DE10006439A1 - Synchronmotor - Google Patents
SynchronmotorInfo
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- H02K29/03—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with a magnetic circuit specially adapted for avoiding torque ripples or self-starting problems
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- H02K21/22—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating around the armatures, e.g. flywheel magnetos
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Synchronmotor mit einem feststehenden Stator und mit einem an dem Stator gelagerten, rotierenden Läufer, wobei der Stator ein Bleckpaket mit zur Erzeugung eines magnetischen Drehfeldes ansteuerbaren Wicklungen aufweist, die jeweils um durch Nuten voneinander getrennte Zähne gewickelt sind und mit einem m-phasigen Strom angesteuert werden, und wobei der Läufer mit mit dem Drehfeld zusammenwirkenden, ausgeprägten Polen versehen ist, wobei mindestens zwei Polpaare äquidistant am Umfang des Läufers angeordnet sind. Um einen Synchronmotor zu schaffen, der gegenüber herkömmlichen Synchronmotoren eine geringere Welligkeit des Drehmoments bei einfacher Fertigungsweise aufweist, ist vorgesehen, dass höchstens DOLLAR A k È p - 1 DOLLAR A Zähne des Stators mit Polen des Läufers zu einem Zeitpunkt fluchten, mit DOLLAR A k = 2, wenn m gerade ist, und DOLLAR A k = 1, wenn m ungerade ist, DOLLAR A wobei p die Polpaarzahl und m die Phasenzahl des ansteuernden Stromes ist.
Description
Die Erfindung betrifft einen Synchronmotor mit einem
feststehenden Stator und mit einem an dem Stator gelagerten,
rotierenden Läufer, wobei der Stator ein Bleckpaket mit zur
Erzeugung eines magnetischen Drehfeldes ansteuerbaren
Wicklungen aufweist, die jeweils um durch Nuten voneinander
getrennte Zähne gewickelt sind und mit einem m-phasigen Strom
angesteuert werden, und wobei der Läufer mit mit dem Drehfeld
zusammenwirkenden, ausgeprägten Polen versehen ist, wobei
mindestens zwei Polpaare äquidistant am Umfang des Läufers
angeordnet sind.
In der Ausführung als Kleinmotoren finden Synchronmotoren im
Leistungsbereich zwischen 1 W und etwa 20 kW als Stellmotoren
und als Antriebe mit fester vorgegebener Drehzahl vielfältige
Anwendungen. Sowohl Reluktanzmotoren, als auch
Dauermagnetmotoren weisen dabei am Läufer ausgeprägte Pole
auf, die einen Synchronlauf mit dem magnetischen Drehfeld des
Stators bewirken. Beim Reluktanzmotor bestehen die
ausgeprägten Pole aus weichmagnetischem Material, so dass
sich das Magnetfeld in den ausgeprägten Polen mit niedrigem
magnetischen Leitwert zusammendrängt und dadurch ein synchron
umlaufendes Reaktionsmoment entwickelt. Bei steigender
Belastung des Reluktanzmotors vergrößert sich der Lastwinkel,
bis das Drehmoment die Größe des synchronen Kippmoments
erreicht hat. Bei permanent erregten Synchronmotoren bestehen
die ausgeprägten Pole dagegen aus Permanentmagneten. Somit
muss der Stator nicht zusätzlich auch die
Magnetisierungsleistung für den Läufer aufbringen, wodurch
sich eine etwa doppelte Nennleistung gegenüber dem
Reluktanzmotor ergibt. Selbstverständlich können statt den
Permanentmagneten auch gleichstromerregte Läuferwicklungen
vorgesehen sein, was allerdings in der Regel zusätzlich
Schleifringe für den Läufer bedingt.
Bei allen Synchronmotoren ist darüber hinaus eine
kinematische Umkehr zwischen Stator und Läufer möglich, so
dass in dem Läufer das Drehfeld erzeugt wird, während in dem
Stator die ausgeprägten Pole angeordnet sind. Auch dies
bedingt allerdings den Nachteil zusätzlicher Schleifringe, so
dass diese Lösung in der Praxis nicht verfolgt wird.
Das umlaufende magnetische Drehfeld kann selbst wiederum auf
verschiedene Weisen erzeugt werden. Bei Motoren mit größerer
Leistung wird in der Regel ein dreiphasiger Drehstrom
verwendet, dessen Drehstromphasen jeweils elektrisch 120°
zueinander versetzt sind. Insbesondere bei Antriebsmotoren
kleinerer Leistung ist es allerdings auch möglich, das
Drehfeld durch Steuerimpulse einer elektronischen
Steuereinheit zu erzeugen. Dies geschieht beispielsweise beim
Schrittmotor, dessen Läufer keine vollständige Drehbewegung
ausführt, sondern sich jeweils nur um einen bestimmten
Schrittwinkel dreht. Bei schneller Schrittfolge entsteht
sodann eine quasi kontinuierliche Drehbewegung. Ein weiteres
Beispiel der Drehfelderzeugung ist der Gleichstrommotor, bei
dem das Drehfeld über einen Kommutator erzeugt wird. Durch
Einsatz eines elektronischen Kommutators kann die
Kommutierung dabei auch berührungslos erfolgen.
Gleichstrommotoren weisen dabei immer ausgeprägte Pole auf,
die entweder permanentmagnetisch oder durch Feldwicklungen
erregt sind. Für den vorliegenden Fall soll auch der
elektronisch kommutierte Gleichstrommotor unter dem
Oberbegriff eines Synchronmotors fallen, da auch hier im
Prinzip ein Drehfeld erzeugt wird, mit dem der Läufer
synchron umdreht.
Ein Problem der oben beschriebenen Schrittmotoren besteht
darin, dass durch das Zusammenwirken der ausgeprägten Pole
und der Zähne eine Welligkeit des Drehmomentes erzeugt wird.
Eine Abhilfe wird in der Regel dadurch geschaffen, dass die
Zähne des Stators oder auch die ausgeprägten Pole des Läufers
in geeigneter Weise geschrägt sind, so dass sich zwischen den
ausgeprägten Polen des Läufers und den Zähnen des Stators
keine eindeutige Rasterung ausbilden kann. Dieses Schrägen
der Zähne oder der ausgeprägten Pole ist allerdings
fertigungstechnisch aufwendig und ist bei hoher Polpaarzahl
des Motors mitunter auch gar nicht mehr möglich, da für eine
Anschrägung in den dann immer kleiner werdenden Nuten nicht
ausreichend Platz für die Wicklungen verbleibt. Außerdem
bildet sich durch die Schrägung der Zähne ein
verlustbehafteter magnetischer Querfluß aus und zudem
verringert sich die in den Wicklungen induzierte Spannung.
Hohe Polpaarzahlen sind allerdings insbesondere bei direkt
antreibenden Motoren wünschenswert, um bei gegebener Leistung
des Motors ein möglichst hohes Drehmoment bei niedriger
Drehzahl und ein geringes Bauvolumen zu erhalten. Als
Beispiel seien hier Außenläufermotoren genannt, die als
Direktantrieb für entsprechende Fahrzeuge, wie beispielsweise
elektrische Transportkarren auf Golfplätzen, Flughäfen, o. ä.
dienen. Gerade für diese Anwendungen ist aber ein welliges
Drehmoment extrem störend, da dies sich nicht nur in einem
verminderten Fahrkomfort und Motorgeräusche bemerkbar macht,
sondern auch den Leerlauf des Motors erheblich erschweren
kann.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Synchronmotor zu
schaffen, der gegenüber herkömmlichen Synchronmotoren eine
geringere Welligkeit des Drehmomentes bei einfacher
Fertigungsweise aufweist.
Diese Aufgabe wird durch einen Synchronmotor mit den
Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die erfindungsgemäße
Lösung besteht darin, dass höchstens
k . p - 1
Zähne des Stators mit Polen des Läufers zu einem Zeitpunkt
fluchten, mit
k = 2 wenn m gerade ist, und
k = 1 wenn m ungerade ist,
wobei p die Polpaarzahl und m die Phasenzahl des ansteuernden Stromes ist.
k = 2 wenn m gerade ist, und
k = 1 wenn m ungerade ist,
wobei p die Polpaarzahl und m die Phasenzahl des ansteuernden Stromes ist.
Bei einem herkömmlichen Synchronmotor wird davon ausgegangen,
dass sich die Anzahl der ausgeprägten Pole am Stator aus dem
Produkt der Polpaarzahl p und der Phasenzahl m des Drehfeldes
ergibt. Bei einer Polpaarzahl von beispielsweise vier (also
insgesamt acht ausgeprägte Pole) sowie einem zweiphasigen
Steuerstrom ergibt sich damit eine Anzahl der Zähne am Stator
von ebenfalls acht. Damit fluchten zu einem Zeitpunkt die 8
Zähne des Stators mit 8 Polen des Läufers. Würde dagegen ein
dreiphasiger Strom zum Ansteuern verwendet werden, wäre die
resultierende Zahl der Zähne 12. Aufgrund der ungeraden
Phasenzahl verteilen sich über zwei Pole jeweils 3 Zähne, so
daß zu einem Zeitpunkt immer 4 Zähne des Stators mit 4 Polen
des Läufers fluchten.
Die Erfindung beruht nunmehr auf der Erkenntnis, dass diese
aus der Sicht des Wirkungsgrades grundsätzlich wünschenswerte
Symmetrie bewusst verlassen wird, um eine Rasterung des mit
ausgeprägten Polen versehenen Läufers gegenüber den Zähnen
des Stators zu verringern oder ganz zu verhindern. Es hat
sich herausgestellt, dass unter Beachtung der
erfindungsgemäßen Lehre die Blechpakete mit entsprechenden
Zähnen eine wesentlich geringere Rasterung gegenüber den
ausgeprägten Polen des Läufers aufweisen, ohne dass hiermit
nennenswerte Leistungseinbußen einhergehen.
Ausgehend von einem idealen Stator mit N = p . m Zähnen fluchten
zu einem Zeitpunkt jeweils
k . p
Zähne des Stators mit entsprechenden Polen des Läufers, wobei
k die Verschiebung aufgrund eines Stromes mit gerader oder
ungerader Phasenzahl berücksichtigt, also
k = 2 wenn m gerade, und
k = 1 wenn m ungerade.
k = 2 wenn m gerade, und
k = 1 wenn m ungerade.
Erfindungsgemäß wird dieser Idealfall verlassen, so dass
höchstens
k . p - 1
k . p - 1
Zähne des Stators mit Polen des Läufers zu einem Zeitpunkt
fluchten.
Je weniger Zähne und Pole miteinander fluchten, desto
geringer ist auch das Rastmoment des Läufers. Je nach
Anwendungsfall kann somit die Anzahl und die Lage der Zähne
entsprechend gewählt werden, um ein geeignetes Rastmoment des
Läufers vorzugeben.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass
N = p . m ± x
äquidistant angeordnete Zähne vorgesehen sind, wobei p die
Polpaarzahl, m die Phasenzahl des ansteuernden Stromes und x
eine positive ganze Zahl ist und bei negativem Vorzeichen so
gewählt wird, daß N größer eins bleibt. Es hat sich gezeigt,
dass aufgrund dieser Lehre die der Erfindung zugrundeliegende
Bedingung auf sehr einfache Weise erfüllt werden kann, wobei
gleichzeitig ein noch ausreichender Wirkungsgrad des Motors
erzielbar ist.
Je kleiner das Verhältnis x/p . m ist, desto geringer ist auch
die Abweichung vom Normalfall p . m und umso geringer sind
demgegenüber auch die Leistungsverluste. Nach einer
bevorzugten Ausführungsform ist deshalb vorgesehen, daß x
derart gewählt wird, daß für möglichst kleines x immer nur
ein Zahn des Stators mit einem Pol des Läufers zu einem
Zeitpunkt fluchtet. Damit kann bei minimalen
Leistungsverlusten eine Rasterung des Läufers gegenüber den
Polen praktisch verhindert werden. Als besonders vorteilhaft
hat es sich herausgestellt, die Nutzahl bzw. die Anzahl der
Zähne gemäß
N = p . m + 1
zu bemessen, wobei die Zähne wiederum äquidistant angeordnet
sind und p die Polpaarzahl sowie m die Phasenzahl des
ansteuernden Stromes ist. Die Bewicklung kann nach
herkömmlichen Prinzipien erfolgen, wenn einfach ein Zahn
unbewickelt gelassen wird. Für bestimmte Fälle kann es in
analoger Weise ebenso vorteilhaft sein, die Nutzahl gemäß
N = p . m - 1
zu bemessen.
Im allgemeinen müssen die erfindungsgemäß neu angeordneten
Zähne gegenüber den bei dem herkömmlichen Synchronmotor
angeordneten Zähne entsprechend bewickelt und angesteuert
werden, um ein resultierendes Drehfeld zu erzeugen, das nach
wie vor einen leistungsfähigen Synchronmotor liefert. Eine
geeignete Bewicklungsregel ist dadurch gegeben, dass eine
achsensymmetrische Ansteuerung der bewickelten Zähne erfolgt,
wenn die Nutzahl N ungerade ist, und eine punktsymmetrische
Ansteuerung der bewickelten Zähne erfolgt, wenn die Nutzahl N
gerade ist. Diese Bewicklungsregel soll anhand von Fig. 1
erläutert werden.
Fig. 1 zeigt einen radialen Schnitt durch einen
erfindungsgemäßen Synchronmotor, der in dem vorliegenden Fall
als Außenläufermotor ausgebildet ist. Der Außenläufermotor
besteht aus einem Außenläuferring 100, an dessen Innenseite
Permanentmagnete 101 befestigt sind. Der Stator weist ein
Blechpaket 110 auf, das in dem hier dargestellten Fall mit
insgesamt 55 Zähnen versehen ist. Richtet man den Läufer 100
gegenüber dem Blechpaket 110 entsprechend aus, so sind die
Zähne zu der vertikalen Symmetrielinie S achsensymmetrisch
angeordnet. Jedem Zahn der linken Hälfte des Blechpaketes
entspricht dabei ein Zahn auf der rechten Hälfte des
Blechpaketes mit Ausnahme des auf der Symmetrielinie
liegenden Polpakets. Versieht man die entsprechenden Zähne
mit gegenläufigen Wicklungen, so bewirken beide Zähne
gegenüber den ausgeprägten Polen des Außenläufers den
gleichen Drehsinn. Nach dieser Bewicklungsregel bleibt dabei
genau ein Zahn unbewickelt, nämlich dasjenige Zahn, das sich
auf der Symmetrielinie S befindet.
Handelt es sich demgegenüber nicht um eine ungerade Zahl von
Zähnen, sondern um eine gerade Anzahl, so könnte
grundsätzlich die gleiche Bewicklungsregel aufgrund der
Achsensymmetrie angewandt werden. Da aber zusätzlich bei
gerader Anzahl von Zähnen sich auch eine Punktsymmetrie
ergibt, ist auch ein punktsymmetrisches Bewicklungsschema
möglich. Bei Ausnutzung der Punktsymmetrie werden dabei immer
sich gegenüberliegende Zähne in gleicher Weise bewickelt, da
diese sich gegenüber in gleicher Weise ausgerichteten,
ausgeprägten Polen befinden.
Zurückkommend auf das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 sei
angenommen, dass die Wicklungen mit einem dreiphasigen
Drehstrom achsensymmetrisch angesteuert werden, wobei auf
beiden Hälften des Stators die Wicklungen jeweils
verschiedenen Wicklungssinn aufweisen. Demnach beträgt die
Polpaarzahl des Außenläufers 18, die Phasenzahl des
ansteuernden Stromes drei und die Anzahl der Zähne am Läufer
55, wobei lediglich 54 Zähne bewickelt sind.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann
allerdings auch vorgesehen sein, dass die Wicklungen mit
einer elektronischen Kommutierungsschaltung angesteuert
werden, wobei die Kommutierungsschaltung die Phasenlage des
Außenläufers über drei Hall-Sensoren ermittelt, die
beispielsweise in dem unbewickelten Zahn angeordnet sind und
elektronisch 120° zueinander versetzt sind.
Der Vollständigkeit halber sei nochmals betont, daß unter die
Erfindung ebenso das kinematisch umgekehrte Prinzip fällt,
wonach die bewickelten Zähne am Läufer angeordnet und die
ausgeprägten Pole am Stator angeordnet sind. Dieser Fall ist
allerdings insofern fertigungstechnisch aufwendiger, als daß
Schleifringe für die Wicklungen am Läufer vorgesehen werden
müssen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand weiterer
Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die beiliegenden
Zeichnungen näher erläutert.
Fig. 1 zeigt einen radialen Schnitt durch einen
erfindungsgemäßen Synchronmotor, der als
Außenläufermotor ausgebildet ist,
Fig. 2 zeigt eine Detaildarstellung zweier benachbarter
Zähne des Blechpakets gemäß Fig. 1,
Fig. 3a zeigt das Wickelschema des Blechpakets gemäß Fig. 1
für die U-Phase,
Fig. 3b zeigt das mit den Wicklungen der U-Phase bewickelte
Blechpaket gemäß Fig. 1,
Fig. 4a zeigt das Wickelschema des Blechpakets gemäß Fig. 1
für die W-Phase,
Fig. 4b zeigt das mit den Wicklungen der W-Phase bewickelte
Blechpaket gemäß Fig. 1,
Fig. 5a zeigt das Wickelschema des Blechpakets gemäß Fig. 1
für die V-Phase,
Fig. 5b zeigt das mit den Wicklungen der V-Phase bewickelte
Blechpaket gemäß Fig. 1,
Fig. 6 zeigt einen Längsschnitt durch den
erfindungsgemäßen Außenläufermotor gemäß Fig. 1,
Fig. 7 zeigt die äußere Statorscheibe für den
Außenläufermotor gemäß Fig. 6 und
Fig. 8 zeigt einen axialen Schnitt durch den
erfindungsgemäßen Außenläufermotor gemäß Fig. 6 mit
integrierter Bremskupplung.
Die Schnittdarstellung des Außenläufermotors gemäß Fig. 1
wurde bereits erläutert. Die Anwendung der Erfindung eignet
sich insbesondere für Außenläufermotoren mit einer hohen
Polpaarzahl, da in diesem Fall die ansonsten übliche
Abschrägung der Zähne gegenüber den ausgeprägten Polen des
Außenläufers fertigungstechnisch sehr schwierig herzustellen
ist. In dem vorliegenden Fall gemäß Fig. 1 wird ein
Außenläufermotor mit einer Polpaarzahl von p = 18 und einer
Phasenzahl von m = 3 zugrundegelegt. Die resultierende
Nutzahl des Blechpakets 110 ergibt sich üblicherweise demnach
mit p . m = 54. Bei dem erfindungsgemäßen Außenläufermotor
gemäß Fig. 1 wurde demgegenüber in dem Stator ein
zusätzliches Zahn hinzugefügt, so dass die Zähne gegenüber
den äquidistant angeordneten ausgeprägten Polen am
Außenläufer leicht unsymmetrisch angeordnet sind. Aufgrund
der hohen Polpaarzahl fällt diese Unsymmetrie allerdings nur
geringfügig ins Gewicht, so dass gegenüber dem herkömmlich
symmetrierten Außenläufermotor noch ein magnetischer
Wirkungsgrad von ca. 90% erreicht werden kann.
Fig. 2 zeigt eine Detaildarstellung zweier benachbarter Zähne
des Blechpakets gemäß Fig. 1. Auf jedem Zahn 200 sind
Wicklungen 201 aufgebracht, wobei die Wicklungen derart
vorgeformt sind, dass diese einfach auf die Zähne aufgesteckt
werden können, so dass eine besonders einfache und
kostensparende Bewicklung des Blechpakets möglich ist.
Fig. 3a zeigt das Wickelschema des Blechpakets gemäß Fig. 1
für die U-Phase. Fig. 3b zeigt dementsprechend das mit den
Wicklungen der U-Phase bewickelte Blechpaket gemäß Fig. 1.
Die drei Phasen des ansteuernden Drehstroms seien hier mit U,
W und V bezeichnet. Für alle Phasen wird das oben erläuterte
achsensymmetrische Wickelschema angewandt, wobei bei der
Wicklung für die U-Phase mit dem mit 1 bezeichneten Zahn
begonnen wird. Gemäß der Phasenzahl drei wird nunmehr auf der
linken Symmetriehälfte des Blechpakets jedes dritte Zahn bis
zum Zahn 25 bewickelt. Wie aus dem Wickelschema gemäß Fig. 3a
ersichtlich, wird sodann die rechte Symmetriehälfte des
Blechpakets mit einem umgekehrten Wicklungssinn beginnend mit
dem Zahn 54 bewickelt. Die Bewicklung wird sodann in
rücklaufender Reihenfolge achsensymmetrisch zu der linken
Hälfte des Blechpakets bis zum Zahn 30 fortgesetzt. An die
Anschlüsse U1 und U2 wird sodann die U-Phase angeschlossen,
wobei der Anschluss U2 mit den anderen beiden Phasen einen
Sternpunkt bildet.
Fig. 4a zeigt das Wicklungsschema des Blechpakets gemäß Fig.
1 für die W-Phase. Außerdem zeigt Fig. 4b das mit den
Wicklungen der W-Phase bewickelte Blechpaket gemäß Fig. 1.
Gegenüber der U-Phase wird nunmehr die Bewicklung der W-Phase
mit dem Zahn 2 in entsprechender Weise wiederholt.
Fig. 5a zeigt schließlich das Wicklungsschema des Blechpakets
gemäß Fig. 1 für die V-Phase. Darüber hinaus zeigt Fig. 5b
das mit den Wicklungen der V-Phase bewickelte Blechpaket
gemäß Fig. 1. Die Bewicklung erfolgt sinngemäß wie oben
anhand der Fig. 3a und 3b beschrieben auch für die V-
Phase, wobei hier mit dem Zahn 3 begonnen wird. Mit Ausnahme
des Polpaketes 55 sind somit die übrigen Zähne 1 bis 54
bewickelt und können mit einem dreiphasigen Strom U, W und V
zusammengeschlossen werden. Die Anschlüsse U2, W2 und V2 sind
hierbei zu einem Sternpunkt zusammengeschaltet.
Soweit der Motor als elektronisch kommutierter
Gleichstrommotor ausgebildet sein soll, kann das unbewickelte
Zahn 55 auch dazu benützt werden, um entsprechende Hall-
Sensoren unterzubringen, die elektrisch 120° zueinander
verschoben sind.
Fig. 6 zeigt einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen
Außenläufermotor gemäß Fig. 1. Seinem grundsätzlichem Aufbau
nach besteht der Außenläufermotor 600 aus einem Außenläufer
610, einem Stator 620 sowie einem an dem Stator befestigten
Bleckpaket-Aufnahme 630. Der Außenläufer 610 ist gegenüber
dem Stator 620 auf Lagern 640 gelagert. Der Stator 620 ist
über Schrauben 650 gestellfest, beispielsweise mit einem
Fahrzeug, verbunden. Der Außenläufer 610 besteht seinerseits
aus einem Außenläuferring 100, der auf einer inneren
Außenläuferscheibe 612 und einer äußeren Außenläuferscheibe
613 passgenau geformt und gegen Verdrehen mit Gewindestiften
616 gesichert ist. Die innere Außenläuferscheibe 612 weist
Gewindebohrungen 614 auf, über die der Außenläufer 610
beispielsweise mit dem Nabenkranz eines Rades verschraubt
werden kann. An der Innenseite des Außenläuferrings 100 sind
Permanentmagnete 101 befestigt.
Der Stator besteht seinerseits aus einem Statorring 621, der
auf eine innere Statorscheibe 622 und eine äußere
Statorscheibe 623 aufgeschrumpft ist. An dem Statorring 621
ist die Blechpaket-Aufnahme 630 angeschweißt, die das
Blechpaket 110 trägt, dessen Zähne mit Wicklungen umwickelt
sind. Der Statorring weist eine Ausnehmung 625 auf, durch die
die elektrischen Zuleitungen zu den Wicklungen geführt werden
können und ist außerdem mit einer Gewindebohrung 626
versehen, um den Statorring gegenüber der inneren
Statorscheibe 622 verdrehsicher zu verspannen. An der äußeren
Statorscheibe 623 ist ein Mehrpolstecker 624 befestigt,
dessen Kontakte mit den Zuleitungen zu den Wicklungen
verbunden sind.
Die Wälzlager 640 sind gegenüber dem Statorring 621 sowie
jeweils der inneren Außenläuferscheibe 612 bzw. der äußeren
Außenläuferscheibe 613 angestellt. Zur Abdichtung zwischen
dem Außenläufer 610 und dem Stator 620 dienen jeweils die
Filzringe 641 und 642. Hiermit kann eine Schutzart bis zu IP
56 erreicht werden. Der Außenläufer 610 ist somit in direkter
Verlängerung der Außenläuferscheiben 613, 614 gelagert, so
dass radial wirkende Kräfte von den Lagern gut aufgenommen
werden können. Durch den großen Lagerabstand können
zusätzlich auch auf den Außenläufer wirkende Momente gut
aufgenommen werden, so dass der erfindungsgemäße
Außenläufermotor insgesamt mechanisch sehr robust ausgeführt
werden kann und damit auch für den Direktantrieb größerer
Fahrzeuge geeignet ist. Beispielsweise kann an die Verwendung
eines Antriebs für elektrische Transportkarren auf
Golfplätzen, Flughäfen oder ähnliches gedacht werden.
Fig. 7 zeigt die äußere Statorscheibe für den
Außenläufermotor gemäß Fig. 1. Die äußere Statorscheibe 623
weist demnach zwei Bohrungen 701 und 702 auf, durch die zwei
Schrauben 650 hindurchgeführt werden können. Darüber hinaus
ist ein Zentrierloch 703 vorgesehen, mit dem die äußere
Statorscheibe 623 bei der Montage zentriert werden kann. In
der Mitte der äußeren Statorscheibe 623 ist ein
Mehrpolstecker 624 aufgesetzt, aufgrund dessen die
elektrische Verbindung zu den Wicklungen herstellbar ist.
Darüber hinaus können auch Zuleitungen zu möglicherweise
vorgesehenen Hall-Sensoren über den Mehrpolstecker 624
führen. Schließlich können über den Mehrpolstecker 624 auch
Zuleitungen zu einer gegebenenfalls vorgesehenen
Bremskupplung führen.
Fig. 8 zeigt einen axialen Schnitt durch einen
erfindungsgemäßen Außenläufermotor mit einer derartigen
integrierten Bremskupplung. Der Außenläufermotor selber
entspricht dem in Fig. 1 dargestellten Außenläufermotor, so
dass auf eine Erläuterung der dort bereits gezeigten Teile
verzichtet wird. Die Bremse selber besteht aus einer
Bremsscheibe 803, die zwischen zwei Bremsbelägen verspannt
ist. Die Bremsscheibe weist an ihrem freien Ende einen
Kupplungskopf 807 auf, der in eine Verzahnung 804 der inneren
Außenläuferscheibe 612 einkuppelbar ist. Die Bremsscheibe
selber ist auf Passstiften 801 drehbar und gleichzeitig axial
verschieblich gelagert. Die Bremsbeläge 802 sind gegenüber
den Passstiften 801 axial verschieblich, aber über
korrespondierende Bohrungen gleichzeitig drehfest gelagert,
so dass diese das von der Bremsscheibe abgegebene Bremsmoment
aufnehmen können. Die Passstifte 801 sind ihrerseits an einem
Innenring 800 befestigt, der an der Innenseite des Winkels
630 angebracht ist. In dem Innenring ist eine Spule 805 sowie
in dem Winkel eine Druckfeder 806 untergebracht, so dass die
Bremsscheibe durch die Druckfeder 806 selbsttätig in die
Verzahnung 804 gedrückt wird und durch Bestromung der Spule
805 aus der Verzahnung 804 auskuppelbar ist.
Claims (11)
1. Synchronmotor,
mit einem feststehenden Stator und mit einem an dem Stator gelagerten, rotierenden Läufer,
wobei der Stator ein Bleckpaket mit zur Erzeugung eines magnetischen Drehfeldes ansteuerbaren Wicklungen aufweist, die jeweils um durch Nuten voneinander getrennte Zähne gewickelt sind und mit einem m-phasigen Strom angesteuert werden, und
wobei der Läufer mit mit dem Drehfeld zusammenwirkenden, ausgeprägten Polen versehen ist, wobei mindestens zwei Polpaare äquidistant am Umfang des Läufers angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet,
dass höchstens
k . p - 1
Zähne des Stators mit Polen des Läufers zu einem Zeitpunkt fluchten, mit
k = 2 wenn m gerade ist, und
k = 1 wenn m ungerade ist,
wobei p die Polpaarzahl und m die Phasenzahl des ansteuernden Stromes ist.
mit einem feststehenden Stator und mit einem an dem Stator gelagerten, rotierenden Läufer,
wobei der Stator ein Bleckpaket mit zur Erzeugung eines magnetischen Drehfeldes ansteuerbaren Wicklungen aufweist, die jeweils um durch Nuten voneinander getrennte Zähne gewickelt sind und mit einem m-phasigen Strom angesteuert werden, und
wobei der Läufer mit mit dem Drehfeld zusammenwirkenden, ausgeprägten Polen versehen ist, wobei mindestens zwei Polpaare äquidistant am Umfang des Läufers angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet,
dass höchstens
k . p - 1
Zähne des Stators mit Polen des Läufers zu einem Zeitpunkt fluchten, mit
k = 2 wenn m gerade ist, und
k = 1 wenn m ungerade ist,
wobei p die Polpaarzahl und m die Phasenzahl des ansteuernden Stromes ist.
2. Synchronmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass
N = p . m ± x
äquidistant angeordnete Zähne vorgesehen sind, wobei p die Polpaarzahl, m die Phasenzahl des ansteuernden Stromes und x eine positive ganze Zahl ist und bei negativem Vorzeichen so gewählt wird, daß N größer eins bleibt.
N = p . m ± x
äquidistant angeordnete Zähne vorgesehen sind, wobei p die Polpaarzahl, m die Phasenzahl des ansteuernden Stromes und x eine positive ganze Zahl ist und bei negativem Vorzeichen so gewählt wird, daß N größer eins bleibt.
3. Synchronmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß x derart gewählt wird, daß für möglichst kleines x
immer nur ein Zahn des Stators mit einem Pol des Läufers
zu einem Zeitpunkt fluchtet.
4. Synchronmotor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, dass eine achsensymmetrische Ansteuerung
der bewickelten Zähne erfolgt, wenn N ungerade ist, und
eine punktsymmetrische Ansteuerung der bewickelten Zähne
erfolgt, wenn N gerade ist.
5. Synchronmotor nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch
gekennzeichnet, dass die ausgeprägten Pole aus genuteten
Weicheisenpolen bestehen.
6. Synchronmotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
dass die Weicheisenpole durch Gleichstrom erregte
Läuferwicklungen aufweisen.
7. Synchronmotor nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch
gekennzeichnet, dass die ausgeprägten Pole aus
Permanentmagneten bestehen.
8. Synchronmotor nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch
gekennzeichnet, dass der Synchronmotor als
Außenläufermotor ausgebildet ist, wobei zur Ausbildung
der läuferseitigen Pole an der Innenseite des
Außenläufers Permanentmagnete angeordnet sind und wobei
das Blechpaket des Stators als Zahnkranz ausgebildet
ist.
9. Synchronmotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
dass die Polpaarzahl des Außenläufers 18, die Phasenzahl
des ansteuernden Stromes 3 und die Anzahl der Zähne am
Läufer 55 ist, wobei lediglich 54 Zähne bewickelt sind.
10. Synchronmotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
dass die Wicklungen mit einem dreiphasigen Drehstrom
achsensymmetrisch angesteuert werden, wobei auf beiden
Hälften des Stators die Wicklungen jeweils verschiedenen
Wicklungssinn aufweisen.
11. Synchronmotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
dass die Wicklungen mit einer elektronischen
Kommutierungsschaltung angesteuert werden, wobei die
Kommutierungsschaltung die Phasenlage des Außenläufers
über 3 Hallsensoren ermittelt, die in dem unbewickelten
Zahn angeordnet sind und elektronisch 120° zueinander
versetzt sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2000106439 DE10006439A1 (de) | 2000-02-14 | 2000-02-14 | Synchronmotor |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
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ID=7630810
Family Applications (1)
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---|---|
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102007011261A1 (de) * | 2007-03-06 | 2008-09-11 | Vensys Energy Ag | Generator für Windenergieanlagen |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US4424463A (en) * | 1981-05-27 | 1984-01-03 | Musil J Donald | Apparatus for minimizing magnetic cogging in an electrical machine |
DE19503610C2 (de) * | 1995-02-03 | 1997-05-22 | Zajc Franc | Mehrphasige und vielpolige, elektrisch kommutierbare Maschine und Verfahren zur Herstellung des Ständers |
DE19701342A1 (de) * | 1996-01-18 | 1997-07-24 | Samsung Electronics Co Ltd | Bürstenloser Gleichstrommotor |
-
2000
- 2000-02-14 DE DE2000106439 patent/DE10006439A1/de not_active Withdrawn
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