DE2537818A1

DE2537818A1 - Zwangsgekuehlter elektromotor

Info

Publication number: DE2537818A1
Application number: DE19752537818
Authority: DE
Inventors: Kenichi Mabuchi
Original assignee: Mabuchi Motor Co Ltd
Current assignee: Mabuchi Motor Co Ltd
Priority date: 1974-08-24
Filing date: 1975-08-25
Publication date: 1976-03-04
Also published as: DE2537818C3; DE2537818B2; HK58279A; GB1523646A; US4092556A

Description

BLUMBACH · WESER · BERGEN . KRAMER ZWIRNER · HIRSCH

PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN

Postadresse Müidien: Patentconsu.'t 8 Müncnen 60 RadeckestraBe 43 Telefon (089) 8836U3/333604 Telex 05-212313 Posted.95JO Aiestiaen: Pateruccnsult 62 Wiesbaden Sonnenberger Straße 43 Telefon (O61"1) 562943/551998 Telex 04-18ο2?7

Mabuchi Motor Co., Ltd. 75/8719

14-11, Tateishi, 3-chome
Katsushika-ku, Tokyo, Japan

Zwangsgekühlter Elektromotor

Die Erfindung betrifft einen zwangsgekühlten Elektromotor mit einem am Motorgehäuse befestigten Stator, einem dem Stator gegenüber drehbaren Rotor und einer Kommutatorvorrichtung zur Steuerung der Stromzufuhr zum Sta'cor oder Rotor.

In jüngerer Zeit werden Elektromotoren mit kleinen Abmessungen und niedrigem Gewicht, die trotzdem eine hohe Leistung abzugeben vermögen, für batteriegetriebene Automobile, Motorboote, batteriebetriebene und funkgesteuerte große Plugmodelle usw. benötigt.

München: Kramer · Dr.Weser ■ Hirsch — Wiesbaden: Blumbacn · Dr. Bergen · Zwirner

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Beispielsweise ist ein Magnetmotor mit einem Laststrom von 10 A oder mehr erwünscht. Es war jedoch problematisch, den Motor zu kühlen. Eine relativ einfache Vorrichtung zum Zwangskühlen eines Motors besteht darin* auf der Motorwelle einen Ventilator vorzusehen. Bei solchen bekannten Anordnungen wird die durch den Ventilator verursachte Kühlmediumströmung koaxial zur Motorwelle in das Innere des Motors geführt, und deshalb bilden sich aufgrund des Vorhandenseins der Wellenlager, Bürstenhalter usw. Wirbel. Mit bekannten Anordnungen ist es somit schwierig, eine leistungsfähige Kühlmediumströmung auf die Kommutatorzone zu richten, wo eine Umsetzung großer Ströme"stattfindet.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen zwangsgekühlten Elektromotor verfügbar zu machen, bei welchem eine wirkungsvolle Zwangskühlung des Komfaütatorbereich's möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einem zwangsgekühlten Elektromotor der eingangs genannten Art, der dadurch gekennzeichnet ist, daß eine oder mehrere Kanalleitungen vorgesehen sind, die sich durch Motorgehäuse hindurch erstrecken und gegenüber der Berührungsfläche zwischen den Bürsten und dem Kommutator der Kommutatorvorrichtung münden, so daß das durch die Kanalleitungen geführte Kühlmedium direkt auf die Kommutatorvorrichtung geführt wird.

Da bei dem erfindungsgemäßen Elektromotor eine-Kühlung direkt der Kommutatorzone möglich ist, wird ein Leistungsabfall des Motors

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aufgrund der in diesem erzeugten Wärme vermieden, und es ist möglich, am Kommutator auftretende Funken auszublasen und damit ein elektrisches Rauschen weitgehend zu reduzieren.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Schrägansicht, teilweise aufgebrochen, eines erfindungsgemäßen Motors, bei welchem als Kühlvorrichtung ein Gebläseventilator verwendet wird;

Fig. 2 eine Ansicht im auseinandergenommenen Zustand zur Darstellung einer FiIteranordnung;

Fig. 3 eine Schrägansicht, teilweise aufgebrochen, eines anderen erfindungsgemäßen Motors, bei welchem ein Gebläseventilator als Kühlvorrichtung verwendet wird;

Fig. 4 eine Schrägansicht, teilweise aufgebrochen, eines erfindungsgemäßen Motors, bei welchem ein Saugventilator als Kühlvorrichtung verwendet wird;

Fig. 5 eine Schrägansicht, teilweise aufgebrochen, eines erfindungsgemäßen Motors, der keinen Mechanismus zur Erzeugung eines Kühlmediumstroms, der innerhalb des Motorgehäuses angeordnet ist, aufweist; und

Fig. 6 ein Diagramm zur Darstellung der Eigenschaften eines Motors mit erfindungsgemäßer Kühlvorrichtung im Vergleich zu denjenigen eines Motors ohne Kühlvorrichtung.

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Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Motors, bei welcher ein Gebläseventilator als Kühlvorrichtung verwendet wird. Innerhalb des Motorgehäuses 1 sind ein Stator 2, der beispielsweise aus Permanentmagneten hergestellt ist, und ein Rotor 3 mit Flügeln untergebracht. Um den Rotor 3 sind Rotorwicklungen gewickelt. Der Stator 2 und der Rotor 3 sind deutlich in der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsforra zu sehen. Der Rotor 3 wird durch eine Rotorwelle 5 drehbar getragen. Auf der Rotorwelle 5 ist ein Kommutator 6 angeordnet. Dem Kommutator 6 gegenüber befinden sich Bürstenhalter J, in denen je eine Bürste 10 gehalten und mittels einer Kappe 8 und einer Feder 9 zum Kommutator gedrängt wird. Der Motor wird dadurch zum Drehen gebracht, daß Adern 11 und 12 mit einer nicht gezeigten Gleichstromenergiequelle verbunden werden. Die Ziffer 14 stellt in den Figuren eine rückwärtige Abschlußkappe für das Motorgehäuse dar.

Der Motor ist mit einer Gebläseventilatorkammer 15 versehen, in welcher ein Gebläseventilator 16 angeordnet ist, der durch die Motorwelle 5 angetrieben werden kann. Die Gebläseventilatorkammer 15 ist an der rückwärtigen Abdeckkappe 14 des Motorgehäuses mittels Schrauben 13 befestigt und durch diese rückwärtige Abdeckkappe getrennt. Fig. 2 zeigt auseinandergenommen in Schrägansicht die Anordnung des Filterabschnitts eines Motors mit einem Gebläseventilator. Die Gebläseventilatorkammer 15 weist eine Abdeckung 19 mit einem Filteransatzrohr 18 auf. Ein Filter 20 und Siebe 21, 21 sind im Filteransatzrohr l8 angeordnet und ein Filteransatzrohrring 22 ist darüber angeordnet. Im Fall eines Motors mit einem Gebläseventilator sind (wie in dem in Fig. 3 gezeigten Motor klar zu sehen

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ist) Kanalleitungen 17* 17 abnehmbar mit dem Umfang der Gebläsekammer 15 verbunden und so angeordnet, daß sie sich durch Löcher im Motorgehäuse 1 zum Kommutatorabschnitt hin erstrecken, wo die Kanalleitungen gegenüber der Fläche des Kontaktes zwischen dem Kommutator 6 und den Bürsten 10 münden. Wenn sich der Gebläseventilator l6 aufgrund der Motordrehung (durch Pfeil 23 gezeigt) mit hoher Geschwindigkeit dreht, wird das Kühlmedium nach dem Filtern mit dem Filter 20, wie es durch Pfeil 25 angedeutet ist, in die Gebläsekammer 15 gezogen und aufgrund der Drehung des Gebläseventilators l6 zu einem Durchtritt durch die Kanäle 17, 17 gezwungen, so daß es auf die Berührungsfläche zwischen Kommutator 6 und Bürsten 10 geblasen wird. Nach solchem Blasen gelangt das Kühlmedium durch den Spalt zwischen dem Stator 2 und dem Rotor 3 und tritt dann am anderen Ende des Motorgehäuses 1 aus.

Fig. J zeigt eine Anordnung zur Wiedergewinnung des Kühlmediums in dem in der Ausführungsform nach Fig. 1 gezeigten Motor. In dieser Figur ist der Weg für das durch den Motor fließende Kühlmedium durch Pfeile angedeutet. Die durch Pfeile 25 gezeigten Kühlmediumströme werden gesammelt und weiterverwendet, wie nachstehend beschrieben werden wird.

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform eines Elektromotors, bei welcher ein Saugventilator als erfindungsgemäße Kühlvorrichtung verwendet wird. Dieser Motor weist dieselbe Konstruktion wie der vorausgehende Motor mit einem Gebläseventilator auf, aber er ist mit einer Saugventilatorkammer 15' versehen, in welcher ein Saugventilator

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l6' angeordnet ist, der durch die Motorwelle 5 angetrieben wird. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist die Saugventilatorkammer 15' im Inneren des Motorgehäuses 1 vorgesehen. Die offenen Enden der Kanalleitungen 17 sind im Kommutatorbereich angeordnet und befinden sich auf der der Saugventilatorkammer 15' entgegengesetzten Seite. Das andere Ende der Kanalleitungen 17 bildet eine Saugöffnung 30, die mit einem Filteransatzrohr l8 versehen ist, in welchem sich ein Filter 20 und Siebe 21, 21 befinden, und ein Filteransatzrohrring 22 ist darüber befestigt, und zwar in derselben Weise wie in Fig. 2, Wenn sich der Saugventilator 16' bei der Motordrehung mit hoher Geschwindigkeit dreht, bewirkt er, daß Kühlmedium durch das Motorgehäuse 1 gelangt und durch ein Austrittsrohr 24 austritt, wie es durch Pfeile in der Figur gezeigt ist. Zur selben Zeit besteht ein Kühlmediumfluß, der nach dem Filtern mittels Filter 20 durch das Filteransatzrohr l8 eindringt, wie es die Pfeile 26 zeigen. Wenn sich der Ansaugventilator 16' dreht, wird das Kühlmedium somit durch die Kanalleitungen 17, 17 geführt und bläst auf die Kontaktfläche zwischen dem Kommutator 6 und der Bürste 10. Das derart geblasene Kühlmedium gelangt durch den Luftspalt zwischen dem Stator 2 und dem Rotor 3 des Motors und tritt am anderen Ende des Motorgehäuses aus.

Fig. 5 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform, bei welcher im Inneren des Motorgehäuses 1 kein Mechanismus zur Erzeugung einer Kühlmediumstromung vorgesehen ist. Der Motorteil weist dieselbe Konstruktion wie die in den Fig. 1 bis 4 gezeigten auf. Der Motor ist mit Kanalleitungen 17* 17 versehen, die gegenüber der Kontakt-

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fläche zwischen Kommutator 6 und Bürsten 10 münden. Auf der entgegengesetzten Seite des Motorgehäuses 1 befinden sich Auslaßleitungen 24, 24. Der Pfeil 2.J> deutet die Drehung des Motors an.

Bei einer Form dieses Ausführungsbeispiels sind die Kanalleitungen 17, 17 mit einer (nicht dargestellten) äußeren Druckquelle verbunden, welche Kühlmittel liefert, wie durch Pfeile 27 angedeutet ist. Bei einer weiteren Form sind die Kanalleitungen 24, 24 zu einem einzigen Rohr zusammengefaßt und mit einer äußeren Quelle negativen Drucks verbunden, welche Kühlmedium anzieht, wie es durch Pfeile gezeigt ist. Mit einer solchen äußeren Druckquelle oder äußeren Quelle negativen Drucks verbunden gelangt das Kühlmedium durch die Kanalleitungen 17* 17* wie es durch Pfeile 27 angedeutet ist, und bläst direkt auf die Berührungsfläche zwischen dem Kommutator β und den Bürsten 10. Mit anderen Worten wird das Kühlmedium in unter Druck stehenden Strömen auf den Kommutator 6 gerichtet. Das solchermaßen geblasene Medium gelangt durch den Spalt zwischen dem Stator 2 und dem Rotor 3> und fließt vom anderen Ende des Motorgehäuses 1 ab.

Bei Jeder der vorausgehenden, eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung verwendenden Ausführungsform wird das durch die Kanalleitungen 17, 17 fließende Kühlmedium direkt auf die Fläche des Kontaktes zwischen den Bürsten 10 und dem Kommutator 6 geblasen, d.h., das Kühlmedium wird in Form einer unter Druck stehenden Strömung direkt auf den Kommutator 6 gerichtet, so daß im Kommutator 6 erzeugte Wärme zwangsläufig abgeführt wird und an den Bürsten 10 erzeugte Funken ausgeblasen werden können. Nach diesem Blasen zirkuliert das KUhI-

Bn 9 ft 11) / η 3 ^ 9

medium im Motorgehäuse 1, um den Stator 2, den Rotor 3 und dessen Wicklungen 4 zwangsläufig zu kühlen, und es wird dann im Auslaßrohr 24 gesammelt, wo es für eine anschließende Verwendung bereit steht, zum Beispiel für eine Innenraumheizung in einem batteriegetriebenen Automobil, d.h., es wird zur Verwendung in eine Mediumverbrauchsvorrichtung J31 geführt, wie es in Fig. 4 gezeigt ist.

Fig. β zeigt die Eigenschaften eines Motors mit erfindungsgemäßer Kühlvorrichtung im Vergleich zu einem Motor ohne Kühlvorrichtung. In der Figur stellt die Abszisse den Zeitablauf und die Ordinate die Umdrehungsgeschwindigkeit dar. Die durchgezogene Kurve A stellt die Kennlinie eines erfindungsgemäßen Motors dar, während die gestrichelte Kurve B die Kennlinie eines Motors ohne Kühlvorrichtung repräsentiert. Die dargestellten Kennlinien wurden erhalten, wenn die Motoren Jeweils mit einer Ιβ-V-Gleichspannungsquelle verbunden wurden, und der Laststrom etwa HA betrug. Im Fall des erfindungsgemäßen Motors, dem die Kurve A zugeordnet ist, fällt die Umdrehungsgeschwindigkeit nur wenig mit der Zeit ab. Im Fall der Kurve B fällt die Umdrehungsgeschwindigkeit jedoch aufgrund der Wärmeerzeugung rasch ab. Bei Punkt a tritt nach 9 Minuten ein Farbwechsel (Oxidation) am Kommutator auf, und das Lötmaterial für die Wicklungen beginnt zu schmelzen und zerstäubt. Der tragende Teil der rückwärtigen Kappe 14 des Motorgehäuses, der aus Plastikmaterial hergestellt ist, schmilzt und ändert seine Form-', bis der Motor bei Punkt b schließlich anhält.

bO9B 1 M/.0 33

Claims

BLUMBACH · WESER · BERGEN · KRAMER ZWIRNER · HIRSCH

PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN

Postadresse München: Patentconsult 8 München 60 Radedcestraße 43 Telefon (089) 883603/883604 Telex 05-212313 Postadresse Wiesbaden: Patentconsult 62 Wiesbaden Sonnenberger Straße 43 Telefon (06121) 562943/561998 Telex 04-186237

Patentansprüche

ML; Zwangsgekühlter Elektromotor mit einem am Motorgehäuse befestigten Stator, einem relativ zum Stator drehbaren Rotor und einer Kommutatorvorrichtung zur Steuerung der Stromzufuhr zum Stator oder Rotor, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Kanalleitungen (17) vorgesehen sind, die sich durch das Motorgehäuse (l) hindurch erstrecken und gegenüber der Kontaktfläche zwischen den Bürsten (10) und dem Kommutator (6) der Kommutatorvorrichtung münden, so daß durch die Kanalleitungen geführtes Kühlmedium direkt auf die Kommutatorvorrichtung geführt wird.
2. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (2), der Rotor (3) und die Kommutatorvorrichtung vom Motorgehäuse (l) umschlossen sind und daß Auslässe (24) für das Kühlmedium an dem der Kommutatorvorrichtung entgegengesetzten Ende des Motorgehäuses (l) vorgesehen sind.
3· Elektromotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Druckquelle (l6) zur Zuführung des Kühlmediums an

München: Kramer ■ Dr.Weser · Hirsch — Wiesbaden: Blumbach · Dr. Bergen ■ Zwirner

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einem Ende der Kanalleitungen (17) vorgesehen ist.
4. Elektromotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Quelle negativen Druckes (16') zum Ansaugen des Kühlmediums an einem Ende des Auslasses (24) vorgesehen ist, so daß Kühlmedium angesaugt, durch die Kanalleitungen geführt und direkt auf die Kommutatorvorrichtung geblasen wird.
5. Elektromotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl eine Druckquelle als auch eine Quelle negativen Druckes vorgesehen ist.
6. Elektromotor nach Anspruch j5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gebläseventilatorkammer (15) an einem Ende des Kommutatorbereiches getrennt angeordnet und in der Gebläseventilatorkammer ein Gebläseventilator (15) angeordnet ist, der durch die Motordrehung angetrieben wird, und daß die Kanalleitungen (17) an einem Ende in die Gebläseventilatorkammer und am anderen Ende gegenüber der Kommutatorvorrichtung münden.
7. Elektromotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Ende des Kommutatorbereichs eine Ansaugventilatorkammer (15') getrennt angeordnet und in dieser ein Ansaugventilator (16') vorgesehen ist, der durch die Motordrehung angetrieben wird, und daß die Kanalleitungen an einem Ende in die Kühlmediumansaugöffnung und mit dem anderen Ende der Kommutatorvorrichtung gegenüber münden.

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8. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Ende der Kanalleitung eine Reinigungsvorrichtung zur Reinigung des Kühlmediums vorgesehen ist.
9. Elektromotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Ende der Gebläseventilatorkammer (15) eine Reinigungsvorrichtung (20) zur Reinigung des Kühlmediums vorgesehen ist.
10. Elektromotor nach Anspruch 8 oder 9* dadurch gekennzeichnet, daß die Reinigungsvorrichtung einen porösen Filter (20) aufweist, der in einem FiIteransatζrohr (l8) angeordnet und mit einer Filteransatzrohrkappe (22) festgehalten ist.
11. Elektromotor nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß am Auslaß (24) für das Kühlmedium eine Verbrauehervorrichtung (31) für das ausgeschiedene Medium vorgesehen ist.
12. Elektromotor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrauchervorrichtung für ausgeschiedenes Medium für eine Inftenraumheizung für ein batteriegetriebenes Automobil vorgesehen ist.
13. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (2) Permanentmagneten aufweist.
14. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis I3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanalleitungen abnehmbar angeordnet sind.