DE102011113814A1

DE102011113814A1 - Scheibenläufermotor und mit diesem ausgerüstete elektrische Arbeitsmaschine

Info

Publication number: DE102011113814A1
Application number: DE102011113814A
Authority: DE
Inventors: Hideyuki Tanimoto
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2010-09-30
Filing date: 2011-09-14
Publication date: 2012-04-05
Also published as: CN102447329B; US8791619B2; US20120080971A1; CN102447329A; JP5534338B2; JP2012080632A

Abstract

Ein Scheibenläufermotor umfasst eine Abtriebswelle, eine Spulenscheibe, einen Stromversorgungsteil und einen Magneten. Die Spulenscheibe ist scheibenförmig und weist eine erste Spule und eine zweite Spule auf. Die erste Spule weist mehrere erste Teilspulenabschnitte, die in radialer Richtung der Abtriebswelle nach außen verlaufen, sowie erste Verbindungsabschnitte auf, die jeweils zwei erste Teilspulenabschnitte miteinander verbinden. Die zweite Spule weist mehrere zweite Teilspulenabschnitte, die in radialer Richtung nach außen verlaufen, sowie zweite Verbindungsabschnitte auf, die jeweils, zwei zweite Teilspulenabschnitte miteinander verbinden. Die Gesamtzahl der ersten Teilspulenabschnitte unterscheidet sich von der der zweiten Teilspulenabschnitte. Der Stromversorgungsteil ist so beschaffen, dass er die Spulenscheibe mit elektrischem Strom versorgt. Der Magnet ist gegenüber den ersten und zweiten Teilspulenabschnitten angeordnet.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Rotor, einen Scheibenläufermotor und eine mit dem Scheibenläufermotor ausgerüstete elektrische Arbeitsmaschine.
HINTERGRUND
Eine Art eines herkömmlichen Scheibenläufermotors, die in der Technik allgemein bekannt und zum Beispiel in dem japanischen Patent Nr. 3636700 beschrieben ist, umfasst hauptsächlich eine Abtriebswelle, eine im Wesentlichen scheibenförmige Spulenscheibe, die an der Abtriebswelle befestigt und mit einem aus mehreren Spulen gebildeten Spulenmuster bedruckt ist, einen mit den Spulen verbundenen Kommutator, einen gegenüber den Spulen angeordneten Magneten und Bürsten zum Leiten von elektrischem Strom zum Kommutator.
Die Drehgeschwindigkeit des Scheibenläufermotors ist abhängig von der elektrischen Spannung, die durch die Bürsten geleitet wird, dem elektrischen Strom, der zu dem Scheibenläufermotor fließt, dem auf die Spulenscheibe gedruckten Spulenmuster, dem Magnetfluss, der Anzahl der Bürsten (Pole) und dergleichen. Wenn die elektrischen Spannungen, die durch die Bürsten zugeführt werden, und der elektrische Strom, der durch den Scheibenläufermotor fließt, konstant sind, ist es möglich, eine gewünschte Drehgeschwindigkeit des Scheibenläufermotors einzustellen, indem das Spulenmuster der Spulenscheibe, der Magnetfluss und die Anzahl der Bürsten geändert werden.
Um eine gewünschte Drehgeschwindigkeit des Scheibenläufermotors zu erreichen, werden die Spulenmuster aller Spulen geändert.
ZUSAMMENFASSUNG
Das Ändern der Spulenmuster aller Spulen bewirkt jedoch eine deutliche Änderung der Drehgeschwindigkeit. So kann zum Beispiel die Drehgeschwindigkeit durch Erhöhen der Windungszahl aller Spulen (Erhöhen der Anzahl der über den Pfad des Magnetflusses angeordneten Spulen) geändert werden. In diesem Fall nimmt die Drehgeschwindigkeit des Scheibenläufermotors sehr stark ab, und es ist nicht möglich, die Drehgeschwindigkeit fein zu ändern. Weil es schwierig ist, eine gewünschte Drehgeschwindigkeit durch Ändern der Spulenmuster zu erzielen, ist die Freiheit bei der Auslegung des Scheibenläufermotors begrenzt.
In Anbetracht der vorstehenden Ausführungen ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Rotor und einen Scheibenläufermotor mit verbesserter Designfreiheit sowie eine mit dem Scheibenläufermotor ausgerüstete elektrische Arbeitsmaschine bereitzustellen.
Um die vorstehenden und weitere Ziele zu erreichen, stellt die vorliegende Erfindung einen Scheibenläufermotor bereit. Der Scheibenläufermotor weist eine Abtriebswelle, eine Spulenscheibe, einen Stromversorgungsteil und einen Magneten auf. Die Spulenscheibe ist im Wesentlichen scheibenförmig. Die Spulenscheibe weist eine erste Spule und eine zweite Spule auf. Die erste Spule weist mehrere erste Teilspulenabschnitte, die in radialer Richtung der Abtriebswelle nach außen verlaufen, sowie erste Verbindungsabschnitte auf, die jeweils zwei erste Teilspulenabschnitte miteinander verbinden. Die zweite Spule weist mehrere zweite Teilspulenabschnitte, die in radialer Richtung nach außen verlaufen, sowie zweite Verbindungsabschnitte auf, die jeweils zwei zweite Teilspulenabschnitte miteinander verbinden. Die ersten Teilspulenabschnitte ergeben eine andere Gesamtzahl als die zweiten Teilspulenabschnitte. Der Stromversorgungsteil ist so beschaffen, dass er die Spulenscheibe mit elektrischem Strom versorgt. Der Magnet ist gegenüber den ersten Teilspulenabschnitten und den zweiten Teilspulenabschnitten angeordnet.
Bei dieser Konfiguration kann die Anzahl der ersten und zweiten Teilspulenabschnitte auf der Spulenscheibe frei geändert werden. Dies ermöglicht die Feinregelung der Drehgeschwindigkeit des Scheibenläufermotors, wodurch die Freiheit bei der Auslegung des Scheibenläufermotors deutlich verbessert wird.
Die ersten Teilspulenabschnitte und die zweiten Teilspulenabschnitte sind vorzugsweise abwechselnd nebeneinander auf der Spulenscheibe in deren Umfangsrichtung angeordnet.
Dieser Aufbau kann das Gewicht der Spulenscheibe ausgleichen, wodurch ein Rucken des Scheibenläufermotors im Betrieb verhindert wird.
Die ersten Teilspulenabschnitte und die zweiten Teilspulenabschnnitte weisen vorzugsweise jeweils eine Breite in Umfangsrichtung der Spulenscheibe auf, und die Breite der ersten Teilspulenabschnitte unterscheidet sich von der Breite der zweiten Teilspulenabschnitte.
Die Gesamtzahl der ersten Teilspulenabschnitte ist vorzugsweise kleiner als die Gesamtzahl der zweiten Teilspulenabschnitte, und die Breite der ersten Teilspulenabschnitte ist größer als die Breite der zweiten Teilspulenabschnitte.
Bei dieser Konfiguration weist die Breite der ersten Teilspule, die breiter als die der zweiten Teilspule ist, einen geringeren Widerstand und eine bessere Strahlungsfähigkeit auf, wodurch die Ausgangsleistung des Scheibenläufermotors erhöht wird.
Die Spulenscheibe weist vorzugsweise erste und zweite Oberflächen auf, die senkrecht zu der Abtriebswelle verlaufen, und die erste Spule und die zweite Spule sind auf der ersten und/oder der zweiten Oberfläche gebildet.
Nach einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine elektrische Arbeitsmaschine bereit. Die elektrische Arbeitsmaschine umfasst einen Scheibenläufermotor gemäß der vorstehenden Beschreibung.
Nach noch einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung einen Rotor bereit, der in einem Scheibenläufermotor verwendet wird. Der Rotor umfasst eine Abtriebswelle und eine Spulenscheibe. Die Spulenscheibe ist im Wesentlichen scheibenförmig. Die Spulenscheibe weist eine erste Spule und eine zweite Spule auf. Die erste Spule weist mehrere erste Teilspulenabschnitte, die in radialer Richtung der Abtriebswelle nach außen verlaufen, sowie erste Verbindungsabschnitte auf, die jeweils zwei erste Teilspulenabschnitte miteinander verbinden. Die zweite Spule weist mehrere zweite Teilspulenabschnitte, die in radialer Richtung nach außen verlaufen, sowie zweite Verbindungsabschnitte auf, die jeweils zwei zweite Teilspulenabschnitte miteinander verbinden. Die Gesamtzahl der ersten Teilspulenabschnitte unterscheidet sich von der Gesamtzahl der zweiten Teilspulenabschnitte.
Bei dieser Konfiguration kann die Anzahl der ersten und zweiten Teilspulenabschnitte auf der Spulenscheibe frei geändert werden. Dies ermöglicht die Feinregelung der Drehgeschwindigkeit des Rotors, wodurch die Freiheit bei der Auslegung des Scheibenläufermotors deutlich verbessert wird.
Nach der vorliegenden Erfindung können ein Rotor und ein Scheibenläufermotor mit dieser verbesserten Designfreiheit sowie eine mit dem Scheibenläufermotor ausgerüstete elektrische Arbeitsmaschine erhalten werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die besonderen Merkmale und Vorteile der Erfindung sowie andere Ziele werden aus der nachstehenden Beschreibung in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen ersichtlich.
1 zeigt eine Außenansicht einer elektrischen Arbeitsmaschine nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
2 zeigt eine Querschnittsansicht eines Kopfgehäuses der elektrischen Arbeitsmaschine nach der ersten Ausführungsform der Erfindung.
3 zeigt eine teilweise Querschnittsansicht eines Scheibenläufermotors der elektrischen Arbeitsmaschine nach der ersten Ausführungsform der Erfindung.
4 zeigt eine Aufsicht einer ersten Spulenscheibe nach der ersten Ausführungsform der Erfindung.
5 zeigt eine Rückansicht der ersten Spulenscheibe nach der ersten Ausführungsform der Erfindung.
6 zeigt eine Phantomansicht einer der beiden auf der ersten Spulenscheibe nach der ersten Ausführungsform der Erfindung angeordneten Spulen.
7 zeigt eine Aufsicht einer zweiten Spulenscheibe nach der ersten Ausführungsform der Erfindung.
8 zeigt eine Rückansicht der zweiten Spulenscheibe nach der ersten Ausführungsform der Erfindung.
9 zeigt eine Phantomansicht einer der beiden auf der zweiten Spulenscheibe nach der ersten Ausführungsform der Erfindung angeordneten Spulen.
10 zeigt eine Aufsicht der zweiten Spulenscheibe mit den Positionsverhältnissen zwischen den Spulen und Magneten nach der ersten Ausführungsform der Erfindung.
11 zeigt eine Tabelle der Zusammenhänge zwischen den Spulenmustern und Drehgeschwindigkeiten von Scheibenläufermotoren nach der ersten Ausführungsform der Erfindung.
12 zeigt eine Aufsicht einer Spulenscheibe nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
13 zeigt eine Rückansicht der Spulenscheibe nach der zweiten Ausführungsform der Erfindung.
14 zeigt eine Tabelle der Zusammenhänge zwischen den Spulenmustern und Drehgeschwindigkeiten von Scheibenläufermotoren nach der zweiten Ausführungsform der Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Eine Motorsense 1 als ein Beispiel einer elektrischen Arbeitsmaschine nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird anhand von 1 bis 11 beschrieben. Die Motorsense 1 umfasst hauptsächlich ein Kopfgehäuse 2, einen Scheibenläufermotor 3 (2), ein Rohrstück 4, einen Griffteil 5 und einen Versorgungsteil 6. Die Schneidarbeit wird von einem Schneidmesser 7 geleistet, das am Kopfgehäuse 2 befestigt ist.
Der Scheibenläufermotor 3 ist in dem Kopfgehäuse 2 untergebracht und umfasst eine Abtriebswelle 31, einen Rotor 32, einen Stator 33 und ein Paar Bürsten 34. Die Abtriebswelle 31 ist drehbar am Kopfgehäuse 2 gelagert. In der folgenden Beschreibung wird die Verlaufsrichtung der in 2 gezeigten Abtriebswelle 31 als „senkrechte Richtung” bezeichnet. Das Schneidmesser 7 ist mit einer Halterung (nicht gezeigt) an einer Außengewindeschraube 31A befestigt, die am unteren Ende der Abtriebswelle 31 gebildet ist.
Wie in 2 und 3 gezeigt, umfasst der Rotor 32 ein Kommutatorsubstrat 35, das mit einem Kommutator (nicht gezeigt) versehen ist, einen Spulenabschnitt 36, einen Flansch 37, Isolierplatten 38 und Isolierfolien 39. Das Kommutatorsubstrat 35 ist im Wesentlichen scheibenförmig und koaxial an dem Flansch 37 befestigt, so dass die Wellenmitte des Kommutatorsubstrats 35 der Wellenmitte der Abtriebswelle 31 entspricht. Das Kommutatorsubstrat 35 ist an seinem Mittelpunkt mit einer Einstecköffnung 35a zur Aufnahme der Abtriebswelle 31 sowie mit Stiftlöchern 35b zur Aufnahme entsprechender Stifte 40 an Positionen in einem vorgegebenen Abstand von seinem Mittelpunkt versehen. Die Stifte 40 durchdringen das Kommutatorsubstrat 35, den Spulenabschnitt 36, den Flansch 37, die Isolierplatten 38 und die Isolierfolien 39, die aneinander angebracht sind.
Der Spulenabschnitt 36 wird durch Laminieren und Aneinanderbefestigen von vier im Wesentlichen scheibenförmigen Spulenscheiben 36A gebildet. Jede Spulenscheibe 36A weist obere und untere Oberflächen auf, die senkrecht zu der Abtriebswelle 31 verlaufen, und jede der oberen und unteren Oberflächen bildet eine Schicht, die mit einer Spule 36B in einer flachen, plattenförmigen Form versehen ist (5). Das heißt, der Spulenabschnitt 36 ist aus den vier Spulenscheiben 36A in einem achtschichtigen Aufbau gebildet. Einzelheiten werden weiter unten beschrieben.
Der Flansch 37 ist koaxial an der Abtriebswelle 31 befestigt und umfasst einen im Wesentlichen zylinderförmigen Zylinderteil 37A und einen im Wesentlichen scheibenförmigen Scheibenteil 37B (3). Der Scheibenteil 37B ist so vorgesehen, dass er radial nach außen von dem Zylinderteil 37A vorsteht und zwischen den Isolierplatten 38 in senkrechter Richtung angeordnet ist. Der Scheibenteil 37B ist zur Verstärkung des Rotors 32 vorgesehen. Die Stifte 40 durchdringen jedes einzelne der vorstehend beschriebenen Elemente und verbinden dadurch das Kommutatorsubstrat 35 elektrisch mit jeder Spule 36B. Eine Isolierschicht ist zwischen einem Außenumfang jedes Stifts 40 und dem Flansch 37 vorgesehen. Die Isolierfolien 39 sind jeweils zwischen benachbarten Spulenscheiben 36A und zwischen dem Scheibenteil 37B und der Isolierplatte 38 angeordnet.
Der Stator 33 ist aus den Magneten 41 und einem Joch 42 gebildet (2). Die Magnete 41 sind auf dem Kopfgehäuse 2 gelagert und in einer kreisförmigen Anordnung um ein Durchgangsloch 36a angeordnet (wie durch gestrichelte Linien in 10) gezeigt), so dass sie linearen Teilen 36E der nachstehend beschriebenen Spulen 36B derart gegenüberliegen, dass jeweils zwei benachbarte Magneten 41 entgegengesetzte Polaritäten aufweisen. Das Joch 42 ist auf dem Kopfgehäuse 2 gelagert und um die Magneten 41 herum angeordnet, um die Magnetkraft der Magneten 41 zu verbessern. Die durch die Magneten 41 erzeugten Magnetflüsse durchsetzen den Spulenabschnitt 36 entweder in Aufwärts- oder Abwärtsrichtung, wie durch die Pfeile M in 2 angedeutet. Ein durch die Bürsten 34 dem Spulenabschnitt 36 zugeführter elektrischer Strom fließt durch die Spulen 36B, die auf den Spulenscheiben 36A angeordnet sind und senkrecht zu den Richtungen der Magnetflüsse verlaufen. Dies erzeugt ein Drehmoment in dem Spulenabschnitt 36 in der Umfangsrichtung der Abtriebswelle 31, um den Rotor 32 zu drehen.
Wie in 2 gezeigt, ist das Paar Bürsten 34 auf beiden Seiten der Abtriebswelle 31 angeordnet und auf dem Kopfgehäuse 2 gelagert. Jede der Bürsten 34 wird von einer Feder 34A zum Kommutatorsubstrat 35 hin (nach unten) gedrückt, so dass das untere Ende der Bürste 34 den Kommutator (nicht gezeigt) auf dem Kommutatorsubstrat 35 berührt.
Wie in 1 gezeigt, bildet das Rohrstück 4 die Verbindung zwischen dem Kopfgehäuse 2 und dem Versorgungsteil 6 und trägt den Griffteil 5 an einer Position zwischen dem Kopfgehäuse 2 und dem Versorgungsteil 6.
Der Griffteil 5 umfasst einen Arm 51 mit zwei Armstücken, zwei Griffen 52 an den Enden der Armstücke und einem Gashebel 53 an einem der Griffe 52 zur Regelung der Ausgangsleistung des Scheibenläufermotors 3.
Der Versorgungsteil 6 ist abnehmbar mit einer Batterie 61 als Stromquelle versehen, um den Scheibenläufermotor 3 mit elektrischem Strom zu versorgen. Ein Kabel zur Leitung des elektrischen Stroms von der Batterie 61 zu den Bürsten 34 ist durch das Rohrstück 4 gesteckt. Der Versorgungsteil 6 nach der Ausführungsform entspricht einem Stromversorgungsteil nach der Erfindung.
Das Schneidmesser 7 ist im Wesentlichen scheibenförmig, mit Sägezähnen an seinem Umfang ausgebildet und mit einem Loch (nicht gezeigt) im Wesentlichen in der Mitte der Scheibe zur Befestigung auf der Abtriebswelle 31 versehen.
Ein Bediener kann den Gashebel 53 betätigen, um den von der Batterie 61 zu den Spulen 36B zu liefernden elektrischen Strom zu regeln. Der den Spulen 36B zugeführte elektrische Strom dreht den Scheibenläufermotor 3, und die Drehkraft des Scheibenläufermotors 3 wird auf die Abtriebswelle 31 übertragen, um das Schneidmesser 7 zu drehen. Die dabei erhaltene Drehgeschwindigkeit des Scheibenläufermotors 3 wird weiter unten beschrieben.
Als Nächstes wird der Aufbau des Spulenabschnitts 36 anhand von 4 bis 11 ausführlich beschrieben. Der Spulenabschnitt 36 ist aus den vier Spulenscheiben 36A gebildet. Im Einzelnen wird der Spulenabschnitt 36 durch Laminieren von drei ersten in 4 bis 6 gezeigten Spulenscheiben 36A und einer zweiten in 7 bis 10 gezeigten Spulenscheibe 36A gebildet.
Die erste Spulenscheibe 36A ist mit dem Durchgangsloch 36a zur Aufnahme der Abtriebswelle 31 ausgebildet, das die erste Spulenscheibe 36A in axialer Richtung der Abtriebswelle 31 durchsetzt. Die auf der oberen Oberfläche (4) und der unteren Oberfläche (5) der ersten Spulenscheibe 36A angeordnete Spule 36B verlauft nach außen in radialer Richtung der ersten Spulenscheibe 36A. Die Spule 36B ist eine kontinuierliche Spule mit einem Ende 36F und einem anderen Ende 36G, wie in 5 gezeigt. Die erste Spulenscheibe 36A nach dieser Ausführungsform weist zwei kontinuierliche Spulen 36B auf, und somit sind zwei Paare des einen Endes 36F und des anderen Endes 36G auf der unteren Oberfläche der ersten Spulenscheibe 36A angeordnet.
In der folgenden Beschreibung wird ein mit einer gestrichelten Linie in 4 und 5 markierter Abschnitt als eine Teilspule A bezeichnet. Zwanzig Teilspulen A sind auf der oberen Oberfläche der ersten Spulenscheibe 36A angeordnet, und weitere zwanzig Teilspulen A sind auf der unteren Oberfläche der ersten Spulenscheibe 36A angeordnet. Diese Anordnung der Teilspulen A bildet ein Spulenmuster auf der ersten Spulenscheibe 36A. Die Spule 36B in jeder Teilspule A besteht aus einem inneren Verbindungsteil 36C auf einer radial inneren Seite, einem äußeren Verbindungsteil 36D auf einer radial äußeren Seite und dem linearen Teil 36E, der linear in radialer Richtung verlauft und das innere Verbindungsteil 36C mit dem äußeren Verbindungsteil 36D verbindet. Der lineare Teil 36E in Verlaufsrichtung ist orthogonal oder rechtwinklig zur Richtung der Magnetflüsse. Die Spule 36B in der Teilspule A ist mit einer anderen Spule 36B auf der gegenüberliegenden Oberfläche der Spulenscheibe 36A an den inneren Verbindungsteilen 36C und den äußeren Verbindungsteilen 36D verbunden.
6 zeigt nur eine der zwei kontinuierlichen Spulen 36B der ersten Spulenscheibe 36A. Die Spule 36B auf der oberen Oberfläche ist mit einer durchgezogenen Linie gezeigt, und die Spule 36B auf der unteren Oberfläche ist mit einer gestrichelten Linie gezeigt. Die Spulen 36B auf der oberen und der unteren Oberfläche sind an einem Abschnitt miteinander verbunden, wo die inneren Verbindungsteile 36C einander überlappen. In gleicher Weise sind die Spulen 36B auf der oberen und der unteren Oberfläche an einem Abschnitt miteinander verbunden, wo die äußeren Verbindungsteile 36D einander überlappen. Die Spule 36B auf der ersten Spulenscheibe 36A verläuft einmal rund um die erste Spulenscheibe 36A in Umfangsrichtung der Spulenscheibe 36A von dem einen Ende 36F zu dem anderen Ende 36G, während sie zwischen der oberen Oberfläche und der unteren Oberfläche hin und her verläuft.
Die erste Spulenscheibe 36A ist mit den Regionen 36a1, 36a2, 36a3 und 36a4 in 90-Grad-Intervallen um die Durchgangslöcher 36a herum definiert und mit vier Verbindungslöchern 36b gebildet, die in jeder der Regionen 36a1, 36a2, 36a3 und 36a4 in einer Linie ausgerichtet sind. In zwei der vier Verbindungslöcher 36b in den Regionen 36a1 und 36a2 sind die jeweiligen Stifte 40 eingesteckt, die mit dem einen Ende 36F und dem anderen Ende 36G verbunden sind. Durch diesen Aufbau sind das eine Ende 36F und das andere Ende 36G durch die Stifte 40 elektrisch mit einer anderen Spulenscheibe 36A verbunden.
Die in 7 bis 9 gezeigte zweite Spulenscheibe 36A wird nachstehend beschrieben. Weil die Anordnung der Spule 36B auf der zweiten Spulenscheibe 36A im Wesentlichen identisch mit der Anordnung der Spule 36B auf der vorstehend beschriebenen ersten Spulenscheibe 36A ist, konzentriert sich die nachfolgende Beschreibung nur auf die Unterschiede. Teilspulen B sind auf der zweiten Spulenscheibe 36A definiert. Die Spule 36B auf der zweiten Spulenscheibe 36A weist eine schmalere Breite als die Spule 36B auf der ersten Spulenscheibe 36A auf. Außerdem ist die Anzahl der Spulen 36B in jeder Teilspule B (zwei bei dieser Ausführungsform) größer als in der Teilspule A. Wie in 9 gezeigt, verläuft die Spule 36B auf der zweiten Spulenscheibe 36A zweimal um die zweite Spulenscheibe 36A herum von dem einen Ende 36F zu dem anderen Ende 36G. Zwei kontinuierliche Spulen 36B verlaufen zweimal um die zweite Spulenscheibe 36A, weshalb sich zwei Paare des einen Endes 36F und des anderen Endes 36G auf der zweiten Spulenscheibe 36A befinden, wie in 7 gezeigt.
Die Drehgeschwindigkeit des Scheibenläufermotors 3 ist abhängig von der elektrischen Spannung, die den Spulen 36B vom Versorgungsteil 6 zugeführt wird, dem elektrischen Strom, der durch den Scheibenläufermotor 3 fließt, den Magnetflüssen der Magneten 41, der Anzahl der Bürsten 34 (Anzahl der Pole), den Teilspulen A und B und dergleichen. Bei dieser Ausführungsform bezeichnet der Begriff Teilspule eine Ansammlung von Spulen, die so angeordnet sind, dass die Richtung des elektrischen Stroms, der in der Teilspule fließt, senkrecht zur Richtung der von den Magneten 41 erzeugten Magnetflüsse ist.
Die vorliegende Ausführungsform stellt eine Konfiguration bereit, die eine Feinregelung der Drehgeschwindigkeit des Scheibenläufermotors 3 durch Verwendung verschiedener Spulenmuster ermöglicht. Bei diesem Beispiel wird ein erster Scheibenläufermotor mit einem achtschichtigen Aufbau, der durch Laminieren der in 4 und 5 gezeigten vier ersten Spulenscheiben 36A erhalten wird, mit einem zweiten Scheibenläufermotor mit einem achtschichtigen Aufbau verglichen, der durch Laminieren der in 7 und 8 gezeigten vier zweiten Spulenscheiben 36A erhalten wird. Die Gesamtzahl der Leiter in jedem der ersten und zweiten Scheibenläufermotoren ist proportional zur Anzahl der mit den Magneten 41 ausgerichteten linearen Teile 36E. Im Einzelnen beträgt die Anzahl der linearen Teile 36E in allen Teilspulen A auf der oberen Oberfläche der ersten Spulenscheibe 36A (4) des ersten Scheibenläufermotors 20, und die auf der unteren Oberfläche (5) beträgt ebenfalls 20. Daher weist jede der ersten Spulenscheiben 36A insgesamt 40 (20 + 20) Leiter auf. Weil der erste Scheibenläufermotor die vier ersten Spulenscheiben 36A umfasst, weist der erste Scheibenläufermotor insgesamt 160 (40 × 4) Leiter auf. Andererseits weist die zweite Spulenscheibe 36A in allen Teilspulen B auf der oberen Oberfläche 40 lineare Teile 36E (7) und weitere 40 lineare Teile 36E in allen Teilspulen B auf der unteren Oberfläche (8) auf. Daher weist der zweite Scheibenläufermotor mit den vier zweiten Spulenscheiben 36A insgesamt 320 (80 × 4) Leiter auf.
Die Drehgeschwindigkeit eines Motors ist im Allgemeinen umgekehrt proportional zur Gesamtzahl der über die Pfade der Magnetflüsse angeordneten Leiter (der Anzahl der über die Pfade der von den Magneten 41 erzeugten Magnetflüsse angeordneten linearen Teile 36E (die Windungszahl der Spulen 36B, die Anzahl der Teilspulen A oder die Anzahl der Teilspulen B)). Daher beträgt die Drehgeschwindigkeit N₂ des zweiten Scheibenläufermotors die Hälfte der Drehgeschwindigkeit N₁ des ersten Scheibenläufermotors.
Als Nächstes werden die Drehgeschwindigkeiten des ersten Scheibenläufermotors, des zweiten Scheibenläufermotors, des Scheibenläufermotors 3 nach der Ausführungsform und der dritten bis fünften Scheibenläufermotoren mit unterschiedlichen Spulenmustern (Windungszahl der Spulen 36B) anhand von 11 beschrieben. Diese Scheibenläufermotoren weisen jeweils einen achtschichtigen Aufbau auf, der durch Laminieren von vier Spulenscheiben erhalten wird. 11 zeigt die Drehgeschwindigkeit und das Drehgeschwindigkeitsuntersetzungsverhältnis für jeden Scheibenläufermotor, unter der Annahme, dass die Drehgeschwindigkeit des ersten Scheibenläufermotors 100 beträgt.
Wie vorstehend beschrieben, weist der zweite Scheibenläufermotor das Doppelte der Gesamtzahl der linearen Teile 36E auf allen acht Schichten wie der erste Scheibenläufermotor auf. Daher weist der zweite Scheibenläufermotor eine Drehgeschwindigkeit von 50 und ein Drehgeschwindigkeitsuntersetzungsverhältnis von 50% auf. Nach der herkömmlichen Technik wird die Drehgeschwindigkeit des Scheibenläufermotors durch Ändern der Spulenmuster in den Teilspulen A auf allen Schichten geändert, zum Beispiel durch Wechseln von dem des ersten Scheibenläufermotors auf das des zweiten Scheibenläufermotors.
Die Drehgeschwindigkeit des Scheibenläufermotors kann auch durch Ändern der Konfiguration des Scheibenläufermotors von der des ersten Scheibenläufermotors auf die des dritten Scheibenläufermotors nach der herkömmlichen Technik geändert werden. Im Einzelnen wird der dritte Scheibenläufermotor durch Laminieren von vier Spulenscheiben 36A gebildet, die jeweils zwei kontinuierliche Spulen 36B aufweisen, die dreimal um die gesamte Spulenscheibe 36A herum verlaufen. Daher weist der dritte Scheibenläufermotor eine Drehgeschwindigkeit von etwa 33 und ein Drehgeschwindigkeitsuntersetzungsverhältnis von etwa 67% auf. Eine feine Änderung der Drehgeschwindigkeit nach der herkömmlichen Technik, bei der die Spulenmuster auf allen Schichten geändert werden, ist somit schwierig.
Andererseits weist der Scheibenläufermotor 3 nach der Ausführungsform 40 lineare Teile 36E auf jeder der drei Spulenscheiben 36A (mit ersten bis sechsten Schichten) und 80 lineare Teile 36E auf einer weiteren Spulenscheibe 36A (mit siebten und achten Schichten) auf, was eine Gesamtzahl von 200 linearen Teilen 36E ergibt. Daher weist der Scheibenläufermotor 3 eine Drehgeschwindigkeit von 80 und ein Drehgeschwindigkeitsuntersetzungsverhältnis von 20% auf, was niedriger ist als das Untersetzungsverhältnis, das sich nach der herkömmlichen Technik ergibt. Daher kann die vorliegende Ausführungsform eine Feinregelung der Drehgeschwindigkeit des Scheibenläufermotors ermöglichen.
Der vierte Scheibenläufermotor wird durch Laminieren von zwei ersten Spulenscheiben 36A und zwei zweiten Spulenscheiben 36A erhalten und weist eine Drehgeschwindigkeit von etwa 67 und ein Drehgeschwindigkeitsuntersetzungsverhältnis von etwa 33% auf. Der fünfte Scheibenläufermotor wird durch Laminieren einer ersten Spulenscheibe 36A und drei zweiter Spulenscheiben 36A erhalten und weist eine Drehgeschwindigkeit von etwa 57 und ein Drehgeschwindigkeitsuntersetzungsverhältnis von etwa 43% auf. Auch in diesen Fallen können die vorstehenden Wirkungen der Ausführungsform erhalten werden.
Bei dieser Ausführungsform ist der Spulenabschnitt 36 symmetrisch bezogen auf die Mittelachse E (5), die senkrecht zur Abtriebswelle 31 und durch den Mittelpunkt des Spulenabschnitts 36 verläuft, wenn die vier Spulenscheiben 36A laminiert sind. Im Einzelnen befinden sich die einen und die anderen Enden 36F und 36G auf einer ersten der Spulenscheiben 36A in den Regionen 36a1 und 36a2, die einen und die anderen Enden 36F und 36G auf einer zweiten der Spulenscheiben 36A befinden sich in den Regionen 36a2 und 36a3, die einen und die anderen Enden 36F und 36G auf einer dritten der Spulenscheiben 36A befinden sich in den Regionen 36a3 und 36a4 und die einen und die anderen Enden 36F und 36G auf einer vierten der Spulenscheiben 36A befinden sich in den Regionen 36a4 und 36a1.
4 zeigt einen Direktverbindungsteil 36H, bei dem es sich um einen inneren Verbindungsteil 36C in einer Teilspule A handelt, der direkt mit einem anderen inneren Verbindungsteil 36C in einer anderen Teilspule A verbunden ist, der jeweils nahe den Regionen 36a1 und 36a4 angeordnet ist. Ähnlich wie die vorstehend beschriebenen einen und anderen Enden 36F und 36G auf jeder Spulenscheibe 36A befindet sich der Direktverbindungsteil 36H jeweils nahe den Regionen 36a4 und 36a1 auf der ersten der Spulenscheiben 36A, befindet sich der Direktverbindungsteil 36H jeweils nahe den Regionen 36a1 und 36a2 auf der zweiten der Spulenscheiben 36A, befindet sich der Direktverbindungsteil 36H jeweils nahe den Regionen 36a2 und 36a3 auf der dritten der Spulenscheiben 36A und befindet sich der Direktverbindungsteil 36H jeweils nahe den Regionen 36a3 und 36a4 auf der vierten der Spulenscheiben 36A. Die Form der Teilspule A bis auf das eine Ende 36F, das andere Ende 36G und den Direktverbindungsteil 36H ist in jeder Spulenscheibe identisch. Der Spulenabschnitt 36 ist daher symmetrisch um die Mittelachse E, wenn die vier Spulenscheiben 36A laminiert sind. Dieser Aufbau kann das Gewicht des Rotors 32 ausgleichen, wodurch ein Rucken des Scheibenläufermotors 3 im Betrieb verhindert wird.
Nach der vorliegenden Ausführungsform kann die Anzahl der linearen Teile 36E in den Teilspulen, die über die Pfade der von den Magneten 41 erzeugten Magnetflüsse angeordnet sind, frei geändert werden, indem die ersten und zweiten Spulenscheiben 36A mit unterschiedlicher Windungszahl der Spulen 36B um die Spulenscheibe 36A verwendet werden. Daher ist eine Feinregelung der Drehgeschwindigkeit des Scheibenläufermotors möglich, um die Freiheit bei der Auslegung des Scheibenläufermotors zu verbessern.
Außerdem weist die Spule 36B in der Teilspule A, die breiter ist als die Spule 36B in der Teilspule B, einen geringeren Widerstand und eine bessere Strahlungsfähigkeit auf, wodurch die Ausgangsleistung des Scheibenläufermotors 3 erhöht wird.
Als Nächstes wird ein Scheibenläufermotor 103 nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand von 12 bis 14 beschrieben. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform in einer Teilspule auf einer Spulenscheibe 136A. Die nachfolgende Beschreibung konzentriert sich nur auf die Unterschiede zwischen der ersten und der zweiten Ausführungsform.
Zwei kontinuierliche Spulen 136B sind auf der Spulenscheibe 136A angeordnet und weisen die einen Enden 136F und 136F' und die anderen Enden 136G und 136G' auf, wie in 13 gezeigt. Die Spulenscheibe 136A ist mit den Teilspulen C und D definiert und mit einem Durchgangsloch 136a und Verbindungslöchern 136b wie bei der ersten Ausführungsform ausgebildet.
Die Teilspulen C und D sind abwechselnd in Umfangsrichtung der Spulenscheibe 136A angeordnet. Die Spule 136B in jeder Teilspule C und D besteht aus einem inneren Verbindungsteil 1360 auf einer radial inneren Seite, einem äußeren Verbindungsteil 136D auf einer radial äußeren Seite und einem linearen Teil 136E, der linear in radialer Richtung verläuft und das innere Verbindungsteil 136C mit dem äußeren Verbindungsteil 136D verbindet. Die Spulen 136B auf den oberen und unteren Oberflächen sind an den inneren und äußeren Verbindungsteilen 136C und 136D miteinander verbunden. Der lineare Teil 136E in jeder Teilspule C entspricht einem zweiten Teilspulenabschnitt nach der Erfindung. Der lineare Teil 136E in jeder Teilspule D entspricht einem ersten Teilspulenabschnitt nach der Erfindung. Der innere Verbindungsteil 136C und der äußere Verbindungsteil 136D in jeder Teilspule C entsprechen einem zweiten Verbindungsabschnitt nach der Erfindung. Der innere Verbindungsteil 136C und der äußere Verbindungsteil 136D in jeder Teilspule D entsprechen einem ersten Verbindungsabschnitt nach der Erfindung.
Jede Teilspule C umfasst zwei Spulen 136B, und jede Teilspule D umfasst eine Spule 136B. Im Einzelnen verläuft die aus den mehreren Teilspulen C gebildete Spule 136B zweimal um die Spulenscheibe 136A herum von dem einen Ende 136F' zu dem anderen Ende 136G. Andererseits verläuft die aus den mehreren Teilspulen D gebildete Spule 136B einmal um die Spulenscheibe 136A herum von dem einen Ende 136F zu dem anderen Ende 136G. Außerdem weist die Spule 136B in der Teilspule D die doppelte Breite der Spule 136B in der Teilspule C auf. Dieser Aufbau sieht 30 lineare Teile 136E auf der oberen Oberfläche der Spulenscheibe 136A und weitere 30 lineare Teile 136E auf der deren unteren Oberfläche vor, so dass sich eine Gesamtzahl von 60 linearen Teilen 136E auf der Spulenscheibe 136A ergibt.
14 zeigt eine Tabelle mit der Drehgeschwindigkeit und dem Drehgeschwindigkeitsuntersetzungsverhältnis jeweils für den ersten Scheibenläufermotor, einen sechsten Scheibenläufermotor und einen siebten Scheibenläufermotor.
Der sechste Scheibenläufermotor wird durch Laminieren von drei ersten Spulenscheiben 36A nach der ersten Ausführungsform und einer Spulenscheibe 136A nach der zweiten Ausführungsform erhalten und weist eine Drehgeschwindigkeit von etwa 89 und ein Drehgeschwindigkeitsuntersetzungsverhältnis von etwa 11% auf. Der siebte Scheibenläufermotor wird durch Laminieren einer ersten Spulenscheibe 36A nach der ersten Ausführungsform und drei Spulenscheiben 136A nach der zweiten Ausführungsform erhalten und weist eine Drehgeschwindigkeit von etwa 73 und ein Drehgeschwindigkeitsuntersetzungsverhältnis von etwa 27% auf. Die Verwendung der Spulenscheibe 136A nach der zweiten Ausführungsform ermöglicht eine Feinregelung der Drehgeschwindigkeit des Scheibenläufermotors.
Nach der zweiten Ausführungsform kann die Anzahl der linearen Teile 136E in den Teilspulen, die über die Pfade der von den Magneten 41 erzeugten Magnetflüsse angeordnet sind, frei geändert werden, indem die Spulenscheibe 136A mit den Teilspulen C und D mit unterschiedlicher Windungszahl der Spulen 36B um die Spulenscheibe 136A verwendet wird. Dies ermöglicht eine noch feinere Regelung der Drehgeschwindigkeit des Scheibenläufermotors als mit der ersten Ausführungsform, wodurch die Freiheit bei der Auslegung des Scheibenläufermotors deutlich verbessert wird. Außerdem weist die Spule 36B in der Teilspule D, die breiter ist als die Spule 36B in der Teilspule C, einen geringeren Widerstand und eine bessere Strahlungsfähigkeit auf, wodurch die Ausgangsleistung des Scheibenläufermotors 103 erhöht wird.
Weil die Teilspulen C und D bei der zweiten Ausführungsform abwechselnd und nebeneinander angeordnet sind, kann dieser Aufbau der zweiten Ausführungsform das Gewicht der Spulenscheibe 136A insgesamt ausgleichen, wodurch ein Rucken des Scheibenläufermotors 103 im Betrieb verhindert und gleichzeitig ein ausgeglichener Betrieb des Scheibenläufermotors 103 und dergleichen erleichtert werden.
Während die Erfindung ausführlich anhand ihrer Ausfürungsformen beschrieben worden ist, ist für den Fachmann ersichtlich, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen daran vorgenommen werden können, ohne vom Gedanken der Erfindung abzuweichen.
Der Spulenabschnitt 36 der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen umfasst vier Spulenscheiben 36A und 136A, aber die Anzahl der Spulenscheiben und die Anzahl der Schichten sind nicht durch die vorstehende Beschreibung beschränkt. So kann ein Spulenabschnitt zum Beispiel nur eine Spulenscheibe oder mehr als vier Spulenscheiben umfassen. Die Spule 36B ist bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sowohl auf den oberen als auch den unteren Oberflächen der Spulenscheiben 36A und 136A angeordnet, um zwei Schichten in den Spulenscheiben 36A und 136A zu bildet. Die Spule 36B kann jedoch auch nur auf der oberen oder der unteren Oberfläche angeordnet sein. Mit diesem Aufbau wird die Anzahl der linearen Teile 36E und 136E auf den Spulenscheiben 36A und 136A weiter verringert, was eine noch feinere Regelung der Drehgeschwindigkeit der Scheibenläufermotoren 3 und 103 ermöglicht.
Bei der ersten Ausführungsform verläuft die Spule 36B einmal um die erste Spulenscheibe 36A herum, und die Spule 36B verläuft zweimal um die zweite Spulenscheibe 36A herum. Die Windungszahl der Spule 36B ist jedoch nicht hierauf beschränkt, sofern sich die Windungszahl der Spule 36B zwischen der ersten Spulenscheibe 36A und der zweiten Spulenscheibe 36A unterscheidet.
Bei der vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsform ist eine der Spulen 36B einmal um die Spulenscheibe 136A gewickelt, während die andere zweimal um diese gewickelt ist. Die Windungszahl ist jedoch nicht hierauf beschränkt, sofern die Spulen 36B unterschiedliche Windungszahlen aufweisen.
Die Spulenscheibe 36A ist in der vorstehenden Ausführungsform mit zwei kontinuierlichen Spulen 36B versehen, aber die Anzahl der Spulen 36B ist nicht hierauf beschränkt. So kann zum Beispiel die Spulenscheibe 36A mit drei oder mehr kontinuierlichen Spulen 36B versehen sein,
Die Teilspulen A, B, C und D nach den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verlaufen nach außen in radialer Richtung des Durchgangslochs 36a und 136a, aber dies stellt keine Einschränkung der Erfindung dar.
Bei den Ausführungsformen ist die Motorsense 1 als ein Beispiel der elektrischen Arbeitsmaschine beschrieben worden. Die elektrische Arbeitsmaschine nach der Erfindung kann jedoch jedes andere Elektrowerkzeug sein, sofern dieses mit dem Scheibenläufermotor ausgerüstet ist. Die Erfindung ist zum Beispiel für einen „Thunder Belt”, eine Handkreissäge oder ein anderes mit dem Scheibenläufermotor ausgerüstetes Elektrowerkzeug geeignet.
In den Ausführungsformen weist der Scheibenläufermotor 3 ein Paar Bürsten 34 auf. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Aufbau beschränkt. So ist zum Beispiel auch ein bürstenloser Motor möglich.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 3636700 [0002]

Claims

Scheibenläufermotor, aufweisend: eine Abtriebswelle (31), eine Spulenscheibe (36A), die im Wesentlichen scheibenförmig ist, wobei die Spulenscheibe (36A) eine erste Spule (36B) und eine zweite Spule (36B) aufweist, wobei die erste Spule (36B) mehrere erste Teilspulenabschnitte (36E), die in radialer Richtung der Abtriebswelle nach außen verlaufen, sowie erste Verbindungsabschnitte (36C, 36D) aufweist, die jeweils zwei erste Teilspulenabschnitte (36E) miteinander verbinden, und wobei die zweite Spule (36B) mehrere zweite Teilspulenabschnitte (36E), die in radialer Richtung nach außen verlaufen, sowie zweite Verbindungsabschnitte (36C, 36D) aufweist, die jeweils zwei zweite Teilspulenabschnitte (36E) miteinander verbinden, einen Stromversorgungsteil (6), der so beschaffen ist, dass er die Spulenscheibe (36A) mit elektrischem Strom versorgt, und einen Magneten (41), der gegenüber den ersten Teilspulenabschnitten (36E) und den zweiten Teilspulenabschnitten (36E) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass: die Gesamtzahl der ersten Teilspulenabschnitte (36E) sich von der Gesamtzahl der zweiten Teilspulenabschnitte (36E) unterscheidet.
Scheibenläufermotor nach Anspruch 1, wobei die ersten Teilspulenabschnitte (36E) und die zweiten Teilspulenabschnitte (36E) abwechselnd nebeneinander auf der Spulenscheibe (36A) in deren Umfangsrichtung angeordnet sind.
Scheibenläufermotor nach Anspruch 1, wobei die ersten Teilspulenabschnitte (36E) und die zweiten Teilspulenabschnitte (36E) jeweils eine Breite in Umfangsrichtung der Spulenscheibe (36A) aufweisen und sich die Breite der ersten Teilspulenabschnitte (36E) von der Breite der zweiten Teilspulenabschnitte (36E) unterscheidet.
Scheibenläufermotor nach Anspruch 3, wobei die Gesamtzahl der ersten Teilspulenabschnitte (36E) kleiner ist als die Gesamtzahl der zweiten Teilspulenabschnitte (36E) und die Breite der ersten Teilspulenabschnitte (36E) größer ist als die Breite der zweiten Teilspulenabschnitte (36E).
Scheibenläufermotor nach Anspruch 1, wobei die Spulenscheibe (36A) erste und zweite Oberflächen aufweist, die senkrecht zu der Abtriebswelle (31) verlaufen, und die erste Spule (36B) und die zweite Spule (36B) auf der ersten und/oder der zweiten Oberfläche gebildet sind.
Elektrische Arbeitsmaschine mit einem Scheibenläufermotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
Rotor (32), verwendet in einem Scheibenläufermotor mit: einer Abtriebswelle (31) und einer Spulenscheibe (36A), die im Wesentlichen scheibenförmig ist, wobei die Spulenscheibe (36A) eine erste Spule (36B) und eine zweite Spule (36B) aufweist, wobei die erste Spule (36B) mehrere erste Teilspulenabschnitte (36E), die in radialer Richtung der Abtriebswelle nach außen verlaufen, sowie erste Verbindungsabschnitte (36C, 36D) aufweist, die jeweils zwei erste Teilspulenabschnitte (36E) miteinander verbinden, und wobei die zweite Spule (36B) mehrere zweite Teilspulenabschnitte (36E), die in radialer Richtung nach außen verlaufen, sowie zweite Verbindungsabschnitte (36C, 36D) aufweist, die jeweils zwei zweite Teilspulenabschnitte (36E) miteinander verbinden, dadurch gekennzeichnet, dass: die Gesamtzahl der ersten Teilspulenabschnitte (36E) sich von der Gesamtzahl der zweiten Teilspulenabschnitte (36E) unterscheidet.