DE102013111288A1

DE102013111288A1 - Elektromotor mit Statorkern für ein kleineres Rastmoment

Info

Publication number: DE102013111288A1
Application number: DE102013111288.9A
Authority: DE
Inventors: Reo Arai; Takuya Maeda
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2012-10-17
Filing date: 2013-10-14
Publication date: 2014-04-17
Anticipated expiration: 2033-10-15
Also published as: US9293974B2; DE102013111288B4; CN103779980B; JP2014082885A; CN103779980A; JP5653984B2; US20140103755A1; CN203632373U

Abstract

Ein Elektromotor enthält einen Ständer, der eine Kernrückseite aufweist, deren Breite sich in Umfangsrichtung ändert, und einen Läufer, der mit Permanentmagneten ausgestattet ist. In dem Elektromotor wird ein Rastmoment M Mal während einer Umdrehung des Läufers erzeugt, und zwar durch die Anzahl der Magnetpole des Läufers und die sich ändernde Form der Kernrückseite. Die Kernrückseite ist mit einer Stufenverschiebung um einen Winkel versehen, den man durch Multiplizieren von (360/M/2) Grad mit einer ungeraden Zahl erhält. Gemäß einer Ausführungsform kann die Kernrückseite mit Löchern, konkaven Abschnitten oder konvexen Abschnitten versehen sein, damit die Kernrückseite eine Stufenverschiebung aufweist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft Elektromotoren.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Bei Elektromotoren, die einen Ständer aufweisen, der mit Schlitzen versehen ist, die zueinander in Umfangsrichtung Abstand haben, und mit Wicklungen, die durch die Schlitze im Ständer gewickelt sind, und einen Läufer, der mit Permanentmagneten versehen ist, die zueinander in Umfangsrichtung Abstand haben und mit den Wicklungen zusammenwirken, damit ein Antriebsdrehmoment erzeugt wird, ist bekannt, dass aufgrund verschiedener Faktoren ein Rastmoment erzeugt wird. Es ist beispielsweise bekannt, dass bei einer Umdrehung des Elektromotors ein Rastmoment mit der kleinsten gemeinsamen Vielfachen aus der Anzahl der Magnetpole des Läufers und der Anzahl der Schlitze des Ständers erzeugt wird (siehe: Journal of the Institute of Electrical Engineers of Japan, Vol. 103-B, (1983), Seiten 711 bis 718). Zum Verhindern derartiger Rastmomente werden verschiedene Ansätze vorgeschlagen (siehe JP-A-2005-304150 , JP-A-2008-199894 , JP-A-2011-55706 , JP-A-2005-65479 , JP-A-2009-131050 und JP-A-2006-14457 ).
Es besteht daher Bedarf für einen Elektromotor mit verringertem Rastmoment.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem ersten Aspekt der Offenbarung wird ein Elektromotor bereitgestellt, der einen Ständer umfasst, der mit Schlitzen versehen ist, die zueinander in Umfangsrichtung Abstand haben, und mit Wicklungen, die durch die Schlitze gewickelt sind, und einen Läufer, der mit Permanentmagneten versehen ist, die zueinander in Umfangsrichtung Abstand haben, und der dafür ausgelegt ist, mit den Wicklungen zusammenzuwirken, damit ein Antriebsdrehmoment erzeugt wird, wobei der Ständer eine Kernrückseite enthält, die sich zwischen einem umschriebenen Kreis, der durch eine radial äußere Kante der Schlitze verläuft, und einer radial äußeren Kante des Ständers erstreckt, und die Kernrückseite eine in radialer Richtung definierte Abmessung hat, die sich in der Umfangsrichtung verändert, und der Elektromotor wegen seiner Auslegung ein Rastmoment M Mal während einer Umdrehung des Läufers erzeugt, und zwar durch die Anzahl der Magnetpole des Läufers und die veränderte Abmessung der Kernrückseite, wobei die Kernrückseite mit einer Stufenverschiebung um einen Winkel versehen ist, den man durch Multiplizieren von (360/M/2) Grad mit einer ungeraden Zahl erhält.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Offenbarung enthält der Elektromotor gemäß dem ersten Aspekt Löcher, konkave Abschnitte oder konvexe Abschnitte, damit die Kernrückseite mit der Stufenverschiebung versehen wird.
Gemäß einem dritten Aspekt der Offenbarung weist in dem Elektromotor gemäß dem ersten Aspekt oder zweiten Aspekt die Kernrückseite die Kontur eines regelmäßigen Vielecks auf.
Gemäß einem vierten Aspekt der Offenbarung erzeugt der Elektromotor gemäß dem zweiten Aspekt wegen seiner Auslegung ein Rastmoment N Mal während einer Umdrehung des Läufers, das unabhängig von dem Rastmoment ist, das M Mal während einer Umdrehung des Läufers erzeugt wird, und zwar wegen der Anzahl der Magnetpole des Läufers und der veränderten Abmessung der Kernrückseite, wobei die Kernrückseite zusätzliche Löcher, konkave Abschnitte oder konvexe Abschnitte enthält, damit die Kernrückseite mit einer Stufenverschiebung um einen Winkel versehen wird, den man durch Multiplizieren von (360/N/2) Grad mit einer ungeraden Zahl erhält.
Gemäß einem fünften Aspekt der Offenbarung haben im Elektromotor gemäß irgendeinem der Aspekte zwei bis vier die Löcher, die konkaven Abschnitte oder die konvexen Abschnitte der Kernrückseite in der Umfangsrichtung gleichen Abstand zueinander.
Gemäß einem sechsten Aspekt der Offenbarung bilden im Elektromotor gemäß irgendeinem der Aspekte zwei bis fünf die Löcher, die konkaven Abschnitte oder die konvexen Abschnitte der Kernrückseite eine Gruppe von Löchern, konkaven Abschnitten oder konvexen Abschnitten, wobei die Löcher, konkaven Abschnitte oder konvexen Abschnitte in der jeweiligen Gruppe relativ zueinander symmetrisch angeordnet sind.
Die genannten Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile gehen aus der ausführlichen Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnungen hervor.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigt:
1 eine Schnittansicht eines Elektromotors einer ersten Ausführungsform;
2 das Ergebnis einer Erfassung des Rastmoments, das in dem Elektromotor in 1 erzeugt wird;
3A eine Planskizze zum Erklären einer Funktion des Elektromotors der ersten Ausführungsform;
3B eine Planskizze zum Erklären einer Funktion des Elektromotors der ersten Ausführungsform;
3C eine Kurve zum Erklären einer Funktion des Elektromotors der ersten Ausführungsform;
4A eine Planskizze zum Erklären eines Elektromotors einer zweiten Ausführungsform;
4B eine Planskizze zum Erklären des Elektromotors der zweiten Ausführungsform;
5 das Ergebnis einer Erfassung des Rastmoments, das in dem Elektromotor in 4A und 4B erzeugt wird;
6 eine Planskizze zum Erklären des Elektromotors der dritten Ausführungsform;
7 das Ergebnis einer Erfassung des Rastmoments, das in dem Elektromotor in 6 erzeugt wird;
8A eine Planskizze, die einen Elektromotor gemäß einer Variante darstellt;
8B eine Planskizze, die einen Elektromotor gemäß einer anderen Variante darstellt;
9 eine Planskizze, die einen Elektromotor gemäß einer anderen Variante darstellt;
10 eine Schnittansicht eines Elektromotors einer anderen Variante;
11 das Ergebnis einer Erfassung des Rastmoments, das in einem Elektromotor eines ersten Vergleichsbeispiels erzeugt wird;
12 eine Planskizze, die einen Elektromotor gemäß einem zweiten Vergleichsbeispiel darstellt;
13 das Ergebnis einer Erfassung des Rastmoments, das in dem Elektromotor des zweiten Vergleichsbeispiels erzeugt wird;
14A eine Skizze zum Erklären einer Stufenverschiebung in einer Kernrückseite;
14B eine Skizze zum Erklären einer Stufenverschiebung in einer Kernrückseite;
14C den Kurvenverlauf des Rastmoments, das in einem Elektromotor erfasst wird, bei dem die Kernrückseite mit einer Stufenverschiebung versehen ist;
15 eine Skizze zum Erklären einer Stufenverschiebung einer Kernrückseite durch Durchgangslöcher, die in einem Ständerkern ausgebildet sind; und
16 eine Skizze zum Erklären einer Stufenverschiebung einer Kernrückseite durch konvexe Abschnitte, die sich an einem Ständerkern befinden.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Es werden nun Ausführungsformen der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Die dargestellten konstituierenden Elemente können in ihrer gegenseitigen Größe verändert sein, um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern.
1 zeigt eine Schnittansicht eines Elektromotors 10 einer ersten Ausführungsform. Der Elektromotor 10 enthält einen Ständer 12 und einen Läufer 14, der konzentrisch vom Ständer 12 umgeben ist. Der Läufer 14 besitzt einen Läuferkern 20, der im Wesentlichen die Form eines Zylinders hat. Der Läuferkern 20 ist mit einer zentralen Bohrung 18 versehen, die eine Welle 16 aufnimmt, die drehbar in Lagern (nicht dargestellt) gehalten ist. Der Läuferkern 20 besteht beispielsweise aus geschichteten kreisförmigen Stahlplatten, die durch Verstemmen aneinander befestigt sind. Der Läuferkern 20 enthält eine Anzahl, beispielsweise acht, Permanentmagnete 24, die darin eingebettet sind und in der Umfangsrichtung C Abstand zueinander haben. Der Läuferkern 20 weist auch eine Anzahl Durchgangslöcher 22 und 26 auf, die sich durch den Läuferkern 20 in der Richtung erstrecken, in der die Stahlplatten aufeinander geschichtet sind. Die Durchgangslöcher 22 und 26 sind mit gleichen Abständen zueinander in der Umfangsrichtung C angeordnet.
Der Ständer 12 besitzt einen Ständerkern 30, der die Kontur eines regelmäßigen Achtecks aufweist. Der Ständerkern 30 ist ein hohles Teil, das aus einem magnetischen Material hergestellt und so entworfen ist, dass es den Läufer 14 umgibt. Eine Außenkante des Ständerkerns 30 definiert eine Außenkante 12a des Ständers 12, die ihrerseits die Kontur des Elektromotors 10 bestimmt. Der Ständerkern 30 enthält eine Anzahl Zähne 32, die in der radialen Richtung R nach innen ragen und in der Umfangsrichtung C einen Abstand zueinander haben. Zwischen zwei benachbarten Zähnen 32 befinden sich Schlitze 34. In der dargestellten Ausführungsform sind sechsunddreißig Schlitze 34 in einer inneren Umfangsfläche des Ständerkerns 30 vorhanden. Der Ständerkern 30 besitzt eine Kernrückseite 36, die in der Umfangsrichtung C zwischen einem umschriebenen Kreis X (in 1 gestrichelt dargestellt) verläuft, der in der radialen Richtung R durch die Außenkanten der Schlitze 34 geht (d. h. durch die Unterseiten der Schlitze 34 oder die Fußenden der Zähne 32), und einer Außenkante 12a des Ständers 12 in der radialen Richtung R. Die Kernrückseite 36 dient als Durchgangsweg für den magnetischen Fluss beim Betrieb des Elektromotors 10. Ein zusätzliches Gehäuse (nicht dargestellt), das entweder aus nicht magnetischem oder aus magnetischem Material hergestellt ist, kann an der Außenseite des Ständers 12 in der radialen Richtung R vorhanden sein und den Ständer 12 halten.
In dem Ständer 12, der den Ständerkern 30 enthält, der die Kontur eines regelmäßigen Achtecks aufweist, hat die Kernrückseite 36 eine Breite W in der radialen Richtung R, die sich zyklisch zwischen einem Maximalwert W1 und einem Minimalwert W2 ändert. Dies ist in 1 deutlich zu sehen. Genauer gesagt hat die Breite W der Kernrückseite 36 den Minimalwert W2 auf Linien, die die Mitte des Ständerkerns 30 und die Mittelpunkte der jeweiligen Seiten des Ständerkerns auf der Außenkante 12a verbinden. Die Breite W hat ihren Maximalwert W1 auf Linien, die die Mitte des Ständerkerns 30 und die jeweiligen Ecken des Ständerkerns 30 verbinden. Die Breite W der Kernrückseite 36 ändert sich zyklisch in der Umfangsrichtung C und nimmt beispielsweise vom Maximalwert W1 auf den Minimalwert W2 ab und steigt dann wieder auf den Maximalwert W1 an, usw. Anders gesagt tritt auf der gesamten Kernrückseite 36 ein sich wiederholendes Muster auf, das eine gewisse Form acht Mal wiederholt, und zwar in der Umfangsrichtung C entlang der acht Seiten des Achtecks.
Der Ständer 12 enthält Wicklungen (nicht dargestellt), die in den Schlitzen 34 auf die Zähne 32 gewickelt sind. Die Wicklungen wirken bei der Zufuhr von elektrischem Strom als Elektromagnete. Der Elektromotor 10 ist dafür entworfen, ein Antriebsdrehmoment für die Drehung des Läufers 14 und der Welle 16 um die Drehachse zu erzeugen, und zwar durch das Zusammenwirken der Wicklungen des Ständers 12 und der Permanentmagnete 24 des Läufers 14.
In dieser Ausführungsform ist der Ständer 12 mit Durchgangslöchern 40 versehen, die jeweils auf einer Linie verlaufen, die die Mitte des Ständers 12 mit den jeweiligen Ecken des Ständerkerns 30 verbindet. Die Durchgangslöcher 40 haben in der Umfangsrichtung gleiche Abstände zueinander und verlaufen im Wesentlichen parallel zur Drehachse durch den Ständerkern 30. Diese Durchgangslöcher 40 sind an einer Position angebracht, wie später beschrieben wird, in der sie ein gegenphasiges Rastmoment erzeugen, das das Rastmoment aufheben soll, das durch die unterschiedliche Breite der Kernrückseite 36 in Umfangsrichtung entsteht.
Vom einem Synchronelektromotor ist bekannt, dass ein Rastmoment aufgrund von verschiedenen Faktoren erzeugt wird. Die Erfinder haben herausgefunden, dass bei einer Kernrückseite, die ein sich wiederholendes Muster bildet, bei dem eine bestimmte Form mit einer gewissen Häufigkeit in Umfangsrichtung wiederholt wird, siehe die obige Beschreibung zu 1, wobei sich die Breite in radialer Richtung in der Umfangsrichtung zyklisch ändert, ein Rastmoment aufgrund der ungleichmäßigen Breite der Kernrückseite erzeugt wird. In diesem Fall hat sich herausgestellt, dass ein Rastmoment bei einer Umdrehung des Elektromotors mit einer Häufigkeit erzeugt wird, die die kleinste gemeinsame Vielfache der Anzahl der Wiederholungen des sich wiederholenden Musters und der Anzahl der Magnetpole des Läufers ist.
Die Erzeugung eines Rastmoments durch die ungleichmäßige Breite der Kernrückseite kann in Verbindung mit der magnetischen Sättigung in der Kernrückseite erklärt werden. Beispielsweise erreicht das Material 50A600 (JIS-Standards), das als Magnetblech für den Läuferkern 20 und/oder den Ständerkern 30 häufige Anwendung findet, im Allgemeinen seine magnetische Sättigung, wenn die magnetische Flussdichte bis auf ungefähr 1,5 T (Tesla) anwächst. Man beachte, dass der Durchgangsweg für den magnetischen Fluss umso enger wird je geringer die Breite der Kernrückseite wird. Daher tritt eine magnetische Sättigung mit höherer Wahrscheinlichkeit in der Kernrückseite auf. Hat die Kernrückseite eine ungleichmäßige Breite, so beginnt die Kernrückseite, ihre magnetische Sättigung lokal an Bereichen mit relativ geringer Breite zu erreichen. Dies führt zu einer ungleichmäßig verteilten magnetischen Energie. Dreht sich der Läufer, so ändert sich die erzeugte magnetische Energie zyklisch, und ein Rastmoment wird erzeugt. Es ist auch einsichtig, dass eine magnetische Sättigung, die von einer veränderlichen Breite der Kernrückseite in Umfangsrichtung verursacht wird, zunehmend problematisch wird, wenn die Abmessungen des Elektromotors kleiner sind und ein stärkerer Magnet verwendet wird, beispielsweise ein Neodymmagnet.
11 zeigt das Ergebnis einer Erfassung des Rastmoments, das in einem Elektromotor eines ersten Vergleichsbeispiels erzeugt wird. Der Elektromotor in diesem Beispiel unterscheidet sich vom Elektromotor 10 in 1 nur dadurch, dass er keine Durchgangslöcher 40 aufweist. Wie 11 zeigt, wird das Rastmoment während einer Umdrehung mit einer Häufigkeit erzeugt, die der kleinsten gemeinsamen Vielfachen M1 (= 72) aus der Anzahl der Schlitze im Ständer (= 36) und der Anzahl der Magnetpole im Läufer (= 8) entspricht, siehe die Beschreibung im Journal of the Institute of Electrical Engineers of Japan, Vol. 103-B, (1983), Seiten 711 bis 718. Zusätzlich erzeugt der Elektromotor dieses Vergleichsbeispiels ein Rastmoment mit einer Häufigkeit, die der kleinsten gemeinsamen Vielfachen M (= 8) der Anzahl der Wiederholungen des sich wiederholenden Musters der Kernrückseite (= 8) und der Anzahl der Magnetpole im Läufer (= 8) entspricht, und zwar während einer Umdrehung, siehe oben. Anders formuliert erzeugt der Elektromotor des Beispiels ein Rastmoment, das aus zwei Komponenten besteht, und zwar in einem 5-Grad-Zyklus und in einem 45-Grad-Zyklus, die einander überlagert sind.
2 zeigt das Ergebnis einer Erfassung des Rastmoments, das in dem Elektromotor 10 in 1 erzeugt wird. Der Elektromotor 10 enthält acht Durchgangslöcher 40, die in der Kernrückseite 36 ausgebildet sind. Diese Durchgangslöcher 40 dienen dazu, das Rastmoment aufzuheben, das im 45-Grad-Zyklus erzeugt wird. Daher wird, wie in 2 deutlich zu sehen ist, im Elektromotor 10 der Ausführungsform kein Rastmoment in einem 45-Grad-Zyklus erfasst, sondern es wird nur das Rastmoment in einem 5-Grad-Zyklus erfasst.
3A bis 3C zeigen Planskizzen zum Erklären einer Funktion des Elektromotors 10 der ersten Ausführungsform. 3A und 3B zeigen die Anordnung des Elektromotors. Die Kernrückseite 36 weist ein sich wiederholendes Muster mit acht Wiederholungen in Form eines regelmäßigen Achtecks auf, das die Außenkante der Kernrückseite 36 in 3A und 3B bildet. Ein umschriebener Kreis X verläuft durch die Unterseiten der jeweiligen Schlitze 34 (oder die Fußenden der Zähne 32) des Ständers 12 und ist gestrichelt eingezeichnet. Der Läufer 14 ist als regelmäßiges Polygon dargestellt, das so viele Ecken hat wie Magnetpole im Läufer 14 vorhanden sind. In diesem besonderen Beispiel ist der Läufer 14 als reguläres Achteck dargestellt. In den Zeichnungen entspricht die Entfernung zwischen der Kernrückseite 36 und dem umschriebenen Kreis X der Breite der Kernrückseite 36.
3A zeigt einen Elektromotor 100, der ohne Durchgangslöcher 40 ausgebildet ist, 3B zeigt den Elektromotor 10, der mit Durchgangslöchern 40 an vorbestimmten Positionen ausgebildet ist, wie in 1 beschrieben. Die Durchgangslöcher 40 sind so angeordnet, dass sie in der Umfangsrichtung 22,5 Grad von einer Linie entfernt sind, die durch die Mittelpunkte der jeweiligen Seiten der Kernrückseite 36 verlaufen, an denen die Breite W der Kernrückseite 36 ihren Minimalwert W2 annimmt. Der Elektromotor 10 der Ausführungsform ist so entworfen, dass die Kernrückseite 36 mit einer Stufenverschiebung in Verbindung mit einer Funktion als Ständer 12 des Elektromotors 10 versehen ist, indem die Durchgangslöcher 40 mit geeigneter Größe und Form vorhanden sind.
14A und 14B zeigen Skizzen zum Erklären einer Stufenverschiebung in einer Kernrückseite. In 14A und 14B ist zur Vereinfachung nur ein Ständer 200 dargestellt. 14A zeigt eine Endansicht des Ständers 200, und 14B zeigt eine Seitenansicht des Ständers. Der Ständer 200 enthält einen ersten Ständerkern 210 und einen zweiten Ständerkern 220. Der erste Ständerkern 210 und der zweite Ständerkern 220, siehe 14B, sind zu einem Teil verbunden, wobei die entgegengesetzten Seitenflächen einander berühren. Der erste Ständerkern 210 und der zweite Ständerkern 220 haben Zähne 202, die jeweils radial nach innen ragen. Eine erste Kernrückseite 212 ist zwischen einem umschriebenen Kreis X1, der durch die Fußenden der Zähne 202 verläuft, und einer äußeren Umfangskante des ersten Ständerkerns 210 bestimmt. Eine zweite Kernrückseite 222 ist zwischen dem umschriebenen Kreis X1 und einer äußeren Umfangskante des zweiten Ständerkerns 220 bestimmt.
Die erste Kernrückseite 212 und die zweite Kernrückseite 222 haben beide den Umriss eines regelmäßigen Achtecks und sind gegeneinander in einer Umfangsrichtung C1 um 22,5 Grad verschoben, siehe 14A. In 14A ist ein Teil des zweiten Ständerkerns 220 hinter dem ersten Ständerkern 210, der nicht zu sehen ist, gestrichelt eingezeichnet. Die Zähne 202 des ersten Ständerkerns 210 und des zweiten Ständerkerns 220 sind so entworfen, dass sie miteinander übereinstimmende Winkel bestimmen. In dieser Offenbarung bedeutet eine ”Stufenverschiebung” der Kernrückseite einen Status, in dem die Kernrückseite wie dargestellt um einen gewissen Winkel in der Umfangsrichtung verschoben ist.
14C zeigt den Kurvenverlauf des Rastmoments, das in einem Elektromotor erfasst wird, bei dem die Kernrückseite mit einer Stufenverschiebung versehen ist. In dieser Ausführungsform enthält der Elektromotor einen Läufer mit acht Magnetpolen. Die gestrichelte Linie in 14C zeigt den Kurvenverlauf des Rastmoments, das in einem Elektromotor erfasst wird, der nur die beschriebene erste Kernrückseite 212 enthält. Die punktierte Linie in 14C zeigt den Kurvenverlauf des Rastmoments, das in einem Elektromotor erfasst wird, der nur die beschriebene zweite Kernrückseite 222 enthält. Die durchgezogenen Linie in 14C zeigt den Kurvenverlauf des Rastmoments, das in einem Elektromotor erfasst wird, der sowohl die erste Kernrückseite 212 als auch die zweite Kernrückseite 222 enthält, oder anders formuliert, in einem Elektromotor, der eine Kernrückseite mit einer Stufenverschiebung enthält. Da die erste Kernrückseite 212 bzw. die zweite Kernrückseite 222 die Kontur eines regelmäßigen Achtecks hat, wird das Rastmoment in einem 45-Grad-Zyklus erzeugt, d. h. acht Mal während einer Umdrehung gemäß der kleinsten gemeinsamen Vielfachen (= 8) aus der Anzahl der Wiederholungen der Kernrückseitenform (= 8) und der Anzahl der Magnetpole (= 8). Die erste Kernrückseite 212 und die zweite Kernrückseite 222 sind jedoch wie beschrieben gegeneinander um 22,5 Grad versetzt. Daher erzeugt, wie ein Vergleich der Kurven der gestrichelten Linie und der punktierten Linie in 14C deutlich macht, der Elektromotor, der die zweite Kernrückseite 222 enthält, ein in der Phase um 22,5 Grad verschobenes Rastmoment gegenüber dem Elektromotor, der die erste Kernrückseite 212 enthält.
Im Gegensatz dazu erzeugt der Elektromotor, der die Kernrückseite mit der Stufenverschiebung enthält, insgesamt ein überlagertes Rastmoment, das aus dem Rastmoment besteht, das durch die gestrichelte Linie dargestellt ist, und aus dem Rastmoment, das durch die punktierte Linie dargestellt ist, und das durch die durchgezogene Linie dargestellt ist. Durch die Überlagerung der Kurven mit entgegengesetzten Phasen hebt sich in diesem Fall das Rastmoment auf, das durch die schwankende Breite der Kernrückseite in Umfangsrichtung erzeugt wird, d. h., das Rastmoment wird ausgelöscht.
15 zeigt eine Skizze zum Erklären einer Stufenverschiebung einer Kernrückseite durch Durchgangslöcher, die in einem Ständerkern ausgebildet sind. 15 zeigt einen Ständer 300, der einen Ständerkern 310 mit im Wesentlichen zylindrischer Form hat. Der Ständerkern 310 weist acht Durchgangslöcher 312 auf, die voneinander 45 Grad Abstand haben. Der Teil des Ständerkerns 310, in dem sich die Durchgangslöcher 312 befinden, bildet keinen wesentlichen Durchgang für einen magnetischen Fluss. Damit bewirkt die Kernrückseite mit den Durchgangslöchern 312 den gleichen Effekt wie eine Kernrückseite mit geringerer Breite. Damit verhält sich der Ständerkern 310, der geometrisch eine Kreisform hat, wie eine achteckige Kontur, die durch die gestrichelte Linie in 15 dargestellt ist. Stellt man derartige Durchgangslöcher im Ständer 12 bereit, der die Kernrückseite 36 mit achteckiger Kontur hat, siehe beispielsweise 1, so kann die Kernrückseite beide Eigenschaften aufweisen, nämlich die einer Kernrückseite 36 mit der geometrischen Form eines regelmäßigen Achtecks und die einer Kernrückseite, die die virtuelle Form eines regelmäßigen Achtecks hat, das um einen Winkel verschoben ist, weil die Durchgangslöcher 40 ausgebildet sind. Daher wird die Kernrückseite mit den Durchgangslöchern 40 als virtuell äquivalent zu einer Kernrückseite betrachtet, die oben anhand von 14A und 14B beschrieben wurde und die tatsächlich mit einer Stufenverschiebung versehen ist.
3C zeigt Kurven eines Rastmoments, das in den Elektromotoren in 3A und 3B erzeugt wird. Die gestrichelte Linie in der Zeichnung zeigt eine Kurve eines Rastmoments im Elektromotor 100 in 3A. Die durchgezogene Linie in der Zeichnung zeigt eine Kurve eines Rastmoments im Elektromotor 10 in 3B. Im Elektromotor 100 in 3A ohne Durchgangslöcher 40 wird das Rastmoment wie beschrieben in einem 45-Grad-Zyklus erzeugt, d. h. acht Mal während einer Umdrehung. Dies ist die kleinste gemeinsame Vielfache M der Anzahl der Wiederholungen in der Kernrückseite 36 (= 8) und der Anzahl der Magnetpole des Läufers 14 (= 8). Dagegen wird im Elektromotor 10 in 3B, der mit den Durchgangslöchern 40 ausgerüstet ist, kein Rastmoment erfasst. Dies hat seinen Grund darin, dass man die Kernrückseite 36 des Elektromotors 10 so betrachten kann, als ob sie virtuell eine Stufenverschiebung wie beschrieben aufweist, und zwar wegen der Durchgangslöcher 40, die in der Kernrückseite 36 ausgebildet sind. Der Elektromotor 10 in 3B enthält damit eine Kernrückseite 36, die sich so verhält wie eine Kernrückseite mit einer Stufenverschiebung. Dadurch wird ein Rastmoment mit entgegengesetzter Phase erzeugt, das das Rastmoment im 45-Grad-Zyklus auslöscht. Durch die Überlagerung der beiden Kurvenverläufe wird das Rastmoment entfernt, siehe 3C.
Wird das Rastmoment M Mal während einer Umdrehung des Elektromotors erzeugt – oder anders gesagt – wird das Rastmoment in einem Zyklus von (360/M) Grad erzeugt, so ist es zum Auslöschen des Rastmoments erforderlich, ein um (360/M/2) Grad phasenverschobenes Rastmoment multipliziert mit einer ungeraden Zahl zu erzeugen. Daher ist es nötig, Durchgangslöcher 40 in Positionen auszubilden, an denen die Kernrückseite mit einer Stufenverschiebung bei einem Winkel versehen wird, den man durch Multiplizieren von (360/M/2) Grad mit einer ungeraden Zahl erhält. In der dargestellten Ausführungsform sind, um das acht Mal (d. h. für M = 8) während einer Umdrehung erzeugte Rastmoment auszulöschen, die Durchgangslöcher 40 in Positionen ausgebildet, die um 22,5 Grad von den Mittelpunkten der jeweiligen Seiten der Kernrückseite 36 entfernt sind, an denen die Breite W der Kernrückseite 36 ihren Minimalwert W2 annimmt. Man beachte, dass die Größe und Form der Durchgangslöcher 40 optimiert werden kann, und zwar abhängig von dem Rastmoment, das während des tatsächlichen Betriebs des Elektromotors 10 erfasst wird.
Wie angegeben sind gemäß der Ausführungsform die Durchgangslöcher 40 so angebracht, dass sie ein gegenphasiges Rastmoment erzeugen, damit das Rastmoment aufgehoben wird, das durch das sich wiederholende Muster der Kernrückseite 36 erzeugt wird. Es ist damit möglich, das Rastmoment beispielsweise für einen kleineren Elektromotor zu verringern oder für einen Elektromotor, bei dem Magnete mit höherer Magnetkraft verwendet werden, und zwar auch dann, wenn die Breite der Kernrückseite ungleichförmig ist.
Im Weiteren werden andere Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Bereits beschriebene Gegenstände werden nicht nochmals erklärt. Gleiche oder entsprechende Bauelemente werden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
4A und 4B zeigen Planskizzen zum Erklären eines Elektromotors 50 einer zweiten Ausführungsform. 4A und 4B zeigen die Elektromotoren in gleicher Weise wie 3A und 3B. Im Einzelnen ist eine Kernrückseite 52 mit einem sich wiederholenden Muster mit einer Wiederholungsanzahl von acht als regelmäßiges Achteck dargestellt. Ein Läufer 54 der Ausführungsform hat sechs Magnetpole. Daher ist der Läufer 54 durch ein regelmäßiges Sechseck dargestellt. 4B zeigt den Elektromotor 50, der mit Durchgangslöchern 56 ausgestattet ist, die das Rastmoment auslöschen, das durch eine ungleichmäßige Breite der Kernrückseite 52 erzeugt wird. 4A zeigt einen Elektromotor 102 ohne derartige Durchgangslöcher 56. Die Durchgangslöcher 56, siehe 4B, befinden sich an Positionen, die um 22,5 Grad gegen die Mittelpunkte der jeweiligen Seiten der Kernrückseite 52 verschoben sind, an denen die Breite W der Kernrückseite 52 ihren Minimalwert W2 annimmt. Die Durchgangslöcher 56 befinden sich damit an Positionen, die der Kernrückseite 52 eine Stufenverschiebung mit 22,5 Grad verleihen.
Der Elektromotor 50 in 4B wird nun zusammen mit einer Berechnungsformel beschrieben, mit der man geeignete Positionen erhält, an denen die Durchgangslöcher 56 angebracht werden sollten. In dem Elektromotor 50 der Ausführungsform wird während einer Umdrehung ein Rastmoment mit der kleinsten gemeinsamen Vielfachen M (= 24) aus der Anzahl der Wiederholungen des sich wiederholenden Musters der Kernrückseite 52 (= 8) und der Anzahl der Magnetpole des Läufers 54 (= 6) erzeugt. Damit wird das Rastmoment in einem 15-Grad-Zyklus erzeugt, und man muss die Kernrückseite 52 mit einer Stufenverschiebung mit einem Winkel ausstatten, den man durch Multiplizieren von (360/M/2) Grad mit einer ungeraden Zahl erhält. Da wie beschrieben in der Ausführungsform M gleich vierundzwanzig ist, erhält man den folgenden Zusammenhang: (360/M/2) = (360/24/2) = 7,5.
Die beschriebene Stufenverschiebung von 22,5 Grad kann man durch Multiplizieren von 7,5 Grad mit einer ungeraden Zahl erhalten. Daher ist es bei dem Elektromotor 50 der Ausführungsform möglich, das durch die ungleichmäßige Breite der Kernrückseite 52 erzeugte Rastmoment zu beseitigen.
5 zeigt das Ergebnis einer Erfassung des Rastmoments, das in dem Elektromotor in 4A und 4B erzeugt wird. In 5 stellt eine durchgezogene Linie die Kurve des Rastmoments dar, das im Elektromotor 50 in 4B erzeugt wird, der mit den Durchgangslöchern 56 zum Beseitigen des Rastmoments ausgestattet ist. Die gestrichelte Linie stellt die Kurve des Rastmoments dar, das im Elektromotor 102 in 4A erzeugt wird, der keine Durchgangslöcher 56 aufweist. Ein Vergleich dieser Kurven zeigt, dass das in einem 15-Grad-Zyklus erzeugte Rastmoment durch ein gegenphasiges Rastmoment aufgehoben wird, das durch die Durchgangslöcher 56 an ihren Positionen erzeugt wird, wodurch das erfasste Rastmoment verringert wird.
6 zeigt eine Planskizze zum Erklären eines Elektromotors 60 der dritten Ausführungsform. Der Elektromotor 60 enthält eine Kernrückseite 62, die ein sich wiederholendes Muster mit einer Wiederholungszahl von fünf aufweist. Die Kernrückseite 62 ist daher als regelmäßiges Fünfeck dargestellt. Die Entfernung zwischen der Kernrückseite 62 und einem umschriebenen Kreis X in radialer Richtung ist die Breite W der Kernrückseite 62. Der Läufer 64 weist sechs Magnetpole auf und ist als regelmäßiges Sechseck dargestellt. Im Elektromotor 60 ist die kleinste gemeinsame Vielfache M aus der Wiederholungszahl (= 5) und der Anzahl der Magnetpole (= 6) 30. Damit erzeugt der Elektromotor 60 bei jeder Umdrehung dreißig Mal ein Rastmoment. Anders ausgedrückt erzeugt er ein Rastmoment in einem 12-Grad-Zyklus. In diesem Fall muss man die Kernrückseite 62 mit einer Stufenverschiebung um einen Winkel versehen, den man durch Multiplizieren von 6 Grad mit einer ungeraden Zahl erhält, da der folgende Zusammenhang gilt: (360/M/2) = (360/30/2) = 6.
Der Elektromotor 60 der Ausführungsform ist mit Durchgangslöchern 66 bei 30 Grad und 42 Grad versehen, und zwar bezogen auf eine Referenzposition an den Mittelpunkten der jeweiligen Seiten der Kernrückseite 62, an denen die Breite W der Kernrückseite 62 ihren Minimalwert W2 annimmt. Man beachte, dass 30 Grad und 42 Grad jeweils durch Multiplizieren von 6 Grad mit ungeraden Zahlen erhalten werden. Anders formuliert sind zwei Durchgangslöcher 66 an Positionen vorhanden, die um ±6 Grad in der Umfangsrichtung gegen eine Linie verschoben sind, die durch die Ecken der Kernrückseite 62 verläuft, in denen die Breite W der Kernrückseite 62 ihren Maximalwert W1 annimmt. Gemäß der Ausführungsform sind ein Paar Durchgangslöcher 66 in den jeweiligen Wiederholungsmustern der sich wiederholenden Formen der Kernrückseite 62 ausgebildet, und sie sind symmetrisch zueinander angeordnet. Ist beispielsweise das Durchgangsloch 66 nur in einer Position angeordnet, die um +6 Grad gegen die Eckenposition verschoben ist, so kann das beschriebene Rastmoment in einem 12-Grad-Zyklus verringert werden. Da jedoch die Kernrückseite 62 in diesem Fall wegen des Durchgangslochs 66 eine asymmetrische Form hat, wird ein Rastmoment erzeugt. Aus diesem Grund ist es dann, wenn mehrere Durchgangslöcher 66 in den jeweiligen Wiederholungsformen der Wiederholungsmuster der Kernrückseite angeordnet sind, sinnvoll, dass die Durchgangslöcher 66 insgesamt symmetrisch zueinander angeordnet werden.
7 zeigt das Ergebnis einer Erfassung des Rastmoments, das in dem Elektromotor 60 in 6 erzeugt wird. In 7 stellt eine durchgezogene Linie die Kurve des Rastmoments dar, das im Elektromotor 60 erzeugt wird, der gepaarte Durchgangslöcher 66 aufweist, die in den jeweiligen Wiederholungsformen der Kernrückseite ausgebildet sind, damit die Kernrückseite mit Stufenverschiebungen bei 30 Grad und 42 Grad ausgestattet wird. Die gestrichelte Linie stellt eine Kurve dar, die in einem Elektromotor erzeugt wird, der nur ein Durchgangsloch 66 aufweist, das in den jeweiligen Wiederholungsformen der Kernrückseite ausgebildet ist, damit die Kernrückseite mit einer Stufenverschiebung entweder bei 30 Grad oder bei 42 Grad ausgestattet wird. Die punktierte Linie stellt eine Kurve des Rastmoments dar, das in einem Elektromotor erzeugt wird, der keine Durchgangslöcher 66 aufweist. In 7 kann man sehen, dass auch für den Fall, dass nur jeweils ein Durchgangsloch 66 ausgebildet ist, damit eine Stufenverschiebung entweder bei 30 Grad oder bei 42 Grad hergestellt wird, das Rastmoment tatsächlich verringert werden kann, und zwar bezogen auf den Fall, dass keine Durchgangslöcher 66 ausgebildet sind. Man kann auch sehen, dass sich das Rastmoment weiter senken lässt, wenn jeweils ein Paar Durchgangslöcher 66 in der Kernrückseite 62 ausgebildet werden, damit die Kernrückseite 62 mit Stufenverschiebungen bei 30 Grad und 42 Grad ausgestattet wird.
12 zeigt eine Planskizze, die den Aufbau eines Elektromotors 60' gemäß einem zweiten Vergleichsbeispiel darstellt. Der Elektromotor 60' in diesem Beispiel enthält eine Kernrückseite 62, die mit Durchgangslöchern 68 auf Linien versehen ist, die die Ecken und die Mitte der Kernrückseite 62 verbinden. Werden die Durchgangslöcher 66 so angeordnet, dass sie den Ecken der Kernrückseite 62 zugewiesen sind, so wird die Breite der Kernrückseite 62 in der Umfangsrichtung gleichförmiger. Damit könnte man erwarten, dass das Rastmoment in dieser Anordnung verringert werden kann. In diesem Vergleichsbeispiel ist jedoch die Kernrückseite 62 mit einer Stufenverschiebung von 36 Grad versehen, wobei der Zusammenhang (360/M/2) = 6 gilt. Damit erhält man 36 Grad durch das Multiplizieren von 6 Grad mit einer geraden Zahl und nicht mit einer ungeraden Zahl. Daher kann in diesem Fall keine Verringerung des Rastmoments erzielt werden. 13 zeigt das Ergebnis einer Erfassung des Rastmoments, das in dem Elektromotor 60' des zweiten Vergleichsbeispiels erzeugt wird. Die gestrichelte Linie in 13 zeigt eine Kurve des Rastmoments, das in dem Elektromotor 60' erzeugt wird, der mit den Durchgangslöchern 68 versehen ist. Die durchgezogene Linie in 13 stellt die Kurve des Rastmoments dar, das in einem Elektromotor erzeugt wird, der keine derartigen Durchgangslöcher 68 aufweist. Somit ist nicht notwendig sichergestellt, dass das Rastmoment dadurch ausreichend verringert werden kann, dass man Durchgangslöcher in Positionen ausbildet, die den Ecken eines regelmäßigen Polygons zugeordnet sind.
8A zeigt eine Planskizze, die einen Elektromotor 70 gemäß einer Variante darstellt. In den bisher beschriebenen Ausführungsformen sind Durchgangslöcher in der Kernrückseite ausgebildet, damit ein gegenphasiges Rastmoment erzeugt wird und das Rastmoment ausgelöscht wird, das durch eine ungleichmäßige Breite der Kernrückseite entsteht. Zum Erzeugen eines gegenphasigen Rastmoments kann jedoch auch eine Kernrückseite 72 anstelle der Durchgangslöcher mit konvexen Abschnitten 74 versehen werden, siehe 8A. In dieser Variante enthält die Kernrückseite 72 die konvexen Abschnitte 74. In der dargestellten Variante ist die Kernrückseite 72 jeweils an den Mittelpunkten der Seiten mit den konvexen Abschnitten 74 ausgerüstet. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese besondere Anordnung eingeschränkt.
16 zeigt eine Skizze zum Erklären einer Stufenverschiebung einer Kernrückseite durch konvexe Abschnitte, die sich am Standerkern befinden. 16 zeigt einen Ständer 400 mit einem Ständerkern 410, der den Umriss eines regelmäßigen Achtecks hat. Der Ständerkern 410 weist acht konvexe Abschnitte 412 auf, die voneinander 45 Grad Abstand haben. Der Teil des Ständerkerns 410, in dem sich die konvexen Abschnitte 412 befinden, bestimmt einen größeren Durchgangsweg für den magnetischen Fluss. Daher kann man die gleiche Auswirkung erzielen wie in dem Fall, bei dem die Breite der Kernrückseite zyklisch zunimmt. Damit ist die Kernrückseite virtuell mit einer Stufenverschiebung von 22,5 Grad versehen. Die Kernrückseite hat damit sowohl die Eigenschaften einer Kernrückseite mit der geometrischen Form eines regelmäßigen Achtecks, die der Kontur des Ständerkerns 410 entspricht, als auch einer Kernrückseite, die die virtuelle Form eines regelmäßigen Achtecks hat, das durch die gestrichelte Linie in 16 dargestellt ist.
8B zeigt eine Planskizze, die einen Elektromotor 80 gemäß einer anderen Variante darstellt. Der Elektromotor 80 weist konkave Abschnitte 84 auf, die von der Außenkante der Kernrückseite 82 radial nach innen vorspringen. Die konkaven Abschnitte 84 verringern die Breite der Kernrückseite, und man kann den gleichen Effekt erzielen, bei dem die Kernrückseite mit einer Stufenverschiebung versehen wird, wie im obigen Fall, in dem Durchgangslöcher vorhanden sind. Auch durch das Ausbilden der konkaven Abschnitte 84 kann ein gegenphasiges Rastmoment erzeugt werden, damit das Rastmoment kompensiert wird, das durch die ungleichmäßige Breite der Kernrückseite 82 entsteht. In der dargestellten Variante befinden sich die konkaven Abschnitte 84 an den Ecken der Kernrückseite 82. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese besondere Anordnung eingeschränkt.
9 zeigt eine Planskizze, die einen Elektromotor 90 gemäß noch einer anderen Variante darstellt. Der Elektromotor 90 in 9 enthält eine Kernrückseite 92, die eine im Wesentlichen quadratisch geformte Außenfläche hat. Die Kernrückseite 92 ist an ihren Ecken 92a in der Form von Kreisbögen 92b ausgeschnitten. Eine derartige Kernrückseite 92 mit ausgeschnittenen Ecken 92a wird dazu verwendet, dass man Schrauben zum Befestigen des Ständers an einer Halterung einsetzen kann, beispielsweise einem Flansch. Da die Breite der Kernrückseite 92 des Elektromotors 90 auch in diesem Fall zyklisch schwankt, wird bei einer Umdrehung ein Rastmoment mit einer gewissen Häufigkeit erzeugt, und zwar gemäß dem Zusammenhang zwischen der Breite der Kernrückseite, die in der Umfangsrichtung schwankt, und den Magnetpolen des Läufers. Um dieses Rastmoment zu verringern ist die Kernrückseite 92 wie in den anderen beschriebenen Ausführungsformen mit Durchgangslöchern, konvexen Abschnitten oder konkaven Abschnitten (nicht dargestellt) versehen, damit die Phase der Kernrückseite 92 um einen Winkel verschoben wird, den man durch Multiplizieren von (360/M/2) Grad mit einer ungeraden Zahl erhält, falls das Rastmoment M Mal während einer Umdrehung erzeugt wird.
Wie oben bei 9 beschrieben ist ein sich wiederholendes Muster der Kernrückseite in der Erfindung nicht auf ein regelmäßiges Polygon eingeschränkt. Es ist jedoch einigermaßen schwierig, vorherzusagen, wie oft ein Rastmoment in einem Elektromotor erzeugt wird, der eine Kernrückseite mit einer komplizierteren Form als ein regelmäßiges Polygon hat. Daher sollte für einen solchen Elektromotor eine Prüfung vorgenommen werden, bevor Durchgangslöcher oder ähnliche Vorrichtungen ausgebildet werden. Durch die Untersuchung des Kurvenverlaufs des Rastmoments, der als Prüfungsergebnis erhalten wurde, können Durchgangslöcher oder ähnliche Vorrichtungen ausgebildet werden, um das erfasste Rastmoment zu kompensieren. Wird beispielsweise als Prüfungsergebnis festgestellt, dass ein Rastmoment in einem Zyklus von 45 Grad erzeugt wird, so muss man die Kernrückseite so mit Durchgangslöchern versehen, dass die Kernrückseite eine Stufenverschiebung von 22,5 Grad hat. Auch für einen Fall dass das Rastmoment mehrere Komponenten enthält, d. h. dass das Rastmoment in unterschiedlichen Zyklen erzeugt wird, kann das Rastmoment unabhängig voneinander verringert werden, indem man jeweils einzeln zugeordnete Durchgangslöcher oder ähnliche Vorrichtungen anbringt. Enthält beispielsweise das Rastmoment eine Komponente, bei der das Rastmoment M Mal während einer Umdrehung erzeugt wird, und eine davon verschiedene Komponente, bei der das Rastmoment N Mal während einer Umdrehung erzeugt wird, so muss man die Kernrückseite mit einer Stufenverschiebung bei einem Winkel versehen, den man durch Multiplizieren von (360/M/2) Grad mit einer ungeraden Zahl erhält, und mit einer Stufenverschiebung mit einem Winkel, den man durch Multiplizieren von (360/N/2) Grad mit einer ungeraden Zahl erhält.
10 zeigt eine Schnittansicht eines Elektromotors 10' einer anderen Variante. Der Elektromotor 10' in dieser Variante enthält eine Kernrückseite 36, die aus zwei getrennten Teilen ausgebildet ist, nämlich einer inneren Kernrückseite 36a, die sich in radialer Richtung R an einer Innenseite befindet, und einer äußeren Kernrückseite 36b, die sich in der radialen Richtung R an einer Außenseite befindet. Die Erfindung kann auch auf einen Elektromotor angewendet werden, bei dem die Kernrückseite 36 aus zwei oder mehr getrennten Teilen ausgebildet ist.
Als Beispiele für Kernrückseiten des Ständers, die eine Stufenverschiebung aufweisen, wurden die Kernrückseite mit einer tatsächlichen Stufenverschiebung und die Kernrückseite mit einer virtuellen Stufenverschiebung durch das Ausbilden von Durchgangslöchern, konvexen Abschnitten oder konkaven Abschnitten beschrieben. Beide Arten von Ausführungsformen fallen in den Bereich der Erfindung. Die Kernrückseite mit einer tatsächlichen Stufenverschiebung kann nur durch das Verändern der Form des Ständerkerns vorteilhaft mit geringeren Kosten gefertigt werden, damit man das gewünschte Ergebnis erzielt. Dagegen erleichtert die Kernrückseite mit Durchgangslöchern, konvexen Abschnitten oder konkaven Abschnitten den Ersatz von herkömmlichen Elektromotoren, da es nicht nötig ist, die Form des Ständers und damit die Form des Elektromotors abzuwandeln.
Es wurden verschiedene Ausführungsformen beschrieben. Natürlich kann ein Fachmann die Erfindung implementieren, indem er beliebige Merkmale der Ausführungsformen miteinander kombiniert, die hier explizit oder implizit offenbart sind. Zusätzlich können die Konzepte der Erfindung auch auf einen beliebigen Elektromotortyp angewendet werden, der sich von der dargestellten Ausführungsform unterscheidet, so lange die Anwendung nicht klar erkennbar ein technisches Problem bewirkt. Beispielsweise ist der Elektromotor in den dargestellten Ausführungsformen so aufgebaut, dass Permanentmagnete in den Läuferkern eingebettet sind. Einem Fachmann ist klar, dass man die Erfindung auch auf eine andere Art von Elektromotoren anwenden kann, bei denen Permanentmagnete an der Oberfläche des Läufers haften. Damit können die Konzepte der Erfindung in breiter Weise auf jeden beliebigen anderen Elektromotortyp angewendet werden, bei dem sich die Breite seiner Kernrückseite in Umfangsrichtung zyklisch ändert.
Umfasst ein Elektromotor wie beschrieben ein zusätzliches Gehäuse, und hat das zusätzliche Gehäuse magnetische Eigenschaften, so dass man das Gehäuse und die Kernrückseite so betrachten kann, dass sie einen gemeinsamen Durchgangsweg für den magnetischen Fluss bilden, so entspricht die Breite der Kernrückseite in diesem Zusammenhang einer kombinierten Breite der Kernrückseite und des Gehäuses. Damit kann die Erfindung auch auf einen Elektromotor angewendet werden, bei dem sich eine kombinierte Breite der Kernrückseite und des Gehäuses zyklisch in Umfangsrichtung ändern. Auf diese Weise kann bezüglich der Erfindung die Kernrückseite und damit der Ständer so betrachtet werden, dass er ein Gehäuse enthält, das aus magnetischem Material hergestellt ist.
AUSWIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Hat die Kernrückseite eine ungleichmäßige Breite, so kann lokal eine magnetische Sättigung in der Kernrückseite auftreten. Damit kann insbesondere dann, wenn gewünscht wird, einen kleineren Motor zu entwerfen oder wenn Magnete verwendet werden, die eine größere Magnetkraft erzeugen, das Rastmoment problematisch werden. Gemäß der Erfindung kann jedoch das Rastmoment, das durch eine ungleichmäßige Breite der Kernrückseite erzeugt wird, verringert werden.
Die Erfindung wurde anhand beispielhafter Ausführungsformen dargestellt und beschrieben. Fachleuten ist klar, dass die genannten Veränderungen, Vereinfachungen und Zusätze sowie weitere Veränderungen, Vereinfachungen und Zusätze vorgenommen werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
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 2005-304150 A [0002]
JP 2008-199894 A [0002]
JP 2011-55706 A [0002]
JP 2005-65479 A [0002]
JP 2009-131050 A [0002]
JP 2006-14457 A [0002]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Journal of the Institute of Electrical Engineers of Japan, Vol. 103-B, (1983), Seiten 711 bis 718 [0002]
Journal of the Institute of Electrical Engineers of Japan, Vol. 103-B, (1983), Seiten 711 bis 718 [0042]

Claims

Elektromotor (10, 10', 50, 60, 70, 80, 90), umfassend einen Ständer (12), der mit Schlitzen (34) versehen ist, die zueinander in einer Umfangsrichtung (C) Abstand haben, und mit Wicklungen, die durch die Schlitze (34) gewickelt sind, und einen Läufer (14, 54, 64), der mit Permanentmagneten (24) versehen ist, die zueinander in der Umfangsrichtung (C) Abstand haben, und der dafür ausgelegt ist, mit den Wicklungen zusammenzuwirken, damit ein Antriebsdrehmoment erzeugt wird, wobei: der Ständer (12) eine Kernrückseite (36, 52, 62, 72, 82, 92) enthält, die sich zwischen einem umschriebenen Kreis (X), der durch eine radial äußere Kante der Schlitze verläuft, und einer radial äußeren Kante des Ständers (12) erstreckt, und die Kernrückseite (36, 52, 62, 72, 82, 92) eine in einer radialen Richtung (R) definierte Abmessung hat, die sich in der Umfangsrichtung (C) verändert, und der Elektromotor (10, 10', 50, 60, 70, 80, 90) wegen seiner Auslegung ein Rastmoment M Mal während einer Umdrehung des Läufers (14, 54, 64) erzeugt, und zwar durch die Anzahl der Magnetpole des Läufers und die veränderte Abmessung der Kernrückseite (36, 52, 62, 72, 82, 92), wobei die Kernrückseite (36, 52, 62, 72, 82, 92) mit einer Stufenverschiebung um einen Winkel versehen ist, den man durch Multiplizieren von (360/M/2) Grad mit einer ungeraden Zahl erhält.
Elektromotor (10, 10', 50, 60, 70, 80, 90) nach Anspruch 1, wobei die Kernrückseite (36, 52, 62, 72, 82, 92) Löcher (40, 56, 66), konkave Abschnitte (84) oder konvexe Abschnitte (74) enthält, damit die Kernrückseite (36, 52, 62, 72, 82, 92) mit der Stufenverschiebung versehen wird.
Elektromotor (10, 10', 50, 60, 70, 80, 90) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kernrückseite (36, 52, 62, 72, 82, 92) die Kontur eines regelmäßigen Vielecks aufweist.
Elektromotor (10, 10', 50, 60, 70, 80, 90) nach Anspruch 2, wobei der Elektromotor (10, 10', 50, 60, 70, 80, 90) wegen seiner Auslegung ein Rastmoment N Mal während einer Umdrehung des Läufers (14, 54, 64) erzeugt, das unabhängig von dem Rastmoment ist, das M Mal während einer Umdrehung des Läufers (14, 54, 64) erzeugt wird, und zwar wegen der Anzahl der Magnetpole des Läufers (14, 54, 64) und der veränderten Abmessung der Kernrückseite (36, 52, 62, 72, 82, 92), wobei die Kernrückseite (36, 52, 62, 72, 82, 92) zusätzliche Löcher, konkave Abschnitte oder konvexe Abschnitte enthält, damit die Kernrückseite (36, 52, 62, 72, 82, 92) mit einer Stufenverschiebung um einen Winkel versehen wird, den man durch Multiplizieren von (360/N/2) Grad mit einer ungeraden Zahl erhält.
Elektromotor (10, 10', 50, 60, 70, 80, 90) nach irgendeinem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Löcher (40, 56, 66), die konkaven Abschnitte (84) oder die konvexen Abschnitte (74) der Kernrückseite (36, 52, 62, 72, 82, 92) in der Umfangsrichtung (C) gleichen Abstand zueinander haben.
Elektromotor (10, 10', 50, 60, 70, 80, 90) nach irgendeinem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die Löcher (40, 56, 66), die konkaven Abschnitte (84) oder die konvexen Abschnitte (74) der Kernrückseite (36, 52, 62, 72, 82, 92) eine Gruppe von bestimmten Löchern, konkaven Abschnitten oder konvexen Abschnitten bilden, und die Löcher, die konkaven Abschnitte oder die konvexen Abschnitte in der jeweiligen Gruppe relativ zueinander symmetrisch angeordnet sind.