DE2525544A1 - Elektro-motor - Google Patents

Description

• Elektro - Motor Die Erfindung bezieht sich auf einen Elektromotor, der aus Rotor und diesen außen umgebendem Stator besteht. Elektromotoren mit Innenläufer sind seit langen in zahl reichen verschiedenen Ausfuhrungsforiren bekãnnt, und es wird auch bereits seit langem angestrebt, die Herstellunaskosten dieser Motoren bei Wahrung ihrer Qualität zu senken bzw. gleichzeitig ihre elektrischen und mechanischen Eigenschaften noch zu verbessern.
• Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, durch eine neuartige konstruktive Ausgestaltung der das Rotorblechpaket tragenden Bauteile diese teilweise einander entac-genstehenden Forderungen zu realisieren.
• Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Elektromotor der eingaligs genar,nter, Art erfindungsgemäß derart ausgeführt, dat? an der Innenseite des magnetisch wirksamen Rotorteiles beispielsweise des Rotorblechpaketes) ein im wesentlichen zylindrischer, starrer Körper angeordnet und mit diesem fest verbunden ist, der an wenigstens einer Stirnseite ein zum Rotor koaxiales in axialer Richtung im allgemeinen vorragendes zylindrisches Lagerelement -trägt.
• Dieser starre zylindrische Körper wird im allgemeinen aus einer Aluminium-Legierung oder einem ähnlichen Leichtmetall bestehen.
• Rotorwellen von Elektromotoren benötigen eine gewisse Steifigkeit, bei kleinerer Luftspaltweite eine noch größere; ebenso macht ein größerer Luftspal tdurchmesser oder eine kleinere Polpaarzahe die notwendige Biege-Steifigkeit größer. Deshalb hat man jahrzehntelang relativ dicke Stahlwellen verwendet und im Lagerbereich aus konstruktiven Gründen oder/und am Momentenabtrieb nach den Erfordernissen des Anwendungsfalles diese Stahlwellen auf kleinere Durchmesser abgesetzt. Die Herstellung solcher Wellen ist jedoch sehr aufwendig, insbesondere wenn bei einem Präzisionskleinmotor die verschiedenen Durchmesser zueinander genügend- rund laufen sollen (mehrere teure Schleifvorgänge).
• Die Erfindung erlaubt nun eine sehr vereinfachte Herstellung einer Rotorwelle mit beliebigem Antriebsdurchmesser ohne Einbuße an Biegesteifigkeit des Rotors.
• Bei einer Ausgestaltung der Erfindung besteht das zylindrische Lagerelement aus einer einzigen (sogenannten durchgehenden) Welle konstanten Durchmessers, welche den Rotor im Zentrum, und zwar den zylindrischen starren Körper axial durchsetzt. Diese Rotoranordnung wird im allgemeinen beiderseits des walzenförmigen Rotorkörpers gelagert, indem die durchgehende Welle fluchtende Lager gleichen Innendurchmessers durchsetzt. Praktisch absolute onzentrizität von Antriebszylinder-und Lagerzylinderflächen wird so billi g erreicht, wozu bei Wellen nichtkonstanten Durchmessers außerordentlich aufwendige Formschleifscheiben und sogenannte Einstich-Schleifverfahren nötig sind! Außerdem können meiste kleinere und gleiche Lagerdurchmesser verwendet werden, weil die vom Anwendungsfall bestimmten Wellenabtriebsdurchmesser oft relativ klein sind.
• Der starre Körper ist im Sinne höherer Biegesteifigkeit des gesamten Rotors in Weiterbildung der Erfindung folgendermaßen ausgebildet: er erstreckt sich axial bis in den Bereich des jeweiligen Rotorlagers bzw. erweitert sich radial vorzugsweise bei der seits des aktiven Rotorkörpers im Bereich der Stirn des Rotorkörpers, wobei er sich vorzugsweise vom Stirnbereich des Rotorkörpers zum Lagerbereich des Rotors hin kegelförmig verjüngt im Sinne eines Trägers gleicher Festigkeit.
• Dies läßt einerseits die Verwendung sehr dünner durchgehender Wellen und entsprechend kleiner Lagerdurchmesser zu, wobei die Welle außerhalb des Motorgehäuses ein Abtriebselement größeren Außendurchmessers tragen kann, während andererseits die einstückige Druckgußherstellung von starrem Zylinderteil mittFlanschansätzen dadurch erleichtert wird, daß größere Mindestwandstärken sich ergeben und überdies die axiale Schrumpfspannung des zentralen starren Druckgußkörpers eine sichere Befestigung des aktiven Rotorkörpers mit diesem bringt. Jedenfalls ergibt sich, falls nötig, so ein sehr biegesteifer Rotor.
• Es ist für manche Anwendungsfälle vorteilhaft, wenn gemäß einer anderen Weiterbildung die zwei axialen Vorsprünge des vollzyl indrischen starren Körpers miteinander fluchtende, axial nur einen Bruchteil des Rotors sich jeweils erstreckende Stahlwellen tragen. Da dann an beiden Stirnseiten je eine dünne Stahlwelle aus dem Leichtmetallzylinder.stumpf hervorragt, deren Durchmesser vorzugsweise kleiner als die Hälfte des Durchmessers des zylindrischen Leichtmetallkörpers ist, jedoch jede Welle einen eigenen Durchmesser haben kann, ist bei besserer npassung an Verwendungszwecke eine sehr billige "Motorwelle" realisierbar.
• Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist der die Innenseiten des Rotorblechpaketes berührende starre Zylinder auch als Vollzylinder auSgeführt, der an beiden Seiten ebenso wieder koaxiale, einstückig angegossene Fortsätze hat, die wenigstens bis in die Nähe der Rotorlager reichen und im Bereich der Rotorlager außen mit einem Wellenelement - z.B.
• einer Stahl buchse mit Gleiteigenschaften - versehen sind.
• Weitere Einzelheiten der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
• Im nachstehenden wird die Erfindung in Verbindung mit den drei Ausführungsbeispiele darstellenden Figuren beschrieben, wobei einander entsprechende Teile in beiden Figuren in gleicher Weise bezeichnet sind.
• Es zeigt in schematisch vereinfachter Darstellung Fig. 1 eine Ausführungsform des erfindungsgemäß ausgebildeten Elektromotors im Längsschnitt, Fig. 2 eine Variante der Ausführungsform nach Fig. 1 im Längsschnitt, Fig.3 eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäß ausgebildeten Elektromotors im Längsschnitt, Fig.4 zeigt einen kompletten, erfindungsgemäß ausgeführten Motor, der dem Prinzip der schematischen Darstellung der Fig.2 entspricht.
• In den Figuren 1 bis 3 befindet sich an der Innenseite des magnetisch aktiven Rotorblechpaketes 1 ein zylindrischer Leichtmetall körper 2, der mit den beiden das Rotorblechpaket an den Stirnseiten wenigstens teilweise umfassenden Flanschstücken 12 und koaxialen Ansätzen 22 im Material verbunden bzw. einstückig gegossen ist.
• Bei der Herstellung dieses Leichtmetallkörpers wird dieser in einen: Arbeitsgang mit den aus Stirnringen 5, den zugehörigen (nicht gezeichneten) Käfigstäben sowie den Stirnring-KühlflUgeln 6 in einem Arbeitsgang gegossen. über die elektrisch leitende Verbindung im Bereich zwischen den Flanschen 12 und den Stirnringen 5 werden die Eigenschaften des Elektromotors durch den Leichtmetall körper 2 beeinflußt, im all gemeinen in unerwünschter Weise. Deshalb werden n a c h der zweckmässigerweise im Druckgußverfahren erfolgenden Herstellung des gesamten Leichtmetallrotorkörpers 2, 5, 6, 12, 22.
• in einem einzigen Arbeitsgang an den Stirnseiten die Verbindungsstellen 7 zwischen den eigentlichen Flanschen 12 und den Stirnringen 5 durch einen spanabhebenden Vorgang entfernt.
• In den beiden Fig. 1, 2 sind auf der rechten Seite diese Verbindungsstellen dargestellt, während auf der linken Seite diese Verbindungsstellen nicht dargestellt sind, also der Zustand gezeigt wird, wie er nach der Entfernung der Verbindungsstel len vorhanden ist.
• In manchen Fällen, z.B. wenn ein besonders steifes Drehzahlverhalten erwünscht ist, wird der Kurzschluß-Käfig aus gut elektrisch leitendem, reinem, weichem Aluminium, hingegen der mittlere zylindrische. Leichtmetallkörper aus einer härteren Aluminium-Legierung hergestellt.
• Bei der in Fig.3 dargestellten Ausführungsform besitzt der Leichtmetal lkörper 2, 12 an beiden Seiten koaxiale Fortsätze 222, die mit je einem Hohlzylinder lo aus Gleitlagermaterial, vorzugsweise Stahl, umgeben sind. Diese Hohlzylinder sind vorgehärtete Stahlhülsen, welche bei der Druckgußherstellung gleich auf die Zapfen 222 aufgegossen und später spitzenlos geschliffen werden können.
• Bei der in Fig.1 dargestellten Ausführungsform ist der die Flansche 12 verbindende zylindrische Teil 2 mit einer zentralen öffnung bzw. Bohrung versehen, in welche eine Stahlwelle 11 eingezogen ist. Diese Stahlwelle ist in der zentralen Uffnung mittels eines anärob aushärtenden Klebemittels, vorzugsweise des unter der geschützten Bezeichnung "Loctite" erhältlichen, befestigt.
• Hierbei hat es sich als günstig erwiesen, wenn der äußere Durchmesser der Stahlwelle 11 nicht mehr als 60S, vorzugsweise nicht mehr als 40et vom Außendurchmesser des sie umgebenden zylindrischen Teils 2 hat. In diesem Fall ergibt sich eine besonders günstige Kombinationswirkung bezüglich Erhöhung der Biegesteifigkeit des Rotors, Erzielung eines kleinen Lagerdurchmessers und damit Verkleinerung der Kosten der Lager, Herabsetzung der Reibungsverluste sowie eine gewisse, zum Druckgießen nötige Mindeststärke des Hülsenkörpers 2, wenn man eine Minimalwel le von 2 mm. Durchmesser annimmt.
• Fig.2 zeigt eine Variante der in Fig.1 dargestellten Ausführungsform, die sich dadurch auszeichnet, daß anstelle der langen dünnen, durchgehenden Stahlwelle 11 zwei kürzere Wellen 111 verwendet werden. Diese kürzeren Wellen s1nd in entsprechende, miteinander fluchtende Bohrungen der beiden Flansche 12 eingesetzt.
• Fig.4 zeigt neben den in den Figuren 1 bis 3 bereits prinzipiell erläuterten Teilen: Den starren Körper 2, der vom Bereich des elektromagnetischen aktiven Rotorteiles 1, hier als lamelliertes Blechpaket ausgeführt, in das ein Kurzschlußkäfig mit Stirnringen 5 und Ventilationsschaufeln 6 eingespritzt sind, aus axial bis in den Bereich der Lager 3, 4 vorragende koaxiale Partien 22 aufweist, wobei beim Lager 4 der starre Körper zusätzlich radial an der Stirnseite des Rotorblechpaketes 1 bis in den Bereich 12 erweitert ist, ohne jedoch mit den Stirnringen 5 sich zusammenzuschließen. In diesem Falle würde, weil man für den Kurzschlußkäfig 5, 6 von der benötigten Motorkennl inie her ein weiches Reinaluminium braucht, die Herstellung des starren Körpers 2 + 12 + 22 mit dem Kurzschlußkafig 5, 6 nicht möglich sein, da man für den starren Körper 2 , 12, 22 eine härtere Aluminium-Legierung benötigt. Der Käfig 5, 6 wird also zuerst in einer Druckgußvorrichtung eingespritzt und später wird der Starrkörper 2, 12, 22 nachgegossen bzw. eventuell als vorbearbeitetes Teil eingesetzt. Die durchgehende Welle 11, welche am oberen Abtriebsende lediglich einen kleinen Flachanschliff zum Ansatz einer Spannschraube hat, ist in den sich ausrichtenden Kalottenlagern 3, 4 gelagert, wobei das Lager 4 zusätzlich ein axiales Stirnl ager aufweist. Der Außenstator besteht aus dem lamellierten Blechpaket 15 mit der eingelegten Statorwickt lung, von welcher die Wickel köpfe 13, 14 zu sehen sind. Die Lagerschilde 8,' 9 sind am Statorblechpaket 15 zentriert und über axiale Längsschrauben, von denen im linken Teil der Zeichnung nur eine zu sehen ist, zusammengehalten. Auf den oberen Kurzschlußring ist ein Lüfterrad 17 aufgesteckt, welches sich radial über den Luftspalt-Durchmesser hinaus erweitert und wirkungsvoll die Luft über die Uffnungen 16 einzieht, radial durch die Uffnung 18 - wirkungsvoll am Wickelkopf 13 vorbei - abführt. In entsprechender Weise geschieht das, wenngleich schwächer, am unteren Wickelkopf 13 mittels der Flügel 6, welche am Kurzs chl ußri n g 5 angegossen sind.
• Weichelastische Schwingelemente 19 verhindern die Obertragung störender Körperschallschwingungen vom Motor in das angrenzende Gerät.
• Figur 4 zeigt die radiale Erweiterung 12 nur auf einer Seite, hier von konstruktiven Umständen so diktiert. Tatsächlich zeigt sich, daß die radiale Erweiterung 12 ohne wesentlichen nachteil beim vorliegenden 4-polig-betriebenen Motor weggelassen werden kann.
• Gerade wenn es darauf ankommt, trotz der relativ großen Starre heit des Rotorkörpers gewisse Auslenkungen und dadurch verursact Schwingungen, die der Rotor doch noch ausübt, weiter unschädlich zu. machen, kann mar in Kombination mit der vor-1 iegenden' Erfindung Dämpfungsmaßnahmen für diese Schwingunger. vorsehen, beispielsweise indem zwischen der Welle 11 und dem starren Körper 2, 22 ein geeigneter, dänpfender, eventuell gleichzeitig klebender Belag vorgesehen ist, oder auch indem, allerdings auf KOsten einer noch größeren Starrheit, der Körper 2, L'2 aus weichem, dauerplastikchem Reinaluminium vorgesehen wird.
• Eine andere Kombinationsmöglichkeit, störende Schwingungen zu schwächen, besteht darin, die Rotormasse zur Verschiebung ihrer Resonanz-Frequenz zu verändern, im allgemeinen dadurch, daß man eine axial kurze, radial große, möglichst sc'-er Masse, z.B. ein Stahldrehteil, zusätzlich am Rotor vorsieht, möglichst nahe an der Mitte zwischen den Lagern der Welle.
• Die Erfindung -ist von besonderer Bedeutung für sehr häufig verwendete kleine, billige Induktionsmotoren von etwa 50 Watt oder weniger.

Claims (9)

Patent - Ansprüche

1. Elektromotor, bestehend aus Rotor und diesen außen umgebenden Stator, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß an der Innenseite des magnetisch wirksamen Rotorteiles (1) ein im wesentlichen zylindrischer starrer Körper (2) angeordnet und mit diesem fest verbunden ist, der an wenigstens einer Stirnseite ein zum Rotor koaxiales, in axialer Richtung im allgemeinen vorragendes zylindrisches Lagerelement (t1; 111; lo) trägt.

2. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der starre Körper (2) aus Leichtmetall insbesondere als Druckgußteil aus einer Aluminiumlegierung ausgebildet ist.

3. Elektromotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zylindrische Lagerelement aus einer einzigen Welle t11) konstanten Durchmessers besteht, welche den Rotor im Zentrum und zwar den zylindrischen starren Körper (2) axial durchsetzt.

4. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich der starre Körper (2) axial bis in den Bereich (22, 222) des jeweiligen Rotorlagers (3, 4) erstreckt.

5. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich der starre Körper (2) vorzugsweise beiderseits des aktiven Rotorkörpers (1)'radial im Bereich (12) der Stirn des Rotorkörpers (1) erweitert.

6. Elektromotor nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei axialen Vorsprünge (22) des vollzylindrischen starren Körpers (2) miteinander fluchtende, axial nur einen Teil des Rotors sich jeweils erstreckende Stahlwellen (111) tragen (Fig.2).

7. Elektromotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche 4 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der beiden Vorsprünge (22) des nun als Vollzylinder ausgebildeten starren Körpers (2) vorzugsweise auf einem zentralen, in axialer Richtung noch weiter vorragenden, mit dem Vorsprung (22) einstückigen Zypfen (222) ein Lagerelement, z.B. eine Stahlbuchse (10), trägt.

8. Verfahren zur Herstellung eines Elektromotors nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß der starre Körper (2, 12, 22) einstückig mit einem Kurzschlußkäfig (5, 6) des Rotors in einem Arbeitsgang druckgegossen wird und gegebenenfalls anschließend durch spanabhebende Bearbeitung im Bereich (7) der Stirnfläche des magnetisch wirksamen Rotorteils wieder von ihm galvanisch getrennt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, insbesondere zur Herstellung eines Elektromotors nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei Aufnahme des Rotors an der zylindrischen Außenfläche des aktiven Teils (1) die Bearbeitung der Zylinderfläche für die Lagerelemente (lo) und die Entfernung der Materialbrücken im Bereich (7) gleichzeitig erfolgt.

lo. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, insbesondere zur Herstellung eines Elektromotors nach Anspruch 3 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlwelle bzw. Stahlwellen (11 bzw. 111) in der zentralen Uffnung bzw. Bohrung mittels eines geeigneten Klebemittels, vorzugsweise des im Handel unter der geschützten Bezeichnung WLoctite" erhältlichen Klebemittels, eingeklebt wird.