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Die Erfindung betrifft einen Außenläufer-Elektromotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Außenläufer-Elektromotoren weisen einen Rotor auf, der außerhalb des an einem Flansch fixierten Stator angeordnet ist. Beim Betrieb des Motors rotiert der Rotor aufgrund der elektromagnetischen Wechselwirkung zwischen den Spulen des Stators und den Magneten des Rotors um eine Achse. Die Achse bzw. die Antriebswelle wird dabei bekanntermaßen in dem Stator gelagert. Während die Antriebswelle an einem Ende mit dem Rotor fest verbunden ist, dient ein anderes Ende der Antriebswelle zum Kraftübertrag auf ein weiteres Werkzeug oder dergleichen. Aufgrund Ihrer geringen Baugröße sowie des großen zu erzielenden Drehmoments werden Außenläufer-Elektromotoren bevorzugt im Drohnenbau eingesetzt.
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Aufgrund der geringen Baugröße ist der Platz für die Lagerung der Antriebswelle in dem Stator begrenzt. Daher weisen bekannte Antriebswellen einen relativ geringen Außendurchmesser von einigen wenigen Millimetern auf. Die Größe des Lagers dieser relativ kleindimensionierte Antriebswelle ist limitiert durch die Größe des Innendurchmessers des Stators. Dadurch gestalten sich diese Außenläufer-Elektromotoren bei Maschinenanwendungen mit hoher Belastung als anfällig gegenüber Defekten. Weder halten die Wellen noch die Lager eine größere mechanische Belastung aus.
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Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen Außenläufer-Elektromotor zu schaffen, der einer hohen mechanischen Belastung Stand hält und gleichzeitig ein großes Drehmoment zur Verfügung stellt.
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Ein Außenläufer-Elektromotor zur Lösung dieser Aufgabe weist die Merkmale des Anspruchs 1 auf. Demnach ist es vorgesehen, dass der Rotor auf einer Antriebswelle angeordnet ist, die außerhalb des Stators gelagert ist. Durch diese Lagerung der Antriebswelle außerhalb des Stators ist die Dimension bzw. der Durchmesser der Antriebswelle nicht auf die Größe einer Durchführung durch den Stator limitiert. Vielmehr wird die Antriebswelle lediglich durch den Stator geführt, ohne dort gelagert zu werden. Die Lagerung der Antriebswelle findet vielmehr neben dem Stator bzw. außerhalb des Stators statt. Dadurch ist die Dimension der Lagerung der Antriebswelle vielmehr gekoppelt an die Größe des Flansches.
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Außerdem kann es vorgesehen sein, dass die Antriebswelle aus zwei Teilen besteht, nämlich aus einem ersten Antriebswellenteil, das mit dem Rotor verbindbar ist, und einem zweiten Antriebswellenteil zur Aufnahme eines Werkzeugs. Alternativ ist es außerdem denkbar, dass die Antriebswelle aus zwei Teilen zusammensetzbar ist, insbesondere verpressbar ist, nämlich aus einem ersten Antriebswellenteil, das mit dem Rotor verbindbar ist, und einem zweiten Antriebswellenteil zur Aufnahme eines Werkzeugs.
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Insbesondere kann es die vorliegende Erfindung vorsehen, dass eine Lagerung des Rotors bzw. der Antriebswelle einseitig vom Stator angeordnet ist. Durch diese einseitige Lagerung des Rotors neben dem Stator wird die Lagerung komplett von dem Stator entkoppelt. Die Dimensionierung der Lagerung des Rotors kann dementsprechend abhängig vom Einsatz bzw. von der zu erwartenden Belastung des Elektromotors dimensioniert werden. Dadurch ist es möglich, einen Außenläufer-Elektromotor zu schaffen, der auch höchsten mechanischen Belastungen standhält, und zwar ohne, dass das zu erreichende Drehmoment zu verringern ist oder dass der Elektromotor als Ganzes wesentlich in seiner Größe zu ändern ist.
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Darüber hinaus ist es gemäß der Erfindung denkbar, dass die Antriebswelle in einem oder zwei, insbesondere mehreren, Lagern gelagert ist, wobei das mindestens eine Lager innerhalb des Flansches neben dem Stator angeordnet ist und die Antriebswelle eine Aufnahme, insbesondere ein Koppelelement, für ein Werkzeug aufweist.
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Als weitere Alternative kann es bevorzugter Weise vorgesehen sein, dass das zweite Antriebswellenteil für ein Werkzeug in einem oder zwei, insbesondere mehreren, Lagern gelagert ist, wobei das mindestens eine Lager innerhalb des Flansches neben dem Stator angeordnet ist. Dieses zweite Antriebswellenteil weist an einem Ende eine Aufnahme für ein Werkzeug auf. Bei dieser Aufnahme kann es sich um ein Koppelelement handeln oder ein Innen- bzw. ein Außengewinde. Gleichermaßen ist es denkbar, dass das Koppelelement als Klick- oder Rastelement ausgebildet ist oder dass die Antriebswelle eine Verzahnung für einen Übergang zu einem Getriebe aufweist oder glatt ausgebildet ist für einen Riemenantrieb. Die gegenüberliegende andere Seite des zweiten Antriebswellenteils kann mit dem entsprechenden Ende des ersten Antriebswellenteils verbunden sein. Über dieses zweite Antriebswellenteil, das fest mit dem ersten Antriebswellenteil gekoppelt ist, wird die Lagerung des Rotors aus dem Bereich des Stators heraus verschoben in einen Bereich neben den Stator. Durch diese Verschiebung der Lagerung können Lager gewählt werden, welche unabhängig sind von der Größe des Stators. Je nach Außendurchmesser der Antriebswelle bzw. des zweiten Antriebswellenteils stehen entsprechend dimensionierte Lager zur Auswahl.
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Weiter ist es ebenfalls denkbar, dass das erste Antriebswellenteil in einem oder zwei, insbesondere mehreren, Lagern gelagert ist, wobei das mindestens eine Lager innerhalb des Flansches neben dem Stator angeordnet ist und das erste Antriebswellenteil eine Aufnahme, insbesondere ein Koppelelement, für ein Werkzeug aufweist. Dabei kann das erste Antriebswellenteil zylindrisch, mit einem konstanten Außendurchmesser ausgebildet sein, oder verschiedene, sich ändernde Außendurchmesser aufweisen.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann es vorsehen, dass es sich bei dem mindestens einen Lager um ein Kugellager bzw. um ein Schrägkugellager oder en Nadellager oder ein Rollenlager handelt. Die Lager bzw. Kugellager sind derart neben dem Stator innerhalb des Flansches fixierbar, sodass die Gesamtbaugröße des Außenläufer-Elektromotors nur geringfügig vergrößert werden muss. Durch eine entsprechende Dimensionierung des Kugellagers bzw. der Kugellager sowie der Antriebswelle bzw. des zweiten Antriebswellenteils kann selbiges mit einer großen mechanischen Belastung beaufschlagt werden, ohne dass sich dies negativ auf die Funktionalität des Außenläufe-Elektromotors auswirkt.
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Für den Fall, dass zwei Kugellager bzw. Schrägkugellager verwendet werden, kann es erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass diese mindestens zwei Lager gegeneinander verspannt sind. Durch dieses gegeneinander Verspannen der Lager wird eine relative Bewegung zwischen den Lagern verhindert.
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Weiter kann es ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung vorsehen, dass das erste Antriebswellenteil, das mit dem Rotor verbunden ist, mit dem zweiten Antriebswellenteil für das Werkzeug fest verbunden ist, insbesondere verpresst ist. Diese Verpressung der beiden Antriebswellenteile stellt eine besonders einfache Art und Weise der Herstellung dar. So muss nach der Positionierung des Stators und der Lager in dem Flansch lediglich der Rotor mit dem ersten Antriebswellenteil bzw. das erste Antriebswellenteil mit dem zweiten Antriebswellenteil verpresst werden. Neben dieser verpressenden Verbindung der beiden Wellenteile sind auch andere Arten der Verbindung denkbar.
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Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung kann es vorsehen, dass das erste Antriebswellenteil einen kleineren Außendurchmesser, vorzugsweise 2 mm bis 10 mm, insbesondere 5 mm bis 6 mm, aufweist als das zweite Antriebswellenteil, dessen Außendurchmesser vorzugsweise 6 mm bis 20 mm, insbesondere 8 mm bis 10 mm, beträgt. Durch diese relative Dimensionierung der Antriebswellen bzw. Antriebswellenteile ist es möglich, den Durchgang des Stators klein zu dimensionieren und trotzdem eine belastbare Antriebswelle zu realisieren. Dadurch kann gleichermaßen ein hohes Drehmoment erzeugt werden mit einer besonders stabilen und belastbaren Lagerung.
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Insbesondere kann es außerdem vorgesehen sein, dass der Flansch eine zylindrische, axial ausgerichtete Aufnahme für den Stator aufweist, durch welche die Antriebswelle bzw. das erste Antriebswellenteil geführt ist. Außerdem weist der Flansch einen Aufnahmeraum auf, in dem das mindestens eine Lager axial angeordnet ist, und durch das die Antriebswelle bzw. das zweite Antriebswellenteil geführt ist. Durch diese kompakte Ausgestaltung des Flansches sind sämtliche Komponenten innerhalb des Flansches angeordnet, sodass eine große Robustheit gegenüber äußere Einflussnehmer gewährbar ist.
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Weiter kann es vorgesehen sein, dass der Elektromotor bürstenlos ausgebildet ist. Dadurch wird insbesondere die Leistung erhöht bzw. die Verlustreibung reduziert sowie die Lebensdauer des Außenläuferelektromotors erhöht.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher beschrieben. In dieser zeigen:
- 1 eine Seitenansicht eines Außenläufer-Elektromotors,
- 2 eine Explosionsdarstellung des Außenläufer-Elektromotors gemäß der 1, und
- 3 eine Schnittdarstellung durch den Elektromotor gemäß der 1.
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Der in 1 dargestellte Außenläufer-Elektromotor 10 weist im Wesentlichen einen Rotor 11, einen Stator 12 sowie einen Flansch 13 auf. Der Rotor 11 ist über eine hier sternförmig ausgebildete Rotorhalterung 14 mit einer Antriebswelle 33 bzw. mit einem ersten Antriebswellenteil 15 verbunden. Dazu ist ein erstes Ende 16 der Antriebswelle 33 bzw. des ersten Antriebswellenteils 15 durch die Rotorhalterung 14 geführt und mittels Schrauben 17, vorzugsweise zwei Madenschrauben, verschraubt. Die Antriebswelle 33 kann zwei Teilen, nämlich einem ersten Antriebswellenteil 15 und einem zweiten Antriebswellenteil 18, bestehen oder zusammengesetzt sein. Das zweite Antriebswellenteil 18 ist durch den Flansch 13 geführt und ragt mit einem zweiten Ende 19 an einem dem Rotor 11 gegenüberliegenden Ende des Flansches 13 aus selbigem heraus. Es ist aber alternativ auch denkbar, dass der Motor 10 nur eine einzige, einstückige Antriebswelle 33 aufweist, die sich durch den gesamten Motor 10 erstreckt und sowohl der Aufnahme des Rotors 11 als auch der Lagerung in dem Flansch 13 dient.
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Der hier dargestellte Flansch 13 weist an seinem Umfang eine Öffnung 20 auf, über die der Stator 12 mittels Kabel elektrisch kontaktierbar ist.
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Die Gesamtlänge von dem ersten Ende 16 des ersten Antriebswellenteils 15 bis zum zweiten Ende 19 des zweiten Antriebswellenteils 18 kann 20 mm bis 200 mm, insbesondere 50 mm bis 100 mm, vorzugsweise 50 mm bis 80 mm betragen. Der Durchmesser des Flansches 13 beträgt maximal 20 mm bis 100 mm bis 25 mm bis 50 mm, insbesondere 30 mm bis 35 mm.
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Aus der in 2 dargestellten Explosionsdarstellung des Außenläufer-Elektromotors 10 geht hervor, dass der zylindrische Flansch 13 eine ebenfalls zylindrische sowie axial ausgerichtete Aufnahme 21 aufweist, über die der Stator 12 schiebbar ist. Der Stator 12 kann auf der Aufnahme 21 des Flansches 13 verpresst werden, sodass weitere relative Bewegungen zwischen dem Stator 12 und dem Flansch 13 unterbunden werden. Zusätzlich kann der Stator 12 durch einen Sicherungsring 22 bzw. einen Nutenring oder auch Seeger-Ring gesichert werden.
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Auf einer dem Stator 12 gegenüberliegenden Seite sind gemäß der 2 zwei Kugellager 23, 24 in dem Flansch 13 angeordnet. Dabei ist bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel das Kugellager 23 von dem Stator 12 durch eine Wandung 25 getrennt. Außerdem ist zwischen den beiden Kugellagern 23, 24 eine Scheibe 26 angeordnet. Die beiden Kugellager 23, 24 sind in einem Aufnahmeraum 32 des Flansches 13 angeordnet, und zwar derart, dass sie relativ zu dem Flansch 13 unbeweglich sind sowie gegeneinander verpresst sind.
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Die mit ihrem ersten Ende 16 an dem Rotor 11 befestigte Antriebswelle 33 bzw. das erste Antriebswellenteil 15 ist mit einem zweiten Ende 27 durch den Stator 12 sowie den Flansch 13 geführt. Innerhalb des Flansches 13 kann das erste Antriebswellenteil 15 mit ihrem zweiten Ende 27 in ein erstes Ende 28 des zweiten Antriebswellenteils 18 geführt. Das erste Antriebswellenteil 15 kann mit dem zweiten Antriebswellenteil 18 derart gekoppelt bzw. verpresst sein, dass die Rotationsbewegung des Rotors 11 direkt auf das zweite Antriebswellenteil 18 übertragen wird. Dazu ist es vorgesehen, dass dem zweiten Antriebswellenteil 18 ein weiterer Sicherungsring 29 zugeordnet ist. Außerdem können auf dem zweiten Antriebswellenteil 18 weitere Scheiben 30 als Abstandsmittel angeordnet sein. Das gesamte Paket bestehend aus den Kugellagern 23, 24 den Scheiben 26, 30 sowie dem Sicherungsring 29, die auf dem zweiten Antriebswellenteil 18 der Antriebswelle 33 angeordnet sind, können durch einen Sicherungsring 31 bzw. Seeger-Ring in dem Flansch 13 fixiert werden.
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Das zweite Ende 19 des zweiten Antriebswellenteils 18 bzw. der Antriebswelle 33 kann, wie hier dargestellt, als Werkzeugaufnahme mit einem Innengewinde versehen sein. Es ist jedoch auch denkbar, dass dieses zweite Ende 19 andersartig ausgebildet ist, um ein entsprechendes Drehmoment auf ein Werkzeug oder dergleichen übertragen zu können.
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Durch die Verlagerung der Wellenlagerung aus dem Stator 12 in einen Bereich neben den Stator 12, nämlich in den Flansch 13, können die Kugellager 23, 24 derart dimensioniert werden, dass auch das zweite Antriebswellenteil 18, dessen Außendurchmesser wesentlich größer ist als der Außendurchmesser des ersten Antriebswellenteils 15, auf eine stabile und somit sichere Art und Weise lagerbar ist.
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Durch die in 3 dargestellte Schnittdarstellung des Außenläufer-Elektromotors 10 wird die Verbindung bzw. der Übergang zwischen den beiden Antriebswellenteilen 15 und 18 sowie die Positionierung der Kugellager 23, 24 in dem Aufnahmeraum 32 des Flansches 13 verdeutlicht. Außerdem kann der 3 sehr anschaulich entnommen werden, dass die Lagerung des Antriebswellenteils 18 außerhalb des Stators 12, nämlich neben den Stator 12 erfolgt und somit eine ähnliche Dimensionierung aufweisen kann, wie der Stator 12 selbst. Durch diese axiale Verschiebung der Achs- bzw. Wellenlagerung aus dem Stator 12 in den Flansch 13 kann eine Antriebswelle 33 gewählt werden, deren Dimensionierung ausreicht, um auch hohen mechanischen Belastungen Stand zu halten.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Außenläufer-Elektromotor
- 11
- Rotor
- 12
- Stator
- 13
- Flansch
- 14
- Rotorhalterung
- 15
- erstes Antriebswellenteil
- 16
- erstes Ende
- 17
- Schraube
- 18
- zweites Antriebswellenteil
- 19
- zweites Ende
- 20
- Öffnung
- 21
- Aufnahme
- 22
- Seeger-Ring
- 23
- Kugellager
- 24
- Kugellager
- 25
- Wandung
- 26
- Scheibe
- 27
- zweites Ende
- 28
- erstes Ende
- 29
- Sicherungsring
- 30
- Scheibe
- 31
- Sicherungsring
- 32
- Aufnahmeraum
- 33
- Antriebswelle
