EP2162968A1 - Waschmaschinen-direktantrieb - Google Patents

Waschmaschinen-direktantrieb

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Publication number
EP2162968A1
EP2162968A1 EP08785881A EP08785881A EP2162968A1 EP 2162968 A1 EP2162968 A1 EP 2162968A1 EP 08785881 A EP08785881 A EP 08785881A EP 08785881 A EP08785881 A EP 08785881A EP 2162968 A1 EP2162968 A1 EP 2162968A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
direct drive
washing machine
drive according
machine direct
rotor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP08785881A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jörg BAUER
Jürgen Gebhardt
Robby Lipfert
Christian Nuissl
Karl-Franz Sill
Thomas RÖSCH
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
INA Drives and Mechatronics GmbH and Co KG
Schaeffler KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by INA Drives and Mechatronics GmbH and Co KG, Schaeffler KG filed Critical INA Drives and Mechatronics GmbH and Co KG
Publication of EP2162968A1 publication Critical patent/EP2162968A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06F—LAUNDERING, DRYING, IRONING, PRESSING OR FOLDING TEXTILE ARTICLES
    • D06F37/00—Details specific to washing machines covered by groups D06F21/00 - D06F25/00
    • D06F37/30—Driving arrangements 
    • D06F37/304—Arrangements or adaptations of electric motors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2786—Outer rotors
    • H02K1/2787—Outer rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/2789—Outer rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2791—Surface mounted magnets; Inset magnets
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K21/22—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating around the armatures, e.g. flywheel magnetos
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2213/00—Specific aspects, not otherwise provided for and not covered by codes H02K2201/00 - H02K2211/00
    • H02K2213/03—Machines characterised by numerical values, ranges, mathematical expressions or similar information

Definitions

  • Washing machines direct drive
  • a washing machine is understood to mean any laundry treating device which is suitable for the treatment of laundry and works with a rotating drum, for example a tumble dryer or a combined washing and drying device.
  • a direct drive for washing machine drums is known, for example, from EP 0 909 477 B1. It is an electronically commutated motor whose stator is attached to the cross-shaped support of the washing machine and its rotor directly to the axis of the washing machine drum.
  • the number of stator poles is 1.333 times the number of rotor poles.
  • a stator pole-gap width ratio between the stator poles of 1, 868 is set. This should be a direct drive the washing machine drum with low sound level and relatively high torque possible.
  • the invention has for its object to provide a washing machine direct drive with respect to the prior art, improved space utilization at the same time good running behavior, especially low noise. Summary of the invention
  • This object is achieved by a washing machine direct drive with the features of claim 1.
  • This washing machine direct drive comprises a fixedly connected to a tub of a washing machine stator and a fixed to the washing drum of the washing machine connected rotor.
  • the drive is designed as a permanent magnet synchronous motor, wherein on a metallic stator core, also referred to as stator, energizable coils are arranged, which interact with permanent magnets attached to the rotor.
  • Each coil extends in the radial direction with respect to the axis of rotation of the motor, the extension of the coil in this direction being referred to as the coil length.
  • the radially outwardly directed portions of the stator core, around each of which a coil is wound, are generally referred to as teeth.
  • the term "stator package height" is understood to mean the thickness of the stator packet measured in the axial direction. The directions “axial” and “radial” always relate, unless stated otherwise, to the axis of rotation of the electric direct drive.
  • an air gap which forms an annular space whose inner diameter is called the air gap diameter.
  • the air gap diameter is in any case less than the rotor outer diameter of the direct drive.
  • a fraction whose numerator is the product of the rotor outside diameter and the coil length and whose denominator is the product of the stator-packet height and the air-gap diameter has a value of at least 5/3 and at most 9/2. Preferably, said fraction deviates from the value 8/3 by not more than 20%. It has been shown that a particularly high power density can be achieved with a very uniform, low-noise operation of the motor. Particularly advantageous is the low space requirement of the direct drive in the axial direction of the washing drum.
  • the permanent magnets with which the rotor is fitted are preferably rare-earth magnets. These magnets contain at least one of the elements scandium, yttrium, lanthanum, cerium, neodymium or samarium.
  • a suitable magnetic material is, for example, NdFeB.
  • a preferably single-layer return ring is mounted in the rotor. A stable attachment in the rotor is promoted by an annular peripheral shoulder on which abuts the return ring and thus fixed in an axial direction.
  • the return ring and the permanent magnets receiving housing of the rotor is preferably made of plastic.
  • To increase the stability of the rotor housing are on the outside, that is, on the side facing away from the stator, arranged extending in the radial direction reinforcing ribs.
  • the overall star-shaped arrangement of the reinforcing ribs on the outside of the rotor housing is preferably angularly offset relative to the e-b Tin star-shaped rib arrangement on the inside of the rotor housing, so that unnecessary material accumulations are avoided. This is particularly relevant when manufacturing the rotor housing by injection molding.
  • the thin-walled design of the rotor housing with the greatest possible avoidance of material accumulation allows a particularly efficient and at the same time precise production with only short holding times in the injection molding tool.
  • the number of reinforcing ribs on the inside and on the outside of the rotor housing is preferably 6, that is, the reinforcing ribs are arranged at 60 ° pitch.
  • the rotor housing in a preferred embodiment has a plurality of likewise extending in the axial direction through holes, which, with a suitable angular adjustment. Rotor alignment with fixing holes in the stator.
  • the through holes are thus on the one hand in the assembly of the stator on the tub useful, on the other they also favor the supply of cooling air to the stator. In addition, the through holes also make an amount to reduce the weight of the rotor housing.
  • the said mounting holes of the stator are preferably located in a plastic half-shell, wherein two composite plastic half shells sandwich the stator.
  • a plastic half-shell wherein two composite plastic half shells sandwich the stator.
  • fastening devices in particular fastening bores, for holding the stator on the tub.
  • annular circumferential reinforcing ribs which are arranged on the outside, that is, on the side facing the rotor, one of the plastic half-shells and integrally formed therewith.
  • this ribbing is constructed in the form of two concentric webs.
  • the ribbing has two additional functions: it forms a stop for the coils arranged on the stator core and also fulfills a protective function in the event of unintentional striking of the rotor on the stator.
  • the ribbing on the stator prevents the stator abutting the rotor from damaging electrical functional parts there.
  • the said geometric features of the plastic half-shells, in particular the ribbing can also be realized with a one-piece plastic sheathing of the stator core.
  • Force tripple during operation of the electric motor that is, an uneven, for example, shege leopardar- term, force or torque curve can be effectively suppressed by the fact that the tooth tips taper radially outward.
  • Each tooth tip is symmetrical to a radial jet extending centrally through the tooth.
  • the tooth head on tooth flanks whose inclination decreases relative to the radial direction to the outside.
  • the tooth flanks are thus at least partially concave curved.
  • an end face of the tooth head adjoining the air gap is only convexly curved.
  • the radius of curvature is less than the radius of the stator in the same area, that is less than half the air gap diameter.
  • the fixed in the rotor housing permanent magnets preferably 44 pieces are spaced apart in the circumferential direction.
  • the ratio between the circumferentially measured width of a permanent magnet and the sum of this width and the width of the gap adjoining the permanent magnet to the next permanent magnet is at least 0.78 and at most 0.83. This quotient is also called the polar cover ratio.
  • Another characteristic number of the washing machine direct drive takes into account the axial area moment of inertia, also referred to as second order axial moment of area, and the moment of inertia of the rotor briefly referred to:
  • the quotient of the moment of inertia relative to the axis of rotation of the drive and the axial area moment of inertia of the rotor housing is preferred at least 0.09 kg / cm 2 and at most 0.18 kg / cm 2 .
  • Figure 2 shows the washing machine direct drive of FIG. 1 in a sectional view
  • FIG. 3 shows a detail of the arrangement according to FIG. 2,
  • Figure 8 shows a detail of the arrangement of Figure 7
  • Figure 9 in a view analogous to FIG. 3 shows a detail of an alternative embodiment of a washing machine direct drive.
  • a washing machine direct drive 1 of a washing machine not shown is composed of a provided for attachment to the tub of the washing machine stator 2 and a non-rotatable connection Phyg provided with the washing drum of the washing machine rotor 3.
  • Individual parts of the stator 2 are a between plastic shells 4, 5 arranged stator 6 made of sheet metal and energizable coils 7, which are wound around teeth 8 of the stator 6.
  • the rotor 3 has as individual parts a rotor housing 9, a return ring 10 and permanent magnets 11, namely magnets made of rare earth on. From Figures 2 and 3, various dimensions, namely the rotor outer diameter D R , the air gap diameter D L , the coil length Ls and the StatorversHAN H s , forth.
  • the air gap diameter D L is related to the radially inner edge of the air gap 12 formed between the stator 2 and the rotor 3.
  • the ratio between the rotor outer diameter D R and the stator package height H s is between 23.3 and 31, 7.
  • the ratio between the air gap diameter D L and the coil length L s is at least 7.1 and at most 13.8. The quotient of the former ratio and the second-mentioned ratio is thus greater than 5/3 and smaller 9/2.
  • the return ring 10 which can be made without cutting or cutting, is in any case formed in one piece and lies in the axial direction on a shoulder 13 in the rotor 3. At the same time, the return ring 10 is surrounded directly by a cylinder jacket, adjoining the shoulder 13 wall 14 of the rotor.
  • the wall 14 and the shoulder 13, together with a front surface 15, are integral components of the rotor housing 9 made of plastic. At the front side of the front surface 15 facing away from the stator 2, the rotor housing 9 has six reinforcing ribs 16 radiating radially from the axis of rotation and functioning as outside reinforcing ribs be designated.
  • the mounting holes 21 are located exclusively in one of the plastic half-shell 4, 5, namely the rotor-side plastic half-shell 5.
  • a ribbing 22 is formed, which consists of two concentric webs 23 constructed is.
  • each tooth 8 has on the outside a tooth tip 24 which adjoins the air gap 12.
  • the tooth head 24 has symmetrically with respect to a centrally extending through the tooth 8 radial beam R tooth flanks 25 which describe a concave inwardly bent contour:
  • a radially outwardly disposed portion 26 of the tooth flank 25 is less inclined relative to the radial beam R as a to the Section 26 subsequent radially inwardly lying portion 27 of the tooth flank 25.
  • the outer portions 26 of the tooth flanks 25 go over into a curved end face 28 whose radius of curvature is less than half the air gap diameter D L.
  • FIG. 8 also shows in detail the arrangement of the permanent magnets 11 whose width measured in the circumferential direction is referred to as the magnet width M.
  • the width of the gap 29 between two circumferentially adjacent permanent magnets 11 is denoted by L.
  • the pole covering ratio that is, the ratio of the magnetic width M to the sum of the magnetic width M and the gap width L is 0.78 to 0.83. Together with the other geometric features described above, the pile cover ratio contributes significantly to a smooth, silent running of the washing machine direct drive 1.
  • a single plastic sheath 30 is provided which surrounds the stator core 6.
  • the plastic jacket 30 can be produced in a rational manner by two-component injection molding. This method also has the advantage that the spatial relationship between the stator 6 and structures of the plastic casing 30 in the mass production of the washing machine direct drive 1 with high process reliability and precision is reproducible.

Landscapes

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  • Main Body Construction Of Washing Machines And Laundry Dryers (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)

Abstract

Ein Waschmaschinen-Direktantrieb umfasst einen zur Befestigung an einem Laugenbehälter vorgesehenen Stator (2), welcher bestrombare Spulen (7) einer Spulenlänge (LS) aufweist, die um ein Statorpaket (6) der Statorpakethöhe (HS) gewickelt sind, einen den Stator (2) umgreifenden, zur festen Verbindung mit einer Waschtrommel vorgesehen, mit Permanentmagneten (11) bestückten, einen Rotoraußendurchmesser (DR) aufweisenden Rotor (3), sowie einen zwischen Stator (2) und Rotor (3) gebildeten Luftspalt (12), dessen minimaler Durchmesser einen Luftspaltdurchmesser (DL) bestimmt, wobeider Quotient aus dem Produkt des Rotoraußendurchmessers (DR) und der Spulenlänge (LS) und dem Produkt der Statorpakethöhe (HS) und des Luftspaltdurchmessers (DL) mindestens 5/3 und höchstens 9/2 beträgt.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Waschmaschinen-Direktantrieb
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine zum elektrischen Direktantrieb einer Waschmaschine geeignete Antriebsvorrichtung. Unter einer Waschmaschine wird im folgenden jegliche zur Behandlung von Wäsche geeignete, mit einer rotierenden Trommel arbeitende Wäschebehandlungsvorrichtung, beispielsweise auch ein Wäschetrockner oder eine kombinierte Wasch- und Trockenvorrichtung, verstanden.
Hintergrund der Erfindung
Ein Direktantrieb für Waschmaschinentrommeln ist beispielsweise aus der EP 0 909 477 B1 bekannt. Es handelt sich hierbei um einen elektronisch kom- mutierten Motor, dessen Stator am kreuzförmigen Träger der Waschmaschine und dessen Rotor direkt an der Achse der Waschmaschinentrommel befestigt ist. Die Anzahl der Statorpole beträgt das 1 , 333-fache der Anzahl der Rotorpole. Weiter ist ein Statorpol-Zwischenraum-Breitenverhältnis zwischen den Statorpolen von 1 ,868 festgelegt. Damit soll ein direkter Antrieb der Waschmaschinentrommel mit niedrigem Schallpegel und relativ hohem Drehmoment möglich sein.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Waschmaschinen- Direktantrieb mit gegenüber dem Stand der Technik verbesserter Raumausnut- zung bei gleichzeitig gutem Laufverhalten, insbesondere geringer Geräuschentwicklung, anzugeben. Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Waschmaschinen- Direktantrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Dieser Waschmaschinen- Direktantrieb umfasst einen fest mit einem Laugenbehälter einer Waschmaschine verbundenen Stator und einen fest mit der Waschtrommel der Waschmaschine verbundenen Rotor. Der Antrieb ist als permanentmagneterregter Synchronmotor ausgebildet, wobei auf einem metallischen Statorkern, auch als Statorpaket bezeichnet, bestrombare Spulen angeordnet sind, die mit am Rotor befestigten Permanentmagneten wechselwirken. Jede Spule erstreckt sich, bezogen auf die Rotationsachse des Motors, in radialer Richtung, wobei die Ausdehnung der Spule in dieser Richtung als Spulenlänge bezeichnet ist. Die radial nach außen gerichteten Abschnitte des Statorpakets, um welche jeweils eine Spule gewickelt ist, werden allgemein als Zähne bezeichnet. Unter dem Begriff „Statorpakethöhe" wird die in axialer Richtung gemessene Stärke des Statorpakets verstanden. Die Richtungsangaben „axial" und „radial" beziehen sich, soweit nicht anders angegeben, stets auf die Rotationsachse des elektrischen Direktantriebs.
Zwischen dem Stator und dem Rotor des Direktantriebs existiert ein Luftspalt, der einen Ringraum bildet, dessen innerer Durchmesser als Luftspaltdurchmesser bezeichnet wird. Der Luftspaltdurchmesser ist in jedem Fall geringer als der Rotoraußendurchmesser des Direktantriebs. Ein Bruch, dessen Zähler das Produkt aus dem Rotoraußendurchmesser und der Spulenlänge ist und dessen Nenner das Produkt aus der Statorpakethöhe und dem Luftspaltdurchmesser ist, hat einen Wert von mindestens 5/3 und höchstens 9/2. Vorzugsweise weicht der genannte Bruch vom Wert 8/3 um nicht mehr als 20% ab. Es hat sich gezeigt, dass damit eine besonders hohe Leistungsdichte bei einem gleichzeitig sehr gleichförmigen, geräuscharmen Lauf des Motors realisierbar ist. Besonders vorteilhaft ist der geringe Bauraumbedarf des Direktantriebs in axialer Richtung der Waschtrommel.
Ein besonders guter Kompromiss zwischen mechanischer Leistungsabgabe und benötigtem Bauraum, das heißt eine besonders hohe spezifische Leistung, erreicht der elektrische Direktantrieb mit vierlagig gewickelten Spulen. Bei den Permanentmagneten, mit welchen der Rotor bestückt ist, handelt es sich bevorzug um Seltenerdmagnete. Diese Magnete enthalten mindestens eines der Elemente Scandium, Yttrium, Lanthan, Cer, Neodym oder Samarium. Ein geeignetes Magnetmaterial ist beispielsweise NdFeB. Radial außerhalb der Permanentmagnete ist ein vorzugsweise einlagiger Rückschlussring im Rotor befestigt. Eine stabile Befestigung im Rotor wird durch einen ringförmig umlaufenden Absatz begünstigt, an welchem der Rückschlussring anschlägt und da- mit in einer axialen Richtung fixiert ist.
Das den Rückschlussring sowie die Permanentmagnete aufnehmende Gehäuse des Rotors ist vorzugsweise aus Kunststoff gefertigt. Zur Erhöhung der Stabilität des Rotorgehäuses eignen sich auf dessen Außenseite, das heißt auf der dem Stator abgewandten Seite, angeordnete, in radialer Richtung verlaufende Verstärkungsrippen. Zusätzlich sind in vorteilhafter Ausgestaltung auch auf der Innenseite des Rotorgehäuses in radialer Richtung verlaufende Verstärkungsrippen ausgebildet. Die insgesamt sternförmige Anordnung der Verstärkungsrippen auf der Außenseite des Rotorgehäuses ist gegenüber der e- benfalls sternförmigen Rippenanordnung auf der Innenseite des Rotorgehäuses vorzugsweise winkelversetzt, so dass unnötige Materialanhäufungen vermieden sind. Dies ist insbesondere bei Herstellung des Rotorgehäuses im Spritzgussverfahren relevant. Die dünnwandige Ausbildung des Rotorgehäuses mit weitest möglicher Vermeidung von Materialanhäufungen ermöglicht eine besonders rationelle und zugleich präzise Fertigung mit nur kurzen Haltezeiten im Spritzgusswerkzeug. Die Anzahl der Verstärkungsrippen auf der Innenseite sowie auf der Außenseite des Rotorgehäuses beträgt vorzugsweise jeweils 6, das heißt die Verstärkungsrippen sind mit 60°-Teilung angeordnet.
Zusätzlich zu einer zentralen, konturierten Öffnung, die zur formschlüssigen Ankopplung an eine mit der Waschtrommel verbundene Welle dient, weist das Rotorgehäuse in bevorzugter Ausgestaltung mehrere ebenfalls in axialer Richtung verlaufende Durchgangsbohrungen auf, die bei geeigneter Winkeleinstel- lung des Rotors mit Befestigungsbohrungen im Stator fluchten. Die Durchgangsbohrungen sind damit zum Einen bei der Montage des Stators am Laugenbehälter von Nutzen, zum Anderen begünstigen sie auch die Zufuhr von Kühlluft zum Stator. Darüber hinaus leisten die Durchgangsbohrungen auch einen Betrag zur Gewichtsreduzierung des Rotorgehäuses.
Die genannten Befestigungsbohrungen des Stators befinden sich vorzugsweise in einer Kunststoffhalbschale, wobei zwei zusammengesetzte Kunststoffhalbschalen das Statorpaket sandwichartig umgeben. Im Sinne einer gewichtsspa- renden Konstruktion ist es vorteilhaft, wenn lediglich eine der Kunststoffhalbschalen Befestigungsvorrichtungen, insbesondere Befestigungsbohrungen, zur Halterung des Stators am Laugenbehälter aufweist. Ebenfalls zur Gewichtseinsparung tragen ringförmig umlaufende Verstärkungsrippen bei, die auf der Außenseite, das heißt auf der dem Rotor zugewandten Seite, einer der Kunst- stoffhalbschalen angeordnet und einstückig mit dieser ausgebildet sind. Vorzugsweise ist diese Verrippung in Form zweier konzentrischer Stege aufgebaut. Zusätzlich zur Erhöhung der Stabilität hat die Verrippung zwei weitere Funktionen: Sie bildet einen Anschlag für die auf dem Statorkern angeordneten Spulen und erfüllt zugleich eine Schutzfunktion bei unbeabsichtigtem Anschla- gen des Rotors am Stator. Insbesondere verhindert die Verrippung am Stator, das der am Stator anschlagende Rotor dort elektrische Funktionsteile beschädigt. Die genannten geometrischen Merkmale der Kunststoffhalbschalen, insbesondere die Verrippung, sind auch bei einer einstückigen Kunststoffumman- telung des Statorpakets realisierbar.
Die Zähne des Statorpakets, um welche die Spulen des elektrischen Direktantriebs gewickelt sind, weisen an deren äußerem Ende jeweils einen im Vergleich zum übrigen Zahn verbreiterten Zahnkopf auf. Kraftrippel beim Betrieb des Elektromotors, das heißt ein ungleichmäßiger, beispielsweise sägezahnar- tiger, Kraft- oder Momentenverlauf, können wirksam dadurch unterdrückt werden, dass sich die Zahnköpfe radial nach außen verjüngen. Jeder Zahnkopf ist symmetrisch zu einem mittig durch den Zahn verlaufenden Radialstrahl ausgebildet. In einer hinsichtlich des erreichbaren Drehmoments sowie eines gleich- förmigen, geräuscharmen Laufes besonders vorteilhaften Ausführungsform weist der Zahnkopf Zahnflanken auf, deren Schrägstellung relativ zum Radialstrahl nach außen hin abnimmt. Die Zahnflanken sind damit zumindest abschnittweise konkav gekrümmt. Im Gegensatz hierzu ist eine an den Luftspalt grenzende Stirnfläche des Zahnkopfes ausschließlich konvex gewölbt. Der Krümmungsradius ist dabei geringer als der Radius des Stators im selben Bereich, das heißt geringer als der halbe Luftspaltdurchmesser.
Die im Rotorgehäuse befestigten Permanentmagnete, vorzugsweise 44 Stück, sind in Umfangsrichtung voneinander beabstandet. Hierbei beträgt das Verhältnis zwischen der in Umfangsrichtung gemessenen Breite eines Permanentmagneten und der Summe aus dieser Breite und der Breite der sich an den Permanentmagnet anschließenden Lücke bis zum nächsten Permanentmagnet mindestens 0,78 und höchstens 0,83. Dieser Quotient wird auch als Polüber- deckungsverhältnis bezeichnet.
Eine weitere Kennzahl des Waschmaschinen-Direktantriebs berücksichtigt das axiale Flächenträgheitsmoment, auch als axiales Flächenmoment zweiter Ordnung bezeichnet, sowie das kurz Trägheitsmoment genannte Massenträg- heitsmoment des Rotors: Der Quotient aus dem auf die Rotationsachse des Antriebs bezogenen Trägheitsmoment und dem axialen Flächenträgheitsmoment des Rotorgehäuses beträgt vorzugsweise mindestens 0,09 kg/cm2 und maximal 0,18 kg/cm2.
Nachfolgend werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Figur 1 einen Waschmaschinen-Direktantrieb in einer Explosionsdarstellung,
Figur 2 den Waschmaschinen-Direktantrieb nach Fig. 1 in einer Schnittdarstellung,
Figur 3 ein Detail der Anordnung nach Figur 2,
Figur 4 - 7 den Stator sowie den Rotor des Waschmaschinen-
Direktantriebs nach Fig. 1 in verschiedenen Ansichten,
Figur 8 ein Detail der Anordnung nach Figur 7, und
Figur 9 in einer Ansicht analog Fig. 3 ein Detail einer alternativen Ausgestaltung eines Waschmaschinen- Direktantriebs.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Ein Waschmaschinen-Direktantrieb 1 einer nicht weiter dargestellten Waschmaschine setzt sich zusammen aus einem zur Befestigung am Laugenbehälter der Waschmaschine vorgesehenen Stator 2 und einem zur drehfesten Verbin- düng mit der Waschtrommel der Waschmaschine vorgesehenen Rotor 3. Einzelteile des Stators 2 sind ein zwischen Kunststoffschalen 4, 5 angeordnetes Statorpaket 6 aus Blech sowie bestrombare Spulen 7, die um Zähne 8 des Statorpakets 6 gewickelt sind. Der Rotor 3 weist als Einzelteile ein Rotorgehäuse 9, einen Rückschlussring 10 sowie Permanentmagnete 11 , nämlich Magnete aus seltenen Erden, auf. Aus Figur 2 und 3 gehen diverse Abmessungen, nämlich der Rotoraußendurchmesser DR, der Luftspaltdurchmesser DL, die Spulenlänge Ls sowie die Statorpakethöhe Hs, hervor. Der Luftspaltdurchmesser DL ist auf den radial inneren Rand des zwischen dem Stator 2 und dem Rotor 3 gebildeten Luftspaltes 12 bezogen. Das Verhältnis zwischen dem Rotoraußen- durchmesser DR und der Statorpakethöhe Hs liegt zwischen 23,3 und 31 ,7. Das Verhältnis zwischen dem Luftspaltdurchmesser DL und der Spulenlänge Ls beträgt mindestens 7,1 und höchstens 13,8. Der Quotient aus dem erstgenannten Verhältnis und dem zweitgenannten Verhältnis ist damit größer als 5/3 und kleiner 9/2.
Der Rückschlussring 10, welcher spanlos oder spangebend hergestellt sein kann, ist in jedem Fall einstückig ausgebildet und liegt in axialer Richtung an einem Absatz 13 im Rotor 3 an. Zugleich ist der Rückschlussring 10 unmittelbar von einer zylindermantelförmigen, an den Absatz 13 anschließenden Wandung 14 des Rotors umgeben. Die Wandung 14 sowie der Absatz 13 sind zusammen mit einer Frontfläche 15 integrale Bestandteile des aus Kunststoff gefertigten Rotorgehäuses 9. An der dem Stator 2 abgewandten Vorderseite der Frontfläche 15 weist das Rotorgehäuse 9 sechs strahlenförmig von der Rotationsachse ausgehende Verstärkungsrippen 16 auf, die als außenseitige Verstärkungsrippen bezeichnet werden. Auf der gegenüberliegenden Seite der Frontfläche 15, das heißt auf der Innenseite des Rotorgehäuses 9, sind sechs ebenfalls eine Sternstruktur bildende Verstärkungsrippen 17 ausgebildet. Die innenseitigen Verstärkungsrippen 17 sind gegenüber den außenseitigen Verstärkungsrippen 16 um 30° winkel versetzt angeordnet. Mittig im Rotorgehäuse 9 befindet sich eine Öffnung 18, die eine Kontur 19 zur formschlüssigen Zusammenwirkung mit einer nicht dargestellten Antriebswelle aufweist.
Radial außerhalb der Verstärkungsrippen 16, 17 befinden sich im Rotorgehäuse 9 in axialer Richtung verlaufende Durchgangsbohrungen 20. Der Abstand dieser Durchgangsbohrungen 20 von der Rotationsachse A des Direktantriebs 1 entspricht dem Abstand zwischen Befestigungsbohrung 21 im Stator 2 und der Rotationsachse A. Die Befestigungsbohrungen 21 befinden sich aus- schließlich in einer der Kunststoffhalbschale 4, 5, nämlich der rotorseitigen Kunststoffhalbschale 5. An der selben Kunststoffhalbschale 5 ist auf deren Vorderseite, das heißt der der Frontfläche des Rotors 3 zugewandten Seite, eine Verrippung 22 ausgebildet, welche aus zwei konzentrischen Stegen 23 aufgebaut ist. Bei einer eventuellen Verkippung des Rotors 3 relativ zum Stator 2 schlägt ausschließlich die Frontfläche 15 an der Verrippung 22 an, während alle anderen Teile des Stators 2 vom Rotor 3 beabstandet bleiben. Darüber hinaus dient der radial äußere Steg 23 als Anschlag für die Spulen 7. Jeder Zahn 8 weist außenseitig einen Zahnkopf 24 auf, der an den Luftspalt 12 grenzt. Der Zahnkopf 24 weist symmetrisch zu einem mittig durch den Zahn 8 verlaufenden Radialstrahl R angeordnete Zahnflanken 25 auf, die eine konkav nach innen abgeknickte Kontur beschreiben: Ein radial außen angeordneter Abschnitt 26 der Zahnflanke 25 ist relativ zum Radialstrahl R weniger schräg gestellt als ein an den Abschnitt 26 anschließender radial weiter innen liegender Abschnitt 27 der Zahnflanke 25. Die äußeren Abschnitte 26 der Zahnflanken 25 gehen über in eine gewölbte Stirnfläche 28, deren Krümmungsradius geringer als der halbe Luftspaltdurchmesser DL ist.
Aus Figur 8 geht im Detail auch die Anordnung der Permanentmagnete 11 hervor, deren in Umfangshchtung gemessene Breite als Magnetbreite M bezeichnet wird. Die Breite der Lücke 29 zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Permanentmagneten 11 ist mit L bezeichnet. Das Polüberdeckungsver- hältnis, das heißt das Verhältnis der Magnetbreite M zur Summe aus Magnetbreite M und Lückenbreite L beträgt 0,78 bis 0,83. Zusammen mit den vorstehend beschriebenen weiteren geometrischen Merkmalen trägt das Polüberde- ckungsverhältnis maßgeblich zu einem gleichmäßigen, leisen Lauf des Waschmaschinen-Direktantriebs 1 bei.
In der im Vergleich zur Ausführungsform nach den Figuren 1 bis 8 abgewandelten Bauform nach Fig. 9 ist an Stelle von zwei separaten Kunststoffschalen 4, 5 eine einzige Kunststofummantelung 30 vorgesehen, die das Statorpaket 6 umgibt. Die Kunststofummantelung 30 ist auf rationelle Weise im Zweikomponen- tenspritzgussverfahren herstellbar. Dieses Verfahren hat zudem den Vorteil, dass die räumliche Relation zwischen dem Statorpaket 6 und Strukturen der Kunststoffummantelung 30 in der Serienfertigung des Waschmaschinen- Direktantriebs 1 mit hoher Prozesssicherheit und Präzision reproduzierbar ist. Bezugszeichen
1 Waschmaschinen-Direktantrieb A Rotationsachse
2 Stator DL Luftspaltdurchmesser
3 Rotor DR Rotoraußendurchmesser
4 Kunststoffschale Hs Statorpakethöhe
5 Kunststoffschale Ls Spulenlänge
6 Statorpaket L Lückenbreite
7 Spule M Magnetbreite
8 Zahn R Radialstrahl
9 Rotorgehäuse
10 Rückschlussring
11 Permanentmagnet
12 Luftspalt
13 Absatz
14 Wandung
15 Frontfläche
16 Verstärkungsrippe
17 Verstärkungsrippe
18 Öffnung
19 Kontur
20 Durchgangsbohrung
21 Befestigungsbohrung
22 Verrippung
23 Steg
24 Zahnkopf
25 Zahnflanke
26 Abschnitt
27 Abschnitt
28 Stirnfläche
29 Lücke
30 Kunststoffummantelung

Claims

Patentansprüche
1. Waschmaschinen-Direktantrieb, mit einem zur Befestigung an einem Laugenbehälter vorgesehenen Stator (2), welcher bestrombare Spulen (7) einer Spulenlänge (Ls) aufweist, die um ein Statorpaket (6) der Statorpakethöhe (Hs) gewickelt sind, einem den Stator (2) umgreifenden, zur festen Verbindung mit einer Waschtrommel vorgesehen, mit Permanentmagneten (11 ) bestückten, einen Rotoraußendurchmesser (DR) aufweisenden Rotor (3), einem zwischen Stator (2) und Rotor (3) gebil- deten Luftspalt (12), dessen minimaler Durchmesser einen Luftspaltdurchmesser (DL) bestimmt, dadurch gekennzeichnet, dass der Quotient aus dem Produkt des Rotoraußendurchmessers (DR) und der Spulenlänge (Ls) und dem Produkt der Statorpakethöhe (Hs) und des Luftspaltdurchmessers (DL) mindestens 5/3 und höchstens 9/2 beträgt.
2. Waschmaschinen-Direktantrieb nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als Permanentmagnete (11 ) Seltenerdmagnete vorgesehene sind.
3. Waschmaschinen-Direktantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen (7) vierlagig gewickelt sind.
4. Waschmaschinen-Direktantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass radial außerhalb der Permanentmagnete (11 ) ein Rückschlussring (10) im Rotor (3) angeordnet ist.
5. Waschmaschinen-Direktantrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückschlussring (10) einlagig ausgebildet ist.
6. Waschmaschinen-Direktantrieb nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückschlussring (10) an einem Absatz (13) im Rotor (3) axial abgestützt ist.
7. Waschmaschinen-Direktantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da- durch gekennzeichnet, dass der Rotor (3) ein aus Kunststoff gefertigtes
Rotorgehäuse (9) aufweist.
8. Waschmaschinen-Direktantrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotorgehäuse (9) in radialer Richtung verlaufende außenseitige Verstärkungsrippen (16) aufweist.
9. Waschmaschinen-Direktantrieb nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotorgehäuse (9) in axialer Richtung verlaufende Durchgangsbohrungen (20) aufweist.
10. Waschmaschinen-Direktantrieb nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der außenseitigen Verstärkungsrippen (16) der Anzahl der Durchgangsbohrungen (20) entspricht.
11. Waschmaschinen-Direktantrieb nach Anspruch 9 oder 10, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Durchgangsbohrungen (20) im Rotorgehäuse
(9) mit Befestigungsbohrungen (21 ) in Stator (2) fluchten.
12. Waschmaschinen-Direktantrieb nach einem der Ansprüche 8 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Rotorgehäuse (9) in radialer Richtung verlaufende innenseitige Verstärkungsrippen (17) aufweist.
13. Waschmaschinen-Direktantrieb nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die innenseitigen Verstärkungsrippen (17) relativ zu den außenseitigen Verstärkungsrippen (16) winkel versetzt angeordnet sind.
14. Waschmaschinen-Direktantrieb nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Quotient aus dem Trägheitsmoment und dem axialen Flächenträgheitsmoment des Rotorgehäuses (9) mindestens 0,09 kg/cm2 und maximal 0,18 kg/cm2 beträgt.
15. Waschmaschinen-Direktantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (2) zwei das Statorpakt (6) sandwichartig umgebende Kunststoffhalbschalen (4, 5) aufweist.
I Θ.Waschmaschinen-Direktantrieb nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass lediglich eine der Kunststoffhalbschalen (4, 5) zur Befestigung am Laugenbehälter vorgesehen ist.
^.Waschmaschinen-Direktantrieb nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Kunststoffhalbschalen (4, 5) eine ringförmige, zum Rotor gerichtete, zu dessen Achse konzentrische Verrippung (22) aufweist.
18. Waschmaschinen-Direktantrieb nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Verrippung (22) als Anschlag für die Spulen (7) ausgebildet ist.
19. Waschmaschinen-Direktantrieb nach Anspruch 17 oder 18, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Verrippung (22) aus zwei konzentrischen Stegen (23) aufgebaut ist.
20. Waschmaschinen-Direktantrieb nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffhalbschalen (4, 5) als in- tegrale Bestandteile einer im Zweikomponentensphtzguss gefertigten
Kunststoffummantelung (30) ausgebildet sind.
21. Waschmaschinen-Direktantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen (7) jeweils einen radial nach außen gerichteten, durch das Statorpaket (6) gebildeten Zahn (8) umgeben, welcher an dessen radial äußerem Ende durch einen Zahnkopf (24) abgeschlossen ist, der radial nach verjüngt ist.
22. Waschmaschinen-Direktantrieb nach Anspruch 21 , dadurch gekenn- zeichnet, dass der Zahnkopf (24) Zahnflanken (25) aufweist, deren
Schrägstellung relativ zu einem mittig durch den Zahn verlaufenden Radialstrahl (R) radial nach außen abnimmt.
23. Waschmaschinen-Direktantrieb nach Anspruch 21 oder 22, dadurch ge- kennzeichnet, dass der Zahn (8) eine an den Luftspalt (12) grenzende gewölbte Stirnfläche (28) aufweist, deren Krümmungsradius geringer als der halbe Luftspaltdurchmesser (DL) ist.
24. Waschmaschinen-Direktantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 23, da- durch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Permanentmagnete (11 ) größer als die Anzahl der Spulen (7) ist.
25. Waschmaschinen-Direktantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Spulen (7) ein Vielfaches von 3 beträgt.
26. Waschmaschinen-Direktantrieb nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Spulen (7) 33 beträgt.
27. Waschmaschinen-Direktantrieb nach einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Permanentmagnete (11 ) 44 beträgt.
28. Waschmaschinen-Direktantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass Verhältnis zwischen der in Umfangsrich- tung gemessenen Breite (M) eines Permanentmagneten (11 ) und der Summe aus dieser Breite (M) und der Breite (L) der sich an den Permanentmagnet (11 ) anschließenden, bis zum nächsten Permanentmagnet (11 ) reichenden Lücke (29) mindestens 0,78 und höchstens 0,83 beträgt.
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