DE10239557B4 - Electric motor and series of electric motors - Google Patents
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Abstract
Elektromotor, umfassend mindestens einen Rotor (5, 51, 52), Statorwicklungen (4), ein Gehäuse (1, 2), zumindest ein A-seitiges (3) und B-seitiges Lager (6) für den Rotor (5, 51, 52) wobei das Gehäuse (1, 2) zumindest – ein erstes Gehäuseteil (1), das zur Aufnahme des A-seitigen Lagers (3) vorgesehen ist, – ein zweites Gehäuseteil (2), das zur Aufnahme der Statorwicklungen (4) mit zugehörigem Blechpaket und des B-seitigen Lagers (6) vorgesehen ist, umfasst und die Gehäuseteile (1, 2) lösbar verbindbar sind, wobei elektronische Bauteile tragende Platinen (9) B-seitig, axial auf das B-Lager (6) folgend derart angeordnet sind und eine Welle des Rotors (5, 51, 52) B-seitig axial derart lang durch das B-Lager (6) und die Platinen (9) hervorragt, dass die Welle des Rotors (5, 51, 52) zur Aufnahme weiterer Vorrichtungen (12, 13) vorsehbar ist, wobei die axialen Positionen und/oder Bereiche dieser Vorrichtungen (12, 13) B-seitig weiter axial vom B-Lager (6) entfernt sind als die axialen Positionen und/oder Bereiche der Platinen (9), wobei das zweite Gehäuseteil (2) eine Kühlvorrichtung (7) umfasst, wobei die Kühlvorrichtung (7) und der Lagersitz des B-seitigen Lagers (6) einstückig ausgeführt sind, insbesondere in Aluminium-Spritzguss, wobei die Platinen (9) zumindest eine Signalelektronik eines Umrichters umfassen und wobei ein Temperatursensor (10) mit den Statorwicklungen (4) und mit Leistungshalbleitern (11) wärmeleitend verbunden ist und elektrisch mit einer der Platinen (9) zur Signalauswertung verbunden ist.Electric motor, comprising at least one rotor (5, 51, 52), stator windings (4), a housing (1, 2), at least one A-side (3) and B-side bearing (6) for the rotor (5, 51 , 52) wherein the housing (1, 2) at least - a first housing part (1) which is provided for receiving the A-side bearing (3), - a second housing part (2) which is adapted to receive the stator windings (4) with associated laminated core and the B-side bearing (6) is provided, and the housing parts (1, 2) are detachably connectable, wherein electronic components carrying boards (9) B-side, axially following the B-bearing (6) are arranged and a shaft of the rotor (5, 51, 52) B-side axially so long by the B-bearing (6) and the boards (9) protrudes that the shaft of the rotor (5, 51, 52) for Recording further devices (12, 13) is providable, wherein the axial positions and / or areas of these devices (12, 13) B-side further axially from the B-bearing (6) are removed as the axi alen positions and / or areas of the boards (9), wherein the second housing part (2) comprises a cooling device (7), wherein the cooling device (7) and the bearing seat of the B-side bearing (6) are made in one piece, in particular in aluminum Injection molding, wherein the boards (9) comprise at least one signal electronics of an inverter and wherein a temperature sensor (10) with the stator windings (4) and with power semiconductors (11) is thermally conductively connected and electrically connected to one of the boards (9) for signal evaluation ,
Description
Die Erfindung betrifft einen Elektromotor und eine Baureihe von Elektromotoren.The invention relates to an electric motor and a series of electric motors.
Aus der
Entsprechend ist ein gemäß
Aus der
Aus der
Aus der
Aus der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Elektromotor und eine zugehörige Baureihe zu schaffen, die kompakt, einfach und kostengünstig sind.The invention has for its object to provide an electric motor and an associated series, which are compact, simple and inexpensive.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Elektromotor nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.According to the invention the object is achieved with an electric motor according to the features indicated in
Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem Elektromotor sind, dass dieser mindestens einen Rotor, Statorwicklungen, ein Gehäuse, zumindest ein A-seitiges und B-seitiges Lager für den Rotor umfasst, wobei das Gehäuse zumindest
- – aus einem ersten Gehäuseteil, das zur Aufnahme des A-seitigen Lagers vorgesehen ist,
- – aus einem zweiten Gehäuseteil, das zur Aufnahme der Statorwicklungen und des B-seitigen Lagers vorgesehen ist,
- From a first housing part which is provided for receiving the A-side bearing,
- From a second housing part which is provided for receiving the stator windings and the B-side bearing,
Von Vorteil ist dabei, dass eine Zweiteilung des Gehäuses vorgesehen ist und somit ein Baukasten von Elektromotoren in einfacher und kostengünstiger Weise herstellbar ist, wobei möglichst wenige Teile für eine große Variantenvielfalt benötigt werden. Insbesondere ist abtriebsseitig ein erstes Gehäuseteil auf die abtriebsseitigen Anforderungen abstimmbar, ohne dass alle Teile des Motors abgeändert werden müssten. Das zweite Gehäuseteil ist je nach gewünschtem Drehmoment oder der gewünschten Betriebsart, also Mehrphasenmotor für Direktantrieb oder für Getriebemotorantrieb, vorsehbar. Das zweite Gehäuseteil ist mit elektronischen Optionen ausstattbar.The advantage here is that a division of the housing is provided and thus a modular system of electric motors in a simple and cost-effective manner can be produced, with as few parts are needed for a large variety of variants. In particular, on the output side a first housing part can be tuned to the output-side requirements, without having to modify all parts of the engine. The second housing part is depending on the desired torque or the desired mode, ie multi-phase motor for direct drive or for geared motor drive, providable. The second housing part can be equipped with electronic options.
Erfindungsgemäß ist das zweite Gehäuseteil zur Aufnahme des B-seitigen Lagers ausgeführt und umfasst eine Kühlvorrichtung. Von Vorteil ist dabei, dass das zweite Gehäuseteil gehäusebildende Funktion auch für die elektronischen Komponenten aufweist und beispielsweise als Guss-, Druckguss- oder Spritzguss-Teil fertigbar einfach und kostengünstig ist.According to the invention, the second housing part is designed to receive the B-side bearing and comprises a cooling device. The advantage here is that the second housing part has a housing-forming function also for the electronic components and, for example as a cast, die-cast or injection-molded part manufacturable is simple and inexpensive.
Erfindungsgemäß sind die Kühlvorrichtung und der Lagersitz des B-seitigen Lagers als einziges Teil ausgeführt sind, insbesondere in Aluminium-Spritzguss. Von Vorteil ist dabei, dass ein Verbinden der Kühlvorrichtung mit dem Motorgehäuse entfällt, da beide Teile als ein einziges Teil ausgeführt sind.According to the invention, the cooling device and the bearing seat of the B-side bearing are designed as a single part, in particular in aluminum injection molding. The advantage here is that a connection of the cooling device deleted with the motor housing, since both parts are designed as a single part.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Statorwicklungen nach Art eines Mehrphasenmotors ausgeführt und/oder aufsteckbar auf die Zähne des Statorblechs. Von Vorteil ist dabei, dass die Fertigung besonders einfach und kostengünstig ausführbar ist.In an advantageous embodiment, the stator windings are designed in the manner of a multi-phase motor and / or attachable to the teeth of the stator. The advantage here is that the production is particularly simple and inexpensive executable.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Kühlvorrichtung Kühlfinger. Von Vorteil ist dabei, dass eine richtungsunabhängige konvektive Wärmeabfuhr ermöglicht ist.In an advantageous embodiment, the cooling device comprises cold fingers. The advantage here is that a direction-independent convective heat dissipation is possible.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist am zweiten Gehäuseteil eine Gehäuseplatte angebracht. Von Vorteil ist dabei, dass ein B-seitiger Abschluss in hoher Schutzart vorsehbar ist, wobei die Gehäuseplatte zur Aufnahme elektronischer Schaltungen verwendbar ist. In an advantageous embodiment, a housing plate is attached to the second housing part. The advantage here is that a B-side termination in high degree of protection is providable, the housing plate is suitable for receiving electronic circuits.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist zwischen erstem und zweitem Gehäuseteil eine mechanische Schnittstelle definiert zum Austauschen der Gehäuseteile gegen anders ausgeführte Gehäuseteile. Von Vorteil ist dabei, dass verschieden abtriebsseitige Anwendungen versorgbar und/oder verschiedene Drehmomente vorsehbar sind.In an advantageous embodiment, a mechanical interface is defined between the first and second housing parts for exchanging the housing parts for differently designed housing parts. The advantage here is that different output-side applications can be supplied and / or different torques are providable.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das zweite Gehäuseteil gegen ein derartiges zweites Gehäuseteil austauschbar, dass elektrische oder elektronische Funktionalitäten veränderbar sind, wie insbesondere Umrichterfunktionalität gegen Sanftanlauffunktionalität oder bloße Schaltfunktionalität oder gegen Umrichterfunktionalität mit Feldbusschnittstellen und/oder Funktionalität einer Steuerung. Von Vorteil ist dabei, dass im zweiten Gehäuseteil verschiedene elektronische Funktionalitäten vorsehbar sind oder ebenfalls verschiedene Drehmomente vorsehbar sind.In an advantageous embodiment, the second housing part is exchangeable for such a second housing part that electrical or electronic functionalities are changeable, in particular converter functionality against soft start functionality or mere switching functionality or against inverter functionality with fieldbus interfaces and / or functionality of a controller. The advantage here is that in the second housing part various electronic functionalities are predictable or different torques are also providable.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind Rotor und zweites Gehäuseteil gegen ein anderes zweites Gehäuseteil und entsprechenden Rotor austauschbar, insbesondere zum Herstellen einer Baureihe, die Direktantriebe und Getriebemotoren umfasst. Von Vorteil ist dabei, dass durch bloßes Vertauschen des Rotors, also auch der Polzahl, ein anderes Drehmoment des Motors bei der jeweiligen Drehzahl erzeugbar ist.In an advantageous embodiment, the rotor and the second housing part are interchangeable with another second housing part and corresponding rotor, in particular for producing a series which comprises direct drives and gearmotors. The advantage here is that by merely interchanging the rotor, so also the number of poles, another torque of the motor at the respective speed can be generated.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Anschlussvorrichtungen als Hybridsteckverbinderteil ausgeführt. Von Vorteil ist dabei, dass nur ein einziger Steckverbinder zu verbinden ist.In an advantageous embodiment, the connection devices are designed as a hybrid connector part. The advantage here is that only a single connector is to connect.
Wesentliche Merkmale der Erfindung bei der Baureihe von Elektromotoren sind, dass die Baureihe mehrere durch mindestens einen Parameter kennzeichenbare Baugrößen umfasst, wobei jede Baugröße mindestens zwei Varianten von Elektromotoren umfasst, wobei jede Variante mindestens einen Rotor, Statorwicklungen, ein Gehäuse, zumindest ein A-seitiges und B-seitiges Lager für den Rotor umfasst, wobei bei jeder Variante das Gehäuse zumindest
- – aus einem ersten Gehäuseteil, das zur Aufnahme des A-seitigen Lagers vorgesehen ist, und
- – aus einem zweiten Gehäuseteil, das zur Aufnahme der Statorwicklungen und der B-seitigen Lagers vorgesehen ist,
wobei zwischen erstem und zweiten Gehäuseteil eine mechanische Schnittstelle zum Erzeugen von Varianten mit verschiedenen Funktionalitäten mittels Austauschen vorgesehen ist,
und wobei B-seitig weitere Vorrichtungen, wie Bremse, Drehgeber oder dergleichen, auf der Welle des Rotors je nach Variante innerhalb der Baugröße vorsehbar sind.Essential features of the invention in the series of electric motors are that the series comprises a plurality of identifiable by at least one parameter sizes, each size comprises at least two variants of electric motors, each variant at least one rotor, stator windings, a housing, at least one A-side and B-side bearing for the rotor, wherein in each variant, the housing at least
- - From a first housing part which is provided for receiving the A-side bearing, and
- From a second housing part which is provided for receiving the stator windings and the B-side bearing,
wherein between the first and second housing part a mechanical interface for generating variants with different functionalities is provided by means of exchanges,
and wherein B-side further devices, such as brake, rotary encoder or the like, on the shaft of the rotor depending on the variant within the size are providable.
Von Vorteil ist dabei, dass infolge der Schnittstellen die Gehäuseteile mit verschiedenen Funkionalitäten gegeneinander austauschbar sind und somit eine hohe Variantenvielfalt unter Verwendung möglichst weniger Teile erreichbar ist.The advantage here is that due to the interfaces, the housing parts with different functionalities are interchangeable and thus a high variety of variants using as few parts as possible can be achieved.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further advantages emerge from the subclaims.
Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
In der
In the
Dabei besteht das Gehäuse des jeweiligen Elektromotors aus zumindest zwei Gehäuseteilen. Je nach abtriebsseitig angeschlossener Vorrichtung ist als erste Variante ein erstes Gehäuseteil
Mit dem ersten Gehäuseteil
Dabei ist zwischen erstem und zweitem Gehäuseteil eine mechanische Schnittstelle definiert, damit bei verschiedenen Varianten innerhalb einer Baugröße die jeweiligen Gehäuseteile ersetzbar sind durch anders ausgeführte Gehäuseteile. Bei Austausch des ersten Gehäuseteils durch ein anders ausgeführtes erstes Gehäuseteil ist je nach Anwendung auch der gesamte Rotor
Das zweite Gehäuseteil ist gegen ein anderes zweites Gehäuseteil austauschbar, das eine axial größere Baulänge aufweist, also auch längere Statorwicklungen und ein axial länger ausgeführtes Blechpaket, das in das zweite Gehäuseteil fest eingeschoben und/oder eingepresst wird, umfasst. Entsprechend ist auch der Rotor gegen einen längeren Rotor auszutauschen. Somit ist eine Variante herstellbar, die ein größeres Drehmoment liefert, ohne dass das erste Gehäuseteil auszutauschen ist.The second housing part is exchangeable for another second housing part, which has an axially greater length, so also longer stator windings and an axially longer designed laminated core, which is firmly inserted and / or pressed into the second housing part comprises. Accordingly, the rotor is to be replaced by a longer rotor. Thus, a variant can be produced, which provides a larger torque without the first housing part is replaced.
Bei einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist das Blechpaket in das zweite Gehäuseteil fest eingeschoben und/oder eingepresst. In der vorliegenden Schrift wird daher von einem Teil, nämlich dem zweiten Gehäuseteil, gesprochen.In one embodiment of the invention, the laminated core is firmly inserted into the second housing part and / or pressed. In the present document is therefore spoken of a part, namely the second housing part.
Bei einem anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbelspiel ist das zweite Gehäuseteil und der Rotor gegen ein anderes zweites Gehäuseteil und einen anderen Rotor derart austauschbar, dass eine andere Polzahl und Spulenzahl vorgesehen ist. Auf diese Weise ist also auch eine erste Variante herstellbar, die als Mehrphasenmotor mit einer Spulenzahl der Wicklungen, die um 1 kleiner ist als die Polzahl, vorgesehen ist. Nach Austausch ist aber auch ein Mehrphasenmotor mit einer Spulenzahl der Wicklungen herstellbar, die um 1 größer ist als die Polzahl. Die genannte erste Variante ist besonders vorteilhaft als Direktantrieb, also ohne Getriebe, verwendbar, da sie bei niederen Drehzahlen ein hohes Drehmoment aufweist. Die genannte zweite Variante ist für einen Getriebemotor vorteilhaft verwendbar, da sie bei hohen Drehzahlen ein hohes Drehmoment aufweist. Somit ist unter Austausch nur weniger Teile eine hohe Variantenvielfalt, insbesondere für völlig gattungsgemäß verschiedene Anwendungen, erzielbar, nämlich Direktantrieb und Getriebemotorantrieb.In another Ausführungsbelspiel invention the second housing part and the rotor is exchangeable for another second housing part and another rotor such that a different number of poles and number of coils is provided. In this way, therefore, a first variant is produced, which is provided as a multi-phase motor with a number of coils of the windings, which is smaller by 1 than the number of poles. After replacement but also a polyphase motor with a number of coils of the windings can be produced, which is greater by 1 than the number of poles. Said first variant is particularly advantageous as a direct drive, so without gear, usable because it has a high torque at low speeds. Said second variant is advantageously usable for a geared motor, since it has a high torque at high speeds. Thus, with replacement only a few parts a high variety of variants, especially for completely generic different applications, achievable, namely direct drive and geared motor drive.
Infolge der lösbaren Verbindung des ersten und zweiten Gehäuseteiles ist eine hohe Variantenvielfalt unter Einsatz möglichst weniger Bauteile erzielbar.As a result of the detachable connection of the first and second housing part a high variety of variants using as few components as possible can be achieved.
Wesentlich ist bei dem Elektromotor auch, dass das zweite Gehäuseteil gehäusebildende Funktion für integrierte Ansteuerelektronik aufweist, insbesondere für Leistungselektronik, umfassend Leistungshalbleiter
Bei einer weiteren Ausführungsform wird mittels Einbringen von Wärmeleitpaste im abtriebsseitigen Bereich der Statorwicklungen des zweiten Gehäuseteils eine erhöhte Wärmeableitung zur abtriebsseitig verbundenen und angetriebenen Vorrichtung vorgesehen.In a further embodiment, an increased heat dissipation to the output side connected and driven device is provided by introducing thermal paste in the output side region of the stator windings of the second housing part.
Das beschriebene Austauschen der ersten und zweiten Gehäuseteile ist infolge der definierten Schnittstellen problemlos möglich. Die Schnittstelle zwischen erstem und zweitem Gehäuseteil umfasst zumindest die Position der Bohrlöcher für die lösbare Verbindung, die Gehäuseabmessungen und gegebenenfalls die Zentriermittel oder entsprechende Formgebung der Gehäuseteile im Berührbereich.The described replacement of the first and second housing parts is easily possible due to the defined interfaces. The interface between the first and second housing part comprises at least the position of the drill holes for the detachable connection, the housing dimensions and optionally the centering means or corresponding shaping of the housing parts in the contact area.
Ein Temperatursensor
Ebenso ist der Wärmeübergangswiderstand von den Statorwicklungen
In der
Das erste Gehäuseteil
Das zweite Gehäuseteil
Kühlvorrichtung und Lagersitz sind also von einem einzigen Teil umfasst, nämlich dem zweiten Gehäuseteil. Somit sind Kühlvorrichtung und Lagersitz als Gussteil, insbesondere aus Aluminium-Spritzguss, herstellbar. Cooling device and bearing seat are thus comprised of a single part, namely the second housing part. Thus, the cooling device and bearing seat as a casting, in particular made of aluminum injection, can be produced.
Die Kühlvorrichtung umfasst insbesondere Kühlfinger, die eine montagerichtungsunabhängige Wärmeabfuhr ermöglichen. Zusätzlich sind noch darüber hinaus kostengünstig und einfach zu fertigende Kühlrippen angebracht. Die Kühlvorrichtung
Im zweiten Gehäuseteil
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen umfassen die Platinen
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen sind mehr als zwei Platinen
Auch die auf den Platinen
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen erfolgt das wärmeleitende Verbinden auch mittels Luft, wobei die Luft auf ein Volumen begrenzt wird, in welchem sie sich bewegen kann.In further embodiments according to the invention, the heat-conducting connection also takes place by means of air, wherein the air is limited to a volume in which it can move.
Bei andersartigen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen ist die Konstruktion derart ausgeführt, dass der Wärmewiderstand von der Signalelektronik über die Gehäuseplatte
Bei dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel nach
Bei einem erfindungsgemaßen Ausführungsbeispiel sind an der Gehäuseplatte
Wesentlich ist bei dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel nach
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen ist der Motor ohne die Bremse
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen sind die Platinen
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1, 101, 1021, 101, 102
- Erstes GehäuseteilFirst housing part
- 22
- Zweites GehäuseteilSecond housing part
- 33
- A-LagerA-bearing
- 44
- Statorwicklungenstator windings
- 5, 51, 525, 51, 52
- Rotorrotor
- 66
- B-LagerB-bearing
- 77
- Kühlvorrichtungcooler
- 7171
- Kühlrippencooling fins
- 88th
- Gehäuseplattehousing plate
- 99
- Platinenboards
- 1010
- Temperatursensortemperature sensor
- 1111
- LeistungshalbleiterPower semiconductor
- 1212
- Drehgeberencoders
- 1313
- Bremsebrake
- 103103
- HybridsteckverbinderteilHybrid connector part
Claims (12)
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