EP4073912A1 - Elektromotor für eine handwerkzeugmaschine - Google Patents

Elektromotor für eine handwerkzeugmaschine

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Publication number
EP4073912A1
EP4073912A1 EP20820905.6A EP20820905A EP4073912A1 EP 4073912 A1 EP4073912 A1 EP 4073912A1 EP 20820905 A EP20820905 A EP 20820905A EP 4073912 A1 EP4073912 A1 EP 4073912A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electric motor
stator
rotor shaft
motor housing
rotor
Prior art date
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Pending
Application number
EP20820905.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Adamczyk
Christoph Maier
Rudi BRÜCKMANN
Bernd Mayer
Tobias Hokenmaier
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.)
C&E Fein GmbH and Co
Original Assignee
C&E Fein GmbH and Co
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 C&E Fein GmbH and Co filed Critical C&E Fein GmbH and Co
Publication of EP4073912A1 publication Critical patent/EP4073912A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H02K2213/03—Machines characterised by numerical values, ranges, mathematical expressions or similar information

Definitions

  • the invention relates to an electric motor of a handheld power tool operated by AC voltage, with a stator which has a plurality of windings which are accommodated in a stator core and are electrically basic-insulated from this, in which a rotor is rotatably mounted about an axis of rotation, the rotor having a rotor shaft on which a rotor core with a plurality of permanent magnets is held.
  • Such electric motors which are also referred to as EC motors or brushless, electronically commutated electric motors, have long been known from the prior art - for example from DE 102010031 399 A1.
  • EC motors which are often used in hand-held or transportable corded power tools
  • a rotating field is generated in the stator by means of suitable control, which drives the rotor in order to drive an insert tool, for example a grinding wheel.
  • the basic insulation which electrically insulates the windings from the laminated stator core, is included usually implemented by maintaining clearances and creepage distances as well as by using an electrically insulating material.
  • stator is surrounded by a motor housing that is electrically insulated from the windings of the stator, and that additional electrical insulation is formed between the motor housing and the rotor shaft.
  • the motor housing which particularly advantageously has an essentially hollow-cylindrical basic shape, ensures on the one hand that, in the case of an electric motor installed in a handheld power tool, electrically conductive dusts and particles, which usually occur when machining metallic workpieces, do not even get into the interior of the Electric motor can get.
  • this results in a double electrical insulation is provided, with which it is achieved that the live parts of the electric motor built into the handheld power tool - i.e. in particular the windings of the stator - are isolated from the rotor shaft in such a way that between these live parts of the motor and the rotor shaft and thus those touchable by the user Parts, such as the housing or the gear head, a maximum contact current of 0.5 mA can occur.
  • the operating voltage of the electric motor according to the invention is usually between 80 V and 280 V alternating voltage.
  • the windings of the stator are double insulated from the rotor shaft to the effect that the rotor core is on the one hand electrically isolated from the stator core by the basic insulation of the windings and on the other hand this is secured on the rotor shaft by an electrical insulation that represents a further insulation and usually by a Potting or encapsulation compound is realized. Since the windings of the stator are already electrically insulated from the outer circumference of the laminated stator core, the additional insulation achieves electrical insulation of the motor housing from the rotor shaft.
  • the additional insulation comprises an electrically insulating bearing securing sleeve in which the rotor shaft is received.
  • the bearing securing sleeve which preferably has a hollow cylindrical basic shape and is furthermore preferably made of plastic, can in particular be inserted into an opening which is arranged coaxially to the rotor shaft and which is formed in the motor housing.
  • the bearing securing sleeve has a first bearing seat for a first bearing of the rotor shaft.
  • the first bearing can be used in this first bearing seat in order to mount the rotor shaft rotatably with respect to the motor housing and the stator.
  • the bearing securing sleeve has a radial web on the inner circumference. This ultimately defines a locking seat into which the first bearing can be used in order to limit the depth of the bearing.
  • the bearing securing sleeve is arranged directly on the rotor shaft.
  • the first bearing is then arranged on the outer circumference of the bearing securing sleeve between the latter and the motor housing.
  • the first bearing can also be designed as a flow-insulating bearing and thus serve as part of the additional insulation.
  • the bearing securing sleeve has a collar on the outer circumference. This collar limits the axial introduction of the bearing locking sleeve into the opening which is formed on the motor housing. In addition, this achieves an at least partially frontal overlap of the motor housing, which also has a positive effect on the insulating effect of the bearing securing sleeve. In addition, it can then be achieved that the penetration of dust and / or particles into the motor housing is avoided or at least reduced.
  • the outer diameter of the bearing securing sleeve is smaller than the inner diameter of the stator of the electric motor.
  • the additional insulation comprises an end cap which the motor housing in limited axial direction.
  • the end cap can particularly preferably delimit the motor housing on the side which is axially opposite the bearing securing sleeve.
  • the end cap is at least partially formed from an electrically insulating material.
  • the end cap is formed entirely from an electrically insulating material, for example from plastic.
  • this end cap is made of metal and only partially made of plastic, which enables improved heat dissipation. In particular, only those parts that are in contact with the rotor shaft can then also be manufactured from plastic.
  • cable bushings are formed in the end cap, with which connection cables are routed into the motor housing. These cable bushings are then also preferably electrically insulated from the motor housing.
  • the diameter of the end cap is larger than the diameter of the stator of the electric motor.
  • the assembly effort can be reduced if the end cap and the motor housing are connected to one another, preferably releasably connected to one another. It is particularly preferred here if the two components are screwed to one another and if the screwing takes place parallel to the rotor axis. It has also proven to be particularly useful here if the screw connection is made from the end cap, that is to say if the threads that accommodate the screws are formed within the motor housing. In the context of the invention, however, it is also provided that the end cap and the motor housing are connected to one another via a latching connection. It has also proven to be advantageous if a second bearing seat is formed in the end cap, in which a second bearing of the rotor shaft is received.
  • This second bearing ensures that the rotor shaft is supported close to the rotor core, which has a positive effect on the true running of the entire rotor.
  • the second bearing can also be designed as a flow-insulating bearing and thus serve as part of the additional insulation.
  • a receiving flange is formed in the end cap, in which part of a position sensor is received to determine the rotational position of the rotor shaft.
  • Such position sensors are usually formed from a reed sensor and a magnet, which is advantageously connected to the rotor in a rotationally fixed manner and is rotatably mounted within the receiving flange. This makes it possible to record the current alignment of the rotor.
  • the receiving flange essentially fulfills the function of further reducing or even preventing the ingress of contaminants into the motor. In addition, this enables space-saving positioning of the magnet on the rotor shaft.
  • the motor housing is adapted to the stator in such a way that thermal contact is made between an inner wall of the motor housing and an outer wall of the stator. This ensures that the waste heat generated inside the motor can be effectively dissipated via the motor housing.
  • the motor housing is made of metal, since this allows the waste heat to be dissipated particularly well.
  • the Heat dissipation is also advantageous if the stator is cast or sprayed with the motor housing by means of a thermally conductive material.
  • the heat dissipation can also be improved in that the motor housing is assigned cooling fins on the outer circumference, and in this context it has also proven useful if the ratio of the diameter of the motor housing to the height of the cooling fins is preferably 2: 1 or greater, preferably 4: 1 or greater and particularly preferably 8: 1 or greater and more preferably 15: 1 or smaller, preferably 12: 1 or smaller and particularly preferably 10: 1 or smaller. This ultimately creates a good compromise between a compact design of the motor and adequate cooling.
  • cooling ribs are arranged radially and their radially outer ends are at a constant distance from the axis of rotation of the rotor.
  • this has the advantage that the motor has an essentially uniform diameter in the region of the cooling fins.
  • a system is formed in the motor housing in which a heat conducting ring is received.
  • the system is preferably formed in a plane that is perpendicular to the axis of rotation.
  • the heat conducting ring which can also be provided several times, in particular also axially staggered, then makes it possible to dissipate the waste heat from the stator on the front side.
  • the heat conducting ring is designed to be elastically deformable. As a result, when the stator is inserted into the motor housing, the heat conducting ring, which can also be provided several times, in particular axially staggered, is compressed, which further promotes the connection to the winding and thus the dissipation of heat. In addition, this also has a positive effect on the axial prestressing of the stator in the motor housing when the electric motor is mounted in the handheld power tool. In addition, any axial play that may be present within the motor can also be reduced as a result.
  • an auxiliary fan is arranged on the rotor shaft within the electric motor.
  • This auxiliary fan then conveys the waste heat at least partially radially to the outside, where it is released via the motor housing and can then be conveyed out of the handheld power tool by a main fan.
  • the auxiliary fan is arranged inside the motor housing and is therefore particularly well protected from contamination.
  • the auxiliary fan is arranged between the second bearing and the laminated rotor core. The arrangement of the auxiliary fan in the area of the end cap further promotes heat dissipation.
  • the additional insulation is implemented by an insulation arranged on the rotor shaft.
  • This can be achieved, for example, by a casting compound or by a sleeve arranged on the outer circumference of the rotor shaft.
  • the subject matter of the present invention is also a handheld power tool, in particular a grinding tool for machining workpieces with a housing, in which an electric motor according to one of Claims 1 to 19 is received.
  • FIG. 1 shows a sectional view of a handheld power tool with an electric motor according to the invention
  • Fig. 2 is a partially sectioned, perspective view of the electric motor
  • FIG. 1 shows, in a sectional view along a longitudinal section, an electric motor 1 of a corded handheld power tool 2 which, in the exemplary embodiment shown, is formed as an angle grinder 3 that is usually operated with voltages between 80 V and 280 V.
  • the electric motor 1 of the handheld power tool 2 is designed as an EC motor and drives an insert tool 4, which in the present case is designed as a grinding wheel 5.
  • the electric motor 1 comprises a stator 6 and a rotor 7, which is mounted within the stator 6 so as to be rotatable about an axis of rotation 8.
  • the stator 6 comprises several windings 9, which are supplied with voltage via lines.
  • the windings 9 are received in a laminated stator core 10 and have basic electrical insulation with respect to this.
  • the rotor 7 comprises a rotor shaft 11 on which a laminated rotor core 12 with a plurality of permanent magnets 13 is held.
  • a rotating field is generated in the stator 6, which drives the rotor 7 and thus makes it possible to drive an insert tool 4 that is connected to the rotor 7.
  • the laminated rotor core 12 is encapsulated with the rotor shaft 11 by an insulating material 14 and is thereby electrically insulated from the latter.
  • the stator 6 is surrounded by a motor housing 15.
  • the motor housing 15 is electrically insulated from the windings 9 of the stator 6 in order to prevent the motor housing 15 from being live.
  • this is achieved in the exemplary embodiment shown in that at least the outer circumference of the area of the stator 6, which includes the windings 9, is likewise surrounded by an electrically insulating insulating material 14.
  • an additional electrical insulation 16 is formed between the motor housing 15, which has an essentially hollow cylindrical shape, and the rotor shaft 11.
  • This additional insulation 16 is divided into two parts and comprises a bearing locking sleeve 17, which is arranged on the end of the motor housing 15 facing the insert tool 4, and an end cap 18, which is arranged on the end of the motor housing 15 pointing away from the insert tool 4.
  • the bearing securing sleeve 17 and the end cap 18 also each receive a bearing for the rotor shaft 11 at the same time.
  • the bearing securing sleeve 17 has a first bearing seat 19 for a first bearing 20 of the rotor shaft 11. This first one Bearing seat 19 is axially limited by a radial web 21 formed on the inner circumference of the bearing securing sleeve 17, which facilitates assembly.
  • a second bearing seat 22 is formed, in which a second bearing 23 of the rotor shaft 11 is received.
  • the end cap 18 and the bearing locking sleeve 17 are at least partially formed from an electrically insulating material such as plastic.
  • the windings 9 of the stator 7 are therefore each insulated twice with respect to the rotor shaft 11.
  • the windings 9 and the laminated rotor core 12 are insulated from one another, which is achieved by the basic insulation of the windings 9 with respect to the laminated stator core 10.
  • the second insulation also referred to as additional insulation, is provided by the non-conductive insulation material 14 between the rotor core 12 and the rotor shaft 11.
  • FIG. 1 also shows that a main fan 31 is arranged outside the motor housing 15 on the rotor shaft 11, which draws in cooling air from an air inlet 33 formed in a machine housing 32, guides it past the motor housing 15 of the electric motor 1 and then out again Air outlet 34 leads out of the machine housing 32.
  • the partially sectioned view of the electric motor 1 shown in FIG. 2 shows in particular that the bearing securing sleeve 17 Has a collar 24 on the outer circumference which limits the axial position of the bearing securing sleeve 17 in the motor housing 15.
  • a receiving flange 25 is formed in the end cap 18, into which a magnet 26, which is connected to the rotor shaft 11 in a rotationally fixed manner and is part of a position sensor, is inserted to determine the rotational position of the rotor shaft 11. With the aid of a reed sensor, it is thus possible to detect the rotational position of the rotor 7.
  • the design of the receiving flange 25 ensures that electrically conductive particles and / or dust cannot get into the interior of the electric motor 1.
  • a system 27 is formed in the motor housing 15, against which a heat-conducting ring 28 rests, which is elastically deformable. This has the advantage, particularly during assembly, that the end face of the stator 6 can easily compress the heat-conducting ring 28, thereby minimizing any axial play that may be present.
  • the motor housing 15 is adapted to the stator 6, so that in particular thermal contact is made between an inner wall of the motor housing 15 and an outer wall of the stator 6, whereby the waste heat from the electric motor 1 can be dissipated via the motor housing 15. It can also be seen from FIG.
  • FIG. 3 shows the electric motor 1 in an exploded view. It can be seen from this that the motor housing 15 made of metal is assigned cooling ribs 29 on the outer circumference in order to improve the cooling performance.
  • the ratio of the diameter of the motor housing 15 to the height of the cooling fins 29 is preferably 2: 1 or larger, preferably 4: 1 or larger, and particularly preferably 8: 1 or larger and more preferably 15: 1 or smaller, preferably 12 : 1 or less and particularly preferably 10: 1 or less.
  • the cooling fins 29 are arranged on the motor housing 15, pointing radially outward, and the radially outer ends of the cooling fins 29 are at a substantially constant distance from the axis of rotation 8 of the rotor 7.
  • Appendix 28 heat conducting ring

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor (1) einer wechselspannungsbetriebenen Handwerkzeugmaschine (2), mit einem Stator (6), der mehrere Wicklungen (9) aufweist, die in einem Statorblechpaket (10) aufgenommen und gegenüber diesem elektrisch basisisoliert sind, in dem ein Rotor (7) um eine Rotationsachse (8) drehbar gelagert ist, wobei der Rotor (7) eine Rotorwelle (11) aufweist, auf der ein Rotorblechpaket (12) mit einer Mehrzahl von Permanentmagneten (13) gehalten ist, das gegenüber der Rotorwelle (11) elektrisch isoliert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (6) von einem gegenüber den Wicklungen (9) des Stators (6) elektrisch isolierten Motorgehäuse (15) umgeben ist, und dass zwischen dem Motorgehäuse (15) und der Rotorwelle (11) eine elektrische Zusatzisolierung (16) ausgebildet ist.

Description

Elektromotor für eine Handwerkzeugmaschine
Die Erfindung betrifft einen Elektromotor einer wechselspannungsbetriebenen Handwerkzeugmaschine, mit einem Stator, der mehrere Wicklungen aufweist, die in einem Statorblechpaket aufgenommen und gegenüber diesem elektrisch basisisoliert sind, in dem ein Rotor um eine Rotationsachse drehbar gelagert ist, wobei der Rotor eine Rotorwelle aufweist, auf der ein Rotorblechpaket mit einer Mehrzahl von Permanentmagneten gehalten ist.
Derartige Elektromotoren, die auch als EC-Motoren oder als bürstenlose, elektronisch kommutierte Elektromotoren bezeichnet werden, sind aus dem Stand der Technik - beispielsweise aus der DE 102010031 399 A1 - bereits seit langem bekannt. Bei diesen EC-Motoren, die häufig in handgeführten oder transportablen kabelgebundenen Elektrowerkzeugen verwendet werden, wird durch eine geeignete Ansteuerung ein Drehfeld im Stator erzeugt, welches den Rotor antreibt, um damit ein Einsatzwerkzeug, beispielsweise eine Schleifscheibe, anzutreiben. Die Basisisolierung, die die Wicklungen von dem Statorblechpaket elektrisch basisisoliert, ist dabei üblicherweise durch die Einhaltung von Luft- und Kriechstrecken sowie durch ein elektrisch isolierendes Material realisiert.
Bei der Verwendung dieser netzbetriebenen EC-Elektromotoren in Handwerkzeugmaschinen, bei deren Einsatz elektrisch leitende Metallstaube oder Partikel entstehen, beispielsweise bei Winkelschleifern im Metallbau, besteht jedoch das Problem, dass aufgrund der hohen Netzspannungen die Gefahr von Kurzschlüssen steigt, wenn diese Stäube oder Partikel mit der Kühlluft in die Handwerkzeugmaschine und dann in den Elektromotor gelangen. Hierbei besteht dann die Gefahr, dass der Elektromotor einen Defekt erleidet oder dass über die Rotorwelle elektrischer Strom auf das Gehäuse übertragen wird, was mit einer Verletzungsgefahr für den Nutzer verbunden wäre.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Elektromotor bereitzustellen, der die oben genannten Nachteile reduziert.
Diese Aufgabe wird dabei gemäß der Erfindung bei einem Elektromotor der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der Stator von einem gegenüber den Wicklungen des Stators elektrisch isolierten Motorgehäuse umgeben ist, und dass zwischen dem Motorgehäuse und der Rotorwelle eine elektrische Zusatzisolierung ausgebildet ist.
Durch das Motorgehäuse, das besonders vorteilhaft eine im Wesentlichen hohlzylindrische Grundform aufweist, wird zum einen sichergestellt, dass bei einem in einer Handwerkzeugmaschine verbauten Elektromotor elektrisch leitenden Stäube und Partikel, die bei der Bearbeitung von metallischen Werkstücken üblicherweise auftreten, erst gar nicht in das Innere des Elektromotors gelangen können. Zudem wird hierdurch eine doppelte elektrische Isolierung bereitgestellt, mit der erreicht wird, dass die spannungsführenden Teile des in der Handwerkzeugmaschine verbauten Elektromotors - also insbesondere den Wicklungen des Stators - so gegenüber der Rotorwelle isoliert sind, dass zwischen diesen spannungsführenden Teilen des Motors und der Rotorwelle und damit den vom Nutzer berührbaren Teilen, wie dem Gehäuse oder dem Getriebekopf, ein maximaler Berührstrom von 0,5 mA auftreten kann. Die Betriebsspannung des erfindungsgemäßen Elektromotors liegt dabei üblicherweise zwischen 80 V und 280 V Wechselspannung.
Somit sind die Wicklungen des Stators gegenüber der Rotorwelle dahingehend doppelt isoliert, dass das Rotorblechpaket einerseits durch die Basisisolierung der Wicklungen gegenüber dem Statorblechpaket elektrisch isoliert ist und dieses andererseits auf der Rotorwelle durch eine elektrisch Isolierung gesichert ist, die eine weitere Isolierung darstellt und üblicherweise durch eine Verguss- oder Umspritzungsmasse realisiert ist. Da die Wicklungen des Stators bereits gegenüber dem Außenumfang des Statorblechpakets elektrisch isoliert sind, wird durch die Zusatzisolierung eine elektrische Isolierung des Motorgehäuses gegenüber der Rotorwelle erreicht.
Als günstig hat es sich hierbei gezeigt, wenn die Zusatzisolierung eine elektrisch isolierende Lagersicherungshülse umfasst, in der die Rotorwelle aufgenommen ist. Die Lagersicherungshülse, die vorzugsweise eine hohlzylindrische Grundform aufweist und weiterhin vorzugsweise aus Kunststoff gebildet ist, kann dabei insbesondere in eine koaxial zu der Rotorwelle angeordnete Öffnung eingesetzt werden, die in dem Motorgehäuse ausgebildet ist. Zur Lagerung der Rotorwelle hat es sich dabei bewährt, wenn die Lagersicherungshülse einen ersten Lagersitz für ein erstes Lager der Rotorwelle aufweist. In diesen ersten Lagersitz kann dabei das erste Lager eingesetzt werden, um die Rotorwelle drehbar gegenüber dem Motorgehäuse und dem Stator zu lagern. In diesem Zusammenhang hat es sich dann als vorteilhaft erwiesen, wenn die Lagersicherungshülse innenumfangsseitig einen Radialsteg aufweist. Hierdurch wird letztlich ein Rastsitz definiert, in den das erste Lager eingesetzt werden kann, um die Einsetztiefe des Lagers zu begrenzen. Im Rahmen der Erfindung ist es dabei aber auch vorgesehen, dass die Lagersicherungshülse direkt auf der Rotorwelle angeordnet ist. In diesem Falle ist das erste Lager dann außenumfangsseitig auf der Lagersicherungshülse zwischen dieser und dem Motorgehäuse angeordnet. Alternativ oder ergänzend kann das erste Lager auch als ein ström isolierendes Lager ausgeführt sein und damit als Teil der Zusatzisolierung dienen.
Als günstig hat es sich auch gezeigt, wenn die Lagersicherungshülse außenumfangsseitig einen Kragen aufweist. Dieser Kragen begrenzt die axiale Einführung der Lagersicherungshülse in die Öffnung, die an dem Motorgehäuse ausgebildet ist. Zudem wird hierdurch eine zumindest teilweise stirnseitige Überdeckung des Motorgehäuses erreicht, was sich ebenfalls positiv auf die Isolationswirkung der Lagersicherungshülse auswirkt. Außerdem lässt sich dadurch dann erreichen, dass ein Eindringen von Stäuben und/oder Partikeln in das Motorgehäuse vermieden oder zumindest verringert wird. Der Außendurchmesser der Lagersicherungshülse ist dabei kleiner als der Innendurchmesser des Stators des Elektromotors.
Eine zusätzliche elektrische Isolierung wird auch dadurch erreicht, dass die Zusatzisolierung eine Abschlusskappe umfasst, die das Motorgehäuse in axialer Richtung begrenzt. Die Abschlusskappe kann besonders bevorzugt das Motorgehäuse auf der Seite begrenzen, die der Lagersicherungshülse axial gegenüberliegt. In diesem Zusammenhang hat es sich dann als besonders günstig erwiesen, wenn die Abschlusskappe zumindest teilweise aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet ist. Hierbei ist es insbesondere auch vorgesehen, dass die Abschlusskappe vollständig aus einem elektrisch isolierenden Material, beispielsweise aus Kunststoff gebildet ist. Im Rahmen der Erfindung ist es aber auch vorgesehen, diese Abschlusskappe aus Metall und nur teilweise aus Kunststoff zu bilden, was eine verbesserte Wärmeabfuhr ermöglicht. Insbesondere können dann auch nur die Teile aus Kunststoff gefertigt werden, die im Kontakt mit der Rotorwelle stehen. Zudem ist es auch vorgesehen, dass in der Abschlusskappe Kabeldurchführungen ausgebildet sind, mit denen Anschlusskabel in das Motorgehäuse geleitet werden. Diese Kabeldurchführungen sind dann ebenfalls bevorzugt elektrisch gegenüber dem Motorgehäuse isoliert. Der Durchmesser der Abschlusskappe ist dabei größer als der Durchmesser des Stators des Elektromotors.
Der Montageaufwand lässt sich reduzieren, wenn die Abschlusskappe und das Motorgehäuse miteinander verbunden, vorzugsweise lösbar miteinander verbunden sind. Hierbei ist es besonders bevorzugt, wenn die beiden Bauteile miteinander verschraubt sind, und wenn die Verschraubung parallel zu der Rotorachse erfolgt. Auch hat es sich hierbei besonders bewährt, wenn die Verschraubung von der Abschlusskappe her erfolgt, wenn also innerhalb des Motorgehäuses die Gewindegänge ausgebildet sind, die die Schrauben aufnehmen. Im Rahmen der Erfindung ist es aber auch vorgesehen, dass die Abschlusskappe und das Motorgehäuse über eine Rastverbindung miteinander verbunden sind. Als vorteilhaft hat es sich auch erwiesen, wenn in der Abschlusskappe ein zweiter Lagersitz ausgebildet ist, in dem ein zweites Lager der Rotorwelle aufgenommen ist. Durch dieses zweite Lager ist eine rotorblechpaketnahe Lagerung der Rotorwelle gewährleistet, was sich positiv auf den Rundlauf des gesamten Rotors auswirkt. Alternativ oder ergänzend kann das zweite Lager auch als ein ström isolierendes Lager ausgeführt sein und damit als Teil der Zusatzisolierung dienen.
Als günstig hat es sich zudem auch erwiesen, wenn in der Abschlusskappe ein Aufnahmeflansch ausgebildet ist, in dem zur Bestimmung der Drehlage der Rotorwelle ein Teil eines Lagesensors aufgenommen ist. Derartige Lagesensoren sind dabei üblicherweise aus einem Reed-Sensor und einem Magneten gebildet, der vorteilhafterweise drehfest mit dem Rotor verbunden ist und innerhalb des Aufnahmeflansches drehbar gelagert ist. Dies ermöglicht es, die aktuelle Ausrichtung des Rotors zu erfassen. Dabei erfüllt der Aufnahmeflansch im Wesentlichen die Funktion, ein Eindringen von Verunreinigungen in den Motor weiter zu reduzieren oder gar zu verhindern. Zudem wird hierdurch eine platzsparende Positionierung des Magneten auf der Rotorwelle ermöglicht.
Bewährt hat es sich zudem, wenn das Motorgehäuse derartig an den Stator angepasst ist, dass eine thermische Kontaktierung einer Innenwandung des Motorgehäuses und einer Außenwandung des Stators realisiert ist. Hierdurch wird sichergestellt, dass die im Inneren des Motors entstehende Abwärme über das Motorgehäuse effektiv abgeleitet werden kann. In diesem Zusammenhang hat es sich dann als vorteilhaft erwiesen, wenn das Motorgehäuse aus Metall gebildet ist, da hierdurch die Abwärme besonders gut abgeführt werden kann. Im Rahmen der Erfindung ist es für die Wärmeabfuhr auch vorteilhaft, wenn der Stator mit dem Motorgehäuse durch ein wärmeleitfähiges Material vergossen oder verspritzt ist.
Die Wärmeableitung kann zudem noch dadurch verbessert werden, dass dem Motorgehäuse außenumfangsseitig Kühlrippen zugeordnet sind, wobei es sich in diesem Zusammenhang dann auch bewährt hat, wenn das Verhältnis des Durchmessers des Motorgehäuses zu der Höhe der Kühlrippen vorzugsweise 2:1 oder größer, bevorzugt 4:1 oder größer und besonders bevorzugt 8:1 oder größer und weiter vorzugsweise 15:1 oder kleiner, bevorzugt 12:1 oder kleiner und besonders bevorzugt 10:1 oder kleiner ist. Hierdurch wird letztlich ein guter Kompromiss geschaffen zwischen einer kompakten Bauweise des Motors und einer ausreichenden Kühlung.
Als besonders günstig hat es sich dann aber auch erwiesen, wenn die Kühlrippen radial angeordnet sind und deren radial äußere Enden zu der Rotationsachse des Rotors einen konstanten Abstand aufweisen. Insbesondere hat dies bei der Montage des erfindungsgemäßen Elektromotors in einer Handwerkzeugmaschine den Vorteil, dass der Motor im Bereich der Kühlrippen einen im Wesentlichen gleichmäßigen Durchmesser aufweist.
Als vorteilhaft hat es sich auch erwiesen, wenn in dem Motorgehäuse eine Anlage ausgebildet ist, in der ein Wärmeleitring aufgenommen ist. Die Anlage ist dabei vorzugsweise in einer Ebene ausgebildet, die senkrecht zu der Rotationsachse steht. Durch den Wärmeleitring, der auch mehrfach, insbesondere auch axial gestaffelt vorgesehen sein kann, ist es dann stirnseitig möglich, die Abwärme des Stators abzuführen. In diesem Zusammenhang hat es sich dann auch bewährt, wenn der Wärmeleitring elastisch deformierbar ausgebildet ist. Hierdurch wird bei Einsetzen des Stators in das Motorgehäuse erreicht, dass der Wärmeleitring, der auch mehrfach, insbesondere auch axial gestaffelt, vorgesehen sein kann, komprimiert wird, wodurch die Anbindung an die Wicklung und damit die Wärmeabfuhr weiter begünstigt wird. Zudem wirkt sich dies auch positiv auf die axiale Vorspannung des Stators in dem Motorgehäuse aus, wenn der Elektromotor in der Handwerkzeugmaschine montiert wird. Zudem lässt sich hierdurch auch eventuell vorhandenes Axialspiel innerhalb des Motors reduzieren.
Um die bei der Verwendung des Elektromotors entstehende Abwärme besonders effektiv radial nach außen an das Motorgehäuse abzuführen, hat es sich auch als besonders günstig erwiesen, wenn auf der Rotorwelle innerhalb des Elektromotors ein Hilfslüfter angeordnet ist. Dieser Hilfslüfter befördert die Abwärme dann zumindest zum Teil radial nach außen, wo diese über das Motorgehäuse abgegeben wird und dann von einem Hauptlüfter aus der Handwerkzeugmaschine befördert werden kann. Der Hilfslüfter ist dabei innerhalb des Motorgehäuses angeordnet und somit vor Verunreinigungen besonders gut geschützt. Im Rahmen der Erfindung hat es sich dabei besonders bewährt, wenn der Hilfslüfterzwischen dem zweiten Lager und dem Rotorblechpaket angeordnet ist. Durch die Anordnung des Hilfslüfters im Bereich der Abschlusskappe wird die Wärmeabfuhr weiter begünstigt.
Im Rahmen der Erfindung ist es alternativ oder ergänzend vorgesehen, dass die Zusatzisolierung durch eine auf der Rotorwelle angeordnete Isolation realisiert ist. Diese kann beispielsweise durch eine Vergußmasse oder durch eine auf dem Außenumfang der Rotorwelle angeordneten Hülse erreicht werden. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist außerdem eine Handwerkzeugmaschine, insbesondere ein Schleifwerkzeug zur Bearbeitung von Werkstücken mit einem Gehäuse, in dem ein Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 19 aufgenommen ist. Im Folgenden wird die Erfindung an mehreren in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert; es zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht einer Handwerkzeugmaschine mit einem erfindungsgemäßen Elektromotor,
Fig. 2 eine teilgeschnittene, perspektivische Ansicht des Elektromotors, und
Fig. 3 eine Explosionsansicht des Elektromotors.
Figur 1 zeigt in einer Schnittansicht entlang eines Längsschnitts einen Elektromotor 1 einer kabelgebundenen Handwerkzeugmaschine 2, die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als ein Winkelschleifer 3 gebildet ist, der üblicherweise mit Spannungen zwischen 80 V und 280 V betrieben wird. Der Elektromotor 1 der Handwerkzeugmaschine 2 ist als EC-Motor gebildet und treibt ein Einsatzwerkzeug 4 an, das vorliegend als eine Schleifscheibe 5 gebildet ist. Der Elektromotor 1 umfasst einen Stator 6 und einen Rotor 7, der innerhalb des Stators 6 um eine Rotationsachse 8 drehbar gelagert ist. Der Stator 6 umfasst dabei mehrere Wicklungen 9, die über Leitungen mit Spannung versorgt werden. Die Wicklungen 9 sind dabei in einem Statorblechpaket 10 aufgenommen und gegenüber diesem elektrisch basisisoliert. Dies wird dadurch erreicht, dass die Luft- und Kriechstrecken eingehalten werden und dass die Wicklungen 9 von dem Statorblechpaket 10 durch ein elektrisch isolierendes Material abgetrennt sind. Der Rotor 7 umfasst dabei eine Rotorwelle 11 , auf der ein Rotorblechpaket 12 mit einer Mehrzahl von Permanentmagneten 13 gehalten ist. Durch eine geeignete Ansteuerung der Wicklungen 9 im Stator 6 wird ein Drehfeld im Stator 6 erzeugt, welches den Rotor 7 antreibt und es damit erlaubt, ein Einsatzwerkzeug 4 anzutreiben, das mit dem Rotor 7 verbunden ist. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Rotorblechpaket 12 durch ein Isoliermaterial 14 mit der Rotorwelle 11 vergossen und dadurch gegenüber dieser elektrisch isoliert. Um ein Eindringen von Verunreinigungen, wie elektrisch leitenden Stäuben oder Partikeln, in das Innere des Elektromotors 1 zu verhindern oder zumindest zu reduzieren, ist der Stator 6 von einem Motorgehäuse 15 umgeben. Hierbei ist das Motorgehäuse 15 gegenüber den Wicklungen 9 des Stators 6 elektrisch isoliert, um zu verhindern, dass das Motorgehäuse 15 unter Spannung steht. Wie insbesondere der Figur 2 zu entnehmen ist, wird dies bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel dadurch gelöst, dass zumindest der Außenumfang des Bereichs des Stators 6, der die Wicklungen 9 umfasst, ebenfalls von einem elektrisch isolierenden Isoliermaterial 14 umgeben ist. Um zwischen dem Stator 6 und dem Rotor 7 eine zweifache Isolierung zu realisieren, ist zwischen dem Motorgehäuse 15, das eine im Wesentlichen hohlzylindrische Form aufweist, und der Rotorwelle 11 eine elektrische Zusatzisolierung 16 ausgebildet. Diese Zusatzisolierung 16 ist dabei zweigeteilt und umfasst eine Lagersicherungshülse 17, die an der dem Einsatzwerkzeug 4 zuweisenden Ende des Motorgehäuses 15 angeordnet ist, und eine Abschlusskappe 18, die an dem dem Einsatzwerkzeug 4 wegweisenden Ende des Motorgehäuses 15 angeordnet ist. Neben der elektrischen Isolierung des Motorgehäuses 15 von dem Rotor 7 nehmen die Lagersicherungshülse 17 und die Abschlusskappe 18 auch gleichzeitig jeweils eine Lagerung für die Rotorwelle 11 auf. Hierzu weist die Lagersicherungshülse 17 einen ersten Lagersitz 19 für ein erstes Lager 20 der Rotorwelle 11 auf. Dieser erste Lagersitz 19 ist dabei durch einen innenumfangsseitig an der Lagersicherungshülse 17 ausgebildeten Radialsteg 21 axial begrenzt, wodurch die Montage erleichtert wird. In der Abschlusskappe 18 ist ein zweiter Lagersitz 22 ausgebildet, in dem ein zweites Lager 23 der Rotorwelle 11 aufgenommen ist. Um eine elektrische Isolierung zwischen der Rotorwelle 11 und dem Motorgehäuse 15 zu erreichen, ist die Abschlusskappe 18 und die Lagersicherungshülse 17 zumindest teilweise aus einem elektrisch isolierenden Material, wie Kunststoff gebildet. Somit sind die Wicklungen 9 des Stators 7 gegenüber der Rotorwelle 11 jeweils doppelt isoliert. Wie bereits beschrieben, sind die Wicklungen 9 und das Rotorblechpaket 12 gegeneinander isoliert, was durch die Basisisolierung der Wicklungen 9 gegenüber dem Statorblechpaket 10 erreicht wird. Zudem wird durch das nichtleitende Isoliermaterial 14 zwischen dem Rotorblechpaket 12 und der Rotorwelle 11 die zweite, auch als Zusatzisolierung bezeichnete, Isolierung bereitgestellt. Da die Wicklungen 9 innerhalb des Stators 7 ebenfalls durch das nichtleitende Isoliermaterial 14 vergossen sind, bildet dieses Isoliermaterial 14 die Basisisolierung zwischen dem Stator 7 und dem Motorgehäuse 15. Zwischen dem Motorgehäuse 15 und der Rotorwelle 11 sind dann die Lagersicherungshülse 17 und die Abschlusskappe 18 angeordnet, die die Zusatzisolierung 16 bilden und die Rotorwelle 11 elektrisch von dem Motorgehäuse 15 abtrennen. Der Figur 1 ist außerdem zu entnehmen, dass außerhalb des Motorgehäuses 15 auf der Rotorwelle 11 ein Hauptlüfter 31 angeordnet ist, der Kühlluft von einem in einem Maschinengehäuse 32 ausgebildeten Lufteinlass 33 anzieht, diese außen am Motorgehäuse 15 des Elektromotors 1 vorbeiführt und dann wieder aus einem Luftauslass 34 aus dem Maschinengehäuse 32 herausleitet.
Der in der Figur 2 dargestellten teilgeschnittenen Ansicht des Elektromotors 1 ist dabei insbesondere zu entnehmen, dass die Lagersicherungshülse 17 außenumfangsseitig einen Kragen 24 aufweist, die die axiale Lage der Lagersicherungshülse 17 in dem Motorgehäuse 15 begrenzt. Wie der Figur 2 außerdem entnommen werden kann, ist in der Abschlusskappe 18 ein Aufnahmeflansch 25 ausgebildet, in den zur Bestimmung der Drehlage der Rotorwelle 11 ein drehfest mit der Rotorwelle 11 verbundener Magnet 26, der Teil eines Lagesensors ist, eingesetzt ist. Mithilfe eines Reed-Sensors ist es damit möglich, die Drehstellung des Rotors 7 zu detektieren. Zudem wird durch die Ausgestaltung des Aufnahmeflansches 25 erreicht, dass elektrisch leitende Partikel und/oder Stäube nicht in das Innere des Elektromotors 1 gelangen können. In dem Motorgehäuse 15 ist außerdem eine Anlage 27 ausgebildet, an der ein Wärmeleitring 28 anliegt, der elastisch deformierbar ist. Dies hat insbesondere bei der Montage den Vorteil, dass die Stirnseite des Stators 6 den Wärmeleitring 28 leicht komprimieren kann und dadurch eventuell vorhandenes Axialspiel minimiert wird. Zur Reduzierung des Radialspiels ist das Motorgehäuse 15 an den Stator 6 angepasst, so dass insbesondere eine thermische Kontaktierung einer Innenwandung des Motorgehäuses 15 und einer Außenwandung des Stators 6 realisiert ist, wodurch die Abwärme des Elektromotors 1 über das Motorgehäuse 15 abgeführt werden kann. Der Figur 2 ist weiterhin auch zu entnehmen, dass die Abschlusskappe 18 und das Motorgehäuse 15 miteinander verschraubt sind, wobei die Verschraubung von der Abschlusskappe 18 her erfolgt. Da der Elektromotor 1 durch das Motorgehäuse 15 und die aus der Lagersicherungshülse 15 und der Abschlusskappe 18 gebildete Zusatzisolierung 16 gekapselt ist, wird die entstehende Abwärme im Wesentlichen ausschließlich über das Motorgehäuse 15 abgeführt, das aus diesem Grund aus Metall gebildet ist. Um die entstehende Abwärme innerhalb des Elektromotors 1 radial nach außen zu dem Motorgehäuse 15 zu führen, ist innerhalb des Motorgehäuses 15, und zwar zwischen dem zweiten Lager 23 und dem Rotorblechpaket 12, ein Hilfslüfter 30 angeordnet. Figur 3 zeigt in einer Explosionsdarstellung den Elektromotor 1. Hieraus wird ersichtlich, dass dem aus Metall gebildeten Motorgehäuse 15 außenumfangsseitig Kühlrippen 29 zugeordnet sind, um die Kühlleistung zu verbessern. Das Verhältnis des Durchmessers des Motorgehäuses 15 zu der Höhe der Kühlrippen 29 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel vorzugsweise 2:1 oder größer, bevorzugt 4:1 oder größer und besonders bevorzugt 8:1 oder größer und weiter vorzugsweise 15:1 oder kleiner, bevorzugt 12:1 oder kleiner und besonders bevorzugt 10:1 oder kleiner. Die Kühlrippen 29 sind dabei radial nach außen weisend an dem Motorgehäuse 15 angeordnet und die radial äußeren Enden der Kühlrippen 29 weisen zu der Rotationsachse 8 des Rotors 7 einen im Wesentlichen konstanten Abstand auf.
Bezugszeichenliste
1 Elektromotor
2 Handwerkzeugmaschine
3 Winkelschleifer
4 Einsatzwerkzeug
5 Schleifscheibe
6 Stator
7 Rotor
8 Rotationsachse
9 Wicklung
10 Statorblechpaket
11 Rotorwelle
12 Rotorblechpaket
13 Permanentmagnet
14 Isoliermaterial
15 Motorgehäuse
16 Zusatzisolierung
17 Lagersicherungshülse
18 Abschlusskappe
19 erster Lagersitz
20 erstes Lager
21 Radialsteg
22 zweiter Lagersitz
23 zweites Lager
24 Kragen
25 Aufnahmeflansch
26 Magnet
27 Anlage 28 Wärmeleitring
29 Kühlrippe
30 Hilfslüfter
31 Hauptlüfter 32 Maschinengehäuse
33 Lufteinlass
34 Luftauslass

Claims

Schutzansprüche:
1. Elektromotor (1 ) einer wechselspannungsbetriebenen
Handwerkzeugmaschine (2), mit einem Stator (6), der mehrere Wicklungen (9) aufweist, die in einem Statorblechpaket (10) aufgenommen und gegenüber diesem elektrisch basisisoliert sind, in dem ein Rotor (7) um eine Rotationsachse (8) drehbar gelagert ist, wobei der Rotor (7) eine Rotorwelle (11) aufweist, auf der ein Rotorblechpaket (12) mit einer Mehrzahl von Permanentmagneten (13) gehalten ist, das gegenüber der Rotorwelle (11 ) elektrisch isoliert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (6) von einem gegenüber den Wicklungen (9) des Stators (6) elektrisch isolierten Motorgehäuse (15) umgeben ist, und dass zwischen dem Motorgehäuse (15) und der Rotorwelle (11) eine elektrische Zusatzisolierung (16) ausgebildet ist.
2. Elektromotor (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Zusatzisolierung (16) eine elektrisch isolierende Lagersicherungshülse (17) umfasst, in der die Rotorwelle (11) aufgenommen ist.
3. Elektromotor (1 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagersicherungshülse (17) einen ersten Lagersitz (19) für ein erstes Lager (20) der Rotorwelle (11 ) aufweist.
4. Elektromotor (1 ) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagersicherungshülse (17) innenumfangsseitig einen Radialsteg (21) aufweist.
5. Elektromotor (1 ) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagersicherungshülse (17) außenumfangsseitig einen Kragen (24) aufweist.
6. Elektromotor (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzisolierung (16) eine Abschlusskappe (18) umfasst, die das Motorgehäuse (15) in axialer Richtung begrenzt.
7. Elektromotor (1 ) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschlusskappe (18) zumindest teilweise aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet ist.
8. Elektromotor (1 ) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschlusskappe (18) und das Motorgehäuse (15) miteinander verbunden, vorzugsweise lösbar miteinander verbunden sind.
9. Elektromotor (1 ) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abschlusskappe (18) ein zweiter Lagersitz (22) ausgebildet ist, in dem ein zweites Lager (23) der Rotorwelle (11 ) aufgenommen ist.
10. Elektromotor (1 ) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abschlusskappe (18) ein Aufnahmeflansch (25) ausgebildet ist, in dem zur Bestimmung der Drehlage der Rotorwelle (11) ein Teil eines Lagesensors aufgenommen ist.
11. Elektromotor (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Motorgehäuse (15) derartig an den Stator (6) angepasst ist, dass eine thermische Kontaktierung einer Innenwandung des Motorgehäuses (15) und einer Außenwandung des Stators (6) realisiert ist.
12. Elektromotor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Motorgehäuse (15) aus Metall gebildet ist.
13. Elektromotor (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass dem Motorgehäuse (15) außenumfangsseitig Kühlrippen (29) zugeordnet sind.
14. Elektromotor (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des Durchmessers des Motorgehäuses (15) zu der Höhe der Kühlrippen (29) vorzugsweise 2:1 oder größer, bevorzugt 4:1 oder größer und besonders bevorzugt 8:1 oder größer und weiter vorzugsweise 15:1 oder kleiner, bevorzugt 12:1 oder kleiner und besonders bevorzugt 10:1 oder kleiner ist.
15. Elektromotor (1) nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlrippen (29) radial angeordnet sind und deren radial äußere
Enden zu der Rotationsachse (8) des Rotors (7) einen konstanten Abstand aufweisen.
16. Elektromotor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Motorgehäuse (15) eine Anlage (27) ausgebildet ist, in der ein Wärmeleitring (28) aufgenommen ist.
17. Elektromotor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeleitring (28) elastisch deformierbar ist.
18. Elektromotor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Rotorwelle (11) innerhalb des Elektromotors (1) ein Hilfslüfter (30) angeordnet ist.
19. Elektromotor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzisolierung durch eine auf der Rotorwelle (11) angeordnete Isolation realisiert ist.
20. Handwerkzeugmaschine (2), insbesondere Schleifwerkzeug zur Bearbeitung von Werkstücken mit einem Gehäuse, in dem ein Elektromotor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 19 aufgenommen ist.
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