DE102019216860A1 - Axial flux machine for an electrical processing device and electrical processing device with an axial flux machine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Axialflussmaschine (10), insbesondere einen einseitigen Axialflussmotor, für ein elektrisches Bearbeitungsgerät (34), mit einer Maschinenwelle (12), insbesondere Motorwelle, einem scheibenförmigen Stator (20) und einem in axialer Richtung (A) der Maschinenwelle (12) benachbart zum Stator (20) angeordneten scheibenförmigen Rotor (14), wobei der Stator (20) als Wicklungsträger (22) für zumindest eine Statorwicklung (24) ausgebildet ist und der drehfest mit der Maschinenwelle (12) verbundene Rotor (14) relativ zum Stator (20) in eine Drehbewegung versetzbar ist. Es wird vorgeschlagen, dass der Stator (20) eine Mehrzahl von Statorzähnen (44) mit jeweils einer Einzelzahnwicklung (46) der Statorwicklung (24) aufweist, wobei die Statorwicklung (24) als eine Dreieck-Parallel-Schaltung (48) der Einzelzahnwicklungen (46) ausgebildet ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein elektrisches Bearbeitungsgerät (34) mit einer erfindungsgemäßen Axialflussmaschine (10).The invention relates to an axial flux machine (10), in particular a one-sided axial flux motor, for an electrical machining device (34), with a machine shaft (12), in particular a motor shaft, a disk-shaped stator (20) and a machine shaft (12) in the axial direction (A) ) adjacent to the stator (20) arranged disc-shaped rotor (14), wherein the stator (20) is designed as a winding carrier (22) for at least one stator winding (24) and the rotor (14) non-rotatably connected to the machine shaft (12) relative to the The stator (20) can be set in a rotary movement. It is proposed that the stator (20) has a plurality of stator teeth (44) each with a single tooth winding (46) of the stator winding (24), the stator winding (24) as a triangular parallel connection (48) of the single tooth windings ( 46) is formed. The invention also relates to an electrical machining device (34) with an axial flow machine (10) according to the invention.
Description
Die Erfindung betrifft eine Axialflussmaschine, insbesondere einen einseitigen Axialflussmotor, für ein elektrisches Bearbeitungsgerät sowie ein elektrisches Bearbeitungsgerät mit einer Axialflussmaschine nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.The invention relates to an axial flux machine, in particular a one-sided axial flux motor, for an electrical machining device and an electrical machining device with an axial flux machine according to the preamble of the independent claims.
Stand der TechnikState of the art
Axialflussmaschinen haben gegenüber konventionellen Elektromaschinen mit radialer Flussrichtung den Vorteil, dass sie sehr effizient sind und eine deutlich verkürzte Baulänge aufweisen. Zudem kann bei gleichem Außendurchmesser eine höhere Drehmoment- bzw. Leistungsdichte erreicht werden. Diese Verbesserungen sind unter anderem auf eine größere Luftspaltfläche bei vergleichbarem Bauvolumen zurückzuführen. Dank eines geringeren Eisenvolumens der rotierenden Komponenten ergibt sich zudem ein höherer Wirkungsgrad über einen größeren Drehzahlbereich.Axial flux machines have the advantage over conventional electrical machines with a radial flow direction that they are very efficient and have a significantly reduced overall length. In addition, a higher torque or power density can be achieved with the same outer diameter. These improvements are due, among other things, to a larger air gap area with a comparable construction volume. Thanks to the lower iron volume of the rotating components, there is also a higher degree of efficiency over a larger speed range.
Der Aufbau eines Stators einer Axialflussmaschine ist aufgrund der erforderlichen magnetischen 3D-Flussführung relativ aufwändig. Die Nutung des Blechpakets muss in der Regel vor dem Wickelprozess der Statorwicklung ausgestanzt werden. Zudem ergeben sich durch die einzelnen Bleche Nachteile derart, dass die Polschuhe lediglich einen tangentialen Überstand erreichen und dass sich die Statorzähne mit den ausgeprägten Polschuhen nicht extern bewickeln lassen, was einen geringen Füllfaktor der Statorwicklung und einen entsprechend reduzierten Wirkungsgrad zur Folge hat.The construction of a stator of an axial flux machine is relatively complex due to the required 3-D magnetic flux guidance. The grooves in the laminated core usually have to be punched out prior to the winding process of the stator winding. In addition, the individual sheets result in disadvantages such that the pole pieces only protrude tangentially and that the stator teeth with the pronounced pole pieces cannot be wound externally, which results in a low fill factor of the stator winding and a correspondingly reduced degree of efficiency.
Aus der
Die Einzelzahnwicklungen der Statorwicklung von Axialflussmaschinen für elektrische Bearbeitungsgeräte werden in der Regel in einer Sternschaltung betrieben. Dies führt aufgrund des höheren Innenwiderstands der Axialflussmaschine zu einem Wirkungsgradverlust, was insbesondere bei akkubetriebenen, elektrischen Bearbeitungsgeräten aufgrund der zum einen geringeren Betriebszeit und des zum anderen reduzierten Drehmoments nachteilig ist.The individual tooth windings of the stator winding of axial flux machines for electrical processing devices are usually operated in a star connection. Due to the higher internal resistance of the axial flow machine, this leads to a loss of efficiency, which is disadvantageous in particular in battery-operated electrical machining devices because of the shorter operating time on the one hand and the reduced torque on the other.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine gegenüber dem Stand der Technik leistungseffizientere Axialflussmaschine, insbesondere für die Verwendung in elektrischen Bearbeitungsgeräten, zur Verfügung zu stellen.It is therefore the object of the invention to provide an axial flux machine that is more power-efficient than the prior art, in particular for use in electrical machining devices.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die Erfindung betrifft eine Axialflussmaschine, insbesondere einen einseitigen Axialflussmotor, für ein elektrisches Bearbeitungsgerät, mit einer Maschinenwelle, insbesondere Motorwelle, einem scheibenförmigen Stator und einem in axialer Richtung der Maschinenwelle benachbart zum Stator angeordneten scheibenförmigen Rotor, wobei der Stator als Wicklungsträger für zumindest eine Statorwicklung ausgebildet ist und der drehfest mit der Maschinenwelle verbundene Rotor relativ zum Stator in eine Drehbewegung versetzbar ist.The invention relates to an axial flux machine, in particular a one-sided axial flux motor, for an electrical machining device, with a machine shaft, in particular a motor shaft, a disk-shaped stator and a disk-shaped rotor arranged in the axial direction of the machine shaft adjacent to the stator, the stator being designed as a winding carrier for at least one stator winding and the rotor, which is non-rotatably connected to the machine shaft, can be set in rotary motion relative to the stator.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist vorgesehen, dass der Stator eine Mehrzahl von Statorzähnen mit jeweils einer Einzelzahnwicklung der Statorwicklung aufweist, wobei die Statorwicklung als eine Dreieck-Parallel-Schaltung der Einzelzahnwicklungen ausgebildet ist. Durch die Dreieck-Schaltung der Einzelzahnwicklungen fällt die gesamte Versorgungsspannung an jeder Einzelzahnwicklung ab. Dies bedingt eine Erhöhung der Windungszahl jeder Einzelzahnwicklung, um eine spezifisch geforderte Drehzahl der Axialflussmaschine zu erzielen. Durch die Parallelschaltung einzelner Einzelzahnwicklungen kann deren Wicklungsdrahtdurchmesser erhöht und mit besonderem Vorteil ihr Innenwiderstand reduziert werden. Somit ergibt sich gegenüber einer Sternschaltung eine höhere Leistungsfähigkeit der Axialflussmaschine und folglich auch des elektrischen Bearbeitungsgeräts.To solve the problem, it is provided that the stator has a plurality of stator teeth, each with a single tooth winding of the stator winding, the stator winding being designed as a triangular parallel connection of the single tooth windings. Due to the delta connection of the individual tooth windings, the entire supply voltage drops across each individual tooth winding. This requires an increase in the number of turns of each individual tooth winding in order to achieve a specifically required speed of the axial flux machine. By connecting individual single-tooth windings in parallel, their winding wire diameter can be increased and, with particular advantage, their internal resistance can be reduced. This results in a higher performance of the axial flow machine and consequently also of the electrical machining device compared to a star connection.
Die Erfindung betrifft daher auch ein elektrisches Bearbeitungsgerät, insbesondere eine Elektrowerkzeugmaschine, mit einer erfindungsgemäßen Axialflussmaschine, insbesondere einem erfindungsgemäßen Axialflussmotor.The invention therefore also relates to an electrical processing device, in particular an electric machine tool, with an axial flux machine according to the invention, in particular an axial flux motor according to the invention.
Als elektrisches Bearbeitungsgerät sollen im Kontext der Erfindung unter anderem akku- oder netzbetriebene Elektrowerkzeugmaschinen zur Bearbeitung von Werkstücken mittels eines elektrisch angetriebenen Einsatzwerkzeugs verstanden werden. Dabei kann das elektrische Bearbeitungsgerät sowohl als Elektrohandwerkzeug als auch als stationäre Elektrowerkzeugmaschine ausgebildet sein. Typische Elektrowerkzeugmaschinen sind in diesem Zusammenhang Hand- oder Standbohrmaschinen, Schrauber, Schlagbohrmaschinen, Bohrhämmer, Abrisshämmer, Hobel, Winkelschleifer, Schwingschleifer, Poliermaschinen oder dergleichen. Als elektrische Bearbeitungsgeräte kommen aber auch Motor getriebene Gartengeräte wie Rasenmäher, Rasentrimmer, Astsägen oder dergleichen in Frage. Weiterhin ist die Erfindung auf Axialflussmaschinen in Haushalts- und Küchengeräten, wie Waschmaschinen, Trockner, Staubsauger, Mixer, etc. anwendbar.In the context of the invention, an electrical processing device is to be understood as meaning, inter alia, battery-powered or mains-operated electric machine tools for processing workpieces using an electrically driven insert tool. The electrical processing device can be designed both as a handheld electrical tool and as a stationary electrical machine tool. Typical power tools in this context are hand or standing drills, screwdrivers, impact drills, rotary hammers, demolition hammers, planes Angle grinders, orbital grinders, polishing machines or the like. Motor-driven gardening equipment such as lawn mowers, lawn trimmers, pruning saws or the like can also be used as electrical processing equipment. Furthermore, the invention can be applied to axial flow machines in household and kitchen appliances, such as washing machines, dryers, vacuum cleaners, mixers, etc.
Der Begriff Axialflussmaschine kann dabei sowohl einen Axialflussmotor als auch einen Axialflussgenerator zur Umwandlung von mechanischer in elektrische Energie umfassen. Ebenso soll unter einer Axialflussmaschine auch ein Axialflussmotor verstanden werden, der zumindest zeitweise zur Rekuperation von mechanischer in elektrische Energie genutzt wird, wie dies z.B. beim elektrodynamischen Bremsen eines Axialflussmotors der Fall sein kann.The term axial flux machine can include both an axial flux motor and an axial flux generator for converting mechanical into electrical energy. An axial flux machine is also to be understood as an axial flux motor that is used at least temporarily for recuperation from mechanical to electrical energy, as can be the case, for example, with electrodynamic braking of an axial flux motor.
Ausfü hru ngsbeispieleEmbodiments
Zeichnungdrawing
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der
FigurenlisteFigure list
-
1 : ein Schnitt durch eine erfindungsgemäße Axialflussmaschine in Form eines einseitigen Axialflussmotors in einem ersten Ausführungsbeispiel,1 : a section through an axial flux machine according to the invention in the form of a one-sided axial flux motor in a first embodiment, -
2 : eine schematische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Stators der erfindungsgemäßen Axialflussmaschine,2 : a schematic view of a further embodiment of a stator of the axial flux machine according to the invention, -
3 : eine Explosionszeichnung des Stators aus2 in einer schematischen Ansicht ohne Statorwicklung,3 : an exploded view of the stator2 in a schematic view without stator winding, -
4 : eine schematische Ansicht eines Ausschnitts des erfindungsgemäßen Stators in einem weiteren Ausführungsbeispiel,4th : a schematic view of a section of the stator according to the invention in a further embodiment, -
5 : eine schematische Schnitt-Ansicht eines Rotors der erfindungsgemäßen Axialflussmaschine,5 : a schematic sectional view of a rotor of the axial flow machine according to the invention, -
6 : eine schematische Ansicht eines Gehäuses der erfindungsgemäßen Axialflussmaschine,6th : a schematic view of a housing of the axial flow machine according to the invention, -
7 : eine weitere schematische Ansicht des Leergehäuses der erfindungsgemäßen Axialflussmaschine aus6 ,7th : Another schematic view of the empty housing of the axial flow machine according to the invention6th , -
8 : eine schematische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der Kühlluftführung innerhalb der erfindungsgemäßen Axialflussmaschine in einem Schnitt,8th : a schematic view of a further embodiment of the cooling air duct within the axial flow machine according to the invention in a section, -
9 : zwei Ausführungsbeispiele von Dreieck-Parallelschaltungen der Einzelzahnwicklungen einer Statorwicklung der erfindungsgemäßen Axialflussmaschine und9 : two embodiments of triangular parallel connections of the individual tooth windings of a stator winding of the axial flux machine according to the invention and -
10 : ein elektrisches Bearbeitungsgerät, insbesondere eine Elektrowerkzeugmaschine in Gestalt eines Bohrhammers, mit einer erfindungsgemäßen Axialflussmaschine.10 : an electrical processing device, in particular an electric machine tool in the form of a hammer drill, with an axial flow machine according to the invention.
Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the exemplary embodiments
In
Zur Kühlung der Axialflussmaschine
Die Statorzähne
Das zweite Statorjoch
Gemäß
In
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der geblechte Ring
Somit bewirkt der bidirektionale Lüfter
In
Während in einem Lagerflansch
An seiner offenen Seite sind über den Umfang des Gehäuses
Die Öffnungen
In
In
Die als Axialflussmotor arbeitende Axialflussmaschine
Es sei abschließend noch darauf hingewiesen, dass die Erfindung weder auf die gezeigten Ausführungsbeispiele gemäß der
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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