DE102012104568A1

DE102012104568A1 - Elektromotor

Info

Publication number: DE102012104568A1
Application number: DE201210104568
Authority: DE
Inventors: Yue Li; Mao Xiong Jiang; Jian Zhao; Zhi Jun Wang; Ya Ming Zhang; Hai Hui Xiang
Original assignee: Johnson Electric SA
Current assignee: Johnson Electric International AG
Priority date: 2011-05-26
Filing date: 2012-05-25
Publication date: 2012-11-29
Also published as: US20120299405A1; CN102801265A; CN102801265B; US8890389B2

Abstract

Ein Elektromotor hat einen Innenständer mit in Umfangsrichtung angeordneten Innenmagnetpolen, einen Außenständer mit in Umfangsrichtung angeordneten Außenmagneten und einen Läufer, der zwischen dem Innenständer und dem Außenständer drehbar angeordnet ist. Der Läufer hat eine Welle, einen an der Welle befestigten Läuferkern und eine Wicklung an dem Läuferkern. Der Läuferkern hat ein ringförmiges Joch mit einer Mehrzahl von sich nach innen erstreckenden Innenzähnen und einer Mehrzahl von sich nach außen erstreckenden Außenzähnen. Die Wicklung umfasst eine Mehrzahl von Spulen, deren jede eine Innenseite hat, die in einem entsprechenden, zwischen benachbarten Innenzähnen gebildeten Schlitz aufgenommen ist, und eine Außenseite, die in einem entsprechenden, zwischen benachbarten Außenzähnen gebildeten Schlitz aufgenommen ist.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft einen Elektromotor und insbesondere einen Elektromotor mit zwei Ständern.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Ein üblicher Bürstenmotor hat normalerweise einen Ständer und einen Läufer, der relativ zu dem Ständer schwenkbar montiert ist. Der Läufer hat einen Läuferkern mit einer Mehrzahl von sich radial erstreckenden Zähnen und eine Schleifenwicklung mit einer Mehrzahl von Spulen, die jeweils um die verschiedenen Zähne gewickelt sind. Jede Spule hat Bereiche, die benachbarte Spulen überlappen. Der Ständer hat einen oder mehrere Permanentmagnete, die den Zähnen des Läufers gegenüberliegen.
Durch die Überlappung der benachbarten Spulen hat die Wicklung des oben genannten üblichen Bürstenmotors jedoch einen langen Wickelkopf an jedem axialen Ende des Läuferkerns. Dies vergrößert die axiale Länge des Motors und reduziert das Nutzungsverhältnis der Wicklung, da der Wickelkopf nicht zu der durch den Motor erzeugten elektromotorischen Kraft beiträgt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Daher besteht der Wunsch nach einem Elektromotor, der über eine reduzierte axiale Länge und über ein größeres Nutzungsverhältnis der Wicklung verfügt.
Demzufolge wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Elektromotor angegeben, umfassend: einen Innenständer mit Innenmagnetpolen, die entlang einer Umfangsrichtung des Motors angeordnet sind; einen Außenständer mit Außenmagnetpolen, die entlang der Umfangsrichtung angeordnet sind; und einen Läufer, der zwischen dem Innen- und dem Außenständer drehbar angeordnet ist und eine Welle, einen an der Welle befestigten Läuferkern sowie eine um den Läuferkern gewickelte Wicklung umfasst; wobei der Läuferkern ein ringförmiges Joch mit einer Mehrzahl von sich nach innen erstreckenden Innenzähnen und einer Mehrzahl von sich nach außen erstreckenden Außenzähnen hat; und wobei die Wicklung eine Mehrzahl von Spulen umfasst, deren jede eine Innenseite, die in einem entsprechenden, zwischen benachbarten Innenzähnen gebildeten Schlitz aufgenommen ist, und eine Außenseite umfasst, die in einem entsprechenden, zwischen benachbarten Außenzähnen gebildeten Schlitz aufgenommen ist, wobei die Innenseiten der Spulen den Innenmagnetpolen und die Außenseiten der Spulen den Außenmagnetpolen zugewandt sind.
Vorzugsweise sind der Innenschlitz und der Außenschlitz für dieselbe Spule in der Umfangsrichtung des Jochs versetzt, um die Weite der Spule zu vergrößern.
Vorzugsweise ist die Mittellinie der Innenmagnetpole zur Mittellinie eines korrespondierenden Außenmagnetpols versetzt.
Vorzugsweise beträgt der zwischen den Mittellinien gebildete Versatzwinkel 9 Grad.
Vorzugsweise umfasst der Läufer ferner eine Halterung mit einem Befestigungsabschnitt, der an der Welle festgelegt ist, und einem Verbindungsabschnitt, der sich von dem Befestigungsabschnitt radial nach außen erstreckt, wobei der Verbindungsabschnitt an einem axialen Ende des Läuferkerns liegt und mit dem Läuferkern festgelegt ist.
Vorzugsweise umfasst der Motor ferner einen Kommutator, der an der Welle befestigt ist, und eine Mehrzahl von Bürsten, die in Gleitkontakt mit dem Kommutator angeordnet sind, wobei die Wicklung mit dem Kommutator elektrisch verbunden ist und die Bürsten an eine Stromquelle anschließbar sind.
Vorzugsweise ist die Anzahl der Bürsten gleich der Anzahl von Innenmagnetpolen.
Vorzugsweise umfasst der Motor ferner ein Gehäuse mit zwei offenen Enden und zwei Endkappen, die jeweils an den offenen Enden des Gehäuses befestigt sind, wobei der Innenständer innerhalb des Läuferkern liegt und mit einer Endkappe festgelegt ist und wobei die Außenmagnetpole des Außenständers an einer Innenfläche des Gehäuses befestigt sind.
Vorzugsweise erstreckt sich ein erstes Ende der Welle durch eine Endkappe, und ein Gebläse ist an dem ersten Ende der Welle montiert.
Vorzugsweise haben die Endkappen eine Mehrzahl von Lüftungsöffnungen, die ermöglichen, dass der Motor von dem durch das Gebläse erzeugten Luftstrom durchströmt wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nunmehr anhand eines Beispiels, 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 Dimensionen 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 zeigt einen Elektromotor gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 zeigt den Motor von 1 von einer Rückseite, wobei zur Darstellung des Motorinneren die Läuferwicklung und eine Endkappe des Motors weggelassen wurden;
3 zeigt einen Läuferkern und eine Läuferwicklung des Motors von 1, wobei zur Darstellung der Struktur des Läuferkerns eine Spule der Läuferwicklung weggelassen wurde;
4 ist eine Endansicht der Anordnung von 2;
5 zeigt den Motor von 1, wobei die Läuferwicklung, das Gehäuse und eine Endkappe des Gehäuses entfernt wurden;
6 ist eine Längsschnittansicht des Motors von 1 mit einem Gebläse.
DETAILBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die Figuren zeigen einen Elektromotor gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Motor umfasst einen Innenständer 10, einen Außenständer 30 und einen Läufer 50, der zwischen dem Innenständer 10 und dem Außenständer, 30 drehbar angeordnet ist.
Der Läufer 50 hat eine Welle 52, einen an der Welle 52 befestigten Läuferkern 54 und eine Läuferwicklung 56 an dem Läuferkern 54. Der Läuferkern 54 ist aus einem magnetischem Material hergestellt und hat ein ringförmiges Joch 542. Das Joch 542 hat eine Mehrzahl von Innenzähnen 544, die sich von dem Joch 542 nach innen erstrecken, und eine Mehrzahl von Außenzähnen 546, die sich von dem Joch 542 nach außen erstrecken. Die Läuferwicklung 56 umfasst eine Mehrzahl von Spulen, die auf das Joch 542 gewickelt sind. Jede Spule hat eine Innenseite, die einem entsprechenden, zwischen benachbarten Innenzähnen 544 gebildeten Innenschlitz 545 aufgenommen ist, und eine Außenseite, die in einem entsprechenden, zwischen benachbarten Außenzähnen 546 gebildeten Außenschlitz 547 aufgenommen ist. Der Innenschlitz 545 und der Außenschlitz 547 für die dieselbe Spule sind in der Umfangsrichtung des Jochs 542 versetzt, um die Spanne oder Weite der Spule zu vergrößern und zu ermöglichen, dass sich ein stärkerer Magnetfluss von den Ständern hindurch bewegen kann. In dieser Ausführungsform beträgt der zwischen der Linie von der Mitte des Läufers zur Mitte des Innenschlitzes 545 und der Linie von der Mitte des Läufers zur Mitte des für dieselbe Spule korrespondierenden Außenschlitzes 547 gebildete Winkel 9 Grad.
Der Motor umfasst ferner ein zylindrisches Motorgehäuse 34 mit zwei offenen Enden. Zwei Endkappen 36, 38 sind jeweils an den offenen Enden des Gehäuses 34 befestigt. Die Ständer und die Läufer sind in dem Gehäuse 34 aufgenommen. Die Welle 52 ist über Lager schwenkbar an den Endkappen 36, 38 montiert. Enden der Welle 52 erstrecken sich durch die entsprechenden Endkappen 36, 38. Ein Gebläse 90 ist an dem Ende der Welle 52 montiert, das sich durch die Endkappe 38 erstreckt. Die Endkappen 36, 38 haben eine Mehrzahl von Lüftungsöffnungen 362, 382, durch welche der durch das Gebläse 90 erzeugte Luftstrom den Motor durchströmen kann, um das Innere des Motors, einschließlich der Wicklung 56 und des Läuferkerns 54 zu kühlen.
Der Innenständer 10 umfasst eine Schicht von Innenmagneten 12, die den Innenzähnen 544 des Läufers 50 zugewandt sind, und der Außenständer 30 umfasst eine Schicht von Außenmagneten 32, die den Außenzähnen 546 des Läufers 50 zugewandt sind. Die Innenmagnete 12 bilden eine Mehrzahl von bogenförmigen Innenmagnetpolen, nämlich vier Innenmagnetpole in dieser Ausführungsform. Die Außenmagnete 32 bilden eine Mehrzahl von bogenförmigen Außenmagnetpolen, nämlich vier Außenmagnetpole in dieser Ausführungsform. Der Innenständer 10 ist hinsichtlich der Endkappe 38 festgelegt. Die Außenmagnete 32 des Außenständers 30 sind an einer Innenfläche des Motorgehäuses 34 befestigt. Da der Innenschlitz 545 und der Außenschlitz 547 für dieselbe Spule in der Umfangsrichtung des Jochs 542 versetzt sind, ist die Mittellinie (von der Mitte des Läufers zur Mitte des Magnetpols) jedes Innenmagnetpols zur Mittellinie des korrespondierenden Außenmagnetpols versetzt. In dieser Ausführungsform beträgt der Versatzwinkel θ gleich 9 Grad.
Es wird auf die 5 und 6 Bezug genommen. Der Läufer 50 umfasst einen Kommutator 60, der an der Welle 52 befestigt ist. Die Wicklung 56 ist mit dem Kommutator 60 elektrisch verbunden. Der Motor umfasst ferner eine Mehrzahl von Bürsten 70, die für einen Gleitkontakt mit dem Kommutator 60 angeordnet sind. Die Anzahl der Bürsten ist gleich der Anzahl der Innenmagnetpole 12. Der Läuferkern 54 ist über eine Halterung 80 an der Welle 52 befestigt. Insbesondere umfasst die Halterung 80 einen Befestigungsabschnitt 82, der an der Welle 52 festgelegt ist, und einen Verbindungsabschnitt 84, der sich von dem Befestigungsabschnitt 82 nach außen erstreckt. Der Verbindungsabschnitt 84 und der Läuferkern 54 haben Mehrzahl von koaxialen Befestigungsöffnungen. Ein Befestigungselement wie beispielsweise ein Bolzen 86 ist in den Befestigungsöffnungen fixiert, um dadurch den Läuferkern 54 an der Halterung 80 festzulegen, die an der der Welle 52 befestigt ist.
Bei vorliegender Erfindung hat die Wicklung 56 eine Mehrzahl von Spulen, die jeweils auf das Joch 542 gewickelt sind und deren jeweilige Innen- und Außenseiten den jeweiligen Innen- und Außenmagneten 12, 32 zugewandt sind. Dadurch hat jede Spule einen kurzen Wickelkopf, der über die axialen Endflächen des Läuferkerns 54 hervorsteht, wodurch die Nutzung der Wicklung 56 verbessert wird. Der Wickelkopf jeder Spule ist kurz, da er eine andere Spule nicht überlappt, und der Abstand zwischen dem äußeren Spulenschlitz und dem inneren Spulenschlitz quer über das Joch ist kurz. Da jeder Schlitz des Jochs außerdem nur eine Spule aufnimmt und da die einander gegenüberliegenden Seiten jeder Spule jeweils an der Innenseite oder Außenseite des Jochs liegen, können die Spulen effektiv gekühlt werden. Der Luftspalt zwischen dem Innenständer und dem Joch und der Luftspalt zwischen dem Außenständer und dem Joch schaffen zwei Luftströmungswege über dem Läufer, wodurch beide Seiten des Jochs (Innenseite und Außenseite) sowie beide Seiten der Spulen gekühlt werden.
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

Elektromotor, umfassend: einen Ständer und einen Läufer, wobei der Läufer (50) eine Welle (52), einen an der Welle befestigten Läuferkern (54) und eine Wicklung (56) umfasst, die auf den Läuferkern gewickelt ist, wobei die Wicklung eine Mehrzahl von Spulen umfasst; dadurch gekennzeichnet, dass der Ständer einen Innenständer (10) mit Innenmagnetpolen, die entlang einer Umfangsrichtung des Motors angeordnet sind, und einen Außenständer (30) mit Außenmagnetpolen, die entlang der Umfangsrichtung angeordnet sind, umfasst; dass der Läufer (50) zwischen dem Innenständer und dem Außenständer (10, 30) drehbar angeordnet ist; dass der Läuferkern (54) ein ringförmiges Joch (542) hat, das eine Mehrzahl von Innenzähnen (544), die sich nach innen erstrecken, und eine Mehrzahl von Außenzähnen (546), die sich nach außen erstrecken, aufweist; und dass jede Spule der Wicklung (56) eine Innenseite, die in einem entsprechenden, zwischen zwei benachbarten Innenzähnen (544) gebildeten Innenschlitz (545) aufgenommen ist, und eine Außenseite umfasst, die in einem entsprechenden, zwischen zwei benachbarten Außenzähnen (546) gebildeten Außenschlitz (547) aufgenommen ist, und dass die Innenseiten der Spulen den Innenmagnetpolen und die Außenseiten der Spulen den Außenmagnetpolen zugewandt sind.
Motor nach Anspruch 1, wobei der Innenschlitz (545) und der Außenschlitz (547) für dieselbe Spule in der Umfangsrichtung des Jochs (542) versetzt sind, um die Weite der Spule zu vergrößern.
Motor nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Mittellinie des Innenmagnetpols zur Mittellinie eines korrespondierenden Außenmagnetpols versetzt ist.
Motor nach Anspruch 3, wobei der zwischen den Mittellinien gebildete Versatzwinkel (θ) 9 Grad beträgt.
Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Läufer (50) ferner eine Halterung (80) umfasst, die einen an der Welle (52) festgelegten Befestigungsabschnitt (82) und einen sich von dem Befestigungsabschnitt radial nach außen erstreckenden Verbindungsabschnitt (84) umfasst, wobei der Verbindungsabschnitt an einem axialen Ende des Läuferkerns (54) liegt und mit dem Läuferkern festgelegt ist.
Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Motor ferner einen Kommutator (60), der an der Welle (52) befestigt ist, und eine Mehrzahl von Bürsten (70) umfasst, die in Gleitkontakt mit dem Kommutator angeordnet sind, wobei die Wicklung mit dem Kommutator elektrisch verbunden ist und die Bürsten an eine Stromquelle elektrisch anschließbar sind.
Motor nach Anspruch 6, wobei die Anzahl von Bürsten (70) gleich der Anzahl von Innenmagnetpolen ist.
Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Motor ferner ein Gehäuse (34) mit zwei offenen Enden und zwei Endkappen (36, 38) umfasst, die jeweils an den offenen Enden des Gehäuses befestigt sind, wobei der Innenständer (10) innerhalb des Läuferkerns (54) liegt und mit einer Endkappe (38) festgelegt ist, wobei die Außenmagnetpole des Außenständers (30) an einer Innenfläche des Gehäuses (34) befestigt sind.
Motor nach Anspruch 8, wobei sich ein erstes Ende der Welle (52) durch eine Endkappe (38) erstreckt und ein Gebläse (90) an dem ersten Ende der Welle montiert ist.
Motor nach Anspruch 9, wobei die Endkappen (36, 38) eine Mehrzahl von Lüftungsöffnungen (362, 382) haben, die ermöglichen, dass der durch das Gebläse (90) erzeugte Luftstrom den Motor durchströmt.