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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen bürstenlosen Elektromotor und ein Verfahren zum Herausführen der drei Phasenwicklungsdrähte eines solchen bürstenlosen Elektromotors.
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STAND DER TECHNIK
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Bei den derzeitigen bürstenlosen Dreiphasen-Elektromotoren, insbesondere den in Elektrowerkzeugen verwendeten bürstenlosen Dreiphasen-Elektromotoren, werden üblicherweise zwei Verfahren zum Herausführen und Verbinden der drei Phasenwicklungsdrähte (Kupferdrähte), nämlich Sternschaltung und Dreieckschaltung, eingesetzt. Beim Verfahren der Sternschaltung verfügt jeder Wickeldraht über einen ersten und zweiten Anschlussstecker. Von jedem Wickeldraht ist je ein Anschlussstecker (z. B. der erste) angeschlossen und wird als gemeinsamer Anschluss bezeichnet. Der jeweils andere (z. B. zweite) Anschlussstecker jedes Wickeldrahts wird als herausführender Anschlussstecker der drei (Phasen) verwendet.
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Bei der derzeitigen Konstruktion werden die drei herausführenden Anschlussstecker der drei Phasenwicklungsdrähte durch Löten befestigt. Diese Befestigungsart tendiert dazu, sich bei andauernder Vibration des Elektromotors zu lösen, was zu mangelhaftem Kontakt führt. Die Lötstelle des Anschlusssteckers liegt dabei frei und ist völlig ungeschützt, sodass es in Arbeitsumgebungen mit Metallstaub usw. leicht zu einer Ansammlung von Metallstaub kommen kann, die zu Kurzschlüssen zwischen den Phasen führt.
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Die herausgeführten Anschlussstecker der einzelnen Phasenwicklungsdrähte werden auf Hall-Platten gelötet. Die Isolierung der Wickeldrähte muss vor dem Lötvorgang manuell entfernt werden. Dieser Vorgang ist recht umständlich. Ferner kommt es bei hohen Stromstärken zu starker Hitzeentwicklung an den Lötstellen, was bei der praktischen Anwendung zu Erscheinungen wie Lötfehlern und mangelhaftem Kontakt führt.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Ziel der vorliegenden Anmeldung ist es, eines oder mehrere der genannten Probleme zur lösen.
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Dieses Ziel wird durch einen bürstenlosen Elektromotor und ein Verfahren zum Herausführen der drei Phasenwicklungsdrähte des bürstenlosen Elektromotors der vorliegenden Anmeldung verwirklicht.
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Der bürstenlose Elektromotor der vorliegenden Anmeldung umfasst: einen Statorkern, der einen die Axialrichtung begrenzenden zylindrischen Körper und mehrere Statorzahnteile umfasst, die vom zylindrischen Körper radial nach innen ragen; eine am Statorkern befestigte isolierende Halterung, wobei die isolierende Halterung einen Isolierkörper entsprechend dem zylindrischen Körper in Axialrichtung sowie den Statorzahnteilen entsprechende Halterungszahnteile umfasst und ihr erstes Ende dem Statorkern zugewandt ist und ihr zweites Ende diesem abgewandt ist; drei Phasenwicklungen, wobei jede der drei Phasenwicklungen auf einen oder mehrere der Statorzahnteile und entsprechend auf einen oder mehrere der Halterungszahnteile gewickelt ist und über jeweils einen ersten Anschlussstecker und einen zweiten Anschlussstecker verfügt, wobei die isolierende Halterung drei Phasenanschlüsse umfasst und die drei Phasenanschlüsse jeweils Folgendes umfassen: einen im Isolierkörper geformten Phasenanschlusskörper, einen von dem zweiten Ende der isolierenden Halterung herausragenden Anschlusssteckerbefestigungsteil zur Befestigung und elektrischen Verbindung des zweiten Anschlusssteckers, der einer der drei Phasenwicklungen entspricht, sowie einen in der isolierenden Halterung entblößten externen Phasendrahtanschlussteil zum Anschließen des entsprechenden der drei externen Phasendrähte.
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In einem Ausführungsbeispiel umfasst der Phasenanschlusskörper eine oder mehrere flache Platten und/oder eine oder mehrere gebogene Platten.
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In einem Ausführungsbeispiel besitzt der Phasenanschlusskörper mindestens eines der folgenden Merkmale:
- Der Phasenanschlusskörper umfasst mehrere flache Platten, die in Umfangsrichtung der Axialrichtung gebogen sind;
- Die Phasenanschlusskörper zweier benachbarter Phasenanschlüsse der drei Phasenanschlüsse erstrecken sich in Umfangsrichtung zum Phasenanschlusskörper des dritten Phasenanschlusses der drei Phasenanschlüsse, oder die Phasenanschlusskörper des ersten und zweiten Phasenanschlusses von den drei Phasenanschlüssen erstrecken sich in Umfangsrichtung zum Phasenanschlusskörper des dritten Phasenanschlusses, der sich zwischen dem ersten und zweiten Phasenanschluss befindet; und die Phasenanschlusskörper von zwei der drei Phasenanschlüsse überlappen sich teilweise in Radialrichtung orthogonal zur Axialrichtung, und der Phasenanschlusskörper eines der beiden Phasenanschlüsse weist an der Überlappung eine Aussparung auf, um zu verhindern, dass sich die Phasenanschlusskörper der beiden Phasenanschlüsse berühren.
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In einem Ausführungsbeispiel besitzt der Anschlusssteckerbefestigungsteil mindestens eines der folgenden Merkmale:
- Der Anschlusssteckerbefestigungsteil umfasst ein erstes Stützbein, das sich von dem Phasenanschlusskörper in Axialrichtung erstreckt und am zweiten Ende der isolierenden Halterung herausragt, sowie ein zweites Stützbein, das sich von dem Phasenanschlusskörper in Radialrichtung nach außen erstreckt und in einem Winkel zu dem ersten Stützbein steht;
- Der Anschlusssteckerbefestigungsteil befindet sich an einer Position, die in der zur Axialrichtung orthogonalen Radialrichtung außerhalb des Halterungszahnteils relativ zu dem an ihm befestigten zweiten Anschlussstecker und in Axialrichtung nach außen versetzt liegt.
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In einer Ausführungsform umfasst jeder Phasenanschluss einen externen Phasendrahtanschlussteil, und der externe Phasendrahtanschlussteil besitzt mindestens eines der folgenden Merkmale:
- Der externe Phasendrahtanschlussteil wird durch den entblößten Teil des Phasenanschlusskörpers bereitgestellt, der sich in der Aussparung an der isolierenden Halterung bildet, oder er wird durch den Teil des Phasenanschlusskörpers bereitgestellt, der aus der isolierenden Halterung hervorsteht;
- Der externe Phasendrahtanschlussteil ist an der radial äußeren Seite des Statorkerns und/oder am zweiten Ende des Statorkerns entblößt;
- Die externen Phasendrahtanschlussteile der drei Phasenanschlüsse sind jeweils voneinander in Radialrichtung senkrecht zur Axialrichtung beabstandet, oder einer der externen Phasendrahtanschlussteile ist in Radialrichtung von den anderen beiden externen Phasendrahtanschlussteilen beabstandet;
- die externen Phasendrahtanschlussteile der drei Phasenanschlüsse sind in Umfangsrichtung der Axialrichtung beabstandet; und
- die externen Phasendrahtanschlussteile der drei Phasenanschlüsse befinden sich in einem 40°-Bereich in Umfangsrichtung.
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In einem Ausführungsbeispiel umfasst der bürstenlose Elektromotor ferner einen gemeinsamen Anschluss, und der gemeinsame Anschluss umfasst einen in der isolierten Halterung geformten gemeinsamen Anschlusskörper und sich von dem gemeinsamen Anschlusskörper erstreckende sowie am zweiten Ende der isolierenden Halterung entblößte drei Anschlusssteckerbefestigungsteile zur Befestigung und elektrischen Verbindung des ersten Anschlusssteckers jeder der drei Phasenwicklungen, und jeder der drei Phasenanschlüsse umfasst einen Anschlusssteckerbefestigungsteil.
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In einem Ausführungsbeispiel umfasst der bürstenlose Elektromotor keinen gemeinsamen Anschluss, und alle drei Phasenanschlüsse besitzen je zwei Drahtbefestigungsteile, die so angeordnet sind, dass sie jeweils einen Anschluss der beiden Phasenwicklungen von den drei Phasenwicklungen befestigen und elektrisch verbinden.
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In einem Ausführungsbeispiel umfasst jeder Halterungszahnteil der isolierenden Halterung einen Halterungszahn-Innenringteil und einen Halterungszahn-Verbindungsteil zur Verbindung von Halterungszahn-Innenringteil und Isolierkörper, wobei die vom Statorkern abgewandte Oberfläche des Halterungszahn-Verbindungsteils mit einer oder mehreren Nuten versehen ist, die sich in Umfangsrichtung der Axialrichtung erstrecken, und die Nut der Aufnahme des gewickelten Wickeldrahts dient.
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In einem Ausführungsbeispiel umfasst die isolierende Halterung mehrere Vorsprünge, die sich vom Isolierkörper radial nach innen erstrecken. Jeder Vorsprung befindet sich zwischen zwei benachbarten Halterungszahnteilen in Umfangsrichtung der Axialrichtung und ist so gestaltet, dass er in Umfangsrichtung eine am Statorzahnteil befestigte Isolierplatte blockiert, auf die der Draht gewickelt ist.
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Das Verfahren zum Herausführen der drei Phasenwicklungsdrähte eines bürstenlosen Elektromotors der vorliegenden Anmeldung umfasst Folgendes: einen Montageschritt zur Befestigung der isolierenden Halterung am Statorkern; einen Drahtwickelschritt, bei dem auf den Halterungszahnteil der isolierenden Halterung und den Statorzahnteil des Statorkerns drei Phasenwicklungen gewickelt werden und der erste und zweite Anschlussstecker jeder Wicklung vorübergehend an dem entsprechenden Anschlusssteckerbefestigungsteil auf der isolierenden Halterung befestigt werden; und einen Verschweißungsschritt, bei dem jeder Anschlussstecker jeder Wicklung nacheinander mit dem entsprechenden Anschlusssteckerbefestigungsteil verschweißt wird.
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In einem Ausführungsbeispiel umfasst der Montageschritt das Einsetzen jedes Befestigungsschafts der isolierenden Halterung in die entsprechende Nut des Statorkerns.
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In einem Ausführungsbeispiel verfügt die isolierende Halterung über einen gemeinsamen Anschluss mit drei Drahtbefestigungsteilen, und der Drahtwickelschritt umfasst Folgendes: vorübergehendes Befestigen des ersten Anschlusssteckers jeder der drei Phasenwicklungen an den Drahtbefestigungsteilen des gemeinsamen Anschlusses und vorübergehendes Befestigen des zweiten Anschlusssteckers jeder der drei Phasenwicklungen an den Drahtbefestigungsteilen jeder der drei Phasenanschlüsse.
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In einem Ausführungsbeispiel umfasst die isolierende Halterung keinen gemeinsamen Anschluss, und der Drahtwickelschritt umfasst Folgendes: vorübergehendes Befestigen von zwei angrenzenden Anschlusssteckern von zwei angrenzenden Phasenwicklungen der drei Phasenwicklungen an den beiden Anschlusssteckerbefestigungsteilen desselben Phasenanschlusses unter den drei Phasenanschlüssen der isolierenden Halterung.
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In einem Ausführungsbeispiel umfasst der Drahtwickelschritt ferner das Befestigen jedes der drei externen Phasendrähte an dem externen Phasendrahtanschlussteil des entsprechenden Phasenanschlusses der drei Phasenanschlüsse der isolierenden Halterung.
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In einem Ausführungsbeispiel umfasst das vorübergehende Befestigen das Wickeln des Anschlusssteckers um einen Teil des entsprechenden Anschlusssteckerbefestigungsteils.
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Bei dem bürstenlosen Elektromotor der vorliegenden Anmeldung sind alle mit den drei Phasenwicklungsdrähten des bürstenlosen Elektromotors verbundenen Anschlüsse einstückig ausgebildet an der isolierenden Halterung des Statorkerns befestigt, wobei jeweils ein (nämlich der erste) Anschlussstecker der drei Phasenwicklungsdrähte an drei Anschlusssteckeren desselben gemeinsamen Anschlusses angebracht und befestigt ist, sodass ein gemeinsamer Anschluss gebildet wird, jeweils der andere (nämlich der zweite) Anschlussstecker der drei Phasenwicklungsdrähte an den Anschlusssteckerbefestigungsteilen der drei Phasenanschlüsse, die an der isolierenden Halterung geformt werden, separat angebracht und befestigt ist. Die drei Phasenanschlüsse stellen ferner jeweils einen externen Phasendrahtanschlussteil zum Befestigen und zur elektrischen Verbindung des entsprechenden von den drei externen (Phasen-) Drähten bereit. Bei der vorliegenden Konstruktion wird der zweite (herausgeführte) Anschlussstecker der drei Phasenwicklungsdrähte nach Herausragen aus der jeweiligen Wicklung oder Teilwicklung mit dem am nächsten befindlichen Anschlusssteckerbefestigungsteil direkt verschweißt, anstatt wie bei derzeitigen Konfigurationen nach einem Durchführen durch die isolierende Halterung an einer Hall-Platte befestigt zu werden. Dadurch wird in wesentlichem Maße die herausgeführte Länge des abgehenden Anschlusssteckers verkürzt, die Befestigung des abgehenden Anschlusssteckers am Anschlusssteckerbefestigungsteil des Phasenanschlusses erfolgt durch Punktschweißen mit hervorragender Befestigungswirkung, und ein Abfallen oder Abbrechen ist nicht leicht möglich. Darüber hinaus ist es nicht nötig, die Isolierung vor dem Punktschweißen manuell zu entfernen, was die Durchführung vereinfacht. Geschweißte Bereiche liegen nicht nach außen hin frei, und das mögliche Auftreten von Kurzschlüssen von Phasen durch Staubablagerungen wird effektiv vermieden.
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BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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- 1 zeigt eine Montagezeichnung einer Statorkonstruktion eines bürstenlosen Elektromotors entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Anmeldung, wobei die drei abgehenden Phasendrähte jeweils an den externen Phasendrahtanschlussteil der drei Phasenanschlüsse der isolierenden Halterung geschweißt werden.
- 2 zeigt die Montagezeichnung aus 1 mit entfernten dreiphasigen Außenanschlussdrähten, um die externen Phasendrahtanschlussteile der drei Phasenanschlüsse freizulegen.
- 3 ist eine perspektivische Darstellung des Statorkerns der Statorkonstruktion von 1.
- 4 ist eine perspektivische Darstellung der isolierenden Halterung der Statorkonstruktion von 1.
- 5 ist eine perspektivische Einzeldarstellung der Phasenanschlüsse und des gemeinsamen Anschlusses, die einstückig an der isolierenden Halterung ausgebildet sind.
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KONKRETE AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die nachstehende Darstellung zeigt das Prinzip des bürstenlosen Elektromotors entsprechend der vorliegenden Anmeldung, insbesondere die abgehende Konstruktion seiner drei Phasenwicklungsdrähte. Die Figuren zeigen nur veranschaulichende Beispiele der vorliegenden Anmeldung, sind aber nicht abschließend und sind keine erschöpfende Aufstellung aller Ausführungsbeispiele, durch die das Prinzip der vorliegenden Anmeldung umgesetzt werden kann. Weiterhin ist zu beachten, dass die Figuren nur die Statorkonstruktion des bürstenlosen Elektromotors mit Bezug zur Konstruktionsverbesserung der vorliegenden Anmeldung zeigen.
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1 und 2 sind jeweils Montagezeichnungen mit und ohne die dreiphasigen Außenanschlussdrähte der Statorkonstruktion des bürstenlosen Elektromotors. Insgesamt umfasst die Statorkonstruktion einen Statorkern 100, einen am Statorkern 100 in Axialrichtung befestigten Oberteil der isolierenden Halterung 200 und einen Unterteil der isolierenden Halterung 300, sowie eine am Oberteil der isolierenden Halterung 200 befestigte Hall-Platte 400. Drei Wickeldrähte (hierin auch als „dreiphasig“ bezeichnet) sind auf den Statorkern 100, den Oberteil der isolierenden Halterung 200 und den Unterteil der isolierenden Halterung 300 gewickelt, um eine dreiphasige Wicklung zu bilden (in 1 und 2 nicht abgebildet), und es werden drei (dreiphasige) externe Phasendrahtanschlussteile zum Anbringen und zur elektrischen Verbindung der dreiphasigen Außenanschlüsse Uo, Vo und Wo bereitgestellt, die im Folgenden mit den Kennzeichnungen 56, 66 und 76 bezeichnet werden und in 1 und 2 jeweils mit „U“, „V“ und „W“ gekennzeichnet sind. Ferner ist in den 1 und 2 auch eine Signalleitung 410 dargestellt, die an der Hall-Platte 400 angeordnet ist.
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Die nachstehenden Darstellungen 3-5 zeigen jeweils weiter im Detail die Hauptkomponenten der Statorkonstruktion, den Statorkern 100 und den Oberteil der isolierenden Halterung 200. Da die Konstruktion des Unterteils der isolierenden Halterung 300 nicht im Fokus der vorliegenden Anmeldung steht, wird diese in der vorliegenden Anmeldung nicht detailliert beschrieben. Mit Ausnahme, dass explizit das „Unterteil der isolierenden Halterung“ genannt wird, ist in diesem Text bei der Erwähnung von „isolierende Halterung“ das „Oberteil der isolierenden Halterung 200“ gemeint.
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3 zeigt eine perspektivische Darstellung des Statorkerns 100. Der Statorkern 100 kann generell einen zylindrischen Körper 10 umfassen, bei dem eine Axialrichtung 2 entlang einer Mittelachse definiert ist, die in diesem Text als „Axialrichtung“ so ausgerichtet ist, dass sie orthogonal zur „Umfangsrichtung“ ist. Die „Umfangsrichtung“ verläuft um die Axialrichtung 2 herum. Die sechs Statorzahnteile 20 (20A-20F) sind in Umfangsrichtung mit gleichem Abstand voneinander verteilt und ragen vom zylindrischen Körper 10 radial nach innen hervor. Jeder Statorzahnteil 20 ragt in Axialrichtung 2 vor und umfasst einen Statorzahn-Innenringteil 22 und einen Statorzahn-Verbindungsteil 24 vom Statorzahn-Innenringteil 22 mit dem Zylinderkörper 10. Jeder Statorzahn-Innenringteil 22 des Statorzahnteils 20 kann als Zylinder mit mehreren Unterbrechungen entlang der Umfangsrichtung im Innenbereich des Zylinderkörpers 10 betrachtet werden.
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4 zeigt eine perspektivische Darstellung der isolierenden Halterung 200. Die isolierende Halterung 200 ist zum festen Fixieren am Statorkern 100 konstruiert. Bei Betrachtung in Axialrichtung Z verfügt die isolierende Halterung 200 über einen Isolierkörper 30, der in Form und Größe dem zylindrischen Körper 10 des Statorkerns 100 entspricht, und über Halterungszahnteile 40 (40A-40F), die in Form und Größe jeweils den Statorzahnteilen 20 (20A-20F) entsprechen. Jeder Halterungszahnteil 40 umfasst einen Halterungszahn-Innenringteil 42 und einen Halterungszahn-Verbindungsteil 44, die dem Statorzahn-Innenringteil 22 und dem Statorzahn-Verbindungsteil 24 der Statorzahnteile 20 entsprechen. Jeder Statorzahnteil 20 (z. B. 20A) des Statorkerns 100 und ein entsprechender Haltezahnteil 40 (z. B. 40A) der isolierenden Halterung 200 (und ein entsprechender Zahnteil des Unterteils der isolierenden Halterung 300) bilden eine Zahngruppe (z. B. Zahngruppe A). Die Statorkonstruktion besteht aus sechs Zahngruppen A-F. Die isolierende Halterung 200 verfügt über ein dem Statorkern 100 zugewandtes erstes Ende 30a und ein dem Statorkern abgewandtes zweites Ende 30b und umfasst bei Befestigung am Statorkern 100 eine erste Endfläche 31, die in Kontakt mit der Endfläche 11 des Statorkerns 100 steht, und eine zweite Endfläche 33, die in Axialrichtung Z der ersten Endfläche 31 gegenüber angeordnet ist. Die zylinderförmige Außenfläche 37 des Isolierkörpers 30 der isolierenden Halterung 200 entspricht der zylinderförmigen Statoraußenfläche 17 des Statorkerns 100.
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Jeder der drei Wickeldrähte ist auf zwei einander zugewandte Zahngruppen gewickelt, um zwei Teilwicklungen derselben Phasenwicklung zu bilden. Der bürstenlose Elektromotor umfasst insgesamt drei (Phasen-) Wicklungen U, V und W. Jede Teilwicklung ist durch einen Anschlussstecker verlängert, sodass jede (Phasen-) Wicklung zwei Anschlussstecker umfasst, die jeweils aus den beiden Teilwicklungen herausragen. In diesem Text werden sie als erster und zweiter Anschlussstecker bezeichnet. Wie in den Figuren gezeigt, wird der erste Wickeldraht auf die Zahngruppen A und D gewickelt, um zwei Teilwicklungen der Phase V und den ersten und zweiten Anschlussstecker V1 und V2 zu bilden. Der zweite Wickeldraht wird auf die Zahngruppen B und E gewickelt, um zwei Teilwicklungen der Phase U und den ersten und zweiten Anschlussstecker U1 und U2 zu bilden. Der dritte Wickeldraht wird auf die Zahngruppen C und F gewickelt, um zwei Teilwicklungen der Phase W und den ersten und zweiten Anschlussstecker W1 und W2 zu bilden, siehe 1 und 2.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Konstruktion zum Herausführen des dreiphasigen Wickeldrahts des bürstenlosen Elektromotors eine Y-förmige dreiphasige Anschlussdrahtanordnung. In dieser Konstruktion sind die jeweiligen ersten Anschlussstecker U1, V1 und W1 der dreiphasigen Wicklungsdrähte über einen gemeinsamen Anschluss elektrisch miteinander verbunden. Die jeweiligen zweiten Anschlussstecker U2, V2 und W2 (manchmal auch als „abgehende Anschlussstecker“ bezeichnet) der dreiphasigen Wicklungsdrähte sind jeweils befestigt und über drei Phasenanschlüsse elektrisch mit den dreiphasigen abgehenden Anschlussdrähten verbunden.
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4 zeigt wie die isolierte Halterung 200 fest verbunden ist, um einstückig die drei Phasenanschlüsse 50, 60 und 70 sowie den gemeinsamen Anschluss 80 zu verbinden. Als Beispiel, aber nicht als Einschränkung, sind die Phasenanschlüsse 50, 60 und 70 sowie der gemeinsame Anschluss 80 einstückig ausgebildet an der isolierenden Halterung 200 ausgebildet.
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Die drei Phasenanschlüsse 50, 60 und 70 sind jeweils zur Befestigung und elektrischen Verbindung mit den jeweiligen Phasenanschlüssen der dreiphasigen Wickeldrähte angeordnet (jeweilig ragen sie aus den auf die Zahngruppen A, B und C gewickelten Teilwicklungen hervor). Die zweiten Anschlussstecker U2, V2 und W2 sowie der gemeinsame Anschluss 80 sind so konstruiert, dass sie jeweils die dreiphasigen Wickeldrähte befestigen (jeweilig ragen sie aus den auf die Zahnsätze D, E und F gewickelten Teilwicklungen hervor) und die Anschlussstecker U1, V1 und W1 mit ihnen leitfähig verbunden sind. Diese Anschlüsse der isolierenden Halterung 200 sind in 5 dargestellt.
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Die drei Phasenanschlüsse 50, 60 und 70 umfassen jeweils Phasenanschlusskörper 52, 62 und 72, die in der isolierenden Halterung 200 integriert sind (z. B. Überformen oder Formguss), drei nach außen freiliegende (Phasen-) Anschlusssteckerbefestigungsteile 52, 62 und 72 jeweils U, V und W) der isolierenden Halterung 200 und die externen Phasendrahtanschlussteile 56, 66 und 76 jeweils U, V und W) der Außenfläche der isolierenden Halterung 200.
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5 zeigt wie die Phasenanschlusskörper jedes Phasenanschlusses jeweils in Axialrichtung 2 verlaufen und in Form mehrerer flacher Platten in Umfangsrichtung um die Axialrichtung 2 gebogen sind. Fachleute auf dem Gebiet sollten jedoch verstehen, dass nach Form und Größe des Isolierkörpers 30 der isolierenden Halterung 200 sowie der Praktikabilität der Formgebung jeder Anschlusskörper je nach Anforderungsparametern, wie Form und Größe, angepasst werden kann. Beispielsweise kann der Anschlusskörper aus einer oder mehreren flachen Platten und/oder einer oder mehreren gebogenen Platten bestehen. Wenn sich die Form und andere Merkmale des Isolierkörpers 30 ändern, ändert sich ebenfalls der Phasenanschlusskörper jedes Anschlusses entsprechend.
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Bei den drei externen Phasendrahtanschlussteilen 56, 66 und 76 können jeweils die nach außen freiliegenden Phasenanschlusskörper 52, 62 und 72 für die Anschlusssteckerbefestigungsteile 54, 64 und 74 vorgesehen sein. Dabei kann es sich um diejenigen Teile der Phasenanschlusskörper 52, 62 und 72 handeln, die durch die am Isolierkörper 30 der isolierenden Halterung 200 gebildeten Aussparungen freigelegt werden. Beispielsweise verfügt die isolierende Halterung 200 über drei getrennte Aussparungen 32, 34 und 36 (4), und die drei externen Phasendrahtanschlussteile 56, 66 und 76 der Phasenanschlusskörper 52, 62 bzw. 72 gewährleisten, dass die drei externen Phasendrahtanschlussteile 56, 66 und 76 voneinander isoliert werden können, um beim Verschweißen Kurzschlüsse der dreiphasigen abgehenden Anschlussdrähte Uo, Vo und Wo zu vermeiden. Diese Aussparungen bieten auch Platz zum Verschweißen der dreiphasigen abgehenden Anschlussdrähte Uo, Vo und Wo, sodass die Verschweißungsteile nicht über die äußere Umlauffläche (zylindrische Außenfläche 37 der Halterung) des Isolierkörpers 30 der isolierenden Halterung 200 hinausragen, und somit ist keine Anpassung oder Vergrößerung des Statorgehäuses erforderlich. Fachleute verstehen jedoch, dass die externen Phasendrahtanschlussteile 56, 66 und 76 der Phasenanschlusskörper 52, 62 und 72 auch dadurch gebildet werden können, dass sie von den flachen Phasenanschlusskörpern 52, 62 und 72 einen von der isolierenden Halterung 200 hervorragenden Teil bereitstellen.
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Die externen Phasendrahtanschlussteile 56, 66 und 76 der Phasenanschlusskörper 52, 62 und 72 der drei Phasenanschlüsse 50, 60 und 70 können in einem vorgegebenen Bereich von etwa 45 Grad, vorzugsweise etwa 30 Grad, in Umfangsrichtung angeordnet sein. Dazu können sich ein oder mehrere Phasenanschlusskörper der drei Phasenanschlüsse 50, 60 und 70 in unterschiedlichem Ausmaß in Umfangsrichtung erstrecken. Als Beispiel, wie in 5 dargestellt, verläuft der Phasenanschlusskörper 52 eines Phasenanschlusses 50 der drei Phasenanschlüsse 50, 60 und 70 in Umfangsrichtung zum dazwischen liegenden Phasenanschluss 60. Die Phasenanschlusskörper 62 und 72 der beiden anderen Phasenanschlüsse 60 und 70 der drei Phasenanschlüsse 50, 60 und 70 verlaufen in Umfangsrichtung zum Phasenanschluss 50 hin. Der Phasenanschlusskörper 52 des Phasenanschlusses 50 erstreckt sich in Umfangsrichtung um die minimale Länge (Winkel), und der Phasenanschlusskörper 72 des Phasenanschlusses 70 erstreckt sich in Umfangsrichtung um die maximale Länge (Winkel). Dadurch wird sichergestellt, dass alle drei externen Phasendrahtanschlussteile in Umfangsrichtung zu den Anschlusssteckerbefestigungsteilen versetzt angeordnet sind, wodurch versehentliche Kurzschlüsse vermieden werden. Ferner können sich, wie in den Figuren dargestellt, die Phasenanschlusskörper zweier angrenzender Phasenanschlüsse in Umfangsrichtung so weit erstrecken, dass sie sich in Axialrichtung teilweise überlappen. Beispielsweise muss bei den Phasenanschlüssen 60 und 70 zu diesem Zeitpunkt sichergestellt werden, dass die Phasenanschlusskörper 62 und 72 der Phasenanschlüsse 60 und 70 voneinander getrennt sind, um die elektrische Isolierung voneinander sicherzustellen. Beispielsweise ist am Phasenanschlusskörper 72 eine schräge Öffnung 71 angeordnet. Wenngleich dies nicht in den Figuren dargestellt ist, können Fachleute sich vorstellen, dass bei einigen Ausführungsbeispielen die drei Phasenanschlüsse 50, 60 und 70 so angeordnet sein können, dass sich die Phasenanschlusskörper der Phasenanschlüsse 50 und 70 auf beiden Seiten entlang der Umfangsrichtung in Richtung des mittleren Phasenanschlusses 60 erstrecken können. Dadurch wird erreicht, dass jeweils die drei externen Phasendrahtanschlussteile 56, 66 und 76 der Phasenanschlüsse 50, 60 und 70 in Umfangsrichtung innerhalb eines voreingestellten Bereichs liegen. Die externen Phasendrahtanschlussteile 56, 66 und 76 der Phasenanschlüsse 50, 60 und 70 befinden sich in einem so engen Umfangsbereich und sind von der isolierenden Halterung 200 freigelegt, um den elektrischen Anschluss der dreiphasigen abgehenden Anschlussdrähte Uo, Vo und Wo auf sehr kompakte Weise zu ermöglichen. Dies ist normalerweise bei kleineren Elektrowerkzeuganwendungen vorteilhaft.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel können die drei externen Phasendrahtanschlussteile 56, 66 und 76 an unterschiedlichen axialen Positionen in Axialrichtung angeordnet sein, wie in dem dargestellten Ausführungsbeispiel gezeigt. Dabei haben die beiden externen Phasendrahtanschlussteile 56 und 76 im Wesentlichen die gleiche axiale Position, während der externe Phasendrahtanschlussteil 66 relativ zu den anderen beiden radial nach innen versetzt ist. Fachleute auf dem Gebiet können verstehen, dass die vorliegende Anmeldung nicht auf die in den Figuren gezeigte radiale Anordnung beschränkt ist. Beispielsweise kann der externe Phasendrahtanschlussteil 66 durch teilweises Biegen an der gleichen radialen Position wie die anderen beiden angeordnet werden oder die drei externen Phasendrahtanschlussteile an drei verschiedenen radialen Positionen angeordnet sein. Die drei externen Phasendrahtanschlussteile 56, 66 und 76 müssen nicht alle in der Axialrichtung 2 ausgerichtet sein, wie in der Figur gezeigt. Optional können ein oder zwei der externen Phasendrahtanschlussteile in Axialrichtung 2 einander gegenüberliegen, während andere externe Phasendrahtanschlussteile versetzt angeordnet sind. Die drei externen Phasendrahtanschlussteile 56, 66 und 76 können, wie in den Figuren gezeigt, durch Biegen oder Krümmen eines Teils der entsprechenden Phasenanschlusskörper 52, 62 und 72 gebildet werden oder können durch Verstärken oder Vorwölben der entsprechenden Phasenanschlusskörper 52, 62 und 72 bereitgestellt werden.
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Die drei Phasenanschlüsse 50, 60 und 70 bieten jeweils Anschlusssteckerbefestigungsteile 54, 64 und 74. Jeder Anschlusssteckerbefestigungsteil verläuft vom entsprechenden Phasenanschlusskörper in Axialrichtung Z und ragt vom zweiten Ende oder der zweiten Endfläche 33 der isolierenden Halterung 200 hervor. Wie in der Figur gezeigt, kann der Anschlusssteckerbefestigungsteil jedes Phasenanschlusses im Wesentlichen ein Y-förmiger, V-förmiger oder U-förmiger Teil sein, d. h. er umfasst zwei Stützbeine 51 und 52, die einen Winkelraum bilden, um den ersten Anschlussstecker des Wicklungsdrahts aufzunehmen. Das erste Stützbein 51 des Anschlusssteckerbefestigungsteils kann aus der zweiten Endfläche 33 im Wesentlichen in Axialrichtung 2 aus dem entsprechenden Phasenanschlusskörper herausragen, und das zweite Stützbein 53 verläuft vom ersten Stützbein 51 radial schräg nach außen zur Außenseite der äußeren Umfangsfläche des Isolierkörpers 30. Jeder Anschlusssteckerbefestigungsteil eines Phasendrahts ist so konstruiert, dass sich der Wickeldrahtanschluss, der aus der Teilwicklung herausragt, in den Raum zwischen den beiden Stützbeinen erstreckt. Das Verschweißen erfolgt dann beispielsweise durch Punktschweißen, indem der Wickeldraht und die beiden Stützbeine miteinander verschmolzen und verfestigt werden. Wie in den 1 und 2 dargestellt, wird das zweite Stützbein 53 durch Schmelzen verformt, um die Schmelzverbindung zwischen den beiden Stützbeinen sicherzustellen. Bei dieser Konstruktion muss die Isolierung am Wickeldrahtanschluss (Kupferdraht) vor dem Schweißen nicht manuell entfernt werden, was die Bearbeitung vereinfacht. In den Figuren wird eines der Stützbeine (das dargestellte zweite Stützbein 53), das den Anschlusssteckerbefestigungsteil jedes Phasenanschlusses bildet, durch Schneiden und Biegen eines Teils des Materials des entsprechenden Phasenanschlusskörpers gebildet. Fachleute auf dem Gebiet können verstehen, dass dies nicht zwingend erforderlich ist. Die Stützbeine der Anschlüsse können durch zusätzliche Teile bereitgestellt werden.
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Wie in den Figuren gezeigt, sind die drei Anschlusssteckerbefestigungsteile 54, 64 und 74 der drei Phasenanschlüsse 50, 60 und 70 jeweils wie folgt angeordnet: Einerseits sind sie gegenüber der entsprechenden Teilwicklung (der entsprechenden Zahngruppen) in Axialrichtung nach außen versetzt, das heißt, die Anschlusssteckerbefestigungsteile haben in Umfangsrichtung einen Abstand von etwa 60 Grad zueinander; Andererseits sind sie auch in Axialrichtung Z von den entsprechenden Teilwicklungen (den entsprechenden Zahngruppen) nach außen (zum zweiten Ende hin) versetzt (da die Halterungszahnteile 40 nahe am ersten Ende der isolierenden Halterung 200 liegen und der Anschlusssteckerbefestigungsteil vom zweiten Ende der isolierenden Halterung 200 axial nach außen hervorragt). Dadurch werden die Längen der jeweiligen zweiten Anschlussstecker U2, V2 und W2 der drei Phasenwicklungsdrähte so kurz wie möglich, nachdem sie aus den entsprechenden Teilwicklungen herausragen und sich zur Befestigung bis zu den entsprechenden Anschlusssteckerbefestigungsteile 54, 64 und 74 erstrecken. Dies ermöglicht eine zuverlässige Fixierung der Anschlussstecker und die Stabilität nach längerem Vibrationsbetrieb des Elektromotors.
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Der gemeinsame Anschluss 80 umfasst einen gemeinsamen Anschlusskörper 82, der im Isolierkörper 30 der isolierenden Halterung 200 ausgebildet ist, und drei Anschlusssteckerbefestigungsteile 84, 86 und 88, die außerhalb des Isolierkörpers 30 freiliegen, beispielsweise ungefähr Y-förmige, V-förmige oder U-förmige Teile. Die drei Anschlusssteckerbefestigungsteile 84, 86 und 88 sind jeweils radial nach außen zu den Teilwicklungen (entsprechende Zahngruppen) versetzt angeordnet, die den entsprechenden Anschlusssteckern U1, VI und W1 entsprechen, oder der Abstand ist am geringsten. Auf die gleiche Weise sind die drei Anschlusssteckerbefestigungsteile 84, 86 und 88 um etwa 60 Grad voneinander entfernt, sodass die abgehenden Anschlüsse U1, V1 und W1 mit den entsprechenden Anschlusssteckerbefestigungsteilen 84, 86 und 88 so schnell wie möglich nach dem Herausführen aus den entsprechenden (Teil-) Wicklungen befestigt werden. Ebenso erfolgt das Herausführen und Verschweißen der Anschlussstecker U1, V1 und W1 zu den entsprechenden Anschlusssteckerbefestigungsteilen 84, 86 und 88, beispielsweise durch Punktschweißen. Dabei sind die jeweiligen Anschlussstecker U1, V1 und W1 über den gemeinsamen Anschlusskörper 82 des gemeinsamen Anschlusses 80 elektrisch miteinander verbunden. Der gemeinsame Anschlusskörper 82 kann die in den Figuren gezeigte Flachkonstruktion haben. Jedoch ist es auch denkbar, jede andere Anschlusskörperkonstruktion zu verwenden, die es ermöglicht, die drei Anschlusssteckerbefestigungsteile miteinander zu verbinden.
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Wie oben erwähnt, wird die isolierende Halterung 200 der Statorstruktur während des Herstellungsprozesses mit mehreren Anschlüssen (einschließlich Phasenanschlüssen und gemeinsamen Anschlüssen) gebildet. Jeder Anschluss umfasst einen Anschlusskörper, der durch Formen in der isolierenden Halterung abgedeckt und darin befestigt ist, und einen an der Außenseite der isolierenden Halterung freiliegenden Anschlusssteckerbefestigungsteil zum Befestigen und elektrischen Verbinden der Wickeldrahtanschlüsse, die entlang jeder Wicklung oder Teilwicklung verlaufen. Bei der Verwendung als Phasenanschluss umfasst dies auch einen äußeren Phasendraht-Verbindungsteil, der außerhalb der isolierenden Halterung freiliegt, um ausgehende Dreiphasendrähte anzuschließen. Durch die rationale Gestaltung der geometrischen Struktur des in der isolierenden Halterung eingewickelten Anschlusskörpers weisen die ausgehenden Verbindungsteile der einzelnen Phasenanschlüsse eine kompakte Anordnung auf, und die Anschlussbefestigungsteile liegen so nah wie möglich an den entsprechenden Wickeldrahtanschlüssen. Der Phasendrahtanschluss wird am Anschlusssteckerbefestigungsteil des Phasenanschlusses der isolierten Halterung befestigt, sobald er aus der Wicklung herausragt. Es ist nicht erforderlich, die Hall-Platte 400 durch die isolierende Halterung 200 nach außen zu verlängern, was nicht nur die erforderliche Länge der Verbindung verkürzt, sondern die Befestigung zuverlässiger macht und das Versagen von Schweißnähten stark reduziert (z. B. Unterbrechung, Kurzschluss aufgrund von Staubablagerungen). Aufgrund dieser Anordnung ist die Konstruktion der vorliegenden Anmeldung ferner auf bürstenlose Elektromotoren anwendbar, die nicht über eine Hall-Platte 400 verfügen.
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Obwohl die Y-förmige Anschlussform des bürstenlosen Elektromotors durch die Figuren ausführlich dargestellt wurde, sollten Fachleute jedoch verstehen können, dass das Prinzip der vorliegenden Anmeldung auch auf eine Dreieckschaltungsform eines bürstenlosen Elektromotors anwendbar ist, d. h. für einen Fall, dass kein gemeinsamer Anschluss enthalten ist. Es ist denkbar, dass bei dieser Anwendung die isolierende Halterung möglicherweise nur drei Phasenanschlüsse umfasst und jeder Phasenanschluss zwei Anschlusssteckerbefestigungsteile zur Befestigung und elektrischen Verbindung einer Teilwicklung jeder der beiden Phasenwicklungen von jedem Anschlussstecker der Dreiphasenwicklung (z. B. zwei angrenzende Teilwicklungen, die zu zwei unterschiedlichen Phasenwicklungen gehören) umfasst. Die beiden Anschlusssteckerbefestigungsteile jedes Phasenanschlusses sind über rational angeordnete Phasenanschlusskörper verbunden, die in der isolierenden Halterung geformt werden. Jeder elektrische Anschluss stellt außerdem einen abgehenden Phasendrahtanschluss bereit, der außerhalb der isolierenden Halterung freiliegt, um einen entsprechenden externen Phasendrahtanschluss anzubringen, beispielsweise durch Verschweißen. In ähnlicher Weise können die drei abgehenden Phasenanschlüsse der drei Phasenanschlüsse und die sechs Anschlusssteckerbefestigungsteile der drei Phasenanschlüsse durch sinnvolle Einstellung der Parameter jedes Phasenanschlusskörpers in der isolierenden Halterung die gleiche Wirkung haben wie die dargestellten Ausführungsbeispiele.
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Außer der Bereitstellung von Anschlüssen zur Befestigung und elektrischen Verbindung der Anschlussstecker der dreiphasigen Wicklungen verfügt die isolierende Halterung 200 ferner über weitere Merkmale.
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4 zeigt eine beispielhafte Konstruktion zur Befestigung der isolierenden Halterung 200 am Statorkern 100. Die isolierende Halterung 200 umfasst mehrere Montageschäfte 34, die von der ersten Endfläche 31 hervorstehen, und dementsprechend umfasst der Statorkern 100 mehrere Nuten 14, die von der Endfläche 11 in das Innere des Statorkerns 100 ragen (3). Jeder der Montageschäfte 34 der isolierenden Halterung 200 hat eine entsprechende Form und Größe passend für eine Presspassung in die entsprechenden Nuten 14 des Statorkerns 100, sodass die isolierende Halterung 200 in Axialrichtung und Umfangsrichtung am Statorkern 100 positioniert wird. Wie in der Figur gezeigt, verlaufen die Montageschäfte 34 der isolierenden Halterung 200 ferner entlang der zylindrischen Außenfläche 37 der Halterung. Dementsprechend ist auch die Nut 14 des Statorkerns 100 von der zylindrischen Außenfläche 17 des Stators versetzt angeordnet. Fachleute auf dem Gebiet verstehen jedoch, dass dies nicht zwingend erforderlich ist. Auch muss sich die Nut 14 nicht über die gesamte axiale Länge des Statorkerns 100 erstrecken. Anzahl, Form, Größe und Anordnung der Montageschäfte 34 und der entsprechenden Nuten 14 können nach Bedarf variieren.
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4 zeigt ferner Merkmale der isolierenden Halterung 200 zur Montage oder Positionierung der Hall-Platte 400. Zu diesen Merkmalen gehören mehrere (zum Beispiel vier, wie in der Figur gezeigt) Positionierungsschäfte 92, die axial von der zweiten Endfläche 33 der isolierenden Halterung 200 hervorragen. Die Positionierungsschäfte 92 können, wie dargestellt, als massive zylindrische Körper vorliegen, sie sind aber nicht darauf beschränkt. Stattdessen ist auch jede andere Positionierungskonstruktion möglich, die dieselbe Funktion bietet. Wie gezeigt, können vier Positionierschäfte 92 vorgesehen sein, wobei diese zwei Paare von symmetrisch angeordneten Positionierschäften 92 sind. Die Positionierungsfunktionen sind jedoch nicht auf diese Anordnung beschränkt.
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4 zeigt ferner, dass die isolierende Halterung 200 mehrere Vorsprünge 94 aufweist, die vom Isolierkörper 30 radial nach innen ragen. Jeder Vorsprung 94 befindet sich zwischen angrenzenden Halterungszahnteilen 40 und dient zur axialen Positionierung einer Isolierplatte (in der Figur nicht gezeigt), die an der Oberfläche der Statorzahnteile 20 befestigt wird, um zu verhindern, dass sich die Isolierplatte relativ zu den Statorzahnteilen axial bewegt oder die axiale Bewegung der Isolierplatte das zulässige Ausmaß überschreitet.
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Wie in 4 gezeigt, umfasst der Halterungszahn-Verbindungsteil 44 jedes Haltezahnteils 40 der isolierenden Halterung 200 eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Nut 96, die dazu dient, die auf dem Haltezahn-Verbindungsteil 44 gewickelte Wicklung in radialer Richtung zwischen den Windungen der gleichen Schicht von Wickeldrähten zu fixieren, um die Stabilität jeder Windung der Wicklung zu verbessern.
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Das Prinzip der Statorkonstruktion des bürstenlosen Elektromotors nach der vorliegenden Anmeldung wurde oben ausführlich dargestellt. Die vorliegende Anmeldung stellt ferner ein Verfahren zum Herausführen der drei Phasenwicklungsdrähte eines bürstenlosen Elektromotors bereit. Das Verfahren kann einen Montageschritt zum Anbringen und Befestigen der isolierenden Halterung 200 am Statorkern 100, einen Drahtwicklungsschritt mit Dreiphasenwicklungen auf der isolierenden Halterung 200 und den Zahnteilen des Statorkerns 100 sowie zum vorübergehenden Befestigen der ersten und zweiten Anschlüsse jeder Wicklung an dem entsprechenden Anschlusssteckerbefestigungsteil und einen Schweißschritt umfassen, bei dem nacheinander jede Verbindung jeder Wicklung an ein entsprechendes Anschlusssteckerbefestigungsteil geschweißt wird.
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In diesem Ausführungsbeispiel umfasst der Montageschritt das Einsetzen jedes Befestigungsschafts der isolierenden Halterung in jede Nut 14 des Statorkerns 100. In einer Ausführungsform, in der die isolierende Halterung 200 über einen gemeinsamen Anschluss verfügt, umfasst der Wickelschritt ein vorübergehendes Befestigen des ersten Anschlusssteckers jeder der drei Phasenwicklungen an den Drahtbefestigungsteilen des gemeinsamen Anschlusses und vorübergehendes Befestigen des zweiten Anschlusssteckers jeder der drei Phasenwicklungen an den Drahtbefestigungsteilen jeder der drei Phasenanschlüsse. In einer Ausführungsform, in der die isolierende Halterung 200 über keinen gemeinsamen Anschluss verfügt, umfasst der Wicklungsschritt:
- Vorübergehendes Befestigen des ersten Anschlusssteckers der ersten Wicklung und der angrenzenden zweiten Wicklung an den zweiten angrenzenden Anschlusssteckerbefestigungsteil der dreiphasigen Anschlüsse der isolierenden Halterung 200; Vorübergehendes Befestigen des zweiten Anschlusssteckers der zweiten Wicklung in der Dreiphasenwicklung und des ersten Anschlusssteckers der angrenzenden dritten Wicklung an den beiden Anschlusssteckerbefestigungsteilen des zweiten Phasenanschlusses der dreiphasigen Anschlüsse der isolierenden Halterung 200; und vorübergehendes Befestigen des zweiten Anschlusssteckers der dritten Wicklung in der Dreiphasenwicklung und des zweiten Anschlusssteckers der angrenzenden ersten Wicklung an den beiden Anschlusssteckerbefestigungsteilen des dritten Phasenanschlusses der dreiphasigen Anschlüsse der isolierenden Halterung 200. In einer Ausführungsform umfasst der Drahtwickelschritt ferner das Fixieren jedes der drei äußeren Phasendrähte an den externen Phasendrahtanschlussteil der drei entsprechenden Phasenanschlüsse der isolierenden Halterung 200. In einer Ausführungsform umfasst das vorübergehende Fixieren das Wickeln des Anschlusses um einen Teil des entsprechenden Anschlusssteckerbefestigungsteils, beispielsweise am zweiten Stützbein 53 des Y-förmigen Befestigungsteils.
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Die spezifischen Ausführungsformen nach der vorliegenden Anmeldung wurden bereits ausführlich unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben, die vorliegende Anmeldung ist jedoch nicht auf die oben genannten spezifischen Strukturen beschränkt, sondern deckt verschiedene Modifikationen und äquivalente Merkmale ab. Fachleute auf dem Gebiet können verschiedene Änderungen vornehmen, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Anmeldung abzuweichen.
