DE102008007335A1

DE102008007335A1 - Electronically commutated electric motor

Info

Publication number: DE102008007335A1
Application number: DE102008007335A
Authority: DE
Inventors: Hans Hermann Rottmerhusen; Silvia Rottmerhusen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-02-28
Filing date: 2008-02-02
Publication date: 2008-09-11
Also published as: WO2008104156A3; WO2008104156A2; EP2135343A2

Abstract

Es wird ein elektronisch kommutierter Elektromotor vorgeschlagen, der einen Ständer und einen speziellen Läufer mit Läuferzähnen und Permanentmagnete in Sammelanordnung beinhaltet, und der Läufer ist aus einem geblechten Kern mit Nuten gebildet, wobei das Verhältnis der Läuferzähne zu den Ständerzähnen 1 zu 0,75 beträgt, und die Ausrichtung der Läuferpole zum Ständerfeld während des Motorbetriebes so ausgerichtet ist, daß ein gleichmäßiges Drehmoment bei jeder Läuferstellung erzielt wird.An electronically commutated electric motor is proposed, which includes a stator and a special rotor with rotor teeth and permanent magnets in collecting arrangement, and the rotor is formed of a laminated core with grooves, wherein the ratio of the rotor teeth to the stator teeth 1 is 0.75, and the orientation of the rotor poles to the stator field during engine operation is aligned to provide uniform torque at each rotor position.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektronisch kommutierten Elektromotor, gemäß dem Patentanspruch 1.The The invention relates to an electronically commutated electric motor, according to claim 1.

Elektronisch kommutierte Elektromotoren besitzen üblicherweise einen permanentmagneterregten Läufer, wobei der Läufer entweder mit einzelnen Permanentmagneten bestückt ist, oder am Läufer ist ein mehrpoliger Ringmagnet angeordnet, und bei einem Läufer mit einem kleinen Durchmesser besteht der Läufer oft selbst aus einem mehrpolig magnetisierten Permanentmagneten. Die Magnetisierungsrichtung der Magnete oder des Magneten solcher Läufer erfolgt überwiegend senkrecht zum Luftspalt des Motors. Die Magnetisierungsrichtung der Magnete kann auch quer zum Luftspalt ausgerichtet sein, indem die Permanentmagnete am Läufer eine Sammleranordnung darstellen.electronic Commutated electric motors usually have one permanent magnet rotor, wherein the rotor either equipped with individual permanent magnets, or on the rotor a multi-pole ring magnet is arranged, and in a runner with a small diameter is the Runners often themselves from a multi-pole magnetized permanent magnet. The magnetization direction of the magnets or the magnet of such rotor takes place predominantly perpendicular to the air gap of the engine. The magnetization direction of the magnets can also be transverse to the air gap be aligned by the permanent magnets on the rotor represent a collector arrangement.

DE 197 23 302 A1 beschreibt eine derartige Lösung. Der Läufer ist mit einem reluktanzunterstützten Permanentmagnetsystem ausgebildet, wobei die Anordnung der Permanentmagnete im Läufer eine Sammleranordnung ist. Der Läufer besteht aus einem geblechten Kern, der Läuferzähne und dazwischen liegende Nuten aufweist, und in den Nuten sind Permanentmagnete angeordnet, die tangential so magnetisiert sind, daß immer zwei Pole gleicher Polarität auf einen Läuferzahn wirken, wobei die Magnetisierungsrichtung der Permanentmagnete parallel zum Luftspalt des Motors ausgerichtet ist. DE 197 23 302 A1 describes such a solution. The rotor is formed with a reluctance-supported permanent magnet system, wherein the arrangement of the permanent magnets in the rotor is a collector arrangement. The rotor consists of a laminated core, the rotor teeth and grooves located therebetween, and in the grooves permanent magnets are arranged, which are magnetized tangentially so that always two poles of the same polarity act on a rotor tooth, the magnetization direction of the permanent magnets parallel to the air gap of Motors is aligned.

US 2006/0061228 A1 beschreibt einen Elektromotor, bei dem das Verhältnis der Läuferzähne zu den Ständerzähnen 1:0,75 beträgt, und um jeden Ständerzahn ist eine Spule gewickelt, die über eine elektronische Steuerung mit einer Stromquelle verbindbar sind, und zwischen den Läuferzähnen sind in ei ner Sammleranordnung Permanentmagnete angeordnet, wobei der Läufer derart ausgebildet ist, daß der magnetische Fluß überwiegend über die Permanentmagnete und den Ständer erfolgt, und nicht zur Mitte des Läufers entweicht. US 2006/0061228 A1 describes an electric motor in which the ratio of the rotor teeth to the stator teeth 1: 0.75, and around each stator tooth, a coil is wound, which are connected via an electronic control with a power source, and between the rotor teeth are in egg ner collector assembly permanent magnets arranged, wherein the rotor is formed such that the magnetic flux is predominantly via the permanent magnets and the stator, and does not escape to the center of the rotor.

Für die Anordnung eines elektronisch kommutierten Elektromotors steht oft nur ein begrenzter Raum zur Verfügung. Soll nun ein solcher Motor eine hohe Leistungsaufnahme aufweisen, so wird der Motor mit einer hohen Energiedichte belegt. Eine hohe Energiedichte bewirkt aber auch eine hohe Erwärmung und somit eine Überhitzung des Motors.For the arrangement of an electronically commutated electric motor is often only a limited space available. Should now one such motor have a high power consumption, so is the Motor with a high energy density occupied. A high energy density but also causes high heating and thus overheating of the motor.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde einen elektronisch kommutierten Elektromotor zu schaffen, der bei einer kleinen Baugröße hohe Drehmomente bei jeder Läuferstellung erzielt und einen hohen Wirkungsgrad aufweist, und der eine geringe Erwärmung in Bezug zur Energiedichte besitzt.Of the Invention is therefore the object of an electronically commutated To create electric motor, the small size achieved high torques at each runner position and a high efficiency, and low heating in relation to the energy density.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung sind den übrigen Ansprüchen und der Beschreibung zu entnehmen.These The object is achieved by the features of the independent claim 1 solved. Advantageous design features of the invention are the remaining claims and the description refer to.

Durch den speziellen Aufbau vom Ständer und Läufer des Elektromotors bestehen die Vorteile darin, daß bei einer kleinen Baugröße hohe Drehmomente und ein hoher Wirkungsgrad erzielt wird, und hierdurch eine geringe Erwärmung in Bezug zur Energiedichte erreicht ist, wobei der Elektromotor hoch belastbar und überlastbar ist, und durch die Bemaßung der Ständerzähne und der speziellen Ausbildung der Läuferzähne ist der Elektromotor für eine gute Durchzugsbelüftung vorteilhaft ausgelegt.By the special construction of the stand and runner of the Electric motors consist of the advantages that at a small size high torque and high Efficiency is achieved, and thereby a little warming in terms of energy density is reached, the electric motor is highly resilient and overloadable, and by the dimensioning the stator teeth and the special training the rotor teeth is the electric motor for a good draft ventilation designed advantageous.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.The Invention will be explained below with reference to the drawing.

Dabei zeigt:there shows:

1 u. 2 in axialer Draufsicht eine Darstellung vom Ständer und Läufer des Elektromotors, 1 u. 2 in axial plan view of a representation of the stator and rotor of the electric motor,

3 u. 4 in axialer Draufsicht eine alternative Darstellung vom Ständer und Läufer des Elektromotors, 3 u. 4 in axial plan view an alternative representation of the stator and rotor of the electric motor,

5 in axialer Draufsicht eine weitere alternative Darstellung vom Ständer und Läufer des Elektromotors, 5 in axial plan view, another alternative representation of the stator and rotor of the electric motor,

6 eine Schaltungsanordnung der elektronischen Steuereinrichtung zur Kommutierung der Wicklungsstränge des Elektromotors. 6 a circuit arrangement of the electronic control device for commutation of the winding strands of the electric motor.

1 zeigt in axialer Draufsicht eine Ansicht des Elektromotors als Innenläufer mit Wicklungssträngen am Ständer 1 und einem permanentmagnetisch erregten Läufer 2. Der Ständer besitzt bei einer zweipoligen Auslegung der Wicklungsstränge sechs zum Läufer gerichtete Ständerzähne 3, wobei die Wicklungsstränge jeweils zwei Spulen beinhalten, und die Spulen 4 der Wicklungsstränge umgreifen jeweils einen Ständerzahn 3. Die Wicklungsstränge sind während des Motorbetriebes derart an eine Stromquelle gelegt, daß die am Ständer sich gegenüberliegenden Ständerzähne jeweils gleichnamige Pole, und zwei nebeneinander liegende Ständerzähne jeweils ungleichnamige Pole zueinander bilden. Diese Polbildung ist am Ständer mit N,S gekennzeichnet. Die Ständerzähne 3 sind derart ausgebildet, daß die Breite der Ständerzähne zum Luftspalt mindestens etwa die Breite der Nutöffnung 5 von dem einen Ständerzahn zum benachbarten Ständerzahn beträgt, und höchstens zwei Drittel von der Breite, die der Breite eines Ständerzahns plus der Weite einer Nutöffnung des Ständers entspricht. Den sechs am Ständer 1 befindlichen Ständerzähnen 3 stehen am Luftspalt 6 acht permanentmagnetisch erregte Läuferzähne 7 gegenüber. 1 shows in axial plan view of a view of the electric motor as an internal rotor with winding strands on the stator 1 and a permanent magnetically excited runner 2 , The stator has in a two-pole design of the winding strands six directed to the rotor stator teeth 3 , wherein the winding strands each include two coils, and the coils 4 The winding strands each encompass a stator tooth 3 , The winding strands are placed during operation of the motor to a power source such that the stand opposite stator teeth respectively poles of the same name, and two adjacent stator teeth each form unlike poles to each other. This Polbildung is marked on the stand with N, S. The stator teeth 3 are formed such that the width of the stator teeth to the air gap at least about the width of the slot opening 5 from one of the stator teeth to the adjacent stator tooth and at most two-thirds of the width corresponding to the width of a stator tooth plus the width of a slot opening of the stator. The six on the stand 1 located stator teeth 3 stand at the air gap 6 eight permanent magnetically excited rotor teeth 7 across from.

Somit beträgt das Verhältnis der Läuferzähne zu den Ständerzähnen 1 zu 0,75.Consequently is the ratio of the rotor teeth to the stator teeth 1 to 0.75.

Der Läufer 2 ist als ein permanentmagneterregter Reluktanz-Läufer ausgebildet. Die Läuferzähne 7 des Läufers 2 bilden zum Ständer die Polflächen des PM erregten Läufers, wobei die Permanentmagnete 8 in Sammleranordnung längs der Welle des Läufers in einer jeweils senkrecht zur Welle verlaufenden Nut 9 angeordnet sind, und die jeweils zum Läuferzahn 7 weisende Polfläche der Permanentmagnete besitzen eine gleichnamige Polbildung zueinander, die am Luftspalt die Polfelder zum Ständer bilden. Die Breite der Nuten 9 des Läufers 2 entspricht der Höhe der Permanentmagnete 8, wobei die Nutöffnung 10 der Nuten 9 im Bereich der Permanentmagnete kleiner gehalten ist wie die Höhe der Permanentmagnete, indem die Läuferzähne 7 Nasen 11 zur Nutöffnung aufweisen, um ein Herausschleudern der Permanentmagnete aus den Nuten zu verhindern.The runner 2 is designed as a permanent-magnet-excited reluctance rotor. The runner teeth 7 of the runner 2 Form to the stator, the pole faces of the PM excited rotor, wherein the permanent magnets 8th in a collector arrangement along the shaft of the rotor in a respective groove extending perpendicular to the shaft 9 are arranged, and each to the rotor tooth 7 pointing pole face of the permanent magnets have a poling of the same name to each other, which form the polar fields to the stator at the air gap. The width of the grooves 9 of the runner 2 corresponds to the height of the permanent magnets 8th , wherein the groove opening 10 the grooves 9 in the area of permanent magnets is kept smaller as the height of the permanent magnets, by the rotor teeth 7 nose 11 for slot opening to prevent ejection of the permanent magnets from the grooves.

Zur Erzielung eines hohen Wirkungsgrades des Motors, beträgt die Weite der Nutöffnung 10 der Nuten 9 des Läufers am Luftspalt im Bereich der Ständerzähne vorzugsweise etwa die halbe Breite eines Ständerzahns 3.To achieve a high efficiency of the engine, the width of the slot opening 10 the grooves 9 of the rotor at the air gap in the region of the stator teeth preferably about half the width of a stator tooth 3 ,

Die Permanentmagnetbreite in der Richtung zur Welle wird bestimmt durch die zum Luftspalt gerichtete gewünschte Feldstärke, je breiter die Permanentmagnete ausgelegt sind, und je geringer der Zwischenraum der Permanentmagnete zueinander im Bereich der Welle gestaltet ist, desto höher ist die zum Luftspalt gerichtete Feldstärke an den Läuferzähnen. Die Läuferzähne 7 sind zusammenhängend an der Welle des Läufers 2 angeordnet, und werden vorzugsweise aus aufgestapelten Blechen gebildet, somit besteht der Läuferkörper aus einem Blechlamellenpaket.The permanent magnet width in the direction of the shaft is determined by the desired field strength directed towards the air gap, the wider the permanent magnets are designed, and the smaller the spacing of the permanent magnets relative to one another in the region of the shaft, the higher the field strength directed to the air gap on the rotor teeth , The runner teeth 7 are connected to the wave of the runner 2 arranged, and are preferably formed from stacked sheets, thus the rotor body consists of a lamination stack.

Zur Erzielung einer hohen Drehzahl und eines geringen Rastmomentes ist das Volumen der Permanentmagnete entsprechend reduziert. Damit die zum Luftspalt gerichteten Nutöffnungen 10 des Läufers 2 von der einen Polfläche zu der benachbarten Polfläche, der zum Luftspalt gerichteten Polfläche der Läuferzähne 7, mindestens etwa die halbe Breite eines Ständerzahns 3 aufweist, ist der Abstand der Permanentmagnete 8 zu den Ständerzähnen 3 entsprechend vergrößert, und die Läuferzähne 7 sind jeweils mit einer zu den Permanentmagneten 8 bildende Nase 11 entsprechend abgeschrägt, wodurch die Weite der Nutöffnungen 10 des Läufers am Luftspalt mindestens etwa auf die halbe Breite eines Ständerzahns vergrößert ist, und hiermit eine Verminderung des Wirkungsgrades des Elektromotors, durch die Anordnung von Permanentmagneten mit einer geringen Höhe, verhindert wird. Die zu den Permanentmagneten Nase bildende Abschrägung 12 der Läuferzähne 7 ist geradlinig ausgelegt.To achieve a high speed and a low detent torque, the volume of the permanent magnets is reduced accordingly. So that the slot openings directed to the air gap 10 of the runner 2 from one pole face to the adjacent pole face, the pole face of the rotor teeth facing the air gap 7 , at least about half the width of a stator tooth 3 has, the distance between the permanent magnets 8th to the stator teeth 3 correspondingly enlarged, and the rotor teeth 7 are each with one of the permanent magnets 8th forming nose 11 Beveled accordingly, reducing the width of the slot openings 10 the rotor at the air gap is increased at least approximately to half the width of a stator tooth, and thus a reduction in the efficiency of the electric motor, by the arrangement of permanent magnets with a low height, is prevented. The chamfer forming the permanent magnets nose 12 the runner teeth 7 is designed straight.

Für eine Auslegung des Elektromotors mit einer höheren Polzahl, ist die Anzahl der Läuferzähne am Läufer jeweils um vier, und am Ständer die Anzahl der Ständerzähne jeweils um drei zu erhöhen. Daher kann der Ständer beispielsweise 6,9,12,15 Ständerzähne aufweisen, wobei der Läufer dann 8,12,16,20 Läuferzähne aufweist, und die Wicklungsstränge beinhalten hierbei jeweils zwei, drei, vier und fünf Spulen, entsprechend erhöhen sich dann die Läuferschritte einer Läuferumdrehung um den Faktor der Ständerzähne des Elektromotors.For a design of the electric motor with a higher number of poles, is the number of rotor teeth on the rotor each at four, and on the stand, the number of stator teeth each increase by three. Therefore, the stand can have, for example, 6, 9, 12, 15 stator teeth, the runner then 8,12,16,20 runner teeth and the winding strands each include increase two, three, four and five coils accordingly then the rotor steps of a rotor revolution by the factor of the stator teeth of the electric motor.

1 zeigt die Läuferstellung, bei der ein Läuferschritt vorzugsweise beendet wird, hierbei befindet sich jeweils die ablaufende Kante 13 und die auflaufende Kante 14 eines jeweiligen nebeneinander liegenden ungleichnamigen Polfeldes des Läufers, in Bezug zur Drehrichtung des Läufers, etwa mittig zum vorderen Ständerzahn der jeweils nebeneinander liegenden ungleichnamig erregten Ständerzähne. 1 shows the rotor position, in which a runner step is preferably completed, this is in each case the outgoing edge 13 and the leading edge 14 a respective juxtaposed unlike pole field of the rotor, with respect to the direction of rotation of the rotor, approximately centrally to the front stator tooth of each adjacent unlike excited stator teeth.

2 zeigt den beendeten Läuferschritt durch Umpolung der Wicklungsstränge, wobei gleichzeitig der nächste Läuferschritt eingeleitet ist, und nun befindet sich jeweils die ablaufende Kante 13 sowie die auflaufende Kante 14 eines jeweiligen nebeneinander liegenden ungleichnamigen Polfeldes des Läufers, in Bezug zur Drehrichtung des Läufers, etwa mittig zum hinteren Ständerzahn der jeweils nebeneinander liegenden ungleichnamig erregten Ständerzähne. 2 shows the completed runner step by reversing the polarity of the winding strands, at the same time the next run step is initiated, and now there is each the running edge 13 as well as the running edge 14 a respective juxtaposed unlike pole field of the rotor, with respect to the direction of rotation of the rotor, approximately centrally to the rear stator tooth of each adjacent unlike excited stator teeth.

Durch die Anordnung der Anzahl von Läuferzähnen am Läufer zu der entsprechenden Anzahl von Ständerzähnen am Ständer, besteht eine Läuferumdrehung aus der vierfachen Anzahl von Läuferschritten wie die der Anzahl von Ständerzähnen, und somit besteht, bei einer Anordnung von sechs Ständerzähnen am Ständer, eine Läuferumdrehung aus 24 Läuferschritten. Durch die Anordnung einer höheren Anzahl von Läuferzähnen am Läufer wie der Anzahl der Ständerzähne, und einer entsprechenden Bemaßung der Ständerzahnbreite sowie der Nutbreite am Luftspalt des Elektromotors, sind bei jeder Läuferstellung eines Läuferschrittes jedem felderregten Ständerzahn jeweils zwei nebeneinander liegende ungleichnamige Polfelder des Läufers zugeordnet, wodurch ein idealer Fluß der Magnetfelder erzielt ist, und hierdurch ein maximales Drehmoment, und ein sehr hoher Wirkungsgrad erreicht wird, womit eine geringe Erwärmung des Elektromotors begründet ist.By the arrangement of the number of rotor teeth on the rotor to the corresponding number of stator teeth on the stand, there is a rotor turn from the four times the number of run steps like the number of stator teeth, and thus consists in a Arrangement of six stator teeth on the stand, a runner turn of 24 runner steps. By the arrangement of a higher number of rotor teeth at the runner as the number of the stator teeth, and a corresponding dimension of the stator tooth width and the groove width at the air gap of the electric motor, are at each Runner position of a runner step each field-excited stator tooth two adjacent unlike pole fields of the Assigned to runner, creating an ideal flow of Magnetic fields is achieved, and thereby a maximum torque, and a very high efficiency is achieved, which means a low Heating of the electric motor is justified.

Es kann von Vorteil sein, wenn der Elektromotor einen Läufer besitzt, der einen verhältnismäßig großen Durchmesser in Bezug zum Außendurchmesser des Elektromotors aufweist, um ein noch höheres Drehmoment zu erzielen.It may be advantageous if the electric motor has a rotor, which is a relatively having large diameter with respect to the outer diameter of the electric motor to achieve an even higher torque.

In 3 und 4 ist ein solcher Elektromotor dargestellt. Das Blechpaket 15 des Ständers 1 ist so gehalten, daß der Läufer 2 einen verhältnismäßig großen Durchmesser aufweist, hierfür sind die Ständerzähne 3 mit schmalen Polhörnern 16 versehen, und der Rückschluß 17 am Blechpaket des Ständers ist auch sehr schmal ausgelegt, so daß jeweils zur Aufnahme der Spule am Ständerzahn ein hierfür erforderlicher Raum zur Verfügung steht. Die Nutöffnungen 18 des Ständers zum Luftspalt 6 von dem einen Ständerzahn zum benachbarten Ständerzahn sind bei dieser Auslegung des Ständers variabel auslegbar, sie können als eine kleine Nutöffnung bis hin zu einer sehr großen Nutöffnung ausgelegt sein.In 3 and 4 is shown such an electric motor. The laminated core 15 of the stand 1 is held so that the runner 2 has a relatively large diameter, this are the stator teeth 3 with narrow pole-horns 16 provided, and the inference 17 The laminated core of the stand is also designed to be very narrow, so that in each case a space required for receiving the coil on the stator tooth is available. The slot openings 18 of the stator to the air gap 6 from one stator tooth to the adjacent stator tooth are variably interpretable in this design of the stand, they can be designed as a small slot opening up to a very large slot opening.

Der Abstand der Permanentmagnete 8 des Läufers zu den Ständerzähnen 3 ist auch abhängig von der Weite der Nutöffnungen 18 am Ständer und der Steilheit der Abschrägung 12 der Läuferzähne 7 zu den Permanentmagneten. Je weiter der Abstand der Permanentmagnete 8 zu den Ständerzähnen 3 gewählt ist, um so kleiner sollte die Weite der Nutöffnungen 18 am Ständer sein, da die Steilheit der Abschrägung 12 der Läuferzähne 7 zu den Permanentmagneten einen gewissen Winkel einhalten sollte, damit der Streufluß über die Nutöffnungen 10 des Läufers 2 gering gehalten werden kann. Die Nutöffnungen 10 am Läufer bilden die Form eines gleichseitigen Trapezes, wobei die kleine Grundfläche des Trapezes zu der jeweiligen Nut des Läufers errichtet ist und die Weite dieser Grundfläche ist in Umfangrichtung des Läufers kleiner wie die Höhe der Permanentmagnete gehalten, und die größere Grundfläche des Trapezes ist zu den Ständerzähnen 3 gerichtet, wobei diese Weite in Umfangrichtung des Läufers abhängig ist von der Weite der Nutöffnungen 18 des Ständers und somit von der Breite der Ständerzähne 3 in Umfangrichtung des Luftspaltes, wobei die Weite der Nuten des Läufers am Luftspalt so zu wählen ist, daß der höchste Wirkungsgrad mit einem solchen Elektromotor zu erzielen ist, indem bei einer Läuferstellung zum Ständer, bei der ein Permanentmagnet mittig zu einem Ständerzahn ausgerichtet ist und somit zu diesem Ständerzahn zu gleichen Anteilen zwei ungleichnamig erregte Läuferzähne gerichtet sind, die Polhornspitze 16' des benachbarten Ständerzahns in Bezug zur Drehrichtung des Läufers soweit von der auflaufenden Kante 14' des einen Läuferzahns der ungleichnamig erregten Läuferzähne entfernt ist, daß diese Entfernung in dem Bereich der doppelten Größe des Luftspaltes liegt.The distance between the permanent magnets 8th of the runner to the stator teeth 3 is also dependent on the width of the slot openings 18 on the stand and the steepness of the bevel 12 the runner teeth 7 to the permanent magnets. The farther the distance between the permanent magnets 8th to the stator teeth 3 is selected, the smaller should be the width of the slot openings 18 be on the stand, because the steepness of the bevel 12 the runner teeth 7 should comply with the permanent magnet a certain angle, so that the stray flux on the slot openings 10 of the runner 2 can be kept low. The slot openings 10 on the runner form the shape of an equilateral trapezoid, wherein the small base of the trapezoid is built to the respective groove of the rotor and the width of this base is smaller in the circumferential direction of the rotor than the height of the permanent magnets held, and the larger base of the trapezoid is to stator teeth 3 directed, wherein this width in the circumferential direction of the rotor is dependent on the width of the slot openings 18 of the stator and thus of the width of the stator teeth 3 in the circumferential direction of the air gap, wherein the width of the grooves of the rotor at the air gap is to be chosen so that the highest efficiency can be achieved with such an electric motor, by a rotor position to the stator, in which a permanent magnet is aligned centrally to a stator tooth and thus directed to this stator tooth in equal proportions two unlike excited rotor teeth, the Polhornspitze 16 ' of the adjacent stator tooth with respect to the direction of rotation of the rotor as far as the leading edge 14 ' of the one rotor tooth of the unlike excited rotor teeth is removed, that this distance is in the range of twice the size of the air gap.

Die Nuten 9 zur Aufnahme der Permanentmagnete 8 sind vorzugsweise am Nutengrund kreisförmig ausgebildet. Durch eine solche Ausbildung der Nuten des Läufers, können die zuvor magnetisierten Permanentmagnete 8 sicher in die Nuten 9 kleberfrei eingepreßt werden. An den Stirnseiten des Läufers können Auswuchtscheiben angeordnet sein, die vorzugsweise zur Kühlung der Ständerwicklung mit Lüfterflügel versehen sind, und zur Sicherung der Permanentmagnete dienen können.The grooves 9 for receiving the permanent magnets 8th are preferably formed circular at the bottom of the groove. By such a design of the grooves of the rotor, the previously magnetized permanent magnets 8th safely in the grooves 9 be pressed adhesive-free. Balancing disks can be arranged on the end faces of the rotor, which disks are preferably provided with fan blades for cooling the stator winding, and can serve to secure the permanent magnets.

Durch eine Auslegung des Ständers nach 3 und 4, ist ein solcher Motor besonders gut geeignet für eine Durchzugsbelüftung, da die Nutöffnungen des Läufers und der Zwischenraum von der einen Spule zu der jeweils benachbarten Spule der Ständerwicklung entsprechend groß ist, und somit eine sehr gute Kühlung der Spulen 4 erfolgen kann.By a design of the stand after 3 and 4 , Such a motor is particularly well suited for a draft ventilation, since the slot openings of the rotor and the gap from one coil to the respective adjacent coil of the stator winding is correspondingly large, and thus a very good cooling of the coils 4 can be done.

3 zeigt einen Ständer mit einer großen Weite der Nutöffnungen 18 der Nuten des Ständers, wobei bei einer bestimmten Abschrägung 12 der Läuferzähne 7 zur Erzielung einer Weite der Nutöffnungen 10 der Nuten des Läufers, die der halben Breite eines Ständerzahns 3 entspricht, sind die Permanentmagnete 8 entsprechend im Läufer versenkt, so daß sich hieraus der Abstand der Permanentmagnete 8 zu den Ständerzähnen 3 ergibt. 3 shows a stand with a large width of the slot openings 18 the grooves of the stand, being at a particular bevel 12 the runner teeth 7 to achieve a width of the slot openings 10 the grooves of the rotor, which is half the width of a stator tooth 3 corresponds, are the permanent magnets 8th sunk accordingly in the rotor, so that from this the distance between the permanent magnets 8th to the stator teeth 3 results.

Außerdem ist in der 3 die Läuferstellung dargestellt, bei der ein Läuferschritt vorzugsweise beendet wird, hierbei befindet sich jeweils die ablaufende Kante 13 und die auflaufende Kante 14 eines jeweiligen nebeneinander liegenden ungleichnamigen Polfeldes des Läufers, in Bezug zur Drehrichtung des Läufers, etwa mittig zum vorderen Ständerzahn der jeweils nebeneinander liegenden ungleichnamig erregten Ständerzähne.Moreover, in the 3 illustrated the rotor position in which a runner step is preferably completed, this is in each case the outgoing edge 13 and the leading edge 14 a respective juxtaposed unlike pole field of the rotor, with respect to the direction of rotation of the rotor, approximately centrally to the front stator tooth of each adjacent unlike excited stator teeth.

4 zeigt einen Ständer mit einer verringerten Weite der Nutöffnungen 18 der Nuten des Ständers, wobei zur Erzielung einer Weite der Nutöffnungen 10 der Nuten des Läufers, die der halben Breite eines Ständerzahns entspricht, sind die Permanentmagnete 8 derart weit im Läufer versenkt, daß die erforderliche Steilheit der Abschrägung 12 der Läuferzähne 7 zu den Permanentmagneten, die für eine Minimierung des Streuflusses im Bereich der Nutöffnungen 10 des Läufers notwendig ist, gegeben ist. 4 shows a stand with a reduced width of the slot openings 18 the grooves of the stator, wherein to achieve a width of the slot openings 10 the grooves of the rotor, which corresponds to half the width of a stator tooth, are the permanent magnets 8th so far sunk in the rotor that the required slope of the chamfer 12 the runner teeth 7 to the permanent magnets, which minimize the leakage flux in the groove openings 10 of the runner is necessary.

Außerdem ist in der 4 der beendete Läuferschritt durch Umpolung der Wicklungsstränge dargestellt, wobei gleichzeitig der nächste Läuferschritt eingeleitet ist, und nun ist die ablaufende Kante 13 sowie die auflaufende Kante 14 eines jeweiligen nebeneinander liegenden ungleichnamigen Polfeldes des Läufers, in Bezug zur Drehrichtung des Läufers, jeweils etwa mittig zum hinteren Ständerzahn der jeweils nebeneinander liegenden ungleichnamig erregten Ständerzähne ausgerichtet.Moreover, in the 4 the completed rotor step represented by reversing the polarity of the winding strands, wherein at the same time the next run step is initiated, and now is the outgoing edge 13 as well as the running edge 14 a respective juxtaposed unlike pole field of the rotor, with respect to the direction of rotation of the rotor, respectively aligned approximately centrally to the rear stator tooth of each adjacent unlike excited stator teeth.

Aus den 3 und 4 ist zu ersehen, daß die Nutöffnung 18 der Nuten am Ständer variabel auslegbar ist, wobei die Weite der Nutöffnung 10 der Nuten 9 des Läufers 2 am Luftspalt 6 bis hin zu der halben Weite einer Polteilung am Ständer betragen kann, damit der Streufluß über die Nutöffnung 10 der Nuten 9 des Läufers gering gehalten werden kann, und bei jeder Läuferstellung ein hohes Drehmoment, und ein hoher Wirkungsgrad erreicht wird, und somit ein maximales Leistungsergebnis mit einem solchen Elektromotor erzielt werden kann.From the 3 and 4 it can be seen that the slot opening 18 the grooves on the stand variable interpretable, wherein the width of the slot opening 10 the grooves 9 of the runner 2 at the air gap 6 can be up to half the width of a pole pitch on the stand, so that the stray flux on the slot opening 10 the grooves 9 the rotor can be kept low, and at each runner position, a high torque, and a high efficiency is achieved, and thus a maximum performance result can be achieved with such an electric motor.

Der Ständer kann auch lediglich nur drei Ständerzähne aufweisen.Of the Stand can also only have only three stator teeth exhibit.

5 zeigt eine solche Auslegung. Jeder Ständerzahn 3 wird von einer Spule 4 umschlungen, und somit beinhaltet jeder Wicklungsstrang jeweils eine Spule. Die Wicklungsstränge sind während des Motorbetriebes derart an eine Stromquelle gelegt, daß jeweils zwei nebeneinander liegende Ständerzähne ungleichnamige Pole zueinander bilden. Die Ständerzähne 3 sind derart ausgebildet, daß die Breite der Ständerzähne zum Luftspalt 6 mindestens etwa drei Fünftel und höchstens etwa vier Sechstel von der Breite beträgt, die der Breite eines Ständerzahns plus der Weite einer Nutöffnung entspricht. Eine solche Auslegung der Ständerzahnbreite kommt auch vorteilhaft bei einer anderen Auslegung der Anzahl von Ständerzähnen am Ständer zur Anwendung. 5 shows such an interpretation. Every stator tooth 3 is from a coil 4 entwined, and thus each winding strand includes one coil each. The winding strands are placed during operation of the motor to a power source such that two adjacent stator teeth form unlike poles to each other. The stator teeth 3 are formed such that the width of the stator teeth to the air gap 6 is at least about three-fifths and at most about four-sixths of the width corresponding to the width of a stator tooth plus the width of a slot opening. Such a design of the stator tooth width is also advantageous in a different interpretation of the number of stator teeth on the stand for the application.

Die zum Luftspalt gerichtete Polfläche der Läuferzähne 7, als auch die Nase bildende Abschrägung 12 kann auch variabel bogenförmig ausgelegt sein, wobei die Abschrägung 12 zu den Permanentmagneten sowohl bogenförmig nach innen als auch bogenförmig nach außen ausgebildet sein kann. Diese Auslegung besitzt den Vorteil, daß ein besonders weicher Übergang der Läuferschritte von dem einen Läuferschritt zum nächsten Läuferschritt erzielt werden kann, und somit auch die Drehmomentwelligkeit und die Polfühligkeit des Elektromotors weiter reduziert ist.The pole face of the rotor teeth directed towards the air gap 7 , as well as the nose-forming bevel 12 can also be variably arcuate, with the bevel 12 may be formed to the permanent magnet both arcuate inwardly and arcuately outward. This design has the advantage that a particularly smooth transition of the rotor steps can be achieved by the one rotor step to the next rotor step, and thus the torque ripple and the pole sensitivity of the electric motor is further reduced.

Zur Anlegung der Wicklungsstränge an eine Stromquelle ist dem Elektromotor eine Ansteuerelektronik zugeordnet. 6 zeigt eine Schaltungsanordnung der elektronischen Steuereinrichtung zur Kommutierung der Wicklungsstränge. Die Wicklungsstränge sind jeweils mit dem einen Ende an einer transistorbestückten Halbbrücke 20 angeschlossen und mit dem anderen Ende in Stern geschaltet. Den Transistoren 21 ist eine Steuereinrichtung 22 zugeordnet.To apply the winding strands to a power source, a control electronics is associated with the electric motor. 6 shows a circuit arrangement of the electronic control device for commutation of the winding strands. The winding strands are each with one end to a transistor-equipped half-bridge 20 connected and connected to the other end in star. The transistors 21 is a control device 22 assigned.

Die Erkennung der Läuferstellung kann mit den bekannten Mitteln erfolgen, oder die Ermittlung des Schaltzeitpunktes der Wicklungsstränge wird elektronisch ermittelt und erfolgt somit sensorlos.The Detecting the runner position can be done with the known means take place, or the determination of the switching time of the winding strands is determined electronically and thus takes place sensorless.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 19723302 A1 [0003]
US 2006/0061228 A1 [0004]

Claims

Electronically commutated electric motor with a stand ( 1 ) with upright teeth ( 3 ), each of a coil ( 4 ) and with one out of one with grooves ( 9 ) providing laminations package runners ( 2 ) with runner teeth ( 7 ) and with permanent magnets ( 8th ) in a collector arrangement, and the height of the permanent magnets ( 8th ) smaller than half the width of a stator tooth ( 3 ), wherein the ratio of the stator teeth to the rotor teeth corresponds to 0.75: 1, and to a power source connectable electronic control device for commutation of the winding phases of the electric motor, characterized in that to reduce the leakage flux through the slot opening ( 10 ) of the grooves ( 9 ) of the runner ( 2 ) the width of the slot opening ( 10 ) corresponds to half the width of a pole pitch on the stand, and the rotor teeth ( 7 ) at the air gap in each case to the permanent magnets ( 8th ) with a bevel ( 12 ) are provided so that the slot opening ( 10 ) of the grooves ( 9 ) of the runner ( 2 ) each having the shape of an equilateral trapezoid, wherein the bevel ( 12 ) to the permanent magnets ( 8th ) and the distance between the permanent magnets ( 8th ) to the stator teeth ( 3 ) are formed such that the width of the slot opening ( 10 ) of the grooves ( 9 ) of the runner ( 2 ) at the air gap in dependence on the width of the slot opening ( 18 ) of the slots of the stator and the width of the stator teeth ( 3 ) is, so that in a rotor position to the stator, in which a permanent magnet of the rotor and thus in equal proportions two unlike excited rotor teeth are aligned centrally to a stator tooth, the Polhornspitze 16 ' of the adjacent stator tooth preferably so far from the leading edge ( 14 ' ) of the one rotor tooth is removed, that this distance is in the region of twice the size of the air gap.

Electronically commutated motor according to claim 1, characterized in that the rotor teeth ( 7 ) with one to the permanent magnets ( 8th ) forming nose ( 11 ) are bevelled, and the width of the slot opening ( 10 ) of the grooves ( 9 ) of the runner ( 2 ) in the region of the permanent magnets ( 8th ) smaller than the height of the permanent magnets is held.

Electronically commutated motor according to claim 1, characterized in that the bevel ( 12 ) of the rotor teeth ( 7 ) may be variably arcuate, wherein the arcuate bevel ( 12 ) can be directed inwards or outwards.

Electronically commutated motor according to claim 1, characterized in that the width of the slot opening ( 18 ) of the grooves of the stator is variably interpretable, wherein the greater the distance between the permanent magnets ( 8th ) to the stator teeth ( 3 ), the width of the groove opening ( 10 ) of the grooves ( 9 ) of the rotor at the air gap is determined to be the greater, and the width of the slot opening ( 18 ) of the slots of the stator is kept smaller.

Electronically commutated motor according to claim 1, characterized in that the grooves ( 9 ) of the rotor for receiving the permanent magnets ( 8th ) are preferably formed circular at the bottom of the groove, and by the corresponding formation of the grooves ( 9 ) The permanent magnets are pressed into the grooves.

Electronically commutated motor according to claim 1, characterized in that at the end faces of the Rotor arranged Balancing also for backup serve the permanent magnets, and for cooling the stator winding can be provided with fan blades.

Electronically commutated motor according to claim 1, characterized in that for a draft ventilation of the electric motor, the gap from the one coil to the respective adjacent coil on the stator and the distance between the permanent magnets of the runner to the stator teeth accordingly is chosen large.

Electronically commutated motor according to Claim 1, characterized in that, during the termination of a running step, the trailing edge ( 13 ) and the leading edge ( 14 ) of a respective adjacent unlike pole field of the rotor ( 2 ), in relation to the direction of rotation of the rotor, approximately centrally located to the front stator tooth of each adjacent unlike excited stator teeth, and by reversing the polarity of the winding strands, the next run step is initiated, and the trailing edge ( 13 ) and the leading edge ( 14 ) of a respective adjacent unlike pole field of the rotor ( 2 ), in relation to the direction of rotation of the rotor, is now approximately centrally located to the rear stator tooth of each adjacent unlike excited stator teeth.

Electronically commutated motor according to claim 1, characterized in that the stator three stator teeth and each winding strand each contains a coil, wherein the stator teeth are formed in such a way that the width of the stator teeth at the air gap at least three-fifths and at most four-sixths of the width is that of the width of a stator tooth plus the width of a slot opening of the stator corresponds.

Electronically commutated motor according to claim 1, characterized in that the laminated core ( 15 ) of the stand ( 1 ) is held so that the runner ( 2 ) a relatively large diameter has, and for this the stator teeth ( 3 ) with narrow pole horns ( 16 ), and the inference ( 17 ) is designed very narrow on the laminated core of the stator, so that in each case for receiving the coil ( 4 ) on the stator tooth the required space is available.