DE102012021209A1 - Stator assembly for electric machine e.g. spindle motor having fluid dynamic bearing system, has a pole tooth having windings which are arranged with winding wires that are arranged in vibration-damped manner on the pole teeth - Google Patents
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Abstract
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die Erfindung betrifft eine Statoranordnung für eine elektrische Maschine, insbesondere eine Statoranordnung für einen Spindelmotor mit fluiddynamischem Lagersystem, wie er beispielsweise zum Antrieb von Festplattenlaufwerken verwendet werden kann.The invention relates to a stator assembly for an electric machine, in particular a stator assembly for a spindle motor with fluid dynamic bearing system, as it can be used for example for driving hard disk drives.
Stand der TechnikState of the art
Bei elektrischen Maschinen mit Elektromotoren, wie z. B. Spindelmotoren zum Antrieb von Festplattenlaufwerken, besteht die Statoranordnung aus einem Statorkern mit mehreren Polzähnen, wobei auf den Polzähnen jeweils Spulen einer Wicklung bestehend aus mehreren Windungen eines Wicklungsdrahtes angeordnet sind.In electrical machines with electric motors, such. B. spindle motors for driving hard disk drives, the stator assembly consists of a stator core with a plurality of pole teeth, wherein each of the pole teeth coils of a winding consisting of a plurality of turns of a winding wire are arranged.
Der Statorkern der Statoranordnung besteht in der Regel aus einem laminierten Stapel von Statorblechen, beispielsweise einer Anzahl von 0,2 mm dicken Blechen.The stator core of the stator assembly is typically a laminated stack of stator laminations, for example, a number of 0.2 mm thick laminations.
Festplattenlaufwerke umfassen eine Schreib-Leseeinrichtung, mit welcher die auf die Festplatte zu speichernden Daten auf die Speicherplatte geschrieben bzw. von dieser gelesen werden. Die Schreib-Leseeinrichtung wird durch ein Servosystem angetrieben, welches die magnetischen Köpfe der Schreib-Leseeinrichtung an den entsprechenden Positionen der Speicherplatte positioniert.Hard disk drives comprise a read / write device with which the data to be stored on the hard disk is written to or read from the disk. The read-write device is driven by a servo system which positions the magnetic heads of the read-write device at the respective positions of the storage disk.
Bei einem Festplattenlaufwerk handelt es sich um ein komplexes schwingungsfähiges System, bestehend aus verschiedenen Baugruppen. Der elektromagnetische Antrieb im Festplattenlaufwerk erzeugt eine breitbandige Anregung und kann, unter bestimmten Randbedingungen, Eigenfrequenzen des Servosystems der Schreib/Leseköpfe zum Schwingen bringen. In diesem Fall spricht man von Resonanz. Bei Resonanz liegen Anregungsfrequenzen, hier speziell von der Statoranordnung, nahe einer Eigenfrequenz des Servosystems.A hard disk drive is a complex, oscillatory system consisting of various assemblies. The electromagnetic drive in the hard disk drive generates a broadband excitation and can, under certain conditions, resonate natural frequencies of the servo system of the read / write heads. In this case we speak of resonance. At resonance, excitation frequencies, in this case especially of the stator arrangement, are close to a natural frequency of the servo system.
Dieses Servosystem ist eine mechanische Baugruppe und hat mehrere bestimmte Eigenfrequenzen, wobei sich herausgestellt hat, dass diese Eigenfrequenzen durch den Spindelmotor, insbesondere durch die bei ca. 10 bis 60 kHz liegenden Resonanzen der Statoranordnung, zum Schwingen angeregt werden können.This servo system is a mechanical assembly and has several specific natural frequencies, it has been found that these natural frequencies can be excited by the spindle motor, in particular by lying at about 10 to 60 kHz resonances of the stator assembly to vibrate.
Die Wicklungsdrähte der Statorwicklungen werden im elektrischen Betrieb des Motors durch magnetische Kräfte bewegt, und der Statorkern der Statoranordnung wird dadurch zu Schwingungen angeregt, die sich dann über das Festplattengehäuse auf das Servosystem übertragen und dieses zur Resonanz anregen.The winding wires of the stator windings are moved in the electrical operation of the motor by magnetic forces, and the stator core of the stator assembly is thereby excited to oscillate, which then transferred via the hard disk housing to the servo system and stimulate this to resonate.
Das bedeutet, dass bei bestimmten Betriebsbedingungen die von der Statoranordnung erzeugten Frequenzen, und insbesondere auch die harmonischen Frequenzen, in den Bereich der Eigenfrequenzen des Servosystems fallen und das Servosystem dadurch zum Schwingen anregen und im Betrieb stören können. Als Schwingungsarten zeigen sich Biegeschwingungen, Torsionsschwingungen und Scherschwingungen.This means that under certain operating conditions, the frequencies generated by the stator assembly, and in particular the harmonic frequencies, fall within the range of the natural frequencies of the servo system and thereby stimulate the servo system to vibrate and interfere with operation. The types of vibration are bending vibrations, torsional vibrations and shearing vibrations.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Käme es bei einem Design zum Resonanzfall, so gibt es verschiedene technische Möglichkeiten, diesen zu vermeiden oder die Resonanzamplitude zu reduzieren. Änderungen am mechanischen Design der Bauteile der Statoranordnung, strukturellen Steifigkeiten, Dehnsteifigkeiten, Biegesteifigkeiten, Torsionssteifigkeiten (abhängig von Geometrie und Material) können Eigenfrequenzen und Eigenschwingform verändern. Außerdem kann man die Amplituden im Resonanzfall durch verschiedenste Dämpfungsarten reduzieren.If a design were to resonate, there are various technical possibilities to avoid this or to reduce the resonance amplitude. Changes in the mechanical design of the components of the stator assembly, structural stiffness, tensile stiffness, bending stiffness, torsional stiffness (depending on geometry and material) can change natural frequencies and natural vibration. In addition, one can reduce the amplitudes in the case of resonance by various types of damping.
Folgende Parameter sind bei der experimentellen und numerischen Modalanalyse von Interesse:
- – Die Eigenfrequenzen des Bauteils oder der Baugruppe.
- – Die Eigenschwingform des Bauteils oder der Baugruppe.
- – Die Dämpfungswerte sowie der Dämpfmechanismus.
- - The natural frequencies of the component or assembly.
- - The natural vibration of the component or assembly.
- - The damping values and the damping mechanism.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Statoranordnung einer elektrischen Maschine so auszugestalten, dass scharfe Resonanzamplituden verhindert werden oder in Frequenzbereiche verschoben werden, in denen sie das Servosystem der Schreib-Leseeinrichtung oder andere Komponenten des Festplattenlaufwerks nicht stören.It is therefore an object of the invention to design a stator assembly of an electric machine so that sharp resonance amplitudes are prevented or shifted to frequency ranges in which they do not interfere with the servo system of the read-write device or other components of the hard disk drive.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Statoranordnung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.This object is achieved by a stator assembly with the features of
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung und weitere vorteilhafte Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Preferred embodiments of the invention and further advantageous features are indicated in the dependent claims.
Die Statoranordnung umfasst einen Statorkern mit mehreren Polzähnen, wobei jeder Polzahn mit einer Wicklung aus Wicklungsdraht bewickelt ist. Der Wicklungsdraht hat vorzugsweise einen kreisrunden Querschnitt und ist aus Elektrokupfer. Zur elektrischen Isolierung ist er an seiner Oberfläche mit einem Isolationslack versehen.The stator assembly comprises a stator core having a plurality of pole teeth, each pole tooth being wound with a winding of winding wire. The winding wire preferably has a circular cross section and is made of electro copper. For electrical insulation, it is provided on its surface with an insulating varnish.
Erfindungsgemäß sind die Wicklungsdrähte der Wicklungen schwingungsgedämpft auf den Polzähnen angeordnet. According to the winding wires of the windings are arranged vibration damped on the pole teeth.
Durch die schwingungsgedämpfte, das heißt weiche und somit etwas bewegliche Anordnung der Wicklungsdrähte auf den Polzähnen werden insbesondere die höheren Resonanzfrequenzen bzw. harmonischen Frequenzen der Statoranordnung gedämpft bzw. in ihrem Frequenzbereich verschoben. Je nach Auslegung der Statoranordnung kann die Verschiebung der Frequenzen zu höheren oder niedrigeren Frequenzen erfolgen.Due to the vibration-damped, ie soft and thus somewhat movable arrangement of the winding wires on the pole teeth, in particular the higher resonance frequencies or harmonic frequencies of the stator arrangement are damped or shifted in their frequency range. Depending on the design of the stator, the shift of the frequencies can be made to higher or lower frequencies.
Für die schwingungsgedämpfte Anordnung der Wicklungsdrähte auf den Polzähnen kann vorzugsweise ein viskoelastisches Material verwendet werden, das zwischen den Polzähnen und dem Wicklungsdraht angeordnet ist, so dass die Wicklungsdrähte nicht direkt auf dem Metall der Polzähne aufliegen. Dies lässt eine Bewegung der Wicklung in der Größenordnung von Mikrometern zu.For the vibration damped arrangement of the winding wires on the pole teeth, a viscoelastic material may be used, which is arranged between the pole teeth and the winding wire, so that the winding wires do not rest directly on the metal of the pole teeth. This allows for movement of the winding on the order of microns.
Dieses viskoelastische Material kann vorzugsweise Gummi bzw. ein Material auf Basis von Naturkautschuk umfassen, da diese Materialien eine sehr gute Dämpfung, insbesondere bei hohen Frequenzen, aufweisen.This viscoelastic material may preferably comprise rubber or a material based on natural rubber, since these materials have a very good damping, especially at high frequencies.
Gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung können die Polzähne zumindest im Bereich der Wicklungen mit dem viskoelastischen Material beschichtet sein, d. h. das viskoelastische Material wird direkt auf die Oberfläche der Polzähne aufgebracht, und dann wird der Wicklungsdraht auf das viskoelastische Material gewickelt.According to a first embodiment of the invention, the pole teeth may be coated at least in the region of the windings with the viscoelastic material, d. H. the viscoelastic material is applied directly to the surface of the pole teeth, and then the winding wire is wound on the viscoelastic material.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung kann das viskoelastische Material als Folie oder Band ausgebildet sein, welches im Bereich der Wicklungen auf die Polzähne aufgebracht wird. Die Polzähne werden zunächst mit einem Band aus viskoelastischem Material bewickelt und danach mit dem Wicklungsdraht bewickelt.In another embodiment of the invention, the viscoelastic material may be formed as a film or tape, which is applied to the pole teeth in the region of the windings. The pole teeth are first wound with a band of viscoelastic material and then wound with the winding wire.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung kann der Wicklungsdraht selbst mit dem viskoelastischen Material beschichtet sein. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass nicht nur eine gute Dämpfung gegenüber dem Statorkern bzw. den Polzähnen gegeben ist, sondern das viskoelastische Material gleichzeitig die elektrische Isolation der Wicklungsdrähte übernimmt.In another embodiment of the invention, the winding wire itself may be coated with the viscoelastic material. This results in the advantage that not only a good damping against the stator core and the pole teeth is given, but the viscoelastic material at the same time takes over the electrical insulation of the winding wires.
Durch die Anordnung eines viskoelastischen Materials zwischen den Wicklungsdrähten und dem Statorkern wird verhindert, dass durch die Wicklungen erzeugte Schwingungen ungedämpft auf den Statorkern übertragen werden und diesen zur Resonanz anregen. Das viskoelastische Material dämpft die vom Wicklungsdraht erzeugten Schwingung und insbesondere die Resonanzamplituden bei höheren Frequenzen.The provision of a viscoelastic material between the winding wires and the stator core prevents vibrations generated by the windings from being transmitted to the stator core without being damped and causing it to resonate. The viscoelastic material dampens the vibration generated by the winding wire and in particular the resonance amplitudes at higher frequencies.
Dadurch ergeben sich geringere Amplituden im Resonanzfall und die Resonanzfrequenz wird insgesamt in unkritische Frequenzbereiche verschoben, wo sie nicht die Resonanzfrequenz des Servosystems der Schreib-Leseköpfe des Festplattenlaufwerkes zum Schwingen anregen.This results in lower amplitudes in the case of resonance and the resonance frequency is shifted in total to uncritical frequency ranges, where they do not stimulate the resonant frequency of the servo system of the read-write heads of the hard disk drive to vibrate.
Die Wicklungsdrähte der Statorwicklungen werden im elektrischen Betrieb des Elektromotors durch magnetische Kräfte zum Schwingen angeregt. Eine mechanische Isolation der Wicklungsdrähte vom Statorkern durch das viskoelastische Material kann eine Ausbreitung der Schwingungen auf die Statoranordnung reduzieren und dämpfen.The winding wires of the stator windings are excited in the electrical operation of the electric motor by magnetic forces to vibrate. Mechanical isolation of the winding wires from the stator core by the viscoelastic material can reduce and damp propagation of the vibrations on the stator assembly.
Erfindungsgemäß sind noch andere Möglichkeiten vorgesehen, um die Schwingungsamplituden der Statoranordnung zu verringern bzw. die Eigenfrequenzen in höhere bzw. tiefere Frequenzbereiche zu verschieben.According to the invention, other possibilities are provided to reduce the oscillation amplitudes of the stator arrangement or to shift the natural frequencies into higher or lower frequency ranges.
Eine erste Möglichkeit ist es, die Windungszahl der Wicklungen bei demselben Drahtdurchmesser zu erhöhen, was zu einer Erhöhung der Wicklungsmasse führt, so dass insgesamt die Resonanzfrequenzen (und Harmonischen) nach unten in Richtung der tieferen Frequenzen verschoben werden. Entsprechend verschiebt eine Verringerung der Windungszahl der Wicklungen die Resonanzfrequenzen der Statoranordnung nach oben in Richtung der höheren Frequenzen.A first possibility is to increase the number of windings of the windings at the same wire diameter, which leads to an increase of the winding mass, so that overall the resonance frequencies (and harmonics) are shifted downwards in the direction of the lower frequencies. Accordingly, a reduction in the number of turns of the windings shifts the resonant frequencies of the stator assembly upwardly toward the higher frequencies.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Massenschwerpunkt der ganzen Wicklung eines Polzahnes möglichst weit radial nach außen in Richtung der Enden der Zähne zu verschieben, so dass sich bestimmte Eigenfrequenzen der Statoranordnung verringern. Umgekehrt bewirkt eine Verschiebung des Schwerpunktes der Wicklung, also des Massenschwerpunktes, radial nach innen, eine Erhöhung bestimmter Eigenfrequenzen.Another possibility is to move the center of gravity of the entire winding of a pole tooth as far as possible radially outward in the direction of the ends of the teeth, so that certain natural frequencies of the stator reduce. Conversely, a shift of the center of gravity of the winding, ie the center of gravity, radially inwardly, causes an increase in certain natural frequencies.
Eine wirksame Möglichkeit ist es auch, die Polzähne in ihrer Geometrie leicht unterschiedlich auszubilden, so dass jeder Polzahn eine etwas andere Eigenfrequenz aufweist. Auf diese Weise wird die Ausbildung einer scharfen Resonanzamplitude mit hoher Güte vermieden.It is also an effective possibility to design the pole teeth slightly differently in their geometry so that each pole tooth has a slightly different natural frequency. In this way, the formation of a sharp resonance amplitude with high quality is avoided.
Hierbei kann insbesondere die Länge eines Polzahns oder mehrerer Polzähne leicht unterschiedlich ausgebildet sein oder aber die Breite eines Polzahns oder mehrerer Polzähne leicht unterschiedlich ausgebildet sein. Die Breite eines Polzahns kann in radialer Richtung veränderlich sein oder in axialer Richtung des Statorkerns können die Veränderungen auch die Gestaltung der einzelnen Statorbleche zueinander betreffen.In this case, in particular, the length of a pole tooth or a plurality of pole teeth can be slightly different or the width of a pole tooth or a plurality of pole teeth can be slightly different. The width of a Polzahns may be variable in the radial direction or in the axial direction of the stator core, the changes also affect the design of the individual stator laminations to each other.
Die Verbindungspunkte eines Statorblechs zu einem benachbarten Blech in axialer Richtung können für die verschiedenen Polzähne in Form und relativer Lage leicht unterschiedlich gestaltet sein. Dadurch entsteht für einen zu bewickelnden Polzahn ein von den anderen Polzähnen leicht abweichendes Verhalten in Bezug auf die Lage der Resonanzamplituden und deren Höhe, was insgesamt zu einem abweichenden Verhalten der Statoranordnung führt.The connection points of a stator plate to an adjacent plate in the axial direction can be slightly different for the different pole teeth in shape and relative position. This results in a slightly different behavior of the other pole teeth for a pole tooth to be wound in relation to the position of the resonance amplitudes and their height, which leads to a deviating behavior of the stator arrangement.
Die Kontaktoberfläche der Statorbleche zueinander kann bearbeitet sein, um die Reibung zwischen den einzelnen Statorblechen zu erhöhen und dadurch ein leicht abweichendes Verhalten in Bezug auf die Lage der Resonanzamplituden und deren Höhe zu erreichen, was insgesamt zu einem abweichenden Verhalten der Statoranordnung führt.The contact surface of the stator laminations to one another can be processed in order to increase the friction between the individual stator laminations and thereby to achieve a slightly different behavior with respect to the position of the resonant amplitudes and their height, which leads to an altogether deviant behavior of the stator arrangement.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung besteht der Statorkern der Statoranordnung aus mehreren übereinander gestapelten Statorblechen. Um eine Eigenresonanz mit hoher Güte zu verhindern ist es erfindungsgemäß ebenfalls vorgesehen, die Statorbleche unterschiedlich dick auszubilden, wobei beispielsweise für den gesamten Stapel zwei verschieden dicke Statorbleche in unterschiedlicher Stapelung verwendet werden. Es können auch mehr als zwei unterschiedlich dicke Statorbleche verwendet werden.In a preferred embodiment of the invention, the stator core of the stator assembly consists of a plurality of stacked stator laminations. In order to prevent a self-resonance with high quality, it is also provided according to the invention to form the stator laminations of different thickness, for example, two different thickness stator laminations are used in different stacking for the entire stack. It can also be used more than two different thickness stator laminations.
Der Statorkern umfasst zumeist einen geschlossenen Rückschluss, an dem die Polzähne angeordnet sind. Durch entsprechende Wahl des Innenradius oder Außenradius des Rückschlusses kann die Resonanzfrequenz der Statoranordnung ebenfalls beeinflusst werden.The stator core usually comprises a closed return, on which the pole teeth are arranged. By appropriate choice of the inner radius or outer radius of the return path, the resonant frequency of the stator assembly can also be influenced.
Vorzugsweise beträgt der Innenradius des Rückschlusses des Statorkerns mindestens 60% des Gesamtradius des Statorkerns. Vorzugsweise beträgt der Außenradius des Rückschlusses des Statorkerns mindestens 70% des Gesamtradius des Statorkerns.Preferably, the inner radius of the conclusion of the stator core is at least 60% of the total radius of the stator core. Preferably, the outer radius of the conclusion of the stator core is at least 70% of the total radius of the stator core.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindungen anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Hierbei ergeben sich weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung.Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described with reference to the drawings. This results in further features and advantages of the invention.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der ErfindungDescription of preferred embodiments of the invention
Die
Die
Der Spindelmotor umfasst eine Basisplatte
An ihrem unteren Ende ist die Welle
Es kann ein Rezirkulationskanal
Der Spindelmotor umfasst ein elektromagnetisches Antriebsystem, das aus einer an der Basisplatte
Als Gegenlager zum Axiallager
Die Statoranordnung
Wie man aus
Aus
Durch die unterschiedlich dicken Statorbleche ergibt sich ein anderes Schwingungsverhalten der Statoranordnung im Vergleich zu einem gleich hohen Statorpaket mit Statorblechen gleicher Dicke, d. h. die Anregungsfrequenz wird verschoben, was die Gefahr einer Anregung der Eigenfrequenzen des Servosystems des Festplattenlaufwerkes verringern kann.Due to the different thickness stator laminations results in a different vibration behavior of the stator compared to an equal stator with stator of the same thickness, d. H. the excitation frequency is shifted, which can reduce the risk of excitation of the natural frequencies of the servo system of the hard disk drive.
Die Verbindungspunkte eines Statorblechs zu einem benachbarten Blech in axialer Richtung können für die verschiedenen Polzähne in Form und relativer Lage leicht unterschiedlich gestaltet sein. Dadurch entsteht für einen zu bewickelnden Polzahn ein von den anderen Polzähnen leicht abweichendes Verhalten in Bezug auf die Lage der Resonanzamplituden und deren Höhe, was insgesamt zu einem abweichenden Verhalten der Statoranordnung führt.The connection points of a stator plate to an adjacent plate in the axial direction can be slightly different for the different pole teeth in shape and relative position. This results in a slightly different behavior of the other pole teeth for a pole tooth to be wound in relation to the position of the resonance amplitudes and their height, which leads to a deviating behavior of the stator arrangement.
Die Kontaktoberfläche der Statorbleche zueinander kann bearbeitet sein, um die Reibung zwischen den einzelnen Statorblechen zu erhöhen und dadurch ein leicht abweichendes Verhalten in Bezug auf die Lage der Resonanzamplituden und deren Höhe zu erreichen, was insgesamt zu einem abweichenden Verhalten der Statoranordnung führt.The contact surface of the stator laminations to one another can be processed in order to increase the friction between the individual stator laminations and thereby to achieve a slightly different behavior with respect to the position of the resonant amplitudes and their height, which leads to an altogether deviant behavior of the stator arrangement.
Es handelt sich hierbei um einen Außenläufermotor. Bei einem Innenläufermotor wären die Polzähne am Innenumfang des Stator-Rückschlusses radial nach innen in Richtung der Rotationsachse gerichtet.It is an external rotor motor. In an internal rotor motor, the pole teeth on the inner circumference of the stator yoke would be directed radially inwards in the direction of the axis of rotation.
Die Statoranordnung
Der Rotormagnet ist durch einen Luftspalt vom Außenumfang der Statoranordnung
Auf jedem Polzahn
Vorzugsweise beträgt der Innenradius Ri des Rückschlusses des Statorkerns mindestens 60% des Gesamtradius Rs des Statorkerns. Vorzugsweise beträgt der Außenradius Ra des Rückschlusses des Statorkerns mindestens 70% des Gesamtradius Rs des Statorkerns.Preferably, the inner radius R i of the conclusion of the stator core is at least 60% of the total radius R s of the stator core. Preferably, the outer radius R a of the conclusion of the stator core is at least 70% of the total radius R s of the stator core.
Erfindungsgemäß ist die Wicklung
Beispielsweise kann das viskoelastische Material als Folie oder Band ausgebildet sein, das um den Polzahn
Die Kontaktoberfläche der Statorbleche zueinander kann mit einem viskoelastischen Material versehen sein, um die Reibung und Dämpfung zwischen den einzelnen Statorblechen zu erhöhen und dadurch ein leicht abweichendes Verhalten in Bezug auf die Lage der Resonanzamplituden und deren Höhe zu erreichen, was insgesamt zu einem abweichenden Verhalten der Statoranordnung führt.The contact surface of the stator laminations to one another can be provided with a viscoelastic material in order to increase the friction and damping between the individual stator laminations and thereby to achieve a slightly different behavior with respect to the position of the resonant amplitudes and their height, which leads to a deviating behavior of the overall Stator arrangement leads.
Einen Einfluss auf das Verhalten der Statoranordnung hat auch die Geometrie der Polzähne sowie die Gestaltung und Anordnung abweichend gestalteter Polzähne. Hierbei können insbesondere die Längen eines Polzahns und/oder mehrerer Polzähne leicht unterschiedlich ausgebildet sein und/oder die Breite eines Polzahns oder mehrerer Polzähne leicht unterschiedlich ausgebildet sein.An influence on the behavior of the stator arrangement also has the geometry of the pole teeth as well as the design and arrangement deviating shaped pole teeth. In this case, in particular, the lengths of a pole tooth and / or a plurality of pole teeth may be slightly different and / or the width of a pole tooth or a plurality of pole teeth may be slightly different.
Die Breite eines Polzahns kann in radialer Richtung veränderlich sein oder in axialer Richtung des Statorkerns können die Veränderungen auch die Gestaltung der einzelnen Statorbleche zueinander betreffen.The width of a Polzahns may be variable in the radial direction or in the axial direction of the stator core, the changes may also affect the design of the individual stator laminations to each other.
Beispielsweise kann man einen einzelnen Polzahn eines einzelnen Statorbleches oder mehrere Polzähne eines Statorbleches oder die Polzähne von mehreren Statorblechen in ihrer Geometrie (Länge, Breite, Durchmesser) verändern, so dass Eigenfrequenzen und Eigenschwingformen der Statoranordnung (Statorkern mit Wicklung) verändert werden. Auf diese Weise entsteht keine dominante Resonanzamplitude hoher Güte. In
Das Abwandeln von Breite und Länge des Polzahnes beeinflusst/verändert z. B. die Biegesteifigkeit und die Torsionssteifigkeit der Statoranordnung. Damit verändert man das dynamische Verhalten, z. B. bestimmte Eigenfrequenzen, der Statoranordnung, weil man bei gleicher Masse der Wicklung die Steifigkeit und Masse des Statorpaketes geändert hat.The modification of width and length of the pole tooth influences / changes z. B. the flexural rigidity and the torsional rigidity of the stator assembly. This changes the dynamic behavior, eg. B. certain natural frequencies, the stator assembly, because it has changed the stiffness and mass of the stator at the same mass of the winding.
Die Anordnung geometrisch veränderter Polzähne im Statorpaket in axialer Richtung oder in Umfangsrichtung kann geordnet oder ungeordnet erfolgen.The arrangement of geometrically modified pole teeth in the stator in the axial direction or in the circumferential direction can be ordered or disordered.
Das bedeutet, dass zum Beispiel die veränderten Polzähne im laminierten Stapel (Statorpaket) axial übereinander ausgerichtet sind oder einen bestimmten Versatz in Umfangsrichtung aufweisen, z. B. um einen oder mehrere Polzähne versetzt. Es gibt eine hohe Zahl von Möglichkeiten, die Polzähne einzelner Statorbleche im Statorpaket zueinander zu positionieren. Es kommt auch darauf an, wieviel Polzähne im kompletten Statorpaket in ihrer Geometrie/Dimension verändert wurden und bei wie vielen Statorblechen eine Änderung vorgenommen wurde.This means that, for example, the changed pole teeth in the laminated stack (stator packet) are aligned axially one above the other or have a certain offset in the circumferential direction, eg. B. offset by one or more pole teeth. There are a large number of possibilities for positioning the pole teeth of individual stator laminations in the stator packet relative to one another. It also depends on how many pole teeth in the complete stator package in their geometry / Dimension and how many stator laminations were changed.
Das Metall des Wicklungsdrahtes
Die Kurve
Die Kurve
Man erkennt, dass insbesondere die Resonanzamplituden des Frequenzganges wesentlich gedämpft werden. Ferner erkennt man, dass die einzelnen Eigenfrequenzen in höhere Frequenzbereiche verschoben werden, was ebenfalls einen positiven Beitrag leisten kann, um eine Eigenschwingung des Servosystems zu vermindern.It can be seen that in particular the resonance amplitudes of the frequency response are substantially attenuated. Furthermore, it can be seen that the individual natural frequencies are shifted into higher frequency ranges, which can also make a positive contribution to reducing a self-oscillation of the servo system.
Einen Einfluss auf das Verhalten der Statoranordnung hat auch die Position des Schwerpunkts der Wicklung eines Polzahnes in Bezug auf den Polzahn. Bei gleichmäßiger Bewicklung entlang der Länge Lz des Polzahnes befindet sich der Schwerpunkt der Wicklung in der Mitte der dargestellten Länge Lz. Wird nun bei einer Windungszahl von 45 Windungen eine Windung von der radialen inneren Position auf die radial äußere Position verlegt, so lässt sich die Resonanzfrequenz z. B. um 200 Hz verändern. Wenn genügend Wickelraum vorhanden ist, so kann durch eine ausgerichtete Bewicklung das Verhalten der Statoranordnung in Bezug auf die Resonanzamplituden angepasst werden. Eine Verlagerung des Massenschwerpunkts der ganzen Wicklung eines Polzahnes möglichst weit radial nach außen in Richtung der Enden der Zähne bewirkt, dass die Resonanzfrequenz der Statoranordnung sich verringert. Umgekehrt bewirkt eine Verschiebung des Schwerpunktes der Wicklung, also des Massenschwerpunktes, radial nach innen, eine Erhöhung der Resonanzfrequenz.An influence on the behavior of the stator arrangement also has the position of the center of gravity of the winding of a pole tooth with respect to the pole tooth. With uniform winding along the length L z of the pole tooth, the center of gravity of the winding is in the middle of the illustrated length L z . Now, if a turn from the radial inner position moved to the radially outer position with a number of turns of 45 turns, so can the resonance frequency z. B. change by 200 Hz. If sufficient winding space is present, then the behavior of the stator arrangement can be adapted with respect to the resonance amplitudes by means of an aligned winding. A displacement of the center of mass of the entire winding of a pole tooth as far as possible radially outwards in the direction of the ends of the teeth causes the resonant frequency of the stator arrangement to be reduced. Conversely, a shift of the center of gravity of the winding, ie the center of gravity, radially inwardly, causes an increase in the resonance frequency.
In
Die oben beschriebene Problematik der Übertragung von Schwingungen von einem Antriebsmotor auf andere Bauteile einer Baugruppe und die dadurch bewirkte Anregung der Eigenfrequenzen gilt ebenso für einen Lüftermotor, der in vielen Anwendungen zur Kühlung eingesetzt wird. Daher führen die oben beschriebenen Ausgestaltungen auch zu einer Verbesserung eines Elektromotors für einen Lüfter.The problem described above of the transmission of vibrations from a drive motor to other components of a module and the resulting excitation of natural frequencies also applies to a fan motor, which is used in many applications for cooling. Therefore, the above-described embodiments also lead to an improvement of an electric motor for a fan.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Basisplattebaseplate
- 1212
- Lagerbuchsebearing bush
- 1414
- Wellewave
- 1616
- Stopperringstopper ring
- 1818
- Abdeckplattecover
- 2020
- Lagerspaltbearing gap
- 2222
- Rotorbauteilrotor component
- 2424
- Radiallagerradial bearings
- 2626
- Radiallagerradial bearings
- 2828
- Axiallagerthrust
- 3030
- Dichtungsspaltseal gap
- 3232
- Rezirkulationskanalrecirculation
- 34, 34'34, 34 '
- Statoranordnungstator
- 36, 36'36, 36 '
- Statorkernstator core
- 36a, 36a'36a, 36a '
- Statorblechstator lamination
- 36b, 36b'36b, 36b '
- Statorblechstator lamination
- 3737
- Polzahnpole tooth
- 37a37a
- Stator-RückschlussStator yoke
- 37b37b
- Polschuhpole
- 38, 38'38, 38 '
- Wicklungwinding
- 39, 39'39, 39 '
- Wicklungsdrahtwinding wire
- 39a'39a '
- Beschichtungcoating
- 4040
- Rotormagnetrotor magnet
- 4242
- ferromagnetischer Ringferromagnetic ring
- 4444
- Rotationsachseaxis of rotation
- 4646
- Viskoelastisches MaterialViscoelastic material
- 4848
- Frequenzgang ohne visoelastisches MaterialFrequency response without viscoelastic material
- 48a48a
- Resonanzamplituderesonance amplitude
- 48b48b
- Resonanzamplituderesonance amplitude
- 48c48c
- Resonanzamplituderesonance amplitude
- 5050
- Frequenzgang mit visoelastischem MaterialFrequency response with visoelastic material
- Ra R a
- Außenradiusouter radius
- Ri R i
- Innenradiusinner radius
- Rs R s
- Gesamtradiustotal radius
- Lz L z
- Längelength
- Bz B z
- Breitewidth
- Bzi B zi
- Breitewidth
- Bza B za
- Breitewidth
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DE201210021209 DE102012021209A1 (en) | 2012-10-30 | 2012-10-30 | Stator assembly for electric machine e.g. spindle motor having fluid dynamic bearing system, has a pole tooth having windings which are arranged with winding wires that are arranged in vibration-damped manner on the pole teeth |
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