zwei Endkappen bedecken die beiden Enden des Stators. Der Stator weist ein Gehäuse 40, ein an einer inneren Oberfläche des Gehäuses 40 befestigtes Rahmenelement 20 und eine in dem Rahmenelement 20 eingebettete Magnetanordnung auf.
Wie in 2 gezeigt, ist das Rahmenelement 20 ein ringförmiges Element mit einer darin eingebetteten Magnetanordnung. Die Magnetanordnung weist eine Mehrzahl von gebogenen Permanentmagneten 30 in einer Stirn-zu-Stirn Anordnung auf. Das Rahmenelement 20 wird in einem Kunststoff-Abform hergestellt. Während des Abform werden die Magnete 30 in einer Form angeordnet und gehalten und dann das Rahmenelement 20 über oder um die Magnete zum Bilden eines einheitlichen Magnetringes geformt. Das Rahmenelement 20 weist ein Paar von Ringbereichen 26, fest mit den die axialen Seiten der Magnetanordnung in Eingriff sind, und Absatzbereiche 27 auf, die sich axial zwischen dem Paar von Ringbereichen erstrecken und diese miteinander verbinden. Daher werden vier Seiten jedes Magneten 30 starr durch die Ringbereiche 26 und die Absatzbereiche 27 gehalten. Eine Mehrzahl von Löchern 23 ist in den Ringbereichen gebildet, da die Magnete 30 durch Finger der Form angeordnet und gehalten werden. Eine Mehrzahl von ersten Nuten 21 ist in einer äußeren Oberfläche der Absatzbereiche gebildet. Jede der ersten Nuten 21 erstreckt sich axial von einer axialen Endoberfläche des Rahmenelementes und endet an einer Position zwischen dem Paar von Ringbereichen 26. Anders ausgedrückt, ist die Länge jeder der ersten Nuten kleiner als die axiale Höhe des Rahmenelementes oder der axiale Abstand zwischen den axialen Endoberflächen.
Wie in 1 und 3 gezeigt, weist das Statorgehäuse 40 eine Mehrzahl von ersten Ankern 41 auf, die von seiner inneren Oberfläche hervorragen. Die ersten Anker 41 können durch Prägen gebildet werden. Wenn das Rahmenelement 20 in das Statorgehäuse 40 gedrückt wird, greifen die an dem Gehäuse gebildeten ersten Anker 41 mit den in dem Rahmenelement 20 gebildeten ersten Nuten 21 ein. Das Rahmenelement 20 wird sich wegen der ersten Anker 21 nicht in Umfangsrichtung relativ zu dem Gehäuse 40 verdrehen. Eine der Endkappen ist angeordnet, um gegen das Rahmenelement zu drücken, wenn dieses an das Gehäuse befestigt wird, daher wird das Rahmenelement 20 durch die ersten Anker 41 und die Endkappe an dem Gehäuse befestigt und wird daher nicht axial relativ zu dem Gehäuse 40 gleiten.
Vorzugsweise ist der äußere Durchmesser des Rahmenelementes 20 geringfügig größer als der größte innere Durchmesser des Gehäuses 40, so dass das Rahmenelement 20 in dem Gehäuse 40 in einem Presssitz ist und durch das Gehäuse 40 fest gehalten wird. Weiter ist eine Mehrzahl von zweiten Nuten 22 an einer äußeren Oberfläche der Absatzbereiche 27 des Rahmenelementes 20 gebildet, und eine Mehrzahl von dritten Nuten 24 ist an einer inneren Oberfläche der Absatzbereiche 27 gebildet und erstrecken sich axial von einer axialen Endoberfläche des Rahmenelementes 20 zu der anderen axialen Endoberfläche, so dass sich der äußere Durchmesser des Rahmenelementes 20 geringfügig verändern kann, wenn das Rahmenelement 20 in das Gehäuse 40 gedrückt wird. Die ersten Nuten 21, die zweiten Nuten 22 und die dritten Nuten 24 werden während des Umspritzens gebildet.
Wie bekannt, ist das Statorgehäuse während des Herstellungs- und Aufbauverfahrens empfindlich gegenüber Verformung, und die innere Oberfläche des Gehäuses wird wegen der Verformung keinen perfekten Kreis bilden, der an der Motorachse zentriert ist. Daher wird ein konventioneller Motor gewöhnlich ein ungleiches Luftloch zwischen dem Stator und dem Rotor haben und wird eine geringere Leistungsfähigkeit aufgrund des ungleichmäßigen Luftloches haben. In der vorliegenden Erfindung dagegen werden die Magnete 30 in einer Form angeordnet und das Rahmenelement 20 wird durch Umspritzens in der Form gebildet, so dass die Magnetanordnung und das Rahmenelement 20 eine bessere Präzision und eine verbesserte Rundheit haben. Daher wird ein Luftloch mit größerer Gleichmäßigkeit durch Verwendung der vorliegenden Erfindung erzielt.
Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die 4 bis 9 beschrieben. Das Statorgehäuse und das Rahmenelement gemäß der zweiten Ausführungsform sind ähnlich zu denen der ersten Ausführungsform. Jedoch ist in der zweiten Ausführungsform jede der zweiten Nuten 22 axial mit einer korrespondierenden ersten Nute 21 angeordnet und kommuniziert mit ihr. Die radiale Tiefe der zweiten Nuten 22 ist kleiner als die radiale Tiefe der ersten Nuten 21 und die Umfangsbreite der zweiten Nuten 22 ist kleiner als die Umfangsbreite der ersten Nuten 21. Eine Mehrzahl von zweiten Ankern 42 ist an der inneren Oberfläche des Statorgehäuses 40 gebildet und mit den zweiten Nuten 22 in Eingriff. Jeder der zweiten Anker 42 ist axial zu einem korrespondieren ersten Anker 41 angeordnet und hat eine kleinere radiale Höhe als die radiale Höhe des korrespondierenden ersten Ankers 41 und eine kleinere Umfangsbreite als die Umfangsbreite des korrespondierenden ersten Ankers 41. Wenn das Rahmenelement 20 in das Gehäuse 40 gedrückt wird, dringen die zweiten Anker 42 durch die ersten Nuten 21 und dann in die zweiten Nuten 22 und greifen mit diesen ein. Zur selben Zeit greifen die ersten Anker 41 mit den ersten Nuten 21 ein, wie oben erwähnt. 6 ist ein Querschnitt des Stators, der den Eingriff zwischen den ersten Ankern 41 und den ersten Nuten 21 zeigt. 7 ist ein Querschnitt des Stators, der den Eingriff zwischen den zweiten Ankern 42 und den zweiten Nuten 22 zeigt.
8 ist eine Ansicht des Rahmenelementes 20, wobei die Magnete 30 ausgelassen sind, um klarer die Konstruktion des Rahmenelementes 20 zu zeigen, insbesondere wie die beiden Ringbereiche 26 durch die Absatzbereiche 27 miteinander verbunden sind. 9 ist eine Ansicht eines der Magneten 30, die die Bogenform des Magneten zeigt.
In den oben erwähnten ersten und zweiten Ausführungsformen, wie in den 2, 5 und 7 bis 9 gezeigt, sind die beiden axialen Seiten und die beiden Umfangsseiten jedes Magneten 30 durch das Rahmenelement 20 umfasst, und der größte Teil der inneren Oberfläche der Magneten 30 ist gegenüber dem Rotor freigelegt. Daher wird die Leistungsfähigkeit der Magneten 30 nicht negativ durch das Rahmenelement 20 beeinflusst.
In einer alternativen Ausführungsform, wie in den 10 und 11 gezeigt, sind die Magneten 30 vollständig in dem Rahmenelement 20 eingebettet. Anders ausgedrückt sind alle Oberflächen der Magnete durch das Rahmen element 20 bedeckt, so dass die Gefahr eines Ablösens der Magnete von dem Rahmenelement sehr gering ist. Vorzugsweise ist die radiale Dicke des Rahmenelementes, das die äußere Oberfläche des Bogenmagneten 30 bedeckt, kleiner als die radiale Dicke des Rahmenelementes, das die innere Oberfläche des Magneten 30 bedeckt. 11 zeigt einen Bereich des Rahmenelementes, wobei durch einen der Magnete 30 geschnitten ist, um so zu zeigen, dass der Magnet vollständig in das Rahmenelement eingebettet oder in dieses eingekapselt ist.
In der Beschreibung und den Ansprüchen der vorliegenden Erfindung werden die Verben „aufweisen”, „umfassen”, „beinhalten” und „haben” und ihre Variationen in einem einschließenden Sinne verstanden, um anzuzeigen, dass ein dargelegtes Bauteil vorhanden ist, aber nicht um auszuschließen, dass zusätzliche Bauteile vorhanden sind.
Obwohl die Erfindung mit Bezug auf eine oder mehrere bevorzugte Ausführungsformen beschrieben ist, soll von dem Fachmann verstanden werden, dass verschiedene Modifikationen möglich sind. Daher wird der Rahmen der Erfindung durch Bezug auf die nachfolgenden Ansprüche bestimmt.
Beispielsweise ist in den oben erwähnten Ausführungsformen das Rahmenelement ringförmig. Das Rahmenelement der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht auf eine Ringform beschränkt. Beispielsweise kann das Rahmenelement rechteckig oder polygonal geformt sein, um so in ein Statorgehäuse mit rechteckiger oder polygonaler Form zu passen.

Claims

Elektromotor, aufweisend einen Stator und einen bezüglich zu dem Stator drehbar gelagerten Rotor, wobei der Stator ein Gehäuse (40) und eine Mehrzahl von Magneten (30) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Motorstator weiter ein Rahmenelement (20) aufweist, das an einer inneren Oberfläche des Gehäuses (40) befestigt ist, wobei die Magnete (30) in dem Rahmenelement (20) eingebettet sind, wobei das Rahmenelement eine Mehrzahl von an einer äußeren Umfangsoberfläche gebildeten ersten Nuten (21) aufweist, wobei jede der ersten Nuten (21) sich axial von einer axialen Oberfläche des Rahmenelementes (20) erstreckt, wobei das Gehäuse (40) eine Mehrzahl von aus einer radialen inneren Oberfläche herausragenden ersten Ankern (41) aufweist, wobei jeder der ersten Anker mit einer korrespondierenden ersten Nute (21) in Eingriff ist.
Motor nach Anspruch 1, wobei eine innere Oberfläche des Rahmenelementes (20) einen runden Querschnitt hat und eine äußere Oberfläche des Rahmenelementes (20) einen Querschnitt mit runder oder polygonaler Form hat.
Motor nach Anspruch 2, wobei das Rahmenelement (20) ein Paar Ringbereiche (26), die die axialen Seiten jedes Magneten fest halten, und Absatzbereiche (27) aufweist, die sich axial erstrecken und das Paar von Ringbereichen (26) miteinander ver binden, wobei die ersten Nuten in einer äußeren Oberfläche der Absatzbereiche gebildet sind.
Motor nach Anspruch 3, wobei die ersten Nuten eine axiale Länge haben, die kleiner ist als die axiale Höhe des Rahmenelementes.
Motor nach Anspruch 4, wobei eine Mehrzahl von zweiten Nuten (22) in der äußeren Oberfläche der Absatzbereiche (27) gebildet ist.
Motor nach Anspruch 5, wobei jede der zweiten Nuten (22) axial zu einer korrespondierenden ersten Nute (21) angeordnet ist und mit dieser kommuniziert, wobei die zweiten Nuten (22) eine radiale Tiefe haben, die kleiner ist als die radiale Tiefe der korrespondierenden ersten Nute (21) und eine Umfangsbreite haben, die kleiner ist als die Umfangsbreite der korrespondierenden ersten Nute (21); und eine Mehrzahl von zweiten Ankern (42), die von der radialen inneren Oberfläche des Gehäuses (40) herausragen und mit den zweiten Nuten (22) des Rahmenelementes (20) in Eingriff sind.
Motor nach Anspruch 6, wobei eine Mehrzahl von dritten Nuten (24) an einer inneren Oberfläche des Rahmenelementes (20) gebildet ist, wobei jede der dritten Nuten sich axial von einer axialen Endoberfläche des Rahmenelementes zu der anderen axialen Endoberfläche des Rahmenelementes erstreckt.
Motor nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Rahmenelement (20) ein geformtes Kunststoffmaterialteil ist, wobei wenigstens zwei axiale Seiten und zwei Umfangsseiten jedes Magneten (30) darin eingebettet sind.
Motor nach Anspruch 8, wobei eine innere Oberfläche jedes Magneten (30) weiter durch das Rahmenelement (20) bedeckt ist.
Motor nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der äußere Durchmesser des Rahmenelementes (20) geringfügig größer ist als der größte innere Durchmesser des Gehäuses (40).