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Die Erfindung betrifft ein Elektromotor und einen Antrieb, insbesondere Linearaktuator, mit einem Elektromotor.
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Es ist allgemein bekannt, dass bei Elektromotoren der Stator, insbesondere die Statorwicklung, Wärme erzeugt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige Entwärmung eines Motors zu erreichen.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Elektromotor nach den in Anspruch 1 und bei dem Antrieb, insbesondere Linearaktuator, mit einem Elektromotor nach den in Anspruch 14 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem Elektromotor, mit einem Statorgehäuseteil und einem Flanschteil, in welchem ein Lager der Rotorwelle des Elektromotors aufgenommen ist, wobei zumindest in einer Ausnehmung des Statorgehäuseteils eine Heatpipe angeordnet ist, welche in eine Ausnehmung des Flanschteils, insbesondere in eine Sacklochbohrung des Flanschteils, hineinragt,
wobei das Flanschteil einen Kanal aufweist, durch den ein Kühlmedium, insbesondere eine Kühlflüssigkeit, insbesondere wie Wasser und/oder Öl, strömt,
insbesondere wobei die Sacklochbohrung vom Kanal beabstandet ist.
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Von Vorteil ist dabei, dass der Motor nicht überall eine Wasserkühlung benötigt sondern nur das Flanschteil entwärmt wird. Somit ist also nur in einem axial gering ausgedehnten Flanschteil ein Kanal für ein Kühlmedium vorgesehen, welcher kostengünstig realisierbar ist. Die Wärme des Stators wird über die Heatpipe, die axial sich entsprechend der Statorwicklung des Stators erstreckt, aufgefangen und dem durch das Kühlmedium gekühlten Flanschteil zugeführt. Vorteiligerweise ist aber nicht nur der vom Flanschteil aus axial vordere Stator sondern auch eine ans Flanschteil angeschlossene Vorrichtung kühlbar, beispielsweise eine angetriebene Vorrichtung, wie Getriebe oder Riementrieb. Das Kühlmedium ist durch einen im Flanschteil geschlossen geführten Kanal führbar. Somit entfallen weitere Dichtungsmaßnahmen.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Statorgehäuseteil ein Stranggussteil, wobei die die Heatpipe aufnehmende Ausnehmung axial durchgehend ausgeführt ist, insbesondere also in Stranggussrichtung, also in Rotorwellenachsrichtung durchgehend. Von Vorteil ist dabei, dass die Heatpipe in zur Materialeinsparung ausgeformte Ausnehmungen des Stranggussteils vorsehbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die jeweilige Heatpipe, insbesondere das Gehäuseteil der Heatpipe, aus einem weicheren Material gefertigt ist als das Flanschteil. Von Vorteil ist dabei, dass beim Verbinden des Flanschteils mit dem Statorgehäuseteil eine Berührung der Heatpipe mit dem Flanschteil erreichbar ist, indem die Heatpipe leichte Abweichungen von der exakt mittigen Ausrichtung zur Sacklochbohrung aufweist. Somit ist beim Verbinden des Flanschteils, also auch Einführen der Heatpipe in die aufnehmende Sacklochbohrung, eine Berührung ermöglicht, die als wärmeleitender Kontakt verwendbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung berührt die Heatpipe das Flanschteil oder ist mittels Wärmeleitpaste oder wärmeleitender Vergussmasse wärmeleitend mit dem Flanschteil verbunden. Von Vorteil ist dabei, dass der Wärmeübergangswiderstand zwischen Heatpipe und Flanschteil verbessert ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist in einer Ausnehmung, welche in Umfangsrichtung beabstandet ist von der die Heatpipe aufnehmenden Ausnehmung und welche denselben axialen und radialen Bereich überdeckt wie die die Heatpipe aufnehmende Ausnehmung, ein Verbindungsteil, wie Zugstange oder dergleichen, angeordnet, wobei das Verbindungsteil das Flanschteil und ein weiteres Flanschteil am Statorgehäuseteil befestigt und somit das Statorgehäuseteil und die beiden Flanschteile verbindet. Von Vorteil ist dabei, dass am Stranggussteil Material sparende Ausnehmungen vorsehbar sind, welche jeweils entweder als Aufnahme für eine Heatpipe oder alternativ für ein Verbindungsmittel verwendbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Heatpipes überdecken einen Radialabstandsbereich, der größer ist als der von dem Kanal überdeckte Radialabstandsbereich. Von Vorteil ist dabei, dass die Wärme einerseits ins Materialinnere zum Kanal strömen darf und ein kleinerer Wärmestrom nach außen zur Oberfläche des Flanschteils strömen darf.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Kanal in Umfangsrichtung nicht geschlossen ausgeführt sondern unterbrochen, wobei an den in Umfangsrichtung beziehungsweise entgegen der Umfangsrichtung gesehen angeordneten Endbereich des Kanals jeweils eine Bohrung mündet, die als Zulauföffnung oder Auslauföffnung geeignet ausgeführt ist. Von Vorteil ist dabei, dass keine weiteren Dichtungsmaßnahmen sind.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Heatpipes in Umfangsrichtung regelmäßig voneinander beabstandet. Von Vorteil ist dabei, dass eine am Umfang des Statorgehäuseteils gleichmäßig Entwärmung erreichbar ist und somit keinerlei thermisch bedingte Spannungen erzeugt werden oder dergleichen.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Kanal als Ausnehmung oder Vertiefung im Flanschteil ausgeführt und ist von einem Abdeckringteil abgedeckt, das mit dem Flanschteil stoffschlüssig verbunden ist. Von Vorteil ist dabei, dass keine Dichtung notwendig ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Zwischenring zwischen dem Abdeckringteil und der Vergussmasse der Statorwicklung angeordnet, welches elastisch gespannt ist, insbesondere gedrückt ist, und aus einem wärmeleitendem Material gefertigt ist, insbesondere aus einem Kunststoff-Keramik-Verbundteil. Von Vorteil ist dabei, dass die Wärme des Stators nicht nur über das Statorgehäuseteil und die Heatpipe sondern auch zumindest am axialen Endbereich direkt in den Zwischenring abführbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Kanal begrenzt durch das Flanschteil und das Abdeckringteil. Von Vorteil ist dabei, dass die beiden begrenzenden Teile stoffschlüssig verbindbar sind und somit weitere Dichtungselemente entfallen.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung überdeckt das im Flanschteil aufgenommene Lager der Rotorwelle einen Radialabstandsbereich, welcher kleiner ist als der vom Zwischenring überdeckte Radialabstandsbereich. Von Vorteil ist dabei, dass die vom Stator zum Flanschteil gelangende Wärme zumindest teilweise an die Oberfläche des Flanschteils strömt und dort abgeführt wird.
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Wichtige Merkmale bei dem Antrieb, insbesondere Linearaktuator, sind, dass er mit einem vorbeschriebenen Elektromotor und einer Übertragungsvorrichtung, wie Getriebe oder Riementrieb, ausgeführt ist, wobei die Übertragungsvorrichtung einen Spindeltrieb antreibt,
wobei das Flanschteil des Elektromotors mit einem Teil, insbesondere Gehäuseteil, der Übertragungsvorrichtung wärmeleitend verbunden ist,
insbesondere wobei der Spindeltrieb ein Flanschteil aufweist, das mit dem Gehäuseteil der Übertragungsvorrichtung wärmeleitend verbunden ist und einen von einem Kühlmedium durchströmt ist.
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Von Vorteil ist dabei, dass durch das Flanschteil die vom Motor angetriebene Vorrichtung kühlbar ist und somit die in der Vorrichtung befindlichen thermisch empfindlichen Teile schätzbar sind. Somit ist eine große Standzeit erreichbar.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Übertragungsvorrichtung ein aus einem Elastomer gefertigtes Teil und/oder ein Teil aus Kunststoff auf,
insbesondere wobei das Teil ein Riemen ist. Von Vorteil ist dabei, dass das Teil geschützt ist mittels der Entwärmung über das Flanschteil oder die Flanschteile.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.
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Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
In der 1 ist ein erfindungsgemäßer Elektromotor gezeigt, der ein Statorgehäuseteil 2 aufweist, welches an seinen in axialer Richtung angeordneten Endbereichen mit einem jeweiligen Flanschteil (1, 6) verbunden ist.
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In der 2 sind die Schnittebenen für die weiteren Figuren gekennzeichnet in einer Seitenansicht des Elektromotors.
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In der 3 ist ein Querschnitt durch ein Flanschteil 1 des Motors gezeigt.
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In der 4 ist ein Querschnitt durch das Statorgehäuseteil 2 des Motors gezeigt.
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In der 5 ist ein Längsschnitt durch den Bereich des Flanschteils 1 gezeigt.
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In der 6 ist eine angeschnittene Draufsicht auf den Motor dargestellt, wobei die Heatpipe 30 sichtbar ist.
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In der 7 ist ein vergrößerter Ausschnitt der 4 gezeigt.
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In der 8 ist ein Spindelmotor gezeigt, wobei ein Spindeltrieb über einen Riementrieb von einem Elektromotor angetrieben ist.
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Wie in den 1 bis 7 gezeigt, weist der erfindungsgemäße Elektromotor ein Flanschteil 1 auf, in welchem ein Lager 52 aufgenommen ist, welches die Rotorwelle 3 des Elektromotors lagert. Ein weiteres Lager ist in einem weiteren Flanschteil 6 angeordnet zur Lagerung der Rotorwelle 3.
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Die beiden Flanschteile 1 und 6 sind mit einem Statorgehäuseteil 2 verbunden, das zwischengeordnet zwischen die beiden Flanschteile (1, 6) angeordnet ist.
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Das Statorgehäuseteil 2 ist vorzugsweise aus Strangguss ausgeführt und weist Ausnehmungen auf, welche zwischen der radial inneren, zylindrisch ausgeführten Innenoberfläche und der Außenoberfläche angeordnet sind. Dabei sind die Ausnehmungen axial durchgehend und somit in axialer Richtung zu den beiden Flanschteilen (1, 6) hin geöffnet.
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Durch erste Ausnehmungen ist jeweils ein Verbindungsteil 40, insbesondere Zugstange, geführt, wobei mittels des Verbindungsteils 40 die beiden Flanschteile (1, 6) jeweils axial auf das Statorgehäuseteil 2 gedrückt werden. Somit ist das Motorgehäuse zusammengehalten.
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In zweiten Ausnehmungen ist jeweils eine Heatpipe 30 angeordnet, wobei sie mit wärmeleitender Vergussmasse 41 vergossen ist. Auf diese Weise ist die Heatpipe 30 sehr gut Wärme leitend mit dem Statorgehäuseteil 2 verbunden. Die zweiten Ausnehmungen sind vorzugsweise vollständig ausgefüllt mit der Vergussmasse 41, so dass kein von Vergussmasse 41 freier Raumbereich zwischen Heatpipe 30 und Statorgehäuseteil 2 angeordnet ist.
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Erste und zweite Ausnehmungen sind gleichartig ausgeformt und daher durch gedachte Drehbewegung um die Rotorachse miteinander in Deckung bringbar.
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Die Stranggussrichtung ist die axiale Richtung des Elektromotors. Das Statorgehäuseteil 2 ist vorzugsweise aus Aluminium gefertigt.
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Die Flanschteile 1 und 6 sind vorzugsweise aus Aluminium gefertigt. Es ist aber auch Stahl verwendbar.
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Die Heatpipe 30 ist als metallischer geschlossener Hohlkörper ausgeführt, wobei im Hohlraum ein sehr gut Wärme leitendes Medium angeordnet ist. Das Metall des Hohlkörpers ist hierbei weicher als das Material des Flanschteils 1.
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Die Heatpipe 30 ragt axial aus dem Statorgehäuseteil 2 heraus, insbesondere aus der zweiten Ausnehmung im Statorgehäuseteil 2 heraus. Der herausragende Teil der Heatpipe 30 ist in einer Bohrung des Flanschteils 1 aufgenommen. Die Bohrung ist als axial gerichtete Sacklochbohrung ausgeführt.
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In Umfangsrichtung sind mehrere solcher Heatpipes 30 angeordnet. Die jeweiligen zugehörigen Sacklochbohrungen sind auf einem größeren Radialabstand angeordnet als ein in Umfangsrichtung sich erstreckender Kanal 31, welcher im Flanschteil 1 angeordnet ist.
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Eine im Flanschteil 1 eingebrachte Zulauföffnung 4 mündet in einen in Umfangsrichtung vorgesehenen Endbereich des Kanals 31, wobei eine im Flanschteil 1 eingebrachte Auslauföffnung 5 in den anderen, in Umfangsrichtung vorgesehenen Endbereich des Kanals 31 mündet. Somit ist Kühlmedium durch die Zulauföffnung 4 zuführbar, welches den Kanal 31 in Umfangsrichtung durchströmt und am anderen Endbereich durch die Auslauföffnung 5 herausführbar ist.
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Als Kühlmedium ist beispielsweise eine Flüssigkeit, wie Öl oder Wasser, verwendbar.
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Ein erster von der Statorwicklung erzeugter Wärmestrom fließt von der Statorwicklung und der zugehörigen Vergussmasse 51 in radialer Richtung ins Statorgehäuseteil 2. Da die Heatpipe 2 als Wärmesenke wirkt, strömt der Wärmestrom direkt oder über die Vergussmasse 41 in die Heatpipe 30 und wird von dieser zum Flanschteil 1 transportiert. Dort fließt der Wärmestrom durch das Material des Flanschteils 1 in das im Kanal 31 befindliche Kühlmedium. Dieses in Umfangsrichtung bewegte Kühlmedium transportiert dann die Wärme ab, wobei es durch die Auslassöffnung 5 aus dem Flanschteil 1 herausgeführt wird.
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Der Kanal 31 ist radial innerhalb der zweiten Ausnehmungen, der Verbindungsteile 40 und/oder der Heatpipe 30 angeordnet, also auf einem Radialabstandsbereich der den von den Ausnehmungen oder von der Heatpipe 30 überdeckten Radialabstandsbereich unterschreitet. Der Kanal 31 ist radial außerhalb des Lagers 52 der Rotorwelle 3 angeordnet, also auf einem Radialabstandsbereich der den vom Lager 52 überdeckten Radialabstandsbereich übertrifft.
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Zur Abdichtung des geschmierten Lagers 52 ist axial neben dem Lager 52 ein Wellendichtring 53 im Flanschteil 1 aufgenommen, der auf der Rotorwelle 3 läuft. Somit ist das Lager 52 nach außen, also zur Umgebung hin abgedichtet ausgeführt.
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Die Statorwicklung ist mittels Vergussmasse 51 vergossen im Statorgehäuseteil 2 angeordnet, wobei die Vergussmasse 51 wärmeleitend ausgeführt ist.
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Der Kanal 31 ist als in Umfangsrichtung sich erstreckende Vertiefung im Flanschteil ausgeführt und von einem Abdeckringteil 54 abgedeckt, das im Flanschteil 1 aufgenommen ist und mit diesem stoffschlüssig verbunden ist, insbesondere klebeverbunden oder schweißverbunden ist.
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Somit ist der Kanal 31 begrenzt durch das Flanschteil 1 und durch das Abdeckringteil 54, das auch als Abschnitt des Flanschteils 1 angesehen werden kann. Das Abdeckringteil 54 ist vorzugsweise aus dem gleichen Material ausgeführt wie das Material des Flanschteils 1.
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Axial zwischen Abdeckringteil 54 und Statorwicklung und/oder Vergussmasse 51 ist ein Zwischenring 50 angeordnet, der beim Verbinden des Statorgehäuseteils 2 mit dem Flanschteil 1 elastisch vorgespannt wird, also eingedrückt wird. Dieses Abdeckringteil 54 ist aus wärmeleitendem Material ausgeführt und ermöglicht somit den Wärmestrom direkt von der Statorwicklung und/oder Vergussmasse 51 über den Zwischenring 50 ins Abdeckringteil 54. Vorzugsweise ist der Zwischenring 50 hierzu als Kunststoff-Keramik-Verbundteil ausgeführt, insbesondere also als ein Kunststoff, in welchen Keramikpartikel eingemischt sind. Durch das weiche Kunststoffmaterial ist die elastische Auslenkbarkeit ermöglicht und durch die Keramikteilchen die sehr gute Wärmeleitfähigkeit.
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Der Zwischenring 50 überdeckt einen Radialabstandsbereich, der kleiner ist als der vom Statorgehäuseteil 2 überdeckte Radialabstandsbereich.
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Die Zulauföffnung 4 und Auslauföffnung 5 sind jeweils als Bohrung ausgeführt. Somit ist das Kühlmedium geschlossen in dem Flanschteil 1 samt zugehörigem Abdeckringteil 54 geführt, so dass weitere Dichtungsmaßnahmen entbehrlich sind, insbesondere zur Statorwicklung hin. Die Heatpipe 30 berührt das Flanschteil 1 in der Sacklochbohrung, in welche sie hineinragt. Vorzugsweise ist im Berührbereich zusätzlich Wärmeleitpaste oder eine wärmeleitende Vergussmasse vorgesehen.
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Der von der Heatpipe 30 überdeckte Axialbereich überdeckt den von der Statorwicklung überdeckten Axialbereich. Somit ist eine effektive Entwärmung erreichbar.
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In dieser Schrift wird unter einem wärmeleitendem Teil verstanden, dass der Wärmeübergangswiderstand zwischen einer ersten Kontaktfläche zu einem anderen Teil hin und einer zweiten Kontaktfläche zu einem dritten Teil hin durch das Material des wärmeleitenden Teil hindurch kleiner ist als auf jedem anderen Weg von der ersten Kontaktfläche zur zweiten Kontaktfläche. Für Wärme ist also der Weg von der ersten zur zweiten Kontaktfläche durch das wärmeleitende Teil hindurch der Weg des geringsten Widerstandes.
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Somit ist mit der Erfindung eine Entwärmung des gesamten Stators ermöglicht, indem nur das Flanschteil eine Kühlung, insbesondere Wasserkühlung oder Ölkühlung, erfährt. Denn die Heatpipe 30 transportiert die Wärme vom Statorgehäuseteil 2 zu diesem Flanschteil 1. Durch die Anordnung mehrerer Heatpipes 30, die in Umfangsrichtung jeweils voneinander beabstandet sind, insbesondere regelmäßig voneinander beabstandet sind, ist eine effektive Entwärmung ermöglicht. Wasserkanäle im Statorgehäuseteil 2 sind somit vermeidbar.
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Aber auch die vom Stator axial abgewandte Seite des Flanschteils 1 ist entwärmbar. Hierzu ist die 8 als Ausführungsbeispiel dargestellt.
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In der 8 treibt der Motor einen Riementrieb an, der wiederum einen Spindeltrieb antreibt.
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Das Flanschteil 1 ist mit dem Gehäuseteil 80 des Riementriebs verbunden, so dass dieses Gehäuseteil 80 gekühlt wird, weil es aus wärmeleitendem Material gefertigt ist und somit die Wärme des Riementriebs durch das Gehäuseteil 80 zum Flanschteil 1 strömen kann.
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Der Spindeltrieb weist ebenfalls ein Gehäuseteil 84 auf, das mit einem Flanschteil 81 verbunden ist, welches wiederum eine Kühlung, insbesondere Wasserkühlung oder Ölkühlung, aufweist und mit dem Gehäuseteil 80 des Riementriebs verbunden ist. Durch den Zulauf 82 fließt das Kühlmedium in das Flanschteil 81 in einen Kühlkanal im Flanschteil 81 hinein und durch den Auslauf 82 wieder heraus. Ein Lager ist im Flanschteil 81 aufgenommen, in welchem eine Kugelrollspindel oder andersartige Spindel gelagert ist. Bei der vom Motor über den Riementrieb angetriebenen Drehbewegung wird eine Spindelmutter linear verschoben und somit eine mit dieser Spindelmutter verbundene Kolbenstange 85 linear bewegt, die aus dem Gehäuseteil 84 herausragt.
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Die Rotorwelle 3 ist drehfest mit einem Ritzel verbunden, das einen Zahnriemen des Riementriebs antreibt, welcher ein Ritzel antreibt, das mit der Spindel drehfest verbunden ist.
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Statt eines solchen Zahnriementriebs sind auch ein anderer Riementrieb ausführbar, wobei statt der Ritzel Riemenscheiben und/oder statt des Zahnriemens ein unverzahnter Riemen verwendbar ist.
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Mittels der Entwärmung des Riementriebs über die Flanschteile 1 und 81 ist die Temperatur im Riementrieb erniedrigt und somit der Riemen, welcher vorzugsweise aus einem Elastomer ausgeführt ist, thermisch entlastet. Somit ergibt sich eine erhöhte Standzeit des Riemens.
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Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Flanschteil
- 2
- Statorgehäuseteil, insbesondere aus Strangguss
- 3
- Rotorwelle
- 4
- Zulauföffnung für Kühlmedium
- 5
- Auslauföffnung für Kühlmedium
- 6
- weiteres Flanschteil
- 30
- Heatpipe
- 31
- Kanal
- 40
- Verbindungsteil, insbesondere Zugstange
- 41
- Vergussmasse
- 50
- Zwischenring, elastisch vorgespannt
- 51
- Vergussmasse für die Statorwicklung
- 52
- Lager
- 53
- Wellendichtring
- 54
- Abdeckringteil
- 80
- Gehäuseteil für Riementrieb
- 81
- Flanschteil des Spindeltriebs
- 82
- Zulauf
- 83
- Auslauf
- 84
- Statorgehäuseteil, insbesondere aus Strangguss
