DE102009035962A1

DE102009035962A1 - Elektromotor

Info

Publication number: DE102009035962A1
Application number: DE102009035962A
Authority: DE
Inventors: Wen Liang Li; Ji Dong Chai; Bao Ting Liu
Original assignee: Johnson Electric SA
Current assignee: Johnson Electric International AG
Priority date: 2008-08-04
Filing date: 2009-08-03
Publication date: 2010-05-06
Also published as: US20100026112A1; CN101645633B; US8049380B2; JP2010081791A; CN101645633A

Abstract

Ein Elektromotor 10 hat einen Stator 20 und einen Rotor 30. Der Stator hat ein Gehäuse 21 mit Einlässen und Auslässen 28, 29. Der Rotor hat eine Welle 31, einen Rotorkern 32 und einen Kommutator 33. Ein Gebläse 40 ist an dem Rotor befestigt. Eine Endkappe 50 ist an dem Gehäuse 21 zum Schließen eines ersten Endes des Gehäuses und zum Tragen der elektrischen Bauteile einschließlich eines Bürstengetriebes 60 befestigt. Das Bürstengetriebe weist zwei Bürstenaufbauten auf, wobei jeder Bürstenaufbau eine Bürste 65 zum Herstellen eines elektrischen Gleitkontaktes mit dem Kommutator und einem Bürstenführungsmechanismus zum elastischen Drängen der Bürste in Kontakt mit dem Kommutator aufweist. Die Bürstenaufbauten sind in Fächern 56 der Endkappe untergebracht. Jedes Fach hat Luftlöcher 63 an einer axial gerichteten Seite 62 und Öffnungen 59 in seinen Querwänden 57. Eine Luftführung 70 führt einen Teil der durch das Gebläse verursachten Luftströmung, die aus wenigstens einem der Auslässe 28 des Gehäuses hinausgeht, um über die Öffnungen 59 in die Fächer 56 zu fließen und um über die Luftlöcher 63 aus den Fächern auszutreten zum Kühlen der Bürsten 65.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft Elektromotoren und insbesondere eine Kühlung von Bürsten in einem mechanisch kommutierten Motor.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Ein mechanisch kommutierter Motor hat einen gewickelten Rotor und einen Kommutator, der die Rotorspule über Bürsten, die den Kommutator gleitend elektrisch kontaktieren, mit Energie versorgt. In dem Motor wird durch den durch die Windungen fließenden Strom durch magnetische Wirbelströme im Stahl des Rotorkernes, durch Reibung zwischen den Bürsten und dem Kommutator, durch elektrische Erosion oder Funkenbildung zwischen dem Kommutator und den Bürsten und durch direktes Aufheizen der Bürsten durch den Stromfluss durch jede Bürste Hitze erzeugt. Diese Hitze muss von dem Motor abgeleitet oder entfernt werden oder eine ernsthafte Beschädigung des Motors wird riskiert. Gewöhnlich entfernt ein Gebläse diese Hitze durch Erzeugen einer Luftströmung, die in das Motorgehäuse und durch den Kommutator oder durch den Rotorkern und die Spulen geleitet wird. Jedoch werden die Bürsten nicht gezielt gekühlt, und unter schweren Belastungsbedingungen könnten die Bürsten soweit aufheizen, dass sich die Lebensdauer der Bürsten verringert. Dies ist insbesondere bei geführten Bürsten ein Problem, wie solche, die in Bürstenkäfigen verwendet werden, und sogar bei schienengeführte Bürsten ein Problem, da der Käfig und/oder die Endkappe oder Bürstenplatine, an der das Bürstenführungssystem befestigt ist, die Luftströmung um die Bürste beschränkt, sogar in einer relativ offenen Bürstengetriebeanordnung.
Von daher ist ein verbesserter Elektromotor, der das oben genannten Problem lösen kann oder wenigstens ein nützliche Alternative bereitstellen kann, erwünscht.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Demgemäß schafft die vorliegende Erfindung gemäß eines Aspekts davon einen Elektromotor, umfassend: einen ein Gehäuse mit Einlässen und Auslässen umfassenden Stator; einen drehbar in den Gehäuse des Stators installierten Rotor, wobei der Rotor eine Welle, einen an die Welle angebrachten Rotorkern und einen an die Welle benachbart zu dem Rotorkern angebrachten Kommutator, umfasst; ein zum Drehen mit dem Rotor an dem Rotor befestigtes Gebläse; eine Endkappe, die an das Gehäuse angebracht ist und ein erstes Ende des Gehäuses schließt und elektrische Bauteile trägt; ein durch die Endkappe getragenes Bürstengetriebe, das wenigstens zwei Bürstenaufbauten aufweist, wobei jeder Bürstenaufbau eine Bürste zum Herstellen eines gleitenden elektrischen Kontaktes mit dem Kommutator und einen Bürstenführungsmechanismus zum elastischen Antrieb der Bürsten in Kontakt mit dem Kommutator aufweist; und eine Luftführung; wobei die Endkappe Fächer zum Unterbringen der Bürstenaufbauten hat, wobei jedes Fach an einer axial gerichteten Seite davon Luftlöcher und in einer Querwand davon Öffnungen hat und wobei die Luftführung einen Teil der durch das Gebläse verursachten Luftströmung, der aus einem der Auslässe des Gehäuses hinausgeht zum Strömen durch die Öffnungen in die Fächer und zum Austreten durch die Luftlöcher aus den Fächern führt, um die darin befindlichen Bürsten zu kühlen.
Vorzugsweise hat das Gehäuse ein geschlossenes Ende und wenigstens einer der Einlässe ist an dem geschlossenen Ende des Gehäuses gebildet und das Gebläse zieht Luft durch wenigstens einen Einlass und über den Rotorkern ein.
Vorzugsweise hat die Endkappe zwei Fächer, wobei jedes Fach einen einzelnen Bürstenaufbau aufnimmt, und die Luftführung umfasst ein Paar an die radial äußere Oberfläche der Endkappe angepasste Abdeckungen.
Vorzugsweise hat jedes Fach zwei Querwände mit einer Öffnung darin, und jede Abdeckung erstreckt sich über eine Öffnung jedes Faches und einen Auslass des Gehäuses.
Vorzugsweise bildet jede Abdeckung einen Luftdurchtritt zwischen dem einen Auslass und den beiden Öffnungen und die Luftströmung durch den Ein- und Auslass wird zwischen den beiden Öffnungen geteilt.
Vorzugsweise erstreckt sich jedes Fach radial durch und über eine Wand des Gehäuses hinaus und hat eine axial offene Fläche, die zu einem zweiten der Auslässe benachbart angeordnet ist, wobei dieser zweite der Auslässe von der Luftführung unbedeckt bleibt, und die Luft, die von diesem zweiten der Auslässe austritt, den Bürstenaufbau in dem benachbarten Fach beaufschlagen kann.
Vorzugsweise weist jeder Bürstenführungsmechanismus eine Schienenanordnung zum Führen der Bewegung der Bürste, eine Feder zum elastischen Vorspannen der Bürste gegen den Kommutator und eine Bürstenplatine zum Befestigen der Schienenanordnung an die Endkappe auf.
Vorzugsweise hat die Bürste ein Paar Nuten, und die Schienenanordnung weist ein Paar Schienen auf, die jeweils in den Nuten aufgenommen werden.
Vorzugsweise weist das Paar Schienen gegenüberliegende Enden einer einzelnen gebogenen Stange auf, die an der Bürstenplatine befestigt ist.
Vorzugsweise hat das Gehäuse in dem geöffneten Ende gebildete und mit den zweiten Auslässen verbundene Schlitze zum Aufnehmen der Fächer der Endkappe.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden mit Bezug auf die Figuren der beigefügten Zeichnungen exemplarisch beschrieben. In den Figuren sind identische Anordnungen, Bauteile oder Teile, die in mehr als einer Figur auftauchen, grundsätzlich in allen Figuren, in denen sie auftauchen, mit derselben Bezugszahl bezeichnet. Ausmaße von Bauteilen und Merkmalen, die in den Figuren gezeigt werden, sind grundsätzlich zum Nutzen und zur Klarheit der Darstellung gewählt und nicht unbedingt maßstabsgetreu gezeigt. Die Figuren sind nachfolgend aufgelistet.
1 ist eine Explosionsansicht eines Elektromotors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine Längsschnittsansicht des zusammengebauten Motors aus 1;
3 ist eine Draufsicht des Motors aus 1;
4 ist eine perspektivische Ansicht eines Teiles einer Luftführung, die ein Teil des Motors aus 1 ist; und
5 ist eine Seitenansicht des Motors aus 1 mit einem angedeutet gezeigten Teil der Luftführung.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Die Zeichnungen zeigen einen Motor 10 mit einem Kühlsystem gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Motor 10 weist einen Stator 20, einen drehbar in dem Stator 20 installierten Rotor 30, ein zur Drehung mit dem Rotor daran befestigtes Gebläse 40, eine ein Bürstengetriebe 60 tragende Endkappe 50 und eine Luftführung 70 auf. Der gezeigte Motor ist ein verkleinerter Permanentmagnet-Gleichstrom Motor.
Der Stator 20 umfasst ein Gehäuse 21 und Permanentmagnete 22, die an der Innenseite des Gehäuses 21 befestigt sind. Das Gehäuse 21 ist ein tiefgezogenes zylindrisches Gehäuse, das ein offenes Ende 23 und ein geschlossenes Ende 24 hat. Das geschlossene Ende 24 hat ein Lager 25 und ein Anzahl von Einlässen 26 in Form von Durchgangslöchern oder Fenstern. Ein Flussring 27 ist an der äußeren Oberfläche des Gehäuses vorgesehen gezeigt. Benachbart zu dem offenen Ende 23 sind eine Anzahl von Auslässen. Gezeigt sind zwei erste Auslässe 28 und zwei zweite Auslässe 29. Schlitze 51 öffnen die zweiten Auslässe 29 zu dem geöffneten Ende des Gehäuses hin.
Der Rotor 30 hat eine Welle 31, an die ein Rotorkern 32 befestigt ist, und einen Kommutator 33. Windungen (nicht gezeigt) sind über Zähne oder Pole des Rotorkernes gewickelt und an Anschlüsse des Kommutators 33 angeschlossen. Ein Gebläse 40 ist an dem Rotor 30 zur Drehung mit diesem befestigt. Wie gezeigt hat das Gebläse eine Mehrzahl von Blättern 41 zum Erzeugen einer Luftströmung, wenn das Gebläse sich dreht. Das Gebläse hat eine Anzahl von in den kleinen Lücken zwischen Köpfen benachbarter Rotorpole angeordnete Befestigungsfinger 42 zum Befestigen des Gebläses 40 an dem Rotorkern 32.
Die Endkappe schließt das geöffnete Ende 23 des Gehäuses 21. Die hier dargestellte Endkappe einen Zwei-Teile-Aufbau mit einem Metallteil 51 und einem Kunststoffteil 54. Das Metallteil 51 trägt das zweite Lager 52. Die Welle 31 ist in den Lagern 25, 52 eingesetzt. Das Kunststoffteil ist elektrisch nichtleitend und trägt, wenn eingebaut, elektrische Bauteile des Motors wie z. B. die Motoranschlüsse 55, das Bürstengetriebe 60 und Elektro-Rausch-Unterdrückungsbauteile. Das Kunststoffteil kann als Halter 54 bezeichnet werden. Die Endkappe 50 ist durch den Halter 54, der gestuft und durch an dem Metallteil 51 gebildete Nasen 81, die an Ausschnitte in den geöffneten Ende gekrimpt sind, gegen das offene Ende gehalten wird, an dem Gehäuse 21 befestigt, wie dies grundsätzlich in dem Stand der Technik bekannt ist.
Der Halter 54 hat zwei Fächer 56, die die Bürsten aufnehmen. Jedes Fach 56 hat zwei Querwände 57 und eine radial äußere Endwand 58. Jede Querwand 57 hat Öffnungen 59. Die Fächer haben außerdem eine obere axial gerichtete Wand 62, die ein darin gebildetes Luftloch 63 hat. Die untere axial gerichtete Seite jedes Faches ist offen gelassen. Das Bürstengetriebe 60 umfasst, wie gezeigt, zwei Bürstenaufbauten, die eine auf Kohlenstoff basierende Bürste 65, die zum Herstellen ein Gleitkontaktes mit dem Kommutator ausgelegt ist und einen Bürstenführungsmechanismus zum Führen der Bewegung der Bürste umfassen und eine Feder zum elastischen Drängen der Bürsten gegen den Kommutator aufweisen.
Der Bürstenführungsmechanismus ist vorzugsweise ein Schienenführungsmechanismus oder eine Schienenanordnung, in der Schienen in jeweiligen Nuten in der Bürste aufgenommen sind, um die Bürste auf eine Bewegung nur entlang eines vorbestimmten Weges zu begrenzen. Vorzugsweise gibt es zwei Schienen, die entsprechende Enden einer durch eine Bürstenplatine an den Halter 54 befestigten gebogenen Stange sind.
Die Luftführung 70 ist in zwei identischen Teilen, Abdeckungen 71, gezeigt. Jede Abdeckung ist zum engen Anliegen an der Endkappe und zum Bedecken eines der Auslässe 28 und einer Öffnung 59 in jedem der beiden Fächer 56 gestaltet. Dies ist deutlicher in 5 gezeigt, wo die vordere Abdeckung 71 andeutungsweise gezeigt ist, um darzulegen, wie die Abdeckungen den Auslass 28 mit den Öffnungen 59 verbinden. Die Abdeckungen 71 haben eine Aussparung, die einen Luftdurchgang 72 bildet, der den Auslass 28 mit den Öffnungen 59 verbindet. Die Aussparung ist derart geformt, dass die den Auslass 28 verlassende Luftströmung zwischen den beiden Öffnungen 59 geteilt wird. Eine Masse 73 hilft dabei, die Luftströmung zu teilen.
Wenn der Motor im Gebrauch läuft, zieht das Gebläse Luft über die Einlässe 26, 53 in das Motorgehäuse und die Endkappe ein. Die Luft von den Einlässen 26 wird über und durch den Rotorkern 32 zum Kühlen des Rotors gesuagt. Die Luft von den Einlässen 53 wird zum Kühlen des Kommutators 33 über den Kommutator gesaugt. Die Luft wird dann durch die Auslässe 28, 29 abgegeben. Die durch die Auslässe 28 abgegebene Luft wird durch den Luftdurchtritt in die Luftführung geleitet und tritt durch die Öffnungen 59 in den Querwänden 57 in die Fächer 56 ein. Diese Luftströmung beaufschlagt die Bürsten in den Fächern zum Kühlen der Bürsten und verlässt dann das Fach durch Luftlöcher 33 in der oberen Wand 62 oder durch die offene Seite. Durch den Auslass 29 austretende Luft kann durch die offene Seite die Bürsten beaufschlagen oder einfach einen Zug bilden, um eine größere Luftströmung durch die Fächer und damit eine bessere Kühlung der Bürsten zu fördern.
Als zusätzlicher Vorteil kann die verstärkte Luftströmung durch die Bürsten dazu beitragen, Kohlenstoffstaub, der durch Abnutzung der Bürsten an dem Kommutator gebildet wird, von dem Motor zu entfernen, um ein Ansammeln des Staubes zu verhindern, das sonst auftreten könnte und das, wenn es zu stark wird, zu einem Motorausfall führen könnte.
Obwohl die Erfindung mit Bezug auf eine oder mehrere bevorzugte Ausführungsformen beschrieben worden ist, sollte vom Fachmann verstanden werden, dass verschiedene Abwandlungen möglich sind. Daher wird der Geltungsbereich der Erfindung mit Bezug auf die folgenden Ansprüche bestimmt.
Beispielsweise ist die Anzahl der Bürsten 31 nicht auf zwei beschränkt, es können auch drei, vier usw. sein. Demgemäß kann die Endkappe 20 drei, vier oder mehr Käfige 25 aufweisen. Auch die Luftführung kann aus verschiedener Anzahl von Teilen gebildet sein, einschließlich einem einzelnen Teil oder sogar integral mit der Endkappe gebildet sein.
In der Beschreibung und den Ansprüchen der vorliegenden Erfindung werden die Verben „umfassen”, „aufweisen”, „enthalten” und „haben” und ihre Variationen in einem einschließenden Sinn zum Ausdrücken der Anwesenheit eines genannten Teiles, aber nicht zum Ausschließen der Anwesenheit von zusätzlichen Teilen verwendet.

Claims

Elektromotor, umfassend: einen Stator (20), der ein Gehäuse (21) mit Einlässen (26) und Auslässen (28, 29) aufweist; einen drehbar in dem Gehäuse (21) des Stators eingebrachten Rotor (30) wobei der Rotor (30) eine Welle (31), einen an die Welle (31) angebrachten Rotorkern (32) und einen Kommutator (33), der benachbart zu dem Rotorkern (32) an die Welle (31) angebracht ist, aufweist; ein Gebläse (40), das zur Drehung mit dem Rotor (30) an diesem befestigt ist; eine Endkappe (50), die an dem Gehäuse (21) befestigt ist und ein erstes Ende (23) des Gehäuses schließt und elektrische Bauteile trägt; ein durch die Endkappe (50) gehaltenes Bürstengetriebe (60), das wenigstens zwei Bürstenaufbauten aufweist, wobei jeder Bürstenaufbau eine Bürste (65) zum Herstellen eines elektrischen Gleitkontaktes mit dem Kommutator (33) und einen Bürstenführungsmechanismus zum elastischen Drängen der Bürste (65) in Kontakt mit dem Kommutator (33) aufweist; und eine Luftführung (70); dadurch gekennzeichnet, dass die Endkappe (50) Fächer (56) zum Aufnehmen der Bürstenaufbauten hat, wobei jedes Fach Luftlöcher (63) an einer axial gerichteten Seite (62) und Öffnungen (59) in einer Querwand (57) hat und wobei die Luftführung (70) einen Teil der durch das Gebläse (40) verursachten Luftströmung, die aus einem der Auslässe (28) des Gehäuses hinausgeht, zum Strömen über die Öffnungen (59) in die Fächer (56) und zum Austreten über die Luftlöcher (63) führt, um die Bürsten (65) zu kühlen.
Motor nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse (21) ein geschlossenes Ende (24) und wenigstens einen der Einlässe (26) hat, die in dem geschlossenen Ende (24) des Gehäuses gebildet sind, und wobei das Gebläse (40) Luft durch wenigstens einen Einlass (26) und über den Rotorkern (32) saugt.
Motor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Endkappe (50) zwei Fächer (56) hat, wobei jedes Fach einen einzelnen Bürstenaufbau aufnimmt und wobei die Luftführung (70) ein Paar Abdeckungen (71) aufweist, die an einer radial äußeren Oberfläche der Endkappe (50) angeordnet sind.
Motor nach Anspruch 3, wobei jedes Fach (56) zwei Querwände (57) mit einer Öffnung (59) darin hat und wobei sich jede Abdeckung (71) über eine Öffnung (59) jedes Faches und einen der Auslässe (28) des Gehäuses (21) erstreckt.
Motor nach Anspruch 4, wobei jede Abdeckung (71) einen Luftdurchlass (72) zwischen dem einen Auslass (28) und den beiden Öffnungen (59) bildet und wobei die Luftströmung durch einen Auslass (28) zwischen den beiden Öffnungen (59) geteilt wird.
Motor nach einem der Ansprüche 3, 4 oder 5, wobei jedes Fach (56) sich radial durch und über eine Wand des Gehäuses (21) erstreckt und eine axial offene Fläche hat, die benachbart zu einem zweiten der Auslässe (29) angeordnet ist, wobei dieser zweite der Auslässe (29) von der Luftführung (70) unbedeckt ist und wobei Luft, die von dem zweiten der Auslässe (29) hinausgeht, frei den Bürstenaufbau in dem benachbarten Fach (56) beaufschlagen kann.
Motor nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei jeder Bürstenführungsmechanismus eine Schienenanordnung zur Führung der Bewegung der Bürste (65), eine Feder zum elastischen Vorspannen der Bürsten (65) gegen den Kommutator (33) und eine Bürstenplatine zum Befestigen der Schienenanordnung an der Endkappe (50) aufweist.
Motor nach Anspruch 7, wobei die Bürste (65) ein Paar Nuten hat und die Schienenanordnung ein Paar Schienen, die in den jeweiligen Nuten aufgenommen sind, aufweist.
Motor nach Anspruch 8, wobei das Paar Schienen gegenüberliegende Enden einer einzelnen gebogenen Stange, die an die Bürstenplatine befestigt ist, aufweist.
Motor nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse (21) in den geöffneten Ende (23) gebildete Schlitze (61), die sich mit den zweiten Auslässen (29) vereinen, zur Aufnahme der Fächer (56) der Endkappe (50) hat.