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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft bürstenlose Motoren und insbesondere einen bürstenlosen Motor mit Außenrotor.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Es gibt einen Typ eines bürstenlosen Motors, der einen Stator und einen Außenrotor hat. Der Außenrotor hat einen ringförmigen Rotorkern, eine an einer Außenfläche des Rotorkerns befestigte Endplatte und eine Welle, die an der Mitte der Endplatte befestigt ist. Das Zusammensetzen eines bürstenlosen Motors dieses Typs erfordert eine große Anzahl von Schritten. Außerdem ist die Leistungsdichte des Motors bedingt durch seine Bauform relativ gering.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Aus diesem Grund wird ein bürstenloser Motor mit einem verbesserten Außenrotor gewünscht.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Außenrotor für einen bürstenlosen Motor angegeben, umfassend: eine Endplatte; eine Welle, die an einer Drehmitte der Endplatte befestigt ist; einen ringförmigen Rotorkern, von dem ein Ende mit der Endplatte verbunden ist; und eine Vielzahl von Verbindungsstäben, die sich in einer axialen Richtung des Rotorkerns erstrecken, wobei jeder Verbindungsstab ein an dem Rotorkern befestigtes erstes Ende und ein an der Endplatte befestigtes zweites Ende hat.
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Vorzugsweise springen die zweiten Enden der Verbindungsstäbe von dem Rotorkern heraus, und die Endplatte ist an den zweiten Enden der Verbindungsstäbe und an der Welle durch Umspritzen festgelegt.
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Vorzugsweise umfassen die zweiten Enden der Verbindungsstäbe Arretierungskonstruktionen zum Verstärken der Verbindung zwischen den Verbindungsstäben und der Endplatte.
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Vorzugsweise umfasst der Außenrotor ferner eine Vielzahl von Permanentmagneten, die an einer Innenfläche des Rotorkerns befestigt und in einer Umfangsrichtung des Rotors verteilt sind.
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Vorzugsweise umfasst die Endplatte eine Basisplatte, eine Seitenwand und eine Vielzahl von Gebläseflügeln, die die Basisplatte und die Seitenwand verbinden und die mit der Basisplatte und der Seitenwand integral gebildet sind, wobei die Gebläseflügel die Welle umgeben und wobei zwischen den benacharten Gebläseflügeln Öffnungen für den Durchtritt eines Luftstroms gebildet sind, der durch die Drehung der Gebläseflügel erzeugt wird.
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Vorzugsweise ist der Rotorkern durch Aufeinanderschichten einer Vielzahl von Kernlamellen in einer axialen Richtung des Rotors gebildet, wobei jede Kernlamelle vorgeformte Verbindungsöffnungen hat, wobei sich die Verbindungsstäbe durch die Verbindungsöffnungen des Rotorkerns erstrecken, wobei erste Enden der Verbindungsstäbe Stabköpfe aufweisen und zweite Enden der Verbindungsstäbe aus dem Rotorkern herausragen.
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Vorzugsweise befinden sich die Stabköpfe im Eingriff mit einem Verstärkungsring, der an einem von der Endplatte entfernten axialen Ende des Rotors angeordnet ist.
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Vorzugsweise ist ein Außendurchmesser der Endplatte kleiner als oder gleich einem Außendurchmesser des Rotorkerns.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein bürstenloser Motor mit einem Stator und dem vorstehend beschriebenen Außenrotor bereitgestellt. Der Stator hat eine Basis und einen an der Basis befestigten Statorkern. Die Basis hat ein Lager zum Stützen der Welle. Der Statorkern ist zumindest teilweise von dem Rotorkern umschlossen.
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Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Außenrotors für einen bürstenlosen Motor vorgeschlagen, umfassend: Bereitstellen eines Rotorkerns mit einer Vielzahl von Verbindungsstäben, wobei erste Enden der Verbindungsstäbe mit dem Rotorkern verbunden werden und wobei zweite Enden der Verbindungsstäbe in einer axialen Richtung des Rotorkerns aus dem Rotorkern herausragen; Anordnen einer Welle und des Rotorkerns mit den Verbindungsstäben in einer Form, wobei die Welle an einer Drehmitte des Rotorkerns liegt; und Spritzgießen einer Endplatte und Festlegen der Endplatte, der zweiten Enden der Verbindungsstäbe und der Welle aneinander durch Umspritzen.
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Vorzugsweise wird nach den Spritzgießen der Endplatte eine Anzahl von Permanentmagneten an einer Innenfläche des Rotorkerns befestigt.
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Vorzugsweise umfasst das Verfahren während des Spritzgießens der Endplatte ferner den Schritt Ausbilden der Endplatte mit einer Basisplatte, einer ringförmigen Seitenwand und einer Vielzahl von Gebläseflügeln, die die Basisplatte und die Seitenwand verbinden, und mit Öffnungen zwischen den Gebläseflügeln für den Durchtritt eines Luftstroms.
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Im Hinblick auf die vorstehenden Ausführungen wird die feste Verbindung zwischen der Endplatte und dem Rotorkern durch die Verwendung der Verbindungsstäbe realisiert. Aus diesem Grund ist es nicht notwendig, dass die Endplatte die Außenfläche des Rotorkerns umhüllt, wodurch der Außendurchmesser der Motorendplatte verringert wird. Außerdem wird durch das Spritzformen der Endplatte die Anzahl von Montageschritten für die Herstellung des Motors reduziert, wodurch die Montageleistung verbessert wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nunmehr anhand eines Beispiels beschrieben, wobei auf die anliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird. Identische Strukturen, Elemente oder Teile, die in mehr als einer Zeichnungsfigur erscheinen, sind in sämtlichen Figuren, in denen sie erscheinen, grundsätzlich identisch gekennzeichnet. Die Dimensionen von Komponenten und Merkmalen sind im Hinblick auf eine übersichtliche Darstellung gewählt und sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu dargestellt. Die Figuren sind nachstehend aufgelistet.
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1 zeigt einen bürstenlosen Motor gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 zeigt einen Stator des bürstenlosen Motors von 1;
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3 zeigt eine Basis des Stators von 2;
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4 zeigt einen Außenrotor des bürstenlosen Motors von 1;
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5 ist eine Schnittansicht des Außenrotors von 4;
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6 zeigt eine Endplatte des Außenrotors von 4; und
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7 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung der beteiligten Schritte bei der Herstellung des Außenrotors von 4.
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DETAILBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Ein bürstenloser Motor mit einem Außenrotor wie in 1 gezeigt hat einen Stator 20 und einen Außenrotor 30. Der Außenrotor 30 ist um den Stator 20 drehbar montiert. Der Außenrotor hat eine Welle 31, die sich entlang einer Mittelachse des Stators 20 durch den Stator 20 erstreckt.
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Es wird auf die 2 und 3 Bezug genommen. Der Stator 20 umfasst eine Basis 21, einen Statorkern 26, der an der Basis 21 befestigt ist, und eine Statorwicklung 28, die um Zähne 27 des Statorkerns herumgeführt ist. Eine Platine 29 ist an der Basis 21 oder an einem Wicklungsträger des Statorkerns 26 montiert. Die Basis 21 umfasst eine Hohlhülse 22 und einen Befestigungsblock 23, der an einem Ende der Hülse 22 angeordnet ist. Der Befestigungsblock 23 hat drei Befestigungsarme, die sich radial nach außen erstrecken. Eine Befestigungsöffnung 24 ist an einem äußeren Ende jedes Befestigungsarms gebildet, so dass der Stator durch die Verwendung von Befestigungselementen wie Schrauben oder Bolzen, die durch die Befestigungsöffnungen 44 hindurchgesteckt werden, in gewünschten Positionen fest montiert werden kann. In der Hülse 22 kann ein Lager für die drehbare Lagerung der Welle 31 montiert sein. Wahlweise kann die Hülse als Lager in Form einer Buchse für die direkte Lagerung der Welle ausgebildet sein.
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Es wird auf die 4 und 5 Bezug genommen. Der Rotor 30 hat einen ringförmigen Rotorkern 63, eine Endplatte 40, die an einem Ende des Rotorkerns 32 befestigt ist, die an der Drehmitte der Endplatte 40 befestigte Welle 31 und Permanentmagnete 50, die an einer Innenfläche des Rotorkerns 32 montiert sind. Die Permanentmagnete 50 und die Zähne 27 des Statorkerns 26 liegen einander über einen schmalen Luftspalt gegenüber. Der Rotorkern 32 ist durch eine Vielzahl von Kernlamellen gebildet, die in der axialen Richtung des Rotors aufeinandergeschichtet sind. Verbindungsstäbe 33, die sich in der axialen Richtung erstrecken, sind in die Verbindungsöffnungen eingesetzt, die in den Kernlamellen gebildet sind, um die Kernlamellen aneinander festzulegen. Ein erstes Ende 34 jedes Verbindungsstabs 33 (von der Endplatte 40 entfernt) hat einen Stabkopf, der verhindert, dass sich die Kernlamellen von dem Verbindungsstab lösen. Das andere oder zweite Ende jedes Verbindungsstabs springt von dem Rotorkern 32 vor und ist an der Endplatte 40 befestigt. Eine Wanddicke des Rotorkerns 32 in der radialen Richtung ist größer als ein Außendurchmesser jedes Verbindungsstabs 32. In dieser Ausführungsform ist ein Verstärkungsring 37 an dem von der Endplatte 40 entfernten Ende des Rotorkerns 32 angeordnet und befindet sich im Eingriff mit dem Stabkopf. Es versteht sich, dass der Verstärkungsring 37 in einer anderen Ausführungsform entfallen kann.
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Vorzugsweise umfasst der Rotorkern 32 eine Vielzahl von Rippen 38 an einer Außenfläche des Rotorkerns 32, um den Wärmeableitungsbereich des Rotorkerns 32 zu vergrößern. Außerdem ist eine Vielzahl von Positionierungsebenen 39 an der Außenfläche des Rotorkerns 32 angeordnet. Die Positionierungsebenen werden zu Positionierungszwecken verwendet für den Eingriff mit Schienen einer Form, wenn die Endplatte 40 durch Umspritzen hergestellt wird.
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Es wird auf 5 Bezug genommen. Die zweiten Enden 35 der Verbindungsstäbe 33 ragen aus dem Rotorkern 32 heraus und sind in die Endplatte 40 eingefügt. In dieser Ausführungsform ist die Endplatte 40 an den zweiten Enden der Verbindungsstäbe 33 und an dem Ende des Rotorkerns 32 durch Umspritzen der Endplatte festgelegt. Ein Außendurchmesser der Endplatte 40 ist kleiner als oder gleich dem Außendurchmesser des Rotorkerns 32 (hier bezieht sich der Außendurchmesser des Rotorkerns auf den größten Außendurchmesser des Rotorkerns). Vorzugsweise schließt eine Außenumfangsfläche der Endplatte 40 im Wesentlichen bündig mit der Außenfläche des Rotorkerns 32 ab oder ist bezüglich der Außenfläche des Rotorkerns 32 (d.h. einer Fläche, von der sich Rippen erstrecken, oder einer Umfangsfläche, an der sich die Positionierungsebenen 39 befinden) leicht vertieft.
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Vorzugsweise haben die zweiten Enden 35 der Verbindungsstäbe 33 eine Arretierungskonstruktion 36 wie beispielsweise einen Vorsprung und/oder eine Vertiefung, um die Verbindung zwischen dem Verbindungsstab 33 und der Endplatte 40 zu verstärken. Bei dieser Ausführungsform ist in dem zweiten Ende des Verbindungsstabs 33 eine Ausnehmung oder Nut 36 gebildet, die eine Verriegelungsnut für die Verstärkung der Verbindung zwischen dem Verbindungsstab 33 und der Endplatte 40 bildet. Bei einer alternativen Ausführungsform ist in der Vertiefung ein Bund montiert, um die Verbindung zwischen dem Verbindungsstab 33 und der Endplatte 40 zu verstärken.
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Bei einem üblichen Motor mit Außenrotor ist die Endplatte des Außenrotors an dem Rotorkern montiert, wobei die Endplatte die Außenfläche des Rotorkerns umhüllt. Das heißt, der Außendurchmesser der Endplatte ist bedeutend größer als der Außendurchmesser des Außenrotorkerns. In dieser Ausführungsform ist der Außendurchmesser der Endplatte 40 kleiner als oder gleich dem Außendurchmesser des Rotorkerns 32. Aus diesem Grund kann der Rotorkern bei gleichem Außendurchmesser des Motors über einen größeren Außendurchmesser verfügen, um die Leistung des Motors zu vergrößern.
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Es versteht sich, dass der Rotorkern 32 nicht vom Lamellentyp sein muss. Zum Beispiel kann der Rotorkern 32 ein zylinderförmiger Kern sein, der aus magnetischem Material hergestellt ist, wobei an einem Ende des zylinderförmigen Kerns Verbindungsöffnungen gebildet sind. Erste Enden der Verbindungsstäbe 33 sind als Presspassung in den Verbindungsöffnungen montiert, und zweite Ende der Verbindungsstäbe 33 erstrecken sich in der axialen Richtung des Rotors aus den Verbindungsöffnungen heraus und sind an der Endplatte festgelegt. Es versteht sich, dass die Verbindungsstäbe 33 auch an einem Ende des zylinderförmigen Kerns angeformt sein können.
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Es wird auf 6 Bezug genommen. Die Endplatte 40 hat eine runde Basisplatte 41 und eine ringförmige Seitenwand 42, die sich von einer Außenkante der Basisplatte 41 erstreckt. Eine Vielzahl von Öffnungen 44 ist an der Verbindungsstelle zwischen der Basisplatte 41 und der Seitenwand 42 gebildet. Gebläseflügel 43 sind an jeder Öffnung angeformt. Vorzugsweise sind die Öffnungen 44 in einer Umfangsrichtung der Basisplatte 41 gleichmäßig verteilt, wobei die Gebläseflügel 43 die Welle 31 umgeben. Ein erstes Ende der Seitenwand 42 der Endplatte 40 ist an dem Rotorkern 32 befestigt, durch Einlassen des zweiten Endes 35 der Verbindungsstäbe 33 in die Seitenwand 42. Ein zweites Ende der Seitenwand 42 ist mit der Basisplatte 41 verbunden, und die Basisplatte 41 ist mit der Welle 31 fest verbunden. Die Basisplatte 41, die Seitenwand 42 und die Gebläseflügel 43 sind an dem Ende des Rotorkerns 32 und der Welle 31 durch Umspritzen aus dem gleichen Material in einem Stück ausgebildet.
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Der Stator stützt die Welle 31 drehbar durch ein oder mehrere Lager, die in der Hülse 22 der Basis 21 montiert sind, oder die Hülse bildet eine Buchse für die direkte Lagerung der Welle wie vorstehend beschrieben. Die Öffnungen 44 der Endplatte 44 sind in der axialen Richtung auf die Statorwicklung ausgerichtet. Während des Betriebs des Motors drehen sich die Gebläseflügel 43 zusammen mit dem Rotorkern 32 und der Welle 31, wodurch ein Luftstrom zum Kühlen des Motors erzeugt wird. Vorzugsweise sind die Gebläseflügel 43 Zentrifugalgebläseflügel, und der durch die Gebläseflügel erzeugte Luftstrom bewegt sich über das an die Platine 29 angrenzende Ende in das Innere des Motors und streicht über die Statorwicklung 28 und tritt durch die Öffnungen 44 der Endplatte 40 aus und unterstützt dadurch die Ableitung der Wärme in dem Motor. Wenn der Luftstrom über die Platine 29 streicht, kann der Luftstrom auch Elektronikkomponenten auf der Platine 29 kühlen.
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Es wird auf 7 Bezug genommen. Ein Verfahren zum Herstellen des Außenrotors umfasst die folgenden Schritte.
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In Schritt S107 wird ein Rotorkern mit Verbindungsstäben bereitgestellt. Insbesondere wird ein Ende des Verbindungsstabs mit dem Rotorkern fest verbunden, und das andere Ende erstreckt sich in der axialen Richtung des Rotorkerns aus dem Rotorkern heraus. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Rotorkern gebildet durch das Aufeinanderschichten einer Vielzahl von Kernlamellen mit Durchgangsöffnungen. Eine Vielzahl von Verbindungsstäben mit Stabköpfen wird entlang der axialen Richtung der Verbindungsstäbe jeweils in die Durchgangsöffnungen eingesetzt, und die anderen Enden der Verbindungsstäbe ragen aus den Kernlamellen heraus. Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Rotorkern vom nichtgeschichteten Typ. Zum Beispiel ist der Rotorkern ein zylinderförmiger Kern aus magnetisch leitendem Material, und die Verbindungsöffnungen werden an einem Ende des zylinderförmigen Kerns gebildet. Erste Enden der Verbindungsstäbe werden in den Verbindungsöffnungen montiert, und zweite Enden der Verbindungsstäbe ragen in der axialen Richtung des Rotorkerns aus den Verbindungsöffnungen heraus. Bei einer weiteren Ausführungsform können die Verbindungsstäbe auch an einem Ende des zylinderförmigen Kerns angeformt werden.
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In Schritt S103 werden die Welle und der Rotorkern mit den Verbindungsstäben in einer Form angeordnet, wobei sich die Welle an der Drehmitte des Rotorkerns befindet.
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In Schritt S105 wird die Endplatte durch Spritzgießen derart hergestellt, dass die Endplatte, die vorspringenden Enden der Verbindungsstäbe und die Welle aneinander befestigt werden. Vorzugsweise ist der Außendurchmesser der Endplatte kleiner als oder gleich dem Außendurchmesser des Rotorkerns.
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In Schritt S107 wird nach der Herstellung der Endplatte durch das Spritzgussverfahren eine Vielzahl von Permanentmagneten an der Innenfläche des Rotorkerns fest montiert. Bei dieser Ausführungsform werden die Permanentmagnete an der Innenfläche des Rotorkerns festgeklebt. Es versteht sich, dass die Permanentmagnete auch auf andere geeignete Weise befestigt werden können.
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In Schritt S105 umfasst das Verfahren während des Spritzgießens der Endplatte ferner das Ausbilden der Endplatte mit einer ringförmigen Seitenwand, die an den Verbindungsstäben festgelegt ist, mit einer Basisplatte, die mit der Welle und mit einer Vielzahl von Gebläseflügeln, die die Seitenwand und die Basisplatte integral verbinden und die Welle umgeben, verbunden ist, und mit einer Vielzahl von Öffnungen, die zwischen den Gebläseflügeln gebildet sind.
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Nach der Herstellung des Außenrotors wird der Außenrotor mit dem Stator zusammengesetzt, wie in 2 dargestellt, wodurch die Herstellung des Motors abgeschlossen ist.
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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 oder Merkmal vorhanden ist, schließen jedoch nicht aus, dass noch weitere Elemente oder Merkmale vorhanden sind.
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Bestimmte Merkmale der Erfindung, die der Klarheit halber im Zusammenhang mit separaten Ausführungsformen beschrieben wurden, können auch in nur einer Ausführungsform kombiniert sein. Umgekehrt können verschiedene Merkmale, die der Kürze halber in einer Ausführungsform beschrieben wurden, ebenso separat oder in geeigneten Unterkombinationen vorhanden sein.
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Wenngleich vorliegende Erfindung anhand einer oder mehrerer bevorzugter Ausführungsformen beschrieben wurde, wird der Fachmann erkennen, dass innerhalb des Schutzrahmens der Erfindung, der durch die anliegenden Ansprüche definiert ist, verschiedene Modifikationen möglich sind.
