DE102011113029A1

DE102011113029A1 - Lüftermotor und Lüfter

Info

Publication number: DE102011113029A1
Application number: DE102011113029A
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Glatz
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: MinebeaMitsumi Inc
Priority date: 2011-09-10
Filing date: 2011-09-10
Publication date: 2013-03-14

Abstract

Die Erfindung beschreibt einen Elektromotor (2) mit einem kunststoffumspritzten Stator (8). Im Kunststoff-Körper (12) des Stators sind zwei Lagersitze (13) zur Aufnahme von Lagern (14) zur Drehlagerung der Rotor-Welle (7) ausgebildet. Zur radialen Fixierung der Lager (14) weisen die Lagersitze (13) ein oder mehrere Federelemente (19) auf, die eine radiale Presskraft auf das Lager ausüben.

Description

Die Erfindung beschreibt einen Elektromotor mit einem Stator und einem Rotor, wobei der Rotor eine Welle, einen Rotorkörper und mindestens einen Permanentmagneten aufweist, wobei der Stator einen Statorkörper mit Statorwicklungen aufweist, wobei der Statorkörper und die Statorwicklungen mit einem Kunststoff umspritzt sind und in dem Kunststoff-Körper mindestens ein Lagersitz zur Aufnahme eines Lagers zur Drehlagerung der Welle gebildet ist.
Ein solcher Motor kann beispielsweise als Antrieb für einen Lüfter dienen. Dazu ist der Motor beispielsweise als Außenläufer ausgebildet, bei dem das Lüfterrad direkt am Rotor befestigt ist.
Der Rotor hat eine Welle, die durch Lager drehbar mit dem Stator verbunden ist. Als Lager kommen in der Regel Wälz- oder Gleitlager zum Einsatz. Diese sind in entsprechenden Lagersitzen im Kunststoff-Körper des Stators angeordnet.
Die Lager werden in der Regel im Lagersitz über eine Presspassung gehalten. Eine solche Presspassung mit engen Toleranzen ist jedoch mit gespritztem Kunststoff nur unter sehr großem Aufwand und hohen Kosten realisierbar, da die Fertigungstoleranzen im Spritzguss zu groß sind. Weiterhin weist der Kunststoff eine größere Wärmedehnung auf als das Metall der Lager, so dass bei Temperaturänderungen die Presspassung verloren gehen kann und die Lager locker im Lagersitz liegen. Ebenso kann das Kriechen des Materials zu einer Veränderung der Presspassung führen. Ein sicherer Halt der Lager ist daher nur schwer erreichbar.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Motor mit einem kunststoffumspritzten Stator der vorgenannten Art zu schaffen, bei dem der Lagersitz aus Kunststoff gefertigt ist und der auch bei einer größeren Toleranz einen sicheren Sitz für die Lager bietet.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass am Umfang des Lagersitzes mindestens ein Federelement angeordnet ist, das auf ein Lager eine Presskraft in radialer Richtung ausübt, so dass ein fester Sitz des Lagers gewährleistet ist.
Für den korrekten Sitz des Lagers ist dabei allein der Lagersitz verantwortlich. Mindestens ein Federelement sorgt für Spielfreiheit über den gesamten Temperaturbereich. Es ist dabei so ausgebildet, dass es eine radiale Kraft auf das Lager in Richtung der Lagermitte ausübt.
Der Lagersitz muss daher keine enge Toleranz für eine Presspassung aufweisen. Er kann vielmehr mit einer im Spritzguss leicht zu erreichenden, größeren Toleranz, bis hin zu einer Spielpassung, gefertigt werden. Der Motor kann dementsprechend einfach und kostengünstig hergestellt werden. Darüber hinaus gleicht das Federelement eventuell auftretende Wärmeausdehnungen des Kunststoffes aus. Das Lager wird somit jederzeit sicher im Lager gehalten.
Damit das Lager jederzeit mittig im Lagersitz gehalten ist, ist es zweckmäßig, wenn mindestens zwei, am Umfang des Lagersitzes sich gegenüberliegende Federelemente vorhanden sind.
Je nach Anwendung können auch mehrere Federelemente am Umfang des Lagersitzes verteilt sein. Insbesondere zweckmäßig ist eine ungerade Anzahl an Federelementen, das heißt mindestens drei, die gleichmäßig am Umfang verteilt sind. Dadurch gleichen sich die radialen Kräfte der Federelemente aus und das Lager wird durch die Federelemente im Zentrum des Lagersitzes gehalten.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist das Federelement durch einen Federarm gebildet, der am Umfang des Lagersitzes angeordnet ist und dessen Radius zumindest teilweise geringer ist als der Radius des Lagersitzes. Je größer die Differenz der beiden Radien gewählt ist, desto größer kann die Toleranz des Lagersitzes sein. Der Radius des Federarms muss jedoch stets kleiner sein als der Radius des zu verwendenden Lagers, damit eine ausreichende Pressung erfolgt.
Der Federarm kann dazu etwa gebogen ausgebildet sein. In einer zweckmäßigen Ausführung ist am Federarm ein Vorsprung mit geringerem Radius angeordnet. Die Form des Federarms spielt dabei keine Rolle.
Der Federarm ist vorzugsweise durch eine Ausnehmung oder eine Tasche im Kunststoff gebildet. Dazu ist die Tasche oder Ausnehmung zweckmäßigerweise vom Umfang des Lagersitzes beabstandet angeordnet, so dass der zwischen Lagersitz und Tasche verbleibende Steg das Federelement bildet. Dieser Steg kann beidseitig eingespannt sein, so dass ein relativ steifes Federelement entsteht.
Die Tasche oder Ausnehmung kann jedoch auch eine Öffnung zum Lagersitz aufweisen, so dass der Federarm nur einseitig eingespannt ist. Diese Öffnung ist bevorzugt an einer Seite der Tasche, so dass ein einseitig eingespannter Federarm gebildet ist.
Sie kann jedoch auch etwa mittig am Federarm liegen, so dass zwei einseitig eingespannte Federarme gebildet werden.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigt:
1 einen Lüfter mit einem erfindungsgemäßen Motor,
2 eine Schrägansicht eines erfindungsgemäßen Motors,
3 eine Draufsicht des Stators des Motors der 2,
4 einen axialen Schnitt durch den Stator des Motors der 2,
4A eine Detailvergrößerung der 4 und
5 eine Detailvergrößerung eines Federelements.
In 1 ist ein erfindungsgemäßer Lüfter gezeigt, der im Ganzen mit 1 bezeichnet ist. Der Lüfter 1 hat einen erfindungsgemäßen Elektromotor 2, der im Beispiel als Außenläufer ausgebildet ist.
Die Erfindung ist jedoch auch bei einem Innenläufer anwendbar.
Der Elektromotor 2 hat einen Rotor 3 mit einem glockenförmigen Rotorkörper 4, auf dem ein Lüfterrad 5 befestigt ist. Am Innenumfang des Rotorkörpers 4 ist ein Ringmagnet 6 als Antriebsmagnet angeordnet. Weiterhin weist der Rotor 3 eine Welle 7 auf, die mit dem Rotorkörper 3 drehfest verbunden ist.
Der Aufbau des Rotors 3 spielt für die Erfindung keine Rolle, weshalb die Erfindung nicht auf die gezeigte Ausführung beschränkt ist.
Der Stator 8 weist einen Statorkörper 9 (s. 4) auf, der aus einzelnen Metallblechen 10 gestapelt ist. Am Statorkörper 9 sind Statorpole ausgebildet, an denen die Statorwicklungen 11 angeordnet sind. Der Stator 8 ist als Ganzes mit einem Kunststoff umspritzt. Der dadurch gebildete Kunststoff-Körper 12 (s. 2) bildet das Gehäuse des Stators 8 und schützt die einzelnen elektrischen Komponenten vor äußeren Einflüssen. Im Kunststoff-Körper 12 ist auch ein Flansch 24 zur Befestigung des Lüfters 1 ausgebildet.
Die Erfindung kann für jeden Elektromotor eingesetzt werden und ist nicht auf den gezeigten Lüfter beschränkt.
Der Kunststoff-Körper 12 des Stators 8 weist weiterhin zwei Lagersitze 13 (s. 2) auf, in denen jeweils ein Wälzlager 14 angeordnet ist. Diese Lager 14 nehmen die Rotor-Welle 7 drehbar auf. Anstelle der Wälzlager können auch Gleitlager oder andere Lager eingesetzt werden.
In 2 ist eine Schrägansicht des Stators 8 gezeigt, ohne Rotor und ohne Lager, wodurch der obere Lagersitz 13 erkennbar ist. Zur axialen Begrenzung des Lagersitzes 13 weist der Kunststoff-Körper 12 am Innenumfang axiale Rippen 15 auf, auf denen das Lager 14, im Beispiel der Außenring 16, axial aufliegt. Axial wird das Lager 14 am Innenring 23 durch eine Feder 17 vorgespannt, wobei die Gegenkraft an der anderen Seite der Welle 7 von einem Fixiermittel 18 aufgenommen wird, das an der Welle 7 befestigt ist.
Der Innenumfang des Lagersitzes 13 ist kreisförmig ausgebildet. Der Radius RL (s. 5) des Lagersitzes 13 ist mit einer leichten Übergangspassung zum Lager 14 dimensioniert. Die Passung kann aufgrund der Fertigungstoleranzen im Spritzguss jedoch auch Spiel aufweisen, so dass dadurch unter Umständen keine sichere Fixierung des Lagers 14 erfolgt.
Die Fixierung eines Lagers 14 in radialer Richtung erfolgt daher über mehrere Federelemente 19, die am Umfang des Lagersitzes 13 angeordnet sind. Im Beispiel weist jeder Lagersitz 13 neun solcher Federelemente 19 auf, die gleichmäßig am Umfang des Lagersitzes 13 verteilt angeordnet sind.
Jedes Federelement 19 ist durch eine Tasche 20 im Kunststoff-Körper 12 gebildet. Der verbleibende Steg zwischen Lagersitz 13 und Tasche 20 bildet dann einen beidseitig eingespannten Federarm 21. Damit der Federarm 21 das Lager 14 im Lagersitz 13 fixieren kann, muss der Federarm 21 einen geringeren Radius RF aufweisen als der Lagersitz 13. Dies wird dadurch erreicht, dass an jedem Federarm 21 ein Vorsprung 22 angeordnet ist, der in den Lagersitz 13 hineinragt. Im Beispiel ist dieser Vorsprung als axialer Steg 22 ausgebildet, der jeweils in der Mitte des Federarms 21 angeordnet ist. Die Anschlag-Rippen 15 sind dabei jeweils so angeordnet, dass sie genau zwischen zwei Stegen 22 und zwischen zwei Taschen 20 angeordnet sind, so dass eine gute Stabilität erzielt wird.
Die Anordnung der Taschen 20 und Stege 22 ist in 4 und im Detail in 4A und 5 näher gezeigt. Wie zu erkennen ist, erstrecken sich die Taschen 20 in axialer Richtung etwas über den Lagersitz 13 hinaus, jedoch nicht über die ganze Länge des Kunststoff-Körpers 12, was jedoch auch möglich wäre. Die Stege 22 an den Federarmen 21 erstrecken sich hingegen über die gesamte Länge des Stators 8, wobei dies nicht notwendig ist. Vielmehr könnten die Stege 22 auch nur in den Bereichen der Lagersitze 13 vorhanden sein.
Beim Einpressen oder Einlegen der Lager 14 in den Lagersitz 13 werden die Federarme 21 elastisch ausgelenkt und bieten dem Lager 14 so einen sicheren Halt. Dehnt sich der Lagersitz 13 aufgrund einer Temperaturänderung aus, bleibt das Lager 14 durch die Federelemente 19 mit einer radialen Vorspannkraft sicher gehalten.
Die Differenz zwischen dem Radius RL des Lagersitzes 13 und dem Radius RF der Federarme 21 bestimmt die mögliche Toleranz des Lagersitzes 13 und die Federkraft mit der das Lager darin gehalten wird. Im Beispiel beträgt der Innendurchmesser im Bereich der Federarme 18,9 mm und der Durchmesser des Lagersitzes 19,05 mm, was eine Differenz von 0,15 mm ergibt. Bei anderen Abmessungen und Anwendungen kann eine andere Differenz sinnvoll sein.
Die Erfindung ist in keiner Weise auf das hier gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr kann es je nach Anwendung sinnvoll sein, die Anzahl und/oder die Ausgestaltung der Federelemente anzupassen. Dabei ist es sinnvoll, wenn wenigstens zwei Federelemente vorhanden sind.
Insbesondere vorteilhaft ist eine ungerade Anzahl an Federelementen, da dann zwei Federelemente nicht direkt gegenüberliegen.
Bezugszeichenliste

1: Lüfter
2: Elektromotor
3: Rotor
4: Rotorkörper
5: Lüfterrad
6: Ringmagnet
7: Welle
8: Stator
9: Statorkörper
10: Statorblech
11: Statorwicklung
12: Kunststoff-Körper
13: Lagersitz
14: Wälzlager
15: Rippen
16: Außenring
17: Feder
18: Fixiermittel
19: Federelement
20: Tasche
21: Federarm
22: Vorsprung/Steg
23: Innenring
24: Flansch
RL: Radius Lagersitz
RF: Radius Federarm

Claims

Elektromotor, mit einem Stator (8) und einem Rotor (3), wobei der Rotor (3) eine Welle (7), einen Rotorkörper (4) und mindestens einen Permanentmagneten (5) aufweist, wobei der Stator (8) einen Statorkörper (9) mit Statorwicklungen (11) aufweist, wobei der Statorkörper (9) und die Statorwicklungen (11) mit einem Kunststoff-Körper (12) umspritzt sind und in dem Kunststoff-Körper (12) mindestens ein Lagersitz (13) zur Aufnahme eines Lagers (14) zur Drehlagerung der Welle (7) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass am Umfang des Lagersitzes (13) mindestens ein Federelement (19) angeordnet ist, das auf ein Lager (14) eine Presskraft in radialer Richtung ausübt.
Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (19) durch einen Federarm (21) gebildet ist, der am Umfang des Lagersitzes (13) angeordnet ist und dessen Radius (RF) zumindest teilweise geringer ist als der Radius (RL) des Lagersitzes (13).
Elektromotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass am Federarm (21) ein Vorsprung (22) angeordnet ist, der in den Lagersitz (13) hineinragt und an dem der Außenumfang des Lagers (14) anliegt.
Elektromotor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Federarm (21) durch eine Ausnehmung oder eine Tasche (20) im Kunststoff-Körper (12) gebildet ist.
Elektromotor nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Federarm (21) einseitig eingespannt ist.
Elektromotor nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Federarm (21) beidseitig eingespannt ist.
Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass am Umfang des Lagersitzes (13) mehrere Federelemente (19) regelmäßig verteilt angeordnet sind.
Elektromotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich radiale Kräfte der Federelemente (19) ausgleichen und das Lager durch die Federelemente (19) im Zentrum des Lagersitzes gehalten wird.
Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff-Körper (12) am Innenumfang axiale Rippen (15) zur axialen Begrenzung des Lagersitzes (13) aufweist, auf denen das Lager (14) axial aufliegt.
Lüfter (1) mit einem Elektromotor (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und einem Lüfterrad (5), das am Rotor (3) befestigt ist.