Elektromotor
Die Erfindung betrifft einen Elektromotor mit einem Gehäuse, in dem ein koaxial zu einer Motorwelle angeordneter Stator und ein Rotor angeordnet sind, und mit einem an einer Umfangswandung des Gehäuses angeordneten Klemmenkas- ten, in dem elektronische Bauteile angeordnet sind.
Aus der DE 10 2004 033 745 B4 ist ein Elektromotor mit einem Gehäuse und mit einem an einer Umfangswandlung des Gehäuses angeordneten Klemmenkasten bekannt, indem elektri- sehe Bauelemente angeordnet sind. Damit die Wärme der in dem Klemmenkasten angeordneten elektrischen Bauteile an die Umgebung abführbar ist, ist ein dem Gehäuse zugewandtes Unterteil des Klemmenkastens wärmeleitend ausgebildet. Nachteilig an dem bekannten Elektromotor ist, dass die Ab- fuhr von in dem Klemmenkasten durch die leistungselektronischen Bauteile erzeugte Härme relativ träge ist, da die Bauteile nicht direkt vom Luftstrom gekühlt werden.
Aus der DE 10 2004 031 399 AI ist ein Elektromotor mit ei- nem Gehäuse bekannt, in dem neben einer Motorwelle, einem Stator und einem Rotor auch elektrische Bauteile für einen Frequenzumrichter im topfförmig ausgebildeten B-seitigen Lagerschild integriert angeordnet sind. Damit diese elektrischen Bauteile zusätzlich gekühlt werden können, ist ein
Hilfslüfter angeordnet, der sich koaxial zu der Motorwelle zwischen dem Stator und Rotor auf der einen Seite und den elektrischen Bauteilen auf der anderen Seite befindet.
Hierdurch wird eine zusatzliche Kühlung von innerhalb des Motorgehäuses angeordneten elektrischen Bauteilen ermöglicht.
Aus der DE 103 39 585 AI ist ein Elektromotor mit einem Gehäuse bekannt, in dem ein Stator, ein Rotor und eine Mo- torwelle angeordnet sind. Umfangsseitig des Gehäuses ist ein Klemmenkasten mit demselben verbunden, in dem elektrische Bauteile für einen Frequenzumrichter angeordnet sind. Zur Wänneabfuhr der im Klemmenkasten angeordneten elektrischen Bauteile sind umfangseitig des Gehäuses in einem Be- reich zwischen dem Gehäuse und dem Klemmenkasten Luftleitelemente angeordnet, so dass ein von einem Lüfter erzeugter Luftstrom Uber Kühlrippen des Gehäuses an den Luftleitelementen umgelenkt und an die Kühlrippen des Klemmenkastens weitergeleitet werden. Nachteilig an dem bekannten Elektromotor ist, dass die Wärmeabfuhr der in dem Klemmenkasten angeordneten elektrischen Bauteile lediglich durch Kühlung des Klemmenkastengehäuses erfolgt und nicht durch Kühlung der Bauteile selbst. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Elektromotor mit einem Gehäuse und einem umfangseitig an dem Gehäuse angeordneten Klemmenkasten, in dem sich elektrische Bauteile befinden, derart weiterzubilden, dass eine verbesserte Wärmeabfuhr der in dem Klemmenkasten des Motors angeordneten elektrischen Bauteile gewährleistet ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass zum einen zwischen dem Klemmenkasten und dem Gehäuse mindestens ein Durchbruch und zum anderen in dem Gehäuse ein fest mit der Motorwelle verbundenes Hilfslüfterrad vorgesehen sind, derart, dass im Betrieb des Elektromotors ein Luftstrom von einem Innenraum des Gehäuses in einen Innenraum des Klemmenkastens und/oder umgekehrt strömbar ist.
Nach der Erfindung ist zwischen einem elektrische Bauteile aufnehmenden Klemmenkasten und einem Gehäuse des Elektromotors mindestens ein Durchbruch vorgesehen, durch den ein mittels eines in dem Gehäuse des Elektromotors angeordneten Hilfslüfters erzeugter Luftstrom in den Klemmenkasten hinein bzw. wieder herausströmbar ist. Vorteilhaft wird die von den elektrischen Bauteilen des Klemmenkastens erzeugte Wärme direkt durch einen Luftstrom abgeführt, der in einen Innenraum des Klemmenkastens einströmt, die elektrischen Bauteile umströmt und dann wieder in das Gehäuse abfließt. Durch die unmittelbare Umströmung der elektrischen Bauteile kann relativ schnell und wirkungsvoll die ärme aus dem Klemmenkasten abgeführt werden. Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Hilfslüfterrad zur Erzeugung des die elektrischen Bauteile im Klemmenkasten kühlenden Luftstroms in einer gemeinsamen radialen Ebene zu dem Durchbruch angeordnet. Das Hilfslüfterrad ist somit auf den Durchbruch ausgerichtet, so dass ein radialer Luftstrom erzeugbar ist, der im Wesentlichen zur Kühlung der im Klemmenkasten befindlichen elektrischen Bauteile dient.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist zwischen dem Hilfslüfterrad und einer B-lagerschildseitigen Stirnseite des Gehäuses eine Platine angeordnet, die zusätzlich als Führungsflache für den Luftstrom dient. Auf diese Weise kann der Luftstrom zielgerichtet in den Innenraum des Klemmenkastens geleitet bzw. aus demselben herausgeführt werden . Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist der Durchbruch eine erste Durchbruchöffnung für die Durchströmung des Luftstroms von dem Gehäuse in den Klemmenkasten und eine zweite Durchbruchöffnung für die Durchströmung des Luftstroms von dem Klemmenkasten in das Gehäuse auf. in- folge des zu den Durchbruchöffnungen radial versetzten und umlaufenden Hilfslüfterrades stellt sich an der ersten Durchbruchöffnung ein erhöhter Druck und an der zweiten Durchbruchöffnung ein relativ niedriger Druck ein. Aufgrund dieses Druckunterschiedes wird eine stetige Belüf- tung des Innenraums des Klemmenkastens bewirkt.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind die erste Durchbruchöffnung und die zweite Durchbruchöffnung des Durchbruchs in derselben Radialebene angeordnet, in der sich auch das Hilfslüfterrad bzw. die Trennscheibe befindet. In einem Verbindungsbereich zwischen dem Klemmenkasten und dem Gehäuse erfolgt somit eine radiale Luftströmung von dem Gehäuse in den Klemmenkasten und von dem Klemmenkasten in das Gehäuse.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist die Trennscheibe jeweils einer Durchbruchöffnung zugeordnete Nasen
auf, die in die jeweiligen Durchbruchöffnungen hineinreichen. Vorteilhaft kann somit eine verbesserte Führung des Luftstromes von dem Gehäuse in den Klemmenkasten und umgekehrt erzielt werden.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die Trennscheibe als eine Leiterscheibe (Platine) ausgebildet, auf deren ersten Flachseite und/oder zweiten Flachseite elektrische Bauelemente elektrisch kontaktiert angeordnet sind. Vörteilhaft kann der durch das Hilfslüfterrad erzeugte Luftstrom nicht nur Bauelemente in dem Klemmenkasten, sondern auch in einer radialen Ebene angeordnete Bauelemente innerhalb des Gehäuses kühlen. Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist das Hilfslüfterrad zur Bildung von Lüfterschaufeln auf einer Flachseite eine Mehrzahl von gradlinigen Radialstegen auf, die zur Drehzahlerfassung des Elektromotors mit einem optischen Sensor zusammenwirken. Die im Vergleich zur Flachseite an- dersfarbigen Radialstegen können beispielsweise mit einer Lichtschranke zusammenwirken. Vorteilhaft kann somit platzsparend eine Messeinrichtung zur Bestimmung der Drehzahl in dem Gehäuse integriert werden. Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist das Gehäuse ein B-Lagerschild auf, in dem ein mit der Motorwelle verbundenes Hauptlüfterrad angeordnet ist. Vorteilhaft kann hierdurch eine EigenbelUftung des Elektromotors erzielt werden. Der vor dem Hauptlüfterrad erzeugte Luftstrom strömt im Wesentlichen in axialer Richtung und dient ausschließlich zur Kühlung von Bauteilen innerhalb des Gehäuses.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen: Figur 1 eine perspektivische Darstellung eines Elektromotors mit einem Gehäuse und einem obenseitig aufgebrachten Klemmenkasten,
Figur 2 eine perspektivische Darstellung des Elektromo- tors von schräg oben gesehen ohne ein B-
Lagerschild und mit gestrichelter Darstellung des Klemmenkastens,
Figur 3 einen Vertikalschnitt durch den Elektromotor
entlang der Schnittlinie III - III in Figur 2 und
Figur 4 eine perspektivische Darstellung von für die Belüftung des nKlemmenkastens vorgesehenen Bautei- len .
Ein Elektromotor 1 kann beispielsweise als ein Synchronmo tor ausgebildet sein und besteht aus einem Gehäuse 2 und einem obenseitig an einer Umfangswandung des Gehäuses 2 kraft- oder stoffschlüssig befestigten Klemmenkasten 3.
Der Klemmenkasten 3 weist eine topfförmige Wandungskontur 4 auf, innerhalb derer eine parallel zu einer Motorwelle 5 verlaufende Leiterplatte 6 verläuft, die mit elektronischen Bauteilen 7 bestückt ist. Die auf der Leiterplatte 6 angeordneten elektrischen Bauteile 7 können eine Netzein- gangsspannungsschaltungsanordnung und/oder einen Gleichrichter bilden.
Das Gehäuse 2 des Elektromotors 1 weist ein A-Lagerschild 8, ein Gehäusemittelteil 9, ein B-Lagerschild 10 sowie eine Lüfterhaube 11 auf, die in axialer Richtung hintereinander und koaxial zueinander angeordnet sind. Innerhalb des so gebildeten Gehäuses 2 ist die Motorwelle 5, im Bereich des Gehäusemittelteils 9 ein Stator und ein Rotor, im Bereich der Lüfterhaube 11 ein Hauptlüfterrad 13 sowie im Bereich des B-Lagerschildes 10 ein Hilfslüfterrad 14 sowie eine Trennscheibe 15 angeordnet.
Das Hilfslüfterrad 14 ist drehfest mit der Motorwelle 5 verbunden und dient zur Erzeugung eines Luftstroms L, der Uber einen Durchbruch 16 von einem Innenraum des Gehäuses 2 in einen Innenraum des Klemmenkastens 3 und von demselben zurück in den Innenraum des Gehäuses 2 geführt wird, damit die in dem Klemmenkasten 3 durch die elektrischen Bauteile 7 erzeugte Verlustwärme nach außen Uber das Gehäuse 2 an die Umgebung abgeführt wird. Auf diese Heise lassen sich Wärmestaus in dem Klemmenkasten 3 vermeiden, die sich ungünstig auf die Lebensdauer der elektronischen Bauteile 7 auswirken würden.
Wie besser aus den Figuren 3 und 4 zu ersehen ist, besteht der Durchbruch 16 aus einer ersten Durchbruchöffnung 16'
und einer zweiten Durchbruchöffnung 16' ' , die in einer gemeinsamen Radialebene angeordnet sind» Durch Drehung des Hilfslüfterrades 14 in Pfeilrichtung 17 wird eine erhöhter Druck im Bereich der ersten Durchbruchöffnung 16' und ein verringerter Druck im Bereich der zweiten Durchbruchöff- nung 16" erzeugt, so dass ein Teil des Luftstroms L in Pfeilrichtung 18 in den Innenraum des Klemmenkastens 3 und ein Teil des Luftstroms L in Pfeilrichtung 19 aus dem Innenraum des Klemmenkastens 3 in das Gehäuse 2 geleitet wird. Es findet innerhalb des Klemmenkastens 3 eine unmittelbare Umströmung der elektrischen Bauteile 7 statt, was die Effektivität der Härmeabfuhr erhöht.
Die ortsfest an dem B-Lagerschild 10 angeordnete Trenn- Scheibe 15 ist kreisringförmig ausgebildet und erstreckt sich quer zur Motorwelle 5, wobei ein Außendurchmesser der Trennscheibe 15 etwas kleiner ist als ein Innendurchmesser des B-LagerSchildes 10. Es tritt somit fast eine vollständige räumliche Trennung zu einer Stirnseite des B- Lagerschildes 10 ein, an dem sich in axialer Richtung die Lüfterhaube 11 anschließt. Die Trennscheibe 15 begrenzt einen Schacht und/oder eine Radialebene, in der sich das HilfslUfterrad 14 und der Durchbruch 16 mit seinen beiden in derselben Radialebene verlaufenden ersten Durchbruchs- Öffnung 16' und der zweiten Durchbruchöffnung 16' ' erstrecken.
Die Trennscheibe 15 weist auf einer dem Durchbruch 16 zugewandten Seite eine erste Nase 20 und eine zweite Nase 21 auf, wobei die erste Nase 20 in die erste Durchbruchöff- nung 16' und die zweite Nase 21 in die zweite Durchbruch- Öffnung 16" hineinragt. Im vorliegenden AusfOhrungsbei-
spiel ragen die erste Nase 20 und die zweite Nase 21 der Trennscheibe 15 über die Durchbruchöffnung des Gehäuses 2 und des Xlemmenkastens 3 bis in eine erste Durchbruchöff- nung 6' bzw. eine zweite Durchbruchöffnung 6' ' der Leiter- platte 6 hinein. Vorteilhaft wird hierdurch eine fast laminare Strömung entlang der Pfeile 18, 19 bewirkt.
Die Trennscheibe 15 ist als eine LeiterScheibe mit zwei Flachseiten ausgebildet, wobei auf einer den Hilfslüfter- rad 14 zugewandten Flachseite eine Anzahl von elektrischen Bauteilen 22 angeordnet sind. Diese Bauteile 22 können beispielsweise einen Zwischenkreis sowie einen Wechselrichter bilden zur Ansteuerung des Elektromotors 1. Vorteilhaft können diese innerhalb des Gehäuses 2 angeordneten elektrischen Bauteile 22 auch durch den Luftstrom L belüftet werden.
Das Hilfslüfterrad 14 weist als Lüfterschaufeln eine Anzahl von gradlinigen Radialstegen 23 auf, die zum einen zur Erzeugung des Luftstroms L und zum anderen in Verbindung mit einem nicht dargestellten optischen Sensor zur Drehzahlerfassung des Elektromotors 1 dienen. Der optische Sensor ist axial zu den Radialstegen 23 angeordnet und ausgerichtet, wobei im Vergleich zum Hintergrund kontrast- reich angeordneten Radialstege 23 drehzahlabhängig von dem optischen Sensor erfasst werden.
Nach einer nicht dargestellten alternativen Ausführungs- form der Erfindung können auch mehr als zwei Durchbruch- Öffnungen 16', 16" vorgesehen sein. Die Radialebene, in der sich der Durchbruch 16 befindet, ist vorzugsweise als ein Schacht ausgebildet, der in axialer Richtung durch die
Trennscheiben 15 auf der einen Seite und durch den Stator und den Rotor auf der anderen Seite begrenzt ist.
Nach einer nicht dargestellten alternativen Ausführungs- form der Erfindung kann die Trennscheibe 15 auch drehfest mit der Motorwelle 12 verbunden sein. In diesem Fall ragen keine Nasen 20, 21 in Durchbruchöffnungen 16', 16" des Gehäuses 2 bzw. des Klemmenkastens 3 ein.