DE102008048199A1

DE102008048199A1 - Gehäuselose elektrische Maschine

Info

Publication number: DE102008048199A1
Application number: DE102008048199A
Authority: DE
Inventors: Ullrich Kreiensen
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: MinebeaMitsumi Inc
Priority date: 2008-09-20
Filing date: 2008-09-20
Publication date: 2010-04-01
Anticipated expiration: 2028-09-21
Also published as: JP5430287B2; JP2010075040A; DE102008048199B4

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine gehäuselose elektrische Maschine, insbesondere einen bürstenlosen Elektromotor (1), mit einem Stator (2) und einem relativ drehbaren Rotor (4) und mit zwei Flanschen (1, 12), die an jeweils einem Stirnende des Stators (2) angeordnet sind und die durch Flanschverbinder (14) miteinander verbunden sind. Die Flanschverbinder (14) an dem erfindungsgemäßen Motor (1) sind flach ausgebildet und liegen am Außenumfang des Stators (2) an. Der Umfang des Motors (1) wird dadurch nur geringfügig vergrößert, so dass der Motor (1) trotzdem kompakt und platzsparend ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine gehäuselose elektrische Maschine mit einem Stator und einem relativ dazu drehbaren Rotor und mit zwei Flanschen, die an jeweils einem Stirnende des Stators angeordnet sind und die durch Flanschverbinder miteinander verbunden sind.
Eine solche elektrische Maschine kann beispielsweise ein bürstenloser Gleichstrommotor als Innenläufer sein, bei dem der Stator aus mehreren Blechen gestapelt ist. Da der Stator nach Außen vollständig geschlossen ist, kann er direkt Funktionen eines Gehäuses übernehmen. Statt eines Gehäuses kann an jedem Stirnende des Stators ein Flansch angeordnet sein, in dem beispielsweise ein Lager für die Rotor-Welle, elektrische Kontakte für die Statorwicklungen, Lagesensoren und/oder weitere Funktionselemente untergebracht sein können.
Damit die Flansche mit dem Stator eine Motoreinheit bilden, müssen die Flansche jeweils am Stator oder untereinander befestigt sein. Es ist beispielsweise bekannt, dass im Stator Gewindelöcher angeordnet sind, um die Flansche mit Schrauben direkt an dem Statur zu befestigen. Durch die Gewindelöcher und die darin eingeschraubten Schrauben ist jedoch kein magnetischer Fluss möglich, so dass in den umliegenden Bereichen das Statormaterial früher in Sättigung geht. Dadurch wird auch der elektrische Wirkungsgrad reduziert. Dieser Effekt könnte durch sehr eng am Gewinde anliegende, ferromagnetische Schrauben reduziert werden, jedoch sind solche Schrauben mit den notwendigen geringen Toleranzen nicht wirtschaftlich herstellbar.
Eine andere bekannte Lösung sieht vor, die beiden Flansche durch Flanschverbinder miteinander zu verbinden. Dazu sind beispielsweise in einem Flansch Gewindelöcher angeordnet, in die die Flanschverbinder einschraubbar sind. Dabei wird der Statur zwischen den Flanschen lediglich eingeklemmt und nicht unmittelbar mit den Flanschen verbunden. Die Flanschverbinder können beispielsweise durch Durchgangsbohrungen im Statur geführt werden, wobei die oben beschriebene Problematik des Magnetflusses ebenfalls auftritt.
Die Flansche können auch außerhalb des Stators mit den Flanschverbindern verschraubt werden. Dadurch geht zwar im Statur kein Material verloren, die Schrauben, insbesondere deren Schraubenköpfe, stehen jedoch sehr weit vom Statur ab, so dass der fertige Motor dadurch einen nicht unwesentlich vergrößerten Umfang aufweist.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine gehäuselose elektrische Maschine der vorgenannten Art zu schaffen, die geringe Abmessungen und einen hohen elektrischen Wirkungsgrad vereint.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Flanschverbinder flach ausgebildet sind und am Außenumfang des Stators anliegen.
Dadurch dass die Flanschverbinder am Außenumfang des Stators anliegen oder geführt sind, steht der volle Statorquerschnitt für den magnetischen Fluss zur Verfügung. Somit bestehen keine Engstellen, an denen das Statormaterial vorzeitig in Sättigung geht.
Die flachen Flanschverbinder stehen nur geringfügig über den Umfang des Stators hervor, weshalb der Durchmesser der elektrischen Maschine nur geringfügig vergrößert wird. Eine Anwendung ist daher auch bei geringem Platzangebot möglich.
Die flachen Flanschverbinder weisen bevorzugt einen rechteckigen Querschnitt auf. Dabei ist die Dicke des Flanschverbinders im Verhältnis zum Statordurchmesser vorzugsweise sehr gering, beispielsweise im Bereich von etwa 0,5 mm bis etwa 3 mm. Der Flanschverbinder kann zusätzlich über seine Breite leicht gebogen sein, so dass er vollständig am Statorumfang anliegt. Ebenso ist es möglich, dass die Breite des Flanschverbinders über seine Länge nicht konstant ist. So könnte der Flanschverbinder beispielsweise eine oder mehrere Einschnürungen aufweisen oder konisch geformt sein. Ähnliches gilt auch für die Dicke des Flanschverbinders, die über seine Breite und/oder Länge variiert werden kann, beispielsweise in Form einer konkaven Aushöhlung an der am Stator anliegenden Seite.
Der Flanschverbinder kann praktisch aus jedem beliebigen Material bestehen, das eine ausreichende Festigkeit aufweist. Vorzugsweise ist der Flanschverbinder aus Blech hergestellt, insbesondere aus dem gleichen Blech wie die Statorbleche. Dadurch müssen nicht unterschiedliche Bleche zur Herstellung vorgehalten werden.
Um eine rationelle Fertigung zu ermöglichen, ist es insbesondere vorteilhaft, wenn die Flanschverbinder Stanzteile sind. Somit ist eine einfache und kostengünstige Herstellung der Flanschverbinder möglich. Durch geschickte Werkzeuggestaltung ist es dadurch sogar möglich, die Flanschverbinder mit den Statorblechen in einem einzigen Stanzprozess herzustellen. Die effiziente Materialnutzung führt dabei zu sehr geringen Herstellungskosten der gesamten elektrischen Maschine.
Zur Befestigung an einem Flansch weist der Flanschverbinder an einem Ende vorzugsweise wenigstens einen Haken auf. Der Haken kann zum Stator in Umfangsrichtung oder auch radial dazu ausgerichtet sein. Der Flanschverbinder kann an einem Ende beispielsweise L-, T- oder H-förmig ausgebildet sein. Es ist auch möglich mehrere in Umfangsrichtung ausgerichtete und radiale Haken an einem Flanschverbinder zu kombinieren. An einem Flansch kann dazu komplementär wenigstens ein Vorsprung angeordnet sein, in den der Haken wie ein Anker radial und/oder axial eingehängt werden kann.
Der andere Flansch weist bevorzugt eine Öffnung zum Einführen und/oder Durchstecken des anderen Endes des Flanschverbinders auf. An diesem Ende des Flanschverbinders ist vorzugsweise eine Biegelasche zum Umbiegen angeordnet.
Die Biegelasche ist bevorzugt hinter der Durchstecköffnung verbiegbar, so dass ein Rückziehen des Flanschverbinders durch die Öffnung unmöglich ist.
Die Biegelasche ist bevorzugt durch eine Einkerbung in dem Flanschverbinder gebildet. Die Biegelasche kann beispielsweise um die Längsachse des Flanschverbinders verdreht werden oder auch entlang der Breite umgeknickt werden. Auf jeden Fall wird durch das Umbiegen oder Knicken des Flanschverbin ders der Flansch in axialer Richtung gegen den Stator und den anderen Flansch verspannt. Dies wird beispielsweise durch eine schräg verlaufende Einkerbung bewirkt.
Vorzugsweise sind die Flanschverbinder asymmetrisch ausgebildet, so dass eine Montage nur in einer definierten Lage und nicht bei Verdrehung um eine Längsachse des Flanschverbinders zugelassen wird. Hierdurch kann das Verdrehen bzw. Abbiegen der Biegelasche automatisiert werden, da die Biegerichtung stets identisch ist.
Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigt:
1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Motor,
2 eine Schrägansicht des Motor der 1,
3 einen Flanschverbinder,
4 eine Detailansicht eines Flanschverbinders in der Durchstecköffnung des hinteren Flansches und
5 eine Detailansicht der Biegelasche am hinteren Flansch.
In 1 und 2 ist eine im Ganzen mit 1 bezeichnete, erfindungsgemäße, elektrische Maschine als bürstenloser Gleichstrommotor gezeigt.
Der Motor 1 hat einen Stator 2, der aus einzelnen Blechen 3 gestapelt ist und in dem koaxial ein Rotor 4 drehbar eingesetzt ist. Der Stator 2 hat zum Antreiben des Rotors 4 mehrere Statorpole 5 mit Statorwicklungen 6.
Der Rotor 4 weist eine Welle 7 mit einem Rotorkörper 8 auf, auf dem mindestens ein Permanent-Ringmagnet 9 angeordnet ist.
An einem Stirnende des Stators 2 ist ein vorderer Flansch 10 mit einem Lager 11 für die Rotor-Welle 7 untergebracht. Am anderen Statorende ist ein hinterer Flansch 12 mit einem weiteren Lager 11 für die Rotor-Welle 7 sowie den elektrischen Anschlüssen 13 für die Statorwicklungen 6 angeordnet. Die Flansche sind vorzugsweise aus einem Kunststoff, beispielsweise Polybutylenterephthalat (PBT), durch Spritzguss hergestellt. Die Flansche können jedoch auch aus einem beliebig anderen Material bestehen, beispielsweise aus Metall oder Keramik.
Damit die Flansche 10, 12 mit dem Stator eine Motoreinheit 1 bilden, sind die beiden Flansche 10, 12 durch drei Flanschverbinder 14 miteinander verbunden. Die Flanschverbinder 14 sind am Außenumfang des Stators 2 angelegt und sichern die Flansche 10, 12 in axialer Richtung. Um ein Verdrehen der Flansche 10, 12 zu verhindern sind am Außenumfang des Stators 2 mehrere Nuten 15 angeordnet, in die entsprechende Vorsprünge 16 an den Flanschen 10, 12 eingreifen (2).
Die 3 zeigt einen solchen Flanschverbinder 14. Der Flanschverbinder 14 hat ein rechteckiges Profil, wobei die Dicke beispielsweise im Bereich von 0,5 mm bis 3 mm liegt. Bei besonders großen oder kleinen Motoren kann die Dicke des Flanschverbinders auch entsprechend angepasst werden. Die Dicke des Flanschverbinders 14 ist jedenfalls im Verhältnis zum Durchmesser des Stators 2 sehr gering, weshalb sich der Motordurchmesser durch die Flanschverbinder 14 nur unwesentlich vergrößert. Der Statordurchmesser beträgt beispielsweise 20 bis 80 mm.
An einem Ende weist der Flanschverbinder 14 eine Einschnürung 17 auf, so dass an diesem Ende ein in Umfangsrichtung T-förmiger Haken 18 gebildet ist. Am anderen Ende weist der Flanschverbinder eine Biegelasche 19 auf, die durch eine schräg in Richtung Haken 18 verlaufende, etwa bis zur Hälfte der Breite reichende Einkerbung 20 gebildet ist.
Die Einschnürung 17 sowie der Haken 18 sind asymmetrisch ausgebildet, so dass ein Verdrehen des Flanschverbinders 14 um seine Längsachse beim Einbau ausgeschlossen ist und somit die Biegerichtung der Biegelasche 19 stets identisch ist.
Der Flanschverbinder 14 ist beispielsweise aus Blech gestanzt, wobei er vorzugsweise aus dem gleichen Blech gestanzt ist wie die Statorbleche, insbesondere im gleichen Stanzprozess.
Wie in 2 erkennbar ist, liegt der T-förmige Haken 18 in montiertem Zustand axial an einem komplementär geformten Vorsprung 21 am vorderen Flansch 10 an. Das andere Ende des Flanschverbinders 14 ist durch eine Öffnung 22 im hinteren Flansch 12 durchgesteckt. Die Biegelasche 19 ist gegenüber der Längsrichtung über die Öffnung 22 so verdreht, dass der Flanschverbinder 14 nicht mehr durch die Öffnung 22 zurückgezogen werden kann (5).
Bei der Montage wird der Flanschverbinder 14 mit der Einschnürung 17 radial in den Vorsprung 21 am vorderen Flansch 10 eingelegt und axial durch die Öffnung 22 im hinteren Flansch 12 geschoben, bis der T-förmige Haken 18 axial an dem Vorsprung 21 anliegt. In 4 ist die Lage der Biegelasche 19 in dieser Position verdeutlicht. Der Anfang der Einkerbung 20 befindet sich dabei gerade etwas über einer Flansch-Kante 23. Die Biegelasche 19 wird nun um eine axiale Achse des Flanschverbinders 14 verdreht, so dass die Unterkante der Biegelasche 19 über die Kante 23 geführt wird (5). Durch den schrägen Verlauf der Einkerbung 20 wird der Flanschverbinder 14 und der vordere Flansch 10 in axialer Richtung in Richtung Flansch 12 gezogen und unabhängig von Bauteil-Toleranzen verspannt. Die beiden Flansche 10, 12 sind dadurch in axialer Richtung fest miteinander verbunden und bilden mit dem Stator eine stabile Motoreinheit 1.

1: gehäuseloser Motor
2: Stator
3: Statorblech
4: Rotor
5: Statorpol
6: Statorwicklung
7: Welle
8: Rotorkörper
9: Ringmagnet
10: Vorderer Flansch
11: Lager
12: Hinterer Flansch
13: Elektrische Anschlüsse
14: Flanschverbinder
15: Nuten
16: Vorsprünge
17: Einschnürung
18: Haken
19: Biegelasche
20: Einkerbung
21: Vorsprung
22: Öffnung
23: Flansch-Kante

Claims

Gehäuselose elektrische Maschine mit einem Stator (2) und einem relativ dazu drehbaren Rotor (4) und mit zwei Flanschen (10, 12), die an jeweils einem Stirnende des Stators (2) angeordnet sind und die durch Flanschverbinder (14) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Flanschverbinder (14) flach ausgebildet sind und am Außenumfang des Stators (2) anliegen.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flanschverbinder (14) einen rechteckigen Querschnitt aufweisen.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flanschverbinder (14) aus Blech sind.
Elektrische Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Flanschverbinder (14) Stanzteile sind.
Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Flanschverbinder (14) an einem Ende wenigstens einen Haken (18) zum Einhängen in einen Vorsprung (21) an einem Flansch (10) aufweisen.
Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Flanschverbinder (14) eine Biegelasche (19) aufweist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegelasche (19) durch eine Einkerbung (20) gebildet ist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Ende des Flanschverbinders (14) mit der Biegelasche (19) in eine Öffnung (22) in einem Flansch (12) einführbar ist und die Biegelasche (19) gegen die Öffnung (22) verbiegbar ist, so dass ein Rückziehen des Flanschverbinders (14) durch die Öffnung (22) unmöglich ist.
Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Flanschverbinder (14) zwischen 0,5 mm und 3 mm beträgt.
Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Flanschverbinder asymmetrisch ausgebildet ist, um ein um seine Längsachse verdrehten Einbau zu verhindern.