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Die Erfindung betrifft ein motorisches Handwerkzeug mit der Möglichkeit zur Verbesserung der Ausgangsleistung, insbesondere ein motorisches Handwerkzeug mit einer Motorkonstruktion, deren Rotor mit einer großen Anzahl von Magnetpolen versehen ist.
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Kleine Handwerkzeuge, egal pneumatisch oder elektrisch, sind wegen ihrer kleineren Größe, ihrem rationellen Preis und ihrem niedrigeren Energieverbrauch sehr gefragt, wobei die kleinen Handwerkzeuge eine große Vielfalt an Formgestaltung und Varianten wie Schleifmaschine, Bohrmaschine, Pneumatik- oder Elektroschrauber usw. aufweisen. Ein wichtiger Vorteil der elektrischen Handwerkzeuge liegt in ihren Antriebsmotoren, deren Stromgröße durch einen Regelstromkreis exakt regelbar ist, sodass eine Drehzahlreglung der Antriebsmotoren durch ein weiteres, geregeltes Variieren der Stromgröße bzw. der Frequenz möglich wird.
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Die Hauptaufgabe des Elektromotors ist, die mechanische Arbeit zu verrichten und ein mit seiner Antriebswelle verbundenes Handwerkzeug anzutreiben, wobei eine von dem Elektromotor ausgegebene Leistung, das Resultat aus Drehmoment mal Drehzahl, einen direkten Einfluss auf die Leistung entsprechenden Handwerkzeuges ausübt. Deswegen ist es bei einem Handwerkzeugdesign üblich, einen Elektromotor mit einer hohen Drehzahl als Antrieb eines Handwerkzeugs auszuwählen, wobei die Größe des Handwerkzeugs und der kundenorientierte Bedarf usw. mit berücksichtigt werden müssen. Dann werden entweder Ausgangseigenschaften des Elektromotors dementsprechend geregelt oder eine zusätzliche Zahnradbaugruppe ausgewählt, um Designspezifikationen des Handwerkzeugs anzupassen.
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Aus
US2010-0105287 ist ein motorisches Handwerkzeug bekannt, dessen Gehäuse einen Motor beinhaltet, der wiederum aus einem Gehäuse, einem Stator und einem Rotor besteht. Laut Spezifikation der oben genannten Erfindung befindet sich der Rotor innerhalb des Stators, wobei der Stator ring um den Rotor angebracht ist, sodass ein Innenläufermotor ausgebildet ist. Bedingt durch einen beschränkten Innenraum des Motors sind nur wenige Magnetpolen an dem Rotor angeordnet. Nach dem elektromagnetischen Prinzip kann ein derartiger Motor mit wenigen Magnetpolen mechanisch nur eine hohe Drehzahl und ein niedrigeres Drehmoment ausgeben.
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Um Nachteil eines niedrigeren Drehmoments zu verbessern, ist eine Zahnradbaugruppe dem Innenläufermotor mit wenigen Magnetpolen zugeordnet, damit ein relativ höheres Drehmoment durch ein Übersetzungsverhältnis mehrerer Zahnräder an der Ausgangsseite dieses Antriebs erzeugt wird. Eine derartige Kombination der Zahnradbaugruppe mit einem Elektromotor ist aus
TW200932424 ”Wieder aufladbare Elektroschleifmaschine” bekannt. Die in der genannten Erfindung offenbarte Elektroschleifmaschine weist ein Gehäuse auf, in dem eine Lithium-Akkugruppe, ein Bedienungsschalter und ein Antriebsmotor angebracht sind, wobei der Antriebsmotor durch ein Planetenradgetriebe eine Antriebsscheibe antreibt. Mit Hilfe dieses Planetenradgetriebes werden Pferdstärke und Drehmoment geändert, welche beide endlich auf die Antriebsscheibe wirken. Obwohl die Zahnradbaugruppe die Pferdstärke und das Drehmoment ändern kann, welche beide schließlich auf die Antriebswelle wirken, entsteht bei der Energieumformung jedoch ein bestimmter Energieverlust. Je mehr Zahnräder sind, desto größer der Energieverlust ist, was zu einer ganz schlechten Verwendungseffizienz der Elektroenergie führt. Darüber hinaus bedeutet eine zusätzliche Zahnradbaugruppe nicht nur einen erhöhten Schwierigkeitsgrad und mehr Arbeitskosten bei der Fertigung, sondern sie nimmt auch mehr Gehäuseraum als Montageplatz in Anspruch. Außerdem hängt die Lebensdauer des motorischen Handwerkzeugs doch ganz stark von der Lebensdauer der Zahnradgruppe ab.
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Deswegen lassen sich die bekannten, motorischen Handwerkzeuge noch viel verbessern, um das Problem der schlechten Energieverwendungseffizienz zu lösen.
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Wie oben beschrieben, werden die Pferdstärke bzw. das Drehmoment des Antriebsmotors eines motorischen Handwerkzeugs durch eine Zahnradbaugruppe auf die Pferdstärke bzw. das Drehmoment des Handwerkzeugs übersetzt, wobei der Hauptgrund der schlechten Energieverwendungseffizienz der Energieverlust während des Betriebs der Zahnradbaugruppe ist. So stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, eine bessere Möglichkeit zur Verbesserung der Ausgangsleistung eines motorischen Handwerkzeugs zu schaffen.
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Die Erfindung betrifft ein motorisches Handwerkzeug mit der Möglichkeit zur Verbesserung der Ausgangsleistung. Das Handwerkzeug ist mit einem Gehäuse versehen, in dem ein mit der Stromversorgung verbundener Regelungsstromkreis und ein Elektromotor vorgesehen sind, wobei der Regelungsstromkreis die in den Motor eingegebene Stromgröße regelt. Der Elektromotor besteht aus einem Stator, einem Rotor und einer Antriebswelle, wobei der Stator einen Kern aufweist, an dem eine Mehrzahl von Statormagnetpolen radial angeordnet ist. Auf den jeweiligen Statormagnetpolen ist je eine elektrisch mit dem Regelungsstromkreis verbundene Erregungsspule ist aufgewickelt. Übrigens ist eine durchgehende Wellenbohrung am Kern ausgebildet, in der die Antriebswelle drehbar gelagert wird. Der Rotor weist ein fest mit der Antriebswelle verbundenes Antriebsteil und ein mit diesem verbundenes Induktionsteil auf, das die einzelnen Statormagnetpolen bedeckt, wie es in einer durch Horizontalprojektion erstellten Draufsicht dargestellt ist. Das Induktionsteil weist innenrandseitig eine Mehrzahl von Rotormagnetpolen auf, wobei die einzelnen Rotormagnetpolen jeweils einem entsprechenden Statormagnetpol gegenüberstehen. Fließt ein elektrischer Strom durch die Rotor- und Statormagnetpolen, so wird eine Magnetkraft induziert, welche die Antriebswelle in der Wellenbohrung in eine Drehbewegung setzt, sodass die Antriebswelle relativ zu dem Stator dreht.
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Noch konkreter gesagt beträgt die Anzahl der Rotormagnetpolen von 16 bis 36, wobei die Rotormagnetpolen aus Permanentmagnet hergestellt sind. In der Wellenbohrung des Kerns ist mindestens ein Lager angeordnet, sodass die durchgesteckte Antriebswelle gut gelagert wird und stabil rotieren kann. Die Antriebswelle ragt beidseitig aus der Wellenbohrung, wobei sie einerseits einen Verbindungsabschnitt bildet, um ein Verarbeitungswerkzeug zu verbinden, und anderseits mit einem Lüfterflügel verbunden ist. Weil das Induktionsteil des Rotors außerhalb des Stators angeordnet wird und die Statormagnetpolen von außen bedeckt, so ist ein relativ größerer Aufnahmeraum, in dem 16 bis 36 Rotormagnetpolen angeordnet werden können, innenrandseitig im Induktionsteil ausgebildet. Laut Berechnungsformel N = 120 F/P (Drehzahl = 120 × Frequenz/Motormagnetpolen) kann ein derartiger Rotor mit einer relativ größeren Anzahl von Magnetpolen die Drehzahl des Elektromotors erniedrigen. Und nach dem Energieerhaltungssatz wird das von dem rotierenden Rotor ausgegebene Drehmoment erhöht, wenn die Drehzahl des Rotors dementsprechend erniedrigt wird. Dadurch ist realisiert, dass nur ein Elektromotor mit einem relativ höheren Drehmoment in der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird, ohne dabei die Zahnradbaugruppe zu brauchen, was nicht nur einen durch die Zahnradbaugruppe erzeugten Energieverlust vermeidet, sondern auch einen Platzbedarf innerhalb des Handwerkzeugs erniedrigt.
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Im Folgenden werden die Erfindung und ihre Ausgestaltungen anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
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1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen motorischen Handwerkzeugs;
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2 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäßen Elektromotors;
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3 einen Schnitt I durch den erfindungsgemäßen Elektromotor; und
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4 einen Schnitt II durch den erfindungsgemäßen Elektromotor.
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Mit Bezug auf 1 ist ein motorisches Handwerkzeug mit einem Gehäuse 1 versehen, in dem ein mit einer nicht näher dargestellte Stromversorgung verbundener Regelungsstromkreis 2 und ein Elektromotor 3 vorgesehen sind, wobei der Regelungsstromkreis 2 einen Eingangsstrom von der Stromversorgung bezieht und dafür sorgt, was für eine Stromgröße an den Elektromotor 3 geleitet wird. Selbstverständlich besitzt das motorische Handwerkzeug entsprechendes Bedienungselement, das entscheidet, wie der Regelungsstromkreis 2 die zum Antrieb des Elektromotors 3 benötige Stromgröße regelt. Weil das Bedienungselement eine dem Fachpersonal auf den technischen Gebieten bekannte Konstruktion ist, wird es in den Figuren der vorliegenden Erfindung nicht dargestellt. Aus dem gleichen Grund werden einzelnen Verdrahtungen zwischen dem Regelungsstromkreis 2 und der Stromversorgung sowie gegenseitige Verbindungen zwischen dem Regelungsstromkreis 2 und dem Elektromotor 3 in der vorliegenden Erfindung auch nicht durch die Figuren dargestellt. Der Elektromotor 3 weist eine Antriebswelle 31 auf, die beidseitig aus dem Motorgehäuse herausragt, wobei die Antriebswelle 31 einerseits mit einem Verarbeitungswerkzeug 5 verbunden wird. Das hier genannte Handwerkzeug 5 kann eine Schleifscheibe, eine Polierscheibe oder irgendein auf dem technischen Gebiet häufig gebrauchtes, rotierendes Handwerkzeug sein. Das Handwerkzeug 5 wird durch die Antriebswelle 31 angetrieben, sodass das Handwerkzeug 5 entsprechende Funktionen erfüllt. Die Antriebswelle 31 ist andererseits mit einem Lüfterflügel 4 verbunden, der zusammen mit der Antriebswelle 31 drehen wird. An dem Gehäuse 1 ist eine Mehrzahl von Belüftungsschlitzen 10 ausgebildet. Durch das Drehen des Lüfterflügels wird eine Luftströmung erzeugt, die in bzw. aus den Belüftungsschlitzen 10 fließt, sodass eine beim Betrieb von dem Elektromotor 3 und Regelungsstromkreis 2 erzeugte Wärme durch diese Luftströmung abgeführt wird. Als eine weitere Schutzmaßnahme kann das motorische Handwerkzeug mindestens einen in dem Gehäuse 1 angebrachten Kühlkörper 6 aufweisen, der zur Vergrößerung der wärmeabgebenden Oberfläche des Regelungsstromkreises 2 dient, um eine bessere Wärmeabführwirkung zu erzielen.
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In 2, 3 und 4 ist die vorliegende Erfindung dargestellt. Die 2 ist eine Explosionszeichnung eines erfindungsgemäßen Elektromotors 3, das aus einem Statur 30 und einen mit der Antriebswelle 31 fest verbundenen Rotor 32 besteht. Der Statur 30 umfasst einen Kern 301, an dem eine Mehrzahl von Statormagnetpolen 302 radial angeordnet ist. An einzelnen Statormagnetpolen 302 ist je eine Erregungsspule 303 aufgewickelt, der elektrisch mit dem Regelungsstromkreis 2 verbunden ist. Je nach Bedienung eines Benutzers versorgt der Regelungsstromkreis 2 die entsprechenden Erregungsspulen 303 mit Strom. In Bezug auf 3 ist eine durchgehende Wellenbohrung 306 an dem Kern 301 ausgebildet, wobei die Antriebswelle 31 drehbar in der Wellenbohrung 306 angeordnet wird. In der Wellenbohrung 306 ist mindestens ein Lager 304 angebracht, durch das die Antriebswelle 31 durchgesteckt und gelagert wird. Am Kern 301 ist mindestens eine Halterung 305 ausgebildet, die mit dem Gehäuse 1 verbunden ist, sodass der Stator 30 gestützt durch diese Halterung im Gehäuse 1 befestigt wird. Die Antriebswelle 31 ist durch die Wellenbohrung 306 durchgesteckt, wobei sie beidseitig aus der Wellenbohrung 306 herausragt. Die Antriebswelle 31 ist einerseits mit dem Verarbeitungshandwerkzeug 5 und andererseits mit dem Rotor 32 fest verbunden. Der Rotor 32 besteht aus einem Induktionsteil 321 und einem Antriebsteil 323, wobei das Antriebsteil 323 eine Mehrzahl von Belüftungslöchern 324 und ein zur Befestigung der Antriebswelle 5 dienendes Befestigungsloch 325 aufweist. Das Induktionsteil 321 ist mit dem Antriebsteil 323 verbunden und dann nach unten gebogen, wodurch die Statormagnetpolen 302 von der Horizontalprojektion des Induktionsteils 321 bedeckt werden. In Bezug auf 3 und 4 ist es ganz klar zu sehen, dass der Stator 30 durch die Antriebswelle 31 durchgesteckt ist, während sich das Antriebsteil 323 des Rotors 32 horizontal parallel zu der Antriebswelle 31 erstreckt, wobei das Antriebsteil 32 nach einer bestimmten Erstreckungslänge gebogen wird und ein nach unten verlaufendes Induktionsteil 321 bildet, sodass die Statormagnetpolen 302 von der Horizontalrichtung gesehen von dem Induktionsteil bedeckt werden. Das Induktionsteil 321 weist an seinem Innenrand eine Mehrzahl von Rotormagnetpolen 322 auf, die jeweils einem entsprechenden Statormagnetpolen 302 gegenüberstehen.
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Die Rotormagnetpolen 322 können Permanentmagnete sein. Liefert der Regelungsstromkreis 2 einen elektrischen Strom an die Erregungsspulen 303, so werden diese magnetisiert. Durch Zusammenwirken der Rotormagnetpolen 322 mit den Statormagnetpolen 302 wird eine Magnetkraft an den Rotormagnetpolen 322 induziert, die den Rotor 32 in eine Rotationsbewegung setzt und somit die Antriebswelle 31 mit in eine Drehbewegung nimmt. Die rotierende Antriebswelle 31 kann dabei nicht nur den Verarbeitungswerkzeug 5, sondern auch den an einem anderen Wellenende angebrachten Lüfterflügel 4 antreiben, sodass eine durch die Belüftungslöcher 324 fließende Luftströmung erzeugt wird, wodurch der Elektromotor 3 mit einem guten Wärmeabfuhreffekt gekühlt wird. Weil die Statormagnetpolen 302 radial an dem Kern 301 angeordnet und von dem Induktionsteil 321 des Rotors 32 bedeckt werden, so ist das Induktionsteil 321 mit einer großen Umfangslänge versehen, um eine Mehrzahl von Rotormagnetpolen 322 anzuordnen. In der vorliegenden Erfindung werden mindestens 16 Rotormagnetpolen am Induktionsteil 321 angebracht. Die Anzahl der Rotormagnetpolen 322 kann zwischen 16 bis 36 liegen. Bevorzugt werden 18 bis 30 Rotormagnetpolen 322 in der vorliegenden Erfindung angebracht. So ist die Anzahl der Rotormagnetpolen 322, die in einer von der vorliegenden Erfindung offenbarten Konstruktion angebracht sind, viel mehr als die eines bekannten Innenläufermotors. Laut der Berechnungsformel N = 120 F/P (Drehzahl = 120 × Frequenz/Motorpolen) wird die Drehzahl des Rotors 32 dadurch erniedrigt. Gleichzeitig wird das Drehmoment des rotierenden Rotors 32 bei einer konstanten Ausgangsleistung nach dem Energieerhaltungssatz erhöht, wenn die Drehzahl des Rotors 32 erniedrigt wird. Weil der Rotor 32 außerhalb des Stators 30 angebracht wird, so wird der geradlinige Abstand von den einzelnen Rotormagnetpolen 322 an dem Induktionsteil bis zu der Antriebswelle 31 auch größer als der gleiche Abstand bei einem bekannten Innenläufermotor. Laut der mechanischen Berechnungsformel T = F × D (Drehmoment = erzeugte Kraft × Abstand) hat die vorliegende Erfindung den geradlinigen Abstand zwischen den Rotormagnetpolen 322 und der Antriebswelle 31 vergrößert, was das Drehmoment des Rotors 32 weiter erhöht. Dadurch ist realisiert, dass das Drehmoment eines in der vorliegenden Erfindung offenbarten Elektromotors 3 durch zwei oben genannte Maßnahmen verstärkt. Deswegen weist das in der vorliegenden Erfindung dargestellte, motorische Handwerkzeug ein deutlich größeres Drehmoment auf, sodass eine zusätzliche Zahnradbaugruppe bei einem motorischen Handwerkzeug nicht mehr nötig ist, was nicht nur Kosten an Materialien erspart, sondern auch Probleme löst, die wegen Platzbedarf und Schwierigkeitsgrad beim Zusammenbau der Zahnradbaugruppe entstehen.
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Zusammenfassend wird ein motorisches Handwerkzeug mit der Möglichkeit zur Verbesserung der Ausgangsleistung offenbart, wobei das Handwerkzeug mit einem Gehäuse 1 versehen ist, in dem ein mit der Stromversorgung verbundener Regelungsstromkreis 2 und ein Elektromotor 3 vorgesehen sind, wobei der Regelungsstromkreis 2 die in den Elektromotor 3 eingegebene Stromgröße regelt. Der Elektromotor 3 besteht aus einem Stator 30, einem Rotor 32 und einer Antriebswelle 31, wobei der Stator 30 einen Kern 301 aufweist, an dem eine Mehrzahl von Statormagnetpolen 302 radial angeordnet ist. Auf den jeweiligen Statormagnetpolen 302 ist je eine verbundene Erregungsspule 303 ist aufgewickelt. Im übrigen ist eine durchgehende Wellenbohrung 306 an dem Kern 301 ausgebildet, in der die Antriebswelle 31 drehbar gelagert wird. Der Rotor 32 weist ein fest mit der Antriebswelle 31 verbundenes Antriebsteil 323 und ein mit diesem verbundenes Induktionsteil 321 auf, das die einzelnen Statormagnetpolen bedeckt, wie es in einer durch Horizontalprojektion erstellten Draufsicht dargestellt ist. Das Induktionsteil 321 weist innenrandseitig eine Mehrzahl von Rotormagnetpolen 322 auf, wobei die einzelnen Rotormagnetpolen 322 jeweils einem entsprechenden Statormagnetpol 302 gegenüberstehen. Fließt ein elektrischer Strom durch die Rotor- und Statormagnetpolen 302, 322, so wird eine Magnetkraft induziert, welche die Antriebswelle 31 in der Wellenbohrung 306 in eine Drehbewegung setzt, sodass die Antriebswelle relativ zu dem Stator 30 dreht.
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Die vorstehende Beschreibung stellt die Ausführungsbeispiele der Erfindung dar und soll nicht die Ansprüche beschränken. Alle gleichwertigen Änderungen und Modifikationen, die gemäß der Beschreibung und den Zeichnungen der Erfindung von einem Fachmann vorgenommen werden können, gehören zum Schutzbereich der vorliegenden Erfindung.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2010-0105287 [0004]
- TW 200932424 [0005]
