DE102011053138A1

DE102011053138A1 - Electrical external rotor motor has stator surface in which several slots are formed such that meandering flow of air is generated by fan wheels with rotor base arranged on stator face at inner side

Info

Publication number: DE102011053138A1
Application number: DE102011053138A
Authority: DE
Inventors: Jens Müller; Christian Pfaff; Jürgen Schöne
Original assignee: Ebm Papst Mulfingen GmbH and Co KG
Current assignee: Ebm Papst Mulfingen GmbH and Co KG
Priority date: 2011-08-31
Filing date: 2011-08-31
Publication date: 2013-02-28

Abstract

The motor (1) has a pot-shaped rotor (3) which surrounds the side of a stator (2). A stator core (4) is extended in longitudinal direction. The stator coils (7) are circumferentially spaced from each other. The rotor is arranged in a rotor base (12) on the stator face at the inner side of a fan wheel (16), so that directed flow of component is generated along circumferential direction. Air blades (18) are arranged at the opposite ends of fan wheels. Several slots (19) are formed in the stator surface such that the meandering flow of air is generated by fan wheels.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Außenläufermotor, bestehend aus einem Stator und aus einem den Stator von einer Seite her topfartig umschließenden Rotor, wobei der Stator aus einem Statorblechpaket besteht mit in Statorlängsrichtung X-X verlaufenden, umfangsgemäß voneinander beabstandeten Statornuten sowie im Stator angeordneten Statorwicklungen, wobei der topfartige Rotor an seinem Rotorboden auf seiner, einer Statorstirnseite zugekehrten Innenseite ein Lüfterrad aufweist, wodurch ein Luftstrom mit in Umfangsrichtung des Stators gerichteter Strömungskomponente erzeugt wird. The present invention relates to an electric external rotor motor, consisting of a stator and a stator cup-like surrounding the stator from one side, wherein the stator consists of a stator lamination with extending in the stator longitudinal direction XX, circumferentially spaced apart stator slots and arranged in the stator stator windings, said cup-like rotor at its rotor bottom on its, a Statorstirnseite facing inside a fan wheel, whereby an air flow is generated with directed in the circumferential direction of the stator flow component.

Ein derartiger gattungsgemäßer Elektromotor ist aus der DE 103 13 274 A1 bekannt. Mit dem Lüfterrad erfolgt eine Luftverwirbelung innerhalb des vom topfartigen Rotor umschlossenen Innenraumes, wobei ein Luftstrom an der Stirnseite des Statorblechpaketes und an der Innenseite des topfartigen Rotors entsteht, so dass der Rotorboden und der Rotormantel als Kühlkörper wirken können. Hierbei handelt es sich aber lediglich um eine oberflächliche Kühlung des Statorblechpaketes, wodurch die Effizienz der Kühlung begrenzt ist. Such a generic electric motor is from the DE 103 13 274 A1 known. With the fan an air turbulence takes place within the cup-shaped rotor enclosed interior, wherein an air flow on the front side of the stator lamination and on the inside of the cup-shaped rotor is formed, so that the rotor bottom and the rotor shell can act as a heat sink. However, this is only a superficial cooling of the laminated stator core, whereby the cooling efficiency is limited.

Bei Elektromotoren mit innenliegendem Rotor, d. h. Innenläufermotoren, ist es bekannt, siehe EP 0 261 306 A2 , in axialer Richtung durch den Motor hindurch einen Luftstrom dadurch zu erzeugen, dass auf der Rotorwelle ein Radiallüfter befestigt ist, der axial Luft ansaugt und radial abbläst. Hierdurch erfolgt auch eine axiale Durchströmung der Statornuten und somit eine nicht nur oberflächliche Kühlung.In electric motors with internal rotor, ie internal rotor motors, it is known, see EP 0 261 306 A2 in that it produces an air flow in the axial direction through the engine by fixing a radial fan on the rotor shaft, which axially draws air in and blows it off radially. As a result, there is also an axial flow through the stator grooves and thus not only superficial cooling.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, bei einem Außenläufermotor der eingangs beschriebenen Art auch eine Kühlung der Motorwicklungen zu erreichen.The present invention is based on the object, in an external rotor motor of the type described above to achieve a cooling of the motor windings.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass auf der dem Lüfterrad gegenüberliegenden Stirnseite des Stators Luftleitflügel vor mindestens zwei beabstandeten, nicht nebeneinanderliegenden in der Statorstirnseite ausgebildeten Nutöffnungen der Statornuten derart angeordnet sind, dass eine mäanderförmige Durchströmung mehrerer Statornuten durch den von dem Lüfterrad erzeugten Luftstrom erfolgt.According to the invention this is achieved in that on the opposite end of the fan impeller vanes are arranged in front of at least two spaced not adjacent juxtaposed in the Statorstirnnut groove openings of the stator so that a meandering flow through a plurality of Statornuten is effected by the air flow generated by the fan.

Die Erfindung basiert darauf, dass mittels am Stator angeordneter Leitkörper der von dem inneren Lüfterrad erzeugte Luftstrom in den Wickelraum der Statorwicklungen zur Durchströmung der Statornuten umgeleitet wird. Hierbei erhöht sich nicht die Anzahl der rotierenden Teile, und es ist auch keine Leistungssteigerung des Motors erforderlich, sondern die bessere Kühlung wird ausschließlich durch eine effizientere Ausnutzung des vorhandenen Luftstroms bewirkt.The invention is based on the fact that by means of stator arranged on the stator of the air flow generated by the inner fan is diverted into the winding space of the stator windings to flow through the stator. This does not increase the number of rotating parts, and it is also no performance increase of the engine required, but the better cooling is effected solely by a more efficient use of the existing air flow.

Erfindungsgemäß werden statorseitig vor bzw. über jeder zweiten Statornut die Luftleitflügel angebracht, so dass eine Durchströmung aller Statornuten erfolgt.According to the invention, the air conducting vanes are mounted on the stator side in front of or above each second stator groove, so that a flow through all the stator grooves takes place.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten und die Erfindung wird anhand des in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:Advantageous embodiments of the invention are contained in the dependent claims and the invention will be explained in more detail with reference to the embodiment shown in the accompanying drawings. Show it:

1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Außenläufermotors zum Teil geschnitten, 1 a perspective view of an external rotor motor according to the invention partially cut,

2 eine perspektivische Ansicht des Motors gemäß 1 ohne Rotor, 2 a perspective view of the engine according to 1 without rotor,

3 einen Schnitt entlang der Schnittlinie III-III in 1, 3 a section along the section line III-III in 1 .

4 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Leitflügelkörpers, 4 a view of a Leitflügelkörpers invention,

5 eine Prinzipansicht des erfindungsgemäßen Motors im Bereich zwischen Statorstirnseite und Rotorboden zur Darstellung des Strömungsverhaltens in einem erfindungsgemäßen Motor. 5 a schematic view of the engine according to the invention in the region between the stator front side and the rotor bottom to illustrate the flow behavior in a motor according to the invention.

In den verschiedenen Zeichnungen sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen. In the various drawings, like parts are always provided with the same reference numerals.

Zu der anschließenden Beschreibung wird ausdrücklich betont, dass die Erfindung nicht auf die Ausführungsbeispiele und dabei nicht auf alle oder mehrere Merkmale von beschriebenen Merkmalskombinationen beschränkt ist, vielmehr kann jedes einzelne Teilmerkmal des/jedes Ausführungsbeispiels auch losgelöst von allen anderen im Zusammenhang damit beschriebenen Teilmerkmalen für sich und auch in Kombination mit beliebigen Merkmalen eines anderen Ausführungsbeispiels eine erfinderische Bedeutung haben.For the following description, it is expressly emphasized that the invention is not limited to the exemplary embodiments and not all or several features of described combinations of features, but each individual feature of the / each embodiment can also be separated from all other partial features described in connection therewith and also have an inventive meaning in combination with any features of another embodiment.

Ein erfindungsgemäßer Elektromotor 1 ist als Außenläufermotor, und zwar vorzugsweise als kollektorloser, elektrisch kommutierter Gleichstrommotor ausgebildet. Der Elektromotor 1 besteht aus einem Stator 2 mit einem dem Stator 2 von einer Stirnseite her topfartig umschließenden Rotor 3, der den Außenläufer bildet. Der Stator 2 besteht aus einem Statorblechpaket 4, das eine Vielzahl voneinander umfangsgemäß beabstandeter, in Längsrichtung X-X verlaufender Statornuten 5 besitzt, die zur Aufnahme von Statorwicklungen 7 dienen. Das Statorblechpaket 4 sitzt auf einem Lagertragrohr 8, das einseitig mit einem Statorflansch 9 verbunden ist, mit dem der Elektromotor 1 an einem nicht dargestellten Gehäuse oder dergleichen befestigbar ist. Der Rotor 3 weist mittig eine Rotorwelle 10 auf, mit der der Rotor 3 im Lagertragrohr 8 des Stators 2 drehbar gelagert ist. Der Rotor 3 besteht aus einem Rotorboden 12 und einem mit diesem verbundenen zylindrischen Rotorgehäuse 13, das das Statorblechpaket 4 umschließt, und an dessen Innenseite Rotormagnete 14 befestigt sind.An inventive electric motor 1 is designed as an external rotor motor, preferably as a brushless, electrically commutated DC motor. The electric motor 1 consists of a stator 2 with a stator 2 from a front side cup-like enclosing rotor 3 making the outrunner. The stator 2 consists of a laminated stator core 4 comprising a plurality of circumferentially spaced apart, longitudinally extending stator slots 5 owns that for receiving stator windings 7 serve. The stator core 4 sits on a bearing support tube 8th , the one-sided with a stator flange 9 connected to which the electric motor 1 to a housing, not shown, or the like can be fastened. The rotor 3 has a rotor shaft in the middle 10 on, with which the rotor 3 in the bearing tube 8th of the stator 2 is rotatably mounted. The rotor 3 consists of a rotor bottom 12 and a cylindrical rotor housing connected thereto 13 that the stator core 4 encloses, and on its inside rotor magnets 14 are attached.

Zwischen dem freien Ende des Rotorgehäuses 13 und dem Statorflansch 9 ist ein umlaufender Ringspalt 15 vorhanden, durch den Luft in das Rotorgehäuse einströmen kann. Auf seiner dem Statorblechpaket 4 zugekehrten Innenseite weist der Rotorboden 12 ein Lüfterrad 16 auf, das im dargestellten Ausführungsbeispiel aus einstückig am Rotorboden 12 angeformten, radial verlaufenden Lüfterstegen 17 bzw. Rippen gebildet wird. Dieses Lüfterrad 16 kann aber auch als separates Bauteil ausgebildet sein, das drehfest mit der Rotorwelle 10 verbunden ist. Mit dem Lüfterrad 16 wird bei Drehung des Rotors 3 innerhalb des Rotorgehäuses 13 ein Luftstrom erzeugt, der an dem dem Rotorboden 12 zugekehrten Stirnende des Statorblechpaketes 4 auch eine ausgeprägte, in Umfangsrichtung des Stators 2 gerichtete Strömungskomponente aufweist. Durch den von dem Lüfterrad 16 erzeugten Luftstrom wird eine Innenkühlung des Elektromotors 1 bewirkt. Between the free end of the rotor housing 13 and the stator flange 9 is a circumferential annular gap 15 present, can flow through the air in the rotor housing. On his the stator lamination package 4 facing inside, the rotor bottom 12 a fan 16 on, in the illustrated embodiment of one piece on the rotor bottom 12 molded, radially extending fan webs 17 or ribs is formed. This fan 16 but can also be designed as a separate component, the rotation with the rotor shaft 10 connected is. With the fan wheel 16 becomes during rotation of the rotor 3 inside the rotor housing 13 generates an air flow at the rotor bottom 12 facing front end of the stator lamination 4 also a pronounced, in the circumferential direction of the stator 2 directed flow component has. By the one of the fan 16 Air flow generated is an internal cooling of the electric motor 1 causes.

Erfindungsgemäß sind auf der dem Lüfterrad 16 gegenüberliegenden Stirnseite des Stators 2 bzw. des Statorblechpaketes 4 Luftleitflügel 18 befestigt, so dass diese Luftleitflügel 18 vor mindestens zwei beabstandeten und nicht unmittelbar nebeneinanderliegenden, in der Statorstirnseite befindlichen Nutöffnungen 19 den Statornuten derart angeordnet und ausgebildet sind, dass die von dem Lüfterrad 16 erzeugte Luftströmung durch die erfindungsgemäßen Luftleitflügel 18 in die Statornuten 5 umgelenkt wird, so dass eine mäanderförmige Durchströmung zumindest mehrerer Statornuten 5 in deren Längsrichtung X-X erfolgt. Wie im gezeigten Ausführungsbeispiel zu erkennen ist, sind vorteilhafterweise an der Nutöffnung 19 jeder zweiten Statornut 5 erfindungsgemäße Luftleitflügel 18 angeordnet. Die Luft strömt hierbei durch Umlenkung mit Hilfe der Luftleitflügel 18 in die jeweilige Nutöffnung, vor der ein Luftleitflügel 18 angeordnet ist, ein und strömt durch diese Statornut 5 in Richtung auf den Statorflansch 9. Anschließend strömt die Luft durch die in Drehrichtung Y des Rotors 3 folgende Statornut 5 zurück in Richtung auf den Rotorboden 12 und tritt an der entsprechenden Nutöffnung, an der kein Luftleitflügel 18 vorhanden ist, aus. Die Luftströmung, die somit mäanderförmig durch die Statornuten 5 erfolgt, nimmt Wärme aus den Statorwicklungen 7 auf und verringert dadurch die Erwärmung der Statorwicklungen 7 insgesamt.According to the invention are on the fan 16 opposite end of the stator 2 or the laminated stator core 4 air blades 18 attached so that these airfoils 18 before at least two spaced and not immediately adjacent, located in the stator front slot openings 19 the stator slots are arranged and designed such that the of the fan 16 Air flow generated by the invention Luftleitflügel 18 in the stator grooves 5 is deflected, so that a meandering flow through at least a plurality of stator slots 5 takes place in the longitudinal direction XX. As can be seen in the embodiment shown, are advantageously at the slot opening 19 every second stator slot 5 Air vanes according to the invention 18 arranged. The air flows through deflection with the help of the air vanes 18 in the respective slot opening, in front of a baffles 18 is arranged, and flows through this stator 5 in the direction of the stator flange 9 , Subsequently, the air flows through in the direction of rotation Y of the rotor 3 following stator slot 5 back towards the rotor bottom 12 and occurs at the corresponding slot opening at which no air vane 18 is present, off. The air flow, thus meandering through the Statornuten 5 takes place, takes heat from the stator windings 7 and thereby reduces the heating of the stator windings 7 all in all.

Erfindungsgemäß bestehen die Luftleitflügel 18 aus Flügelstegen, die jeweils parallel zu einem Öffnungsrand 20 einer stirnseitigen Nutöffnung 19 des Statorblechpaketes 4 verlaufen. Der Flügelsteg ist derart entgegen der umfänglich gerichteten Strömungskomponente des Luftstroms, der durch das Lüfterrad 16 erzeugt wird, geneigt ausgerichtet, dass er oberhalb der jeweiligen Nutöffnung 19 diese überdeckend verläuft. Hierbei ist strömungsmäßig vorteilhaft, wenn der Flügelsteg eine konvex gewölbte Querschnittskontur besitzt. Durch diese Anordnung wird die umfänglich strömende Luft durch den stirnseitig in Längsrichtung X-X axial abstehenden Flügelsteg in die jeweilige Nutöffnung umgeleitet (siehe 5). Die Flügelstege sind zwischen einem inneren Tragring 22 und einem äußeren Wandring 23 mit diesen einstückig ausgebildet. Zwischen dem Tragring 22 und dem Wandring 23 ist ein Höhenversatz vorhanden. Hierdurch liegt der Tragring auf einem auf dem Statorblechpaket 4 axial in Längsrichtung X-X vorstehenden Lageransatz des Stators 2 auf und der Wandring 23 verläuft am Umfang des Statorblechpaketes 4 in dessen Endbereich, wobei eine Fixierung über den Tragring 22 am Statorblechpaket 4 erfolgt. Die Luftleitflügel 18, der Wandring 23 und der Tragring 22 sind als einheitliches Kunststoffspritzgussteil hergestellt. Über die Breite B der Luftleitflügel 18 und ihrem Neigungswinkel α zur Stirnfläche des Statorblechpaketes 4 wird das umgeleitete Volumen des von dem Lüfterrad 16 erzeugten Luftstroms eingestellt. According to the invention, the air vanes 18 from wing webs, each parallel to an opening edge 20 an end groove opening 19 of stator laminated core 4 run. The wing bar is so against the circumferentially directed flow component of the air flow through the fan 16 is generated, inclined that it is above the respective slot opening 19 this overlaps. In this case, flow is advantageous if the wing bar has a convexly curved cross-sectional contour. As a result of this arrangement, the circumferentially flowing air is diverted into the respective slot opening by the leaf web projecting axially in the longitudinal direction XX (see FIG 5 ). The wing bars are between an inner support ring 22 and an outer wall ring 23 formed integrally with these. Between the support ring 22 and the wall ring 23 there is a height offset. As a result, the support ring is located on a on the stator lamination 4 axially in the longitudinal direction XX projecting bearing neck of the stator 2 on and the wall ring 23 runs on the circumference of the laminated stator core 4 in the end region, with a fixation on the support ring 22 on stator laminated core 4 he follows. The baffles 18 , the wall ring 23 and the support ring 22 are manufactured as a uniform plastic injection molded part. About the width B of the airfoils 18 and their inclination angle α to the end face of the stator lamination stack 4 becomes the redirected volume of the fan wheel 16 adjusted air flow adjusted.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern umfasst auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Mittel. The invention is not limited to the illustrated and described embodiment, but also includes all means acting in accordance with the invention means.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10313274 A1 [0002]
EP 0261306 A2 [0003]

Claims

Electric external rotor motor ( 1 ) consisting of a stator ( 2 ) and from a stator ( 2 ) pot-like rotor enclosing from one side ( 3 ), wherein the stator ( 2 ) from a laminated stator core ( 4 ) consists of extending in the longitudinal direction XX, circumferentially spaced from each other stator grooves ( 5 ) as well as in the stator ( 2 ) arranged stator windings ( 7 ), wherein the rotor ( 3 ) on its rotor bottom ( 12 ) on its, a Statorstirnseite facing inside a fan ( 16 ), whereby an air flow with in the circumferential direction of the stator ( 2 ) directed flow component is generated, characterized in that on the the fan ( 16 ) opposite end face of the stator ( 2 ) on this wing ( 18 ) in front of at least two spaced, not adjacent juxtaposed in the Statorstirnseite groove openings ( 19 ) of the stator slots ( 5 ) are arranged such that a meandering flow through a plurality of stator slots ( 5 ) by the of the fan ( 16 ) generated air flow takes place.

External rotor motor according to claim 1, characterized in that the air deflectors ( 18 ) consist of wing webs, which parallel to an opening longitudinal edge ( 20 ) an end groove opening ( 19 ) and are aligned inclined relative to the circumferential flow component of the air flow, that each air deflector ( 18 ) above the respective slot opening ( 19 ) this overlaps.

External rotor motor according to claim 2, characterized in that the air guiding wing ( 18 ) has a convexly arched ridge contour.

External rotor motor according to claim 2 or 3, characterized in that the air guide vanes ( 18 ) at every second stator slot ( 5 ) are arranged frontally.

External rotor motor according to one of claims 1 to 4, characterized in that the air guide vanes ( 18 ) between an inner support ring ( 22 ) and an outer wall ring ( 23 ) are integrally formed with these.

External rotor motor according to claim 5, characterized in that between the support ring ( 22 ) and the wall ring ( 23 ) A height offset is formed.

External rotor motor according to claim 5 or 6, characterized in that the wall ring ( 23 ), the support ring ( 22 ) and the baffles ( 18 ) are formed as a plastic injection molded part.

External rotor motor according to one of claims 1 to 7, characterized in that the fan wheel ( 16 ) in one piece with the rotor bottom ( 12 ) is and on the rotor bottom ( 12 ) formed radially extending fan webs ( 17 ) is formed.