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Die
Erfindung betrifft Synchronmotor mit einer Statoreinheit enthaltend
mindestens eine Statorwicklung zur Erzeugung eines Statorfeldes
und mit mindestens einem Wicklungskörper zur Aufnahme der
Statorwicklungen, mit einem in Wechselwirkung mit dem Statorfeld
stehenden permanentmagnetischen Rotor, der mit einer Antriebswelle
drehfest verbunden ist.
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Aus
der
DE 198 24 345
A1 ist ein Elektromotor bekannt, der für den Einsatz
als Spaltrohrpumpe vorgesehen ist. Hierbei ist eine Statoreinheit
mittels eines Spalttopfes hermetisch von einem Rotor bzw. Pumpenbereich
abgetrennt. Innerhalb des Spalttopfes ist der Rotor zusammen mit
der Antriebswelle gelagert. Außerhalb des Spalttopfes ist
ein Wicklungskörper auf denselben aufgeschoben, der zur
Aufnahme von Statorwicklungen der Statoreinheit dient.
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Aus
der
EP 0 574 823 B1 ist
ein Synchronmotor bekannt, der zum einen eine Statoreinheit mit einer
Statorwicklung und zum anderen einen permanentmagnetischen Rotor
aufweist. Die Statorwicklungen sind beabstandet zu dem Rotor auf
einem Statorjoch parallel zueinander angeordnet. Als Rotorpositionssensor
ist ein Hall-Sensor zwischen den Enden des Statorjochs umfangsseitig
des Rotors angeordnet.
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Bei
den bekannten Elektromotoren sind elektrische Anschlüsse
der Statoreinheit üblicherweise in einem stirnseitigen
Endbereich des Motors angeordnet. Eine Elektronikeinheit befindet
sich ebenfalls in dem endseitigen Stirnbereich.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, einen Synchronmotor derart weiterzubilden,
dass zum einen platzsparend und zum anderen effektiv eine Signalelektronikeinheit
in den Synchronmotor integriert werden kann.
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Zur
Lösung dieser Aufgabe die Erfindung in Verbindung mit dem
Oberbegriff des Schutzanspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass die
Statoreinheit einen Aufnahmekörper aufweist, innerhalb dessen
eine Signalelektronikeinheit angeordnet ist.
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Der
besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch Integration
eines ringförmigen Aufnahmekörpers zur Aufnahme
einer Signalelektronikeinheit die Möglichkeit geschaffen
wird, zumindest einen Teil der Signalelektronikeinheit in einen
Axialabschnitt des Motors zu integrieren, in dem die Statorwicklungen
bzw. der Rotor angeordnet ist. Grundgedanke der Erfindung ist es,
den Raumbereich zwischen dem Rotor und den Statorwicklungen zur
Aufnahme flacher Bauteile einer Signalelektronikeinheit zu nutzen.
Vorzugsweise ist der ringförmige Aufnahmekörper
einstückig mit dem Wicklungskörper verbunden,
so dass eine eindeutige Zuordnung der Signalelektronikeinheit zu
den Stator wicklungen bzw. dem Rotor gegeben ist. Ferner kann hierdurch
die Montage vereinfacht werden.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der
ringförmige Aufnahmekörper als eine den Rotor
umgebende Aufnahmehülse ausgebildet, von der in radialer
Richtung nach außen in Umfangsrichtung verteilt angeordnete
Wicklungskörper zur Aufnahme der Statorwicklungen abragen. Der
Aufnahmekörper kann Befestigungsmittel umfassen, so dass
die Signalsteuereinheit drehfest an dem Aufnahmekörper
gehaltert ist.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsform weist der ringförmige
Aufnahmekörper mindestens eine Ringnut auf, in der zumindest
ein Teil der Signalelektronikeinheit eingeschoben und klemmend gehalten
sein kann. Vorzugsweise ist in der Ringnut eine flexible Leiterplatte
angeordnet, wobei an vorgesehenen Positionen in Umfangsrichtung
Sensoren positioniert sind.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung sind in dem ringförmigen
Aufnahmekörper Leiterbahnen eingespritzt angeordnet, so
dass eine elektrische Verbindung zwischen stirnseitig abragenden
elektrischen Anschlüssen und einer in einer Ringnut des Aufnahmekörpers
angeordneten flexiblen Leiterplatte gewährleistet ist.
Beispielsweise können die Leiterbahnen bzw. die elektrischen
Leiter in einem Spritzgießwerkzeug von einer Kunststoffmasse
umspritzt werden, wobei die Kunststoffmasse zur Bildung des ringförmigen
Aufnahmekörpers dient.
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Ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand
der Zeichnungen näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 einen
schematischen Querschnitt durch einen inneren Teil des Synchronmotors,
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2 eine
Explosionsdarstellung von zwei in axialer Richtung zusammensteckbaren
Körpern zur Aufnahme von Statorwicklungen bzw. Teilen einer
Signalelektronikeinheit.
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Ein
erfindungsgemäßer Synchronmotor kann beispielsweise
als hochdynamischer Antrieb, zum Beispiel für Spindelantriebe,
Labor-Zentrifugen, Textilmaschinen, Werkzeugmaschinen, Holzbearbeitungsmaschinen,
Lüfter, Hochgeschwindigkeitsspindeln, Dental-Schleifmaschinen,
Dental-Fräsmaschinen oder Dental-Bearbeitungsmaschinen
oder dergleichen eingesetzt werden.
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Ein
Synchronmotor 1 besteht im Wesentlichen aus einer Statoreinheit 2 mit
einer Mehrzahl von Statorwicklungen 2' und einem von der
Statoreinheit 2 umgebenen Rotor 3, der drehfest
mit einer Antriebswelle 4 verbunden ist.
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Zur
Aufnahme der Statorwicklungen 2' ist ein Wicklungskörper 5 vorgesehen,
der in radialer Richtung nach außen von einem ringförmigen
Aufnahmekörper 6 abragt. Wie besser aus 2 ersichtlich
ist, sind in Umfangsrichtung des Aufnahmekörpers 6 drei Wicklungskörper 5 verteilt
angeordnet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind zwei
koaxial zueinander angeordnete Aufnahmekörper 6, 6' vorgesehen, die
im montierten Zustand formschlüssig und/oder kraftschlüssig
und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Aufnahmekörper 6 und 6' rastend
miteinander verbunden, wobei die jeweils an denselben umfangsseitig
angeordneten Wicklungskörper 5 unter Anlage zueinander
gekehrter Randflächen 7, 7' zueinan der
fluchten. Nach Zusammenstecken der Aufnahmekörper 6, 6' können
die Statorwicklungen 2' jeweils unter Umwicklung der Wicklungskörper 5 aufgewickelt
werden. Umfangsseitig der Statorwicklungen 2' bzw. der
Wicklungskörper 5 kann sich ein Statorjoch 8 anschließen.
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Die
Aufnahmekörper 6, 6' sind jeweils ringförmig
als Aufnahmehülsen ausgebildet, die den Rotor 3 umgeben.
Der eine Aufnahmekörper 6 dient im Wesentlichen
als Träger für die umfangsseitig angeordneten
Wicklungskörper 5. In dem anderen Aufnahmekörper 6' ist
zusätzlich eine Signalelektronikeinheit 9 integriert
angeordnet, die sich kreisringausschnittförmig in Umfangsrichtung
erstreckt. Die Signalelektronikeinheit 9 ist als eine elektronische Sensoreinheit
ausgebildet, die über eine flexible Leiterplatte 10 verfügt,
die klemmend in einer Ringnut 11 des Aufnahmekörpers 6' eingesetzt
angeordnet ist. Die Ringnut 11 kann teilweise offen ausgebildet
sein, wobei die flexible Leiterplatte 10 abwechselnd überlappend
auf äußeren Flächen 12 und inneren
Flächen 13 von Axialstegen 14 anliegt.
Hierdurch wird eine drehfeste und verschiebungssichere Anordnung der
flexiblen Leiterplatte 9 an dem Aufnahmekörper 6' ermöglicht.
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Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel sind eine Ringnut 11 sowie
eine Mehrzahl von Axialstegen 14 vorgesehen, wobei sich
die flexible Leiterplatte 10 entlang eines überstumpfen
Winkels in Umfangsrichtung erstreckt. Ein erster Abschnitt 15 der
Leiterplatte 10 ist klemmend in der Ringnut 11 gelagert,
während ein zweiter Abschnitt 16 der Leiterplatte 10 unter
Anlage an einer Wandung der Axialstege 14 anliegt. Im montierten
Zustand der Aufnahmekörper 6, 6' ist
im Wesentlichen auch der zweite Abschnitt 16 außen umfangsseitig
abgedeckt.
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Die
flexible Leiterplatte 10 (Leiterplattenfolie) weist einen
bogenförmigen Umfangsteil 10' und einen geraden
Axialteil 10'' auf, so dass die Leiterplatte 10 im
Wesentlichen eine T-förmige Kontur aufweist. Die flexible
Leiterplatte 10 erstreckt sich mit dem ringförmigen
Umfangsteil 10' in einem spitzen oder stumpfen Winkelbereich
um die Antriebswelle 4. Die flexible Leiterplatte 190 erstreckt
sich mit dem Axialteil 10'' in einem Axialabschnitt A des
Aufnahmekörpers 6' bzw. des nach zusammenstecken
der Aufnahmekörper 6, 6' resultierenden
Körpers.
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Auf
einer dem einen Aufnahmekörper 6 abgewandten Seite
des anderen Aufnahmekörpers 6' sind in Umfangsrichtung
verteilt angeordnete elektrische Anschlüsse 17 in
axialen Taschen 18 des Aufnahmekörpers 6' eingefasst.
Die elektrischen Anschlüsse 17 dienen zur Anbindung
der flexiblen Leiterplatte 10 an eine nicht dargestellte,
sich stirnseitig des anderen Aufnahmekörpers 6' anschließende Messeinheit
der Signalelektronikeinheit 9. Die Signalelektronikeinheit 9 ist
als eine Sensoreinheit ausgebildet, wobei Hall-Sensoren 19 in
Umfangsrichtung verteilt in einer Radialebene der flexiblen Leiterplatte 10 bestückt
angeordnet sind. Die Hall-Sensoren 19 erfassen das Hauptfeld
des permanentmagnetischen Rotors 3. Es besteht eine feste
Beziehung zwischen dem Hauptfeld des permanentmagnetischen Rotors 3 und
der Statoreinheit 2 einerseits und der Sensoreinheit 9 andererseits.
Vorteilhaft kann eine Ausrichtung von Hilfsmagneten zum Hauptmagneten
und die Ausrichtung der Hall-Sensoren 19 zu den Statorwicklungen 2' verzichtet
werden.
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Damit
eine elektrische Verbindung zwischen den elektrischen Anschlüssen 17 und
auf der flexiblen Leiterplatte 10 laufenden Leiterbahnen
gegeben ist, sind in dem ringförmigen Aufnahmekörper 6' nicht dargestellte
Leiterbahnen ein gespritzt angeordnet. Beispielsweise können
die Leiterbahnen in einen Formraum eines Spritzgießwerkzeuges
eingelegt und nachfolgend mittels einer Kunststoffmasse umspritzt
werden, wobei der Formraum die Kontur des anderen Aufnahmekörpers 6' vorgibt.
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Die
Aufnahmekörper 6, 6' sind aus einem Kunststoffmaterial
hergestellt. Vorzugsweise werden die Wicklungskörper 5 zusammen
mit dem Aufnahmekörper 6, 6' in einem
Spritzgießwerkzeug hergestellt, wobei der Wicklungskörper 5 einstückig
mit dem Aufnahmekörper 6 bzw. 6' verbunden
ist. Der Wicklungskörper 5 ist im Querschnitt
T-förmig ausgebildet.
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Nach
spritzgießtechnischer Herstellung des einen Aufnahmekörpers 6 und
des anderen Aufnahmekörpers 6' werden diese formschlüssig
miteinander verbunden, wobei zueinander gekehrte Randflächen 7, 7' der
Wicklungskörper 5 der Aufnahmekörper 6 bzw. 6' aneinander
liegen. Im Folgenden können dann die Statorwicklungen 2' um
die Wicklungskörper 5 gewickelt werden, wobei
die Achse der Statorwicklungen 2' senkrecht zu einer Längsachse
L der Aufnahmekörper 6, 6' verläuft.
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Nach
einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform
kann auch lediglich ein einziger Aufnahmekörper mit in
Umfangsrichtung verteilt angeordneten Wicklungskörpern
vorgesehen sein. Ein Zusammenstecken von zwei Aufnahmekörpersegmenten 6, 6' ist
dann nicht erforderlich. In diesem Fall wird die Sensorelektronikeinheit
in einer dafür vorgesehenen Nut eingelegt und klemmend
fixiert. Beispielsweise kann die Sensorelektronikeinheit in Radialrichtung
von innen oder von außen in eine Aufnahme/Nut des Aufnahmekörpers
eingelegt bzw. eingeklippst werden.
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Nach
einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform
können die Wicklungskörper segmentiert angeordnet
sein. Hierdurch ist es möglich, zuerst die Wicklungskörper
mit den Statorwicklungen zu bewickeln und dann die Wicklungskörper
zu einem resultierenden Körper zusammzusetzen, der eine
Mehrzahl von in Umfangsrichtung verteilt angeordneten Wicklungskörpern
und eine zentrale Aufnahmehülse zur Aufnahme der Signalelektronikeinheit
aufweist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19824345
A1 [0002]
- - EP 0574823 B1 [0003]