DE10129766B4

DE10129766B4 - Bürstenloser Gleichstrommotor vom Außenrotortyp

Info

Publication number: DE10129766B4
Application number: DE10129766A
Authority: DE
Inventors: Masaaki Wako Kaizuka; Kazuma Wako Okuda; Kazunari Wako Takahashi; Masaharu Wako 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: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2021-06-21
Also published as: US20030094874A1; JP2002010606A; DE10129766A1; US6570288B1

Abstract

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 Außenumfang des Stators (S) umgibt und sich um die Drehwelle (8) dreht,
wobei der Außenrotor (R) gebildet ist aus einem ringförmigen Joch (33) und einer Mehrzahl von Permanentmagneten (34), welche mit Abstand zueinander entlang des Innenumfangs des Jochs (33) derart angebracht sind, dass der magnetische N-Pol von jedem Permanentmagneten (34) auf den magnetischen S-Pol eines benachbarten der Permanentmagneten (34) weist,
wobei jeder der Permanentmagneten (34) in der Umfangsrichtung einen mittleren Abschnitt und zwei sich an den mittleren Abschnitt anschließende Endabschnitte umfasst, und wobei sich der radial innere Umfang des Permanentmagneten (34) längs der Umfangsrichtung erstreckt und einen Bogen mit der Achse der Drehwelle (8) in seiner Mitte bildet und der radial äußere Umfang der zwei...

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. BEREICH DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft einen bürstenlosen Gleichstrommotor vom Außenrotortyp gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, in welchem ein ringförmiger Außenrotor mit einer Mehrzahl von Permanentmagneten radial außerhalb eines Stators angeordnet ist, um drehbar zu sein.
2. BESCHREIBUNG DER VERWANDTEN TECHNIK
Ein bürstenloser Gleichstrommotor vom Außenrotortyp gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der JP 10-285 891 A bekannt.
Aus der US 5 753 991 A ist ein bürstenloser Gleichstrommotor vom Außenläufertyp bekannt, welcher einen Stator und einen Außenrotor besitzt. Der Außenrotor umfasst ein ringförmiges Joch und eine Mehrzahl von Permanentmagneten, die entlang des Innenumfangs des Jochs angebracht sind, wobei der radial äußere Umfang der zwei Endabschnitte von jedem der Permanentmagneten in der Umfangsrichtung in der Dicke so verringert ist, dass dünne Abschnitte ausgebildet werden, und wobei Magnetflussdurchgangsabschnitte des Jochs, die eine Verbindung zwischen den dünnen Abschnitten von benachbarten Permanentmagneten bereitstellen, dicker ausgebildet sind.
Die japanische Patentanmeldung Offenlegungs-Nr. JP 11-215749 A 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 aufeinander 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 Permanentmagneten erhöhen, wodurch die äußeren Abmessungen des Außenrotors entsprechend zunehmen. Um die äußeren Abmessungen zu verringern, ohne das maximale Drehmoment zu verringern, werden anstelle der üblichen Ferritmagneten Hochleistungs-Seitenerde-Magneten als Permanentmagneten 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 Temperaturen als ein Ergebnis einer Abnahme der Magnetisierung verringert.
Es ist Aufgabe der Erfindung, die Herstellungskosten eines bürstenlosen Gleichstrommotors vom Außenrotortyp zu verringern.
Diese Aufgabe wird durch einen bürstenlosen Gleichstrommotor vom Außenrotortyp mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Gemäß der oben erwähnten Anordnung kann das Volumen der Permanentmagneten verringert werden, um so die Kosten zu reduzieren, da der äußere Umfang der zwei Endabschnitte in der Umfangsrichtung der Permanentmagneten 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 Permanentmagneten 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 Magnetflussdurchgangsabschnitte 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 gezeigte Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
1 bis 4 veranschaulichen ein Vergleichsbeispiel, welches lediglich zum Verständnis der Erfindung dient und nicht zur Erfindung gehört, wobei
1 eine Ansicht eines Reihenmehrzylindermotors längs der Achsrichtung der Kurbelwelle ist;
2 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines wesentlichen Teils der 1 ist;
3 eine Querschnittsansicht längs der Linie 3-3 in 2 ist;
4 eine vergrößerte Ansicht eines wesentlichen Teils der 2 ist;
5 eine graphische Darstellung entsprechend der 4 ist, die eine Ausführungsform der Erfindung zeigt; und
6 eine graphische Darstellung entsprechend der 4 eines bürstenlosen Gleichstrommotors vom Außenrotortyp vom Stand der Technik ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Wie in 1 gezeigt, ist ein Zusatzgerätebefestigungsträger 2 an einer Seitenfläche eines Motorblocks 1 eines Reihenmehrzylindermotors angebracht, der in ein Fahrzeug einzubauen ist. Eine Ölpumpe 3 für eine Servolenkung, ein automatischer Spanner 4, ein Drehstromgenerator 5, eine Wasserpumpe 6 zum Kühlen des Motors und ein Kompressor 7 zur Klimatisierung sind an dem oben erwähnten Zusatzgerätebefestigungsträger 2 angebracht. Ein einziger endloser Riemen 15 ist um eine Kurbelriemenscheibe 9 geschlungen, die an einem Wellenende einer Kurbelwelle 8 des Motors E (dem Wellenende an der zum Getriebe entgegengesetzten Seite) 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 Kompressorriemenscheibe 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 übertragen 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 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 Kurbelriemenscheibe 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 ausgebildet, 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 Permanentmagneten 34, die entlang des Innenumfangs des Jochs 33 der Kurbelriemenscheibe 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 angeordneten Kernen 35 und eine Mehrzahl von um die Kerne 35 über Spulenträger 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 3 und 4).
Wie in 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 magnetischen S-Pol seines benachbarten Permanentmagneten 34. Der Innenumfang 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 Abschnitte, 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 erweitert sind, um dicke Magnetflussdurchgangsabschnitte 33b auszubilden.
Wenn die Spulen 37 des bürstenlosen Gleichstrommotors M entmagnetisiert sind, wirkt die Kurbelriemenscheibe 9 einfach als eine Riemenscheibe, aber abwechselndes Erregen der Spulen 37 mit einer vorbestimmten zeitlichen Abstimmung erzeugt eine Anziehungskraft und eine Abstoßungskraft in den Permanentmagneten 34 und die Kurbelriemenscheibe 9 wird gedreht, um so die Kurbelwelle 8 anzudrehen und den Motor E erneut zu starten, der gestoppt wurde. Wenn die Kurbelwelle 8 durch eine Antriebskraft gedreht wird, die von den angetriebenen Rädern zum Motor E zurückübertragen wird, während das Fahrzeug gebremst wird, funktioniert der bürstenlose Gleichstrommotor M als ein Generator, um so eine regenerative Bremskraft zu liefern.
Die in 4 gezeigte Anordnung des Jochs 33 und der Permanentmagneten 34 kann die folgenden hervorstechenden Wirkungen im Vergleich zu einer in 6 gezeigten herkömmlichen Anordnung vom Stand der Technik liefern, in welcher ein Joch 33' und Permanentmagneten 34' gleichmäßige 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-Permanentmagneten 34 verwendet werden. Bei der in 6 gezeigten herkömmlichen Anordnung vom Stand der Technik werden diese Magnetflussdurchgangsabschnitte 33b' magnetisch gesättigt, da der Querschnitt des magnetischen 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' abnimmt, was das maximale Drehmoment begrenzt. Da der Querschnitt des magnetischen Wegs in den Magnetflussdurchgangsabschnitten 33b groß ist, kann andererseits in dem vorliegenden Vergleichsbeispiel, welches lediglich zum Verständnis der Erfindung dient und nicht zur Erfindung gehört, die magnetische Sättigung unterdrückt werden und ein ausreichender magnetischer Fluss ø in dem Joch 33 garantiert werden, wenn die Volumenabnahme der Permanentmagneten 34 kompensiert wird und es möglich ist zu verhindern, dass das maximale Drehmoment abnimmt, während die Größe der Permanentmagneten verringert wird. Darüber hinaus nehmen die äußeren Abmessungen des Jochs 33 infolge der Magnetflussdurchgangsabschnittte 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 Umfangsrichtung der Permanentmagneten 34 angeordnet sind, können hohe Frequenzen im Magnetflussdichteprofil im Luftspalt g verringert werden, um dadurch eine sinusförmige Wellenform bereitzustellen und das Hakmoment kann verringert werden, wodurch das Geräusch verringert wird. Da das maximale Drehmoment ohne Verringerung des Luftspalts g sichergestellt werden kann, besteht darüber hinaus keine Möglichkeit einer Leistungsverminderung bei niedrigen Temperaturen infolge einer Abnahme der Magnetisierung.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf 5 beschrieben.
In dem Vergleichsbeispiel sind die Magnetflussdurchgangsabschnitte 33b durch Ausdehnen des Innenumfangs des Jochs 33 in der radialen Richtung nach innen ausgebildet, aber in der Ausführungsform sind zusätzliche Magnetelemente 39 am Innenumfang eines gleichmäßig dicken Jochs 33 angebracht, um dadurch dicke Magnetflussdurchgangsabschnitte 33b auszubilden. Gemäß der Ausführungsform kann das Joch 33 leicht bearbeitet werden, während dieselbe magnetische Leistung wie in dem Vergleichsbeispiel sichergestellt wird, was die Bearbeitungskosten verringert.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wurde oben detailliert beschrieben, aber die vorliegende Erfindung kann auf verschiedene Weise modifiziert werden, ohne vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen.
Beispielsweise ist in der vorliegenden Ausführungsform ein als ein Anlassermotor und ein Generator für einen Motor E funktionierender bürstenloser Gleichstrommotor M vom Außenrotortyp veranschaulicht, aber die vorliegende Erfindung kann bei einem bürstenlosen Gleichstrommotor vom Außenrotortyp für jeden anderen Zweck verwendet werden.

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 Außenumfang des Stators (S) umgibt und sich um die Drehwelle (8) dreht, wobei der Außenrotor (R) gebildet ist aus einem ringförmigen Joch (33) und einer Mehrzahl von Permanentmagneten (34), welche mit Abstand zueinander entlang des Innenumfangs des Jochs (33) derart angebracht sind, dass der magnetische N-Pol von jedem Permanentmagneten (34) auf den magnetischen S-Pol eines benachbarten der Permanentmagneten (34) weist, wobei jeder der Permanentmagneten (34) in der Umfangsrichtung einen mittleren Abschnitt und zwei sich an den mittleren Abschnitt anschließende Endabschnitte umfasst, und wobei sich der radial innere Umfang des Permanentmagneten (34) längs der Umfangsrichtung erstreckt und einen Bogen mit der Achse der Drehwelle (8) in seiner Mitte bildet und der radial äußere Umfang der zwei Endabschnitte in der Umfangsrichtung nach radial ihnen abgeschrägt ist, um auf diese Weise in der Dicke verringerte dünne Abschnitte (34b) an den zwei Endabschnitten auszubilden, dadurch gekennzeichnet, dass das ringförmige Joch (33) an seinem radial inneren Umfang einen kreisförmigen Innenumfang aufweist, dass Magnetflussdurchgangsabschnitte (33b) des Jochs (33), welche eine Verbindung zwischen den dünnen Abschnitten (34b) von benachbarten Permanentmagneten (34) bereitstellen, von zusätzlichen Magnetelementen (39) gebildet sind, welche derart am Innenumfang des Jochs (33) angebracht sind, dass sie nach radial innen vorstehen, und dass die zusätzlichen Magnetelemente (39) die dünnen Abschnitte (34b) von benachbarten Permanentmagneten (34) wenigstens teilweise radial außerhalb überlappen und an diesen anliegen.