DE10338140A1

DE10338140A1 - Außenläufermotor

Info

Publication number: DE10338140A1
Application number: DE10338140A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Schill
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2003-08-19
Filing date: 2003-08-19
Publication date: 2005-03-24
Also published as: JP2005065484A

Abstract

Um einen Außenläufermotor, umfassend eine Gehäusebasis, einen Stator, der über eine feststehende Trägerwelle fest mit der Gehäusebasis verbunden ist, und einen gegenüber dem Stator um eine Achse drehbaren Rotor, welcher als Außenläufer den Stator umgreifend ausgebildet ist, derart zu verbessern, daß die Lagerung des Rotors gegenüber quer zur Achse wirkenden Kräften möglichst stabil ist, wird vorgeschlagen, daß der Rotor durch auf gegenüberliegenden Seiten des Stators und in Richtung der Achse jeweils auf den Stator folgend angeordnete Lagerstellen mittels Drehlagern gelagert ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Außenläufermotor umfassend eine Gehäusebasis, einen Stator, der über eine feststehende Trägerwelle fest mit der Gehäusebasis verbunden ist und einen gegenüber dem Stator um eine Achse drehbaren Rotor, welcher als Außenläufer den Stator umgreifend ausgebildet ist.
Derartige Außenläufermotoren sind aus dem Stand der Technik bekannt. Bei diesen ist der Rotor üblicherweise durch zwei in Achsrichtung hintereinanderliegende Lager drehgelagert. Eine solche "fliegende" Lagerung hat den Nachteil, daß insbesondere bei Außenläufermotoren, mit denen ein nennenswertes Drehmoment übertragen werden soll, diese Art der Rotorlagerung nur verhältnismäßig kleine Querkräfte, also quer zur Rotationsachse gerichtete Kräfte, aufnehmen kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Außenläufermotor der gattungsgemäßen Art derart zu verbessern, daß die Lagerung des Rotors gegenüber quer zur Achse wirkenden Kräften möglichst stabil ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Außenläufermotor der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Rotor durch auf gegenüberliegenden Seiten des Stators und in Richtung der Achse jeweils auf den Stator folgend angeordnete Lagerstellen mittels Drehlagern gelagert ist.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist darin zu sehen, daß mit dieser Lösung eine gegenüber quer zur Achse wirkenden Kräften äußerst stabile Lagerung des Rotors möglich ist, die außerdem noch den Vorteil bietet, daß der Außenläufermotor sehr klein bauen kann, da die Drehlager jeweils in Richtung der Achse auf den Stator folgend angeordnet sind und somit die radialen Abmessungen des Stators nicht beeinflussen.

Der Rotor kann prinzipiell beliebig ausgebildet und über unterschiedliche konstruktive Maßnahmen, beispielsweise durch den Mantelkörper stützende Drehlager, an den Lagerstellen gelagert sein.

Konstruktiv hat es sich jedoch als besonders günstig erwiesen, wenn der Rotor einen Mantelkörper und beiderseits des Mantelkörpers mit diesem verbundene Rotordeckel aufweist, über welche der Rotor mittels der Drehlager an den Lagerstellen drehbar gelagert ist.

Durch den Aufbau des Rotors mit zwei auf gegenüberliegenden Seiten des Mantelkörpers angeordneten Rotordeckeln besteht eine konstruktiv sehr einfache und stabile Möglichkeit, den Rotor um die Achse drehbar und stabil gegenüber quer zur Achse wirkenden Kräften zu lagern.

Die Anordnung der Rotordeckel am Mantelkörper kann in beliebiger Weise erfolgen. Beispielsweise ist es denkbar, beide Rotordeckel als separate Teile auszubilden, welche endseitig am Mantelkörper angreifen.

Eine konstruktiv besonders günstige Lösung sieht vor, daß an den Mantelkörper einer der Rotordeckel unter Bildung einer Rotorglocke einstückig angeformt ist. Mit dieser Lösung besteht eine konstruktiv besonders einfache Möglichkeit, zumindest einen der Rotordeckel mit dem Mantelkörper verbunden herzustellen.

Um den Rotor vorteilhaft montieren zu können, ist vorzugsweise vorgesehen, daß einer der Rotordeckel in den Mantelkörper eingesetzt ist. Das heißt, daß dieser Deckel zunächst als separates Teil hergestellt wird und erst nachdem der Rotor und Stator montiert worden sind in den Mantelkörper des Rotors eingesetzt wird, zu einem Zeitpunkt also, bei dem Rotor und Stator bereits soweit vormontiert sind, daß sich der Stator vollständig innerhalb des Rotors befindet.

Der in den Mantelkörper eingesetzte andere Rotordeckel läßt sich besonders einfach an dem Mantelkörper fixieren, wenn der Rotordeckel einen in den Mantelkörper eingreifenden Stützring aufweist.

Um den Rotor relativ zum Stator bezüglich der gemeinsamen Rotationsachse drehbar zu lagern ist ferner vorzugsweise vorgesehen, daß ein erstes Drehlager auf der Trägerwelle in einem zwischen dem Stator und der Gehäusebasis liegenden Abschnitt angeordnet ist.

Diese Lösung ist konstruktiv insoweit besonders einfach, als sie eine einfache Möglichkeit darstellt, den Rotor auf einer Seite des Stators stabil zu lagern, insbesondere wenn dieses Drehlager an einem Abschnitt der Trägerwelle zwischen dem Stator und der Gehäusebasis sitzt, da damit, insbesondere durch die Anordnung des Drehlagers nahe der Gehäusebasis, eine stabile Aufnahme für das Drehlager zur Verfügung steht.

Vorzugsweise ist dabei das erste Drehlager konstruktiv so ausgebildet, daß es mit einem Lagerinnenring auf dem genannten Abschnitt der Trägerwelle sitzt und mit einem Lageraußenring in einer Lageraufnahme des ersten der beiden Rotordeckel.

Um die Lagerung des Rotors zu vervollständigen, ist ferner vorgesehen, daß der Rotor über einen zweiten der Rotordeckel mittels eines zweiten der Drehlager gelagert ist.

Das zweite Drehlager könnte sich theoretisch auch auf der Trägerwelle des Stators abstützen. Diese Abstützung auf der Trägerwelle würde jedoch sehr hohe, quer zur Achse wirkende Kräfte auf die nur einseitig an der Gehäusebasis gehaltene Trägerwelle wirken lassen und daher wäre es aufgrund des Abstandes von der Gehäusebasis erforderlich, die Trägerwelle sehr stabil auszuführen, was wiederum mit der Forderung nach einer möglichst kleinen raumstauenden Bauweise des Außenläufermotors kollidieren würde.

Aus diesem Grund ist vorzugsweise vorgesehen, daß das zweite Drehlager durch einen die Gehäusebasis umfassenden Gehäusekäfig gehalten ist.

Ein derartiger Gehäusekäfig kann in unterschiedlichster Art und Weise ausgebildet sein.

Besonders stabil läßt sich dieser dann ausbilden, wenn ausgehend von der Gehäusebasis der Gehäusekäfig auf einer Außenseite des Rotors verläuft.

Konstruktiv zweckmäßig ist dabei eine Lösung, bei welcher das zweite Drehlager in einem Lagerschild des Gehäusekäfigs angeordnet ist.

Um in konventioneller Weise einen Abtrieb des Außenläufermotors zu erhalten, ist vorzugsweise vorgesehen, daß der zweite Rotordeckel eine Antriebswelle trägt.

Dabei könnte der zweite Rotordeckel selbst eine Lageraufnahme für das zweite Drehlager umfassen. Eine konstruktiv besonders günstige Lösung sieht jedoch vor, daß die Antriebswelle an dem zweiten Drehlager gelagert ist.

Dabei wäre es bei ausreichend großer Dimensionierung der Antriebswelle ebenfalls noch möglich, diese an einem Lageraußenring des zweiten Drehlagers zu lagern, so daß der Rotor jeweils an dem Lageraußenring des ersten und des zweiten Drehlagers gelagert wäre.

Aus Gründen einer Optimierung der Baugröße hat es sich jedoch als besonders günstig erwiesen, wenn die Antriebswelle in einem Lagerinnenring des zweiten Drehlagers aufgenommen ist.

In diesem Fall wird vorzugsweise das zweite Drehlager dann mit einem Lageraußenring in dem Lagerschild des Gehäusekäfigs gehalten.

Prinzipiell könnte der Gehäusekäfig einen geschlossenen, den Rotor umgebenden Außenkörper aufweisen. Aus Gründen einer Gewichtsersparnis ist bei einer besonderes kompakten Konstruktion vorzugsweise vorgesehen, daß der Gehäusekäfig sich zwischen dem Lagerschild und der Gehäusebasis erstreckende Streben aufweist.

Diese Streben können dabei separate mit der Gehäusebasis verbundene Teile sein. Es ist jedoch besonders günstig, wenn die Streben einstückig an die Gehäusebasis und/oder das Lagerschild angeformt sind, wobei vorzugsweise die Streben einstückig an die Gehäusebasis angeformt sind.

Hinsichtlich der Stabilität ist es besonders günstig, wenn mehrere Streben vorgesehen sind, die möglichst nahe der Rotationsachse außerhalb des Rotors und gegenüber diesem beabstandet angeordnet sind.

Beispielsweise können diese Streben in den Eckpunkten eines den Rotor umschließenden Vielecks angeordnet sein. Besonders raumsparend ist eine Lösung, bei der die Streben in den Eckpunkten eines den Rotor einschließenden Quadrats angeordnet sind.

Zu Kommutierungszwecken und um die Position bzw. die Drehbewegung des Rotors einfach erfassen zu können, ist vorzugsweise vorgesehen, daß der Rotor auf einer der Gehäusebasis zugewandten Seite ein erstes Sensorelement trägt, welches mit wenigstens einem zweiten an der Gehäusebasis angeordneten Sensorelement zur Erfassung einer Zustandsgröße des Rotors zusammenwirkt. Eine derartige Zustandsgröße kann beispielsweise eine Zeit- und/oder winkelabhängige Zustandsgröße sein, die Drehstellungen und/oder Drehbewegungen des Rotors beschreibt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels. Es zeigen:
1 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Außenläufermotor längs Linie 1-1 in 3;
2 einen Schnitt längs Linie 2-2 in 3 und
3 eine Draufsicht in Richtung des Pfeils A in 1 und 2.
Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Außenläufermotors, dargestellt in den 1 bis 3, umfasst eine Gehäusebasis 10, von welcher ausgehend sich eine fest mit der Gehäusebasis 10 verbundene, vorzugsweise in diese eingepresste, und koaxial zu einer Achse 11 verlaufende Trägerwelle 12 erstreckt, die einen im Abstand von der Gehäusebasis angeordneten Stator 14 trägt, der aus einem Blechpaket 16, versehen mit zugehörigen Statorwicklungen 18 gebildet ist, wobei das Blechpaket 16 bündig mit einer der Gehäusebasis 10 abgewandten Stirnseite 20 der Trägerwelle 12 abschließt und von dieser ausgehend sich in Richtung der Gehäusebasis 10 erstreckt, und zwar bis zu einer im Abstand von der Gehäusebasis 10 an der Trägerwelle 12 vorgesehenen Stufe 22, an welche das Blechpaket 16 angrenzt.
Zur elektrischen Versorgung der Statorwicklungen 18 ist die Trägerwelle 12 in einem sich zwischen dem Blechpaket 16 und der Gehäusebasis 10 erstreckenden Abschnitt 24 und über diesen hinaus bis zu einer der Stirnseite 20 gegenüberliegenden Stirnseite 25 der Trägerwelle 12 mit mindestens einer Nut 26 versehen, durch welche elektrische Leitungen 28, die in der Nut 26 innerhalb einer Umfangsfläche 30 des Abschnitts 24 der Trägerwelle verlaufen, zu den Statorwicklungen 18 geführt sind, und im Bereich der Gehäusebasis 10 zu einer Leiterplatte 32 geführt sind, die an der Gehäusebasis 10 auf einer dem Stator 14 gegenüberliegenden Seite gehalten ist und sich beispielsweise einseitig mit einem Bereich 34 über die Gehäusebasis 10 hinauserstreckt.
Der Stator 14 ist von einem als Ganzes mit 40 bezeichneten und als Außenläufer arbeitenden Rotor umgeben, an dessen Innenseite 46 eines zugehörigen Mantelkörpers 50 ein Permanentmagnetring 44 befestigt ist, der gegenüber den zum Stator 14 gehörigen Polschuhköpfen 42 des Blechpaketes 16 durch einen konzentrischen Arbeitsluftspalt beabstandet ist.
An den Mantelkörper 50 ist auf einer der Gehäusebasis 10 zugewandten Seite ein erster Rotordeckel 52 einstückig angeformt, welcher sich ausgehend von dem Mantelkörper 50 im Bereich zwischen dem Stator 14 und der Gehäusebasis 10 in Richtung des Abschnitts 24 der Trägerwelle 12 erstreckt und eine dem Abschnitt 24 der Trägerwelle 12 zugewandte Lageraufnahme 54 bildet, in welcher ein als Ganzes mit 56 bezeichnetes erstes Drehlager mit einem Lageraußenring 58 eingesetzt ist, während ein Lagerinnenring 60 des ersten Drehlagers 56 auf der Umfangsfläche 30 des Achsabschnitts 24 sitzt und vorzugsweise mit dem Lagerinnenring 60 noch auf einem hülsenförmigen Ansatz 62 der Gehäusebasis 10 aufsitzt, der die in diesen eingepresste Trägerwelle 12 mit einem Endabschnitt 64 aufnimmt.
Durch die einstückige Verbindung zwischen dem Mantelkörper 50 und dem Rotordeckel 52 ist eine über das erste Drehlager 56 drehbar an der Trägerwelle 12 gelagerte Rotorglocke 66 gebildet, die eine der Gehäusebasis 10 abgewandte Öffnung 68 aufweist.
In diese Öffnung 68 ist ein zweiter Rotordeckel 72 eingesetzt, der mit einem Stützring 74 in die Öffnung 68 der Rotorglocke 66 eingreift und über den Stützring 74 fest am Mantelkörper 50 fixiert ist. Ferner erstreckt sich der Stützring 74 in Richtung der Achse 11 bis zur stirnseitigen Anlage an dem Permanentmagnetring 44, der dadurch zusammen mit einer im Mantelkörper 50 nahe des ersten Rotordeckels 52 angeordneten, als Anschlag dienenden Stufe 76 vollständig gegen Verschiebung in axialer Richtung fixiert ist.
Der zweite Rotordeckel 72, welcher ein Stirnende des Mantelkörpers 50 im Bereich der Öffnung 68 auf der der Gehäusebasis 10 abgewandten Seite verschließt, ist auf einer dem Stator 14 abgewandten Stirnseite vorzugsweise einstückig mit einer zentralen Antriebswelle 80 versehen, die einen Lagersitz für den Innenring 90 eines zweiten Drehlagers 86 ausbildet, dieses Drehlager 86 durchgreift und schließlich in einen Wellenstummel 92 übergeht.
Ein Lageraußenring 88 des zweiten Drehlagers 86 sitzt vorzugsweise in einem Lagerschild 94, welches sich im Abstand von dem zweiten Rotordeckel 72 auf dessen der Gehäusebasis 10 abgewandten Seite befindet und Teil eines Gehäusekäfigs 100 ist, das die Gehäusebasis 10 umfaßt und einstückig an die Gehäusebasis 10 angeformte, sich in Richtung des Lagerschilds 94 erstreckende Streben 102 umfaßt, die, wie in 3 dargestellt, im Bereich von Ecken eines den Rotor 40 umgebenden Quadrats angeordnet sind und an ihren dem Lagerschild 94 zugewandten Enden 104 stufenförmige Ausschnitte 106 aufweisen, in welche das Lagerschild 94 eingesetzt und dadurch relativ zur Gehäusebasis 10 fixiert ist. Somit ist der Rotor 40 durch die Drehlager 56 und 86 mit in Richtung der Achse 11 maximal möglichem Abstand und dadurch stabil im Gehäusekäfig 100 gelagert.
Zur Erfassung der Rotorposition und oder der Drehzahl des Rotors 40 um die Achse 11 trägt der Rotor 40 auf einer der Gehäusebasis 10 zugewandten Seite des ersten Rotordeckels 52 eine die Lageraufnahme 54 umgebende Magnetscheibe 108, welche ein erstes Sensorelement 108 darstellt, das seinerseits mit einem ein zweites Sensorelement bildenden Hall-Sensor 110 zusammenwirkt, der in einer Ausnehmung 112 der Gehäusebasis 10 auf der Leiterplatte 32 sitzend und über diese kontaktiert angeordnet ist und der Magnetscheibe 108 zugewandt ist.
Die Magnetscheibe 108 und der Hall-Sensor 110 dienen dabei dazu, die Drehbewegung und oder Winkellage des Rotors 40 relativ zum Stator 14 zu erfassen.

10: Gehäusebasis
11: Achse
12: Trägerwelle
14: Stator
16: Blechpaket
18: Statorwicklung
20: Stirnseite
22: Stufe
24: Abschnitt
25: Stirnseite
26: Nut
28: Leitungen
30: Umfangsfläche
32: Leiterplatte
34: Bereich
40: Rotor
42: Polschuhköpfe
44: Permanentmagnetring
46: Innenseite
50: Mantelkörper
52: erster Rotordeckel
54: Lageraufnahme
56: erstes Drehlager
58: Lageraußenring
60: Lagerinnenring
62: Ansatz
64: Endabschnitt
66: Rotorglocke
68: Öffnung
72: zweiter Rotordeckel
74: Stützring
76: Stufe
80: Antriebswelle
86: zweites Drehlager
88: Lageraußenring
90: Lagerinnenring
92: Wellenstummel
94: Lagerschild
100: Gehäusekäfig
102: Streben
104: Ende
106: Ausschnitte
108: erstes Sensorelement, Magnetscheibe
110: zweites Sensorelement, Hallsensor
112: Ausnehmung

Claims

Außenläufermotor umfassend eine Gehäusebasis, einen Stator (14) , der über eine feststehende Trägerwelle (12) fest mit der Gehäusebasis (10) verbunden ist, und einen gegenüber dem Stator (14) um eine Achse (11) drehbaren Rotor (40) , welcher als Außenläufer den Stator (14) umgreifend ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (40) durch auf gegenüberliegenden Seiten des Stators (14) und in Richtung der Achse (11) jeweils auf den Stator (14) folgend angeordnete Lagerstellen mittels Drehlagern (56, 58) gelagert ist.
Außenläufermotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (40) einen Mantelkörper (50) und beiderseits des Mantelkörpers (40) mit diesem verbundene Rotordeckel (52, 72) aufweist, über welche der Rotor (40) mittels der Drehlager (56, 86) an den Lagerstellen drehbar gelagert ist.
Außenläufermotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Mantelkörper (50) einer (52) der Rotordeckel (52, 72) unter Bildung einer Rotorglocke (66) einstückig angeformt ist.
Außenläufermotor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß einer (72) der Rotordeckel (52, 72) in den Mantelkörper (40) eingesetzt ist.
Außenläufermotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der andere Rotordeckel (72) einen in den Mantelkörper (40) eingreifenden Stützring (74) aufweist.
Außenläufermotor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Drehlager (56) auf der Trägerwelle (12) in einem zwischen dem Stator (14) und der Gehäusebasis (10) liegenden Abschnitt (24) angeordnet ist.
Außenläufermotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Drehlager (56) mit einem Lagerinnenring (60) auf dem Abschnitt (24) der Trägerwelle (12) sitzt und mit einem Lageraußenring (58) in einer Lageraufnahme (54) eines ersten (52) der Rotordeckel (52, 72) sitzt.
Außenläufermotor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (40) über einen zweiten (72) der Rotordeckel (52, 72) mittels eines zweiten der Drehlager (86) gelagert ist.
Außenläufermotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite der Drehlager (86) durch einen die Gehäusebasis (10) umfassenden Gehäusekäfig (100) gehalten ist.
Außenläufermotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäusekäfig (100) ausgehend von der Gehäusebasis (10) auf einer Außenseite des Rotors (40) verläuft.
Außenläufermotor nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Drehlager (86) in einem Lagerschild (94) des Gehäusekäfigs (100) angeordnet ist.
Außenläufermotor nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Rotordeckel (72) eine Antriebswelle (80) trägt.
Außenläufermotor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (80) durch das zweite Drehlager (86) gelagert ist.
Außenläufermotor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (80) in einem Lagerinnenring (90) des zweiten Drehlagers (86) aufgenommen ist.
Außenläufermotor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Drehlager (86) mit einem Lageraußenring (88) in dem Lagerschild (94) des Gehäusekäfigs (100) sitzt.
Außenläufermotor nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäusekäfig (100) sich zwischen dem Lagerschild (94) und der Gehäusebasis (10) erstreckende Streben (102) aufweist.
Außenläufermotor nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Streben (102) einstückig an die Gehäusebasis (10) angeformt sind.
Außenläufermotor nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere um den Rotor (40) herum angeordnete Streben (102) vorgesehen sind.
Außenläufermotor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (40) auf seiner der Gehäusebasis (10) zugewandten Seite ein erstes Sensorelement (108) trägt, welches mit wenigstens einem zweiten an der Gehäusebasis (10) angeordneten Sensorelement (110) zur Erfassung wenigstens einer Zustandsgröße des Rotors (40) zusammenwirkt.