DE102012100668A1

DE102012100668A1 - Elektromotor

Info

Publication number: DE102012100668A1
Application number: DE201210100668
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: 2012-08-09
Also published as: US9130442B2; US20120194023A1; CN201975875U

Abstract

Ein Elektromotor hat einen Ständer und einen in dem Ständer drehbar gelagerten Läufer. Der Ständer hat ein Gehäuse und mehrere Permanentmagnete. Der Außendurchmesser des Gehäuses beträgt weniger als 40 mm, und das Verhältnis der maximalen Dicke der Magnete in der radialen Richtung des Läufers zu dem Durchmesser des Läufers liegt in dem Bereich von 1:7 bis 1:50.

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 und mehrere an einer Innenfläche des Gehäuses montierte Magnete aufweist; und einen Läufer, der in dem Ständer installiert ist, wobei der Außendurchmesser des Gehäuses weniger als 40 mm beträgt und das Verhältnis der maximalen Dicke der Magnete in der radialen Richtung des Läufers zu dem Durchmesser des Läufers in dem Bereich von 1:7 bis 1:50 liegt.
Bei einem Außendurchmesser des Gehäuses von mehr als 26 mm liegt die maximale Dicke der Magnete in der radialen Richtung des Läufers vorzugsweise in dem Bereich von 0,5 bis 3,5 mm.
Bei einem Außendurchmesser des Gehäuses von weniger als 26 mm liegt die maximale Dicke der Magnete in der radialen Richtung des Läufers vorzugsweise in dem Bereich von 0,5 mm bis 1,4 mm.
Die maximale Dicke der Magnete in der radialen Richtung des Läufers liegt vorzugsweise in dem Bereich von 0,5 mm bis 3,5 mm und der Durchmesser des Läufers in dem Bereich von 7,5 mm bis 35 mm.
Bei einem Durchmesser des Ständers in dem Bereich von 12 bis 20 mm liegt die maximale Dicke der Magnete in der radialen Richtung des Läufers vorzugsweise in dem Bereich von 0,5 mm bis 1,4 mm, der Durchmesser des Läufers in dem Bereich von 7,5 mm bis 12 mm und das Verhältnis der maximalen Dicke der Magnete in der radialen Richtung des Läufers zu dem Durchmesser des Läufers in dem Bereich von 1:10 bis 1:50.
Bei einem Durchmesser des Ständers in dem Bereich von 20 bis 23 mm liegt die maximale Dicke der Magnete in der radialen Richtung des Läufers vorzugsweise in dem Bereich von 0,5 mm bis 1,4 mm, der Durchmesser des Läufers in dem Bereich von 15 mm bis 19 mm und das Verhältnis der maximalen Dicke der Magnete in der radialen Richtung des Läufers zu dem Durchmesser des Läufers vorzugsweise in dem Bereich von 1:10 bis 1:50.
Bei einem Durchmesser des Ständers in dem Bereich von 23 mm bis 26 mm liegt die maximale Dicke der Magnete in der radialen Richtung des Läufers vorzugsweise in dem Bereich von 0,5 mm bis 1,4 mm, der Durchmesser des Läufers in dem Bereich von 17 mm bis 22 mm und das Verhältnis der maximalen Dicke der Magnete in der radialen Richtung des Läufers zu dem Durchmesser des Läufers vorzugsweise in dem Bereich von 1:12 bis 1:50.
Bei einem Durchmesser des Ständers in dem Bereich von 26 mm bis 29 mm liegt die maximale Dicke der Magnete in der radialen Richtung des Läufers vorzugsweise in dem Bereich von 0,5 mm bis 2 mm und der Durchmesser des Läufers in dem Bereich von 18 mm bis 25 mm.
Bei einem Durchmesser des Ständers in dem Bereich von 29 mm bis 32 mm liegt die maximale Dicke der Magnete in der radialen Richtung des Läufers vorzugsweise in dem Bereich von 1 mm bis 2,5 mm und der Durchmesser des Läufers vorzugsweise in dem Bereich von 18 mm bis 30 mm.
Bei einem Durchmesser des Ständers in dem Bereich von 35 mm bis 40 mm liegt die maximale Dicke der Magnete in der radialen Richtung des Läufers vorzugsweise in dem Bereich von 2 bis 3,5 mm und der Durchmesser des Läufers vorzugsweise in dem Bereich von 24 mm bis 35 mm.
Vorzugsweise umfasst der Ständer ferner eine Bürstenkarte, die in dem Gehäuse installiert ist, Bürsten und ein EMI-Unterdrückungsbauteil, die an der Bürstenkarte montiert sind, Leitungsdrähte, die mit den Bürsten verbunden sind und die für die Verbindung mit einer Stromquelle konfiguriert sind, um dadurch Strom zu den Bürsten zu leiten, sowie eine Endkappe, die an einem Ende des Gehäuses befestigt ist und die Bürsten und das EMI-Unterdrückungsbauteil abdeckt, wobei sich die Leitungsdrähte durch das EMI-Unterdrückungsbauteil erstrecken.
Vorzugsweise umfasst der Läufer eine Welle, einen an der Welle befestigten Kommutator, einen an der Welle befestigten Läuferkern und eine auf dem Läuferkern aufgewickelte und mit dem Kommutator verbundene Wicklung.
Vorzugsweise umfasst der Kommutator mehrere Segmente, die sich mit den Bürsten in Kontakt befinden. Der Läuferkern umfasst mehrere Zähne und die Wicklung mehrere Spulen, die um die Zähne gewickelt sind, und jedes Ende jeder Spule ist jeweils mit zwei Segmenten verbunden, so dass im Betriebszustand stromführende Spulen parallelgeschaltet sind.
Vorzugsweise ist jede Spule um einen jeweiligen einzelnen Zahn des Läuferkerns gewickelt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird auch 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 dem vorstehend beschriebenen Motor entspricht.
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 zeigt ein Wicklungsdiagramm, in dem die Läuferwicklung, die Kommutatorsegmente, die Bürsten und die Magnete des Motors dargestellt sind; und
5 ist eine Schnittansicht des Motors von 2, wobei die Wicklung weggelassen wurde.
DETAILBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die 1 bis 5 beschrieben. Es versteht sich, dass das Elektrowerkzeug gemäß 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 die elektrische Handbohrmaschine 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 der Bohrmaschine wird manuell gesteuert, indem ein an einem Griff 15 des Gehäuses vorgesehener Schalter 13 gedrückt wird.
Es wird auf die 2 bis 5 Bezug genommen. 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 EMI-Unterdrückungsbauteil 38, die an der Bürstenkarte 34 montiert sind. Das Gehäuse 32 hat eine zylinderförmige Konfiguration mit einem geschlossenen Ende und einem 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 die Bürsten 36 und 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 Strom zur Wicklung zu leiten.
Der Kommutator umfasst mehrere Segmente 561–566, die sich mit den Bürsten 36 in Kontakt befinden. Der Läuferkern 54 umfasst mehrere Zähne 541–546, und die Wicklungen umfassen mehrere Spulen 581–586, die jeweils um einen betreffenden Zahn gewickelt sind. Zwei Enden jeder Spule 581–586 sind jeweils mit zwei Segmenten 561–566 verbunden. Der Ständer 30 umfasst ferner mehrere Permanentmagnete 41–44, die an einer Innenfläche des Gehäuses 21 befestigt sind und die dem Läuferkern 54 und den Spulen 581–586 gegenüberliegen.
In dieser Ausführungsform umfasst der Ständer vier Magnetpole 41–44, der Kommutator umfasst sechs Segmente 561–566, und die Wicklung umfasst sechs Spulen 581–586. Im Betriebszustand befinden sich die Bürsten 36 in Kontakt mit den Segmenten 561–566, um nacheinander die jeweiligen Gruppen von vier Spulen, die parallelgeschaltet sind, unter Strom zu setzen.
Es wird auf 5 Bezug genommen. Die Magnete 41–44 sind vorzugsweise Hochenergiemagnete wie beispielsweise hochwertige Ferritmagnete oder Seltenerdmagnete. Das Verhältnis der maximalen Dicke T der Magnete 41–44 in der radialen Richtung des Läufers zu dem Durchmesser D2 des Läufers 50 liegt in dem Bereich von 1:7 bis 1:50. Die maximale Dicke T der Magnete 41–44 in der radialen Richtung des Läufers liegt in dem Bereich von 0,5 mm bis 3,5 mm. Der Durchmesser D2 des Läufers 50 liegt in dem Bereich von 7,5 mm bis 35 mm. Der Außendurchmesser D1 des Gehäuses 32 beträgt weniger als 40 mm.
Wenn der Durchmesser D1 des Ständers 30 (d. h. der Außendurchmesser des Gehäuses 32 an einem Ort, der dem Ort des Läuferkerns entspricht) in dem Bereich von 12 mm bis 20 mm liegt, liegt die maximale Dicke T der Magnete 41–44 in der radialen Richtung des Läufers vorzugsweise in dem Bereich von 0,5 mm bis 1,4 mm, der Durchmesser D2 des Läufers in dem Bereich von 7,5 mm bis 12 mm und das Verhältnis der maximalen Dicke T der Magnete in der radialen Richtung des Läufers zu dem Durchmesser des Läufers in dem Bereich von 1:10 bis 1:50.
Wenn der Durchmesser D1 des Ständers 30 in dem Bereich von 20 mm bis 23 mm liegt, liegt die maximale Dicke T der Magnete 41–44 in der radialen Richtung des Läufers vorzugsweise in dem Bereich von 0,5 mm bis 1,4 mm und der Durchmesser D2 des Läufers in dem Bereich von 15 mm bis 19 mm und das Verhältnis der maximalen Dicke der Magnete in der radialen Richtung des Läufers zu dem Durchmesser des Läufers in dem Bereich von 1:10 bis 1:50.
Wenn der Durchmesser D1 des Ständers 30 in dem Bereich von 23 mm bis 26 mm liegt, liegt die maximale Dicke T der Magnete 41–44 in der radialen Richtung des Läufers vorzugsweise in dem Bereich von 0,5 mm bis 1,4 mm und der Durchmesser D2 des Läufers in dem Bereich von 17 mm bis 22 mm und das Verhältnis der maximalen Dicke der Magnete in der radialen Richtung des Läufers zu dem Durchmesser des Läufers in dem Bereich von 1:12 bis 1:50.
Wenn der Durchmesser D1 des Ständers 30 in dem Bereich von 26 mm bis 29 mm liegt, liegt die maximale Dicke T der Magnete 41–44 in der radialen Richtung des Läufers vorzugsweise in dem Bereich von 0,5 mm bis 2 mm und der Durchmesser D2 des Läufers in dem Bereich von 18 mm bis 25 mm.
Wenn der Durchmesser D1 des Ständers 30 in dem Bereich von 29 mm bis 32 mm liegt, liegt die maximale Dicke T der Magnete 41–44 in der radialen Richtung des Läufers vorzugsweise in dem Bereich von 1 mm bis 2,5 mm und der Durchmesser D2 des Läufers in dem Bereich von 18 mm bis 30 mm.
Wenn der Durchmesser D1 des Ständers 30 in dem Bereich von 35 mm bis 40 mm liegt, liegt die maximale Dicke T der Magnete 41–44 in der radialen Richtung des Läufers vorzugsweise in dem Bereich von 2 mm bis 3,5 mm und der Durchmesser D2 des Läufers in dem Bereich von 24 mm bis 35 mm.
Bei vorliegender Erfindung werden Hochenergiemagnete verwendet, weshalb die Dicke T der Magnete reduziert und der Durchmesser D2 des Läufers entsprechend vergrößert werden kann, wodurch die Leistungsabgabe des Motors erhöht wird. Der Ferritring 38 ist in dem Motorgehäuse 32 angeordnet und belegt keinen Raum außerhalb des Motors. Der Ständer hat vier Permanentmagnetpole. Die Leistungsdichte wird im Vergleich zu einem üblichen, nur zwei Magnete aufweisenden Motor eines Elektrowerkzeugs erhöht. Der erfindungsgemäße Motor ist speziell für Elektrowerkzeuge geeignet.
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.
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.

Claims

Permanentmagnetmotor, umfassend: einen Ständer (30) mit einem Gehäuse (32) und eine Mehrzahl von an einer Innenfläche des Gehäuses montierten Magneten (41–44); und einen Läufer (50), der in dem Ständer installiert ist, wobei ein Außendurchmesser (D1) des Gehäuses (32) weniger als 40 mm beträgt und das Verhältnis der maximalen Dicke (T) der Magnete (41–44) in der radialen Richtung des Läufers zu einem Durchmesser (D2) des Läufers (50) in dem Bereich von 1:7 bis 1:50 liegt.
Motor nach Anspruch 1, wobei der Außendurchmesser (D1) des Gehäuses größer als 26 mm ist und die maximale Dicke (T) der Magnete in der radialen Richtung des Läufers in dem Bereich von 0,5 mm bis 3,5 mm liegt.
Motor nach Anspruch 1, wobei der Außendurchmesser (D1) des Gehäuses kleiner als 26 mm ist und die maximale Dicke (T) der Magnete in der radialen Richtung des Läufers in dem Bereich von 0,5 mm bis 1,4 mm liegt.
Motor nach Anspruch 1, wobei die maximale Dicke (T) der Magnete in der radialen Richtung des Läufers in dem Bereich von 0,5 mm bis 3,5 mm und der Durchmesser (D2) des Läufers in dem Bereich von 7,5 mm bis 35 mm liegt.
Motor nach Anspruch 4, wobei der Durchmesser (D1) des Ständers in dem Bereich von 12 mm bis 20 mm, die maximale Dicke (T) der Magnete in der radialen Richtung des Läufers in dem Bereich von 0,5 mm bis 1,4 mm, der Durchmesser (D2) des Läufers in dem Bereich von 7,5 mm bis 12 mm und das Verhältnis der maximalen Dicke (T) der Magnete in der radialen Richtung des Läufers zu dem Durchmesser (D2) des Läufers in dem Bereich von 1:10 bis 1:50 liegt.
Motor nach Anspruch 4, wobei der Durchmesser (D1) des Ständers in dem Bereich von 20 mm bis 23 mm, die maximale Dicke (T) der Magnete in der radialen Richtung des Läufers in dem Bereich von 0,5 mm bis 1,4 mm, der Durchmesser (D2) des Läufers in dem Bereich von 15 mm bis 19 mm und das Verhältnis der maximalen Dicke (T) der Magnete in der radialen Richtung des Läufers zu dem Durchmesser (D2) des Läufers in dem Bereich von 1:10 bis 1:50 liegt.
Motor nach Anspruch 4, wobei der Durchmesser (D1) des Ständers in dem Bereich von 23 mm bis 26 mm, die maximale Dicke (T) der Magnete in der radialen Richtung des Läufers in dem Bereich von 0,5 mm bis 1,4 mm, der Durchmesser (D2) des Läufers in dem Bereich von 17 mm bis 22 mm und das Verhältnis der maximalen Dicke (T) der Magnete in der radialen Richtung des Läufers zu dem Durchmesser (D2) des Läufers in dem Bereich von 1:12 bis 1:50 liegt.
Motor nach Anspruch 4, wobei der Durchmesser (D1), des Ständers in dem Bereich von 26 mm bis 29 mm, die maximale Dicke (T) der Magnete in der radialen Richtung des Läufers in dem Bereich von 0,5 mm bis 2 mm und der Durchmesser (D2) des Läufers in dem Bereich von 18 mm bis 25 mm liegt.
Motor nach Anspruch 4, wobei der Durchmesser (D1) des Ständers in dem Bereich von 29 mm bis 32 mm, die maximale Dicke (T) der Magnete in der radialen Richtung des Läufers in dem Bereich von 1 mm bis 2,5 mm und der Durchmesser (D2) des Läufers in dem Bereich von 18 mm bis 30 mm liegt.
Motor nach Anspruch 4, wobei der Durchmesser (D1) des Ständers (30) in dem Bereich von 35 mm bis 40 mm, die maximale Dicke (T) der Magnete (41–44) in der radialen Richtung des Läufers (50) in dem Bereich von 2 mm bis 3,5 mm und der Durchmesser (D2) des Läufers in dem Bereich von 24 mm bis 35 mm liegt.
Motor nach Anspruch 1, wobei der Ständer (30) ferner eine in dem Gehäuse (32) installierte Bürstenkarte (34), Bürsten (36) und einen montierten Ferritring (38) die an der Bürstenkarte montiert sind, Leitungsdrähte (37), die mit den Bürsten verbunden und für die Verbindung mit einer Stromquelle zur Zuleitung von Strom zu den Bürsten konfiguriert sind, und eine Endkappe (39) umfasst, die an einem Ende des Gehäuses befestigt ist und die Bürsten und den Ferritring abdeckt, wobei sich die Leitungsdrähte durch den Ferritring erstrecken.
Motor nach Anspruch 11, wobei der Läufer (50) umfasst: eine Welle (52); einen Kommutator (56), der an der Welle befestigt ist und eine Mehrzahl von Segmenten (561–566) aufweist, die sich mit den Bürsten (36) in Kontakt befinden; einen Läuferkern (54), der an der Welle befestigt ist und eine Mehrzahl von Zähnen (541–546) aufweist; und eine Wicklung umfasst, die um die Zähne des Läuferkerns gewickelt ist und mehrere Spulen (581–586) umfasst, wobei jede Spule um einen jeweiligen einzelnen Zahn (541–546) des Läufers gewickelt ist und jedes Ende jeder Spule mit zwei Segmenten (561–566) verbunden ist, so dass im Betriebszustand stromführende Spulen parallelgeschaltet sind.
Elektrowerkzeug, umfassend ein Gehäuse (10), einen in dem Gehäuse (10) montierten Motor (20), einen in dem Gehäuse installierten Getriebezug (70) und einen Antriebskopf (90), der über den Getriebezug durch den Motor angetrieben wird, wobei der Motor ein Motor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche ist.