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Title:
INTERNAL ARMATURE MOTOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2005/112225
Kind Code:
A2
Abstract:
The invention relates to an internal armature motor, comprising a stator (10) and a rotor (40), mounted such as to rotate within the stator (10), whereby connector contacts are arranged on the stator (10), characterised by a contact support (20), for mounting the connector contacts (21), in which at least one bearing (30) for the rotor (40) is arranged.

Inventors:
Binder, Alfred (Narzissenweg 7, Bisingen, 72406, DE)
Application Number:
PCT/DE2005/000909
Publication Date:
November 24, 2005
Filing Date:
May 13, 2005
Export Citation:
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Assignee:
KRESS-ELEKTRIK GMBH & CO. ELEKTROMOTORENFABRIK (Hechinger-Strasse 48, Bisingen, 72406, DE)
Binder, Alfred (Narzissenweg 7, Bisingen, 72406, DE)
International Classes:
H02K1/17; H02K5/16; H02K5/173; H02K5/22; H02K29/08; (IPC1-7): H02K1/17
Attorney, Agent or Firm:
Jakelski, Joachim (Otte & Jakelski, Mollenbachstrasse 37, Leonberg, 71229, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Innenläufermotor mit einem Stator (10) und mit einem in dem Stator (10) drehbar gelagerten Rotor (40), wobei Anschlußkontakte an dem Stator (10) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß in einem die Anschlußkontakte (21) tragenden Kontaktträger (20) wenigstens ein Lager (30) des Rotors (40) angeordnet ist.
2. Innenläufermotor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Lager (30) in Axialrichtung des Rotors (10) auf der den Anschlußkontakten (21) abgewandten Seite des Kontaktträgers (20) angeordnet ist.
3. Innenläufermotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Lager (30) integraler Bestandteil des Kon¬ taktträgers (20) ist.
4. Innenläufermotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß das wenigstens eine Lager (30) in wenigstens einer La¬ geraufnahme (32) angeordnet ist.
5. Innenläufermotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lageraufnahme (32) durch Einspritzen in dem als Kunststoffteil aus¬ gebildeten Kontaktträger (20) befestigt ist.
6. Innenläufermotor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Kontaktträger (20) in Axialrich¬ tung zur Rotationsachse (49) des Innenläufermotors hin verjüngt.
7. Innenläufermotor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußkontakte (21) an dem Kontaktträger (20) angeformt sind.
8. Innenläufermotor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktträger (20) als Kunststoffteil einstückig mit einer isolierenden Ummantelung (25) des Stators (10) verbunden ist.
9. Innenläufermotor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem wenigstens einen Lager (30) und den Anschlußkontakten (21) in dem Kontaktträger (20) eine HallSensoren (54) tragende HallPlatine (52) justierbar befestigbar ist.
10. Innenläufermotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die HallPlatine (52) ein Verstellelement (53) zur Justage aufweist.
11. Innenläufermotor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstellelement ein Schlitz (53) für eine Schraubendreherklinge ist.
12. Innenläufermotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die HallPlatine (52) durch Schraubverbindungen (55) mittels Befesti gungsplättchen (56) lösbar befestigbar ist.
13. Innenläufermotor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß auf der dem Kontaktträger (20) abge¬ wandten Seite wenigstens ein weiteres Lager (82) an dem Stator (10) angeordnet ist.
14. Innenläufermotor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine weitere Lager (82) in einer den Stator (10) endseitig abschließenden Lageraufnahme (83) angeordnet ist.
15. Innenläufermotor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Lageraufnahme (83) ein Kunststoffspritzteil ist.
16. Innenläufermotor nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die Lageraufnahme (83) Anformungen (84) auf¬ weist, und daß ein an dem Stator (10) angeordneter, insbesondere als Wicklungsauflage dienender Kragen (28) an die Anformungen (84) an¬ gepaßte Ausnehmungen oder Öffnungen (29) aufweist.
17. Innenläufermotor nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Lageraufnahme (83) zusammen mit dem Rotor (40) in dem Stator (10) durch Eingriff der Anformungen (84) in die Ausnehmungen (29) befe¬ stigbar ist.
18. Innenläufermotor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß auf der dem Kontaktträger (20) abge¬ wandten Seite ein Lagerschild (60) angeordnet ist, in dem das wenig¬ stens eine weitere Lager (82) befestigt ist.
19. Innenläufermotor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18 dadurch gekennzeichnet, daß auf der dem Kontaktträger (20) abge¬ wandten Seite des Stators (10) ein Lüftermittel (64) angeordnet ist.
20. Innenläufermotor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (10) stirnseitige Belüf¬ tungsöffnungen (33) aufweist.
Description:
Innenläufermotor

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft einen Innenläufermotor mit einem Stator und mit einem in dem Stator drehbar gelagerten Rotor, wobei Anschlußkontakte an dem Stator angeordnet sind.

Derartige Innenläufermotoren kleiner Leistung werden in großer Zahl zum Beispiel in Haushaltsgeräten oder Handwerkzeugmaschinen oder auch als Stellmotoren, beispielsweise in Fahrzeugen, eingesetzt, die in bezug auf technische und wirtschaftliche Anforderungen möglichst optimal ausgelegt sein müssen. Wenn eine gute Steuerungsmöglichkeit der Drehzahl und des Drehmoments im Vordergrund steht, werden vorzugsweise Gleichstrommoto¬ ren eingesetzt. Abhängig von der Beschaffenheit der Gleichstrommotoren können gezielt Eigenschaften herausgebildet werden. So zeichnet sich bei¬ spielsweise ein Gleichstrom-Nebenschlußmotor durch eine geringe Abhän¬ gigkeit der Drehzahl von der Belastung aus. Die Erregung des Innenläufer- motors erfolgt dabei sowohl durch Permanentmagnete als auch durch Elek- tromagnete. Beim Einsatz von Elektromagneten entsteht ein Nebenschluß- motor, der mit gleichgerichtetem Wechselstrom betrieben werden kann, wo¬ bei die Eigenschaften des Gleichstrommotors erhalten bleiben.

Diese Motoren werden oft mit einer sehr hohen Drehzahl in der Größenord¬ nung von 20.000 U/min und mehr betrieben.

Ein gattungsgemäßer Innenläufermotor ist beispielsweise aus der DE 203 13 943 U1 bekannt. Dieser Elektromotor mit einem Rückschlußring weist einen sehr kompakten Aufbau auf. Insbesondere während des Betriebs mit sehr hohen Drehzahlen können bei einem solchen Elektromotor nicht unerhebliche Vibrationen entstehen, die die Funktion des Motors nachteilig beeinflussen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Innenläufermotor der eingangs beschriebenen Art dahingehend weiterzubilden, daß die vorer¬ wähnten Vibrationen während des Betriebs mit sehr hohen Drehzahlen mini¬ miert werden. Darüber hinaus soll der Elektromotor sehr kompakt bauen und so ausgebildet sein, daß er auf einfache Weise automatisch mit einem sehr hohen Füllfaktor bewickelbar ist.

Vorteile der Erfindung

Diese Aufgabe wird bei einem Innenläufermotor der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß durch einen Kontaktträger gelöst, an dem nicht nur die Anschlußkontakte, sondern in dem auch wenigstens ein Lager des Rotors angeordnet sind.

Grundidee der Erfindung ist es, bei einem sehr kompakt bauenden und ins¬ besondere leicht automatisch bewickelbaren Elektromotor das oder die Lager des Rotors möglichst rotornah anzuordnen. Dies wird bei der vorliegenden Erfindung dadurch erreicht, daß das wenigstens eine Lager des Rotors im Kontaktträger angeordnet ist. Auf diese Weise wird der Kontaktträger gleich¬ zeitig zur Aufnahme der Kontakte sowie zur Lagerung des Rotors verwendet. Hierdurch kann das Lager des Rotors nicht nur sehr nahe am Rotor angeord¬ net werden. Es entfallen auch zusätzliche Bauteile zur Lagerbefestigung oder Aufnahme des Lagers.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Innenläufermotors sind Gegenstand der auf Anspruch 1 rückbezogenen Un¬ teransprüche. So ist das wenigstens eine Lager des Rotors vorzugsweise in Achsrichtung auf der den Anschlußkontakten abgewandten Seite so nah wie technisch möglich am Rotor angeordnet. Durch diese rotornahe Anordnung des wenigstens einen Lagers wird die Vibrationsneigung des Innenläufermo¬ tors während des Betriebs mit hohen Drehzahlen erheblich reduziert.

Bei einer Ausführungsform ist vorgesehen, das Lager als integralen Be¬ standteil des Kontaktträgers auszubilden.

Die Anordnung als integraler Bestandteil des Kontaktträgers kann rein prinzi¬ piell auf die unterschiedlichste Art und Weise erfolgen. Bevorzugt wird das wenigstens eine Lager in einer Lageraufnahme angeordnet, die vorzugsweise durch Einspritzen in dem als Kunststoffteil ausgebildeten Kontaktträger befe¬ stigt ist.

Eine im Hinblick auf die automatische Bewicklung des Rotors wie auch im Hinblick auf unterschiedlichste Einbausituationen des Innenläufermotors be¬ sonders vorteilhafte Ausführungsform sieht eine Verjüngung des Kontaktträ¬ gers in Axialrichtung zur Rotationsachse des Innenläufermotors hin vor. Durch diese Verjüngung und damit die Anordnung der Kontaktelemente nä¬ her an der Rotorachse wird nicht nur eine einfache Bewicklung mit einem ho¬ hen Füllfaktor erreicht, sondern der Motor nimmt im später fertig montierten Zustand durch die achsnahe Anordnung der Kontaktelemente nur einen klei¬ nen Bauraum ein und ist damit in unterschiedlichsten Anwendungsgebieten sehr vorteilhaft einsetzbar. Bevorzugt sind die Anschlußkontakte an dem Kontaktträger angeformt, also einstückig mit diesem ausgebildet.

Der Stator ist mit einer isolierenden Kunststoffschicht ummantelt. Der als Kunststoffteil ausgebildete Kontaktträger ist vorzugsweise einstückig mit die¬ ser Ummantelung verbunden.

Zur Lageerkennung, zur Drehzahlregelung und zur elektronischen Kommutie¬ rungssteuerung ist bei einer vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen, daß zwischen dem wenigstens einen Lager und den Anschlußkontakten in dem Kontaktträger eine Hall-Sensoren tragende Hall-Platine justierbar befestigbar ist.

Die Justierung dieser Hall-Platine erfolgt im fertig montierten Zustand des Innenläufermotors. Hierzu weist die Hall-Platine ein Verstellelement zur Ju- stage auf, das bevorzugt durch einen Schlitz für eine Schraubendreherklinge ausgebildet ist. Nach der erfolgten Justage ist die Hall-Platine beispielsweise durch Schraubverbindungen befestigbar.

Bei einer sehr vorteilhaften Ausführungsform ist ferner vorgesehen, daß auf der dem Kontaktträger abgewandten Seite wenigstens ein weiteres Lager in einer den Stator endseitig abschließenden Lageraufnahme angeordnet ist. Auch dieses wenigstens eine weitere Lager ist so rotornah angeordnet, wie dies technisch realisierbar ist.

Die Lageraufnahme kann beispielsweise ein Kunststoffteil sein.

Die Montage des wenigstens einen weiteren Lagers kann dabei zusammen mit der Montage des Rotors in dem Stator erfolgen. Hierzu kann die Lager¬ aufnahme beispielsweise Anformungen aufweisen, die in zu diesen komple¬ mentär ausgebildeten Ausnehmungen in einem, insbesondere als Wicklungs- aufläge bzw. -begrenzung dienenden rückseitig über den Stator vorspringen¬ den Kragen eingreifen.

Bei einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, das wenigstens eine La¬ ger in einem Lagerschild anzuordnen.

Zur Kühlung des Innenläufermotors ist bevorzugt auf der dem Kontaktträger abgewandten Seite des Stators ein Lüftermittel angeordnet. Dieses Lüfter¬ mittel kann beispielsweise in dem Lagerschild befestigt sein.

Zur Abfuhr des von dem Lüftermittel erzeugten Kühlluftstromes und zur opti¬ malen Wärmeabfuhr des insbesondere bei hohen Drehzahlen betriebenen Innenläufermotors weist der Stator stirnseitige Belüftungsöffnungen auf.

Weitere Vorteile und Merkmale sind Gegenstand der nachfolgenden Be¬ schreibung sowie der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen eines von der Erfindung Gebrauch machenden Innenläufermotors.

Zeichnung

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Stators eines von der Erfindung Gebrauch machenden Innenläufermotors; Fig. 2 eine Seitenansicht des in Fig. 1 dargestellten Stators; Fig. 3 eine entlang der Linie Ill-Ill in Fig. 1 geschnittene Darstellung des Stators; Fig. 4 eine Vorderansicht des Stators; Fig. 5 eine Hinteransicht des Stators; Fig. 6 eine Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfin¬ dungsgemäßen Innenläufermotors; Fig. 7 eine Hinteransicht des in Fig. 6 dargestellten Innenläufermotors; Fig. 8 eine entlang der Linie VIII-VIII in Fig. 6 geschnittene Schnittdarstel¬ lung des in Fig. 6 dargestellten Innenläufermotor; Fig. 9 eine Darstellung des in Fig. 6 bis 8 dargestellten Innenläufermotors mit aus dem Stator herausgenommenem Rotor; Fig.10 eine Vorderansicht des Innenläufermotors mit justierter und montierter Hall-Platine; Fig.11 eine perspektivische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Innenläufermotors gemäß vorliegender Erfindung und Fig.12 eine Schnittdarstellung des in Fig. 11 dargestellten Innenläufermotors.

Beschreibung der Ausführunqsbeispiele

Ein Stator 10 eines Innenläufermotors mit einem Rückschlußring 11, darge¬ stellt in den Fig. 1 bis Fig. 9, weist an seiner einen Frontseite einen Kontakt¬ träger 20 auf, an dem Kontakte 21 zur Kontaktierung von um Pole 12 gewik- kelten Spulen 13 vorgesehen sind. Die Pole 12 sind zu Isolationszwecken mit einem Kunststoff ummantelt. Der ebenfalls als Kunststoffteil ausgebildete Kontaktträger 20 und diese Ummantelung 25 sind einstückig ausgebildet. Der Kontaktträger 20 und die Ummantelung 25 sind beispielsweise ein Kunst¬ stoff spritzteil, an dem Anformungen 22 für die Kontakte 21 vorgesehen sind.

In dem Kontaktträger 20 ist ein Lager 30 auf der den Kontakten 21 abge¬ wandten Seite des Kontaktträgers 20 in unmittelbarer Nähe eines Rotors (siehe Fig. 8 und Fig. 12) angeordnet. Das Lager 30 ist in einer La¬ geraufnahme 32 angeordnet, die Teil des Kontaktträgers 20 ist oder in die¬ sem beispielsweise durch Einspritzen befestigt ist. Der Stator 10 weist eine Mehrzahl von stirnseitigen Belüftungsöffnungen 33 auf, die der Luftzu- und/oder -abfuhr dienen.

In dem Kontaktträger 20 ist ein Hohlraum 27 vorgesehen (Fig. 3), in dem im fertig montierten Zustand des Innenläufermotors ein Sensormagnet 50 (siehe Fig. 8 und Fig. 12) angeordnet ist. Der Sensormagnet 50 ist genauso wie auch ein im Stator 10 angeordneter Rotor 40 mit einer Welle 51 drehfest ver¬ bunden. Dem während des Betriebs des Innenläufermotors rotierenden Sen¬ sormagneten 50 drehfest gegenüberliegend angeordnet ist eine Hall-Platine 52, die Hall-Sensoren 54 trägt. Die Hall-Platine 52 weist einen im wesentli¬ chen zentral angeordneten Schlitz 53 auf, der dem Eingriff einer Schrauben¬ dreherklinge zur Justierung der Hall-Platine 52 dient. Die Hall-Platine 52 ist an dem Stator 10 durch Schraubverbindungen 55 mittels Halteplättchen 56 befestigt und wird in ihrer justierten Position durch Festziehen der Schraub¬ verbindungen 55 gehalten. Während der Justierung werden die Schraubver¬ bindungen 55 etwas gelöst, so daß sich die Hall-Platine 52 bewegen läßt. Der zentral angeordnete Schlitz 53 und die Befestigung durch Schraubverbindun¬ gen 55 und Halteplättchen 56 ermöglichen eine sehr einfache Justierung der Hall-Platine 52 und der auf ihr angeordneten Hall-Sensoren 54.

Der Rotor 40 selbst weist ein Blechpaket 41 auf, in dem Magnete 44, die sich - wie in Fig. 8 und Fig. 12 dargestellt - axial erstrecken, angeordnet sind. Wie insbesondere aus Fig. 3, Fig. 8 und Fig. 12 hervorgeht, ist das Lager 30, bei¬ spielsweise ein Kugellager, außerordentlich rotornah angeordnet, das heißt so nahe am Rotor 40, wie dies technisch realisierbar ist.

Auf seiner dem Kontaktträger 20 abgewandten Seite weist der Stator 10 ei¬ nen axial vorspringenden Kragen 28 auf, der insbesondere als Wicklungs¬ auflage bzw. -begrenzung für die Wicklungen 13 dient.

Auf dieser dem Kontaktträger 20 abgewandten Seite ist ein weiteres Lager 82 vorgesehen, das ebenfalls rotornah in einer Lageraufnahme 83 befestigt ist. Die Lageraufnahme 83 weist beispielsweise eine scheibenförmige Gestalt auf und ist, wie insbesondere aus Fig. 8 und Fig. 9 hervorgeht, in dem Kragen 28 des Stators 10 angeordnet. Auf diese Weise wird der Kragen 28 nicht nur als Wicklungsauflage bzw. -begrenzung für die Wicklung(en) 13 verwendet, son¬ dern gleichzeitig auch als Aufnahme für das Lager 82. Die Montage kann da¬ bei so erfolgen, daß der Rotor 40 zusammen mit der Welle 52, mit der schei- benförmigen Lageraufnahme 83 und dem in ihr montierten Lager 82 in dem Stator 10 befestigt wird. Hierzu sind an der Lageraufnahme 83 Anformungen 84 vorgesehen sind, die in zu diesen komplementär angeordnete Öffnungen 29 des Kragens 28 eingreifen und so eine drehfeste Befestigung der Lager¬ aufnahme 83 in dem Stator 10 ermöglichen (Fig. 9). Das Lager 82 ist hierbei sehr rotornah, das heißt so nahe am Rotor 40 angeordnet, wie dies technisch möglich ist. In Verbindung mit dem im Kontaktträger 20 angeordneten Lager 30, das ebenfalls sehr rotornah angeordnet ist, wird auf diese Weise eine sehr vibrationsarme Lagerung des Rotors 40 in dem Stator 10 auch während des Betriebs des Elektromotors mit sehr hohen Drehzahlen erreicht.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel, dargestellt in Fig. 11 und 12, sind diejenigen Elemente, die mit denen des vorstehend beschriebenen identisch sind, mit denselben Bezugszeichen versehen, so daß bezüglich deren Be¬ schreibung auf die Ausführungen zum vorstehend beschriebenen Ausfüh¬ rungsbeispiel vollinhaltlich Bezug genommen wird.

Im Unterschied zu dem vorstehenden Ausführungsbeispiel ist bei dem in Fig. 11 und 12 dargestellten Ausführungsbeispiel das weitere Lager 82 in einer Lageraufnahme 87 angeordnet, die ihrerseits in einem Lagerschild 60 befe¬ stigt oder Teil desselben ist. Das Lagerschild 60 ist in einem Mantel 90 des Innenläufermotors befestigt. In dem A-seitigen Lagerschild 60 ist ein Lüfter¬ mittel, in Form eines Turbinenlüfters 64 angeordnet, der Luft vom Äußeren des Innenläufermotors über Öffnungen 63,.69 im Lagerschild 60 ansaugt und über den Stator 20 und den Rotor 40 leitet, bis die Luft aus den stirnseitigen Belüftungsöffnungen 33 wieder austritt.

Die Wicklungen 13 des Stators 10 sind mit sehr dickem Wicklungsdraht aus¬ geführt.

Derartige Innenläufermotoren werden sehr oft bei sehr hohen Drehzahlen im Bereich von 20.000 U/min und mehr betrieben. In diesem Drehzahlbereich können unerwünschte Vibrationen, Unwuchten und dergleichen entstehen. Durch die rotornahe Anordnung des Lagers 30 in dem Kontaktträger 20 sowie des weiteren Lagers 82 in der Lageraufnahme 87 und insbesondere in der Lageraufnahme 83 werden derartige Vibrationen und störenden Effekte in erheblichem Umfang auch bei großen Drehzahlen reduziert.

Der Kontaktträger 20 verjüngt sich in Axialrichtung, d.h. in Richtung der Rota¬ tionsachse 49 des Innenläufermotors. Das hat zur Folge, daß die Kontakte 21 achsnah angeordnet sind. Dies ermöglicht nicht nur eine besonders optimale Bewicklung des Stators 10, sondern erlaubt auch den Einbau des Innenläu¬ fermotors bei beengtem Bauraum.