DE102017128856A1

DE102017128856A1 - Elektromotor

Info

Publication number: DE102017128856A1
Application number: DE102017128856.2A
Authority: DE
Inventors: Enrico Flöte
Original assignee: Metabowerke GmbH and Co
Current assignee: Metabowerke GmbH and Co
Priority date: 2017-12-05
Filing date: 2017-12-05
Publication date: 2019-06-06

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor (100), insbesondere einen Reihenschlussmotor, für eine angetriebene Elektrohandwerkzeugmaschine, umfassend einen Rotor (110) mit einer angetriebenen Rotorwelle, die sich entlang einer Längsachse (L) erstreckt, sowie einem drehfest mit der Rotorwelle verbundenen Rotorkörper (112), der im Querschnitt betrachtet eine Anzahl von Zahnköpfen (12) aufweist, wobei zwischen zwei Zahnköpfen jeweils ein Zwischenraum (12a) zur Bewicklung eines Wickelraums des Rotorkörpers (112) mit Spulendraht begrenzt ist. Erfindungsgemäß weist jeder Zahnkopf (12) an seinem Außenumfang im Querschnitt betrachtet eine oberflächenvergrößernde Struktur (14) mit einer Anzahl von Vorsprüngen (16) und/oder Vertiefungen (18) auf, wobei die Zwischenräume (16a) zwischen zwei benachbarten Vorsprüngen (16) und/oder die Vertiefungen (18) der oberflächenvergrößernde Struktur (14) in Umfangsrichtung (U) derartig klein bemessen sind, dass die oberflächenvergrößernde Struktur (14) einen Kühlluftstrom im Luftspalt zwischen dem Rotorkörper (112) und angrenzenden Bauteilen des Elektromotors (100), insbesondere einem den Rotorkörper (112) zumindest abschnittsweise umfangenden Stator, zu verwirbeln vermag.

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor, insbesondere Reihenschlussmotor, für eine angetriebene Elektrohandwerkzeugmaschine, umfassend einen Rotor mit einer angetriebenen Rotorwelle, die sich entlang einer Längsachse erstreckt, sowie einen drehfest mit der Rotorwelle verbundenen Rotorkörper, der im Querschnitt betrachtet eine Anzahl von Zahnköpfen aufweist, wobei zwischen zwei Zahnköpfen jeweils ein Zwischenraum zur Bewicklung eines Wickelraums des Rotorkörpers mit Spulendraht begrenzt ist.
Bei angetriebenen Elektrohandwerkzeugmaschinen, wie beispielsweise Winkelschleifern oder dergleichen, werden die Elektromotoren oft mit vergleichsweise sehr hohen Drehzahlen betrieben. Zugleich ist der Bauraum, innerhalb dessen der Elektromotor aufgenommen ist, vergleichsweise klein, um eine einfache Handhabbarkeit der angetriebenen Elektrohandwerkzeugmaschine zu gewährleisten. Ein bekanntes Problem bei Elektromotoren, insbesondere solchen, die in angetriebenen Elektrohandwerkzeugmaschinen Verwendung finden, besteht daher in der hohen Wärmeentwicklung des Motors, welche die Leistung und Langlebigkeit des Motors stark beeinträchtigt.
Aus diesem Grunde sind aus dem Stand der Technik bereits Lösungen bekannt, die eine verbesserte Wärmeableitung der durch den Elektromotor erzeugten Wärme ermöglichen sollen. So beschreibt beispielsweise die EP 2 495 847 A1 einen Elektromotor, bei dem der Rotor an seiner Außenumfangsfläche an jedem Zahnkopf eine Luftführungsnut aufweist, die sich im Wesentlichen von einer Stirnfläche des Rotors zur anderen Stirnfläche erstreckt. Diese Luftführungsnuten dienen dabei dazu, einen zwischen dem Rotor und dem Stator in Richtung der Längsachse des Rotors verlaufenden Luftstrom zusätzlich zu unterstützen, um hierüber eine verbesserte Wärmeableitung bereitzustellen. In einer Ausführungsform sind dabei diese Luftführungsnuten leicht schräg bezogen auf die Längsachse des Rotors ausgebildet, um die Drehrichtung des Rotors im Betrieb zu berücksichtigen.
Eine vergleichbare Lösung ist auch in der JP S60 194734 A bekannt.
Eine alternative Lösung ist aus der Druckschrift JP 2009-159763 A und in ihrem Aufbau ähnlich aus der DE 1 939 184 A bekannt. Diese beiden Dokumente beschreiben Lösungen, bei denen von der Rotoraußenfläche sich radial nach innen erstreckende Kühlnuten oder Kühlkanäle an dem Rotor ausgebildet sind.
Schließlich beschreibt die GB 221 811 eine weitere alternative Lösung für ein alternatives Problem, nämlich Stromverluste durch Wirbelströme, bei der ein Wechselstrommotor einen Rotor aufweist, dessen Oberfläche eine Reihe von umlaufenden Nuten aufweist, die jeweils an der Außenumfangsfläche umlaufend ausgebildet sind und senkrecht zur Längsrichtung des Rotors verlaufen. Mithilfe dieser Nuten sollen Verluste infolge von auftretenden Wirbelströmen zwischen Rotor und Stator verringert werden. Durch die umlaufenden Nuten wird der elektrische Widerstand an der Oberfläche des Rotors erhöht und an dessen Oberfläche auftretende Wirbelströme sowie die damit einhergehenden Verluste können verringert werden.
Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gemacht, eine Lösung für einen Elektromotor bereitzustellen, bei der Wärmeverluste verringert werden können und zugleich eine verlängerte Lebensdauer des Elektromotors erreicht wird.
Demgemäß schlägt die Erfindung einen Elektromotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vor. Dieser ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass jeder Zahnkopf an seinem Außenumfang im Querschnitt betrachtet eine oberflächenvergrößernde Struktur mit einer Anzahl von Vorsprüngen und/oder Vertiefungen aufweist, wobei die Zwischenräume zwischen zwei benachbarten Vorsprüngen und/oder die Vertiefungen der oberflächenvergrößernden Struktur in Umfangsrichtung derart klein bemessen sind, dass die oberflächenvergrößernde Struktur einen Kühlluftstrom im Luftspalt zwischen dem Rotorkörper und angrenzenden Bauteilen des Elektromotors, insbesondere einem den Rotorkörper zumindest abschnittsweise umfangenden Stator, zu verwirbeln vermag.
„Im Querschnitt betrachtet“ bezeichnet dabei eine Schnittebene durch den Rotor, die senkrecht zu der Längsachse des Rotors verläuft. Anspruchsgemäß weist dabei jeder Zahnkopf an seinem Außenumfang mehrere Vorsprünge und/oder Vertiefungen auf. Die Besonderheit bei der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Zwischenräume zwischen zwei benachbarten Vorsprüngen und/oder die Vertiefungen nicht, wie im Stand der Technik (beispielsweise bei der Lösung der EP 2 495 847 A1 ) dazu dienen sollen, einen Kühlluftstrom beispielsweise in Richtung der Längsachse des Rotorkörpers zu führen und dadurch zu unterstützen, sondern im Gegenteil so ausgebildet sind, dass stattdessen ein Kühlluftstrom im Luftspalt zwischen dem Rotorkörper und angrenzenden Bauteilen des Elektromotors hierdurch zusätzliche verwirbelt wird.
Die oberflächenvergrößernde Struktur hat dabei, wie ihr Name schon sagt, den Effekt, eine vergrößerte Oberfläche des Rotors bereitzustellen, so dass der Rotor seine Wärme besser an die Umwelt, insbesondere an die umgebende Kühlluft, abgeben kann. Durch die zusätzliche Verwirbelung der Kühlluft im Luftspalt kann weiterhin mehr Wärmeenergie an die Kühlluft abgegeben werden, was wiederum eine verbesserte Kühlwirkung zur Folge hat. Erste Praxistests haben dabei eine Kühlungsverbesserung von etwa 10 bis 20 % gegenüber bekannten Lösungen festgestellt, wodurch eine Leistungssteigerung und eine verlängerte Lebensdauer des Elektromotors erreicht werden können.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der Rotorkörper eine Vielzahl von in Richtung der Längsachse gestapelten Einzelblechen aufweist.
Insbesondere kann weiter vorgesehen sein, dass die oberflächenvergrößernden Strukturen zweier benachbarter Einzelbleche des Rotorkörpers miteinander fluchtend angeordnet sind. Dies bedeutet, dass die jeweiligen Vorsprünge und/oder Vertiefungen der benachbarten oberflächenvergrößernden Strukturen jeweils aneinander ausgerichtet sind.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass die oberflächenvergrößernde Struktur im Querschnitt betrachtet zinnenförmige Vorsprünge aufweist, die bezogen auf den jeweiligen Zahnkopf in im Wesentlichen regelmäßigen Abständen in Umfangsrichtung nebeneinander angeordnet sind.
Insbesondere können die zinnenförmigen Vorsprünge im Wesentlichen in Umfangsrichtung gleich lang sein.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass die Länge der zinnenförmigen Vorsprünge in Umfangsrichtung im Wesentlichen der Länge der Zwischenräume (d.h. Abstände) in Umfangsrichtung zwischen zwei benachbarten zinnenförmigen Vorsprüngen eines Zahnkopfs entspricht.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die der Zwischenräume (d.h. Abstände) zwischen zwei benachbarten Zahnköpfen in Umfangsrichtung größer sind als die der Zwischenräume (d.h. Abstände) zwischen zwei benachbarten Vorsprüngen und/oder die Vertiefungen der oberflächenvergrößernden Struktur eines Zahnkopfs in Umfangsrichtung.
Es kann zudem vorgesehen sein, dass die Zahnköpfe zweier benachbarter Einzelbleche des Rotorkörpers miteinander fluchtend angeordnet sind. Dies ist insbesondere im Hinblick drauf sinnvoll, dass die Zwischenräume zwischen zwei Zahnköpfen zur Aufnahme von Spulendraht genutzt werden können.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Zwischenräume zwischen zwei benachbarten Vorsprüngen und/oder die Vertiefungen der oberflächenvergrößernden Strukturen in Umfangsrichtung kleiner als 2 mm, insbesondere 1 mm oder kleiner sind.
Die Erfindung betrifft schließlich auch einen Rotorkörper mit den Mermalen des Anspruchs 10.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren detaillierter beschrieben. Dabei zeigend die Figuren eine mögliche Ausführungsform der Erfindung, bei der einzelne Merkmale der Erfindung in Kombination miteinander dargestellt sind. Diese können jedoch selbstverständlich auch losgelöst voneinander betrachtet werden und gegebenenfalls zu sinnvollen Unterkombinationen kombiniert werden, ohne dass ein Fachmann hierfür erfinderisch tätig werden müsste.
Es zeigen schematisch:

1 einen erfindungsgemäßen Elektromotor in isometrischer Darstellung; und
2 eine Draufsicht auf ein Einzelblech des Rotors gemäß 1.

Die 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Elektromotor 100 mit einem Rotor 110 in isometrischer Darstellung. Der Rotorkörper 112 des Rotors 110 erstreckt sich in Richtung einer Längsachse L und setzt sich aus einer Vielzahl von Einzelblechen 10 zusammen.
Die 2 zeigt ein Einzelblech 10 eines Rotorkörpers 112 eines erfindungsgemäßen Elektromotors 100 in Draufsicht. Eine Vielzahl solcher Einzelbleche 10 wird üblicherweise in Richtung der Längsachse L des Rotors 110 gestapelt und bildet auf diese Weise einen erfindungsgemäßen Rotorkörper 112. Dabei werden die Einzelbleche 10 derartig zueinander ausgerichtet, dass diese koaxial gestapelt sind und die sich radial nach außen erstreckenden Zahnköpfe 12 (2) aneinander ausgerichtet sind und miteinander fluchten (vgl. auch 1).
Wie man in den 1 und 2 deutlich erkennen kann, findet sich an den einzelnen Zahnköpfen 12 jeweils eine oberflächenvergrößerende Struktur 14, die durch eine Anzahl von Vorsprüngen 16 (in der dargestellten Ausführungsform jeweils vier Vorsprünge) gebildet ist, die radial von der Außenoberfläche des Rotorkörper vorragen. Alternativ könnte man auch sagen, dass die oberflächenvergrößernde Struktur 14 durch eine Anzahl von Vertiefungen 18 (in der dargestellten Ausführungsform drei Vertiefungen 18) gebildet ist, die sich von der Außenoberfläche des Rotorkörper radial nach innen erstrecken.
Grundsätzlich wäre es auch denkbar, sowohl Vorsprünge als auch Vertiefungen vorzusehen, wobei sich eine solche Ausgestaltungsvariante dadurch von der Gezeigten unterscheiden würde, dass die Vertiefungen nicht notwendigerweise gleich bemessen wären wie die Vorsprünge, sondern gegebenenfalls größer oder kleiner in der radialen Erstreckung bezogen auf die Längsachse L wären.
Deutlich erkennbar in den Figuren, insbesondere in 2, ist auch, dass die Abstände, d. h. Zwischenräume 16a zwischen zwei Vorsprüngen 16, bzw. die Abstände, d.h. Zwischenräume 18a zwischen zwei Vertiefungen 18 in ihrer Länge jeweils gleich lang sind wie die Länge der Vorsprünge 16 bzw. Vertiefungen 18. Dabei wird die Länge der Vorsprünge 16 bzw. Zwischenräume 16a oder der Vertiefungen 18 bzw. der Zwischenräume 18a jeweils in Umfangsrichtung U gemessen. Erfindungsgemäß kann diese Länge, die in der 1 mit l und l_a angegeben ist, kleiner als 2 mm, insbesondere 1 mm oder kleiner, bemessen sein.
Auch deutlich zu erkennen ist, dass die Abstände zwischen zwei Zahnköpfen 12, d.h. die Zwischenräume 12a, zum Bewickeln des bzw. zum Einlegen von Spulendraht in den Wickelraum 20 deutlich größer bemessen sind (in Umfangsrichtung U) als die Zwischenräume 16a bzw. 18a.
Durch die spezifische Ausgestaltung der oberflächenvergrößernden Struktur 14 insbesondere mit den klein bemessenen Zwischenräumen 16a bzw. den Vertiefungen 18 wird erreicht, dass ein Kühlluftstrom im Luftspalt zwischen dem Rotorköper und angrenzenden Bauteilen des Elektromotors, beispielsweise zwischen dem Rotorkörper und dem Stator, nicht über die oberflächenvergrößernde Struktur 14 in Richtung der Längsachse L des Rotors geführt, sondern durch diese zusätzlich verwirbelt wird.
Somit wird nicht nur der Effekt erreicht, dass die oberflächenvergrößernde Struktur 14 infolge ihrer vergrößerten Oberfläche eine bessere Wärmeableitung gewährleistet, sondern dass auch die Kühlluft eine bessere Wärmeaufnahme bereitstellen kann. Insgesamt wird dadurch die Kühlwirkung gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen nochmals deutlich verbessert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 2495847 A1 [0003, 0009]
JP 60194734 A [0004]
JP 2009159763 A [0005]
DE 1939184 A [0005]
GB 221811 [0006]

Claims

Elektromotor (100), insbesondere Reihenschlussmotor, für eine angetriebene Elektrohandwerkzeugmaschine, umfassend einen Rotor (110) mit einer angetriebenen Rotorwelle, die sich entlang einer Längsachse (L) erstreckt, sowie einem drehfest mit der Rotorwelle verbundenen Rotorkörper (112), der im Querschnitt betrachtet eine Anzahl von Zahnköpfen (12) aufweist, wobei zwischen zwei Zahnköpfen jeweils ein Zwischenraum (12a) zur Bewicklung eines Wickelraums (20) des Rotorkörpers mit Spulendraht begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Zahnkopf (12) an seinem Außenumfang im Querschnitt betrachtet eine oberflächenvergrößernde Struktur (14) mit einer Anzahl von Vorsprüngen (16) und/oder Vertiefungen (18) aufweist, wobei die Zwischenräume (16a) zwischen zwei benachbarten Vorsprüngen (16) und/oder die Vertiefungen (18) der oberflächenvergrößernde Struktur (14) in Umfangsrichtung (U) derartig klein bemessen sind, dass die oberflächenvergrößernde Struktur (14) einen Kühlluftstrom im Luftspalt zwischen dem Rotorkörper (112) und angrenzenden Bauteilen des Elektromotors (100), insbesondere einem den Rotorkörper (112) zumindest abschnittsweise umfangenden Stator, zu verwirbeln vermag.
Elektromotor (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorkörper (112) eine Vielzahl von in Richtung der Längsachse (L) gestapelten Einzelblechen (10) aufweist.
Elektromotor (100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die oberflächenvergrößernden Strukturen (14) zweier benachbarterer Einzelbleche (10) des Rotorkörpers (112) miteinander fluchtend angeordnet sind.
Elektromotor (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die oberflächenvergrößernde Struktur (14) im Querschnitt zinnenförmige Vorsprünge (16) aufweist, die bezogen auf den jeweiligen Zahnkopf (12) in im Wesentlichen regelmäßigen Abständen in Umfangsrichtung (U) nebeneinander angeordnet sind
Elektromotor (100) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zinnenförmigen Vorsprünge (16) im Wesentlichen in Umfangsrichtung (U) gleich lang sind.
Elektromotor (100) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (I) der zinnenförmigen Vorsprünge (16) in Umfangsrichtung (U) im Wesentlichen der Länge (l_a) der Zwischenräume (16a) in Umfangsrichtung (U) zwischen zwei benachbarten zinnenförmigen Vorsprüngen (16) eines Zahnkopfes (12) entspricht.
Elektromotor (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenräume (12a) zwischen den Zahnköpfen (12) zum Bewickeln des Wickelraums (20) in Umfangsrichtung (U) größer sind als die Zwischenräume (16a) zwischen zwei benachbarten Vorsprüngen (16) und/oder als die Vertiefungen (18) der oberflächenvergrößernden Struktur (14) eines Zahnkopfes (12) in Umfangsrichtung (U).
Elektromotor (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnköpfe (12) zweier benachbarter Einzelbleche (10) des Rotorkörpers (112) miteinander fluchtend angeordnet sind.
Elektromotor (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenräume (16a) zwischen zwei benachbarten Vorsprüngen (16) und/oder die Vertiefungen (18) der oberflächenvergrößernde Struktur (14) in Umfangsrichtung (U) kleiner als 2mm, insbesondere 1mm oder kleiner sind.
Rotorkörper (112) für einen Elektromotor (100) mit den Mekrmalen der Ansprüche 1 bis 9, insbesondere mit einem Rotor (110) mit einer angetriebenen Rotorwelle, die sich entlang einer Längsachse (L) erstreckt, sowie einem drehfest mit der Rotorwelle verbundenen Rotorkörper (112), der im Querschnitt betrachtet eine Anzahl von Zahnköpfen (12) aufweist, wobei zwischen zwei Zahnköpfen jeweils ein Zwischenraum (12a) zur Bewicklung eines Wickelraums (20) des Rotorkörpers (112) mit Spulendraht begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Zahnkopf (12) an seinem Außenumfang im Querschnitt betrachtet eine oberflächenvergrößernde Struktur (14) mit einer Anzahl von Vorsprüngen (16) und/oder Vertiefungen (18) aufweist, wobei die Zwischenräume (16a) zwischen zwei benachbarten Vorsprüngen (16) und/oder die Vertiefungen (18) der oberflächenvergrößernde Struktur (14) in Umfangsrichtung (U) derartig klein bemessen sind, dass die oberflächenvergrößernde Struktur (14) einen Kühlluftstrom im Luftspalt zwischen dem Rotorkörper (112) und angrenzenden Bauteilen des Elektromotors (100), insbesondere einem den Rotorkörper (112) zumindest abschnittsweise umfangenden Stator, zu verwirbeln vermag.