DE102009058424A1

DE102009058424A1 - Bürstenloser Motor

Info

Publication number: DE102009058424A1
Application number: DE102009058424A
Authority: DE
Inventors: Yoshiaki Kosai-shi Takemoto; Seiya Kosai-shi Yokoyama; Yoji Kosai-shi Yamada; Shigemasa Kosai-shi Kato
Original assignee: Asmo Co Ltd
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2008-12-17
Filing date: 2009-12-16
Publication date: 2010-07-01
Also published as: US8179011B2; US8264113B2; US20120175987A1; US20100148612A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen bürstenlosen Motor, aufweisend einen Stator mit Zähnen und einen Rotor mit magnetischen Polbereichen. Die magnetischen Polbereiche sind derart angeordnet, dass sie alle die gleiche Polung haben. Der Rotor weist Aussparungen auf, welche als magnetischer Widerstand an den Enden in Umfangsrichtung der magnetischen Polbereiche wirken, so dass ein Eisenkernbereich zwischen den in Umfangsrichtung benachbarten magnetischen Polbereichen gebildet wird. Magnetischer Fluss der magnetischen Polbereiche fließt durch den Eisenkernbereich entlang der radialen Richtung. Die Aussparungen weisen erste Aussparungen an dem vorderen Ende der magnetischen Polbereiche in Rotationsrichtung des Rotors und zweite Aussparungen am hinteren Ende der magnetischen Polbereiche in Rotationsrichtung des Rotors auf. Die Breite der ersten Aussparung in Umfangsrichtung ist dabei größer als die Breite der zweiten Aussparung in Umfangsrichtung.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen bürstenlosen Motor mit einem Rotor aufweisend magnetische Polbereiche derart eingerichtet, dass alle die gleiche Polung aufweisen, und einen Eisenkernbereich, welcher zwischen in Umfangsrichtung benachbarten magnetischen Polbereichen angeordnet ist und dem magnetischen Fluss der magnetischen Polbereiche ermöglicht in radialer Richtung zu fließen.
In bekannten bürstenlosen Motoren mit einem Rotor aufweisend magnetische Polbereiche, welche von Permanentmagneten gebildet sind, ist vorgeschlagen worden das Motordrehmoment dadurch zur erhöhen, dass die Anzahl der magnetischen Pole erhöht wird oder dass die magnetischen Polbereiche durch starke Permanentmagnete gebildet werden.
Allerdings sind starke Permanentmagnete wie Neodymium-Magnete teuer, und es existieren Grenzen für die Reduktion der Dicke der Magneten. Daher werden die Herstellkosten erhöht wenn ein mehrpoliger Rotor (zum Beispiel ein 8-poliger 12-Spalt Motor) unter der Verwendung von starken Permanentmagneten hergestellt wird, wie dies in der japanischen Veröffentlichungsschrift mit der Nr. 2008-113531 offenbart ist.
Die japanische Veröffentlichungsschrift mit der Nr. 10-150755 schlägt einen bürstenlosen Motor vor mit einem Folgepolrotor, in welchem die magnetischen Polbereiche im Rotor geformt und derart angeordnet sind, dass die Polung aller magnetischen Polbereiche gleich ist, und weiter mit einem Eisenkernbereich, welcher zwischen den in Umfangsrichtung benachbarten magnetischen Polbereichen vorgesehen ist, um den magnetischen Fluss von den magnetischen Polbereichen entlang der radialen Richtung des Rotors fließen zu lassen.
Genauer gesagt sind vier magnetische Polbereiche 33 am Rotor 32 des bürstenlosen Motors 31 in gleichen Intervallen in Umfangsrichtung vorgesehen, wie in 42 gezeigt. Die Polung aller magnetischer Polbereiche 33 ist gleich und alle magnetischen Polbereiche 33 sind derart in Magnetaufnahmen H aufgenommen, dass die radial äußeren Seiten im Rotor 32 Südpole sind, wie in 42 dargestellt. Die magnetischen Polbereiche 33 sind von plattenähnlichen Permanentmagneten 30 gebildet. Weiter sind Aussparungen 34 an beiden Enden jedes magnetischen Polbereiches 33 in Umfangsrichtung vorgesehen. Die Aussparungen 34 fungieren als magnetischer Widerstand. Ein Eisenkernbereich 36 ist zwischen den in Umfangsrichtung benachbarten magnetischen Polbereichen 33 gebildet. Der Eisenkernbereich 36 ist in Umfangsrichtung magnetisch getrennt von den magnetischen Polbereichen 33.
Wie in 43 dargestellt, fließt der magnetische Fluss der magnetischen Polbereiche 33 in den korrespondierenden Eisenkernbereich 36 durch den inneren Teil des Rotors 32 unter Umgehung der Aussparungen 34, welche an den Enden der magnetischen Polbereiche 33 in Umfangsrichtung gebildet sind. Wenn der magnetische Fluss jeden Eisenkernbereich 36 in radialer Richtung passiert, wird im Eisenkernbereich 36 ein pseudomagnetischer Pol gebildet mit einer zu den magnetischen Polbereichen 33, welche in Umfangsrichtung benachbart zu dem Eisenkernbereich 36 sind, unterschiedlichen Polung. Die pseudomagnetischen Pole sind, wie in 42 dargestellt, Teilbereiche gekennzeichnet mit α und die radial äußeren Seiten sind Nordpole.
Auf diese Weise reduziert eine ein Folgepolrotor 32 die Anzahl der Permanentmagneten 30 um die Hälfte im Vergleich zu einem Rotor 42 eines normalen bürstenlosen Motors 41, bei welchem die Permanentmagneten 30 derart angeordnet sind, dass die Polung der in Umfangsrichtung benachbarten magnetischen Pole (magnetische Polbereiche 43) zueinander unterschiedlich ist, wie in 44 gezeigt. Somit erreicht ein Folgepolrotor 32 die gleichen Vorteile wie ein mehrpoliger Rotor mit erhöhten Herstellungskosten.
Da jedoch im Stator ein magnetisches Feld gebildet wird, welches radial außerhalb des Rotors vorgesehen ist und auf den Rotor während der Aktivierung des Motors wirkt, wird der magnetische Fluss der in radialer Richtung fließt in einigen Teilen der Eisenkernbereiche, welche wie oben beschrieben die pseudomagnetischen Pole bilden, vergrößert und in andere Teilen verringert. Damit wird die zentrale magnetische Position jedes Eisenkernbereichs verschoben was dazu führt, dass die magnetische Balance des Rotors schwanken kann.
Das passiert normalerweise, wenn einer der magnetischen Pole, welche am Rotor vorgesehen sind, sich an einer Position befindet in welcher er zwei Zähnen eines bürstenlosen Motors gegenüberliegt, ein magnetisches Feld mit einer magnetischen Kraft, welche den magnetischen Pol anzieht im vorderen der beiden Zähne gebildet wird und ein magnetisches Feld mit einer magnetischen Kraft, welche den magnetischen Pol abstößt im hintern Zahn gebildet wird.
Bei einem normalen bürstenlosen Motor 41 mit einem Rotor 42 wie in 45 dargestellt wird der magnetische Fluss, welcher von den Permanentmagneten 30 gebildet wird, durch das magnetische Feld des Stators 35 nicht reduziert oder vergrößert. Daher kann die magnetische Balance des Rotors 42 nicht schwanken, da die zentrale magnetische Position der magnetische Pole, gemäß der Ansicht in 45 und dort die Position in welcher die Linie N0 den magnetischen Pol durchquert, nicht signifikant verschoben wird.
Trotzdem, in Fällen wenn der bürstenlose Motor 31 einen Folgepolrotor 32 enthält, wie er in 46 gezeigt ist, wird, wenn einer der Eisenkernbereiche 36, welche einen pseudomagnetischen Pol bilden, sich in sich in einer Position gegenüberliegend zu zwei Zähnen 37 (37a, 37b) befindet, die zentrale magnetische Position signifikant vorwärts in der Rotationsrichtung des Rotors 32 verschoben, also in Richtung der Position in der die Linie N1 in 46 entlangläuft.
Während der magnetische Fluss durch die magnetische Anziehungskraft unterstützt fließt, welche durch den Zahn 37a und die Spule 38 im Teil des Eisenkernbereichs 36 gebildet wird, welcher dem vorderen Zahn 37a gegenüberliegt, wird der magnetische Fluss durch eine magnetische Abstoßung behindert, welche durch den Zahn 37b und die Spule 38 im Teil des Eisenkernbereichs 36 gebildet wird, welcher dem hinteren Zahn 37b gegenüberliegt.
Während also das magnetische Feld des Stators 35 den magnetischen Fluss, welcher durch den Eisenkernbereich 36 fließt in radialer Richtung im vorderen Teilbereich des Eisenkernbereichs 36 herauszieht, behindert das magnetische Feld des Stators 35 den magnetischen Fluss beim fließen in radialer Richtung im hinteren Teilbereich des Eisenkernbereichs 36. Daraus folgt, dass die zentrale magnetische Position bezogen auf die Rotationsrichtung vorwärts verschoben wird. Dies bewirkt eine Schwankung der magnetischen Balance des Rotors 32, welche die Ausgabeleistung des Motors reduziert oder Lärm und Vibration erzeugt. Diesbezüglich besteht immer noch Raum für Weiterentwicklungen.
Wenn die Permanentmagneten 30 in die Magnetaufnahmen H im Rotor 32 eingesetzt werden, wie in 56 gezeigt, wird bei der Ausbildung der Magnetaufnahmen H und der Permanentmagneten 30 die Dimensionstoleranz der Magnetaufnahmen H und der Permanentmagneten 30 berücksichtigt, um das Einsetzten zu ermöglichen. Auf diese Weise entsteht leicht ein Spalt zwischen den Permanentmagneten 30 und den Magnetaufnahmelöchern H. Insbesondere ein Spalt in radialer Richtung reduziert die Permeanz (reziprok zum magnetischen Widerstand) und der magnetische Fluss, welcher in dem Permanentmagnet erzeugt wird kann nicht effektiv genutzt werden. Dies reduziert die Ausgabeleistung.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein erstes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen bürstenlosen Motor vorzusehen, welcher die Schwankung der magnetischen Balance während der Rotation eines Rotors reduziert und leistungsstark ist.
Ein zweites Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen bürstenlosen Motor vorzusehen, welcher die Ausgabeleistung verbessert.
Um die beiden voranstehenden Ziele zu erreichen und im Zusammenhang mit einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein bürstenloser Motor vorgesehen. Dieser bürstenlose Motor weist einen Rotor und einen Stator auf. Der Stator weist Zähne auf um welche Spulen gewickelt sind. Der Rotor ist radial innerhalb des Stators drehbar angeordnet. Der Rotor weist magnetische Polbereiche auf, welche den Zähnen gegenüberliegen. Die magnetischen Polbereiche werden von Permanentmagneten gebildet, welche in gleichen Winkelabständen in Umfangsrichtung angeordnet sind. Die magnetischen Polbereiche haben alle die gleiche Polung. Der Rotor weist Aussparungen auf, welche als magnetischer Widerstand an den Enden in Umfangsrichtung jedes magnetischen Polbereichs wirken, so dass ein Eisenkernbereich zwischen in Umfangsrichtung benachbarten magnetischen Polbereichen gebildet wird. Der magnetische Fluss der magnetischen Polbereiche fließt durch die Eisenkernbereiche entlang der radialen Richtung. Der Rotor ist derart ausgebildet, dass die Rotationsrichtung in einer Richtung definiert ist. Die Aussparungen an den Enden in Umfangsrichtung jedes magnetischen Polbereichs weisen eine erste Aussparung am vorderen Ende des magnetischen Polbereichs in der Rotationsrichtung des Rotors und eine zweite Aussparung am hinteren Ende des magnetischen Polbereichs in Rotationsrichtung des Rotors auf. Die Breite der ersten Aussparung in Umfangsrichtung ist größer ausgebildet als die Breite der zweiten Aussparung in Umfangsrichtung.
Um die oben genannten Ziele zu erreichen und im Zusammenhang mit einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein bürstenloser Motor vorgesehen. Der bürstenlose Motor weist einen Rotor und einen Stator auf. Der Stator weist Zähne auf um welche Spulen gewickelt sind. Der Rotor ist radial innerhalb des Stators drehbar angeordnet und weist magnetische Polbereiche auf, welche den Zähnen gegenüberliegen. Der Rotor beinhaltet Magnetaufnahmebereiche, welche in gleichen Abständen in Umfangsrichtung des Rotors angeordnet sind. Permanentmagneten bilden magnetische Polbereiche, welche in den Magnetaufnahmebereichen aufgenommen sind. Die Permanentmagneten liegen gegenüber den Zähnen und haben magnetische Poloberflächen gleicher Polung. Der Rotor weist Aussparungen auf, welche als magnetischer Widerstand an den Enden jedes magnetischen Polbereichs in Umfangsrichtung wirken, so dass ein Eisenkernbereich zwischen den in Umfangsrichtung benachbarten magnetischen Polbereichen gebildet wird. Der magnetische Fluss der magnetischen Polbereiche fließt durch den Eisenkernbereich entlang der radialen Richtung. Ein magnetisches Element ist in jedem Magnetaufnahmebereich angeordnet, um den Spalt zwischen der magnetischen Poloberfläche des zugehörigen Permanentmagneten und der inneren Oberfläche des Magnetaufnahmebereichs, welcher der magnetischen Poloberfläche gegenüberliegt, zu füllen.
Weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Figuren, welche beispielhaft die Prinzipien der Erfindung zeigen, deutlich.
Beschreibung der Figuren
Die Erfindung ist zusammen mit ihren Zielen und Vorteilen am besten zu verstehen in Bezug auf die folgende Beschreibung der derzeit bevorzugten Ausführungsformen zusammen mit den beigefügten Figuren, welche zeigen:
1 ist eine schematische Ansicht, welche einen bürstenlosen Motor nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine vergrößerte Darstellung, welche den Polbereich und seine Umgebung des Rotors aus 1 zeigt:
3 ist eine perspektivische Ansicht, welche den Rotorkern mit eingebetteten Permanentmagneten zeigt;
4 ist eine beispielhafte Darstellung, welche die Beziehung zwischen den Polbereichen des Rotors aus 1 und den Aussparungen an beiden Enden jedes Polbereichs und des Eisenkernbereichs zeigt;
5 ist ein Diagram, welches den Betrieb eines bürstenlosen Motors aus 1 zeigt;
6 ist ein Graph, welcher die Beziehung zwischen einem fünften Winkel eines Spaltes der die Breite in Umfangsrichtung der Polbereiche definiert und dem Motordrehmoment veranschaulicht;
7 ist ein Graph, welcher die Beziehung zwischen einem ersten Winkel eines Spaltes der die Breite in Umfangsrichtung der ersten Aussparungen definiert und dem Motordrehmoment veranschaulicht;
8 ist ein Graph, welcher die Beziehung zwischen einem zweiten Winkel eines Spaltes der die Breite in Umfangsrichtung der zweiten Aussparung definiert und dem Motordrehmoment veranschaulicht;
9 ist ein Diagram, welches den Vergleich des Motordrehmoments eines Motors nach der ersten Ausführungsform mit dem eines konventionellen Motors erläutert;
10 ist ein Diagramm, welches die Form eines Rotors eines bürstenlosen Motors nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert;
11 ist ein Graph, welcher die Beziehung zwischen der Form des Rotors nach 10 und dem Versatzmoment zeigt;
12 ist eine Darstellung, welche die Form eines Rotors eines Motors nach einer modifizierten Ausführungsform der ersten und zweiten Ausführungsform erläutert;
13 ist ein Graph, welcher die Beziehung zwischen der Form des Rotors nach der modifizierten Ausführungsform der ersten und zweiten Ausführungsform und dem Versatzmoment zeigt;
14 ist eine Draufsicht, welche den Rotorkern nach einer modifizierten Ausführungsform der ersten und zweiten Ausführungsform zeigt;
15 ist eine perspektivische Ansicht des Rotorkerns der 14;
16 ist eine Draufsicht, welche den Rotorkern einer modifizierten Ausführungsform der ersten und zweiten Ausführungsform zeigt;
17 ist eine perspektivische Ansicht des Rotorkerns der 16;
18 ist eine schematische Darstellung, welche einen bürstenlosen Motor nach einer modifizierten Ausführungsform der ersten und zweiten Ausführungsform zeigt;
19 ist ein beispielhaftes Diagram, welches die Beziehung zwischen den, im Rotor des bürstenlosen Motors nach der modifizierten Ausführungsform der ersten und zweiten Ausführungsform gebildeten, magnetischen Polbereichen und den Aussparungen an beiden Enden jedes magnetischen Polbereichs sowie den Eisenkernbereichen zeigt;
20 ist ein Graph, welcher die Beziehung zwischen dem fünften Winkel eines Spaltes des bürstenlosen Motors nach der modifizierten Ausführungsform der ersten und zweiten Ausführungsform und dem Motordrehmoment zeigt;
21 ist ein Graph, welcher die Beziehung zwischen dem ersten Winkel eines Spaltes des bürstenlosen Motors nach der modifizierten Ausführungsform der ersten und zweiten Ausführungsform und dem Motordrehmoment zeigt;
22 ist ein Graph, welcher die Beziehung zwischen dem zweiten Winkel eines Spaltes des bürstenlosen Motors nach der modifizierten Ausführungsform der ersten und zweiten Ausführungsform und dem Motordrehmoment zeigt;
23 ist eine Darstellung zur Erläuterung des Betriebs des bürstenlosen Motors nach der modifizierten Ausführungsform der ersten und zweiten Ausführungsform;
24 ist eine schematische Darstellung, welche einen bürstenlosen Motor nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
25 ist eine exemplarische Darstellung, welche die Beziehung zwischen den Polbereichen des Rotors aus 24 und den Aussparungen an beiden Enden jedes Polbereichs sowie des Eisenkernbereichs zeigt;
26 ist eine exemplarische Darstellung, welche die Beziehung zwischen den Polbereichen des Rotors aus 24 und den Aussparungen an beiden Enden jedes Polbereichs sowie des Eisenkernbereichs zeigt;
27 ist ein Graph, welcher die Beziehung zwischen einem ersten Winkel eines Spaltes des Motors nach der dritten Ausführungsform und dem Motordrehmoment zeigt;
28 ist ein Graph, welcher die Beziehung zwischen dem zweiten Winkel des Spaltes des Motors nach der dritten Ausführungsform und dem Motordrehmoment zeigt;
29 ist ein Graph, welcher die Beziehung zwischen dem dritten Winkel des Spaltes des Motors nach der dritten Ausführungsform und dem Motordrehmoment zeigt;
30 ist ein Graph, welcher die Beziehung zwischen dem vierten Winkel des Spaltes des Motors nach der dritten Ausführungsform und dem Motordrehmoment zeigt;
31 ist eine Draufsicht, welche einen Rotorkern nach einer modifizierten Ausführungsform der dritten Ausführungsform zeigt;
32 ist eine Draufsicht, welche einen Rotorkern nach einer modifizierten Ausführungsform der dritten Ausführungsform zeigt;
33 ist eine schematische Darstellung, welche einen bürstenlosen Motor nach einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
34 ist eine Darstellung, welche die Anordnung jedes im Rotorkern des bürstenlosen Motors nach 33 eingebetteten Permanentmagneten und der magnetischen Elemente zeigt;
35 ist ein Graph, welcher den Vergleich zwischen einem Motor nach der vierten Ausführungsform und einem konventionellen Motor zeigt;
36A und 36B sind Darstellungen, welche die Anordnung jedes Permanentmagneten und der magnetischen Elemente nach einer modifizierten Ausführungsform der dritten Ausführungsform zeigen;
37A und 37B sind Darstellungen, welche die Anordnung jedes Permanentmagneten und der magnetischen Elemente nach einer modifizierten Ausführungsform der dritten Ausführungsform erläutern;
38 ist eine schematische Darstellung, welche einen Rotor nach einer modifizierten Ausführungsform der vierten Ausführungsform zeigt;
39 ist eine schematische Darstellung eines Rotors nach einer modifizierten Ausführungsform der vierten Ausführungsform;
40 ist eine schematische Darstellung, welche einen bürstenlosen Motor nach einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
41A ist eine vergrößerte Teilansicht des Motors aus 40;
41b ist eine seitliche Teilansicht des bürstenlosen Motors aus 40;
42 ist eine schematische Darstellung eines konventionellen bürstenlosen Motors mit einem Folgepolrotor;
43 ist eine Darstellung zur Erläuterung der Bildung der Pseudomagnetischen Pole in den Eisenkernebereichen nach 42;
44 ist eine schematische Darstellung, welche einen normalen bürstenlosen Motor mit einem klassischen Rotor zeigt;
45 ist eine Darstellung, welche die Aufteilung des magnetischen Flusses zwischen dem Stator und dem Rotor eines bürstenlosen Motors nach 43 zeigt; und
46 ist eine Darstellung, welche die Aufteilung des magnetischen Flusses zwischen dem Stator und dem Rotor des bürstenlosen Motors nach 42 zeigt;
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Ein bürstenloser Motor (IPM Motor) 1 mit einem eingebetteten Permanentmagnet im Rotor 6 nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die 1 bis 9 beschrieben.
Wie in 1 gezeigt, weist der bürstenlose Motor 1 der vorliegenden Ausführungsform einen Stator 5 und einen Rotor 6 auf. Der Stator 5 hat einen ringförmigen Bereich 2, Zähne 3, welche sich radial nach innen von dem ringförmigen Bereich 2 erstrecken, und Spulen 4, welche um die Zähne 3 gewickelt sind.
Nach der vorliegenden Ausführungsform hat der Stator 5 zwölf Zähne 3 und dementsprechend auch zwölf Schlitze. Ein dreiphasiger Wechselstrom fließt durch die Spulen 4.
Der Rotor 6 weist eine rotierbare Achse 7 und einen säulenartigen Rotorkern 8 auf, welcher an der rotierbaren Achse sicher befestigt ist. Die rotierbare Achse wird in nicht dargestellten Lagern gelagert. Die rotierbare Achse 7 ist radial innerhalb des Stators 5 angeordnet, von den Zähnen 3 umgeben und frei drehbar. Magnetische Polbereiche 10, welche den, den Rotor 6 umgebenden Zähnen 3 gegenüberliegen, sind im Umfangsbereich des Rotors 6 vorgesehen.
Weiter im Detail, wie aus den 1 bis 3 zu erkennen, sind die magnetischen Polbereiche 10 plattenförmige Permanentmagneten 11, welche in dem Umfangsbereich des Rotorkerns 8 eingebettet sind. Der bürstenlose Motor nach der vorliegenden Ausführungsform ist ein IPM Motor, welcher eingebettete Permanentmagneten im Rotor aufweist. Üblicherweise sind Magnetaufnahmebereiche, welche in dieser Ausführungsform Magnetaufnahmen 13 sind, in gleichen Winkelabständen in Umfangsrichtung (in der vorliegenden Ausführungsform in Winkelabständen von 90°) in der Nähe des Umfangsbereichs des Rotorkerns 8 vorgesehen. Die Magnetaufnahmen 13 erstrecken sich in axialer Richtung durch den Rotorkern 8. Die Permanentmagnete 11 sind den Magnetaufnahmen 13 derart aufgenommen und gesichert, dass die Permanentmagneten 11 senkrecht zu der radialen Richtung des Rotorkerns 8 liegen.
Alle Permanentmagneten 11 sind derart in den Magnetaufnahmen 13 angeordnet, dass die radial äußeren Oberflächen die gleiche Polung haben. In der vorliegenden Ausführungsform sind alle Permanentmagneten 11 in den Magnetaufnahmen 13 derart angeordnet, dass die radial äußeren Oberflächen Südpole sind. Bei einem Rotor 6 nach der vorliegenden Ausführungsform sind vier magnetische Polbereiche 10 mit der gleichen Polung entlang der Umfangsrichtung des Rotors 6 in gleichen Winkelabständen angeordnet. Weiter sind zwei Aussparungen 14 (14a, 14b) an beiden Enden in Umfangsrichtung jedes magnetischen Polbereichs 10 gebildet. Da die Aussparungen 14 als magnetischer Widerstand wirken, wird ein Eisenkernbereich 16, welcher von den magnetischen Polbereichen 10 getrennt ist, zwischen den in Umfangsrichtung benachbarten magnetischen Polbereichen 10 gebildet.
Insofern fließt der magnetische Fluss jedes magnetischen Polbereichs 10 in den korrespondierenden Eisenkernbereich 16 durch den inneren Teil des Rotorkerns 8 unter Umgehung der Aussparungen 14, welche an den Enden in Umfangsrichtung der magnetischen Polbereiche 10 gebildet sind. Wenn der magnetische Fluss radial nach Außen durch den Eisenkernbereich 16 fließt, wird ein pseudomagnetischer Bereich mit einer, der Polung der magnetischen Polbereiche 10, welche in Umfangsrichtung an den Eisenkernbereich 16 angrenzen, entgegen gesetzten Polung im Eisenkernbereich 16 gebildet. Hinsichtlich des Mechanismus zur Ausbildung der pseudomagnetischen Pole in den Eisenkernbereichen 16 wird an dieser Stelle auf die 43 verwiesen.
Das bedeutet, dass der Rotor 6 nach der vorliegenden Ausführungsform ein Folgepolrotor ist. Im Vergleich eines bürstenlosen Motors 1 nach der ersten Ausführungsform mit einem normalen bürstenlosen Motor (siehe auch 44), bei welchem alle magnetischen Pole mit Permanentmagneten gebildet sind, hat der bürstenlose Motor 1 den Vorteil der Multipolarisierung bei gleichzeitiger Reduzierung der Anzahl der Permanentmagnete um die Hälfte. Insofern hat der bürstenlose Motor 1 eine Struktur, welche eine Reduktion der Größe und eine Erhöhung der Arbeitsleistung im Vergleich zu einem normalen Motor wie in 43 gezeigt, erlaubt.
Ein bürstenloser Motor 1 nach der vorliegenden Ausführungsform ist derart ausgeführt, dass er optimal in einer Arbeitsweise funktioniert, bei welcher die Drehrichtung des Rotors 6 auf eine einzige Drehrichtung beschränkt ist. Das bedeutet, dass in der vorliegenden Ausführungsform die Drehrichtung des Rotors 6 in 1 und 2 entgegen dem Uhrzeigersinn definiert ist. Die Aussparung 14 an dem vorderen Ende jedes magnetischen Polbereichs 10 in Bezug auf die Drehrichtung des Rotors 6 wird nachfolgend als die erste Aussparung 14a bezeichnet und die Aussparung 14 am hinteren Ende jedes magnetischen Polbereichs 10 im Bezug auf die Drehrichtung des Rotors 6 wird nachfolgend als zweite Aussparung 14b bezeichnet. Wie in 2 dargestellt, ist die Breite W1 der ersten Aussparung 14a in Umfangsrichtung größer als die Breite W2 der zweiten Aussparung 14b in Umfangsrichtung.
Wie in 4 gezeigt, wird ein Winkel von einer geraden Linie L (L1), die durch den Mittelpunkt O des Rotors 6 und den Mittelpunkt P0 des magnetischen Polbereichs 10 (10a) in Umfangsrichtung verläuft, und einer geraden Linie L (L2), die durch den Mittelpunkt O des Rotors 6 und ein Ende P1 am vorderen Ende der ersten Aussparung 14a verläuft, als erster Winkel θ1 des Spaltes definiert. Der Winkel, welcher durch eine gerade Linie L (L2), die durch den Mittelpunkt O des Rotors 6 und den Mittelpunkt P0 des magnetischen Polbereichs 10 (10b) verläuft, und eine gerade Linie M2, die durch den Mittelpunkt O des Rotors 6 und ein Ende P2 am hinteren Ende der zweiten Aussparung 14b verläuft, definiert wird, ist als zweiter Winkel θ2 des Spaltes bezeichnet. Der Winkel, welcher durch die gerade Linie L (L1) und eine gerade Linie M5, die durch den Endbereich P5 des magnetischen Polbereichs 10 (10a) in Umfangsrichtung verläuft, definiert wird, ist als fünfter Winkel θ5 des Spaltes bezeichnet. Damit korrespondiert der doppelte fünfte Winkel θ5 des Spaltes mit der Breite W5 des magnetischen Polbereichs 10 (10a) in Umfangsrichtung. Bei einem Rotor 6 nach der vorliegenden Ausführungsform ist der erste Winkel θ1 des Spaltes größer als der zweite Winkel θ2 des Spaltes.
Daher sind alle fünften Winkel θ5 des Spaltes identisch, da die plattenartigen Permanentmagneten 11, welche die magnetischen Polbereiche bilden, in identischen Winkelabständen in Umfangsrichtung des Rotorkerns 8 angeordnet sind. Mit anderen Worten sind alle Breiten W5 der magnetischen Polbereiche 10 in Umfangsrichtung identisch. Aufgrund der Tatsache, dass der erste Winkel θ1 des Spaltes größer als der zweite Winkel θ2 des Spaltes ist, wie oben beschrieben, ist die Breite W1 der ersten Aussparung 14a in Umfangrichtung größer als die Breite W2 der zweiten Aussparung 14b in Umfangsrichtung (siehe auch 2). Daher reduziert die vorliegende Ausführungsform den oben beschrieben Versatz des magnetischen Mittelpunktes der Eisenkernbereiche 16 während der Rotation des Rotors 6 sowie die damit korrelierende Fluktuation der magnetischen Balance.
Wenn jeder Eisenkernbereich bei einem konventionellen Folgepolrotor gegenüber von zwei Zähnen gelegen ist, wie in 46 gezeigt, fließt der magnetische Fluss leichter durch den vorderen Teil des Eisenkernbereichs in dem eine magnetische Anziehungskraft zwischen dem Eisenkernbereich und dem gegenüberliegenden Zahn herrscht. Im Gegensatz dazu wird der magnetische Fluss im hinteren Teil des Eisenkernbereichs, in dem eine magnetische Abstoßungskraft zwischen dem Eisenkernbereich und dem gegenüberliegenden Zahn wirkt, behindert. Dies führt dazu, dass die magnetische Balance währende der Rotation des Rotors schwankt.
Allerdings ist die Breite W1 der ersten Aussparung 14a in Umfangsrichtung bei einem bürstenlosen Motor 1 der vorliegenden Ausführungsform größer als die Breite W2 der zweiten Aussparung 14b in Umfangsrichtung. Daher, wie in 5 gezeigt, wird der Anteil des Eisenkernbereichs 16, welcher dem hinteren Zahn 3b gegenüberliegt, klein, wenn der zwischen der zweiten Aussparung 14b von einem magnetischen Polbereich und der ersten Aussparung 14a von dazu dahinter benachbarten magnetischen Polbereich 10 gebildete Eisenkernbereich 16 zwei Zähen 3 (3a, 3b) gegenüberliegt. Dies reduziert die Menge an magnetischem Fluss, der von der abstoßenden magnetischen Kraft, welche zwischen dem Zahn 3b und dem Eisenkernbereich 16, der gegenüber dem Zahn 3b liegt, gebildet wird, gehindert wird von dem Eisenkernbereich 16 zu dem Zahn 3b zu fließen. Weiter wird somit die Menge an magnetischem Fluss durch die magnetische Anziehungskraft, welche zwischen dem Zahn 3a und dem Eisenkernbereich 16, der dem Zahn 3a gegenüberliegt, gebildet wird, der von dem Eisenkernbereich 16 zu dem Zahn 3a fließt, reduziert.
Die Gesamtmenge des magnetischen Flusses, der von den magnetischen Polbereichen 10 getrennt von den Aussparungen 14 (14a, 14b) zu dem entsprechenden Eisenkernbereich 16 über den inneren Teil des Rotorkerns 8 fließt, ist im Wesentlichen konstant. Daher ist die Menge des magnetischen Flusses, welcher von der magnetischen Abstoßungskraft, die zwischen dem Zahn 3b und dem Eisenkernbereich 16 der dem Zahn 3b gegenüberliegt, gehindert wird gleich der Menge an magnetischem Fluss, welcher von der magnetischen Anziehungskraft, die zwischen dem Zahn 3a und dem Eisenkernbereich 16 der dem Zahn 3a gegenüberliegt, gezogen wird. Wie oben beschrieben, wird durch die Reduktion der Menge an magnetischen Fluss durch die magnetische Abstoßungskraft die zwischen dem Zahn 3b und dem Eisenkernbereich der dem Zahn 3b gegenüberliegt erzeugt wird, der magnetische Mittelpunkt des Eisenkernbereichs 16 (in 5 die Umfangsposition durch die die gerade Linie N2 verläuft) daran gehindert in Drehrichtung des Rotors 6 während der Rotation des Rotors 6 verschoben zu werden. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Fluktuation der magnetischen Balance während der Rotation des Rotors 6 damit reduziert und die Ausgangsleistung des bürstenlosen Motors 1 weiter erhöht.
Weiter werden bei der vorliegenden Ausführungsform die ersten Aussparungen 14a derart gebildet, dass sie sich in einer Umfangsfläche 18 des Rotors 6 (Rotorkern 8) öffnen, wie dies in den 1 bis 3 gezeigt ist. Damit wird der magnetische Widerstand der ersten Aussparungen 14a erhöht und weiter der Einfluss auf die magnetische Abstoßungskraft zwischen dem Zahn 3b und dem Eisenkernbereich 16, der dem Zahn 3b gegenüberliegt, reduziert.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist ein Brückenbereich 19, welcher die erste Aussparung 14a und die Magnetaufnahme 13 definiert, zwischen der ersten Aussparung 14a und der Magnetaufnahme 13 gebildet, wie dies in 2 gezeigt ist. Damit wird verhindert, dass die Kraft des Rotors 6 von den Öffnungen der ersten Aussparungen 14a in der Umfangsfläche 18 des Rotorkerns 8 reduziert wird.
Der bürstenlose Motor 1 nach der vorliegenden Ausführungsform weist vier magnetische Polbereiche 10, vier Eisenkernbereiche 16 und zwölf Zähne 3 auf, so dass die Struktur im Wesentlichen wie bei einem 8-poligen 12-Schlitz bürstenlosen Motor ist. Auf diese Weise liegen, wenn ein Eisenkernbereich 16 zwei Zähnen 3 gegenüberliegt, alle weiteren Eisenkernbereiche 16 entsprechenden Zähnen 3 gegenüber (siehe auch 1), da die Anzahl der Schlitze, welche zwischen den benachbarten Zähnen 3 gebildet sind, ein Vielfaches der Anzahl der Eisenkernbereiche 16 ist. Damit kann die Fluktuation der magnetischen Balance während der Rotation des Rotors 6 weiter effizient reduziert werden, wie dies oben beschrieben worden ist.
Die optimale Ausführung des Winkels θ5 des Spaltes, der die Breite W5 der magnetischen Polbereiche 10 in Umfangsrichtung definiert, und der Winkel θ1 und θ2 des Spaltes, die in Umfangsrichtung die Breiten W1 und W2 der ersten und zweiten Aussparungen 14 an den Enden der magnetischen Polbereiche 10 definieren, werden anschließend erläutert.
6 ist ein Graph, welcher die Beziehung zwischen dem fünften Winkels θ5 des Spaltes (siehe auch 2 und 4) und dem Drehmoment des Motors 1 zeigt. Unter Berücksichtigung, dass der bürstenlose Motor 1 der vorliegenden Ausführungsform im Wesentlichen die gleich Struktur wie auch eine 8-poliger 12-Schlitz bürstenloser Motor besitzt, ist das obere Limit für den fünften Winkels θ5 des Spaltes ungefähr 22°. Wie der 6 zu entnehmen ist, erreicht das Drehmoment des Motors 1 einen maximalen Wert (100%) wenn der fünfte Winkels θ5 des Spaltes ungefähr 18° ist und sicher einen Wert von größer oder gleich 99,5% des maximalen Wertes wenn der fünfte Winkel θ5 des Spaltes im Bereich zwischen 17° und 19° liegt. Daher ist der fünfte Winkel θ5 des Spaltes vorzugsweise im Bereich zwischen 17° und 19° eingestellt.
Auch 7 ist ein Graph der die Beziehung zwischen dem ersten Winkels θ1 des Spaltes (siehe auch 2 und 4) und dem Drehmoment des Motors 1 darstellt. 8 ist ein Graph der die Beziehung zwischen dem zweiten Winkel θ2 des Spaltes (siehe auch 2 und 4) und dem Drehmoment des Motors 1 darstellt.
Da ein bürstenloser Motor 1, wie oben beschrieben, zwölf Schlitze aufweist ist der erste Winkel θ1 des Spaltes vorzugsweise größer als 30°. Dies rührt daher, dass der erste Winkel θ1 des Spaltes vorzugsweise größer als die Abstände zwischen den Zähnen 3 ist, welche 30° betragen, um den Vorteil der vorliegenden Ausführungsform zu erzeugen. Da der zweite Winkel θ2 des Spaltes notwendigerweise kleiner als der erste Winkel θ1 des Spaltes sein muss, ist der zweite Winkel θ2 des Spaltes kleiner als 30°.
Darüber hinaus erreicht das Drehmoment des Motors 1 den maximalen Wert (100%) sobald der erste Winkel θ1 des Spaltes ungefähr 35° ist, und der Wert des Drehmoments ist sicher größer als 99,5% des maximalen Wertes, wenn der erste Winkel θ1 des Spaltes im Bereich zwischen 33° und 36° liegt, wie 7 zu entnehmen ist. Daher liegt der erste Winkel θ1 des Spaltes vorzugsweise im Bereich zwischen 33° und 36°.
In ähnlicher Weise erreicht das Drehmoment des Motors 1 einen maximalen Wert (100%) wenn der zweite Winkel θ2 des Spaltes ungefähr 28° ist, und der Wert des Drehmoments ist sicher größer als 99,5% des maximalen Wertes, wenn der zweite Winkel θ2 des Spaltes im Bereich zwischen 27° und 29° liegt, wie 8 zu entnehmen ist. Daher liegt der zweite Winkel θ2 des Spaltes vorzugsweise im Bereich zwischen 27° und 29°.
Basierend auf den voranstehenden Überlegungen ist der Rotor 6 derart ausgelegt, dass bei der vorliegenden Ausführungsform der fünfte Winkel θ5 des Spaltes 18°, der erste Winkel θ1 des Spaltes 35° und der zweite Winkel θ2 des Spaltes 28° beträgt. Im Vergleich zwischen einem bürstenlosen Motor mit einem konventionellen Folgepolrotor (siehe auch 42) und einem bürstenlosen Motor 1 nach der vorliegenden Ausführungsform ist das Drehmoment des Motors 1 nach der vorliegenden Ausführungsform verbessert, wie 9 zu entnehmen ist. In 9 ist das Drehmoment eines konventionellen Motors, wie in 44 dargestellt, als 100% dargestellt.
Die vorliegende Ausführungsform hat die folgenden Vorteile.

(1) Der Rotor 6 weist die magnetischen Polbereiche 10 auf, welche in gleichen Winkelabständen entlang der Umfangsrichtung des Rotors 6 angeordnet sind, wobei die magnetischen Polbereiche 10 derart angeordnet sind, dass sie alle die gleiche Polung aufweisen. Auch sind die Aussparungen 14 (14a, 14b) an den Enden jedes magnetischen Polbereichs 10 in Umfangsrichtung gebildet. Daher wir der Eisenkernbereich 16, welcher von den magnetischen Polbereichen 10 getrennt ist, zwischen den in Umfangsrichtung benachbarten magnetischen Polbereichen 10 gebildet. Auch ist die Drehrichtung des Rotors 6 in eine einzige Richtung definiert. Neben den Aussparungen 14 (14a, 14b) ist in Umfangsrichtung die Breite W1 der ersten Aussparung 14a, die an dem vorderen Ende gebildet ist, größer als die Breite W2 der zweiten Aussparung 14b in Umfangsrichtung, die an dem hinteren Ende gebildet ist. Mit dieser Struktur wird verhindert, dass der magnetische Mittelpunkt sich in Richtung des vorderen Endes des Eisenkernbereichs 16 in Drehrichtung verschiebt und die Schwankung der magnetischen Balance damit bei der vorliegenden Ausführungsform reduziert. Der Vorteil der magnetischen Balance bringt den weiteren Vorteil mit sich, dass die Leistung in Form des Drehmoments des Motors verbessert wird.
(2) Der erste Winkel θ1 des Spaltes ist größer als der zweite Winkel θ2 des Spaltes. Damit ist die Breite W1 der ersten Aussparung 14a in Umfangsrichtung zuverlässig größer als die Breite W2 der zweiten Aussparung 14b in Umfangsrichtung.
(3) Der bürstenlose Motor 1 weist vier magnetische Polbereiche 10, vier Eisenkernbereiche 16 und zwölf Schlitze auf. Auf diese Weise liegen, wenn ein Eisenkernbereich 16 zwei Zähnen 3 gegenüberliegt, aller anderen Eisenkernbereiche 16 in der gleichen Weise entsprechenden zwei Zähnen gegenüber, da die Anzahl der Schlitze ein Vielfaches der Anzahl der Eisenkernbereiche 16 ist. Damit ist, wie oben beschrieben, der bürstenlose Motor 1 dafür ausgelegt den unter (1) beschriebenen Vorteil noch effizienter anzuwenden.
(4) Der erste Winkel θ1 des Spaltes ist größer als 30° ausgewählt und der zweite Winkel θ2 des Spaltes ist kleiner als 30° ausgewählt. Auf diese Weise ist der bürstenlose Motor 1 im Wesentlichen identisch mit einem 8-poligen 12-Splt bürstenlosen Motor, da der bürstenlose Motor 1 vier magnetische Polbereiche 10 und vier Eisenkernbereiche 16 aufweist. Der erste Winkel θ1 des Spaltes ist vorzugsweise größer als 30°, um den unter (1) beschriebenen Vorteil noch besser ausüben zu können. Der zweite Winkel θ2 des Spaltes ist kleiner als 30°, da der zweite Winkel θ2 des Spaltes kleiner als der erste Winkel θ1 des Spaltes sein muss.
(5) Der Rotor 6 ist derart ausgeführt, dass der fünfte Winkel θ5 des Spaltes, welcher die Breite W5 der magnetischen Polbereiche 10 in Umfangsrichtung definiert, 18° beträgt, der erste Winkel θ1 des Spaltes, welcher die Breite W1 der ersten Aussparungen 14a in Umfangsrichtung definiert, 35° beträgt, und der zweite Winkel 82 des Spaltes, welcher die Breite W2 der zweiten Aussparungen 14b in Umfangsrichtung definiert, 28° beträgt. Auf diese Weise wird die Beziehung zwischen den magnetischen Polbereichen 10 und den Eisenkernbereichen 16 optimiert. Daraus folgt, dass die Verbesserung der magnetischen Balance weiter die Leistung hinsichtlich einer Erhöhung des Drehmoments des Motors 1 verbessert.
(6) Die magnetischen Polbereiche 10 sind von plattenförmigen Permanentmagneten 11 gebildet, die in der Nähe des Umfangsbereichs des Rotorkerns 8 eingebettet sind. Die ersten Aussparungen 14a sind in der Umfangsfläche 18 des Rotors 6 (Rotorkern 8) offen ausgebildet. Mit einer solchen Ausbildung wird der magnetische Widerstand der ersten Aussparungen 14a erhöht und damit der Einfluss der magnetischen Abstoßungskraft, welche zwischen dem Zahn 3 (3b), der dem hinteren Teilbereich des Eisenkernbereichs 16 gegenüberliegt, und dem Teilbereich des Eisenkernbereichs 16, der dem Zahn 3b gegenüber liegt, weiter reduziert.

Nachfolgend werden weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. In jeder der Ausführungsformen ist das gleiche Bezugszeichen für solche Komponenten verwendet, welche mit den gleichen Komponenten der ersten Ausführungsform korrespondieren, und Zeichnungen sowie alle oder Teile der Beschreibungen werden ausgespart.
Ein bürstenloser Motor (IPM Motor) 1B nach einer zweiten Ausführungsform wird beschrieben anhand der 10 und 11.
10 zeigt den Teil eines Querschnittes eines Motors 1B nach der zweiten Ausführungsform. 10 zeigt einen Eisenkernbereich 61 eines Rotors der zweiten Ausführungsform. Ein auf den Umfang einer äußeren Oberfläche 61x bezogener Mittelpunkt ist auf einer imaginären Referenzumfangsfläche C (zum Beispiel ist der Radius des Rotormittelpunkte 22m) angeordnet, welche von verbundenen äußeren Oberflächen 10x aller magnetischer Polbereiche 10 gebildet wird. Die äußere Oberfläche 61x ist gekrümmt, so dass sie sich mit der Reduktion des Abstandes von den Enden in Umfangsrichtung radial nach Innen von der Umfangsfläche C entfernt. Damit hat die äußere Oberfläche 61x des Eisenkernbereichs 61 eine stärkere Krümmung als die Umfangsfläche C. Mit anderen Worten hat die äußere Oberfläche 61x einen kleinen Krümmungsradius, so dass gegen die Endbereiche von dem auf den Umfang bezogenen mittleren Bereich aus sich die äußere Oberfläche 61x weiter vom Stator 5 (den Zähnen 3) beabstandet.
Auch ist die äußere Oberfläche 61x des Eisenkernbereichs 61 derart geformt, dass sie zu einem Bogen passt, welcher seinen Mittelpunkt an einem vorbestimmten Ort X1 hat, der auf einer geraden Linie CL (eine gerade Linie, von der geraden Linie L2 und der geraden Linie L1 um 15° verschoben), die durch eine auf den Umfang bezogene Zwischenposition zwischen in Umfangsrichtung benachbarten magnetischen Polbereichen 10 und den Mittelpunk O des Rotors 60 läuft, und einen Radius R1 aufweist. Damit ist das an dem vorderen Ende des Eisenkernbereichs 61 befindliche Ende P2, auf den Stator 5 (die Zähne 3) bezogen, radial innerhalb des an dem hinteren Ende des Eisenkernbereichs 61 befindlichen Endes P1 angeordnet.
Wenn der Radius der Umfangsfläche C als R0 und der Radius der äußeren Oberfläche 61x des Eisenkernbereichs 61 als R1 bezeichnet ist, ändert sich das Versatzmoment des Rotors 60 mit Änderungen des Verhältnisses R1/R0 so wie in 11 dargestellt. 11 zeigt die Ergebnisse, wenn der fünfte Winkel θ5 des Spaltes ungefähr 18°, der erste Winkel θ1 des Spaltes ungefähr 35° und der zweite Winkel θ2 des Spaltes ungefähr 28° beträgt, wie dies im Bezug auf die erste Ausführungsform beschrieben worden ist.
Auch in 11 wird ein Versatzmoment von 100% angenommen, wenn das Verhältnis R1/R0 gleich 1 ist, also wenn die Krümmung der äußeren Oberfläche 61x des Eisenkernbereichs 61 die gleiche Krümmung wie die Umfangsfläche C besitzt. Das Versatzmoment wird stückweise mit der Verkleinerung des Verhältnisses R1/R0 reduziert, wenn also die Krümmung der äußeren Oberfläche 61x des Eisenkernbereichs 61 größer im Vergleich zur Krümmung der Umfangsfläche C wird. Im Bereich in dem das Verhältnis 0,7 ≤ R1/R0 < 1 ist, wird das Versatzmoment um einen relativ großen Betrag reduziert. Die Reduktionsrate des Versatzmoments wird verringert sobald das Verhältnis R1/R0 kleiner als 0,7 wird und die Reduktionsrate des Versatzmomentes wird weiter reduziert von dem Punkt an, ab dem das Verhältnis R1/R0 sich dem Wert 0,6 annähert. Sobald das Verhältnis R1/R0 0,6 beträgt, ist das Versatzmoment auf ungefähr 37% reduziert. Weiter wird die Reduktionsrate fast Null sobald das Verhältnis R1/R0 kleiner als 0,6 wird.
Ausgehend von der voranstehenden Beschreibung ist bei einem Rotor 61 der vorliegenden Erfindung die Krümmung der äußeren Oberfläche 61x des Eisenkernbereichs 61 derart eingestellt, dass sich ein Verhältnis R1/R0 im Bereich 0,6 ≤ R1/R0 < 1 ergibt. Insbesondere wenn nur die Reduktion des Versatzmoments berücksichtigt wird, ist das Verhältnis R1/R0 vorzugsweise im Bereich 0,6 ≤ R1/R0 ≤ 0,7 eingestellt, und wenn die Reduktionsrate des Versatzmoments berücksichtigt wird, ist die Auswirkung auch zu erwarten, wenn das Verhältnis R1/R0 im Bereich 0,7 ≤ R1/R0 < 1 liegt. Damit ist bei der vorliegenden Ausführungsform eine schnelle Änderung der magnetischen Flussdichte, welche sich möglicherweise zwischen den magnetischen Polbereichen 10 und den Eisenkernbereichen 61 ergibt, und das Versatzmoment reduziert.
Die vorliegende Ausführungsform hat die folgenden Vorteile.

(7) Die äußere Oberfläche 61x jedes Eisenkernbereichs ist derart geformt, dass die äußere Oberfläche 61x sich, wenn der Abstand zu den Enden P1 und P2 in Umfangsrichtung abnimmt, allmählich von der Referenzumfangsfläche C, welche durch die Verbindung der äußeren Oberflächen 10x der magnetischen Polbereiche 10 entsteht, radial nach Innen entfernt. Da der Abstand in radialer Richtung zwischen dem Eisenkernbereich 61 und dem Stator 5 sich allmählich in Richtung der Enden P1 und P2 des Eisenkernbereichs 61 in Umfangsrichtung vergrößert, wir der Grad der Änderung der magnetischen Flussdichte in der Nähe der magnetischen Polendbereiche des Eisenkernbereichs 61 dementsprechend reduziert. Die schnelle Änderung der magnetischen Flussdichte ist damit unterbunden und damit das Versatzmoment reduziert.
(8) Die gesamte äußere Oberfläche 61x des Eisenkernbereichs 61 hat eine gekrümmte Form mit einer definierten Krümmung. Das Verhältnis R1/R0 des Radius R1 der Krümmung der äußeren Oberfläche 61x und des Radius R0 der Referenzumfangsfläche C ist im Bereich 0,6 ≤ R1/R0 < 1 eingestellt. Damit ist das Versatzmoment reduziert (siehe auch 11). Je näher das Verhältnis R1/R0 dem Wert 0,6 in voranstehend genanntem Bereich kommt, desto mehr wird das Versatzmoment reduziert.

Die erste und die zweite Ausführungsform können wie folgt modifiziert werden.
Bei der zweiten Ausführungsform ist die Beziehung zwischen dem Verhältnis R1/R0 und dem Versatzmoment zwar definiert bei einem fünften Winkel θ5 des Spaltes der ungefähr 18° beträgt, einem ersten Winkel θ1 des Spaltes der ungefähr 35° beträgt und einen zweiten Winkel θ2 des Spaltes der ungefähr 28° beträgt erläutert, jedoch nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel wird das Versatzmoment in gleicher Weise wie bei der zweiten Ausführungsform auch reduziert wenn der fünfte Winkel θ5 des Spaltes im Bereich 17° bis 19 liegt, der erste Winkel θ1 des Spaltes im Bereich 33° bis 36° liegt und der zweite Winkel θ2 des Spaltes im Bereich 27° bis 29° liegt, wie dies in den 6 bis 8 gezeigt ist.
Bei der zweiten Ausführungsform wird das Versatzmoment reduziert durch die Änderung der Krümmung der äußeren Oberfläche 61x des Eisenkernbereichs 61 von der Krümmung der imaginären Referenzumfangsfläche C, die durch das Verbinden der äußeren Oberflächen 10x aller magnetischer Polbereiche 10 entsteht. Zusätzlich kann die Krümmung der äußeren Oberflächen 10x der magnetischen Polbereiche 10 von der Krümmung der Umfangsfläche C geändert werden, wie dies in 12 gezeigt ist. Insbesondere, wie in 12 dargestellt, sind die Polbereiche 62 derart ausgebildet, dass der auf den Umfang bezogene mittlere Bereich der radial äußeren Fläche 62x auf der Referenzumfangsfläche C angeordnet ist und die äußere Oberfläche 62x derart gekrümmt ist, dass diese sich radial nach Innen von der Umfangsfläche C mit abnehmenden Abstand von den Enden in Umfangsrichtung entfernt. Damit hat die äußere Oberfläche 62x jedes magnetischen Polbereichs 10 eine größere Krümmung oder einen kleineren Krümmungsradius als die Umfangsfläche C und ist derart ausgebildet, dass von dem mittleren Bereich in Umfangsrichtung aus in Richtung der Endbereiche die äußere Oberfläche 62x sich allmählich vom Stator 5 (den Zähnen 3) entfernt. Die magnetischen Polbereiche 62 sind jeweils so geformt, dass sie zu einem Bogen passen, der seinen Mittelpunkt an einem vorbestimmten Punkt X2 hat, welcher auf der geraden Linie L1 und der geraden Linie L2 liegt sowie einen Radius R2 aufweist. In 12 ist der Punkt X2 derart ausgewählt, dass der Abstand zwischen dem Punkt X2 und dem Mittelpunkt O des Rotors 60 gleich dem Abstand zwischen dem Punkt X1 und dem Mittelpunkt O des Rotors 60 ist. Auf diese Weise sind die äußeren Oberflächen 62x der magnetischen Polbereiche 62 derart geformt, dass der Radius R1 und der Radius R2 gleich sind.
13 stellt das Versatzmoment des Rotors 60 dar, wenn das Verhältnis R1/R0 des Radius R0 der Umfangsfläche C und des Radius R1 der äußeren Oberfläche 61x des Eisenkernbereichs 61 sowie das Verhältnis R2/R0 des Radius R0 der Umfangsfläche C und des Radius R2 der äußeren Oberfläche 62x des magnetischen Polbereichs 62 geändert werden. 13 zeigt dabei die Ergebnisse für den Fall wie bei der zweiten Ausführungsform, in der der fünfte Winkel θ5 des Spaltes ungefähr 18° beträgt, der erste Winkel θ1 des Spaltes ungefähr 35° beträgt und der zweite Winkel θ2 des Spaltes ungefähr 28° beträgt. Mit einer solchen Struktur wird das gleiche Ergebnis wie in 13 erhalten, wenn der fünfte Winkel θ5 des Spaltes im Bereich 17° bis 19° liegt, der erste Winkel θ1 des Spaltes im Bereich 33° bis 36 liegt und der zweite Winkel θ2 des Spaltes im Bereich 27° bis 29° liegt, wie dies in den 6 bis 8 gezeigt ist.
In 13 wird für das Versatzmoment der Wert 100% angenommen, wenn R1/R0 = R2/R0 = 1 ist, und damit die Krümmung de äußeren Oberfläche 61x des Eisenkernbereichs 61 und die Krümmung der äußeren Oberfläche 62x des magnetischen Polbereichs 62 identische mit der Krümmung der Umfangsfläche C sind. Das Versatzmoment wird allmählich reduziert, wenn das Verhältnis R1/R0 und das Verhältnis R2/R0 reduziert werden. Das Versatzmoment wird relativ stark reduziert in dem Bereich, in welchem das Verhältnis R1/R0 und das Verhältnis R2/R0 wie folgt definiert ist: 0,7 ≤ R1/R0 = R2/R0 < 1. Der Reduktionsgrad des Versatzmoments wird kleiner sobald das Verhältnis R1/R0 und das Verhältnis R2/R0 kleiner als 0,7 werden, wird noch weiter reduziert in der Nähe des Wertes 0,6 für das Verhältnis R1/R0 und das Verhältnis R2/R0, und verringert sich auf den Wert 19% sobald für die Verhältnisse R1/R0 = R2/R0 = 0,6 erreicht ist. Damit wird also das Versatzmoment weiter reduziert durch die Änderung im Bezug auf die Krümmung der Umfangsfläche C sowohl der Krümmung der äußeren Oberflächen 61x der Eisenkernbereiche 61, als auch der äußeren Oberflächen 62x der magnetischen Polbereiche 62.
Bei der voranstehenden beschriebenen Struktur sind der Radius R2 und der Radius R1 identisch, jedoch nicht darauf beschränkt. Der Radius R1 kann größer als der Radius R2 sein oder alternativ kann der Radius R1 kleiner als der Radius R2 sein, so lange die Radien R1 und R2 beide kleiner als der Radius R0 der Umfangsfläche C sind.
In der ersten und zweiten Ausführungsform weist der Rotor 6 vier magnetische Polbereiche 10 sowie vier Eisenkernbereiche 16 auf und der Stator 5 weist zwölf Schlitze (Zähne 3) auf. Allerdings kann die Anzahl der magnetischen Polbereiche (und damit auch die Anzahl der Eisenkernbereiche) und die Anzahl der Schlitze geändert werden, so lange der bürstenlose Motor einen Folgepolrotor aufweist, der Eisenkernbereiche zwischen benachbarten magnetischen Polbereichen aufweist. Wie als Vorteil (3) der ersten Ausführungsform beschrieben wird, ein besserer Effekt mit einer Struktur erzielt, bei welcher die Anzahl der Schlitze ein Vielfaches der Anzahl der Eisenkernbereiche ist.
Bei der ersten und zweiten Ausführungsform ist die vorliegende Erfindung durch einen verwendeten Rotor 6 mit Permanentmagneten (IPM) verkörpert, bei welchem die magnetischen Polbereiche 10 von Permanentmagneten 11, die im Umfangsbereich des Rotorkerns 8 eingebettet sind, gebildet werden. Allerdings kann die vorliegende Erfindung auch durch einen Rotor verkörpert werden, bei welchem die magnetischen Polbereiche durch Permanentmagneten gebildet werden, welche auf der Umfangsfläche des Rotors angebracht sind.
Bei der ersten und zweiten Ausführungsform werden die magnetischen Polbereiche 10 durch plattenförmige Permanentmagnete 11 gebildet. Allerdings ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch eine Struktur möglich, bei der die magnetischen Polbereiche 20 von gekrümmten plattenförmigen Permanentmagneten 21, wie in 14 und 15 gezeigt, gebildet werden, oder eine weitere Struktur möglich, bei welcher die plattenförmigen Permanentmagneten 11 in V-Form angeordnet sind, um magnetischen Polbereiche wie in den 16 und 14 dargestellt zu formen.
Bei der ersten und zweiten Ausführungsform ist der Stator 5 durch verdichtetes Aufwickeln gebildet, wobei die Pulen um jeden Zahn 3 gewickelt werde, aber ein Stator 52 kann zum Beispiel auch durch verteiltes Aufwickeln gebildet werden, wobei Spulen 51 um mehrere (zum Beispiel um drei) Zähne 50, wie in 18 und 19 gezeigt, gewickelt sind. Mit einer solchen Struktur können die gleichen Vorteile wie bei den voranstehenden Ausführungsformen erzielt werden. Die Anzahl der Zähne 50 des Stators 52, welcher durch verteiltes Aufwickeln gebildet wurde, kann, wenn notwendig, in Relation zu der Anzahl der Pole geändert werden. Zum Beispiel weist der Stator 52 eines Motors 55 wie er in den 18 und 19 dargestellt ist vierundzwanzig Schlitze auf.
Mit einer solchen Struktur liegen, da die Anzahl der Schlitze ein Vielfaches der Anzahl der Eisenkernebereiche ist, wenn ein Eisenkernbereich 16 drei Zähnen 50 gegenüberliegt, alle anderen Eisenkernbereiche 16 in gleicher Weise entsprechenden drei Zähnen 50 gegenüber.
Bei einem solchen Aufbau ist der fünfte Winkel θ5 des Spaltes beispielsweise ungefähr 16°, wie in 19 gezeigt und ähnlich zu den voranstehend erläuterten Ausführungsformen. Zum Beispiel liegt das Drehmoment des Motors 55 bei dem maximalen Wert (100%), wenn der fünfte Winkel θ5 des Spaltes ungefähr 16° beträgt, und ist sicher 99,5% oder mehr des maximalen Wertes, wenn der fünfte Winkel θ5 des Spaltes im Bereich 15° bis 17° liegt, wie in 20 gezeigt. Daher ist der fünfte Winkel θ5 des Spaltes vorzugsweise im Bereich 15° bis 17° eingestellt.
Weiter ist der erste Winkel θ1 des Spaltes vorzugsweise ungefähr 34°. Zum Beispiel erreicht das Drehmoment des Motors 55 einen maximalen Wert (100%) wenn der erste Winkel θ1 des Spaltes ungefähr 34° beträgt, und ist sicher 99,5% oder mehr des maximalen Wertes, wenn der erste Winkel θ1 des Spaltes im Bereich 33° bis 36° liegt, wie in 21 gezeigt. Daher ist der erste Winkel θ1 des Spaltes vorzugsweise im Bereich 33° bis 36° eingestellt.
Darüber hinaus ist der zweite Winkel θ2 des Spaltes vorzugsweise ungefähr 29°. Zum Beispiel erreicht das Drehmoment des Motors 55 einen maximalen Wert (100%) wenn der zweite Winkel θ2 des Spaltes ungefähr 29° beträgt, und ist sicher 99,5% oder mehr des maximalen Wertes, wenn der zweite Winkel θ2 des Spaltes im Bereich 28° bis 30° liegt, wie in 22 gezeigt. Daher ist der zweite Winkel θ2 des Spaltes vorzugsweise im Bereich 28° bis 30° eingestellt.
Weiter sind erste Aussparungen 14a geöffnet in der Umfangsfläche 18 des Rotors 53 (Rotorkern 8) gebildet und der bürstenlose Motor 55 besitzt einen Stator 52, der durch verteiltes Aufwickeln gebildet worden ist. Daraus folgt, dass der magnetische Widerstand der ersten Aussparungen 14a vergrößert wird. Darum, wie zur ersten Ausführungsform beschrieben, reduziert der Aufbau den Einfluss der magnetischen Abstoßungskraft zwischen dem Eisenkernbereich 16 und den Zähnen 50a, die in der hinteren Richtung liegen im Bezug auf die Drehrichtung des Rotors 53, von den Zähnen 50a, die dem Eisenkernbereich 16 gegenüberliegen, weiter. Dadurch wird der Unterschied der magnetischen Flussdichte am vorderen Ende und der magnetischen Flussdichte am hinteren Ende des Eisenkernbereichs 16 relativ klein, wie dies durch die Länge der gestrichelten Pfeile in 3 gezeigt wird, und die magnetische Balance ist zufriedenstellend. Damit wird das Drehmoment bei einem bürstenlosen Motor 55 mit einem Stator 52, der durch verteiltes Aufwickeln gebildet ist, weiter erhöht.
Ein bürstenloser Motor 1C nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun anhand der 24 bis 32 beschrieben.
Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Spulen 4 von drei Phasen gebildet, nämlich einer U-Phase, einer V-Phase und einer W-Phase. Die drei Phasen sind derart angeordnet, dass die Vorwärtswicklung und die Rückwärtswicklung Seite an Seite bei jeder Phase angeordnet sind, so dass die Ordnung einer W-Phase (Vorwärtswicklung), einer W-Phase (Rückwärtswicklung), einer V-Phase, einer V-Phase, einer U-Phase, einer U-Phase, einer W-Phase, einer W-Phase, einer V-Phase, einer V-Phase, einer U-Phase und einer U-Phase im Uhrzeigersinn in 24 herrscht. Dreiphasiger Wechselstrom (U-Phase, V-Phase und W-Phase) fließt durch die Spulen 4, die um die Zähne 3 gewickelt sind.
Der Rotor 6 der vorliegenden Ausführungsform weist fünf magnetische Polbereich 10 am Umfangsbereich des Rotors 6 auf.
Mehr im Detail, wie auch in den 24 bis 32 gezeigt, sind die Magnetaufnahmen 13, die sich entlang der axialen Richtung des Rotors 6 erstrecken, in der Nähe des Umfangsbereichs des Rotorkerns 8 in Abständen von ungefähr 72° in Umfangsrichtung vorgesehen. Die Permanentmagneten 11 sind in den Magnetaufnahmen aufgenommen und in der Art gesichert, dass die Permanentmagneten 11 senkrecht zur radialen Richtung des Rotorkerns 8 sind.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Anzahl der Zähne 3 nicht ein Vielfaches der Anzahl der Permanentmagneten 11 und ist größer als die Anzahl der Pole. Wie in 25 gezeigt, ist die Breite W1 der ersten Aussparungen 14a in Umfangsrichtung breiter ausgebildet, als die Breite W2 der zweiten Aussparungen 14b in Umfangsrichtung.
Wie in 26 genauer gezeigt, wird der Winkel, der durch eine gerade Linie (L1, L2), die durch den Mittelpunkt O des Rotors 6 und den mittleren Bereich bezogen auf den Umfang des magnetischen Polbereichs 10 verläuft, und eine gerade Linie M3, die durch den Mittelpunkt O des Rotors 6 und ein Ende P3 am hinteren Ende der ersten Aussparung 14a verläuft, definiert wird, als dritter Winkel θ3 des Spaltes bezeichnet und der Winkel, der durch eine gerade Linie (L1, L2), die durch den Mittelpunkt O des Rotors 6 und den mittleren Bereich bezogen auf den Umfang des magnetischen Polbereichs 10 verläuft, und eine gerade Linie M4, die durch den Mittelpunkt O des Rotors 6 und ein Ende P4 am vorderen Ende der zweiten Aussparung 14a verläuft, definiert wird, als vierter Winkel θ4 des Spaltes bezeichnet.
Da die plattenförmigen Permanentmagnete 11, die die magnetischen Polbereiche 10 bilden, in gleichen Abständen in Umfangsrichtung des Rotorkerns 8 angeordnet sind, ist der dritte Winkel θ3 des Spaltes gleich dem vierten Winkel θ4 des Spaltes. Damit ist, durch das oben beschriebene Einstellen des ersten Winkels θ1 des Spaltes größer als des zweiten Winkels θ2 des Spaltes, die Breite W1 der ersten Aussparung 14a in Umfangsrichtung größer als die Breite W2 der zweiten Aussparung 14b in Umfangsrichtung.
Die Bauform hinsichtlich der Optimierung der Winkel (θ1, θ2, θ3, θ4) des Spaltes wird nun beschrieben.
29 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen dem dritten Winkel θ3 des Spaltes und dem Drehmoment des Motors 1C zeigt. 30 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen dem vierten Winkel θ4 des Spaltes und dem Drehmoment des Motors 1C zeigt. Unter Berücksichtigung dass ein bürstenloser Motor 1C der vorliegenden Ausführungsform im Wesentlichen dieselbe Bauform wie ein 10-poliger 12-Schlitz bürstenloser Motor aufweist, wobei die Eisenkernbereiche 16 zwischen den benachbarten magnetischen Polbereichen 10 gebildet sind, wird die obere Grenze für die Winkel θ3 und θ4 des Spaltes bei ungefähr 18° angenommen.
Nach 29 erreicht das Drehmoment des Motors 1C einen maximalen Wert (100%), wenn der dritte Winkel θ3 des Spaltes ungefähr 11,5° beträgt und das Drehmoment wird verringert, wenn der dritte Winkel θ3 des Spaltes sich von 11,5° entfernt. Das Drehmoment des Motors 1C ist sicher 99% oder mehr des maximalen Wertes, wenn der dritte Winkel θ3 des Spaltes im Bereich 9° bis ungefähr 14° in 29 ist. Daher wird der dritte Winkel θ3 des Spaltes vorzugsweise im Bereich 9° bis ungefähr 14° ausgewählt.
Nach 30 erreicht das Drehmoment des Motors 1C einen maximalen Wert (100%), wenn der vierte Winkel θ4 des Spaltes ungefähr 13° beträgt und das Drehmoment wird verringert, wenn der vierte Winkel θ4 des Spaltes sich von 13° entfernt. Das Drehmoment des Motors 1C ist sicher 99% oder mehr des maximalen Wertes, wenn der vierte Winkel θ4 des Spaltes im Bereich 10° bis ungefähr 16° in 30 ist. Daher wird der vierte Winkel θ4 des Spaltes vorzugsweise im Bereich 10° bis ungefähr 16° ausgewählt.
27 zeigt einen Graph, der die Beziehung zwischen dem ersten Winkel θ1 des Spaltes und dem Drehmoment des Motors 1C darstellt. 28 zeigt einen Graph, der die Beziehung zwischen dem zweiten Winkel θ2 des Spaltes und dem Drehmoment des Motors 1C darstellt.
Nach 27 erreicht das Drehmoment des Motors 1C einen maximalen Wert (100%), wenn der erste Winkel θ1 des Spaltes ungefähr 30° beträgt und das Drehmoment des Motors 1C ist sicher 99% oder mehr des maximalen Wertes, wenn der erste Winkel θ1 des Spaltes im Bereich 27° bis 33° ist. Das Drehmoment des Motors 1C ist sicher 96% oder mehr des maximalen Wertes, wenn der erste Winkel θ1 des Spaltes in dem Bereich 22,5° bis 36,5° liegt. Daher wird der erste Winkel θ1 des Spaltes vorzugsweise im Bereich 27° bis 33° ausgewählt.
In ähnlicher Weise, nach 28, erreicht das Drehmoment des Motors 1C einen maximalen Wert (100%), wenn der zweite Winkel θ2 des Spaltes ungefähr 24° beträgt und ist mit Sicherheit 99% oder mehr des maximalen Wertes, wenn der zweite Winkel θ2 des Spaltes im Bereiche zwischen 21,5° und 27° ist. Daher wird der zweite Winkel θ2 des Spaltes vorzugsweise im Bereich 21,5° bis 27° ausgewählt.
Unter Berücksichtigung des Voranstehenden ist der Rotor 6 derart ausgelegt, dass bei der vorliegenden Ausführungsform der dritte Winkel θ3 des Spaltes 11,5°, der vierte Winkel θ4 des Spaltes 13°, der erste Winkel θ1 des Spaltes 30° und der zweite Winkel θ2 des Spaltes 24° beträgt.
Wie in 25 dargestellt verläuft eine gerade Linie RCL durch den Mittelpunkt O des Rotors 6 und den mittleren Bereich des Eisenkernbereichs 16 bezogen auf den Umfang, die in Drehrichtung des Rotors 6 vorwärts verschoben ist von einer geraden Line ICL, welche durch den mittleren Bereich in Umfangsrichtung eines Umfangsbereichs, definiert durch die gerade Linie L1 und die Gerade Linie L2, verläuft. Daher wird das Ende P2 am hinteren Ende der zweiten Aussparung 14b von der geraden Linie LA vorwärts versetzt, welche durch den mittleren Bereich in Umfangsrichtung des vorderen der Zähne 3, die dem Eisenkernbereich 16 (der Zahn 3a in 25) gegenüberliegen, verläuft. Auch das Ende P1 am vorderen Ende der ersten Aussparung 14a, welche am hinteren Ende des Eisenkernbereichs 16 angeordnet ist, wird von einer Zahn-Endposition T1 des vorderen der Zähne 3, die dem Eisenkernbereich 16 (Zahn 3a in 25) gegenüberliegen, nach hinten verschoben. Das Ende P3 am hinteren Ende der ersten Aussparung 14a wird nach hinten verschoben von einer geraden Linie LB, die durch den mittleren Bereich des hinteren der Zähne 3, welche dem Eisenkernbereich 16 (Zahn 3b in 25) gegenüberliegen, verläuft.
Wenn der Eisenkernbereich 16 radial gegenüber den Zähnen 3 (3a und 3b) liegt, ist der größte Anteil der zweiten Aussparung 14b am vorderen Ende des Eisenkernbereichs 16 (bei der vorliegenden Ausführungsform die gesamte zweite Aussparung 14a) von dem mittleren Bereich (der Position auf der geraden Linie LA) des vorderen Zahns 3a der Zähne 3a und 3b vorwärts verschoben. Auch ist der größte Anteil der ersten Aussparung 14a, der am hinteren Ende des Eisenkernbereichs 16 liegt, von dem mittleren Bereich (der Position auf der geraden Linie LB) des hinteren Zahns 3b der Zähne 3a und 3b vorwärts verschoben. In 25 verläuft eine gerade Linie LC durch den eigentlichen Mittelpunkt zwischen den Enden P1 und P4 der zweiten Aussparung 14b, welche Linie LC von der geraden Linie LA vorwärts verschoben ist. Die voranstehende Beschreibung ist auch offenkundig aufgrund der Tatsache, das die gerade Linie LD, die durch den eigentlichen Mittelpunkt zwischen den Enden P1 und P3 der ersten Aussparung 14a verläuft, von der geraden Linie LB in 25 vorwärts verschoben ist.
Dieser Aufbau ermöglicht es, dass magnetische Fluss, der von einem radial innern Bereich jedes Permanentmagneten 11 erzeugt wird, leicht und vorteilhaft zu dem vorderen Zahn 3a durch den zugeordneten Eisenkernbereich 16 fließen kann. Damit wirkt die magnetische Anziehungskraft auf den Eisenkernbereich 16, so dass der Eisenkernbereich 16 sicher zu dem vorderen Zahn 3a hingezogen wird und damit das Drehmoment des Motors 1C verbessert wird.
Die vorliegende Ausführungsform hat die folgenden Vorteile.

(9) Die Drehrichtung des Rotors 6 ist in eine einzige Richtung definiert und die Anzahl der Permanentmagneten 11 und die der magnetischen Polbereiche 10 sind als ungerade Zahl ausgewählt (in der vorliegenden Ausführungsform, fünf). Von den Aussparungen 14a und 14b, die an jedem magnetischen Polbereich vorgesehen sind, ist die Breite W1 in Umfangsrichtung der ersten Aussparung 14a, die Vorne bezogen auf die Drehrichtung des Rotors 6 angeordnet ist, größer als die Breite W2 in Umfangsrichtung der zweiten Aussparung 14b, die Hinten bezogen auf die Drehrichtung des Rotors 6 angeordnet ist. Darüber hinaus ist der Eisenkernbereich 16 derart ausgeführt, dass die gerade Linie RCL, welche durch den mittleren Bereich des Eisenkernbereichs 16 verläuft, vorwärts in Drehrichtung des Rotors 6 verschoben ist von einer geraden Linie ICL, welche durch den Mittelpunkt des Umfangsbereichs zwischen den geraden Linien L1 und L2 verläuft, die durch den mittleren Bereich von in Umfangsrichtung benachbarten zwei magnetischen Polbereichen 10 mit einem Eisenkernbereich 16 dazwischen verlaufen. Dies ermöglicht, dass der magnetische Fluss, der vom radial inneren Teil jedes Permanentmagnets 11 erzeugt wird, sicher und vorteilhaft zum vorderen Zahn 3a durch den zugehörigen Eisenkernbereich 16 fließen kann. Somit wirkt die magnetische Anziehungskraft auf den Eisenkernbereich 16 derart, dass der Eisenkernbereich 16 sicher zu dem vorderen Zahn 3a gezogen wird. Dies erhöht das Drehmoment des Motors.
(10) Der Rotor 6 weist fünf magnetische Polbereiche 10 und fünf Eisenkernbereiche 16 auf. Der erste Winkel θ1 des Spaltes, der durch eine gerade Linie L (L1, L2), die durch den mittleren Bereich des magnetischen Polbereichs 10 verläuft, und eine gerade Linie M1, die durch das Ende P1 am vorderen Ende der ersten Aussparung 14a verläuft, definiert wird, ist größer als 22,5°. Auch der zweite Winkel θ2 des Spaltes der durch die gerade Linie L (L1, L2) und eine gerade Linie M2, die durch das Ende P2 am hinteren Ende der zweiten Aussparung 14b verläuft, definiert wird, ist kleiner als 30°. Mit einem solchen Aufbau kann die Lagebeziehung zwischen den magnetischen Polbereichen 10 und dem Eisenkernbereich 16 optimiert werden. Dies vergrößert das Drehmoment des Motors 1C weiter.
(11) Ein dritter Winkel θ3 des Spaltes wird definiert von einer geraden Linie L (L1, L2), die durch den mittleren Bereich des magnetischen Polbereichs 10 verläuft, und eine gerade Linie M3, die durch den Mittelpunkt O des Rotors 6 und das Ende P3 am hinteren Ende der ersten Aussparung 14a verläuft, und liegt zwischen 9° und 14°. Weiter wird eine vierter Winkel θ4 des Spaltes definiert von der geraden Linie L (L1, L2) und der geraden Linie M4, die durch den Mittelpunkt des Rotors 6 und das Ende P4 an dem vorderen Ende der zweiten Aussparung 14b verläuft, und liegt zwischen 10° und 16°. In diesem Fall ist der erste Winkel θ1 des Spaltes zwischen 27° und 33° und der zweite Winkel θ2 des Spaltes zwischen 21,5° und 27°. Mit einem solchen Aufbau ist die Lagebeziehung zwischen den magnetischen Polbereichen 10 und den Eisenkernbereichen 16 optimiert (siehe auch 27 bis 30). Dies vergrößert das Drehmoment des Motors 1C.

Die dritte Ausführungsform kann wie folgt modifiziert werden.
Bei der dritten Ausführungsform sind die magnetischen Polbereiche 10 von plattenförmigen (i-förmiger Querschnitt) Permanentmagneten 11 gebildet, jedoch nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel können die magnetischen Polbereiche 20 auch von gekrümmt plattenförmigen (gebogener Querschnitt) Permanentmagneten 11 gebildet sein, wie dies in 31 dargestellt ist. Auch können die plattenförmigen Permanentmagneten 11 in V-Form angeordnet sein, um magnetische Polbereiche 10 zu schaffen, wie sie in 32 dargestellt sind.
Bei der dritten Ausführungsform ist der mit eingebetteten Permanentmagneten versehene Rotor 6 (IPM) derart ausgebildet, dass die Permanentmagneten 11 in den Magnetaufnahmen 13 des Rotorkerns 8 die magnetischen Polbereiche bilden. Jedoch ist auch ein mit oberflächlichen Magneten ausgestatteter Rotor 6 (SPM) möglich, bei dem die magnetischen Polbereiche 10 durch Anbringen der Permanentmagneten an der äußeren Umfangsfläche des Rotorkerns erfolgt.
Bei der dritten Ausführungsform sind fünf magnetische Polbereiche 10 und fünf Eisenkernbereiche 16 vorgesehen, so dass zehn Pole zur Verfügung gestellt werden, jedoch ist dies nicht einschränkend. Die gleiche ungerade Anzahl an magnetischen Polbereichen 10 und Eisenkernbereichen 16 kann vorgesehen werden.
Bei der dritten Ausführungsform sind zwölf Zähne 3 vorgesehen, aber die Anzahl der Zähne kann geändert werden, zum Beispiel in vierundzwanzig oder achtundvierzig ZÄhne.
Ein bürstenloser Motor 1D nach einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend anhand der 33 bis 39 beschrieben.
Der Stator 5 des bürstenlosen Motors 1D der vorliegenden Ausführungsform aus 33 ist mit einem nicht dargestellten Gehäuse versehen und weist zwölf Zähne 3 und Spulen 4, welche um die Zähne 3 gewickelt sind, auf. Die Spulen 4 sind dreiphasig gebildet und weisen eine U-Phase, eine W-Phase sowie eine V-Phase auf und sind derart angeordnet, dass U-Phase, W-Phase und V-Phase einander im Uhrzeigsinn vorwärts gewickelt folgen. Dreiphasiger Wechselstrom (U-Phase, W-Phase und V-Phase) fließt durch die Spulen 4, die um die Zähne 3 gewickelt sind.
Der Permanentmagnet 11 und magnetische Elemente (in der vorliegenden Ausführungsform, zwei magnetische Elemente), welche ein erstes magnetisches Stahlblech 25 und ein zweites magnetisches Stahlblech 26 aufweisen, sind aufgenommen und gesichert in jedem der Magnetaufnahmebereiche, welche durch die Magnetaufnahmen 13 gebildet werden.
Das erste magnetische Stahlblech 25 ist derart angeordnet, dass es in Oberflächenkontakt mit einer radial inneren magnetischen Polfläche 11a (Nordpolfläche) des Permanentmagneten 11 steht, und das zweite magnetische Stahlblech 26 ist derart angeordnet, dass in Oberflächenkontakt mit einer radial inneren magnetischen Plattenfläche 25a des ersten magnetischen Stahlblechs 25 steht. Auch sind die magnetischen Stahlbleche 25 und 26 derart ausgelegt, dass die Erstreckung der Breite nach (Links- und Rechts-Erstreckung in 34) größer ist als die Erstreckung der Breite nach des Permanentmagneten 11, und kleiner ist als die Erstreckung der Breite nach der Magnetaufnahmen 13. Damit können die magnetischen Stahlbleche 25 und 26 sicher den Permanentmagneten 11 abdecken.
Bei einem bürstenlosen Motor 1D, der wie voranstehend ausgebildet ist, wird die rotierbare Achse 7 mit dem Rotor 6 rotiert durch das Fließen eines dreiphasigen Wechselstroms durch die Spule 4. Der Permanentmagnet 11 und die magnetischen Stahlbleche 25 und 26 sind in den jeweiligen Magnetaufnahmen 13 aufgenommen. Auf diese Weise wird der Spalt zwischen der radial inneren magnetischen Poloberfläche 11a des Permanentmagneten 11 und der inneren Oberfläche 13a der Magnetaufnahme 13 durch die magnetischen Stahlbleche 25 und 26 reduziert. Das ermöglicht dem magnetischen Fluss, der von den radial inneren magnetischen Poloberflächen 7 erzeugt wird, in Richtung des Eisenkernbereichs 16 in einer angemessenen Weise zu fließen.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben eine Simulation durchgeführt, um die Effektivität der vorliegenden Ausführungsform zu zeigen. Die Simulation wurde unter den Bedingungen ausgeführt, dass die beiden magnetischen Stahlbleche 25 und 26 mit einer Dicke von ungefähr 0,1 mm (gesamte Dicke ungefähr 0,2 mm) in jedem Spalt angeordnet waren, wobei die Dicke des Permanentmagneten 11 2,25 mm betrug und der Spalt in radialer Richtung zwischen jedem Permanentmagneten 11 und den zugehörigen Magnetaufnahmen 13 0,335 mm war. Wenn die induzierte Spannung bei einem konventionellen bürstenlosen Motors bei einem angenommenen Spalt von 0,335 mm 100% beträgt, war die induzierte Spannung bei einem bürstenlosen Motor der vorliegenden Ausführungsform auf ungefähr 106,1% erhöht (siehe auch 35). Das rührt daher, dass die Permanenz durch das Einsetzen der magnetischen Stahlbleche 25 und 26 in die Magnetaufnahmen 13 erhöht worden ist, der effektive magnetische Fluss erhöht worden ist und damit auch die induzierte Spannung erhöht worden ist. Daher erhöht das Anordnen der magnetischen Stahlbleche 25 und 26 zwischen jeden Permanentmagneten 11 und der entsprechenden Magnetaufnahme 13 wie in der vorliegenden Ausführungsform die Effektivität des magnetischen Flusses und verbessert die Ausgabeleistung des Motors 1D.
Zum Beispiel kann auch ein Spalt in der radialen Richtung zwischen der radial äußeren magnetischen Poloberfläche 11b jedes Permanentmagneten 11 und der zugehörigen Magnetaufnahme 13 etwas bestehen bleiben durch die Anordnung des ersten magnetischen Stahlblechs 25 angrenzend an die radial innere magnetische Poloberfläche 11a des Permanentmagneten 11. Dies reduziert einen Wirbelstrom, der möglicherweise radial außerhalb des Permanentmagneten 11 erzeugt wird und verhindert damit die Verschlechterung der Ausgabeleistung durch Wirbelstromverluste. Auch sind die magnetischen Stahlbleche 25 und 26, die als magnetische Elemente verwendet werden, um den Spalt in radialer Richtung zwischen jedem Permanentmagneten 11 und der entsprechenden Magnetaufnahme 13 zu füllen, aus Eisen mit einer hohen magnetischen Permeabilität aus der Menge der ferromagnetischen Elemente gebildet, und sind Elemente mit geringem Ummagnetisierungsverlust, welcher die Summe aus Hystereseverlust und Wirbelstromverlust ist. Dies trägt zur Verbesserung der Ausgabeleistung des Motors 1D bei.
Die vorliegende Ausführungsform hat die folgenden Vorteile.

(12) Die magnetischen Elemente, welche durch die magnetischen Stahlbleche 25 und 26 gebildet werden, sind in den magnetischen Aufnahmebereichen, welche durch die Magnetaufnahmen 13 gebildet werden, angeordnet, um den Spalt zwischen der magnetischen Poloberfläche 11a jedes Permanentmagneten 11 und der zugehörigen Magnetaufnahme 13 zu füllen. Damit wird der Spalt in radialer Richtung zwischen jeder Magnetaufnahme 13 und dem zugehörigen Permanentmagneten 11 sicher durch die magnetischen Stahlbleche 25 und 26 reduziert. Da die magnetischen Stahlbleche 25 und 26 magnetische Elemente sind, ermöglichen die magnetischen Stahlbleche 25 und 26 dem magnetischen Fluss des zugehörigen Permanentmagneten 11 in geeigneter Weise hindurch zu fließen. Dies erhöht die Menge an magnetischem Fluss, der durch den Eisenkernbereich 16 fließt, und verbessert die Ausgabeleistung des Motors 1D. Auch ein Rückschlag in radialer Richtung der Permanentmagneten 11 wird reduziert, da der Spalt durch die magnetischen Stahlbleche 25 und 26 verkleinert worden ist.
(13) Der Rotor 6 ist radial innerhalb des Stators 5 angeordnet. Die magnetischen Stahlbleche 25 und 26 sind derart angeordnet, dass sie gegen die radial innere magnetische Poloberfläche 11a des Permanentmagneten stoßen. Mit diesem Aufbau bleibt zum Beispiel der Spalt in radialer Richtung zwischen der radial äußeren magnetischen Poloberfläche 11a des Permanentmagneten 11 und der Magnetaufnahme 13 leicht bestehen, während der magnetische Fluss in befriedigender Weise durch den Eisenkernbereich 13 strömen kann. Dies verhindert die Erzeugung von Wirbelstrom, welcher möglicherweise an dem radial äußeren Bereich auftritt, die Verschlechterung der Ausgabeleistung des Motors 1D durch Wirbelstromverluste.
(14) Die Oberflächen der magnetischen Stahlbleche 25 und 26, die dem Permanentmagneten 11 gegenüber liegen, sind größer als die magnetischen Poloberflächen 11a des Permanentmagneten 11. Auf diese Weise wird, wenn der Permanentmagnet 11 und die magnetischen Stahlbleche 25 und 26 in jede Magnetaufnahme 13 eingesetzt werden, die magnetische Poloberfläche 11a des Permanentmagneten 11 sicherer durch die magnetischen Stahlbleche 25 und 26 abgedeckt. Somit wird dem magnetische Fluss, der von dem Permanentmagneten 11 erzeugt wird, ermöglicht in Richtung des Eisenkernbereichs 16 in geeigneter Weise zu fließen. Damit wird die Ausgabeleistung des Motors 1D weiter verbessert.
(15) Die ersten und zweiten Stahlbleche 25 und 26 sind Elemente mit hoher magnetischer Permeabilität aus der Menge der ferromagnetischen Elemente, und sind Elemente mit geringem Ummagnetisierungsverlust, welcher die Summe aus Hystereseverlust und Wirbelstromverlust ist. Die ersten und zweiten magnetische Stahlbleche 25 und 26 tragen somit zur Verbesserung der Ausgabeleistung des Motors 1D bei.

Die vierte Ausführungsform kann wie folgt modifiziert werden.
Bei der vierten Ausführungsform sind zwei magnetische Stahlbleche 25 und 26 als magnetische Elemente vorgesehen, aber auch ein oder drei magnetische Elemente können vorgesehen sein, solange die magnetischen Stahlbleche den Spalt in radialer Richtung zwischen jedem Permanentmagneten 11 und der zugehörigen Magnetaufnahme 13 ausfüllen.
Bei der vierten Ausführungsform stößt die radial innere Poloberfläche (Nordpol) 11a des Permanentmagneten 11 gegen das magnetische Element, welches das erste magnetische Stahlblech 25 ist. Stattdessen kann die radial äußere magnetische Poloberfläche (Südpol) 11b gegen das magnetische Element stoßen. Auch kann jeder Permanentmagnet 11 zwischen diversen magnetischen Elementen eingebettet sein.
Auch wenn es nicht explizit bei der vierten Ausführungsform genannt worden ist, wird der Spalt zwischen jeder magnetischen Poloberfläche 11a und der zugehörigen Magnetaufnahme 13 noch sicherer gefüllt durch eine Presspassung der magnetischen Stahlbleche 25 und 26 in der Magnetaufnahme 13.
Bei der vierten Ausführungsform können die magnetischen Elemente, welche durch die magnetischen Stahlbleche 25 und 26 gebildet werden, als plattenförmige Elemente ausgebildet sein, aber die magnetischen Elemente (magnetische Stahlbleche 25 und 26) können auch durch eine Kombination verschiedener Elemente gebildet werden. Zum Beispiel können streifenartige magnetische Elemente 40 und 41, die in Richtung der Breite des Permanentmagneten 11 (Links- und Rechts-Erstreckung in der Fig.) vorgesehen sein, wie in den 36A und 36B gezeigt. Weiter sind auch blockartige magnetische Elemente 50 möglich, die in Richtung der Breite und der Tiefe (senkrecht zur Zeichnungsebene in der Fig.) des Permanentmagneten 11 vorgesehen sind, wie in den 37A und 37B gezeigt. Wie bereits oben erläutert reduzieren die magnetischen Elemente aus mehreren Elementen einen Wirbelstrom und reduzieren damit den Wirbelstromverlust.
Obwohl nicht explizit zu der vierten Ausführungsform erläutert können auch Schlitze in den magnetischen Elementen, welche durch die magnetischen Stahlbleche 25 und 26 gebildet werden, vorgesehen sein. Mit einem solchen Aufbau wird ein Wirbelstrom reduziert und damit der Wirbelstromverlust verringert.
Bei der vierten Ausführungsform sind die magnetischen Polbereiche 10 von plattenförmigen Permanentmagneten 11 gebildet, jedoch nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel können auch magnetische Polbereiche 60 von gekrümmten plattenartigen Permanentmagneten 61 gebildet werden, wie in 38 gezeigt. Alternativ sind auch magnetische Polbereiche 66 möglich, die von plattenartigen Permanentmagneten 65 gebildet werden, welche in V Form angeordnet sind, wie die in 39 gezeigt ist. Durch einen solchen Aufbau können die gleichen Vorteile wie bei den obigen Ausführungsformen erzielt werden, indem magnetische Elemente 75, welche in Oberflächenkontakt mit den Permanentmagneten 61, 65 und den magnetischen Poloberflächen 61a , 61b stehen, in dem Spalt zwischen der Magnetaufnahme 70 und den Permanentmagneten 61, 65 angeordnet werden. Wenn gekrümmte Permanentmagneten 61 verwendet werden, wie dies in 38 gezeigt ist, sind vorzugweise magnetische Elemente, die der gekrümmten Form folgen, angeordnet.
Bei der vierten Ausführungsform sind die Spulen in de Reihenfolge U-Phase, W-Phase und V-Phase im Uhrzeigersinn angeordnet durch Vorwärtswicklung im 8-poligen 12-schlitz Motor 10, aber nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel können die Spulen bei einem 10-poligen 12-schlitz Motor derart angeordnet sein, dass die Vorwärtswicklung und die Rückwärtswicklung Seite an Seite bei jeder Phase angeordnet sind, so dass die Ordnung einer W-Phase (Vorwärtswicklung), einer W-Phase (Rückwärtswicklung), einer V-Phase, einer V-Phase, einer U-Phase, einer U-Phase, einer W-Phase, einer W-Phase, einer V-Phase, einer V-Phase, einer U-Phase und einer U-Phase im Uhrzeigersinn entsteht. In diesem Fall wird ebenfalls die induzierte Spannung durch die Anwendung der vorliegenden Erfindung erhöht und die Ausgabeleistung des Motors 1D verbessert.
Bei der vierten Ausführungsform sind die magnetischen Elemente von den magnetischen Stahlblechen 25 und 26 gebildet, jedoch nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel können die magnetischen Elemente auch durch eine ferromagnetisch dämpfende Legierung gebildet sein. Vibration, welche möglicherweise im Zusammenhang mit der Rotation des Rotors 6 entsteht wird durch magnetische Elemente aus ferromagnetisch dämpfender Legierung reduziert.
Bei der vierten Ausführungsform sind die Aussparungen 14a und 14b zwischen den magnetischen Polbereichen 10 und den Eisenkernbereichen 16 von asymmetrischer Form, können jedoch auch symmetrisch geformt sein.
Bei der vierten Ausführungsform ist der Motor als bürstenloser Motor mit innen liegendem Rotor, bei welchem der Rotor 6 innerhalb des Stators 5 angeordnet ist, ausgebildet, aber der Motor kann auch ein bürstenloser Motor mit außen liegendem Rotor sein.
Ein bürstenloser Motor 1E nach einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun anhand der 40 bis 41B beschrieben.
Wie in 40 gezeigt, ist bei der vorliegenden Ausführungsform jede der Aussparungen 14a von einem Brückenbereich (Abdeckungsbereich) 80 zu der Umfangsfläche 18 des Rotors 6 (des Rotorkerns 8) geschlossen. Genauer gesagt ist der Rotorkern 8 durch die Laminierung von scheibenartigen Kernaufnahmen 81 entlang der axialen Richtung des Rotorkerns 8 gebildet. Löcher sind in jeder der scheibenartigen Kernaufnahmen 81 vorgesehen, so dass die Magnetaufnahmen 13 und die ersten und zweiten Aussparungen 14a, 14b gebildet werden, wenn die Kernaufnahmen 81 laminiert werden. Wie in 41A und 41B gezeigt, bildet der umlaufende Bereich jeder Kernaufnahme 81 der ersten Aussparung 14a entsprechend ein Brückenteil 80a, welches dünner als der Rest der Kernaufnahme 81 ist. In der Situation in der die Kernaufnahmen 81 laminiert werden, werden die Brückenbereiche 80a zu Schlitzen (Kommunikationslöchern) 82 zwischen benachbarten Brückenteilen 80a angeordnet. Die Brückenteile 80a sind wie voranstehend beschrieben angeordnet, um die Brückenbereiche (Abdeckungsbereiche) 80, welche teilweise die ersten Aussparungen 14a schließen, zu bilden. Die Brückenteile 80a werden zum Beispiel durch Pressen gebildet, so dass Teile der Kernaufnahmen 81 dünn werden. In der radialen Ansicht des Rotorkerns 8, wie in 41B gezeigt, sind die Brückenteile 80a und die Schlitze 82 abwechselnd entlang der axialen Richtung des Rotorkerns 8 auf dem Umfangsbereich des Rotorkerns 8 entsprechend den ersten Aussparungen 14a angeordnet.
Die vorliegende Ausführungsform hat die folgenden Vorteile.

(16) Die ersten Aussparungen 14a sind teilweise von den Brückenbereichen 80 an der Umfangsfläche 18 des Rotors 6 (Rotorkern 8) verschlossen. Damit wird, im Vergleich zu dem Fall wenn die ersten Aussparungen 14 vollständig zur Umfangsfläche 18 des Rotors 6 geöffnet sind, die Kraft des Rotors 6 erhöht, während die Wirbelverluste während der Rotation des Rotors 6 reduziert werden, und darüber hinaus das Versatzmoment reduziert. Zusätzlich, im Vergleich zu dem Fall wenn die ersten Aussparungen 14a vollständig verschlossen sind, wird der magnetische Widerstand der ersten Aussparungen 14a weiter vergrößert, was die Ausgabeleistung des Motors 1E erhöht.

Die fünfte Ausführungsform kann wie folgt modifiziert werden.
Die Permanentmagneten 11 sind derart angeordnet, dass die radial äußeren Flächen Südpole sind. Jedoch können die magnetischen Polbereiche auch derart angeordnet sein, dass die radial äußeren Flächen Nordpole sind.
Die zweiten Aussparungen 14b sind ohne Öffnung zu der Umfangsfläche 18 des Rotors 6 (Rotorkern 8) ausgebildet, aber die zweiten Aussparungen 14b können auch offen zu der äußeren Oberfläche 18 sein.
Zumindest zwei der oben beschriebenen Ausführungsformen können miteinander kombiniert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- JP 2008-113531 [0003]
- JP 10-150755 [0004]

Claims

Ein bürstenloser Motor aufweisend einen Stator (5) mit einer Mehrzahl von Zähnen (3), um welche Spulen (4) gewickelt sind und einem Rotor (6), welcher radial innerhalb des Stators (5) drehbar angeordnet ist, wobei der Rotor (6) eine Mehrzahl von den Zähnen (3) gegenüberliegenden magnetischen Polbereichen (10) aufweist, wobei die magnetischen Polbereiche (10) von Permanentmagneten (11) gebildet sind, welche mit gleichem Winkelabstand in Umfangsrichtung angeordnet sind und alle die gleiche Polung haben, der Rotor (6) Aussparungen (14) aufweist, welche als magnetischer Widerstand an den Enden in Umfangsrichtung jedes magnetischen Polbereichs (10) wirken, so dass ein Eisenkernbereich (16) zwischen den in Umfangsrichtung benachbart angeordneten magnetischen Polbreichen (10) gebildet wird, und der magnetische Fluss der magnetischen Polbereiche (10) durch den Eisenkernbereich (16) entlang der radialen Richtung fließt, wobei der Rotor (6) derart gestaltet ist, dass die Rotation in einer Richtung definiert ist, und wobei die Aussparungen (14) an den Enden in Umfangsrichtung jedes magnetischen Polbereichs (10) eine erste Aussparung (14a) am in Rotationsrichtung des Rotors (6) vorderen Ende des magnetischen Polbereichs (10) und eine zweite Aussparung (14b) am in Rotationsrichtung des Rotors (6) hinteren Ende des magnetischen Polbereichs (10) aufweist, und die Breite (W1) der ersten Aussparung (14a) in Umfangsrichtung größer als die Breite (W2) der zweiten Aussparung (14b) in Umfangsrichtung ist.
Der Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Winkel als erster Winkel des Spaltes (81) definiert wird von einer geraden Linie (L1), welche durch den Mittelpunkt (O) des Rotors (6) und die zentrale Position (P0) in Umfangsrichtung jedes magnetischen Polbereiches (10) verläuft, und eine gerade Linie (M1), welche durch den Mittelpunkt (O) des Rotors (6) und das vordere Ende (P1) der ersten Aussparung (14a) verläuft, und ein Winkel als zweiter Winkel des Spaltes (82) definiert wird von einer geraden Linie (L2), welche durch den Mittelpunkt (O) des Rotors (6) und die zentrale Position (P0) in Umfangsrichtung jedes magnetischen Polbereiches (10) verläuft, und eine gerade Linie (M2), welche durch den Mittelpunkt (O) des Rotors (6) und das hintere Ende (P2) der zweiten Aussparung verläuft, wobei der erste Winkel (81) des Spaltes größer als der zweite Winkel (81) des Spaltes ist.
Motor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (6) vier magnetische Polbereiche (10) und vier Eisenkernbereiche (16) aufweist, wobei der Stator (5) zwölf Spalte, jeweils zwischen den in Umfangsrichtung benachbarten Zähnen (3), aufweist und wobei ein 3-phasiger Wechselstrom durch die Spulen (4) geführt wird.
Der Motor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der der erste Winkel (81) des Spaltes größer als 30° und der der zweite Winkel (82) des Spaltes kleiner als 30° ist.
Der Motor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Winkel (θ5) definiert wird von einer geraden Linie (L1), welche durch den Mittelpunkt (O) des Rotors (6) und die zentrale Position (P0) in Umfangsrichtung jedes magnetischen Polbereiches (10) verläuft, und einer geraden Linie (M3), welche durch den Mittelpunkt (O) des Rotors (6) und das Ende (P5) in Umfangsrichtung des magnetischen Polbereichs (10) verläuft, welcher Winkel (θ5) auf 17° bis 19° eingerichtet ist, der erste Winkel (θ1) des Spaltes auf 33° bis 36° eingerichtet ist und der zweite Winkel (θ2) auf 27° bis 29° eingerichtet ist.
Der Motor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor vier magnetische Polbereiche (10) und vier Eisenkernbereiche (16) beinhaltet, wobei der Stator (5) vierundzwanzig Spalte, jeweils zwischen den in Umfangsrichtung benachbarten Zähnen (3), aufweist und wobei ein 3-phasiger Wechselstrom durch die Spulen (4) geführt wird, wobei die Spulen um die Zähne (3) durch verteiltes Aufwickeln gebildet sind, und wobei der erste Winkel (θ1) des Spaltes größer als 30° und der zweite Winkel (θ2) kleiner oder gleich 30° ist.
Der Motor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Winkel (θ5) definiert wird von einer geraden Linie (L1), welche durch den Mittelpunkt (O) des Rotors (6) und die zentrale Position (P0) in Umfangsrichtung jedes magnetischen Polbereiches (10) verläuft, und einer geraden Linie (M3), welche durch den Mittelpunkt (O) des Rotors (6) und das Ende (P5) in Umfangsrichtung des magnetischen Polbereichs (10) verläuft, welcher Winkel (θ5) auf 17° bis 19° eingerichtet ist, der erste Winkel (θ1) des Spaltes auf 33° bis 36° eingerichtet ist und der zweite Winkel (θ2) auf 28° bis 30° eingerichtet ist.
Der Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagneten (11) in den Rotor (6) eingebettet sind, und wobei die ersten Aussparungen (14a) derart gebildet sind, dass sie teilweise oder vollständig offen zu der äußeren Oberfläche (61x) des Rotors (6) in Umfangsrichtung sind.
Der Motor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (6) Schlitze (81) in Teilbereichen der äußeren Oberfläche (61x) des Rotors (6) in Umfangrichtung aufweist, welche mit den ersten Aussparungen (14a) derart korrespondieren, dass die ersten Aussparungen (14a) teilweise offen zu der äußeren Oberfläche (61x) des Rotors (6) in Umfangsrichtung sind.
Der Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die auf den Umfang bezogenen Mittelpunkte der äußeren Oberflächen (61x) der Eisenkernbereiche (16) auf einer gemeinsamen Referenzoberfläche (C) in Umfangsrichtung angeordnet sind, und wobei jeder Eisenkernbereich (16) derart gerümmt ist, dass die Enden seiner äußeren Oberfläche in Umfangsrichtung sich radial nach innen von der gemeinsamen Referenzoberfläche (C) beabstanden, so dass der Abstand von der gemeinsamen Referenzoberfläche (C) sich allmählich zu den Enden in Umfangsrichtung hin vergrößert.
Der Motor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte äußere Oberfläche jedes Eisenkernbereichs (16) eine bestimmte Krümmung aufweist, und wobei das Verhältnis R1/R0 eines Radius R1 der Krümmung der äußeren Oberfläche (61x) jedes Eisenkernbereichs (16) und eines Radius R0 der gemeinsamen Referenzoberfläche (C) in Umfangsrichtung im Bereich 0,6 ≤ R1/R0 < 1 liegt.
Der Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 1, dadurch gekennzeichnet, dass die auf den Umfang bezogenen Mittelpunkte der äußeren Oberflächen (10x) der magnetischen Polbereiche (10) auf einer gemeinsamen Referenzoberfläche (C) in Umfangsrichtung angeordnet sind, und wobei jeder magnetische Polbereich (10) derart gekrümmt ist, dass die Enden seiner äußeren Oberfläche in Umfangsrichtung sich radial nach innen von der gemeinsamen Referenzoberfläche (C) beabstanden, so dass der Abstand von der gemeinsamen Referenzoberfläche (C) sich allmählich zu den Enden in Umfangsrichtung hin vergrößert.
Der Motor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte äußere Oberfläche jedes magnetischen Polbereichs (10) eine bestimmte Krümmung aufweist, und wobei das Verhältnis R2/R0 eines Radius R2 der Krümmung der äußeren Oberfläche (10x) jedes magnetischen Polbereichs (10) und eines Radius R0 der gemeinsamen Referenzoberfläche (C) in Umfangsrichtung im Bereich 0,6 ≤ R1/R0 < 1 liegt.
Der Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Permanentmagneten (11) und die Anzahl der magnetischen Polbereiche (10) eine ungerade Anzahl sind, und wobei der auf den Umfang bezogene Mittelpunkt jedes Eisenkernbereichs (16) in der Rotationsrichtung vorwärts verschoben wird von eine geraden Linie (ICL) aus, die durch den auf den Umfang bezogenen Mittelpunkt eines Umfangsbereichs verläuft, welcher von geraden Linien (L1, L2) definiert wird, die durch den Mittelpunkt (O) des Rotors und den auf den Umfang bezogenen Mittelpunkt zweier in Umfangsrichtung zueinander benachbarter magnetischer Polbereiche (10) mit dem dazwischen liegenden Eisenkernbereich (16) verlaufen.
Der Motor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der magnetischen Polbereiche (10) und die Anzahl der Eisenkernbereiche (16) jeweils fünf beträgt, wobei ein Winkel von einer geraden Linie (L1, L2), die durch den Mittelpunkt (O) des Rotors (6) und den auf den Umfang bezogenen Mittelpunkt jedes magnetischen Polbereichs (10) verläuft, und eine gerade Linie (M1), die durch den Mittelpunkt des Rotors (6) und das vordere Ende (P1) der ersten Aussparung (14a) verläuft, definiert wird als ein erster Winkel (θ1) des Spaltes, und ein Winkel von einer geraden Linie (L1, L2), die durch den Mittelpunkt des Rotors (6) und die auf den Umfang bezogenen Mittelpunkte jedes magnetischen Polbereichs (10) verläuft, und eine gerade Linie (M2), die durch den Mittelpunkt (O) des Rotors (6) und das hintere Ende (P2) der zweiten Aussparung (14b) verläuft, als zweiter Winkel des Spaltes (θ2) definiert wird, und wobei der erste Winkel (θ1) des Spaltes größer als 22,5° und der zweite Winkel (θ2) des Spaltes kleiner als 30° ist.
Der Motor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Winkel von einer geraden Linie (L1, L2), die durch den Mittelpunkt (O) des Rotors (6) und den auf den Umfang bezogenen Mittelpunkt jedes magnetischen Polbereichs (10) verläuft, und einer geraden Linie (M3), die durch den Mittelpunkt (O) des Rotors (6) und das hintere Ende (P3) der ersten Aussparung (14a) verläuft, als dritter Winkel (θ3) des Spaltes definiert wird und ein Winkel von einer geraden Linie (L1, L2), die durch den Mittelpunkt (O) des Rotors (6) und den auf den Umfang bezogenen Mittelpunkt jedes magnetischen Polbereichs (10) verläuft, und einer geraden Linie (M4), die durch den Mittelpunkt (O) des Rotors (6) und das vordere Ende (P4) der zweiten Aussparung (14b) verläuft, als vierter Winkel (θ4) des Spaltes definiert wird, wobei der erste Winkel (θ1) des Spaltes auf 27° bis 33° eingerichtet ist, wobei der zweite Winkel (θ2) des Spaltes auf 21,5° bis 27° eingerichtet ist, wobei der dritte Winkel (θ3) des Spaltes auf 9° bis 14° eingerichtet ist, und wobei der vierte Winkel (θ4) des Spaltes auf 10° bis 16° eingerichtet ist.
Der Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (6) eine rotierbare Welle (7) und einen Rotorkern (8) aufweist, welcher radial außerhalb der rotierbaren Achse vorgesehen ist, und wobei der Rotor (6) Magnetaufnahmebereiche (13) aufweist, welche sich in axialer Richtung durch den Rotorkern (8) erstrecken, und die Permanentmagneten (11) in die Magnetaufnahmebereiche (13) eingebettet sind.
Der Motor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein dreiphasiger Wechselstrom durch die Spulen (4) läuft, wobei die Spulen (4) um jeden Zahn (3) als verdichtete Wicklung ausgeführt sind, und drei Phasen der Spulen (4) in Umfangsrichtung aufeinander folgend angeordnet sind, so dass zwei Spulen (4) derselben Phase in Umfangsrichtung benachbart zu einander angeordnet sind, und wobei die in Umfangsrichtung benachbarten Spulen (4) mit denselben Phasen jeweils in die entgegengesetzte Richtung gewickelt sind, und die in Umfangsrichtung benachbarten Spulen (4) mit unterschiedlichen Phasen in die gleiche Richtung gewickelt sind.
Ein bürstenloser Motor aufweisend einen Stator (5) mit einer Mehrzahl von Zähnen (3) um welche Spulen (4) gewickelt sind und einem Rotor (6), welcher im Bezug auf die Zähne (4) drehbar angeordnet ist, wobei der Rotor (6) eine Mehrzahl von den Zähnen (3) gegenüberliegenden magnetischen Polbereichen (10) aufweist, wobei der Rotor (6) eine Mehrzahl von Magnetaufnahmebereichen (13) aufweist, welche in gleichen Winkelabständen entlang der Umfangsrichtung des Rotors (6) angeordnet sind, Permanentmagnete (11) die magnetischen Polbereiche (10) bilden und in den Magnetaufnahmebereichen (13) aufgenommen sind, und die Permanentmagneten (11) den Zähnen gegenüberliegen und magnetische Poloberflächen (11a) der gleichen Polung haben, wobei der Rotor (6) Aussparungen (14) aufweist, welche als magnetischer Widerstand an den Enden in Umfangsrichtung jedes magnetischen Polbereichs (10) wirken, so dass ein Eisenkernbereich (16) zwischen den in Umfangsrichtung benachbart angeordneten magnetischen Polbreichen (10) gebildet wird, und der magnetische Fluss der magnetischen Polbereiche (10) durch den Eisenkernbereich (16) entlang der radialen Richtung fließt, und wobei ein magnetisches Element (25, 26) in jeden Magnetaufnahmebereich (13) angeordnet ist, um den Spalt zwischen der magnetischen Poloberfläche (11a) des zugehörigen Permanentmagneten (11) und der inneren Oberfläche (13a) des Magnetaufnahmebereichs (13), welche der magnetischen Poloberfläche (11a) gegenüber liegt, zu füllen.
Der Motor nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (6) radial innerhalb des Stators (5) drehbar angeordnet ist, und wobei jedes magnetische Element (25, 26) derart in den Magnetaufnahmebereichen (13) angeordnet ist, dass es gegen die radial innere Poloberfläche (11a) des korrespondierenden Permanentmagneten (11) stößt.
Der Motor nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass jedes magnetische Element (25, 26) von einem Element, welches einen Schlitz hat, oder von einer Mehrzahl von Elementen, welche Wirbelströme reduzieren, gebildet ist.
Der Motor nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche jedes magnetischen Elementes (25, 26), welche dem zugehörigen Permanentmagneten (11) gegenüberliegt, größer als die magnetische Poloberfläche (11a) des Permanentmagneten (11) ist.
Der Motor nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass jedes magnetische Element (25, 26) ein magnetisches Stahlblech ist.
Der Motor nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass jedes magnetische Element (25, 26) aus einer ferromagnetisch dämpfenden Legierung hergestellt ist.
Der Motor nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen (14), welche an den Enden in Umfangsrichtung jedes magnetischen Polbereiches (10) vorgesehen sind, eine erste Aussparung (14a) an dem vorderen Ende des magnetischen Polbereichs (10) in Bezug auf die Rotationsrichtung des Rotors (6) und eine zweite Aussparung (14b) an dem hinteren Ende des magnetischen Polbereichs (10) in Bezug auf die Rotationsrichtung des Rotors (6) aufweisen, und der Rotor (6) Schlitze (81) in der äußeren Oberfläche in Umfangsrichtung aufweist, welche mit den ersten Aussparungen (14a) derart korrespondieren, dass die ersten Aussparungen (14a) auf der äußern Oberfläche in Umfangsrichtung des Rotors (6) teilweise offen sind.