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WO2008019945A1 - Rotor having an integrated ventilator - Google Patents

Rotor having an integrated ventilator Download PDF

Info

Publication number
WO2008019945A1
WO2008019945A1 PCT/EP2007/057962 EP2007057962W WO2008019945A1 WO 2008019945 A1 WO2008019945 A1 WO 2008019945A1 EP 2007057962 W EP2007057962 W EP 2007057962W WO 2008019945 A1 WO2008019945 A1 WO 2008019945A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
rotor
arms
electric motor
motor according
cage
Prior art date
Application number
PCT/EP2007/057962
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Volker Schmitz
Helmut SCHÖNHOFF
Dirk Schmidt
Original Assignee
Vorwerk & Co. Interholding Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vorwerk & Co. Interholding Gmbh filed Critical Vorwerk & Co. Interholding Gmbh
Publication of WO2008019945A1 publication Critical patent/WO2008019945A1/en

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/02—Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine
    • H02K9/04—Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine having means for generating a flow of cooling medium
    • H02K9/06—Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine having means for generating a flow of cooling medium with fans or impellers driven by the machine shaft
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/24—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors with channels or ducts for cooling medium between the conductors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/46—Fastening of windings on the stator or rotor structure
    • H02K3/48—Fastening of windings on the stator or rotor structure in slots
    • H02K3/487—Slot-closing devices

Definitions

  • the invention relates to an electric motor with a rotor, which has a rotor winding, which rests in circumferentially uniformly distributed grooves of the rotor, wherein further provided with a rotor fan is provided, forming by means of extending into the grooves arms, forming a cage held the runner.
  • an arm with bias radially outward in the groove rests, according to which the free-keeping of the ventilation path between arm and winding is secured.
  • the arm inserted with prestress in the groove is always urged radially outward, in particular into a radial contact position in which the arm urges against a, the arm-receiving groove radially outwardly partially overlapping strip-like projection.
  • the invention further relates to an electric motor according to the features of the preamble of claim 1.
  • an arm rests with bias radially outward in the groove. Accordingly, a self-holding of the arm having cage is achieved with fan on the rotor. Due to the bias of the cage arm is located on a radially outer edge, which engages in the groove on. The resulting frictional force is sufficiently large so that the rotor can be transported to the next production step after it has been fitted with the cage without further securing measures.
  • the bias of the arm further ensures that this does not protrude radially inward into the groove of the rotor, so preferably not contacted the covered windings in the groove.
  • a ventilation path between arm and winding is preferably left, through which there is a suction or blowing air through the fan during operation.
  • the winding is desired to be contacted by the arm, it can be biased radially outward in the groove.
  • the bias of the arm is achieved by a non-mounted cage at an acute angle to an axis of symmetry of the cage directed course of the arm or the arms.
  • the cage is further preferably produced as a plastic injection molded part. Its arms take after completion of the cage, ie after the injection process a radially outwardly facing angular position, so on, starting from the fan wheel, considering the circumferentially distributed around the fan wheel arranged arms, including a funnel-like opening space. If the cage mounted on the rotor, this by inserting the cage arms in the rotor grooves, these arms are bent in the context of their elasticity radially inward, after which they rest due to the spring force surface on the facing radial inner edge of the grooves.
  • the acute angle enclosed by the arms in the non-assembled state of the cage relative to the axis of symmetry thereof is preferably 1 ° to 5 °, such as 2 or 3 ° or 4 ° or else tenth-degree intermediate dimensions such as 2.3 ° or 3, for example. 7 °.
  • the arms are rooted in a ring which surrounds the rotor, on which ring on other side predominantly radially extending guide vanes are formed. These vanes are preferably not strictly radially aligned, but rather take in plan a curved blade shape, to obtain a targeted flow direction.
  • the inner diameter of the arm supporting ring is preferably adapted to the outer diameter of the winding.
  • the ring continues in a projecting radially outward beyond the arms out flange portion whose dimension corresponds in the radial direction of the radial extent of the blades.
  • the radial projection of the flange portion over the arms is about 1 to 5 times, preferably 2 to 3 times the thickness of the arms measured in the radial direction.
  • the flange section leaves radially inward ventilation paths, for flowing through the grooves-ventilation paths.
  • These flange-section-side ventilation paths are furthermore preferably left by blades projecting radially inwards beyond the inner peripheral edge of the rim.
  • the ratio of the number of blades to the number of arms is greater than 0.5, so more preferably also less than 2.0.
  • circumferentially evenly distributed over the ring are twelve arms provided, while these are arranged opposite to the ring twenty-one, in any case evenly distributed arranged blades.
  • Figure 1 is a perspective view of a rotor provided with a cage of an electric motor in a perspective view.
  • FIG. 2 shows the rotor of FIG. 1 in a further perspective
  • FIG 3 shows the longitudinal section through the rotor with mounted cage.
  • FIG. 5 shows the enlargement of the region V in FIG. 3;
  • Fig. 7 shows the cage in longitudinal section.
  • a rotor 1 for an electric motor with a rotor core 2. It has over the circumference evenly distributed a plurality of extending in the axial direction of the rotor 1 grooves 3, which radially outward are open. Between two circumferentially adjacent grooves 3, viewed in cross-section, there extends a web 4 which separates them and is approximately T-shaped in cross-section, wherein the web flanks 5 of two circumferential grooves extend toward each other. ßig adjacent rotor bars 4 limit the slot-like slot opening 6. The T-leg of the web 4 is radially aligned.
  • the web flanks 6 of two circumferentially adjacent rotor webs 4 protrude freely, like a roof over the associated groove 3, which groove 3 tapers on the underside starting from these web flanks 5 in cross section in the direction of a groove bottom.
  • grooves 3 are uniformly spaced from each other over the circumference twelve such grooves 3 are provided which extend in the axial direction over the entire length of the rotor core 2. These grooves 3 are used to receive winding wires, for forming a rotor winding 7, to which further the grooves 3 are lined for insulation to the winding wires of the rotor winding 7 with an insulating layer 8.
  • Each groove 3 of the rotor 1 is closed in the operable state of the rotor 1 radially outwardly by a cover insulation. This is formed by pin-like arms 9, which extend over the entire axial length of the grooves 3 extending into this. Each groove 3 is associated with such an arm 9.
  • Each arm 9 is designed approximately T-shaped in cross-section, with a in the space between two the respective groove 3 partially overlapping, facing each other web flanks 5 T-leg 10th Die T-webs 11 of the arms 9 extend on the nut side, ie the lower side of the ingot flanks 5 growing in the groove 3 are supported on the underside against this, wherein a further space is left between the winding wires of the rotor winding 7 and the T-webs 11 of the arm 9, to form a groove extension direction, ie correspondingly parallel aligned with the rotor axis x extending ventilation path 12.
  • the cross-sectional areas of rotor winding 7 and vent 12 within the overlapped groove cross-section are approximately 1.2: 1 in a ratio of about 2: 1 to 1.1: 1 / in a selected embodiment.
  • the rotor winding 7 occupies an area of 14 mm 2 and the resulting ventilation path 12 occupies an area of 12 mm 2 .
  • the arms 9 enter at one end into a ring 13 connecting the arms 9.
  • This ring 13 is provided with an inner diameter which corresponds to the clear distance between two diametrically opposite arms 9 in the root region of the ring 13.
  • the ventilation path 12 upwardly bounding T-web surfaces of the arms 9 in the circumferential inner peripheral edge of the ring 13 a.
  • the ring 13 expands radially outward into a flange section 14, which extends correspondingly circumferentially beyond the arms 9.
  • the radial protrusion dimension of the flange portion 14 via the arms 9 corresponds approximately to the extent of the radial material thickness of the arm 9 in the region of the T-leg 10.
  • the ring 13 or flange section 14 connecting the arms 9 extends in the axial direction outside of the grooves 3, further supporting itself on an associated end face of the rotor core 2 and surrounding the rotor winding 7.
  • the ring 13 and flange 14 is arranged in the illustrated embodiment collector side of the rotor 1.
  • the flange portion 14 carries on the arms 9 facing away transversely to the rotor axis x aligned flange or annular surface vanes 15 to form a collector side provided fan 16.
  • the blades 15 extend essentially in the radial direction, wherein evenly distributed over the circumference in the illustrated embodiment, twenty-one such blades 15 form the fan 16.
  • the height of the blades 15 measured in axial extent of the same in the representations corresponds to about one-fifth to one-sixth of the axial length of an arm 9.
  • the axial length of an arm 9 corresponds to about four times the blade height.
  • the blades 15 in a plan view are not strictly linearly aligned with the base plane of the ring 13 extending transversely to the rotor axis x, but rather curved to form a radial fan.
  • a convex curvature of the blades 15 directed counterclockwise is provided.
  • the blades 15 are bent at the outer radius in the direction of travel.
  • the arms 9, the ring 13 and the flange portion 14 and the blades 15 are integrally molded as a plastic component, in particular as a plastic injection molded part, which forms a total of a cage 17.
  • This cage 17 is pushed after the winding of the rotor core 2 in the axial direction, with introduction of the arms 9 in the associated grooves.
  • the cage 17 is designed so that the arms 9 extend in the unloaded orientation, ie, when the cage 17 is not mounted starting from the connection to the ring 13 radially outwardly increasing in the axial direction, so that the arms 9 an acute angle alpha of about 3 ° to the axis of symmetry y of the cage 17, which axis of symmetry y coincides with the rotor axis x after assembly of the cage 17 on the rotor core 2.
  • the arms 9 are bent radially inwardly as part of their elasticity and inserted into the grooves 3 in this position.
  • the groove-ventilation paths 12 open into a radially inwardly on the flange 14 left circumferential ventilation path 18, which is defined inter alia by a radial supernatant of the blades 15 inwardly over the ring 13 and flange portion 14 addition, which radial projection of the blades 15 corresponds approximately to the thickness of a blade 15.
  • the decisive factor for the airflow generated by the fan rotation is the centrifugal force, which transports the air radially from the fan 16 to the outside. Due to the selected position of the air outlet openings to the fan 16 and the associated air turbulences are taken up and removed by the fan blades 15 leading in the direction of advance.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Motor Or Generator Cooling System (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Abstract

The invention relates to an electric motor having a rotor (1), comprising a rotor winding (7), which is inserted in grooves (3) of the rotor (1), which are evenly distributed across its circumference, wherein further a ventilator (16) connected to a rotor (1) is provided, which is attached to the rotor (1) by means of arms (9) extending into the grooves (3), forming a cage (17). In order to further configure an electric motor of prior art, particularly with regard to improved cooling of the same, it is provided that an arm (9) of the ventilator (16) leaves a grooved ventilation path (12) with regard to the winding (7), thus enabling a suctioning or blowing of air by means of the ventilator (16) during operation.

Description

LAUFER MIT INTEGRIERTEM LÜFTER RUNNER WITH INTEGRATED FAN
Die Erfindung betrifft einen Elektromotor mit einem Läufer, der eine Läuferwicklung aufweist, die in über den Umfang gleichmäßig verteilte Nuten des Läufers einliegt, wobei weiter ein mit dem Läufer verbundener Lüfter vorgesehen ist, der mittels sich in die Nuten erstreckender Arme, einen Käfig bildend an dem Läufer gehalten ist.The invention relates to an electric motor with a rotor, which has a rotor winding, which rests in circumferentially uniformly distributed grooves of the rotor, wherein further provided with a rotor fan is provided, forming by means of extending into the grooves arms, forming a cage held the runner.
Bei gewickelten Läufern von Elektromotoren ist insbesondere im Hochspannungsbereich von beispielsweise 100 V bis 230 V das Einbringen eines Nutenverschlusses notwendig. Weiterhin benötigen viele Motoren Lüfterräder zur Eigenkühlung. Bei Motoren, die sowohl einen Nutenverschluss wie auch einen Lüfter benötigen, werden sogenannte Nutenverschluss-Käfige eingesetzt, bei denen einseitig Lüfterschaufeln angebracht sind. Die Kombination von Nutenverschluss mit Lüfterrad erlaubt kurze, kompakte Bauformen.In wound runners of electric motors, in particular in the high voltage range of, for example, 100 V to 230 V, the introduction of a slot closure is necessary. Furthermore, many engines require fans for self-cooling. Motors that require both a slot seal and a fan use so-called keyway cages with fan blades on one side. The combination of slot lock with fan allows short, compact designs.
Ein Elektromotor mit Läufer der in Rede stehenden Art ist beispielsweise aus der DE 19929 590 Al bekannt. Bei diesem sind die Nuten des Läufers durch Arme eines Käfigs verschlossen, welcher Käfig zudem einen Lüfter ausformt.An electric motor with runners of the type in question is known for example from DE 19929 590 Al. In this case, the grooves of the rotor are closed by the arms of a cage, which cage also forms a fan.
Im Hinblick auf den vorbeschriebenen Stand der Technik wird eine technische Problematik der Erfindung dahin gesehen, einen Elektromotor der in Rede stehenden Art insbesondere hinsichtlich einer verbesserten Kühlung desselben weiterzubilden.In view of the above-described prior art, a technical problem of the invention is considered to further develop an electric motor of the type in question, in particular with regard to improved cooling thereof.
Diese Problematik ist zunächst und im Wesentlichen durch den Gegenstand des Anspruches 1 gelöst, wobei darauf abgestellt ist, dass ein Arm des Lüfters in Bezug auf die Wicklung einen Nuten-Lüftungsweg belässt, der im Betrieb ein Durchsaugen oder Durchblasen von Luft mittels des Lüfters erbringt. Zufolge dieser Ausgestaltung ist eine verbesserte Kühlung des Elektromotors im Betrieb erreicht, durch eine Luftströmung, die entlang der Nuten zwischen der Wicklung und den in die Nuten einragenden Arme strömt . Das axial endseitige Lüfterrad bewirkt entsprechend ein Durchsaugen oder gegebenenfalls ein Durchblasen eines derart frei gestellten Lüftungsweges. Die insbesondere durchge- saugte Luft streicht gezielt an den besonders wärmeerzeugenden Wicklungen entlang. Die in die Nuten eingreifenden Arme belassen einen relativ kleinen Lüftungswegquerschnitt, was zu einer relativ hohen Strömungsgeschwindigkeit führt.This problem is solved first and foremost by the subject matter of claim 1, wherein it is pointed out that an arm of the fan with respect to the winding leaves a slot ventilation path, which provides a suction or blowing air through the fan during operation. As a result of this refinement, an improved cooling of the electric motor is in operation achieved by an air flow which flows along the grooves between the winding and the protruding into the grooves arms. The axially end-side impeller accordingly causes a suction or possibly a blowing through of such a vacant ventilation path. The particularly sucked air sweeps specifically along the particularly heat-generating windings. The engaging in the grooves arms leave a relatively small Lüftungswegquerschnitt, resulting in a relatively high flow rate.
Der Gegenstand des weiteren Anspruchs ist nachstehend in Bezug zu dem Gegenstand des Anspruchs 1 erläutert, kann aber auch in seiner unabhängigen Formulierung von Bedeutung sein.The subject matter of the further claim is explained below in relation to the subject matter of claim 1, but may also be significant in its independent formulation.
So ist in einer bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes vor- gesehen, dass ein Arm mit Vorspannung nach radial außen in der Nut einliegt, zufolge dessen die Freihaltung des Lüftungsweges zwischen Arm und Wicklung gesichert ist. Der mit Vorspannung in der Nut einliegende Arm wird stets radial nach außen gedrängt, dies insbesondere in eine radiale Anlagestellung in welcher der Arm gegen einen, die den Arm aufnehmende Nut nach radial au- ßen teilweise überdeckenden leistenartigen Vorsprung drängt.Thus, in a preferred embodiment of the subject invention provides that an arm with bias radially outward in the groove rests, according to which the free-keeping of the ventilation path between arm and winding is secured. The arm inserted with prestress in the groove is always urged radially outward, in particular into a radial contact position in which the arm urges against a, the arm-receiving groove radially outwardly partially overlapping strip-like projection.
Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Elektromotor nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1.The invention further relates to an electric motor according to the features of the preamble of claim 1.
Um einen Elektromotor der in Rede stehenden Art insbesondere fertigungstechnisch weiter zu verbessern, wird vorgeschlagen, dass ein Arm mit Vorspannung nach radial außen in der Nut einliegt. Demzufolge ist eine Selbsthaltung des den Arm aufweisenden Käfigs mit Lüfter an dem Läufer erreicht. Durch die Vorspannung liegt der Käfigarm an einer radial äußeren Flanke, die in die Nut eingreift, an . Die dabei entstehende Reibkraft ist ausreichend groß, so dass der Läufer nach einer Bestückung desselben mit dem Käfig ohne weitere Sicherungsmaßnahmen zum nächsten Fertigungsschritt transportiert werden kann. Die Vorspannung des Armes sorgt weiterhin dafür, dass dieser nicht nach radial innen in die Nut des Läufers ragt, so entsprechend bevorzugt nicht die überdeckten Wicklungen im Bereich der Nut kontaktiert. Vielmehr wird bevorzugt ein Lüftungsweg zwischen Arm und Wicklung belassen, durch welchen im Betrieb ein Durchsaugen oder Durchblasen von Luft mittels des Lüfters erfolgt. Alternativ kann aber auch bei einer gewünschten Kontaktierung der Wicklung durch den Arm dieser nach radial außen vorgespannt in der Nut ein- liegen.In order to further improve an electric motor of the type in question in particular manufacturing technology, it is proposed that an arm rests with bias radially outward in the groove. Accordingly, a self-holding of the arm having cage is achieved with fan on the rotor. Due to the bias of the cage arm is located on a radially outer edge, which engages in the groove on. The resulting frictional force is sufficiently large so that the rotor can be transported to the next production step after it has been fitted with the cage without further securing measures. The bias of the arm further ensures that this does not protrude radially inward into the groove of the rotor, so preferably not contacted the covered windings in the groove. Rather, a ventilation path between arm and winding is preferably left, through which there is a suction or blowing air through the fan during operation. Alternatively, however, even when the winding is desired to be contacted by the arm, it can be biased radially outward in the groove.
Die Gegenstände der weiteren Ansprüche sind nachstehend in Bezug zu dem Gegenstand des Anspruchs 1 und/ oder in Bezug zu dem Gegenstand des Anspruches 3 erläutert, können aber auch in ihrer unabhängigen Formulierung von Bedeutung sein.The subjects of the further claims are explained below in relation to the subject-matter of claim 1 and / or in relation to the subject-matter of claim 3, but may also be significant in their independent formulation.
Die Vorspannung des Armes ist erreicht durch einen sich bei nicht montiertem Käfig in einem spitzen Winkel zu einer Symmetrieachse des Käfigs gerichteten Verlauf des Armes bzw. der Arme. Der Käfig ist weiter bevorzugt als Kunst- stoffspritzteil hergestellt. Dessen Arme nehmen nach der Fertigstellung des Käfigs, d. h. nach dem Spritzvorgang eine nach radial außen weisende Winkelstellung ein, so weiter ausgehend von dem Lüfterrad unter Betrachtung der um- fangsmäßig des Lüfterrades verteilt angeordneten Arme unter Umfassen eines sich trichterartig öffnenden Raumes. Wird der Käfig an dem Läufer montiert, dies durch Einschieben der Käfigarme in die Läufernuten, werden diese Arme im Rahmen ihrer Elastizität nach radial innen gebogen, wonach diese dann bedingt durch die Rückfederkraft flächig an der zugewandten Radialinnenflanke der Nuten anliegen. Zudem kommen zufolge dieser Ausgestaltung und infolge der zwingend vorzunehmenden Einbiegung der Arme nach radial innen im Zuge des Bestückens des Läufers Toleranzen und Formfehler in der Lage der Arme, beispielsweise infolge der Lagerung als Schüttgut usw., nicht zum Tragen. Der von den Armen im nicht montieren Zustand des Käfigs zu der Symmetrieachse desselben eingeschlossene spitze Winkel beträgt bevorzugt 1° bis 5°, so weiter beispielsweise 2 oder 3° bzw. 4° oder auch Zwischengradmaße im Zehntelbereich wie beispielsweise 2,3° oder 3,7°.The bias of the arm is achieved by a non-mounted cage at an acute angle to an axis of symmetry of the cage directed course of the arm or the arms. The cage is further preferably produced as a plastic injection molded part. Its arms take after completion of the cage, ie after the injection process a radially outwardly facing angular position, so on, starting from the fan wheel, considering the circumferentially distributed around the fan wheel arranged arms, including a funnel-like opening space. If the cage mounted on the rotor, this by inserting the cage arms in the rotor grooves, these arms are bent in the context of their elasticity radially inward, after which they rest due to the spring force surface on the facing radial inner edge of the grooves. In addition, according to this embodiment and as a result of the inevitable to be made inflection of the arms radially inwardly in the course of the placement of the rotor tolerances and shape errors in the situation of Arms, for example, as a result of storage as bulk material, etc., not to wear. The acute angle enclosed by the arms in the non-assembled state of the cage relative to the axis of symmetry thereof is preferably 1 ° to 5 °, such as 2 or 3 ° or 4 ° or else tenth-degree intermediate dimensions such as 2.3 ° or 3, for example. 7 °.
Die Arme wurzeln in einem, den Läufer umfassenden Ring, an welchem Ring anderseitig sich vorwiegend radial erstreckende Leitschaufeln ausgebildet sind. Diese Leitschaufeln sind bevorzugt nicht streng radial ausgerichtet, sondern nehmen vielmehr im Grundriss eine gekrümmte Schaufelform auf, zur Erlangung einer gezielten Strömungsrichtung. Der Innendurchmesser des die Arme tragenden Rings ist bevorzugt an den Außendurchmesser der Wicklung angepasst.The arms are rooted in a ring which surrounds the rotor, on which ring on other side predominantly radially extending guide vanes are formed. These vanes are preferably not strictly radially aligned, but rather take in plan a curved blade shape, to obtain a targeted flow direction. The inner diameter of the arm supporting ring is preferably adapted to the outer diameter of the winding.
Leitschaufelseitig setzt sich der Ring in einen sich nach radial außen über die Arme hinaus ragenden Flanschabschnitt fort, dessen Abmessung in radialer Richtung der Radialerstreckung der Schaufeln entspricht. Das radiale Überstandsmaß des Flanschabschnittes über die Arme entspricht etwa dem 1- bis 5- fachen, bevorzugt dem 2- bis 3-fachen der in radialer Richtung gemessenen Stärke der Arme.Guide vane side, the ring continues in a projecting radially outward beyond the arms out flange portion whose dimension corresponds in the radial direction of the radial extent of the blades. The radial projection of the flange portion over the arms is about 1 to 5 times, preferably 2 to 3 times the thickness of the arms measured in the radial direction.
Der Flanschabschnitt belässt radial innen Lüftungswege, zum Durchströmen der Nuten-Lüftungswege. Diese flanschabschnittseitigen Lüftungswege sind weiter bevorzugt durch radial nach innen über die innere Randkante des Rin- ges überstehende Schaufeln belassen.The flange section leaves radially inward ventilation paths, for flowing through the grooves-ventilation paths. These flange-section-side ventilation paths are furthermore preferably left by blades projecting radially inwards beyond the inner peripheral edge of the rim.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes ist vorgesehen, dass das Verhältnis von Anzahl der Schaufeln zu Anzahl der Arme größer 0,5 ist, so weiter bevorzugt zudem kleiner als 2,0. So sind in einer beispielhaften Ausführung über den Ring umfangsmäßig gleichmäßig verteilt zwölf Arme vorgesehen, während diesen gegenüberliegend an dem Ring einundzwanzig jedenfalls gleichmäßig verteilt angeordnete Schaufeln angeordnet sind.In a preferred embodiment of the subject invention, it is provided that the ratio of the number of blades to the number of arms is greater than 0.5, so more preferably also less than 2.0. Thus, in an exemplary embodiment, circumferentially evenly distributed over the ring are twelve arms provided, while these are arranged opposite to the ring twenty-one, in any case evenly distributed arranged blades.
Nachstehend ist die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung, welche Ie- diglich ein Ausführungsbeispiel darstellt, näher erläutert. Es zeigt:The invention is explained in more detail below with reference to the attached drawing, which illustrates only one exemplary embodiment. It shows:
Fig. 1 in perspektivischer Darstellung einen mit einem Käfig versehenen Läufer eines Elektromotors in perspektivischer Darstellung;Figure 1 is a perspective view of a rotor provided with a cage of an electric motor in a perspective view.
Fig. 2 den Läufer gemäß Fig. 1 in einer weiteren perspektivischenFig. 2 shows the rotor of FIG. 1 in a further perspective
Darstellung;Presentation;
Fig. 3 den Längsschnitt durch den Läufer mit montiertem Käfig;3 shows the longitudinal section through the rotor with mounted cage.
Fig. 4 den Schnitt gemäß der Linie IV-IV in Fig. 3;4 shows the section along the line IV-IV in Fig. 3.
Fig. 5 die Herausvergrößerung des Bereiches V in Fig. 3;FIG. 5 shows the enlargement of the region V in FIG. 3; FIG.
Fig. 6 den Käfig in einer perspektivischen Einzeldarstellung;6 shows the cage in a perspective detail view;
Fig. 7 den Käfig in Längsschnittdarstellung.Fig. 7 shows the cage in longitudinal section.
Dargestellt und beschrieben ist zunächst mit Bezug zu den Darstellungen in Fig. 1 und 2 ein Läufer 1 für einen Elektromotor, mit einem Läuferkern 2. Dieser weist über den Umfang gleichmäßig verteilt mehrere sich in Axialrichtung des Läufers 1 erstreckende Nuten 3, welche nach radial außen hin geöffnet sind. Zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Nuten 3 erstreckt sich im Querschnitt betrachtet ein diese trennender, im Querschnitt etwa T-förmiger Steg 4, wobei die aufeinander zu weisenden Stegflanken 5 zweier umfangsmä- ßig benachbarter Läuferstege 4 die schlitzartige Nutöffnung 6 begrenzen. Der T- Schenkel des Steges 4 ist radial ausgerichtet.1 and 2, a rotor 1 for an electric motor, with a rotor core 2. It has over the circumference evenly distributed a plurality of extending in the axial direction of the rotor 1 grooves 3, which radially outward are open. Between two circumferentially adjacent grooves 3, viewed in cross-section, there extends a web 4 which separates them and is approximately T-shaped in cross-section, wherein the web flanks 5 of two circumferential grooves extend toward each other. ßig adjacent rotor bars 4 limit the slot-like slot opening 6. The T-leg of the web 4 is radially aligned.
Die Stegflanken 6 zweier umfangsmäßig benachbarter Läuferstege 4 ragen freikragend, dachartig über die zugeordnete Nut 3, welche Nut 3 unterseitig ausgehend von diesen Stegflanken 5 sich im Querschnitt in Richtung auf einen Nutengrund hin verjüngt.The web flanks 6 of two circumferentially adjacent rotor webs 4 protrude freely, like a roof over the associated groove 3, which groove 3 tapers on the underside starting from these web flanks 5 in cross section in the direction of a groove bottom.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind gleichmäßig zueinander beabstandet über den Umfang zwölf solcher Nuten 3 vorgesehen, die sich in axialer Richtung über die gesamte Länge des Läuferkerns 2 erstrecken. Diese Nuten 3 dienen zur Aufnahme von Wicklungsdrähten, zur Ausformung einer Läuferwicklung 7, wozu weiter die Nuten 3 zur Isolation zu den Wicklungsdrähten der Läuferwicklung 7 mit einer Isolationsschicht 8 ausgekleidet sind.In the illustrated embodiment are uniformly spaced from each other over the circumference twelve such grooves 3 are provided which extend in the axial direction over the entire length of the rotor core 2. These grooves 3 are used to receive winding wires, for forming a rotor winding 7, to which further the grooves 3 are lined for insulation to the winding wires of the rotor winding 7 with an insulating layer 8.
Jede Nut 3 des Läufers 1 ist in betriebsbereiten Zustand des Läufers 1 nach radial außen durch eine Abdeckisolierung verschlossen. Diese ist gebildet durch stiftartige Arme 9, die sich über die gesamte axiale Länge der Nuten 3 erstreckend in diesen einliegen. Jeder Nut 3 ist ein solcher Arm 9 zugeordnet.Each groove 3 of the rotor 1 is closed in the operable state of the rotor 1 radially outwardly by a cover insulation. This is formed by pin-like arms 9, which extend over the entire axial length of the grooves 3 extending into this. Each groove 3 is associated with such an arm 9.
Jeder Arm 9 ist im Querschnitt etwa T-förmig gestaltet, mit einem in den belassenen Zwischenraum zwischen zwei die jeweilige Nut 3 teilweise überdeckenden, aufeinander zu weisenden Stegflanken 5 einliegenden T-Schenkel 10. Die T-Stege 11 der Arme 9 erstrecken sich nutseitig, d. h. unterseitig der in die Nut 3 einwachsenden Stegflanken 5 sich unterseitig gegen diese abstützend, wobei weiter zwischen den Wicklungsdrähten der Läuferwicklung 7 und den T- Stegen 11 des Armes 9 ein Freiraum belassen ist, zur Bildung eines sich in Nut- erstreckungsrichtung, d. h. entsprechend parallel ausgerichtet zur Läuferachse x verlaufenden Lüftungswegs 12. Die Querschnittsflächen von Läuferwicklung 7 und Lüftungsweg 12 innerhalb des überdeckten Nutenquerschnitts liegen in einem Verhältnis von etwa 2:1 bis 1,1:1/ in einer gewählten Ausführungsform etwa 1,2:1 vor. So nimmt bei einer Querschnittsfläche der Nut 3 von etwa 26 mm2 die Läuferwicklung 7 eine Flä- che von 14 mm2 und der resultierende Lüftungsweg 12 eine Fläche von 12 mm2 ein.Each arm 9 is designed approximately T-shaped in cross-section, with a in the space between two the respective groove 3 partially overlapping, facing each other web flanks 5 T-leg 10th Die T-webs 11 of the arms 9 extend on the nut side, ie the lower side of the ingot flanks 5 growing in the groove 3 are supported on the underside against this, wherein a further space is left between the winding wires of the rotor winding 7 and the T-webs 11 of the arm 9, to form a groove extension direction, ie correspondingly parallel aligned with the rotor axis x extending ventilation path 12. The cross-sectional areas of rotor winding 7 and vent 12 within the overlapped groove cross-section are approximately 1.2: 1 in a ratio of about 2: 1 to 1.1: 1 / in a selected embodiment. Thus, with a cross-sectional area of the groove 3 of approximately 26 mm 2, the rotor winding 7 occupies an area of 14 mm 2 and the resulting ventilation path 12 occupies an area of 12 mm 2 .
Die Arme 9 laufen einerends in einen die Arme 9 verbindenden Ring 13 ein. Dieser Ring 13 ist mit einem Innendurchmesser versehen, der dem lichten Ab- stand zweier diametral gegenüberliegender Arme 9 im Wurzelbereich des Ringes 13 entspricht. Demzufolge laufen die unteren, den Lüftungsweg 12 nach oben begrenzenden T-Stegflächen der Arme 9 in die umlaufende innere Randkante des Ringes 13 ein.The arms 9 enter at one end into a ring 13 connecting the arms 9. This ring 13 is provided with an inner diameter which corresponds to the clear distance between two diametrically opposite arms 9 in the root region of the ring 13. As a result, the lower, the ventilation path 12 upwardly bounding T-web surfaces of the arms 9 in the circumferential inner peripheral edge of the ring 13 a.
Im Bereich der in Axialrichtung betrachteten, den Armen 9 abgewandten Randkante erweitert sich der Ring 13 nach radial außen in einen Flanschabschnitt 14, der entsprechend umfangsmäßig über die Arme 9 hinausragt. Das radiale Überstandsmaß des Flanschabschnittes 14 über die Arme 9 entspricht etwa dem Maß der radialen Materialstärke des Armes 9 im Bereich dessen T- Schenkels 10.In the area of the peripheral edge, which is viewed in the axial direction and faces away from the arms 9, the ring 13 expands radially outward into a flange section 14, which extends correspondingly circumferentially beyond the arms 9. The radial protrusion dimension of the flange portion 14 via the arms 9 corresponds approximately to the extent of the radial material thickness of the arm 9 in the region of the T-leg 10.
Der die Arme 9 verbindende Ring 13 bzw. Flanschabschnitt 14 erstreckt sich in axialer Richtung betrachtet außerhalb der Nuten 3, weiter sich an einer zugeordneten Stirnfläche des Läuferkerns 2 abstützend und die Läuferwicklung 7 umgebend. Weiter ist der Ring 13 bzw. Flanschabschnitt 14 in dem dargestellten Ausführungsbeispiel kollektorseitig des Läufers 1 angeordnet.The ring 13 or flange section 14 connecting the arms 9 extends in the axial direction outside of the grooves 3, further supporting itself on an associated end face of the rotor core 2 and surrounding the rotor winding 7. Next, the ring 13 and flange 14 is arranged in the illustrated embodiment collector side of the rotor 1.
Der Flanschabschnitt 14 trägt auf der den Armen 9 abgewandten quer zur Läuferachse x ausgerichteten Flansch- bzw. Ringfläche Leitschaufeln 15 zur Bildung eines kollektorseitig vorgesehenen Lüfters 16. Die Schaufeln 15 erstrecken sich im Wesentlichen in radialer Richtung, wobei weiter gleichmäßig über den Umfang verteilt in dem dargestellten Ausführungsbeispiel einundzwanzig solcher Schaufeln 15 den Lüfter 16 formen.The flange portion 14 carries on the arms 9 facing away transversely to the rotor axis x aligned flange or annular surface vanes 15 to form a collector side provided fan 16. The blades 15 extend essentially in the radial direction, wherein evenly distributed over the circumference in the illustrated embodiment, twenty-one such blades 15 form the fan 16.
Die Höhe der Schaufeln 15 gemessen in Axialerstreckung derselben entspricht in den Darstellungen etwa einem Fünftel bis einem Sechstel der axialen Länge eines Armes 9. In einer alternativen Ausgestaltung entspricht die Axiallänge eines Armes 9 etwa dem Vierfachen der Schaufelhöhe. Weiter sind die Schaufeln 15 in einem Grundriss auf die quer zur Läuferachse x verlaufende Grund- ebene des Ringes 13 nicht streng linear ausgerichtet, sondern vielmehr gekrümmt zur Bildung eines Radialgebläses.The height of the blades 15 measured in axial extent of the same in the representations corresponds to about one-fifth to one-sixth of the axial length of an arm 9. In an alternative embodiment, the axial length of an arm 9 corresponds to about four times the blade height. Furthermore, the blades 15 in a plan view are not strictly linearly aligned with the base plane of the ring 13 extending transversely to the rotor axis x, but rather curved to form a radial fan.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist mit Blick ausgehend von der Kollektorseite in Richtung auf den Läufer 1 im Grundriss eine entgegen Uhrzeiger- richtung gerichtete konvexe Krümmung der Schaufeln 15 vorgesehen. Bei sich im Uhrzeigersinn drehendem Läufer 1 sind die Schaufeln 15 am Außenradius in Laufrichtung gebogen.In the illustrated embodiment, viewed from the collector side in the direction of the rotor 1 in plan view, a convex curvature of the blades 15 directed counterclockwise is provided. In a clockwise rotating rotor 1, the blades 15 are bent at the outer radius in the direction of travel.
Die Arme 9, der Ring 13 sowie der Flanschabschnitt 14 und die Schaufeln 15 sind einstückig als Kunststoffbauteil geformt, so insbesondere als Kunststoffspritzteil, welches insgesamt einen Käfig 17 bildet. Dieser Käfig 17 wird nach der Wicklung des Läuferkerns 2 in axialer Richtung aufgeschoben, unter Einbringung der Arme 9 in die zugeordneten Nuten 3.The arms 9, the ring 13 and the flange portion 14 and the blades 15 are integrally molded as a plastic component, in particular as a plastic injection molded part, which forms a total of a cage 17. This cage 17 is pushed after the winding of the rotor core 2 in the axial direction, with introduction of the arms 9 in the associated grooves. 3
Der Käfig 17 ist so gestaltet, dass die Arme 9 in der unbelasteten Ausrichtung, d. h. bei nicht montiertem Käfig 17 ausgehend von der Anbindung an den Ring 13 nach radial außen ansteigend in Axialrichtung verlaufen, so dass die Arme 9 einen spitzen Winkel Alpha von etwa 3° zu der Symmetrieachse y des Käfigs 17 einschließen, welche Symmetrieachse y nach Montage des Käfigs 17 an den Läuferkern 2 mit der Läuferachse x zusammenfällt. Für diese Montage werden die Arme 9 im Rahmen ihrer Elastizität nach radial innen gebogen und in dieser Stellung in die Nuten 3 eingeschoben. Durch die hierdurch gegebene Vorspannung der Arme 9 nach radial außen ergibt sich eine zwangsläufige Anlage der T-Stege 11 der Arme 9 unterseitig an den Stegflanken 5 durch die über die Vorspannung erreichte Rückfederkraft der Arme 9. Die hierbei erreichte Reibkraft zwischen den Armen 9 bzw. den T-Stegen 11 und dem Läuferkern 2 bzw. den Stegflanken 5 ist ausreichend groß, so dass eine Selbsthaltung des Käfigs 17 an dem Läuferkern 2 eintritt. Durch die gegebe- ne Vorspannung der Arme 9 und der damit einhergehenden federnden Rückstellkraft in der Einbausituation ist weiter der gewünschte Abstand zwischen den T-Stegen 11 der Arme 9 und der Läuferwicklung 7 zur Ausformung eines Lüftungsweges 12 sichergestellt.The cage 17 is designed so that the arms 9 extend in the unloaded orientation, ie, when the cage 17 is not mounted starting from the connection to the ring 13 radially outwardly increasing in the axial direction, so that the arms 9 an acute angle alpha of about 3 ° to the axis of symmetry y of the cage 17, which axis of symmetry y coincides with the rotor axis x after assembly of the cage 17 on the rotor core 2. For this assembly, the arms 9 are bent radially inwardly as part of their elasticity and inserted into the grooves 3 in this position. Due to the thus given bias of the arms 9 radially outward there is a positive abutment of the T-webs 11 of the arms 9 on the underside of the web flanks 5 by the over the bias reached return spring force of the arms 9. The thereby achieved frictional force between the arms 9 and The T-webs 11 and the rotor core 2 and the web flanks 5 is sufficiently large, so that a self-retention of the cage 17 enters the rotor core 2. Due to the given preload of the arms 9 and the associated resilient restoring force in the installation situation, the desired distance between the T-webs 11 of the arms 9 and the rotor winding 7 for forming a ventilation path 12 is further ensured.
Über die belassenen Lüftungswege 12 zwischen den Armen 9 und der Läuferwicklung 7 wird im Betrieb des Elektromotors durch den rotierenden Läufer 1 und hierüber über den mitrotierenden Lüfter 16 Luft axial durch die Nuten 3 über die Wicklungsabschnitte der Läuferwicklung 7 geführt, zur Kühlung des Läufers 1. Hierzu sind die Lüftungswege 12 in axialer Richtung betrachtet im Bereich der freien Enden der Arme 9 offen. In Richtung auf den die Arme 9 tragenden Ring 13 bzw. Flanschabschnitt 14 münden die Nuten-Lüftungswege 12 in einen radial innen an dem Flanschabschnitt 14 belassenen umlaufenden Lüftungsweg 18, der unter anderem definiert ist durch ein radiales Überstandsmaß der Schaufeln 15 nach innen über den Ring 13 bzw. Flanschabschnitt 14 hinaus, welches radiale Überstandsmaß der Schaufeln 15 etwa dem Dickenmaß einer Schaufel 15 entspricht.About the left ventilation lanes 12 between the arms 9 and the rotor winding 7 is guided in the operation of the electric motor by the rotating rotor 1 and this over the co-rotating fan 16 axially through the air through the grooves 3 on the winding sections of the rotor winding 7, for cooling the rotor first For this purpose, the ventilation paths 12 viewed in the axial direction in the region of the free ends of the arms 9 are open. In the direction of the arms 9 bearing ring 13 and flange 14, the groove-ventilation paths 12 open into a radially inwardly on the flange 14 left circumferential ventilation path 18, which is defined inter alia by a radial supernatant of the blades 15 inwardly over the ring 13 and flange portion 14 addition, which radial projection of the blades 15 corresponds approximately to the thickness of a blade 15.
Ausschlaggebend für den mit der Lüfterrotation entstehenden Luftstrom ist die Zentrifugalkraft, die die Luft radial vom Lüfter 16 nach außen transportiert. Durch die gewählte Position der Luftaustrittsöffnungen zu dem Lüfter 16 und die damit verbundenen Luftverwirbelungen werden von den in Umlaufrichtung voreilend gekrümmten Lüfterschaufeln 15 aufgenommen und abgeführt.The decisive factor for the airflow generated by the fan rotation is the centrifugal force, which transports the air radially from the fan 16 to the outside. Due to the selected position of the air outlet openings to the fan 16 and the associated air turbulences are taken up and removed by the fan blades 15 leading in the direction of advance.
Alle offenbarten Merkmale sind (für sich) erfindungswesentlich. In die Offen- barung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten Prioritätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) vollinhaltlich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender Anmeldung mit aufzunehmen. All disclosed features are essential to the invention. The disclosure content of the associated / attached priority documents (copy of the prior application) is hereby also incorporated in full in the disclosure of the application, also for the purpose of including features of these documents in claims of the present application.

Claims

ANSPRÜCHE
1. Elektromotor mit einem Läufer (1), der eine Läuferwicklung (7) aufweist, die in über den Umfang gleichmäßig verteilte Nuten (3) des Läufers (1) einliegt, wobei weiter ein mit dem Läufer (1) verbundener Lüfter (16) vorgesehen ist, der mittels sich in die Nuten (3) erstreckender Arme (9) einen Käfig (17) bildend an dem Läufer (1) gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Arm (9) des Lüfters (16) in Bezug auf die Wicklung (7) einen Nuten-Lüftungsweg (12) belässt, der im Betrieb ein Durchsaugen oder Durchblasen von Luft mittels des Lüfters (16) erbring.1. Electric motor with a rotor (1), which has a rotor winding (7) which rests in evenly distributed over the circumference of the grooves (3) of the rotor (1), wherein further connected to the rotor (1) fan (16) is provided, which is held by means of in the grooves (3) extending arms (9) forming a cage (17) on the rotor (1), characterized in that an arm (9) of the fan (16) with respect Winding (7) leaves a slot ventilation path (12), which in operation, a suction or blowing air through the fan (16) yield.
2. Elektromotor nach Anspruch 1 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass ein Arm (9) mit Vorspannung nach radial außen in der Nut (3) einliegt.2. Electric motor according to claim 1 or in particular according thereto, characterized in that an arm (9) rests with bias radially outward in the groove (3).
3. Elektromotor nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Arm (9) mit Vorspannung nach radial außen in der Nut (3) einliegt.3. Electric motor according to the features of the preamble of claim 1, characterized in that an arm (9) rests with bias radially outward in the groove (3).
4. Elektromotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannung durch sich bei nicht montiertem Käfig (17) in einem spitzen Winkel (α) zu einer Symmetrieachse (y) des Käfigs (17) verlaufende Arme (9) erreicht ist.4. Electric motor according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that the prestressing by at not mounted cage (17) at an acute angle (α) to an axis of symmetry (y) of the cage (17) extending arms ( 9) is reached.
5. Elektromotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass der spitze Winkel (α) 1° bis 5° beträgt. 5. Electric motor according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that the acute angle (α) is 1 ° to 5 °.
6. Elektromotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Arme (9) in einem, den Läufer (1) umfassenden Ring (13) wurzeln, an welchem anderseitig sich vorwiegend radial erstreckende Leitschaufeln (15) aus- gebildet sind.6. Electric motor according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that the arms (9) in one, the rotor (1) comprising rooted ring (13) on which on the other side are mainly radially extending guide vanes (15) - are formed.
7. Elektromotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (13) leitschaufelseitig in einen sich nach radial außen über die Arme (9) hinaus ragenden Flanschabschnitt (14) fortsetzt, dessen Abmessung in radialer Richtung der Radialerstreckung der Leitschaufeln (15) entspricht.7. Electric motor according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that the ring (13) Leitschaufelseitig in a radially outwardly beyond the arms (9) projecting beyond flange portion (14) whose dimension in the radial direction of Radial extension of the vanes (15) corresponds.
8. Elektromotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprü- che oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass der8. Electric motor according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that the
Flanschabschnitt (14) radial innen Lüftungswege (18) belässt, zum Durchströmen der Nuten-Lüftungswege (12).Flange portion (14) radially inward ventilation paths (18) leaves, to flow through the grooves-ventilation paths (12).
9. Elektromotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprü- che oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Anzahl der Leitschaufeln (15) zu Anzahl der Arme (9) größer 0,5 ist.9. Electric motor according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that the ratio of the number of guide vanes (15) to the number of arms (9) is greater than 0.5.
10. Elektromotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprü- che oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Anzahl der Leitschaufeln (15) zur Anzahl der Arme (9) kleiner 2,0 ist. 10. Electric motor according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that the ratio of the number of guide vanes (15) to the number of arms (9) is less than 2.0.
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