DE10129766A1

DE10129766A1 - Bürstenloser Gleichstrommotor vom Außenrotortyp

Info

Publication number: DE10129766A1
Application number: DE10129766A
Authority: DE
Inventors: Masaaki Kaizuka; Kazuma Okuda; Kazunari Takahashi; Masaharu Hosoda
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2000-06-20
Filing date: 2001-06-20
Publication date: 2002-01-10
Anticipated expiration: 2021-06-21
Also published as: US20030094874A1; DE10129766B4; JP2002010606A; US6570288B1

Abstract

Ein bürstenloser Gleichstrommotor vom Außenrotortyp weist einen Außenrotor (R) auf, der eine Mehrzahl von Permanentmagneten (34) umfasst, die entlang des Innenumfangs eines ringförmigen Jochs (33) so angebracht sind, dass die magnetischen N-Pole auf die magnetischen S-Pole weisen. Dünne Abschnitte (34a) sind durch Abschrägen des radial äußeren Umfangs der zwei Endabschnitte in der Umfangsrichtung von jedem der Permanentmagneten (34) ausgebildet. Magnetflussdurchgangsabschnitte (33b) des Jochs (33), die eine Verbindung zwischen den dünnen Abschnitten (34a) von benachbarten Permanentmagneten (34) bereitstellen, sind radial nach innen erweitert. Gemäß der oben erwähnten Anordnung wird der Querschnitt des magnetischen Wegs in den Magnetflussdurchgangsabschnitten erhöht, wodurch das Auftreten einer magnetischen Sättigung unterdrückt wird und wodurch verhindert wird, dass das maximale Drehmoment der Permanentmagneten verringert wird, wenn ihre Größe verringert wird. Außerdem nehmen die äußeren Abmessungen des Jochs (33) nicht zu, da die Magnetflussdurchgangsabschnitte (33b) des Jochs (33) radial nach innen erweitert sind.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. BEREICH DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft einen bürstenlosen Gleichstrommotor vom Außenrotortyp, in welchem ein ringförmiger Außenrotor mit einer Mehrzahl von Permanentmagneten radial außerhalb eines Stators angeord net ist, um drehbar zu sein.

2. BESCHREIBUNG DER VERWANDTEN TECHNIK

Die japanische Patentanmeldung Offenlegungs-Nr. 11-215749 offenbart einen bürstenlosen Gleichstrommotor vom Außenrotortyp, in welchem ein Außenrotor mit einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung angeordneten Permanentmagneten radial außerhalb eines Stators angeordnet ist, um drehbar zu sein. Dieser bürstenlose Gleichstrommotor vom Außenrotortyp reduziert das Geräusch durch ein Vertiefen der zwei Endabschnitte in der Umfangsrichtung von jedem der Permanentmagneten des Außenrotors, d. h. des radial inneren Umfangs der Endabschnitte von benachbarten aufein ander zuweisenden Permanentmagneten, um die Hakmomentwellenform beinahe sinusförmig zu gestalten.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Um das maximale Drehmoment eines bürstenlosen Gleichstrommotors vom Außenrotortyp zu erhöhen, kann man einfach die Größe der Permanentma gneten erhöhen, wodurch die äußeren Abmessungen des Außenrotors entsprechend zunehmen. Um die äußeren Abmessungen zu verringern, ohne das maximale Drehmoment zu verringern, werden anstelle der übli chen Ferritmagneten Hochleistungs-Seltenerde-Magneten als Permanent magneten verwendet, oder ein Material mit einer hohen magnetischen Flussdichte wird für die Kerne verwendet. Eine Verminderung der Größe des Luftspalts zwischen dem Außenrotor und dem Stator wird auch als wirksam angesehen.

Die Verwendung von Seltenerde-Magneten und die Verwendung eines Materials mit einer hohen magnetischen Flussdichte für die Kerne erhöht jedoch die Kosten. Wenn man außerdem Ferritmagneten verwendet, wenn ein enger Luftspalt eingestellt ist, wird die Leistung bei niedrigen Tempera turen als ein Ergebnis einer Abnahme der Magnetisierung verringert.

Die vorliegende Erfindung erfolgte im Hinblick auf die oben erwähnten Umstände und es ist eine Aufgabe der Erfindung, die äußeren Abmessun gen eines bürstenlosen Gleichstrommotors vom Außenrotortyp zu ver ringern, ohne sein maximales Drehmoment zu reduzieren.

Zur Lösung der oben erwähnten Aufgabe umfasst ein bürstenloser Gleich strommotor vom Außenrotortyp der vorliegenden Erfindung einen Stator, welcher so angebracht ist, dass er den Außenumfang einer Drehwelle umgibt und einen Außenrotor, der so angeordnet ist, dass er den Außen umfang des Stators umgibt und um die Drehwelle drehen kann, wobei der Außenrotor gebildet ist aus einem ringförmigen Joch und einer Mehrzahl von Permanentmagneten, die entlang des Innenumfangs des Jochs so angebracht sind, dass die magnetischen N-Pole auf die magnetischen S- Pole weisen, wobei der radial äußere Umfang der zwei Endabschnitte in der Umfangsrichtung von jedem der Permanentmagneten in der Dicke so ver ringert ist, dass dünne Abschnitte ausgebildet werden und wobei die Ma gnetflussdurchgangsabschnitte des Jochs, die eine Verbindung zwischen den dünnen Abschnitten von benachbarten Permanentmagneten bereit stellen, dicker ausgebildet sind.

Gemäß der oben erwähnten Anordnung kann das Volumen der Permanent magneten verringert werden, um so die Kosten zu reduzieren, da der äu ßere Umfang der zwei Endabschnitte in der Umfangsrichtung der Perma nentmagneten in der Dicke so verringert ist, dass er dünne Abschnitte ausbildet. Da die Magnetflussdurchgangsabschnitte des Jochs, die eine Verbindung zwischen den dünnen Abschnitten von benachbarten Perma nentmagneten bereitstellen, dick ausgebildet sind, wird der Querschnitt des magnetischen Wegs in den Magnetflussdurchgangsabschnitten erweitert, um so das Auftreten einer magnetischen Sättigung zu unterdrücken und eine Abnahme des maximalen Drehmoments zu verhindern. Darüber hinaus nehmen die äußeren Abmessungen des Jochs nicht zu, da die Magnetfluss durchgangsabschnitte des Jochs radial nach innen erweitert sind. Darüber hinaus kann das Hakmoment verringert werden, um dadurch während des Betriebs das Geräusch zu reduzieren, da die dicken und dünnen Abschnitte der Permanentmagneten längs der Umfangsrichtung angeordnet sind. Da es nicht nötig ist, den Luftspalt zu verringern, um das maximale Drehmoment sicherzustellen, besteht keine Möglichkeit, dass die Leistung bei einer niedrigen Temperatur infolge einer Abnahme der Magnetisierung verringert wird.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Erfindung wird unten unter Bezugnahme auf die in den beigefügten Zeichnungen gezeigten Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.

Fig. 1 bis 4 veranschaulichen eine erste Ausführungsform der Erfindung, wobei

Fig. 1 eine Ansicht eines Reihenmehrzylindermotors längs der Achsrichtung der Kurbelwelle ist;

Fig. 2 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines wesentlichen Teils der Fig. 1 ist;

Fig. 3 eine Querschnittsansicht längs der Linie 3-3 in Fig. 2 ist;

Fig. 4 eine vergrößerte Ansicht eines wesentlichen Teils der Fig. 2 ist;

Fig. 5 eine graphische Darstellung entsprechend der Fig. 4 ist, die eine zweite Ausführungsform der Erfindung zeigt; und

Fig. 6 eine graphische Darstellung entsprechend der Fig. 4 eines bürstenlosen Gleichstrommotors vom Außenrotortyp vom Stand der Tech nik ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Wie in Fig. 1 gezeigt, ist ein Zusatzgerätebefestigungsträger 2 an einer Seitenfläche eines Motorblocks 1 eines Reihenmehrzylindermotors ange bracht, der in ein Fahrzeug einzubauen ist. Eine Ölpumpe 3 für eine Servo lenkung, ein automatischer Spanner 4, ein Drehstromgenerator 5, eine Wasserpumpe 6 zum Kühlen des Motors und ein Kompressor 7 zur Klimati sierung sind an dem oben erwähnten Zusatzgerätebefestigungsträger 2 angebracht. Ein einziger endloser Riemen 15 ist um eine Kurbelriemen scheibe 9 geschlungen, die an einem Wellenende einer Kurbelwelle 8 des Motors E (dem Wellenende an der zum Getriebe entgegengesetzten Seitel vorgesehen ist, eine Ölpumpenriemenscheibe 10 ist an der Ölpumpe 3 vorgesehen, eine Spannerriemenscheibe 11 ist an dem automatischen Spanner 4 vorgesehen, eine Drehstromgeneratorriemenscheibe 12 ist an dem Drehstromgenerator 5 vorgesehen, eine Wasserpumpenriemenscheibe 13 ist an der Wasserpumpe 6 vorgesehen und eine Kompressorriemen scheibe 14 ist an dem Kompressor 7 vorgesehen. Eine Antriebskraft der Kurbelwelle 8 wird über den endlosen Riemen 15 zur Ölpumpe 3, zum Drehstromgenerator 5, zur Wasserpumpe 6 und zum Kompressor 7 über tragen und eine Spannung wird durch den automatischen Spanner 4 an den endlosen Riemen 15 angelegt.

Die Spannerriemenscheibe 11 und die Wasserpumpenriemenscheibe 13 werden längs der Rückseite des endlosen Riemens 15 angetrieben. Durch den Gebrauch des einzigen endlosen Riemens 15 und die Verwendung auch von dessen Rückseite können nicht nur die Zusatzgeräte 3 bis 7 nahe aneinander in einer kompakten Weise angeordnet werden, sondern die Zusatzgeräte 3 bis 7 können auch zuverlässig angetrieben werden, indem sichergestellt wird, dass der endlose Riemen 15 einen ausreichenden Umschlingungswinkel um jeden der Riemenscheiben 10 bis 14 besitzt.

Wie aus den Fig. 2 bis 4 klar ist, sind ein Nockenwellenantriebszahnrad 21 und ein Ausgleichswellenantriebszahnrad 22, die miteinander integral ausgebildet sind, an der aus dem Motorblock 1 vorstehenden Kurbelwelle 8 angebracht. Eine um das Nockenwellenantriebszahnrad 21 geschlungene endlose Kette 23 und eine um das Ausgleichswellenantriebszahnrad 22 geschlungene endlose Kette 24 sind durch eine mit dem Motorblock 1 durch Bolzen 25 verbundene Kettenabdeckung 26 abgedeckt.

Ein aus der Kettenabdeckung 26 durch ein Dichtungselement 27 hindurch vorstehendes Ende der Kurbelwelle 8 ist in eine Nabe 28 der Kurbelriemen scheibe 9 über einen Keil 29 eingesetzt und wird durch einen Bolzen 30 und eine Unterlegscheibe 31 am Herausfallen gehindert. Ein ringförmiges Joch 33 ist integral mit dem Außenrand einer Seitenwand 32 ausgebildet, die sich radial von der Nabe 28 der Kurbelriemenscheibe 9 aus erstreckt. Ein Riemenscheibenkanal 33a ist an der Außenseite des Jochs 33 ausgebil det, wobei der endlose Riemen 15 mit dem Riemenscheibenkanal 33a im Eingriff ist. Ein ringförmiger Raum ist innerhalb der Kurbelriemenscheibe 9 ausgebildet und ein bürstenloser Gleichstrommotor vom Außenrotortyp M, der sowohl als ein Anlassermotor als auch als ein Generator funktioniert, ist in diesem ringförmigen Raum aufgenommen.

Der bürstenlose Gleichstrommotor M hat eine Mehrzahl von Permanentma gneten 34, die entlang des Innenumfangs des Jochs 33 der Kurbelriemen scheibe 9 angebracht sind, und das Joch 33 und die Permanentmagneten 34 bilden einen Außenrotor R des bürstenlosen Gleichstrommotors M. Ein Stator S. der eine Mehrzahl von radial um die Kurbelwelle 8 herum an geordneten Kernen 35 und eine Mehrzahl von um die Kerne 35 über Spu lenträger 36 gewickelte Spulen 37 umfasst, ist an der Außenfläche der Kettenabdeckung 26 mittels einer Mehrzahl von Bolzen 38 angebracht. Der Außenumfang der Kerne 35 weist über einen schmalen Luftspalt g zum Innenumfang der Permanentmagneten 34 (siehe Fig. 3 und 4).

Wie in Fig. 4 detailliert gezeigt, besitzt jeder der an dem Innenumfang des Jochs 33 angebrachten Permanentmagneten 34 einen magnetische N- und S-Pol an den zwei Enden des Magneten in der Umfangsrichtung und der magnetische N-Pol eines Permanentmagneten 34 weist auf einen magneti schen S-Pol seines benachbarten Permanentmagneten 34. Der Innenum fang von jedem der Permanentmagneten 34 bildet einen Bogen mit der Achse der Kurbelwelle 8 in seiner Mitte und ein gleichmäßiger Luftspalt g ist zwischen dem Innenumfang der Permanentmagneten 34 und dem Außenumfang der Kerne 35 vorhanden. Jeder der Permanentmagneten 34 hat einen dicken Abschnitt 34a in der Mitte in der Umfangsrichtung und ein Paar von dünnen Abschnitten 34b, die sich an beiden Seiten des dicken Abschnitts 34a in der Umfangsrichtung erstrecken. Die Dicke des dicken Abschnitts 34a ist in der Umfangsrichtung gleichmäßig, aber die Dicken der dünnen Abschnitte 34b nehmen mit der Entfernung vom dicken Abschnitt 34a allmählich ab, indem der äußere Umfang der Permanentmagneten 34 abgeschrägt ist.

Der Außenumfang des Jochs 33 ist kreisförmig, aber sein Innenumfang ist nicht-kreisförmig ausgebildet, um der Form des Außenumfangs der oben erwähnten Permanentmagneten 34 zu entsprechen. D. h. dass die Abschnit te, die den beiden dünnen Abschnitten 34b von benachbarten aufeinander zuweisenden Permanentmagneten 34 entsprechen, und die Zwischenräume zwischen diesen dünnen Abschnitten 34b und 34b nach radial innen erwei tert sind, um dicke Magnetflussdurchgangsabschnitte 33b auszubilden.

Wenn die Spulen 37 des bürstenlosen Gleichstrommotors M entmagneti siert sind, wirkt die Kurbelriemenscheibe 9 einfach als eine Riemenscheibe, aber abwechselndes Erregen der Spulen 37 mit einer vorbestimmten zeitli chen Abstimmung erzeugt eine Anziehungskraft und eine Abstoßungskraft in den Permanentmagneten 34 und die Kurbelriemenscheibe 9 wird ge dreht, um so die Kurbelwelle 8 anzudrehen und den Motor E erneut zu starten, der gestoppt wurde. Wenn die Kurbelwelle 8 durch eine Antriebs kraft gedreht wird, die von den angetriebenen Rädern zum Motor E zurück übertragen wird, während das Fahrzeug gebremst wird, funktioniert der bürstenlose Gleichstrommotor M als ein Generator, um so eine regenerative Bremskraft zu liefern.

Die in Fig. 4 gezeigte Anordnung des Jochs 33 und der Permanentmagne ten 34 kann die folgenden hervorstechenden Wirkungen im Vergleich zu einer in Fig. 6 gezeigten herkömmlichen Anordnung vom Stand der Tech nik liefern, in welcher ein Joch 33' und Permanentmagneten 34' gleichmä ßige Dicken besitzen.

Da die dünnen Abschnitte 34b durch Abschrägen der zwei Endabschnitte in der Umfangsrichtung der Permanentmagneten 34 ausgebildet sind, kann das Volumen der Permanentmagneten 34 verringert werden, um so zu einer Kostenreduzierung beizutragen, wenn teure Seltenerde-Permanent magneten 34 verwendet werden. Bei der in Fig. 6 gezeigten herkömm lichen Anordnung vom Stand der Technik werden diese Magnetflussdurch gangsabschnitte 33b' magnetisch gesättigt, da der Querschnitt des magne tischen Wegs in den Magnetflussdurchgangsabschnitten 33b' des Jochs 33' zwischen benachbarten Permanentmagneten 34' klein ist, und daher besteht das Problem, dass der magnetische Fluss in dem Joch 33' ab nimmt, was das maximale Drehmoment begrenzt. Da der Querschnitt des magnetischen Wegs in den Magnetflussdurchgangsabschnitten 33b groß ist kann andererseits in der vorliegenden Ausführungsform die magnetische Sättigung unterdrückt werden und ein ausreichender magnetischer Fluss p in dem Joch 33 garantiert werden, wenn die Volumenabnahme der Perma nentmagneten 34 kompensiert wird und es möglich ist zu verhindern, dass das maximale Drehmoment abnimmt, während die Größe der Permanent magneten verringert wird. Darüber hinaus nehmen die äußeren Abmessun gen des Jochs 33 infolge der Magnetflussdurchgangsabschnitte 33b nicht zu, da die Magnetflussdurchgangsabschnitte 33b des Jochs 33 sich radial nach innen erstrecken.

Da die dicken Abschnitte 34a und die dünnen Abschnitte 34b in der Um fangsrichtung der Permanentmagneten 34 angeordnet sind, können hohe Frequenzen im Magnetflussdichteprofil im Luftspalt g verringert werden, um dadurch eine sinusförmige Wellenform bereitzustellen und das Hakmo ment kann verringert werden, wodurch das Geräusch verringert wird. Da das maximale Drehmoment ohne Verringerung des Luftspalts g sicherge stellt werden kann, besteht darüber hinaus keine Möglichkeit einer Lei stungsverminderung bei niedrigen Temperaturen infolge einer Abnahme der Magnetisierung.

Eine zweite Ausführungsform der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 5 beschrieben.

In der ersten Ausführungsform sind die Magnetflussdurchgangsabschnitte 33b durch Ausdehnen des Innenumfangs des Jochs 33 in der radialen Richtung nach innen ausgebildet, aber in der zweiten Ausführungsform sind zusätzliche Magnetelemente 39 am Innenumfang eines gleichmäßig dicken Jochs 33 angebracht, um dadurch dicke Magnetflussdurchgangsabschnitte 33b auszubilden. Gemäß der zweiten Ausführungsform kann das Joch 33 leicht bearbeitet werden, während dieselbe magnetische Leistung wie in der ersten Ausführungsform sichergestellt wird, was die Bearbeitungs kosten verringert.

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden oben detailliert beschrieben, aber die vorliegende Erfindung kann auf verschiedene Weise modifiziert werden, ohne vom Geist und dem Schutzbereich der Erfindung abzuweichen.

Beispielsweise ist in den vorliegenden Ausführungsformen ein als ein Anlassermotor und ein Generator für einen Motor E funktionierender bür stenloser Gleichstrommotor M vom Außenrotortyp veranschaulicht, aber die vorliegende Erfindung kann bei einem bürstenlosen Gleichstrommotor vom Außenrotortyp für jeden anderen Zweck verwendet werden.

Ein bürstenloser Gleichstrommotor vom Außenrotortyp weist einen Außen rotor R auf, der eine Mehrzahl von Permanentmagneten 34 umfasst, die entlang des Innenumfangs eines ringförmigen Jochs 33 so angebracht sind, dass die magnetischen N-Pole auf die magnetischen S-Polen weisen. Dünne Abschnitte 34a sind durch Abschrägen des radial äußeren Umfangs der zwei Endabschnitte in der Umfangsrichtung von jedem der Permanentma gneten 34 ausgebildet. Magnetflussdurchgangsabschnitte 33b des Jochs 33, die eine Verbindung zwischen den dünnen Abschnitten 34a von be nachbarten Permanentmagneten 34 bereitstellen, sind radial nach innen erweitert. Gemäß der oben erwähnten Anordnung wird der Querschnitt des magnetischen Wegs in den Magnetflussdurchgangsabschnitten erhöht, wodurch das Auftreten einer magnetischer Sättigung unterdrückt wird und wodurch verhindert wird, dass das maximale Drehmoment der Permanent magneten verringert wird, wenn ihre Größe verringert wird. Außerdem nehmen die äußeren Abmessungen des Jochs 33 nicht zu, da die Magnet flussdurchgangsabschnitte 33b des Jochs 33 radial nach innen erweitert sind.

Claims

Bürstenloser Gleichstrommotor vom Außenrotortyp, umfassend:
einen Stator (S), der so angebracht ist, dass er einen Außenumfang einer Drehwelle (8) umgibt; und
einen Außenrotor (R), der so angeordnet ist, dass er den Außen umfang des Stators (S) umgibt und sich um die Drehwelle (8) dreht, wobei der Außenrotor (R) ausgebildet ist aus einem ringförmigen Joch (33) und einer Mehrzahl von Permanentmagneten (34), die entlang des Innenumfangs des Jochs (33) so angebracht sind, dass die magnetischen N-Pole auf die magnetischen S-Polen weisen, und wobei der radial äußere Umfang der zwei Endabschnitte in der Um fangsrichtung von jedem der Permanentmagneten (34) in der Dicke so verringert ist, dass dünne Abschnitte (34a) ausgebildet werden und wobei Magnetflussdurchgangsabschnitte (33b) des Jochs (33), die eine Verbindung zwischen den dünnen Abschnitten (34b) von benachbarten Permanentmagneten (34) bereitstellen, dicker aus gebildet sind.