DE602004011600T2

DE602004011600T2 - Elektrischer Motor

Info

Publication number: DE602004011600T2
Application number: DE602004011600T
Authority: DE
Inventors: Claus M Tai Po NT Ibach
Original assignee: Johnson Electric SA
Current assignee: Johnson Electric SA
Priority date: 2003-12-20
Filing date: 2004-12-14
Publication date: 2009-02-19
Anticipated expiration: 2024-12-15
Also published as: DE602004011600D1; US6977452B2; CN1630165A; EP1564869A3; US20050134126A1; ES2299805T3; EP1564869A2; GB0329607D0; CN100555810C; EP1564869B1; ATE385354T1

Description

TECHNISCHER HINTERGRUND
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Elektromotoren und insbesondere auf einen internen Lüfter für einen permanent erregten Gleichstrommotor (PMDC-Motor).
Es besteht eine ständige Forderung, die Ausgangsleistung kleiner Motoren für eine gegebene Motorgröße zu erhöhen. Wenn von solch kleinen Motoren verlangt wird große Ausgangsleistungen zu liefern, besteht ein Problem die im Motor generierte Wärme durch Verlustleistung abzuleiten. Diese Motoren haben kleine Massen und können daher sehr schnelle Temperaturanstiege in kritischen Bereichen erfahren. Bei übermäßigen Temperaturen unterliegen verschiedene Komponenten einer Beschädigung.
Um diese Motoren unterhalb kritischer Temperaturen zu halten, sind Belüftungsventilatoren am Läufer, entweder an der Welle, am Kommutator oder direkt am Läufereisen montiert. Generell sind die Lüfter eines Zentrifugaltyps mit geraden, radialen Flügeln, um den Motor zu kühlen, wenn der Motor entweder im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn läuft.
Ein spezieller Lüfter für einen permanent erregten Gleichstrommotor ist in der GB 2385715 gezeigt. Dieses Lüfterdesign wurde entwickelt, um ein Besorgnis anzugehen, dass der vom durchschnittlichen Lüfter generierte Luftstrom zu viel Luft vom Bereich über dem Kommutator weg und nicht genügend Luft durch das Läufereisen und über die Läuferwicklungen, aufgrund signifikanter Unterschiede im Widerstand der Luftstromwege, gezogen hat. Aber dieses Lüfterdesign war in der Herstellung für einen kostengünstigen Motor hoher Produktion unpraktisch und so besteht immer noch die Notwendigkeit für einen Lüfter, der bequem nach dem Zusammenbau des Läufers an den Läufer montiert werden kann und, der ein signifikantes Luftvolumen durch das Läufereisen und über die Läuferwicklungen ziehen kann, während er immer noch Luft über den Kommutator zieht.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist bestrebt, dieses Problem anzugehen, indem sie einen Lüfter für einen Elektromotor bereitstellt, der eine Mehrheit radialer Lüfterflügel aufweist, bei denen die Fußpunkte einer Anzahl der Lüfterflügel vom Kommutator geschützt sind.
Folglich stellt die vorliegende Erfindung einen Elektromotor bereit, der umfasst: Einen Stator; einen Läufer mit einer Welle, ein auf der Welle montiertes Läufereisen, einen Kommutator, der angrenzend an ein erstes Ende des Läufereisens montiert ist und Wicklungen, die um Schenkelpole des Lasteisens gewickelt und an Verbinder des Kommutators angeschlossen sind, wobei die Schenkelpole einen Stamm aufweisen, der sich radial aus einer Position nahe der Welle erstreckt und eine sich umfangsbezogen erstreckende Polfläche aufweist, wodurch aneinander angrenzende Polflächen durch einen engen Spalt getrennt sind und aneinander angrenzende Pole einen Tunnel zur Aufnahme der Wicklungen bilden, die an der radial äußeren Seite um den Spalt offen sind, ein Gehäuse, das den Stator umschließt und eine Stirnwand, angrenzend an ein zweites Ende des Läufereisens aufweist, die mit Einlassöffnungen gebildet ist und eine Seitenwand aufweist, die mit Auslassöffnungen angrenzend an das erste Ende des Läufereisens gebildet ist und ein offenes Ende aufweist; eine Endkappe, die an das offene Ende des Gehäuses angebracht ist und zusätzliche Einlassöffnungen und tragendes Bürstengestell, einschließlich Motorklemmen zum Übertragen elektrischen Stroms zum Kommutator aufweist und einen Lüfter am ersten Ende des Läufereisens montiert hat und eingerichtet ist, Luft durch die Einlässe in das Gehäuse zu ziehen und durch die Entlüftungsöffnungen aus dem Gehäuse zu ziehen, wobei der Lüfter eine an das Läufereisen anstoßende Ringpartie, eine ringförmige Platte, die am distalen Ende der Ringpartie gebildet ist und eine Mehrheit von Lüfterflügeln aufweist, die sich axial erstrecken und radial auf einer Fläche der Platte fern der Ringpartie gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Flügel radial nach innen am inneren Rand der ringförmigen Platte vorbei erstrecken und dadurch, dass eine Anzahl der Lüfterflügel mit einem angrenzenden Lüfterflügel durch Flügelwände verbunden ist, die sich umfangsbezogen zwischen den Flügeln erstrecken und sich radial von einem inneren Ende der Flügel zur radialen Höhe des inneren Rands der ringförmigen Platte (42) erstrecken.
Vorzugsweise werden die verbundenen Lüfterflügel mit den Wicklungstunneln des Läufereisens ausgerichtet.
Vorzugsweise hat der Lüfter f Lüfterflügel, derartig, dass f = np, wobei n gleich einer ganzen Zahl größer als l und p die Polzahl des Läufereisens ist.
Vorzugsweise ist n gleich 3.
Vorzugsweise sind die Lüfterflügel in Dreiergruppen angeordnet, wobei jede Gruppe auf einen jeweiligen Wicklungstunnel zentriert ist und die Flügelwände (50) eine diskontinuierliche ringförmige Wand bilden, die nur die Flügel jeder Gruppe miteinander verbindet, wobei ein offener Lüfterschacht zwischen jeder Flügelgruppe dem Kommutator gegenüberliegt und mit einem jeweiligen Polstamm fluchtet, um Luft aus einem Bereich über dem Kommutator zu ziehen.
Vorzugsweise weisen die, die Lüfterflügel verbindenden Flügelwände eine sich axial erstreckende Partie auf, die die radial inneren Enden der Flügel abdeckt.
Vorzugsweise hat der Lüfter eine Mehrheit von Fingern, die sich axial aus der Ringpartie erstrecken und in Spalte zwischen den Polflächen gepresst werden, um den Lüfter am Lüftereisen zu befestigen.
Vorzugsweise hat der Lüfter eine Mehrheit von Hilfsflügeln, die an einer Stirnfläche der ringförmigen Platte angrenzend an die Ringpartie gebildet sind und sich radial aus dem an die Ringpartie angrenzenden Bereich zu einem radial äußeren Rand der ringförmigen Platte erstrecken.
Die vorliegende Erfindung stellt außerdem ein tragbares Elektrowerkzeug bereit, in das ein wie oben beschriebener Motor eingebaut ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird jetzt nur beispielhaft, mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, beschrieben, in denen:
Die 1 ein teilweise seitlicher Querschnittsaufriss eines Elektromotors ist, der mit einem internen Kühlventilator gemäß der vorliegenden Erfindung versehen ist;
Die 2 ein teilweiser Querschnitts-Endaufriss des Motors der 1 ist;
Die 3 eine perspektive Ansicht des Lüfters der 1 ist; und
die 4 eine perspektive Ansicht eines alternativen Lüfters gemäß einer zweiten Ausführungsform ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Der Stator des in der 1 gezeigten Elektromotors 10 umfasst Magnete 12, die in einem Gehäuse 14 montiert sind, das mit einer Endkappe 16 versehen ist. Der Läufer umfasst ein Ankereisen 18 und einen Kommutator 20, der auf einer in Lager getragenen Welle 22 montiert ist, bzw. in der geschlossenen Stirnwand des Gehäuses und auch in der Endkappe montiert ist. Die von Bürstenkäfigen getragenen Bürsten 24 liegen am Kommutator 20 an. Die Einlassöffnungen 26 sind im geschlossenen Ende des Gehäuses 14 und im Kappenende 16 gebildet. Die Entlüftungsöffnungen 28 sind in einer Seitenwand des Gehäuses 12 gebildet. Der Läufer umfasst außerdem einen Lüfter 30, der an ein Ende des Ankereisens fluchtend mit den Entlüftungsöffnungen 28 montiert ist.
Das Ankereisen 18 weist fünf Läuferpole 32, die im Wesentlichen "T"-förmig sind. Die äußeren Enden der Pole sind umfangsbezogen durch enge, sich axial erstreckende Spalte 34 und größere radial innere Raume, die als Wicklungstunnel 36 (2) bekannt sind, getrennt. Die Ankerwicklungen (der Klarheit halber nicht gezeigt) sind um Stämme der Pole 32 gewickelt und sind mit Kommutatormitnehmern 38 verbunden.
Wie in den 2 und 3 gezeigt, umfasst der Lüfter 30 eine thermoplastische Ringpartie 40, die integral mit einer ringförmigen Platte 42 geformt ist und erste und zweite Lüfterflügel 44, 46 auf ersten und zweiten Seiten der ringförmigen Platte 42 trägt. Die ersten Flügel 44 erstrecken sich axial von und radial entlang der ersten Seite der ringförmigen Platte 42 und liegen dem Ring 40 gegenüber. Die ersten Flügel 44 erstrecken sich radial von einem an den Ring 40 angrenzenden Bereich nach außen zu einem äußeren Rand der Platte 42, was einen kleinen Spalt zwischen den radial inneren Enden der ersten Flügel 44 und dem Ring 40 belässt. Die zweiten Flügel 46 erstrecken sich axial von und radial entlang der zweiten Seite der Platte 42 und erstrecken sich radial nach außen von einer Position, die radial vom inneren Rand der Platte 42 nach innen gerichtet ist, zum äußeren Rand der Platte 42. Somit ragen die zweiten Flügel 46 in den axialen Raum der ringförmigen Platte 42 hinein. Der axiale Raum könnte als der Raum, der radial durch den Kreisring begrenzt ist oder den Innendurchmesser der ringförmigen Platte 42 entlang der Motorwelle projiziert definiert werden.
Eine Zahl von Befestigungspfosten 48 erstreckt sich axial aus dem Ring 40 von der Platte 42 weg. Diese Pfosten passen in die Spalte 34 zwischen die Ankerpole 32. Die Pfosten 48 können durch plastische Verformung oder eine Übermaßpassung in den Spalten festgehalten werden, sind aber vorzugsweise in Position zu kleben. Der Lüfter wird angebracht, nach dem der Läufer anderweitig völlig zusammengesetzt worden ist. Wenn richtig befestigt, sind die Pfosten 48 voll in die Spalte 34 eingeschoben und der Ring 40 stößt an eine axiale Stirnfläche des Ankereisens 18 an. Der Zweck des Rings 40 ist, die ringförmige Platte 42 axial mit Abstand weg vom Ankereisen anzuordnen, um die Lüfterflügel 48 mit den Kommutatormitnehmern 38 zu fluchten und die Ankerwicklungen 36 zu vermeiden.
Die zweiten Lüfterflügel 46 sind in Dreiergruppen angeordnet, wobei die mittigen Flügel jeder Gruppe mit den Pfosten 48, den Spalten 34 und der Mitte der Wicklungstunnel fluchten. Der mittige Teilungsflügel ist mit dem unmittelbar angrenzenden Flügel durch eine sich radial und umfangsbezogen erstreckende Flügelwand 50 verbunden, die mit dem axial äußeren Rand der Flügel 46 verbunden ist und sich radial nach außen vom inneren Rand der Flügel erstreckt, um den Überhang wesentlich zu decken, d. h., jene Partie der Flügel, die sich radial nach innen vorbei am inneren Rand der ringförmigen Platte 42 erstreckt. Die Flügelwände 50 bilden eine diskontinuierliche ringförmige Wand, die sich, wie oben beschrieben, im axialen Raum befindet.
Die Lüfterschächte 52 sind zwischen angrenzenden Lüfterflügeln gebildet und sowie sich der Lüfter dreht, wird Luft radial entlang des Schachts heraus und aus den Entlüftungsöffnungen 28 forciert. Die Wände 50 schützen effektiv die inneren Enden der Lüfterflügel 46 vom offenen Bereich des Kommutators 20 und sind den Wicklungstunneln gegenüber offen, um mehr Luft von den Wicklungstunneln in die zwei Lüfterschächte 28 zu ziehen, die durch drei Lüfterflügel 46 jeder Gruppe gebildet werden. Der Lüfterschacht 28, der zwischen den Dreiergruppen vorhanden ist, ist zum Bereich des Kommutators 20 hin offen und zieht Luft von diesem Bereich, um den Kommutator 20 zu kühlen. Der Luftstrom in diesen Schächten stammt vorwiegend aus dem Kommutatorbereich, da die andere Seite des Luftschachts den Stämmen der Ankerpole 32 und den Ankerwicklungen 36 gegenüberliegt.
Im Bemühen den Luftstrom des Wicklungstunnels weiter vom Luftstrom des Kommutators zu isolieren, wurde die Ausführungsform der 4 entwickelt. In dieser Ausführungsform ist eine zusätzliche Wand 54 für jede der Gruppen zweiter Flügel 46 vorgesehen. Jede zusätzliche Wand 54 schließt die radial inneren Enden der Lüfterschächte 52 der Gruppenflügel ab und erzwingt somit, dass ein höherer Prozentsatz Luft von den Wicklungstunneln als beim Lüfter der ersten Ausführungsform gezogen wird.
Fachmännischen Lesern wäre offenkundig, dass, obwohl zwei bevorzugte Ausführungsformen als Beispiele beschrieben worden sind, ein weiteres nicht so bevorzugtes Beispiel gebildet werden kann, indem die Flügelwände zu einer kontinuierlichen ringförmigen Wand gemacht werden, die alle der Flügel miteinander verbindet und die Lüfterschächte angrenzend an die Stämme der Läuferpole kreuzt. Dies wird den Luftstrom vom Kommutator durch Erhöhen des Luftstromwegwiderstands weiter reduzieren und die Eignung dieser Ausführungsform wird von der speziellen Anwendung abhängen.
Es könnte klar sein, dass sich die Zahl zweiter Lüfterflügel 46 auf die Polzahl des Läufers bezieht. Obwohl die Ausführungsformen einen Lüfter mit 3 Lüfterflügeln pro Pol zeigen und in Dreiergruppen angeordnet sind, könnten wir 2 oder 4 Flügel pro Pol oder mehr verwenden. Folglich ist die ideale Zahl von Lüfterflügeln f = n·p, wobei p = Zahl der Läuferpole und n eine ganze Zahl größer als 1 ist.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen sind nur als Beispiel angegeben und verschiedene Modifikationen werden Fachleuten offenkundig sein, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, wie sie durch die angehängten Ansprüche definiert ist.

Claims

Elektromotor, umfassend: Einen Stator (12); einen Läufer mit einer Welle (22), einem Läuferkern (18), der auf der Welle (22) montiert ist, einen Kommutator (20), der angrenzend an ein erstes Ende des Läuferkerns (18) auf der Welle (22) montiert ist und Wicklungen, die um Schenkelpole (32) des Läuferkerns (18) gewickelt und an Verbinder des Kommutators (20) angeschlossen sind, wobei die Schenkelpole (32) einen Stamm aufweisen, der sich radial aus einer Position nahe der Welle (22) erstreckt und eine sich umfangsbezogen erstreckende Polfläche aufweisen, wodurch angrenzende Polflächen durch einen engen Spalt (34) getrennt werden und angrenzende Pole einen Tunnel bilden, um die Wicklungen aufzunehmen, die an der radial äußeren Seite um den Spalt (34) offen sind, ein Gehäuse (14), das den Stator umschließt und eine Endwand, angrenzend an ein zweites Ende des Läuferkerns (18), aufweist, die mit Einlassöffnungen (26) gebildet ist und eine Seitenwand aufweist, die mit Entlüftungsöffnungen (28), angrenzend an das erste Ende des Läuferkerns (18), gebildet ist und ein offenes Ende aufweist; eine Endkappe (16), die an das offene Ende des Gehäuses (14) montiert ist und zusätzliche Einlassöffnungen (26) und tragendes Bürstenträger (24), einschließlich Motorklemmen zum Übertragen elektrischer Energie an den Kommutator, aufweist, und einen Lüfter (30), der an erstes Ende des Läuferkerns (18) montiert und eingerichtet ist, Luft durch die Einlässe (26) in das Gehäuse (14) zu ziehen und durch die Entlüftungsöffnungen (28) aus dem Gehäuse (14) zu entlüften, wobei der Lüfter (30) einen Ringteil (40), die an den Läuferkern (18) anstößt, eine ringförmige Platte (42), die am distalen Ende des Ringteils (40) gebildet ist und eine Mehrheit von Lüfterflügeln (46) aufweist, die sich axial erstrecken und radial auf einer Stirnfläche der Platte (42) fern des Ringteils (40) gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Flügel (46) radial nach innen, an einem inneren Rand der ringförmigen Platte (42) vorbei erstrecken und dadurch, dass eine Zahl der Lüfterflügel (46) mit einem angrenzenden Lüfterflügel (46) durch Wände (50) verbunden sind, die sich umfangsbezogen zwischen den Lüfterflügeln (46) erstrecken und sich radial aus einem radial inneren Ende der Lüfterflügel (46) zur radialen Höhe des inneren Randes der ringförmigen Platte (42) erstrecken.
Motor nach Anspruch 1, wobei die miteinander verbundenen Lüfterflügel (46) mit den Wicklungstunneln des Läuferkerns (18) fluchten.
Motor nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Lüfter (30) f Lüfterflügel (46) so aufweist, dass f = np, wobei n einer ganzen Zahl größer als 1 entspricht und p die Zahl von Polen des Läuferkerns ist.
Motor nach Anspruch 3, wobei n gleich 3 ist.
Motor nach Anspruch 4, wobei die Lüfterflügel (46) in Dreiergruppen angeordnet sind, wobei jede Gruppe auf einen jeweiligen Wicklungstunnel zentriert ist und wobei die Flügelwände (50) eine diskontinuierliche ringförmige Wand bilden, die nur die Flügel (46) jeder Gruppe miteinander verbindet, wobei ein offener Lüfterschacht (52) zwischen jeder Flügelgruppe (46) dem Kommutator (22) gegenüberliegt und mit einem jeweiligen Polstamm fluchtet, um Luft aus einem Bereich über dem Kommutator (22) zu ziehen.
Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Flügelwände (50), die die Lüfterflügel miteinander verbinden, ein sich axial erstreckender Teil (54) aufweisen, der die radial inneren Enden der Flügel (26) abdeckt.
Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Lüfter (30) eine Mehrheit von Fingern (48) aufweist, die sich axial aus dem Ringteil (40) erstrecken und in die Spalten (34) zwischen den Polflächen gepresst werden, um den Lüfter (30) am Läuferkern (18) zu befestigen.
Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Lüfter (30) eine Mehrheit von Hilfsflügeln (44) aufweist, die an einer Stirnfläche der ringförmigen Platte (42) angrenzend an den Ringteil (40) gebildet sind und sich radial aus dem an den Ringteil (40) angrenzenden Bereich zu einem radial äußeren Rand der ringförmigen Platte (42) erstreckt.
Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lüfterflügel (46) gerade sind.
Tragbares, elektrisch betreibbares Elektrowerkzeug, das einen Elektromotor einschließt, wie in einem der vorhergehenden Ansprüche definiert.