DE102011119120A1 - Synchronmotor mit reduziertem Rastmoment - Google Patents

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Abstract

Synchronmotor, bestehend aus einem Stator mit Elektromagneten und mit einem zylindrischen Hohlraum, in dem ein zylindrischer Rotor drehbar gelagert ist, der aus magnetisch leitfähigem Material besteht und in dessen Mantelfläche mehrere Magnetfächer eingeformt sind, die sich in axialer Richtung des Rotors erstrecken und die jeweils von Permanentmagneten ausgefüllt sind, deren Magnetaußenfläche um den Luftspalt von der Hohlraumoberfläche des Stators beabstandet ist, wobei die Magnetfächer durch längliche Stege voneinander getrennt sind, deren zum Luftspalt hin weisende Stegoberfläche sich mit ihren Kanten an die jeweilige Kante der Magnetaußenfläche beider an den jeweiligen Steg angrenzenden Magnete anschließt und sich zwischen diesen Kanten wulstartig in den Luftspalt hinein wölbt.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Synchronmotor, bestehend aus einem Stator mit Elektromagneten und mit einem zylindrischen Hohlraum, in dem ein zylindrischer Rotor drehbar gelagert ist, der aus magnetisch leitfähigem Material besteht und in dessen Mantelfläche mehrere Magnetfächer eingeformt sind, die sich in axialer Richtung des Rotors erstrecken und die jeweils von Permanentmagneten ausgefüllt sind, deren Magnetaußenfläche um den Luftspalt von der Hohlraumoberfläche des Stators beabstandet ist.
  • Synchronmotoren sind eine weithin bekannte Ausführung eines Elektromotors, der elektrische Energie in mechanische Energie umwandelt. Bei einem Synchronmotor wird ein konstant magnetisierter Läufer – der Rotor – von einem bewegten magnetischen Drehfeld im umgebenden Stator synchron mitgenommen. Das konstante Magnetfeld des Rotors wird vorzugsweise durch Permanentmagnete aus z. B. Ferriten oder Selten-Erde-Magneten gebildet. Das Drehfeld des Stators wird von Elektromagneten erzeugt. Ein sich drehender Synchronmotor vollführt eine zur angelegten Wechselspannung synchrone Bewegung, weshalb seine Drehzahl über die Polpaarzahl mit der Frequenz der Wechselspannung verknüpft ist.
  • Ein Vorteil des Synchronmotors ist, dass im Normalbetrieb kein Schlupf zwischen Rotor und Stator auftritt. Deshalb ist ein permanent erregter Synchronmotor besonders gut zur Ansteuerung durch einen elektronischen Wechselrichter, wie z. B. einen Servoregler geeignet und kann dann mit relativ hoher Regelgenauigkeit als drehzahlvariabler Antrieb eingesetzt werden.
  • Ein prinzipieller Nachteil derartiger Synchronmotoren ist das sogenannte Rastmoment, im englischen auch als „cogging torque” bezeichnet. Dieses Phänomen tritt bei allen elektrischen Maschinen auf, bei denen die Magnete von einem Stator und von einem Rotor jeweils aus magnetisch sehr leitfähigem Material, wie z. B. Eisen, getragen werden. Die Elektromagnete im Stator sind Spulen aus z. B. Kupferdraht, der zwar elektrisch besonders gut leitet, nicht jedoch magnetisch. Der Kern dieser Spulen sind die sog. Zähne des Stators, die aus dem magnetisch sehr gut leitenden Material bestehen.
  • Bei der Drehung des Motors befindet sich an den Grenzen des Luftspaltes jeder Permanentmagnet auf dem Rotor abwechselnd erst gegenüber von einem Zahn des Stators und danach gegenüber von den Kupferdrahtwicklungen der Elektromagnete. Dabei fließt der magnetische Fluss aus den Permanentmagneten des Rotors heraus, vorrangig in radialer Richtung durch den Luftspalt hindurch und trifft dann bei der Drehung des Motors im Stator abwechselnd auf einen sehr hohen und dann wieder auf einen sehr niedrigen magnetischen Widerstand.
  • Dadurch ändert sich jeweils der Betrag des Magnetflusses und zwar schlagartig. Weil der Betrag dieses Magnetflusses den Betrag des vom Rotor abgegebenen mechanischen Drehmomentes bestimmt, ändert sich damit auch das Motordrehmoment schlagartig.
  • Das Ergebnis ist eine Schwankung des Motordrehmomentes um einen Mittelwert, das sog. Cogging. Dieser Effekt führt zu einem unruhigen und vibrierenden Lauf, insbesondere bei kleinen Drehzahlen, was bei einem drehzahlvariablen Motor unerwünscht ist.
  • Ein anderer Effekt dieser Rastmomente ist, dass der Rotor nach dem elektrischen Abschalten der Maschine nur in bestimmten Winkelstellungen stehen bleibt.
  • Um die Rastmomente zu reduzieren sind auf aktuellem Stand der Technik verschiedene Vorschläge bekannt. Die DE 10 2011 009 731 A1 stellt als bekannte Maßnahme das sog. „Abschrägen” des Rotors vor. Dazu wird der Rotor über seine Länge hinweg in mehrere Abschnitte aufgeteilt, die derart montiert werden, dass sie gegeneinander jeweils etwas um die Drehachse des Rotors geschrägt sind. Dazu müssen natürlich auch die Magnete über die Länge des Rotors hinweg in entsprechende Abschnitte aufgeteilt werden.
  • Es ist bekannt, diese Abschnitte so gegeneinander zu verschwenken, dass sich die an den einzelnen Abschnitten ergebenden Rastmomente mit den Rastmomenten an den anderen Abschnitten zumindest teilweise kompensieren, sodass die Rastmomente in der Summe gesehen wenigstens relativ stark verkleinert oder sogar nahezu auf Null gebracht werden können.
  • Zu den Nachteilen dieses Lösungsansatzes zählt, dass der Aufbau dieses Rotors aufwendiger ist als bei einem über die Länge hinweg gleichmäßig gestalteten.
  • Als eine alternative Lösung schlägt die DE 10 2011 009 731 A1 vor, den Strom durch die Elektromagnete des Stators in Abhängigkeit von der jeweiligen Winkelstellung des Rotors soweit zu reduzieren und/oder in seiner Phasenlage zu ändern, dass die Amplitude der Rastmomente zumindest deutlich reduziert und idealer Weise im Mittelwert auf Null abgesenkt wird.
  • Nachteilig ist auch, dass die kompensierten Rastmomente leider trotzdem nicht für eine Erzeugung von an der Motorwelle verfügbaren Drehmoment eingesetzt werden können, sondern nur den Wirkungsgrad des Motors verschlechtern.
  • Auf diesem Hintergrund hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, einen Synchronmotor zu entwickeln, bei dem die Rastmomente gar nicht oder nur in deutlich geringerem Umfang als beim bisherigen Stand der Technik entstehen. Insbesondere sollen dafür keine zusätzlichen Bauteile oder Baugruppen hinzugefügt werden, sondern nur die Form und die Dimensionen der bisher für einen Rotor eines Synchronmotors erforderlichen Teile verändert werden.
  • Als Lösung lehrt die Erfindung, dass die Magnetfächer durch längliche Stege voneinander getrennt sind, den Luftspalt von der Hohlraumoberfläche des Stators beabstandet ist, wobei die Magnetfächer durch längliche Stege voneinander getrennt sind, deren zum Luftspalt hin weisende Stegoberfläche sich mit ihren Kanten an die jeweilige Kante der Magnetaußenfläche beider an den jeweiligen Steg angrenzenden Magnete anschließt und sich zwischen diesen Kanten wulstartig in den Luftspalt hinein wölbt.
  • Das entscheidende Merkmal der Erfindung sind also die sich wulstartig in den Luftspalt hinein wölbenden Oberflächen der Stege zwischen den einzelnen Magneten. Im Querschnitt des Motors gesehen entsteht dadurch anstelle des Luftspaltes mit einem hohen magnetischen Widerstand eine magnetisch leitende Auswölbung des Rotors.
  • Im extremen Fall reicht sie bis ganz nahe an die Innenfläche des Hohlraums im Stator heran. Die maximale Größe dieser Ausformung wird nur durch den Mindestabstand limitiert, der zur berührungslosen Drehung des Rotors gegenüber dem Stator erforderlich ist.
  • Bei einer bestimmten Winkelstellung des Rotors bildet dieser Wulst nahezu einen magnetischen Kurzschluss über den Luftspalt hinweg. Mit dessen Größe wird dem Konstrukteur eines Motors ein Parameter an die Hand gegeben, mit dem er die Verteilung der magnetischen Induktion entlang des Luftspaltes noch näher an eine ideale Sinusform heran bringen kann.
  • Durch das Anformen des Wulstes und der weiteren Geometrie der Anordnung entstehen über den Umfang unterschiedliche Abstände zwischen Rotor und Stator, die zu unterschiedlichen magnetischen Leitfähigkeiten im Luftspalt Anlass geben, die über den Umfang gesehen in Grund- und Oberwellen zerlegbar sind. Durch die Formgebung des Wulstes lassen sich die Oberwellen beeinflussen und hierdurch verursachte Drehmomentschwankungen reduzieren, die sich dem mittleren Nenndrehmoment des Motors überlagern, wenn ein Permanentmagnet an einer Nut zwischen zwei Zähnen im Stator vorbei geschwenkt wird.
  • Auf diese Weise können die Rastmomente über eine Motorumdrehung hinweg soweit verkleinert werden, dass der Motor ein von Rastmomenten nahezu freies mechanisches Moment abgibt ohne dass ein zusätzlicher Aufwand bei der Ansteuerung des Stromes in den Elektromagneten des Stators erforderlich ist,
  • Ein weiterer vorteilhafter Effekt ist die Reduzierung der magnetischen Feldstärke in den Randbereichen der Magnete. Das ist in denjenigen Winkelstellungen von großem Vorteil, in denen nur der Randbereich der Permanentmagneten an der Erzeugung des Drehmomentes beteiligt ist. Wenn sich bei einer bestimmten Paarung von Permanentmagnet und Elektromagnet kurz vor der Beendigung der Drehmomentabgabe der magnetische Fluss auf den äußersten Rand des Permanentmagneten konzentriert und dieser Randbereich in radialer Richtung gesehen erheblich dünner ist als der übrige Teil des Permanentmagneten, so kann der Magnetfluss bei Betrieb mit Strömen im Bereich des zulässigen Grenzwertes auf einen derart kleinen Teil des Querschnittes vom Permanentmagneten konzentriert werden, dass dort die maximal zulässige, magnetische Feldstärke überschritten wird. Dadurch wird der Permanentmagnet in diesem Bereich entmagnetisiert.
  • Die Folge davon ist, dass dieser Bereich nicht mehr an der Erzeugung des notwendigen Drehmomentes beteiligt werden kann, sondern seine Wirkung den noch verbleibenden Bereichen des Magnetquerschnittes zusätzlich aufgebürdet werden muss. Weil dadurch deren Belastung steigt, kann auch in den neuen Grenzbereichen des noch verbliebenen, aktiven Magnetmaterials die zulässige Obergrenze überschritten werden, sodass der Permanentmagnet auch hier entmagnetisiert wird. Weil sich mit zunehmender Reduzierung des noch wirksamen Magnetquerschnittes in den verbliebenen Bereichen ein immer höherer Fluss aufbaut, gerät der Permanentmagnet in einen „Teufelskreis”, der ihn alsbald vollständig entmagnetisiert. Das Eintreten dieses Effektes kann die erfindungsgemäße Ausformung eines Wulstes im Bereich der Stege verhindern.
  • Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass sich die Beeinflussung des magnetischen Flusses im Luftspalt durch die erfindungsgemäßen Wülste auch auf die elektromotorische Kraft (EMK) auswirkt, also auf die in den Stator induzierte Spannung. Wenn es gelingt, den Oberschwingungsgehalt des magnetischen Flusses im Luftspalt zu reduzieren, reduziert sich damit auch der Oberschwingungsgehalt der EMK. Damit verringern sich auch die Verluste im magnetisch leitfähigen Material des Rotors sowie die Verluste in den Elektromagneten des Stators.
  • Wie bereits erwähnt, ist es das Verdienst der Erfindung, an die magnetisch leitfähigen Stege zwischen den einzelnen Magneten einen in den Luftspalt des Motors hinein ragenden, ebenfalls magnetisch leitfähigen Wulst anzuformen.
  • Mit der Gestaltung dieses Wulstes wird dem Konstrukteur ein weiterer Parameter an die Hand gegeben, mit dem er die Eigenschaften des Servomotors in gewünschter Weise beeinflussen kann.
  • Eine prinzipiell mögliche, extreme Dimensionierung ist, dass der Wulst einen rechteckigen Querschnitt hat, also die gleiche Breite wie der Steg aufweist und soweit, wie es eine einwandfreie Drehbarkeit des Rotors noch ermöglicht, an die Innenfläche des zylindrischen Hohlraums im Stator herangeführt ist. Da in dieser Ausführungsform ein großer Teil des Magnetflusses auf den nahezu rechteckförmigen Wulst ausgelagert wird, ist die Belastung der Randbereiche der Permanentmagneten so gering wie nur irgendwie möglich.
  • In dieser Ausführungsformel treten jedoch Rastmomente auf. Insbesondere nachteilig ist der nicht stetige Übergang zwischen der Stirnfläche und den Seitenflächen des Wulstes. Deshalb ist es zu bevorzugen, dass das Profil der sich in den Luftspalt hinein wölbenden Stegoberfläche stetig verläuft. Bei dem vorgenannten, nahezu rechteckigen Profil sollten also zumindest die Ecken abgerundet werden.
  • Dabei bevorzugt die Erfindung ein in sich symmetrisches Profil der in den Luftspalt hinein gewölbten Stegoberfläche und zwar in Bezug auf eine durch die Drehachse des Rotors hindurch verlaufende Mittellinie des Profils. Der Grund dafür ist, dass sich jeder Permanentmagnet stets mit einer Seite einem Zahn und einer Nute annähert und sich gleichzeitig mit seiner anderen Seite wieder davon entfernt. Es sind also relativ zu den Nuten und relativ zu den Zähnen grundsätzlich beide Bewegungsrichtungen relevant, auch wenn sich der Motor nur in einer Richtung drehen sollte.
  • Das Profil für den in Luftspalt hineinragenden Wulst kann im Prinzip beliebig gewählt werden. Es wird jedoch in radialer Richtung durch die Wandung des zylindrischen Hohlraums im Stator begrenzt. Seitlich an den Stegen – also in Umfangsrichtung des Rotors – ist eine Ausweitung des Wulstes über die Kante der Tasche hinaus nur dann denkbar, wenn es möglich ist, die Permanentmagnete in Längsrichtung in die Magnetfächer einzuschieben und zu befestigen. Dann können die Wülste sogar als zusätzliche mechanische Sicherung der Permanentmagneten gegen ihre Belastung durch Zentrifugalkraft beim Drehen dienen.
  • Es ist auch denkbar, dass der Wulst auf seiner Länge unterbrochen wird, z. B. um in dem Zwischenraum eine Bandage zum Fixieren der Permanentmagnete zu verlegen. In der Praxis werden jedoch für den Wulst auf dem Steg solche Profile häufiger sein, die nicht über die Permanentmagneten hinausragen, wie z. B. eine parabolische Profilierung der sich in den Luftspalt hinein wölbenden Stegoberfläche.
  • Besonders interessant ist es, dem Profil der Stegoberfläche die Form eines Kreisbogensegmentes zu verleihen. Dabei verläuft der Kreisbogen auf beiden Seiten jeweils durch eine Kante in der Magnetaußenfläche des angrenzenden Permanentmagneten. Das Verhältnis zwischen der Höhe des Luftspaltes und der Breite des Steges bestimmt dabei die Form des Kreisbogensegmentes. Wenn der Steg sehr viel schmäler ist, als der Luftspalt „hoch” ist, so kann der Wulst im Extremfall als nahezu vollständiger Zylinder ausgeformt werden, der dann über die benachbarten Permanentmagnete herüberragt.
  • Wenn – im anderen Extrem – der Steg im Verhältnis zum Luftspalt sehr breit ist, so wird das Profil der Stegoberfläche nur ein Viertelkreis oder ein geringerer Anteil eines Kreises sein.
  • Das Extrem in dieser Richtung ist ein gegen unendlich gehender Radius der Krümmung der Stegoberfläche. Damit ist der Wulst praktisch nicht vorhanden, sondern die sichtbare Stirnseite des Steges ist stattdessen eine Ebene.
  • Auch für das Profil der Permanentmagneten und damit für das Profil der Magnetfächer sind Varianten möglich und sinnvoll. So schlägt die Erfindung vor, dass die Innenfläche wenigstens eines Magnetfaches, die sich zwischen den Stegen erstreckt und die zur Drehachse des Rotors hin weist, eben ist. Das ist insbesondere deshalb sinnvoll, weil sich Ebenen leicht fertigen lassen und die Magneten auf einer derartigen Ebene einfach auszurichten sind und zum Beispiel durch Verkleben sicher und kostengünstig befestigt werden können.
  • Im Extremfall ist es möglich, dass das Profil der Permanentmagnete in Längsrichtung des Motors ein Rechteck ist, dass also der nach innen weisenden Ebene eine nach außen weisende Ebene gegenübersteht. In dieser Ausführungsform schwankt die Höhe des Luftspaltes über den Permanentmagneten hinweg.
  • In einer anderen Variante ist die sichtbare Außenfläche des Permanentmagneten ein Zylindersegment, das – nur vermindert um die Breite des Luftspaltes – zur Innenfläche des zylindrischen Hohlraumes im Stator komplementär geformt ist. In dieser Variante ist der Luftspalt zwischen der Magnetaußenfläche und der Hohlraumoberfläche des Stators überall von gleicher Größe.
  • In der Praxis wird diese Variante relativ häufig sein, da sie prinzipiell sehr viel weniger Rastmomente erzeugt, als ein Permanentmagnet mit rechteckigem Profil und mit dem sich daraus ergebendem Maximum des Luftspaltes in der Mitte des Permanentmagneten, jeweils im Querschnitt des Motors gesehen.
  • Eine andere interessante Variante ist es, den Permanentmagneten kissenartig in seiner Mitte über den zum Innenraum des Stators hinweg komplementären Kreisbogen hinaus aufzuwölben. Dann ist der Luftspalt in der Mitte des Magneten am kleinsten und an seinen Rändern am größten.
  • Eine weitere Verfeinerung eines erfindungsgemäßen Synchronmotors ist eine Kerbe in den Magnetfächern am Rand der Auflageebene der Magneten und entlang den Stegen. Diese Kerbe hat vorzugsweise abgerundete Ecken und einen stetigen Verlauf des Profils zum Beispiel durch darin enthaltene Kreisbögen. Dadurch reduziert sie die nachteiligen Einflüsse von Spitzenwerten des magnetischen Flusses im Randbereich der Permanentmagnete und verringert das Rastmoment des Motors.
  • Schließlich wird noch vorgeschlagen eine Verbesserung der Fixierung der Permanentmagneten dadurch vorzunehmen, dass zwischen Stegoberfläche und Permanentmagnet von außen Kleber aufgetragen wird. Dabei steht im Rahmen dieses Vorschlages grundsätzlich frei, ob der Wulst zum Luftspalt hin frei bleibt oder von Kleber bedeckt wird, da entscheidend ist, dass seitlich des Wulstes zum Magnet hin eine Klebeverbindung hergestellt wird.
  • Im Folgenden sollen weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert werden. Diese sollen die Erfindung jedoch nicht einschränken, sondern nur erläutern. Es zeigt in schematischer Darstellung:
  • 1 Schnitt durch Stator und Rotor eines erfindungsgemäßen Motors
  • 2 Schnitt durch den Rotor ohne Permanentmagneten
  • 3 Schnitt durch einen Steg des Rotors
  • In 1 ist der Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Synchronmotor gezeichnet. In der hier gezeigten Ausführungsvariante bestehen sowohl der Rotor (3) als auch der Stator (7) aus zahlreichen identischen Blechen, die als Blechschnitte oder wegen ihrer runden Form als auch „Ronden” bezeichnet werden. Diese Bleche sind in der Praxis zumeist auf beiden Seiten mit einem Lack beschichtet und miteinander verklebt. Durch diese Blechung wird die Ausbildung von Wirbelströmen deutlich reduziert.
  • In 1 ist außen der ringförmige Stator (7) zu sehen, der den Rotor (3) umschließt. Die Fläche des Rotors (3) ebenso wie die des Stators (7) ist nicht schraffiert, da es die Außenfläche jeweils eines Blechschnittes ist.
  • Schraffiert sind hingegen die Querschnitte der Permanentmagneten (1), da sie als längliche Elemente über zahlreiche Blechschnitte hinweg verlaufen. In 1 ist sehr gut zu erkennen, dass das Profil der Permanentmagnete (1) in seiner Mitte kissenartig aufgewölbt ist und zwar über den Radius des Rotors (3) hinaus, der durch die Kanten der Permanentmagneten (1) und damit auch an den Kanten der Magnetfächer (2) vorgegeben ist.
  • In 1 wird auf den ersten Blick deutlich, dass die Permanentmagneten (1) durch die Stege (4) des Rotors (3) voneinander getrennt sind. Die Stege (4) sind an ihrer zum Luftspalt (6) weisenden Seite ebenfalls kissenartig in den Luftspalt hineingewölbt.
  • Der Stator (7) entspricht dem bekannten Stand der Technik, d. h. es wechseln sich die Zähne (72) mit den Nuten (71) ab, in denen die Windungen aus elektrisch leitfähigem Draht zum Herstellen der Elektromagnete des Stators (7) ihren Platz finden.
  • In 1 ist nachvollziehbar, dass bei der gezeigten Winkelstellung des Rotors (3) im Stator (7) der Steg (4) ganz oben in der Mitte direkt gegenüber der Mitte eines Zahnes (72) des Stators (7) steht und sich damit in dessen Mittelachse und damit auch in der Mittelachse des auf diesem Zahn (72) aufgebauten Elektromagneten befindet. Es ist in 1 leicht nachvollziehbar, dass die kissenartige Auswölbung der Stegoberfläche (41) des Steges (4), die wie eine Halbinsel in den Luftspalt (6) hineinragt, an dieser Stelle dem Magnetfluss einen geringeren Widerstand im Luftspalt (6) bietet als ohne diese Auswölbung. Es wird also in diesem Bereich die magnetische Leitfähigkeit gegenüber dem bekannten Stand der Technik deutlich erhöht. Dadurch wird auch das bisher zu beklagende deutliche Rastmoment verringert, dass durch den Abfall des magnetischen Flusses an dieser Stelle – also oben in der Mitte des Luftspaltes (6) in 1 – ansonsten entstehen würde.
  • In 2 ist als vergrößerter Ausschnitt der Rotor (3) des in 1 dargestellten Motors gezeichnet. Hier sind der Übersichtlichkeit halber die Permanentmagneten (1) weggelassen. Dadurch werden die Magnetfächer (2) deutlich sichtbar. Sie haben in dieser Ausführungsform eine ebene Grundfläche und an deren Kanten auch ebene Seitenflächen der Stege (4) wobei die Grundfläche und die Seitenfläche mit einem Radius ineinander übergehen.
  • Sehr deutlich zu erkennen ist in 2, dass die Stegoberflächen (41) der Stege (4) nach außen hin ausgewölbt sind und sich damit über eine gerade Verbindungslinie zwischen den beiden Eckkanten der benachbarten Magnetfächer (2) hinausheben. In der gezeigten Ausführungsform ist der Umriss der Stege (4) stetig. Dadurch werden Unstetigkeiten im Magnetfluss deutlich reduziert.
  • In 3 ist im Ausschnitt ein stark vergrößerter Steg (4) zwischen zwei Magnetfächern (2) dargestellt. Die Form der Stegoberfläche (41) entspricht etwa den Stegoberflächen (41) in den 1 und 2. In der Vergrößerung der 3 ist deutlich zu erkennen, dass der Krümmungsradius des Kreisbogensegmentes (5) sehr viel kleiner ist als der Radius des Rotors (3), was durch den Radius des Kreisbogensegmentes (5) deutlich gemacht ist. In diesem Ausführungsbeispiel wölbt sich also die Stegoberfläche (41) deutlich über den zylindrischen Umfang des Rotors zwischen den Kanten der Magnetfächer (2) hinaus auf.
  • Zusätzlich ist in 3 das Profil je einer Kerbe (21) am Rand der Grundfläche der beiden dargestellten Magnetfächer (2) zu sehen. Diese Kerben (21) ziehen sich wie ein Graben an der Seitenwand der Stege (4) entlang. Ihre Funktion ist zum einen die Möglichkeit der Beeinflussung des Rastmoments durch die Wahl geeigneter Geometrien sowie zum anderen die Möglichkeit als Klebstoffreservoir zu dienen.
  • Auch in 3 wird deutlich, dass sich der Luftspalt (6) am Rand der Profile der Permanentmagneten (11) vergrößert, sich aber im Bereich der Permanentmagnete wieder verkleinert. Auch dadurch wird gegenüber dem bekannten Stand der Technik eine Reduzierung des Rastmomentes erreicht.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Permanentmagneten, füllen die Magnetfächer 2 im Rotor 3
    11
    Magnetaußenfläche eines Permanentmagneten 1, weist zum Stator 7 hin
    2
    Magnetfächer auf der Mantelfläche des Rotors 3
    21
    Kerbe am Rand der Grundfläche des Magnetfaches 2
    3
    Rotor, im Stator 7 drehbar gelagert
    4
    Steg zwischen jeweils zwei Magnetfächern 2
    41
    Stegoberfläche des Steges 4
    5
    Kreisbogensegment als Profil der Stegoberfläche 41
    6
    Luftspalt zwischen Magnetaußenfläche 11 und Stator 7
    7
    Stator
    71
    Nut im Stator 7
    72
    Zahn des Stators 7
  • 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
    • DE 102011009731 A1 [0009, 0012]

Claims (11)

  1. Synchronmotor bestehend aus einem Stator (7) – mit Elektromagneten und – mit einem zylindrischen Hohlraum, in dem ein zylindrischer Rotor (3) drehbar gelagert ist, – der aus magnetisch leitfähigem Material besteht und – in dessen Mantelfläche mehrere Magnetfächer (2) eingeformt sind, – die sich in axialer Richtung des Rotors (3) erstrecken und – die jeweils von Permanentmagneten (1) ausgefüllt sind, deren Magnetaußenfläche (11) um den Luftspalt (6) von der Hohlraumoberfläche des Stators (7) beabstandet ist. dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetfächer (2) durch längliche Stege (4) voneinander getrennt sind, deren zum Luftspalt (6) hin weisende Stegoberfläche (41) – sich mit ihren Kanten an die jeweilige zum Steg weisende Stirnfläche beider an den jeweiligen Steg (4) angrenzenden Magnete (1) anschließt und – sich zwischen diesen Kanten wulstartig (konvex) in den Luftspalt (6) hinein wölbt.
  2. Synchronmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil der sich in den Luftspalt (6) hinein wölbenden Stegoberfläche (41) stetig verläuft.
  3. Synchronmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil der sich in den Luftspalt (6) hinein wölbenden Stegoberfläche (41) symmetrisch ist und zwar in Bezug auf eine durch die Drehachse des Rotors (3) hindurch verlaufende Mittellinie des Profils.
  4. Synchronmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die sich in den Luftspalt (6) hinein wölbende Stegoberfläche (41) parabolisch profiliert ist.
  5. Synchronmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil der sich in den Luftspalt (6) hinein wölbenden Stegoberfläche (41) die Form eines Kreisbogensegmentes (5) aufweist, wobei der Kreisbogen auf beiden Seiten jeweils durch die zum Steg weisende Stirnfläche beider angrenzenden Permanentmagneten (1) verläuft.
  6. Synchronmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfläche wenigstens eines Magnetfaches (2), – die sich zwischen den Stegen (4) erstreckt und – die zur Drehachse des Rotors (3) hin weist, eben ist.
  7. Synchronmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftspalt (6) zwischen Magnetaußenfläche (11) und Hohlraumoberfläche des Stators (7) überall von gleicher Größe ist.
  8. Synchronmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftspalt (6) zwischen Magnetaußenfläche (11) und Hohlraumoberfläche des Stators (7) in der Mitte der Magnetaußenfläche (11) am kleinsten ist und zu den Rändern hin sich stetig vergrößert, bezogen auf den Querschnitt durch den Synchronmotor.
  9. Synchronmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflagefläche der Permanentmagneten (1) in den Magnetfächern (2) eine Ebene ist und an den Kanten dieser Ebene entlang der sie begrenzenden Stege (4) eine Kerbe (21) eingegraben ist, die parallel zu den beiden begrenzenden Stegen (4) geformt ist.
  10. Synchronmotor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil der Kerbe (21) stetige Übergänge aufweist, zum Beispiel durch Kreisbögen.
  11. Synchronmotor nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Stegoberfläche (41) und Permanentmagnet (1) Kleber eingebracht ist.
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