DE102012107610A1

DE102012107610A1 - Elektromotor

Info

Publication number: DE102012107610A1
Application number: DE102012107610A
Authority: DE
Inventors: Jian Zhao; Yue Li; Mao Xiong Jiang; Chui You ZHOU; Yong Wang; Ya Ming Zhang
Original assignee: Johnson Electric SA
Current assignee: Johnson Electric International AG
Priority date: 2011-08-22
Filing date: 2012-08-20
Publication date: 2013-02-28
Also published as: JP6125779B2; JP2013046568A; CN102957237A; CN102957237B; US9343934B2; US20130049493A1

Abstract

Ein Elektromotor hat einen gewickelten Ständer und einen Permanentmagnetläufer. Der Läufer hat eine Welle, eine an der Welle befestigte Nabe, eine Mehrzahl von Läuferkernsegmenten und Magneten, die rund um die Nabe befestigt sind. Das Läuferkernsegment hat mindestens zwei Läuferblöcke, die sich von seinem innersten Bereich nach innen erstrecken. Die Nabe hat eine Mehrzahl von Nabenblöcken, die sich von ihrer Außenfläche in gleichen Abständen nach außen erstrecken. Die Läuferblöcke jedes Läuferkernsegments greifen mit mindestens einem Nabenblock ineinander, um das Läuferkernsegment an der Nabe festzulegen. Die Anzahl von Läuferblöcken ist größer als die Anzahl von Nabenblöcken.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Elektromotoren und insbesondere einen Permanentmagnetläufer für einen Elektromotor.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Normalerweise hat ein bürstenloser Permanentmagnet-Gleichstrommotor (PM BLCD-Motor) einen Ständer und einen Läufer. Der Läufer hat eine Mehrzahl von Permanentmagneten, die an dem Läufer montiert sind. Der Ständer hat einen Ständerkern mit Wicklungen, die an dem Ständerkern ausgeführt sind. Die Wicklungen erzeugen ein Magnetfeld, das mit den Permanentmagneten interagiert, um den Läufer zu drehen. Der Läufer kann eine Konstruktion aufweisen, die in der US-Patentveröffentlichung Nr. US 2010-0181880A1 der Anmelderin beschrieben ist. Der Läufer hat eine Anzahl von Läufersegmenten. Jedes Läufersegment hat ein schwalbenschwanzförmiges Ende das in einen schwalbenschwanzförmigen Schlitz eingreift, der in einer an der Welle befestigten Nabe gebildet ist. Es wurde jedoch festgestellt, dass die Belastungskonzentration an den Kanten der schwalbenschwanzförmigen Schlitze relativ hoch ist, was zu Fehlfunktionen des Läufers und zu einem Ausfall des Motors führen kann.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Aus diesem Grund wird ein Läufer vorstehend beschriebener Konstruktion mit einer geringeren Beanspruchung der Verbindung zwischen der Nabe und den Läufersegmenten gewünscht.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Läufer für einen Elektromotor angegeben, umfassend: eine Welle; eine Nabe, die an der Welle befestigt ist und eine Mehrzahl von Nabenblöcken umfasst, die sich von deren Außenfläche in gleichen Abständen nach außen erstrecken; eine Mehrzahl von Läuferkernsegmenten, die an der Nabe befestigt sind; und eine Mehrzahl von Magneten, die zwischen jeweiligen benachbarten Läuferkernsegmenten befestigt sind, wobei jedes Läuferkernsegment mindestens zwei Läuferblöcke umfasst, die sich von dessen radial innersten Position radial nach innen erstrecken, wobei die Läuferblöcke jedes Läuferkernsegments mit wenigstens einem Nabenblock ineinandergreifen, um das Läuferkernsegment an der Nabe festzulegen, wobei die Anzahl von Läuferblöcken größer ist als die Anzahl von Nabenblöcken.
Vorzugsweise umfasst jedes Läuferkernsegment zwei Läuferblöcke, die in Umfangsrichtung der Welle voneinander beabstandet sind und dazwischen einen Raum bilden, wobei der Nabenblock in dem Raum zwischen den beiden Läuferblöcken formschlüssig festgelegt ist.
Vorzugsweise ist jeder zwischen den beiden Läuferblöcken der Kernsegmente gebildete Raum schwalbenschwanzförmig, und die Nabenblöcke haben eine korrespondierende Schwalbenschwanzform.
Vorzugsweise befinden sich die beiden Läuferblöcke jedes Läuferkernsegments in Kontakt mit jeweiligen benachbarten Magneten.
Vorzugsweise ist die Nabe durch ein Insert Molding-Verfahren an der Welle und an den Läuferkernsegmenten befestigt.
Vorzugsweise umfasst jedes Läuferkernsegment zwei Zungen, die jeweils an den einander in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Seiten dessen radial äußersten Bereichs gebildet sind und sich in Umfangsrichtung des Läufers erstrecken, wobei sich das radial innere Ende jedes Magnets mit der radial äußeren Fläche der Nabe und das radial äußere Ende jedes Magnets mit den Zungen von zwei benachbarten Läuferkernsegmenten in Kontakt befindet.
Vorzugsweise ist der radiale Querschnitt jedes Magnets im Wesentlichen trapezförmig, und die Dicke jedes Magnets in der Umfangsrichtung der Welle nimmt von seinem radial inneren Ende zu seinem radial äußeren Ende zu.
Vorzugsweise liegt das radial innerste Ende jedes Magnets näher an der Welle als das radial innerste Ende jedes Läuferkernsegments.
Vorzugsweise sind zwei Abdeckungen an den jeweiligen axialen Enden der Läuferkernsegmente angeordnet.
Vorzugsweise ist die Nabe aus einem Material mit einem relativ hohen Magnetwiderstand gebildet.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Elektromotor angegeben, umfassend: einen Ständer mit einem Ständerkern, der eine Mehrzahl von Zähnen und Wicklungen an den Zähnen aufweist; und einen in dem Ständer installierten Läufer, wobei der Läufer eine Welle, eine an der Welle befestigte Nabe, eine Mehrzahl von Läuferkernsegmenten und um rund um die Nabe alternierend befestigte Magnete umfasst; wobei jedes Läuferkernsegment mindestens zwei Läuferblöcke umfasst, die sich von dessen innerstem Bereich radial nach innen erstrecken, wobei die Nabe eine Mehrzahl von Nabenblöcken umfasst, die sich von deren Außenfläche in gleichen Abständen nach außen erstrecken, wobei die Läuferblöcke jedes Läuferkernsegments mit mindestens einem Nabenblock in Eingriff stehan, um die Läuferkernsegmente an der Nabe festzulegen; und wobei die Anzahl von Läuferblöcken größer ist als die Anzahl von Nabenblöcken.
Vorzugsweise hat der Ständer zwölf Zähne und der Läufer zehn Läuferkernsegmente.
Vorzugsweise umfasst jedes Läuferkernsegment zwei Läuferblöcke, die in der Umfangsrichtung der Welle voneinander beabstandet sind und dazwischen einen Raum bilden, wobei der Nabenblock in dem Raum zwischen den beiden Rotorblöcken formschlüssig festgelegt ist.
Vorzugsweise sind die zwischen den beiden Läuferblöcken des Kernsegments gebildeten jeweiligen Räume schwalbenschwanzförmig, und die Nabenblöcke haben eine korrespondierende Schwalbenschwanzform.
Vorzugsweise befinden sich die beiden Läuferblöcke jedes Läuferkernsegments in Kontakt mit jeweiligen benachbarten Magneten.
Vorzugsweise ist die Nabe durch ein Insert Molding-Verfahren an der Welle und an den Läuferkernsegmenten befestigt.
Vorzugsweise umfasst jedes Läuferkernsegment zwei Zungen, die jeweils an den einander in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Seiten dessen radial äußersten Bereichs gebildet sind und sich in Umfangsrichtung des Läufers erstrecken; wobei sich das radial innere Ende jedes Magnets mit der radial äußeren Fläche der Nabe und das radial äußere Ende jedes Magnets mit den Zungen von zwei benachbarten Läuferkernsegmenten in Kontakt befindet.
Vorzugsweise ist der radiale Querschnitt jedes Magnets im Wesentlichen trapezförmig, und die Dicke jedes Magnets in der Umfangsrichtung der Welle nimmt von seinem radial inneren Ende zu seinem radial äußeren Ende zu.
Vorzugsweise liegt das radial innerste Ende jedes Magnets näher an der Welle als das radial innerste Ende jedes Läuferkernsegments.
Vorzugsweise sind zwei Abdeckungen an den jeweiligen axialen Enden der Läuferkernsegmente angeordnet.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nunmehr anhand eines Beispiels erläutert, 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 ist eine Ansicht eines Elektromotors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei der Motor einen Ständerkern, Wicklungen, zwei Endkappen und einen Läufer umfasst;
2 zeigt den Motor von 1, wobei die Endkappe und die Motorwicklungen entfernt wurden;
3 zeigt einen Läufer des Motors von 1, wobei der Läufer zwei Abdeckungen aufweist;
4 ist eine Endansicht des Läufers von 3, wobei die Abdeckungen entfernt wurden; und
5 ist eine vergrößerte Endansicht eines Bereichs des Läufers von 4.
DETAILBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Es wird auf die 1 und 2 Bezug genommen, in denen ein Elektromotor 1 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen Ständer 10 und einen in dem Ständer 10 drehbar angeordneten Läufer 20 aufweist. Der Ständer 10 hat einen Ständerkern 11, Wicklungen (nicht dargestellt), die um den Ständerkern 11 herumgeführt sind, und zwei Endkappen 16 und 18, die an jeweiligen axialen Enden des Ständerkerns 11 angeordnet sind. Der Ständerkern 10 besteht allgemein aus einer Anzahl von Lamellen, die geschichtet sind. Der Kern umfasst ein im Wesentlichen quadratisches Joch 13 und eine Anzahl von vorspringenden Zähnen 12 (zwölf in der vorliegenden Ausführungsform), die sich von dem Joch 13 nach innen erstrecken. Die Wicklungen haben Spulen, die um die Zähne gewickelt sind, vorzugsweise eine Spule pro Zahn und ein Zahn pro Spule – als konzentrierte Wicklung bekannt. Die Endkappen 16, 18 und der Ständerkern 11 definieren eine Anzahl von Öffnungen (Löcher) 17 in ihrem Randbereich, die sich in einer zur Drehachse des Motors 1 im Wesentlichen parallelen Richtung durch sie/ihn hindurch erstrecken. Schrauben (nicht dargestellt) legen die Endkappen 16, 18 an dem Ständerkern 11 fest, indem sie durch die Öffnungen 17 hindurchgeführt sind.
Es wird auf die 3 bis 5 Bezug genommen. Der Läufer 20 der bevorzugten Ausführungsform hat eine Welle 21, eine im Wesentlichen polygonale Nabe 27, die koaxial an der Welle 21 befestigt ist, und zehn Läuferkernsegmente 24 und zehn Permanentmagnete 26, die rund um die Nabe 27 alternierend angeordnet sind. Die Nabe 27 umfasst eine Anzahl von Nabenblöcken 29, die sich von der Außenfläche der Nabe in gleichen Abständen nach außen erstrecken. Jedes Läuferkernsegment 24 umfasst mindestens zwei Läuferblöcke 28, die sich von dessen innersten Bereich nach innen erstrecken. Der Nabenblock 29 und der Raum zwischen den benachbarten Läuferblöcken 28 desselben Läuferkernsegments sind beide im Wesentlichen schwalbenschwanz- oder keilförmig. Selbstverständlich können die Nabenblöcke 29 und die Zwischenräume auch eine andere Form haben und beispielsweise kreisförmig sein, wenn dies gewünscht wird. Die Läuferblöcke 28 jedes Läuferkernsegments 24 befinden sich im Eingriff mit mindestens einem Nabenblock 29. In der bevorzugten Ausführungsform stehen zwei Läuferblöcke 28 mit einem Nabenblock 29 in Eingriff, um das Läuferkernsegment 24 an der Nabe 27 festzulegen. Die Läuferkernsegmente 24 sind derart angeordnet, dass sie sich radial erstreckende Schlitze 25 definieren, die rund um die Welle 21 voneinander beabstandet sind. Die Magnete 26 sind im Wesentlichen in der Umfangsrichtung der Welle 21 polarisiert und sind in entsprechenden Schlitzen 25 aufgenommen und gehalten, wobei jeder Läuferblock 28 sich mit einem benachbarten Magnet 26 in Kontakt befindet. Die Läuferkernsegmente 24 konzentrieren den durch die benachbarten Magnete 26 erzeugten Magnetfluss. Diese Struktur des Magnetkreises erhöht das Ausgangsdrehmoment des Motors.
In der vorliegenden Ausführungsform sind benachbarte Läuferkernsegmente 24 voneinander getrennt, wobei die Läuferkernsegmente 24 und die Magnete 26 durch die Nabe 27 radial von der Welle 21 beabstandet sind. Die Nabe hat einen hohen Magnetwiderstand, wodurch der Fluss des Magnetflusses zu der Welle 21 reduziert wird. Dadurch wird die magnetische Kraftlinienstreuung minimiert, und es können Magnete 26 aus Ferrit verwendet werden. Es wurde festgestellt, dass verglichen mit der Konstruktion, die in dem Dokument US2012-0181880A1 beschrieben ist, die Belastungskonzentration an den Nabenblöcken relativ gering ist, was zu einer längeren Lebensdauer des Läufers 20 führt.
Vorzugsweise weist der Läufer 20, wie in 3 gezeigt, ferner ein Paar von Abdeckungen 22, 23 auf, die an den jeweiligen axialen Enden der Läuferkernsegmente 22 angeordnet sind, um die magnetische Kraftlinienstreuung zu minimieren. Die Nabe 27 und die beiden Abdeckungen 22, 23 können durch ein Spritzgussverfahren an der Welle 21 befestigt werden.
Vorzugsweise ist der radiale Querschnitt des Magnets 26, wie in 4 gezeigt, im Wesentlichen trapezförmig, und die in der Umfangsrichtung der Welle 21 gemessene Dicke des Magnets 26 nimmt von seinem radial inneren Ende zu seinem radial äußeren Ende zu. Es wurde festgestellt, dass diese Struktur des Magnets 26 das Ausgangsdrehmoment des Motors erhöhen kann.
Vorzugsweise sind zwei Zungen 30, wie in 5 gezeigt, jeweils an den einander gegenüberliegenden Seiten des radial äußersten Bereichs jedes Läuferkernsegments 24 gebildet und erstrecken sich in der Umfangsrichtung der Läufers 20. Das radial innere Ende des Magnets 26 befindet sich in Kontakt mit der Außenfläche der Nabe 21 zwischen benachbarten Läuferblöcken 28, während das radial äußere Ende des Magnets 26 an die Zungen 30 anstößt. Die Zungen 30 unterstützen die Halterung der Magnete und verhindern eine Bewegung der Magnete 26 in einer Richtung radial nach außen.
Vorzugsweise liegt das radial innerste Ende der Magnete 26, wie in 5 gezeigt, näher an der Welle 21 als das radial innerste Ende der Läuferkernsegmente 24. Dadurch kann der Magnetfluss nicht ohne weiteres zwischen innersten Enden von benachbarten Läuferkernsegmenten 24 passieren, weshalb die magnetische Kraftlinienstreuung minimiert wird.
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.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2010-0181880 A1 [0002]
US 2012-0181880 A1 [0032]

Claims

Läufer für einen Elektromotor, umfassend: eine Welle (21); eine Nabe (27), die an der Welle befestigt ist und eine Mehrzahl von Nabenblöcken (29) umfasst, die sich von deren Außenfläche in gleichen Abständen nach außen erstrecken; eine Mehrzahl von Läuferkernsegmenten (24), die an der Nabe befestigt sind; und eine Mehrzahl von Magneten (26), die zwischen jeweiligen benachbarten Läuferkernsegmenten befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Läuferkernsegment (24) mindestens zwei Läuferkernblöcke (28) umfasst, die sich von dessen radial innersten Bereich nach innen erstrecken, wobei sich die Läuferblöcke jedes Läuferkernsegments mit mindestens einem Nabenblock (29) im Eingriff befinden um das Läuferkernsegment an der Nabe festzulegen, und wobei die Anzahl von Läuferblöcken (28) größer als die Anzahl von Nabenblöcken (29) ist.
Läufer nach Anspruch 1, wobei jedes Läuferkernsegment (24) zwei Läuferblöcke (28) umfasst, die in der Umfangsrichtung der Welle voneinander beabstandet sind und dazwischen einen Raum bilden, wobei der Nabenblock (29) in dem Raum formschlüssig festgelegt ist.
Läufer nach Anspruch 2, wobei sich die beiden Läuferblöcke (28) jedes Läuferkernsegments (24) mit jeweiligen benachbarten Magneten (26) in Kontakt befinden.
Läufer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei jedes Läuferkernsegment (24) zwei Zungen (30) aufweist, die jeweils an in Umfangsrichtung einander gegenüberliegenden Seiten dessen radial äußersten Bereichs gebildet sind und sich in Umfangsrichtung des Läufers erstrecken, wobei sich das radial innere Ende jedes Magnets (26) mit der radial äußeren Fläche der Nabe (27) und das radial äußere Ende jedes Magnets mit den Zungen (30) von zwei benachbarten Läuferkernsegmenten (24) in Kontakt befindet.
Läufer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der radiale Querschnitt jedes Magnets (26) im Wesentlichen trapezförmig ist und die Dicke jedes Magnets (26) in der Umfangsrichtung der Welle von dessen radial inneren Ende zu dessen radial äußeren Ende zunimmt.
Läufer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das radial innerste Ende jedes Magnets (26) näher an der Welle (21) liegt als das radial innerste Ende der Läuferkernsegmente (24).
Läufer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner umfassend zwei Abdeckungen (22, 23), die an den jeweiligen axialen Enden der Läuferkernsegmente (24) angeordnet sind.
Läufer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Nabe (27) aus einem Material mit einem relativ hohen Magnetwiderstand gebildet ist.
Elektromotor, umfassend: einen Ständer (10) mit einem gewickelten Ständerkern (11) und einen Läufer (20), der in dem Ständer installiert ist, wobei der Läufer ein Läufer wie in einem der Ansprüche 1 bis 8 definiert ist.
Motor nach Anspruch 9, wobei der Ständerkern (11) zwölf Zähne (12) und der Läufer (20) zehn Läuferkernsegmente (24) umfasst.