DE3632014A1

DE3632014A1 - Elektrische maschine, insbesondere elektrischer motor

Info

Publication number: DE3632014A1
Application number: DE19863632014
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Dipl Ing D Wahlen
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1986-09-20
Filing date: 1986-09-20
Publication date: 1988-04-07

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer elektrischen Maschine, insbesondere von einem elektrischen Motor, der im Ober begriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.

Bei einer als Glockenankermotor bekannten elektrischen Maschine dieser Art sind die Pole meist im Innenteil des Magnetfelderregersystems angeordnet, während das Außen teil nur als magnetischer Rückschluß des Magnetkreises dient. Die Ankerwicklung ist als herkömmliche Schleifen- oder Wellenwicklung in Ein- oder Mehrschichtanordnung ausgeführt und auf der Oberfläche des Ankerkerns befe stigt. Aus Gewichtsgründen wird häufig auf den Anker kern verzichtet und die Ankerwicklung durch Tränken mit Gießharz als formsteifer glockenförmiger Wickel ausgeführt.

Bei einer solchen Maschine sind zur Verbindung der elektrisch aktiven Spulenseiten der Ankerwicklung relativ lange Wickelkopfverbindungen nötig. Diese erhöhen sowohl das Kupfergewicht als auch die Kupfer verluste. Die voluminösen Wickelköpfe erfordern außer dem eine relativ große Baulänge im Vergleich zu der Länge der aktiven Spulenseiten.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße elektrische Maschine mit den kenn zeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß durch die sowohl im Innenteil als auch im Außenteil des Magnetfelderregersystems vorhandenen Pole, die einander am Anker mit gleicher Polarität ge genüberliegen, eine Flußführung erreicht wird, bei welcher der Magnetfeldfluß durch den laminierten Anker kern in Umfangsrichtung um eine Polteilung weiterge leitet wird. Dadurch bewirken die den Hin- und Rückleiter bildenden Spulenseiten der Ankerwick lungsspulen eine Vortriebskraft und können auf der Innen- und Außenseite des Trägers einander unmittelbar gegenüberliegen. Die Verbindung zwischen den Spulenseiten sind damit extrem kurz und letztlich nur von der radialen Dicke des Ankerkerns abhängig. Die bei der bekannten Maschine über jeweils eine Polteilung führenden langen Wickelkopfverbindungen entfallen bis auf eine einzige Verbindungsleitung völlig. Damit ver mindert sich bei gleicher Leistung der Maschine die mittlere Windungslänge beträchtlich. Daraus resultieren wiederum ein kleineres Kupfergewicht und geringere ohm sche Verluste. Bei rotierendem Anker ergeben sich ge ringe Rotationsmassen und damit kleine Trägheitsmomente.

Insgesamt zeigt der Motor bei ungenutetem Anker kern keine Rastmomente, hat einen hohen Wirkungs grad und eine gute Volumen- und Gewichtsaus nutzung. Die Ankerwicklung läßt sich industriell sehr einfach und rationell herstellen.

Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maß nahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesse rungen der im Anspruch 1 angegebenen elektrischen Maschine möglich.

Zeichnung

Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung darge stellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt eines Außenläufermotors,

Fig. 2 eine Abwicklung eines Querschnittes des Motors in Fig. 1,

Fig. 3 ein Wickelschema einer Ankerwicklung des Motors in Fig. 1 und 2,

Fig. 4 einen Längsschnitt eines Gleichstrommotors,

Fig. 5 ein Wickelschema einer Ankerwicklung des Gleichstrommotors in Fig. 4.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Der in Fig. im Längsschnitt zu sehende Außenläufermotor als Beispiel einer permanentmagneterregten Synchronmaschine weist einen feststehenden Anker 10 und ein rotierendes Magnet felderregersystem 11, auch Magnetgestell genannt, auf. Der Anker 10 besteht aus einem hohlzylindrischen Ankerkern 12 und einer von diesem getragenen Ankerwicklung 13. Der hohlzylindrische Ankerkern 12 ist aus axial geschichteten Blechringen 14 aufgebaut, die miteinander verklebt oder vernietet sind. Die Ankerwicklung 13 besteht aus toroidartigen Spulen 15, deren Spulenseiten 15 a und 15 b jeweils auf der äußeren Zylinderfläche 16 und auf der inneren Zylinderfläche 17 des Ankerkerns 12 etwa axial verlaufen. Zur Herstellung der Ankerwicklung 13 wird der Wicklungsdraht einfach um den zylindrischen Ankerkern 12 herumgewickelt.

In Fig. 3 ist als Beispiel das Wickelschema einer als Zwei phasenwicklung für einen vierpoligen Motor ausgebildeten Ankerwicklung 13 dargestellt, wobei die stark ausge zogenen Spulenseiten 15 a auf der äußeren Zylinderflä che 16 und die schwach ausgezogenen Spulenseiten 15 b auf der inneren Zylinderfläche 17 des Ankerkerns 12 angeordnet sein sollen. Die um eine Polteilung gegen einander versetzten Wicklungsabschnitte eines Wick lungsstranges sind jeweils durch einen Verbindungs leiter 18 miteinander verbunden. Die Wicklungsanfänge und Wicklungsenden der Wicklungsstränge sind an Wick lungsanschlüsse U, X bzw. V, Y geführt, die elektronisch kommutiert werden können.

Der fertig gewickelte Anker 10 ist mit einer Stirnseite des hohlzylindrischen Ankerkerns 12 nach Art eines Glocken ankers an einer Kunststoffnabe 19 befestigt, die vorzugs weise angespritzt ist. Die Kunststoffnabe 19 trägt mit tig eine Lagerbuchse 20, in welcher eine Rotor- oder Läuferwelle 21 drehbar gelagert ist.

Das Magnetfelderregersystem 11 oder Magnetgestell ist drehfest mit der Läuferwelle 21 verbunden. Es umschließt dabei den Anker 10 unter Belassung eines äußeren Luft spaltes 22 und eines inneren Luftspaltes 23 mit einem Außenteil 11 a und einem Innenteil 11 b. Der Außenteil 11 a und der Innenteil 11 b sind in gleicher Weise aufgebaut. Jeder weist einen Polring 24 bzw. 25 auf, an welchem in Drehrichtung um gleiche Drehwinkel versetzte Pole 26 bzw. 27 angeordnet sind. Bei dem vierpolig ausge bildeten Motor sind an jedem Polring 24 bzw. 25 vier Pole 26 bzw. 27 mit in Drehrichtung abwechselnder Polarität vorhanden (Fig. 2). Die Pole 26 und 27 stehen dabei am Anker 10 sich einander mit gleicher Polarität in radialer Ausrichtung gegenüber, so daß der Magnetfluß im Anker in Umfangsrichtung jeweils um eine Polteilung weitergeleitet wird und sich in bekannter Weise über die Polringe 24 bzw. 25 schließt. Der Magnetflußverlauf ist in Fig. 2 schematisch einge zeichnet und durch Pfeile gekennzeichnet.

Die Magnetpole 26, 27 werden bei dem Motor von Permanent magneten 38 bzw. 39 gebildet, die mit axialer Magneti sierungsvorrichtung an den Polringen 24, 25 befestigt sind. Dabei sind die Magnetisierungsrichtungen der am Anker 10 sich jeweils gegenüberstehenden Permanent magnete 38 und 39 einander entgegengesetzt. Die beiden Polringe 24, 25 sind an der von der Kunststoffnabe 19 des Ankers 10 abgekehrten Stirnseite über eine Radial scheibe 28 miteinander starr verbunden. Die Radial scheibe 28 sitzt drehfest auf der Läuferwelle 21.

Der in Fig. 4 im Längsschnitt zu sehende Motor ist als Gleichstrommotor ausgebildet. Er stimmt in seinem Auf bau weitgehend mit dem des Motors in Fig. 1 überein, so daß gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Bei dem Gleichstrommotor in Fig. 4 bil det der Anker 10 den Läufer und ist über die Nabe 19 drehfest mit der Läuferwelle 21 verbunden. Das Magnet felderregersystem 11 mit den wiederum über die Radial scheibe 28 verbundenen Polringen 24 und 25 und den Polen 26 und 27 bildet den Ständer, wobei die Radial scheibe 28 eine zentrale Lagerbuchse 30 trägt. In dieser Lagerbuchse 30 und in einer weiteren Lager buchse 31 in einem Gehäuseschild 32 ist die Läufer welle 21 drehbar gelagert.

Auf der Läuferwelle 21 sitzt drehfest noch ein Kommu tator 33, auf dessen in Fig. 5 schematisch angedeu teten Kommutatorlamellen 34 ein Bürstensatz 35 schlei fend aufliegt. Der Bürstensatz 35 ist an einem Bürsten halter 36 befestigt und weist bei einer vierpoligen Schleifen wicklung vier um jeweils eine Polteilung am Umfang des Kommutators versetzte Bürsten 37 auf.

In Fig. 5 ist das Wickelschema der als Kommutator wicklung ausgebildeten Ankerwicklung 13 dargestellt. Auch hier liegen wiederum von den Spulen 15 die Spulen seiten 15 a auf der äußeren Zylinderfläche 16 und Spulen seiten 15 b auf der inneren Zylinderfläche 17 des hohlzylin drischen Ankerkerns 12. Jeweils das Ende der einen Spule 15 und der Anfang der nächsten Spule 15 sind mit einer Kommutatorlamelle 34 verbunden, wodurch z.B. die Anzahl der Spulen 15 mit der Anzahl der Kommutatorlamellen 34 des Kommutators 33 übereinstimmt. Zwingend ist das jedoch nicht. Von den jeweils um eine Polteilung versetzten vier Bürsten 37 sind Bürsten gleicher Polarität miteinander verbunden und an eine Gleichspannungsquelle gelegt. Der Ankerkern 12 sowie das Magnetfelderregersystem 11 mit Außenteil 11 a und Innenteil 11 b sind identisch ausgeführt wie bei dem Motor in Fig. 1.

Claims

1. Elektrische Maschine, insbesondere elektrischer Motor, mit einem Anker aus einem hohlzylindrischen Ankerkern und einer von diesem getragenen Anker wicklung und mit einem Magnetfelderregersystem, das den Anker unter Belassung eines äußeren und inneren Luftspaltes mit einem Außenteil und einem Innenteil koaxial umgibt und in Drehrichtung um gleiche Drehwinkel versetzt angeordnete Pole mit in Drehrichtung abwechselnder Polarität aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Außen- und Innenteil (11 a, 11 b) des Magnet felderregersystems (11) jeweils die gleiche Anzahl von über jeweils einen Polring (24, 25) miteinander verbundenen Polen (26, 27) aufweist, die sich mit glei cher Polarität am Anker (10) in radialer Ausrichtung gegenüberstehen, und daß die Ankerwicklung (13) aus fortlaufend gewickelten toroidartigen Spulen (15) mit auf der inneren und äußeren Zylinderfläche (16, 17) des Ankerkerns (12) etwa axial verlaufenden Spu lenseiten (15 a, 15 b) gebildet ist.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Pole (26, 27) von Permanentmagneten (38, 39) mit axialer Magne tisierungsrichtung gebildet sind und daß die am Anker (10) sich jeweils gegenüberstehenden Perma nentmagnete (38, 39) von Innen- und Außenteil (11 a, 11 b) des Magnetfelderregersystems (11) entgegenge setzte Magnetisierungsrichtungen aufweisen.

3. Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der hohlzylindri sche Ankerkern (12) nach Art eines Glockenankers an einer seiner Stirnseiten auf einer Nabe (19) gehalten ist.

4. Maschine nach Anspruch 3, dadurch ge kennzeichnet, daß die vorzugsweise aus Kunststoff bestehende Nabe (19) an dem fertigge wickelten Anker (10) angespritzt ist.

5. Maschine nach einem der Ansprüche 1-4, da durch gekennzeichnet, daß die polringe (26, 27) des Innen- und Außenteils (11 a, 11 b) des Magnetfelderregersystems (11) an einer Stirn seite über eine Radialscheibe (28) starr miteinander verbunden sind, die vorzugsweise mit dem äußeren Polring (26) einstückig ausgebildet ist.

6. Maschine nach Anspruch 5, dadurch ge kennzeichnet, daß das Magnetfelderreger system (11) den Läufer und der Anker (10) den Stän der bildet und daß die Radialscheibe (28) drehfest auf einer Läuferwelle (21) sitzt, die in einer mit der Nabe (19) verbundenen Lagerbuchse (20) drehbar gelagert ist (Fig. 1).

7. Maschine nach Anspruch 5, dadurch ge kennzeichnet, daß das Magnetfelder regersystem (11) den Ständer und der Anker (10) den Läufer bildet und daß die Nabe (19) drehfest auf einer Läuferwelle (21) sitzt, die in einer mit der Radialscheibe (28) verbundenen Lagerbuchse (30) drehbar gelagert ist (Fig. 4).

8. Maschine nach Anspruch 6, dadurch ge kennzeichnet, daß die Ankerwicklung (13) als Ein- oder Mehrstrangwicklung ausgebildet ist und z.B. elektronisch kommutiert wird.

9. Maschine nach Anspruch 7, dadurch ge kennzeichnet, daß auf der Läufer welle (21) ein Kommutator (33) drehfest angeord net und die Ankerwicklung (13) als Kommutator wicklung ausgebildet ist.