DE102021214612A1

DE102021214612A1 - Elektronisch kommutierter Motor sowie Handwerkzeugmaschine

Info

Publication number: DE102021214612A1
Application number: DE102021214612.0A
Authority: DE
Inventors: Fabian Langbein
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-12-17
Filing date: 2021-12-17
Publication date: 2023-06-22
Also published as: WO2023110211A1

Abstract

Bei einem elektronisch kommutierten Motor (100) mit einem scheibenförmigen Rotor (110), der eine zugeordnete Magnetisierung (120) sowie eine Rotorwelle (112) aufweist, und mit einem ringförmigen Stator (130), an dem eine Mehrzahl von Statorzähnen (Z1,...,6) vorgesehen ist, wobei jeder Statorzahn (Z1,...,6) mit einer Statorzahnwicklung (W1,...,6) versehen ist, die jeweils dazu ausgebildet ist, mit der Magnetisierung (120) des Rotors (110) magnetisch zusammen zu wirken, und wobei die Rotorwelle (112) in axialer Richtung (A) durch den Stator (130) durchgreift, ist die Rotorwelle (112) über mindestens zwei in der axialen Richtung der Rotorwelle (112) unmittelbar nebeneinander auf der Rotorwelle (112) angeordnete Lager (180, 182) drehbar gelagert.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen elektronisch kommutierten Motor mit einem scheibenförmigen Rotor, der eine zugeordnete Magnetisierung sowie eine Rotorwelle aufweist, und mit einem ringförmigen Stator, an dem eine Mehrzahl von Statorzähnen vorgesehen ist, wobei jeder Statorzahn mit einer Statorzahnwicklung versehen ist, die jeweils dazu ausgebildet ist, mit der Magnetisierung des Rotors magnetisch zusammen zu wirken, und wobei die Rotorwelle in axialer Richtung durch den Stator durchgreift.
Eine besondere Bauart elektronisch kommutierter Motoren stellt die so genannte Axialflussmaschine oder Transversalflussmaschine dar. Bei dieser Bauform ist ein entsprechender Rotor scheibenförmig ausgebildet, woraus eine hohe Leistungsdichte in Verbindung mit einer kurzen Bauform resultiert. Aufgrund des scheibenförmigen Rotors greifen die magnetischen Kräfte an einem längeren Hebelarm in Bezug zur Rotordrehachse an, wodurch der Motor ein hohes Drehmoment erreicht. Die Lagerung des scheibenförmigen Rotors der Axialflussmaschine erfolgt in der Regel mit zwei Kugellagern, wovon eines im Bereich eines zugeordneten Stators und ein weiteres auf der gegenüberliegenden Seite eines Rotorblechpakets des Rotors angeordnet ist. Aufgrund der zweiseitigen Lagerung des scheibenförmigen Rotors erhöht sich die axiale Baulänge der Axialflussmaschine.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen elektronisch kommutierten Motor mit einem scheibenförmigen Rotor, der eine zugeordnete Magnetisierung sowie eine Rotorwelle aufweist, und mit einem ringförmigen Stator, an dem eine Mehrzahl von Statorzähnen vorgesehen ist, wobei jeder Statorzahn mit einer Statorzahnwicklung versehen ist, die jeweils dazu ausgebildet ist, mit der Magnetisierung des Rotors magnetisch zusammen zu wirken, und wobei die Rotorwelle in axialer Richtung durch den Stator durchgreift. Die Rotorwelle ist über mindestens zwei in axialer Richtung der Rotorwelle unmittelbar nebeneinander auf der Rotorwelle angeordnete Lager drehbar gelagert.
Bei dem erfindungsgemäßen Motor sind somit kostengünstige Standardlager verwendbar, um eine zuverlässige Lagerung der Rotorwelle auch im Fall höherer Radialkräfte zu gewährleisten. Darüber hinaus gestatten die axial unmittelbar aneinander gereihten Lager in einem gewissen Umfang eine einfache Kompensation von thermisch bedingten mechanischen Spannungen in der axialen Richtung. Die Magnetisierung des Rotors kann durch eine durchgehende permanentmagnetische Scheibe mit zonenweise ausgebildeten Nord- und Südpolen ausgeführt sein. Alternativ kann eine Mehrzahl von entsprechend magnetisierten Permanentmagnetsegmenten zur Realisierung der Nord- und Südpole des Rotors vorgesehen sein.
Bevorzugt sind die mindestens zwei Lager axial zumindest bereichsweise innerhalb des Stators oder axial zwischen dem Rotor und dem Stator angeordnet.
Hierdurch ist eine in der axialen Richtung besonders kurze Bauform oder eine günstige, beidseitig gleichmäßige Gewichtsverteilung in Bezug zu den Lagern realisierbar.
Vorzugsweise ist die Magnetisierung des scheibenförmigen Rotors zumindest bereichsweise an einer ersten Stirnfläche eines Rotorgrundkörpers ausgebildet, wobei die erste Stirnfläche den Statorzähnen zugewandt ist und zwischen der ersten Stirnfläche und den Statorzähnen ein axialer Luftspalt ausgebildet ist.
Durch den Luftspalt ergeben sich nur geringe magnetische Verluste.
Vorzugsweise sind die mindestens zwei Lager jeweils als Wälzlager, insbesondere als Kugellager oder Rollenlager, ausgebildet.
Hierdurch ist ein besonders reibungsarmer Lauf des Rotors gewährleistet. Die Kugellager erlauben neben der Aufnahme von höheren radialen Kräften - wenn auch in einem geringeren Umfang - zugleich die Aufnahme nennenswerter axialer Kräfte.
Bevorzugt weist die Rotorwelle einen radial auswärts gerichteten Bundabschnitt zur einseitigen axialen Lagesicherung von mindestens zwei Innenringen der mindestens zwei Lager auf.
Hierdurch ist eine einfache einseitige axiale Lagesicherung des Rotors auf der Rotorwelle gegeben.
Vorzugsweise weist der Stator einen ringförmigen Statorgrundkörper mit einer zentralen Öffnung auf, wobei ein hülsenartiger Lagerträger in der zentralen Öffnung aufgenommen ist und in einer Durchgangsöffnung des Lagerträgers mindestens zwei Außenringe der mindestens zwei Lager aufgenommen sind, wobei der Statorgrundkörper einen magnetischen Statorrückschluss bildet.
Durch den Lagerträger ist eine zuverlässige Lagerung des Rotors sowie eine einfache Montage des Motors gewährleistet. Durch den Statorgrundkörper wird zudem der magnetische Kreis des Motors im Bereich des Stators geschlossen.
Bevorzugt bildet der Rotorgrundkörper einen magnetischen Rotorrückschluss für die Magnetisierung des Rotors.
Hierdurch wird der magnetische Kreis im Bereich des Rotors geschlossen.
Vorzugsweise ist an einem ersten Ende der Rotorwelle ein Lüfterrad angeordnet, wobei das Lüfterrad axial an einer, von der ersten Stirnfläche des Rotors weg gerichteten, zweiten Stirnfläche zumindest bereichsweise anliegt.
Durch eine aktive Kühlung mittels des radialen Lüfterrads wird ein Überhitzen des elektronisch kommutierten Motors unter allen praktisch auftretenden Betriebsbedingungen zumindest weitgehend zuverlässig verhindert. Vom Lüfterrad angesaugte kühle Umgebungsluft strömt zwischen jeweils zwei umfangsseitig unmittelbar benachbarten Statorzahnwicklungen in das Innere des Motors ein und gelangt anschließend durch eine Speichenstruktur des Rotorgrundkörpers bis in das Lüfterrad und von dort wieder radial nach außen bis in die äußere Umgebung. Optional ist ein zusätzlicher Luftstrom zwischen dem Lagerträger und einem Statorgrundkörper einrichtbar.
Bevorzugt weist ein zweites Ende der Rotorwelle mindestens einen Signalgeber zur Lageerkennung des Rotors in Relation zu dem Stator und/oder ein Abtriebszahnrad auf.
Hierdurch ist eine elektronische Kommutierung des Motors mittels einer entsprechenden Steuer- und/oder Regelelektronik möglich. Mittels eines optionalen Abtriebselements, wie einem Abtriebszahnrad oder dergleichen, ist ein von dem elektronisch kommutierten Motor abgegebenes Drehmoment verlustarm auf ein anzutreibendes Maschinenteil, wie ein Bohrfutter, ein Schlagwerk, ein Sägewerk oder dergleichen übertragbar. Der Signalgeber kann gegebenenfalls mit in das Abtriebselement integriert sein.
Gemäß einer Ausführungsform ist der elektronisch kommutierte Motor gehäuselos ausgebildet.
Infolgedessen ist eine besonders platz- und gewichtsparende Integration des elektronisch kommutierten Motors in eine Zielanwendung, wie eine Bohrmaschine, einen Schrauber, eine Säge, eine Oberfräse oder dergleichen, realisierbar.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Handwerkzeugmaschine mit mindestens einem oben beschriebenen elektronisch kommutierten Motor.
Hierdurch lässt sich eine Handwerkzeugmaschine mit einer geringen axialen Baulänge bei einem zugleich hohen Abtriebsdrehmoment bereitstellen. Somit kann leicht und unkompliziert eine geeignete Handwerkzeugmaschine bereitgestellt werden.
Figurenliste
Die Erfindung ist anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

1 einen schematischen Längsschnitt durch einen als Axialflussmaschine ausgebildeten elektronisch kommutierten Motor,
2 eine detaillierte perspektivische Ansicht eines Stators des elektronisch kommutierten Motors von 1, und
3 eine detaillierte perspektivische Ansicht eines Rotors des elektronisch kommutierten Motors von 1.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In den Figuren werden Elemente mit gleicher oder vergleichbarer Funktion mit identischen Bezugszeichen versehen und nur einmal genauer beschrieben.
1 zeigt einen beispielhaft als Axialflussmaschine ausgebildeten elektronisch kommutierten Motor 100. Der elektronisch kommutierte Motor 100 weist unter anderem bevorzugt einen scheibenförmigen Rotor 110 mit einer Rotorwelle 112 auf. An dem Rotor 110 ist bevorzugt eine Magnetisierung 120 vorgesehen. Die Magnetisierung 120 kann zum Beispiel durch eine gesinterte Magnetanordnung oder mit in eine Kunststoffmatrix eingebundenen permanentmagnetischen Partikeln oder abschließend entsprechend magnetisierten Partikeln realisiert sein. Die Magnetisierung 120 des Rotors 110 kann, wie hier lediglich exemplarisch gezeigt ist, als eine Magnetanordnung mit einer umfangsseitig durchgehenden, permanentmagnetischen Scheibe 122 mit zonenweise ausgebildeten bzw. entsprechend magnetisierten, hier nicht dargestellten Nord- und Südpolen ausgeführt sein (vgl. insb. 3; Bezugszeichen N und S), z.B. nach Art eines diametral magnetisierten Scheibenmagneten. Alternativ kann eine Mehrzahl von entsprechend magnetisierten, „tortenstückförmigen“ Permanentmagnetsegmenten zur Realisierung der permanent erregten Nord- und Südpole des Rotors 110 vorgesehen sein (nicht dargestellt).
Weiterhin verfügt der elektronisch kommutierte Motor 100 bevorzugt über einen ringförmigen Stator 130, an dem eine Mehrzahl von Statorzähnen vorgesehen ist, von denen hier lediglich die Statorzähne Z_1,4 sichtbar sind, wobei jeder Statorzahn eine Statorzahnwicklung trägt, von denen in 1 ebenfalls nur die beiden Statorzahnwicklungen W_1,4 dargestellt sind. Durch das umlaufende Bestromen einzelner oder das Bestromen von Gruppen von Statorzahnwicklungen des Stators 130 in einer beispielsweise vorgegebenen Umlaufrichtung U wird der Rotor 110 in eine entsprechende Drehbewegung um die Rotorwelle 112 in Relation zum Stator 130 versetzt.
Die vorzugsweise mit lackierten Kupferdrähten gebildeten Statorzahnwicklungen sind hierbei nicht unmittelbar auf die Statorzähne gewickelt. Vielmehr ist auf jedem Statorzahn vorzugsweise ein zugeordneter Wicklungsträger aus Kunststoff aufgesteckt, auf dem die Statorzahnwicklungen aufgebracht sind. Die Wicklungsträger mit den darauf gewickelten Statorwicklungen können im Zuge eines Montageprozesses des elektronisch kommutierten Motors 100 nach Abschluss des Wickelprozesses auf die jeweiligen Statorzähne aufgeschoben werden, woraus ein effizienter Fertigungsprozess resultiert. Hier sind lediglich die Statorzähne Z_1,4 mit den Wicklungsträgern T_1,4 und den darauf gewickelten Statorzahnwicklungen W_1,4 dargestellt. Jeder der Statorzähne Z_1,4 weist einen in Richtung der Magnetisierung 120 weisenden, illustrativ planen Polschuh P_1,4 auf. Dasselbe gilt für die übrigen, hier nicht dargestellten Statorzähne. Zwischen den Polschuhen P_1,4 und der Magnetisierung 120 bzw. der permanentmagnetischen Scheibe 122 verbleibt zur Reduzierung der magnetischen Verluste ein vorzugsweise möglichst schmaler, axialer Luftspalt L. Alle Polschuhe des Stators 130 liegen in einer gedachten Ebene, wobei zwischen jeweils zwei direkt benachbarten Polschuhen ein radial nach außen gerichteter Polschuhspalt verbleibt (vgl. 2; Bezugszeichen P_1,...,6 und 320 bis 330).
Die Rotorwelle 112 ist erfindungsgemäß mit Hilfe von zwei, axial unmittelbar nebeneinander auf der Rotorwelle 112 angeordneten Lagern 180, 182 drehbar gelagert, bevorzugt innerhalb des ringförmigen Stators 130. Die Lager 180, 182 sind vorzugsweise als Wälzlager, insbesondere als Kugellager, Rollenlager, Nadellager oder dergleichen, ausgeführt, die der besseren zeichnerischen Übersicht halber nicht bezeichnet sind. Die Lager 180, 182 können axial zumindest bereichsweise vollständig innerhalb des Stators 130 oder axial zwischen dem scheibenförmigen Rotor 110 und dem Stator 130 positioniert sein. Der elektronisch kommutierte Motor 100 ist illustrativ und beispielhaft rotationssymmetrisch zu einer Längsmittelachse 250 aufgebaut, die parallel zu einer axialen Richtung A verläuft, während eine radiale Richtung R orthogonal zu der Längsmittelachse 250 verlaufend definiert ist.
Die Magnetisierung 120 ist bevorzugt zumindest bereichsweise an einer ersten Stirnfläche 114 eines scheibenförmigen Rotorgrundkörpers 116 angeordnet, der zugleich einen magnetischen Rotorrückschluss 118 für die Magnetisierung 120 bzw. die permanentmagnetische Scheibe 122 ausbildet. Der Rotorgrundkörper 116 kann mit massivem Stahl, mit gestapelten Elektroblechen oder mit einem SMC-Werkstoff (SMC = „Soft Magnetic Composite“) gebildet sein. Bevorzugt ist der Rotorgrundkörper 116 drehfest und schiebfest mit der Rotorwelle 112 verbunden, bevorzugt kraftschlüssig auf die Rotorwelle 112 aufgepresst.
Die Rotorwelle 112 weist vorzugsweise einen radial auswärts gerichteten Bundabschnitt 154 auf, dessen statorseitige Schulter 156 unter anderem zur einseitigen axialen Lagesicherung von zwei Innenringen 184, 186 der beiden Lager 180,182 dient. Der Bundabschnitt 154 kann integral zur Rotorwelle 112 oder mittels eines kraftschlüssig aufgepressten Hohlzylinders realisiert sein. Mittels eines Sicherungselements 192, insbesondere in der Form eines Sicherungsrings oder dergleichen, erfolgt bevorzugt die axiale Lagesicherung der Innenringe 184, 186 der Lager 180, 182 in einer zweiten axialen Richtung. Durch den Bundabschnitt 154 der Rotorwelle 112 und das Sicherungselement 192 sind die Innenringe 184, 186 und damit die Lager 180, 182 beidseitig axial lagegesichert auf der Rotorwelle 112 aufgenommen.
Eine Nabe 124 des Rotors 110 ist bevorzugt dreh- und schiebefest, beispielsweise durch Aufpressen oder dergleichen, mit der Rotorwelle 112 verbunden und schließt bevorzugt axial bündig mit einer rotorseitigen Schulter 158 des Bundabschnitts 154 ab. Die Nabe 124 ist beispielhaft ihrerseits mittels einer radial auswärts gerichteten, hier nicht dargestellten Speichenstruktur (vgl. insb. 2), mit einer Rotordurchgangsöffnung 126 des Rotorgrundkörpers 116 verbunden bzw. integral zu dieser ausgebildet.
Der bevorzugt ebenfalls ringförmige Stator 130 weist beispielhaft einen ringförmigen Statorgrundkörper 132 mit einer axial durchgehenden, zentralen Öffnung 134 auf. In der zentralen Öffnung 134 des Statorgrundkörpers 132 ist bevorzugt ein z.B. mit einem Kunststoff gebildeter, hülsenartiger und optionaler Lagerträger 200 angeordnet, vorzugsweise eingepresst. Alternativ oder zusätzlich kann ein weiteres Sicherungselement 194 vorgesehen sein, das in einer endseitigen und radial auswärts offenen Ringnut 202 des Lagerträgers 200 liegt und an einer planen Rückseite 136 des Statorgrundkörpers 132 bevorzugt axial spielfrei zur Anlage kommt. Ein radial auswärts gerichteter, umlaufender Vorsprung 204 ist axial etwa mittig an dem Lagerträger 200 bzw. an einer axialen Stoßstelle 208 zwischen den beiden Lagern 180, 182 ausgebildet und dient als weiterer axialer Anschlag, so dass der Lagerträger 200 beidseitig axial lagegesichert in der zentralen Öffnung 134 des Statorgrundkörpers 132 aufgenommen ist. Der umlaufende Vorsprung 204 des Lagerträgers 200 liegt hierbei in einer einseitig offenen Ringnut 140 einer Stirnseite 142 des Statorgrundkörpers 132. Die Wicklungsträger können die Ringnut 140 im Statorgrundkörper 132 zumindest bereichsweise überdecken, sodass der radial auswärts gerichtete Vorsprung 204 des Lagerträgers 200 beidseits in der axialen Richtung A innerhalb der ansonsten einseitig in Richtung des Rotors 110 offenen Ringnut 140 zusätzlich zum Einpressen fixiert ist.
Aufgrund der Kunststoffausführung des Lagerträgers 200 isoliert dieser die beiden Lager 180, 182 magnetisch gegenüber einem magnetischen Statorrückschluss 138 bzw. erhöht den magnetischen Widerstand zwischen den Bauteilen.
In einer zentrischen Durchgangsöffnung 206 des optionalen Lagerträgers 200 sind bevorzugt zwei Außenringe 188, 190 der Lager 180, 182 aufgenommen, das heißt insbesondere kraftschlüssig eingepresst, wobei ein radial einwärts gerichteter Rand 210 des Lagerträgers 200, der axial im Bereich der Ringnut 202 ausgeformt ist, als rückwärtiger axialer Anschlag dient. Der Statorgrundkörper 132 kann mit einem aufgewickelten Elektroblech, einem SMC-Werkstoff der dergleichen gebildet sein und bildet den Statorrückschluss 138 mit einem geringen magnetischen Widerstand aus.
An einem ersten Ende 220 der Rotorwelle 112 ist beispielhaft ein mit einem Kunststoff gebildetes, optionales (Radial-)Lüfterrad 222 dreh- und schiebefest angeordnet. Das Lüfterrad 222 liegt axial zumindest bereichsweise, an einer von der ersten Stirnfläche 114 weg gerichteten, zweiten Stirnfläche 128 des Rotorgrundkörpers 116 an. Als beidseitiger axialer Anschlag für das Lüfterrad 222 dienen die rotorseitige Schulter 158 des Bundabschnitts 154 der Rotorwelle 112 sowie ein optionales Sicherungselement 224, das in einer Ringnut 226 in der Rotorwelle 112 liegt. Das Lüfterrad 222 saugt kalte Luft aus einer äußeren Umgebung 228 des elektronisch kommutierten Motors 100 an. Ein Luftstrom 232 strömt zwischen zwei umfangsseitig unmittelbar benachbarten Statorzahnwicklungen hindurch, gelangt bis in einen Innenraum 230 des elektronisch kommutierten Motors 100, strömt von dort durch die Speichenstruktur des Rotorgrundkörpers 116 bis in das Lüfterrad 222 und von dort wieder in die äußere Umgebung 228 des elektronisch kommutierten Motors 100. Infolgedessen wird die im Innenraum 230 des elektronisch kommutierten Motors 100 entstehende Abwärme sehr effektiv in die äußere Umgebung 228 abgeführt. Zusätzlich kann ein weiterer axialer Luftstrom zwischen dem Lagerträger 200 und dem Statorgrundkörper 132 vorgesehen sein.
An einem, von dem ersten Ende 220 der Rotorwelle 112 weg gerichteten, zweiten Ende 240 der Rotorwelle 112 ist hier nur beispielhaft ein Signalgeber 242 zur Erkennung eines Drehwinkels des Rotors 110 in Relation zum Stator 130 mittels eines nicht dargestellten Sensors in Verbindung mit einer gleichfalls nicht eingezeichneten elektronischen Steuer- und/oder Regeleinrichtung vorgesehen. Alternativ hierzu können geeignete Sensoren z.B. an den Wicklungsträgern T_1,4 bzw. entsprechenden Statorzähnen angeordnet werden und eine Lageerkennung des Rotors 110 mittels einer Detektion des Streufelds des Rotors 110 ermöglichen. Weiterhin kann das zweite Ende 240 der Rotorwelle 112 ein optionales Abtriebsorgan, wie ein Abtriebszahnrad 244 oder dergleichen, zum drehenden Antrieb eines nicht dargestellten Maschinenbauteils aufweisen. Der Signalgeber 242 kann gegebenenfalls in das Abtriebsorgan integriert sein.
2 zeigt den Stator 130 des elektronisch kommutierten Motors 100 von 1. In der zentralen Öffnung 134 des Statorgrundkörpers 132 des Stators 130 ist der Lagerträger 200 mit dem darin aufgenommenen Lager 180 durch Einpressen befestigt. Der Stator 130 sowie der Lagerträger 200 mit dem Lager 180 sind illustrativ und beispielhaft rotationssymmetrisch zu der Längsmittelachse 250 aufgebaut.
In der Stirnseite 142 des Statorgrundkörpers 132 sind hier lediglich exemplarisch sechs in einer Umfangsrichtung U gleichmäßig zueinander beabstandet angeordnete, „tortenstückartige“ bzw. kreisringsektorförmige Vertiefungen ausgebildet, von denen hier lediglich eine Vertiefung 300 repräsentativ für alle übrigen identisch ausgebildeten bezeichnet ist. Die muldenartigen Vertiefungen dienen zur Aufnahme und Befestigung von Schenkeln S_1,...,6 der hier nur beispielhaft sechs vorgesehenen Statorzähne Z_1,..,6 des elektronisch kommutierten Motors 100 von 1. Die Schenkel S_1,...,6 der Statorzähne Z_1,..,6 können zumindest jeweils leicht pressschlüssig zu den Vertiefungen ausgebildet sein und können zur festen Verbindung mit diesen beispielsweise verklebt, verschweißt, verlötet, verstemmt oder auf andere Art und Weise fest verbunden sein. Zu diesem Zweck weisen die Schenkel S_1,...,6 eine zu den Vertiefungen bereichsweise komplementäre Querschnittsgeometrie auf.
Auf jeden Statorzahn Z_1,..,6 ist ferner jeweils ein Wicklungsträger aufgesteckt, von denen hier der besseren zeichnerischen Übersicht halber nur der Wicklungsträger T₂ in einem von dem Statorzahn Z₂ demontierten Zustand dargestellt ist. Die Wicklungsträger dienen unter anderem zur Aufnahme der bevorzugt mit lackiertem Kupferdraht realisierten Statorzahnwicklungen sowie zu deren mechanischem Schutz vor elektrischen Kurzschlüssen, Drahtbrüchen usw. (vgl. 1, insb. Bezugszeichen T_1,4 sowie W_1,4). Der Statorgrundkörper 132 bildet den magnetischen Rückschluss 138 für den von den Statorzahnwicklungen W_1,..,6 bei Bestromung erzeugten magnetischen Fluss aus.
Die Wicklungsträger sowie der hier stellvertretend für alle übrigen dargestellte Wicklungsträger T₂ weisen jeweils eine Durchgangsöffnung auf, die jeweils komplementär zu der beispielhaft kreisringsektorförmigen Querschnittsgeometrie der Schenkel S_1,...,6 der Statorzähne Z_1,..,6 ausgeformt ist, derart, dass sich die Wicklungsträger leicht pressschlüssig bzw. „saugend“ auf die jeweils zugeordneten Schenkel S_1,...,6 der Statorzähne Z_1,...,6 aufschieben bzw. aufstecken lassen, wie mit dem Pfeil 310 angedeutet ist. In 2 ist lediglich eine Durchgangsöffnung 302 des Wicklungsträgers T₂ stellvertretend für alle übrigen, identisch gestalteten Durchgangsöffnungen der restlichen nicht dargestellten Wicklungsträger bezeichnet.
Zwischen jeweils zwei, in der Umfangsrichtung U unmittelbar nebeneinander liegenden Polschuhen P_1,2, P_2,3, P_3,4, P_4,5, P_5,6 und P_6,1 verläuft jeweils ein illustrativ schmaler Radialspalt 320, 322, 324, 326, 328 und 330 zur magnetischen Isolation.
In der Darstellung von 2 ist der zweite Statorzahn Z₂ der besseren zeichnerischen Darstellbarkeit halber in der ummontierten Position dargestellt. Der Schenkel S₂ des Statorzahns Z₂ wird nach dem Aufstecken des Wicklungsträgers T₂ mit der zugeordneten Vertiefung 300 innerhalb der Stirnseite 142 des Statorgrundkörpers 132 des Stators 130 verbunden, insbesondere verklebt, was mit der punktierten Umrissdarstellung des Statorzahns Z₂ schematisch angedeutet ist und mit dem Pfeil 312 symbolisiert ist. Entsprechend wird bei der Montage aller übrigen, in der Darstellung von 2 schon mit dem Stator 130 verbundenen Statorzähnen Z_1,...,6 des Stators 130 verfahren.
3 zeigt den Rotor 110 des elektronisch kommutierten Motors 100 von 1. Der den magnetischen Rotorrückschluss 118 ausbildendende Rotorgrundkörper 116 des Rotors 110 ist bevorzugt mittels der Nabe 124 auf dem Bundabschnitt 154 der Rotorwelle 112 dreh- und schiebefest, zum Beispiel durch Aufpressen befestigt. Der magnetische Rotorrückschluss 118 weist hierbei einen möglichst geringen magnetischen Widerstand auf.
Die Nabe 124 des Rotorgrundkörpers 116 ist lediglich beispielhaft mittels einer Speichenstruktur 350 mit der Rotordurchgangsöffnung 126 verbunden. Vorzugsweise bilden die Nabe 124, die Speichenstruktur 350 und der Rotorgrundkörper 116 eine integrale bzw. einstückige Einheit, die beispielsweise massiv mit einem Stahl oder mit einem SMC-gesinterten Werkstoff gefertigt sein kann. Die Speichenstruktur 350 weist hier lediglich beispielhaft vier in der Umfangsrichtung U jeweils um 90° versetzt zueinander angeordnete Speichen 352, 354, 356, 358 auf. Die Rotorwelle 112 weist das erste und zweite Ende 220, 240 auf, wobei das Lüfterrad 222 im Bereich des ersten Endes 220 der Rotorwelle 112 dreh- und schiebefest angeordnet ist und hierbei zumindest bereichsweise an der zweiten Stirnfläche 128 des Rotorgrundkörpers 116 anliegt. Das Lüfterrad 222 ist mit einem Kunststoff gebildet und weist hier lediglich exemplarisch zwölf radial auswärts gerichtete und in sich gerade Lamellen L_1,...,12 auf, die in der Umfangsrichtung U bevorzugt gleichmäßig zueinander beabstandet ausgeformt sind. Von den zwölf Lamellen L_1,...12 sind hier lediglich die sieben sichtbaren Lamellen L_1,...,5 sowie L₁₂ bezeichnet.
Aufgrund der axial offenen Speichenstruktur 350 kann der von dem rotierenden Lüfterrad 222 aus dem Innenraum 230 des elektronisch kommutierten Motors 100 bzw. dem hier nicht dargestellten Stator 130 von 1 angesaugte - zur Rotorwelle 112 zumindest abschnittsweise koaxiale - Luftstrom 232 den Rotorgrundkörper 116 axial durchströmen und gelangt von dort in einer radialen Auswärtsbewegung wieder in die äußere Umgebung 228 des Motors 100. Dieser Verlauf der Luftströmung 232 führt zu einer effektiven Abfuhr der vorrangig im Bereich des Stators mit seinen Statorzahnwicklungen freiwerdenden thermischen Abwärme. Zur weiteren Optimierung der Abfuhr der Verlustwärme ist der elektronisch kommutierte Motor 100 bevorzugt gehäuselos ausgebildet.
Die Magnetisierung 120 wird illustrativ durch eine Magnetanordnung mit einer durchgehend ausgebildeten, permanentmagnetischen sowie ringförmigen Scheibe 122 bzw. dickeren Schicht realisiert, die zumindest bereichsweise auf der ersten Stirnfläche 114 des Rotorgrundkörpers 116 ausgebildet oder als ein separates Bauteil ausgeführt und mit dieser fest verbunden ist. Zur Ausbildung von lediglich exemplarisch einem Nordpol N sowie einem Südpol S ist die Scheibe 122 entsprechend zonenweise, das heißt kreisringsegmentförmig magnetisiert.
Alternativ können auch zwei oder mehr einzelne, kreisringsektorförmige bzw. „tortenstückartige“ Permanentmagnetsegmente (nicht dargestellt) entsprechend der hier illustrierten geometrischen Anordnung der Pole N und S auf der ersten Stirnfläche 114 des Rotorgrundkörpers 116 positioniert und befestigt sein.
Im Übrigen folgt die konstruktive Gestaltung des Stators 130 sowie des Rotors 110 den üblichen konstruktiven Auslegungsregeln einer elektronisch kommutierten, permanent erregten Synchronmaschine, die einem auf dem Gebiet der elektrischen Maschinen tätigen Fachmann hinreichend geläufig sind, sodass an dieser Stelle auf eine eingehendere Erläuterung von technischen Einzelheiten zwecks Knappheit und Kürze der Beschreibung verzichtet sei.
Eine in den Zeichnungen nicht dargestellte elektrische Handwerkzeugmaschine, die mit dem erfindungsgemäßen elektronisch kommutierten (Axialfluss-)Motor ausgestattet ist, ermöglicht in Verbindung mit der kompakten, einseitigen Lagerung des Rotors zunächst eine axial vergleichsweise kurze Bauform der Handwerkzeugmaschine. Infolgedessen ist die Handwerkzeugmaschine auch in ansonsten nicht zugänglichen Bereichen einsetzbar. Zugleich erzeugt der Motor im Vergleich zu einem hergebrachten Radialflussmotor ein signifikant höheres Drehmoment, das gegebenenfalls über ein zwischengeschaltetes Getriebe an ein im Zusammenhang mit der Handwerkzeugmaschine Verwendung findendes Einsatzwerkzeug, wie zum Beispiel einen Bohrer, ein Schrauber-Bit, einen Fräser, ein Sägeblatt oder dergleichen, abgebbar ist. Hierdurch lassen sich beispielsweise Bohrer oder Fräser mit einem größeren Durchmesser einsetzen.

Claims

Elektronisch kommutierter Motor (100) mit einem scheibenförmigen Rotor (110), der eine zugeordnete Magnetisierung (120) sowie eine Rotorwelle (112) aufweist, und mit einem ringförmigen Stator (130), an dem eine Mehrzahl von Statorzähnen (Z_1,...,6) vorgesehen ist, wobei jeder Statorzahn (Z_1,...,6) mit einer Statorzahnwicklung (W_1,...,6) versehen ist, die jeweils dazu ausgebildet ist, mit der Magnetisierung (120) des Rotors (110) magnetisch zusammen zu wirken, und wobei die Rotorwelle (112) in axialer Richtung (A) durch den Stator (130) durchgreift, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (112) über mindestens zwei in der axialen Richtung der Rotorwelle (112) unmittelbar nebeneinander auf der Rotorwelle (112) angeordnete Lager (180, 182) drehbar gelagert ist.
Elektronisch kommutierter Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Lager (180, 182) axial zumindest bereichsweise innerhalb des Stators (130) oder axial zwischen dem Rotor (110) und dem Stator (130) angeordnet sind.
Elektronisch kommutierter Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetisierung (120) des scheibenförmigen Rotors (110) zumindest bereichsweise an einer ersten Stirnfläche (114) eines Rotorgrundkörpers (116) ausgebildet ist, wobei die erste Stirnfläche (114) den Statorzähnen (Z_1,...,6) zugewandt ist und zwischen der ersten Stirnfläche (114) und den Statorzähnen (Z_1,...,6) ein axialer Luftspalt (L) ausgebildet ist.
Elektronisch kommutierter Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Lager (180, 182) jeweils als Wälzlager, insbesondere als Kugellager oder Rollenlager, ausgebildet sind.
Elektronisch kommutierter Motor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (112) einen radial auswärts gerichteten Bundabschnitt (154) zur einseitigen axialen Lagesicherung von mindestens zwei Innenringen (184, 186) der Lager (180, 182) aufweist.
Elektronisch kommutierter Motor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (130) einen ringförmigen Statorgrundkörper (132) mit einer zentralen Öffnung (134) aufweist, wobei ein hülsenartiger Lagerträger (200) in der zentralen Öffnung (134) aufgenommen ist und in einer Durchgangsöffnung (206) des Lagerträgers (200) mindestens zwei Außenringe (188, 190) der Lager (180, 182) aufgenommen sind, wobei der Statorgrundkörper (132) einen magnetischen Statorrückschluss (138) bildet.
Elektronisch kommutierter Motor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorgrundkörper (116) einen magnetischen Rotorrückschluss (118) für die Magnetisierung (120) des Rotors (110) bildet.
Elektronisch kommutierter Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einem ersten Ende (220) der Rotorwelle (112) ein Lüfterrad (222) angeordnet ist, wobei das Lüfterrad (222) axial an einer, von der ersten Stirnfläche (114) des Rotors (110) weg gerichteten, zweiten Stirnfläche (128) zumindest bereichsweise anliegt.
Elektronisch kommutierter Motor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Ende (240) der Rotorwelle (112) mindestens einen Signalgeber (242) zur Lageerkennung des Rotors (110) in Relation zu dem Stator (130) aufweist.
Elektronisch kommutierter Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektronisch kommutierte Motor gehäuselos ausgebildet ist.
Handwerkzeugmaschine, gekennzeichnet durch einen elektronisch kommutierten Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 10.