DE102012100666A1

DE102012100666A1 - Elektromotor

Info

Publication number: DE102012100666A1
Application number: DE102012100666A
Authority: DE
Inventors: James Ching Sik Lau; Chun Kit Cheung; Duncan Yiu Lung Wong
Original assignee: Johnson Electric SA
Current assignee: Johnson Electric International AG
Priority date: 2011-01-27
Filing date: 2012-01-26
Publication date: 2012-08-02
Also published as: US20120194022A1; US9130438B2; CN102624158A

Abstract

Ein Elektromotor hat einen Ständer und einen in dem Ständer drehbar gelagerten Läufer. Der Ständer hat ein Gehäuse, mehrere an der Innenfläche des Gehäuses montierte Magnete, eine in dem Gehäuse installierte Bürstenkarte, an der Bürstenkarte montierte Bürsten, Leitungsdrähte für die Verbindung mit einer Stromquelle und für die Zuleitung von Strom zu den Bürsten und eine Endkappe, die an einem Ende des Gehäuses befestigt ist und die Bürsten abdeckt. Der Läufer hat eine Welle, einen an der Welle befestigten Kommutator, einen an der Welle befestigten Läuferkern und eine Wicklung, die an dem Läuferkern ausgeführt und mit dem Kommutator verbunden ist. Ein EMI-Unterdrückungsbauteil ist an der Bürstenkarte montiert und durch die Endkappe abgedeckt, und Leitungsdrähte erstrecken sich durch Das EMI-Unterdrückungsbauteil.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft einen Elektromotor und insbesondere einen Kleinelektromotor, der für Elektrogeräte wie Elektrowerkzeuge verwendet werden kann.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Technologie von elektrischen Handwerkzeugen wie elektrische Bohrmaschinen, Maschinenhammer, elektrische Sägen, Elektroschrauber etc. ist im Allgemeinen ausgereift. Ein typisches elektrisches Handwerkzeug umfasst ein Gehäuse, einen Motor, einen Getriebezug und einen Antriebskopf, der über den Getriebezug durch den Motor angetrieben wird.
Damit ein elektrisches Handwerkzeug für eine maximale Kraft ausgelegt und dabei kompakt gehalten kann, besteht die konstante Vorgabe, die Größe des Motors zu reduzieren und die Leistungsabgabe zu erhöhen.
Aus diesem Grund ist ein Motor erwünscht, der über eine hohe Leistungsdichte verfügt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Permanentmagnetmotor angegeben, umfassend: einen Ständer, der ein Gehäuse, mehrere an einer Innenfläche des Gehäuses montierte Magnete, eine in dem Gehäuse installierte Bürstenkarte, an der Bürstenkarte montierte Bürsten, Leitungsdrähte für die Verbindung mit einer Stromquelle und für die Zuleitung von Strom zu den Bürsten und eine an einem Ende des Gehäuses befestigte und die Bürsten abdeckende Endkappe aufweist; und einen Läufer, der in dem Ständer installiert ist und eine Welle, einen an der Welle befestigten Kommutator, einen an der Welle befestigten Läuferkern und eine an dem Läuferkern ausgeführte und mit dem Kommutator verbundene Wicklung aufweist, wobei der Kommutator mehrere Segmente für den Kontakt mit den Bürsten, wobei der Läufer mehrere Zähne und die Wicklung mehrere Spulen umfasst, die um die Zähne gewickelt sind, wobei die Enden jeder Spule mit zwei Segmenten verbunden sind und wobei im Betriebszustand stromführende Spulen parallelgeschaltet sind.
Vorzugsweise ist jede Spule um einen einzelnen Zahn gewickelt.
Vorzugsweise umfasst der Ständer zwei Bürsten, und es sind Leiter zwischen einander diagonal gegenüberliegenden Segmenten des Kommutators geschaltet.
Vorzugsweise umfasst der Ständer vier Magnete und zwei Bürsten. Der Kommutator hat eine gerade Anzahl von Segmenten, und die Leiter verbinden einander diagonal gegenüberliegende Segmente des Kommutators miteinander.
Vorzugsweise umfasst der Kommutator sechs Segmente, und die Wicklung umfasst sechs Spulen.
Vorzugsweise ist ein ringförmiges EMI-Unterdrückungsbauteil an der Bürstenkarte montiert und durch die Endkappe abgedeckt, und die Leitungsdrähte erstrecken sich durch das ringförmige EMI-Unterdrückungsbauteil.
Vorzugsweise ist das EMI-Unterdrückungsbauteil ein Ferritring.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird auch ein Permanentmagnetmotor angegeben, der einen Ständer und einen in dem Ständer installierten Läufer umfasst. Der Ständer hat ein Gehäuse, mehrere an einer Innenseite des Gehäuses montierte Magnete, eine in dem Gehäuse installierte Bürstenkarte, an der Bürstenkarte montierte Bürsten, Leitungsdrähte für die Verbindung mit einer Stromquelle und für die Zuleitung von Strom zu den Bürsten und eine Endkappe, die an einem Ende des Gehäuses befestigt ist und die Bürsten abdeckt. Der Läufer hat eine Welle, einen an der Welle befestigten Kommutator, einen an der Welle befestigten Läuferkern und eine an dem Läuferkern ausgeführte und mit dem Kommutator verbundene Wicklung. Ein EMI-Unterdrückungsbauteil ist an der Bürste montiert und durch die Endkappe abgedeckt, und die Leitungsdrähte erstrecken sich durch das EMI-Unterdrückungsbauteil zur Außenseite des Motors.
Durch vorliegende Erfindung wird ferner ein Elektrowerkzeug angegeben, das ein Gehäuse, einen in dem Gehäuse installierten Motor, einen in dem Gehäuse installierten Getriebezug und einen über den Getriebezug durch den Motor angetriebenen Antriebskopf umfasst, wobei der Motor ein Motor wie vorstehend beschrieben ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nunmehr anhand eines Beispiels beschrieben, wobei auf die Figuren der anliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird. Identische Strukturen, Elemente oder Teile, die in mehr als einer Figur erscheinen, tragen in sämtlichen Figuren, in denen sie erscheinen, die gleichen Bezugszeichen. Die Abmessungen von Komponenten und Merkmalen, die in den Figuren dargestellt sind, sind allgemein im Hinblick auf eine übersichtliche Darstellung gewählt und sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Die Figuren sind im Folgenden aufgelistet.
1 ist eine Teilschnittansicht eines elektrischen Handbohrers;
2 zeigt einen Elektromotor gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, der in dem Bohrer von 1 verwendet wird;
3 zeigt den Motor von 2 mit abgenommener Endkappe;
4 ist eine Schnittansicht des Motors von 2;
5 zeigt ein Wicklungsdiagramm, in dem eine Wicklung, Kommutatorsegmente, Bürsten und Magnete des Motors dargestellt sind; und
6 zeigt vier stromführende Spulen der Wicklung des Motors, die parallelgeschaltet sind.
DETAILBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die 1 bis 6 beschrieben. Es versteht sich, dass das Elektrowerkzeug gemäß der vorliegenden Erfindung ein Elektrobohrer, ein Elektrohammer, eine Elektrosäge, ein Elektroschrauber etc. sein kann. Vorliegende Erfindung wird am Beispiel einer elektrischen Handbohrmaschine beschrieben.
Wie 1 zeigt, hat das Elektrowerkzeug ein Gehäuse 10, einen Motor 20 und einen Getriebezug 70, die in dem Gehäuse 10 untergebracht sind, sowie einen Antriebskopf 90, der über den Getriebezug 70 durch den Motor 20 angetrieben wird. In dieser Ausführungsform ist das Elektrowerkzeug eine elektrische Handbohrmaschine, und der Antriebskopf 90 ist ein Bohrfutter zum Halten von Bohrerspitzen. Der Betrieb des Werkzeugs wird manuell gesteuert, indem ein an einem Griff 15 des Gehäuses vorgesehener Schalter 13 gedrückt wird.
Der Motor 20 ist ein Permanentmagnetmotor, der einen Ständer 30 und einen relativ zu dem Ständer 30 drehbar gelagerten Läufer 50 umfasst. Der Ständer 30 umfasst ein Gehäuse 32, eine in dem Gehäuse 32 installierte Bürstenkarte 34, Bürsten 36 und ein an der Bürstenkarte 34 vorgesehenes EMI-Unterdrückungsbauteil 38. Das Gehäuse 32 hat eine zylinderförmige Konfiguration mit einem geschlossenen Ende und einem dem geschlossenen Ende gegenüberliegenden offenen Ende. Die Bürstenkarte 34 ist in der Nähe des offenen Endes in dem Gehäuse 32, zur dortigen Anbringung von Bürsten 36 und elektronischen Bauteilen wie beispielsweise Drosseln installiert.
Der Ständer 30 umfasst ferner ein Paar von Leitungsdrähten 37, die für die Verbindung einer Stromquelle mit den Bürsten 36 konfiguriert sind, um dadurch Strom zu den Bürsten 36 zu leiten. In dieser Ausführungsform ist das EMI-Unterdrückungsbauteil 38 ein Ferritring 38. Die Leitungsdrähte 37 erstrecken sich durch den Ferritring 38, bevor sie aus dem Gehäuse 32 herausführen. Der Ständer 30 umfasst ferner eine Endkappe 39, welche an dem offenen Ende des Gehäuses 32 befestigt ist und welche Bürsten 36, den Ferritring 38 und andere elektronische Komponenten abdeckt.
Der Läufer 50 umfasst eine Welle 52, einen an der Welle 52 befestigten Läuferkern 54, einen an der Welle 52 befestigten Kommutator 56 und eine Wicklung, die durch Spulen 581–586 gebildet ist, die auf dem Läuferkern 54 gewickelt und mit dem Kommutator 56 verbunden sind. Die Bürsten 36 befinden sich in Gleitkontakt mit dem Kommutator 56, um über den Kommutator Strom zur Wicklung zu leiten.
Wie 5 zeigt, umfasst der Kommutator mehrere Segmente 561–566, die sich mit den Bürsten 34 in Kontakt befinden. Der Läuferkern 54 umfasst mehrere Zähne 541–546, und jede der Spulen 581–586 ist um einen jeweiligen Zahn gewickelt. Zwei Enden jeder Spule 581–586 sind jeweils mit zwei der Segmente 561–566 verbunden. Der Ständer 30 umfasst ferner mehrere Permanentmagnetpole 41–44, die um den Läuferkern 54 und die Spulen 581–586 angeordnet sind.
In dieser Ausführungsform umfasst der Ständer vier Magnetpole 41–44, die durch vier Permanentmagnete gebildet sind. Es sind zwei Bürsten 36 vorhanden, der Kommutator umfasst sechs Segmente 561–566, und die Wicklung umfasst sechs Spulen 581–586. Die Spulen 581–586 sind mit einem Draht folgendermaßen gewickelt.
Der Anfang des Drahtes wird mit dem Segment 561 verbunden, und der Draht wird dann mit dem Segment 564 verbunden, um zwischen den Segmenten 561 und 564 einen Leiter zu bilden. Danach wird der Draht in mehreren Windungen um den Zahn 541 gewickelt, um die Spule 581 zu bilden. Dadurch wird ein Ende der Spule 581 mit dem Segment 564 verbunden.
Das andere Ende der Spule 581 wird mit dem Segment 565 und der Draht dann mit dem Segment 562 verbunden, um zwischen den Segmenten 565 und 562 einen Leiter zu bilden. Der Draht wird dann in mehreren Windungen um den Zahn 545 gewickelt, um die Spule 585 zu bilden. Dadurch wird ein Ende der Spule 585 mit dem Segment 562 verbunden.
Das andere Ende der Spule 585 wird mit dem Segment 563 und der Draht anschließend mit dem Segment 566 verbunden, um zwischen den Segmenten 563 und 566 einen Leiter zu bilden. Der Draht wird dann in mehreren Windungen um den Zahn 543 gewickelt, um die Spule 585 zu bilden. Dadurch wird ein Ende der Spule 583 mit dem Segment 566 verbunden Das andere Ende der Spule 583 wird mit dem Segment 561 verbunden. Der Draht wird dann in mehreren Windungen um den Zahn 544 gewickelt, um die Spule 584 zu bilden. Dadurch wird ein Ende der Spule 584 mit dem Segment 561 verbunden.
Das andere Ende der Spule 584 wird mit dem Segment 565 verbunden. Der Draht wird dann in mehreren Windungen um den Zahn 542 gewickelt, um die Spule 582 zu bilden. Dadurch wird ein Ende der Spule 582 mit dem Segment 565 verbunden.
Das andere Ende der Spule 582 wird mit dem Segment 563 verbunden. Der Draht wird dann in mehreren Windungen um den Zahn 546 gewickelt, um die Spule 586 zu bilden. Dadurch wird ein Ende der Spule 586 mit dem Segment 563 verbunden. Das andere Ende der Spule 586 ist mit dem Segment 564 verbunden, wo der Draht endet.
Solchermaßen kontaktieren die Bürsten 36 im Betriebszustand der Reihe nach die Segmente 561–566, um die jeweiligen Gruppen aus vier Spulen, die parallelgeschaltet sind, der Reihe nach unter Strom zu setzen, wie das in 6 gezeigt ist. Jeder Block in 6 stellt einer Spule dar. Die vier Spulen jeder Gruppe werden simultan unter Strom gesetzt.
Bei vorliegender Erfindung ist in dem Motorgehäuse 32 ein Ferritring 38 angeordnet und nimmt somit keinen Raum außerhalb des Motors in Anspruch. Verglichen mit üblichen Motoren, bei denen die Spulen in Reihe geschaltet sind, können die Spulen der vorliegenden Erfindung aufgrund der Parallelschaltung mit einem dünneren Draht gewickelt werden, weshalb der durch jede Spule fließende Strom reduziert wird. Ein dünnerer Draht lässt sich leichter wickeln als ein dickerer Draht. Es werden vier Magnetpole verwendet. Die Leistungsdichte wird im Vergleich zu einem üblichen, nur zwei Pole aufweisenden Motor eines Elektrowerkzeugs erhöht.
Wenngleich die Erfindung unter Bezugnahme auf eine oder mehrere bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wurde, wird der Fachmann erkennen, dass verschiedenen Modifikationen möglich sind, ohne den Schutzrahmen der Erfindung zu verlassen, der durch die anliegenden Ansprüche definiert ist.
Verben wie ”umfassen”, ”aufweisen”, ”enthalten” und ”haben” sowie deren Abwandlungen in der Beschreibung und in den Ansprüchen der vorliegenden Anmeldung sind in einem einschließenden Sinne zu verstehen. Sie geben an, dass das genannte Element vorhanden ist, schließen jedoch nicht aus, dass noch weitere Elemente vorhanden sind.

Claims

Permanentmagnetmotor, umfassend: einen Ständer (30) mit einem Gehäuse (32), einer Mehrzahl von an einer Innenfläche des Gehäuses montierten Magneten (41–44), einer in dem Gehäuse installierten Bürstenkarte (34), Bürsten (36), die an der Bürstenkarte montiert sind, Leitungsdrähten (37) für die Verbindung mit einer Stromquelle und für die Zuleitung von Strom zu den Bürsten, und einer Endkappe (39), die an einem Ende des Gehäuses befestigt ist und die Bürsten abdeckt; und einen Läufer (50), der in dem Ständer installiert ist und der eine Welle (52), einen an der Welle befestigten Kommutator (56), einen an der Welle befestigten Läuferkern (54) und eine Wicklung umfasst, die auf dem Läuferkern ausgeführt und mit dem Kommutator verbunden ist, wobei der Kommutator eine Mehrzahl von Segmenten (561–566) für den Kontakt mit den Bürsten umfasst, wobei der Läuferkern eine Mehrzahl von Zähnen (541–546) umfasst und wobei die Wicklung eine Mehrzahl von Spulen (581–586) umfasst, die um die Zähne gewickelt sind, wobei die Enden jeder Spule mit zwei Segmenten verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die im Betriebszustand unter Strom gesetzten Spulen (581–586) parallelgeschaltet sind.
Motor nach Anspruch 1, wobei jede Spule (581–586) um einen einzelnen Zahn (541–546) gewickelt ist.
Motor nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Ständer zwei Bürsten (36) umfasst und Leiter zwischen zwei einander diagonal gegenüberliegenden Segmenten (561–566) des Kommutators geschaltet sind.
Motor nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Ständer vier Magnete (41–44) und zwei Bürsten (36) umfasst, wobei der Kommutator (56) eine gerade Anzahl von Segmenten (561–566) hat wobei Leiter einander diagonal gegenüberliegende Segmente des Kommutators miteinander verbinden.
Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kommutator (56) sechs Segmente (561–566) und die Wicklung sechs Spulen (581–586) umfasst.
Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein ringförmiges EMI-Unterdrückungsbauteil (38) an der Bürstenkarte (34) montiert und durch die Endkappe (39) abgedeckt ist und wobei sich Leitungsdrähte (37) durch das ringförmige EMI-Unterdrückungsbauteil erstrecken.
Motor nach Anspruch 6, wobei das EMI-Unterdrückungsbauteil (38) ein Ferritring ist.
Elektrowerkzeug, umfassend ein Gehäuse (10), einen in dem Gehäuse installierten Motor (20), einen in dem Gehäuse installierten Getriebezug (70) und einen Antriebskopf (90), der über den Getriebezug durch den Motor angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor ein Motor wie in einem der vorhergehenden Ansprüche angegeben ist.