DE102014222813A1

DE102014222813A1 - Electrically commutated DC motor and method of operating such

Info

Publication number: DE102014222813A1
Application number: DE102014222813.1A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-06-20
Filing date: 2014-11-07
Publication date: 2015-12-24

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektrisch kommutierten Gleichstrommotor (1), mit einem Stator (3), der eine erste Anzahl von Polen (7) aufweist, und mit einem Rotor (5), der eine zweite Anzahl von Magnetelementen (9) aufweist, wobei der Stator (3) zwei Phasen (11, 13) aufweist, wobei die erste Anzahl von Polen (7) durch 4 teilbar ist, wobei sich aus der ersten Anzahl geteilt durch 4 ein Teiler ergibt, der größer als 1 ist, wobei die zwei Phasen (11, 13) derart auf die Pole (7) aufgeteilt sind, dass sie – in Umfangsrichtung gesehen – abwechselnd jeweils einer Polgruppe mit einer dritten Anzahl von Polen derselben Phase (11, 13) in Form von Wicklungen zugeordnet sind, wobei die dritte Anzahl größer als 1 ist, wobei unmittelbar benachbarte Wicklungen gleicher Phase stets einen verschiedenen Wicklungssinn aufweisen, wobei der Stator (3) wenigstens eine diametrale Spiegelachse (S) aufweist, welche zwischen unmittelbar benachbarten Wicklungen verschiedener Phasen verläuft, und wobei die Wicklungen des Stators (3) bezüglich des Wicklungssinns an der Spiegelachse (S) gespiegelt sind.The invention relates to an electrically commutated direct current motor (1) comprising a stator (3) having a first number of poles (7) and a rotor (5) having a second number of magnetic elements (9) Stator (3) has two phases (11, 13), wherein the first number of poles (7) is divisible by 4, wherein the first number divided by 4 results in a divider which is greater than 1, wherein the two phases (11, 13) are so divided on the poles (7) that they are - in the circumferential direction - alternately associated with each of a pole group with a third number of poles of the same phase (11, 13) in the form of windings, wherein the third number is greater than 1, wherein immediately adjacent windings of the same phase always have a different winding sense, wherein the stator (3) has at least one diametrical mirror axis (S), which runs between immediately adjacent windings of different phases, and wherein d The windings of the stator (3) are mirrored with respect to the sense of winding on the mirror axis (S).

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrisch kommutierten Gleichstrommotor sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen. The invention relates to an electrically commutated DC motor and a method for operating such.

Elektrisch kommutierte Gleichstrommotoren sowie Verfahren zu deren Betreiben sind grundsätzlich bekannt. Dabei sind sowohl zweiphasige elektrisch kommutierte Gleichstrommotoren als auch dreiphasige elektrisch kommutierte Gleichstrommotoren bekannt. Insbesondere zweiphasige elektrisch kommutierte Gleichstrommotoren weisen typischerweise ein Verhältnis von Statorpolen zu Rotormagneten von 4:6 auf (beispielsweise US 8,183,733 B2 ). Legt man einen Motor mit 16 Statorpolen zugrunde, erhält man 24 Magnetelemente für den Rotor, wobei die einzelnen Magnetelemente nie alle zugleich von den Statorpolen angesteuert werden können. Ein entsprechender, zweiphasiger Gleichstrommotor ist daher sowohl in Hinblick auf seine Effizienz als auch in Hinblick auf sein Drehmoment verbesserungswürdig. Grundsätzlich drehmomentstärkere, dreiphasige elektrisch kommutierte Gleichstrommotoren sind nicht für eine schrittmotorcharakteristische Ansteuerung geeignet. Electrically commutated DC motors and methods for their operation are known in principle. Both two-phase electrically commutated DC motors and three-phase electrically commutated DC motors are known. In particular, two-phase electrically commutated DC motors typically have a ratio of stator poles to rotor magnets of 4: 6 (for example US 8,183,733 B2 ). If one uses a motor with 16 stator poles, 24 magnet elements are obtained for the rotor, whereby the individual magnet elements can never all be driven simultaneously by the stator poles. A corresponding, two-phase DC motor is therefore in need of improvement, both in terms of its efficiency and in terms of its torque. Basically higher-torque, three-phase electrically commutated DC motors are not suitable for a stepper motor characteristic control.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrisch kommutierten Gleichstrommotor zu schaffen, welcher die genannten Nachteile nicht aufweist. The invention has for its object to provide an electrically commutated DC motor, which does not have the disadvantages mentioned.

Die Aufgabe wird gelöst, indem die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche geschaffen werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. The object is achieved by providing the subject matters of the independent claims. Advantageous embodiments emerge from the subclaims.

Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein elektrisch kommutierter Gleichstrommotor – vorzugsweise mit Permanenterregung – geschaffen wird, der einen Stator aufweist, der eine erste Anzahl von Polen aufweist. Diese Pole werden gemeinhin auch als Nuten bezeichnet. Der Gleichstrommotor weist außerdem einen Rotor auf, der eine zweite Anzahl von Magnetelementen aufweist. Vorzugsweise sind die erste Anzahl und die zweite Anzahl voneinander verschieden. Der Stator weist genau zwei Phasen auf, es handelt sich also bei dem elektrisch kommutierten Gleichstrommotor um einen Zweiphasen-Gleichstrommotor. Die erste Anzahl von Polen ist vorzugsweise durch 4 teilbar, wobei sich aus der ersten Anzahl geteilt durch 4 ein Teiler ergibt, der ganzzahlig und insbesondere größer als 1 ist. Bevorzugt sind die zwei Phasen derart auf die Pole aufgeteilt, insbesondere in Form von bevorzugt phasenweise in Reihe zusammenhängenden Wicklungen auf diese gewickelt, dass sie – in Umfangsrichtung des Stators gesehen – abwechselnd jeweils Polgruppen mit einer dritten Anzahl von Polen – insbesondere einer dritten Anzahl von Wicklungen – derselben Phase zugeordnet sind, wobei die dritte Anzahl größer als 1 ist. Besonders bevorzugt ist die dritte Anzahl gleich dem Teiler. Es ist allerdings auch möglich, dass die dritte Anzahl gleich einem ganzzahligen Bruchteil des Teilers ist. The object is achieved in particular by providing an electrically commutated DC motor, preferably with permanent excitation, having a stator having a first number of poles. These poles are commonly referred to as grooves. The DC motor also includes a rotor having a second number of magnetic elements. Preferably, the first number and the second number are different from each other. The stator has exactly two phases, so it is in the electrically commutated DC motor to a two-phase DC motor. The first number of poles is preferably divisible by 4, wherein the first number divided by 4 results in a divider which is an integer and in particular greater than 1. Preferably, the two phases are so divided on the poles, in particular in the form of preferably phased in series connected windings wound on these that they - seen in the circumferential direction of the stator - alternately each pole groups with a third number of poles - in particular a third number of windings Are assigned to the same phase, wherein the third number is greater than 1. Particularly preferably, the third number is equal to the divider. However, it is also possible that the third number is equal to an integer fraction of the divisor.

Unmittelbar benachbarte Wicklungen gleicher Phase weisen bevorzugt stets einen verschiedenen Wicklungssinn auf. Dies bedeutet, dass sich bevorzugt – in Umfangsrichtung gesehen – innerhalb einer Phase Wicklungen abwechseln, die wechselweise derart verschieden gewickelt sind, dass sich bei konstantem Stromfluss entlang der Phase verschiedene Ausrichtungen der unmittelbar benachbarten Magnetpole des Stators ergeben. Beispielsweise ist eine erste Wicklung der ersten Phase rechts herum gewickelt, wobei eine unmittelbar benachbarte Wicklung der ersten Phase dann links herum gewickelt ist – oder umgekehrt. Immediately adjacent windings of the same phase preferably always have a different winding sense. This means that, as seen in the circumferential direction, windings alternate alternately within one phase, which are alternately wound so differently that different orientations of the immediately adjacent magnetic poles of the stator result with constant current flow along the phase. For example, a first winding of the first phase is wound to the right, with an immediately adjacent winding of the first phase then wound around to the left - or vice versa.

Der Stator weist vorzugsweise wenigstens eine diametrale Spiegelachse auf, welche zwischen unmittelbar benachbarten Wicklungen verschiedener Phase verläuft. Die Spiegelachse trennt also Polgruppen, welche verschiedenen Phasen zugeordnet sind. Durch die Spiegelachse wird der Stator – einschließlich der Wicklungen – in zwei zueinander spiegelsymmetrische Hälften geteilt. Tatsächlich handelt es sich hier um eine Spiegelebene, die senkrecht auf einer gedachten Ebene steht, in welcher eine Umfangslinie des Stators liegt, und auf der eine Rotationsachse des Rotors senkrecht steht. Die Rotationsachse liegt dabei in der Spiegelebene. Da es für das Verständnis des Gleichstrommotors allerdings letztlich insbesondere auf eine Draufsicht auf den Stator und den Rotor ankommt, kann im Folgenden von einer Spiegelachse gesprochen werden, als die sich die Spiegelebene in der Draufsichtansicht – entlang der Rotationsachse des Rotors gesehen – darstellt. The stator preferably has at least one diametrical mirror axis extending between immediately adjacent windings of different phase. The mirror axis thus separates pole groups which are assigned to different phases. Through the mirror axis of the stator - including the windings - divided into two mutually mirror-symmetrical halves. In fact, this is a mirror plane that is perpendicular to an imaginary plane in which a circumferential line of the stator is located, and on which a rotational axis of the rotor is perpendicular. The axis of rotation lies in the mirror plane. However, since the understanding of the DC motor ultimately depends in particular on a plan view of the stator and the rotor, it can be referred to below as a mirror axis, as represented by the mirror plane in the plan view - viewed along the axis of rotation of the rotor.

Die Wicklungen des Stators sind bevorzugt bezüglich des Wicklungssinns an der Spiegelachse gespiegelt. The windings of the stator are preferably mirrored with respect to the sense of winding on the mirror axis.

Der elektrisch kommutierte Gleichstrommotor der hier vorgeschlagenen Art weist eine hohe Effizienz und ein hohes Drehmoment auf und ist insbesondere auch geeignet, für einen schrittweisen Betrieb angesteuert zu werden. The electrically commutated DC motor of the type proposed here has a high efficiency and a high torque and is particularly suitable to be controlled for a stepwise operation.

Bevorzugt ist der elektrisch kommutierte Gleichstrommotor als bürstenloser Gleichstrommotor ausgebildet. Preferably, the electrically commutated DC motor is designed as a brushless DC motor.

Bevorzugt sind unmittelbar benachbarte Magnetelemente des Rotors zueinander polgedreht angeordnet. Preferably, immediately adjacent magnetic elements of the rotor are arranged in poled relationship to one another.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Gleichstrommotors ist vorgesehen, dass alle Wicklungen gleicher Phase, besonders bevorzugt alle Wicklungen des Stators, die gleiche Wicklungszahl und/oder die gleiche Drahtstärke aufweisen. Somit weisen bei konstantem Strom entlang einer Phase alle Wicklungen der Phase eine gleiche Magnetfeldstärke auf. Besonders bevorzugt sind die Wicklungen aus Kupferdraht, insbesondere aus isoliertem Kupferdraht, gewickelt. Vorzugsweise bilden die beiden Phasen jeweils einen geschlossenen Stromkreis. Insbesondere ist für jede Phase bevorzugt ein Kupferdraht vorgesehen, sodass auf den Stator insgesamt zwei Kupferdrähte gewickelt sind, nämlich für jede Phase einer. In a preferred embodiment of the DC motor, it is provided that all windings of the same phase, particularly preferably all windings of the stator, have the same number of windings and / or the same wire thickness. Thus, with constant current along one phase, all windings of the phase have the same magnetic field strength. The windings are particularly preferably wound from copper wire, in particular from insulated copper wire. Preferably, the two phases each form a closed circuit. In particular, a copper wire is preferably provided for each phase, so that a total of two copper wires are wound on the stator, namely one for each phase.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Gleichstrommotors ist vorgesehen, dass der Stator pro Phase eine Anzahl von Polen beziehungsweise Wicklungen aufweist, die gerade dem Teiler multipliziert mit 2 entspricht. Insbesondere sind jeder Phase bevorzugt zwei Polgruppen zugeordnet, wobei jede der Polgruppen eine Anzahl von Polen oder Wicklungen aufweist, die gerade dem Teiler entspricht. Die beiden einer gleichen Phase zugeordneten Polgruppen liegen sich auf dem Stator bevorzugt diametral gegenüber. In a preferred embodiment of the DC motor, it is provided that the stator has a number of poles or windings per phase, which corresponds to the divider multiplied by 2. In particular, each phase is preferably associated with two pole groups, each of the pole groups having a number of poles or windings which corresponds to the divider. The two pole groups assigned to a same phase are preferably diametrically opposite on the stator.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass einander diametral gegenüberliegende Pole oder Wicklungen – insbesondere derselben Phase – einen verschiedenen Wicklungssinn aufweisen. It is preferably provided that diametrically opposite poles or windings-in particular the same phase-have a different winding sense.

Es wird ein Ausführungsbeispiel des elektrisch kommutierten Gleichstrommotors bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die zweite Anzahl von Magnetelementen des Rotors ganzzahlig durch 3 teilbar ist. Es ergibt sich also aus der zweiten Anzahl geteilt durch 3 ein Teiler, der ganzzahlig ist. Vorzugsweise ist der Teiler größer als 1. Dadurch, dass die erste Anzahl ganzzahlig durch 4 teilbar ist, wobei die zweite Anzahl ganzzahlig durch 3 teilbar ist, ergibt sich eine Anordnung von Polen des Stators einerseits und Magnetelementen des Rotors andererseits relativ zueinander, bei der – im Sinne einer Momentaufnahme oder bei stehendem Rotor – an einer ersten Winkelposition ein Statorpol genau einem Magnetelement des Rotors gegenübersteht, wobei an einer um einen bestimmten Winkelabstand von der ersten Winkelposition beabstandeten, zweiten Winkelposition ein Statorpol gerade genau mittig zwischen zwei Magnetelementen des Rotors angeordnet ist. Diese Konfiguration trägt erheblich sowohl zum einen zu der Effizienz und Drehmomentstärke des hier vorgeschlagenen Gleichstrommotors als auch zum anderen zu dessen Eigenschaft bei, in schrittmotorcharakteristischer Weise angesteuert werden zu können. Es ergibt sich demnach insbesondere aufgrund der Teilbarkeit der zweiten Anzahl durch 3, wobei ein ganzzahliger Teiler resultiert, ein charakteristischer Versatz zwischen den Statorpolen und den Magnetelementen des Rotors. An embodiment of the electrically commutated DC motor is preferred, which is characterized in that the second number of magnetic elements of the rotor is integer divisible by 3. Thus, the second number divided by 3 results in a divisor which is an integer. Preferably, the divider is greater than 1. The fact that the first number is integer divisible by 4, wherein the second number is integer divisible by 3, results in an arrangement of poles of the stator on the one hand and magnetic elements of the rotor on the other hand relative to each other, in which - in the sense of a snapshot or when the rotor is stationary - at a first angular position a stator exactly opposite a magnetic element of the rotor, wherein at a certain angular distance from the first angular position spaced, second angular position a stator is just exactly centered between two magnetic elements of the rotor. This configuration contributes considerably both to the efficiency and torque strength of the DC motor proposed here and to its characteristic of being able to be controlled in a stepper motor-characteristic manner. Accordingly, in particular because of the divisibility of the second number by 3, an integer divider resulting, a characteristic offset between the stator poles and the magnetic elements of the rotor.

Der bestimmte Winkelabstand beträgt beispielsweise bei einer Ausgestaltung des Gleichstrommotors mit 16 Statorpolen und 18 Magnetelementen des Rotors 90° – gemessen im 360°-Vollkreis. Weist der Gleichstrommotor beispielsweise 32 Statorpole und 36 Magnetelemente auf, beträgt der bestimmte Winkelabstand 45°. The specific angular distance is, for example, in one embodiment of the DC motor with 16 stator poles and 18 magnetic elements of the rotor 90 ° - measured in the 360 ° full circle. If the DC motor has, for example, 32 stator poles and 36 magnetic elements, the specific angular distance is 45 °.

Sofern hier und im Folgenden Winkelangaben in Grad angegeben sind, beziehen sich diese auf einen Vollkreis mit 360°. If angles and degrees are given here and in the following, these refer to a full circle with 360 °.

Es wird auch ein Ausführungsbeispiel des Gleichstrommotors bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die erste Anzahl von Polen des Stators gleich einem – insbesondere beliebig auswählbaren – ganzzahligen Vielfachen von 8 ist, wobei die zweite Anzahl von Magnetelementen des Rotors gleich einem – insbesondere beliebig auswählbaren – ganzzahligen Vielfachen von 9 ist. Bei einer solchen Ausgestaltung verwirklichen sich in besonderer Weise die Vorteile des Gleichstrommotors in Hinblick auf dessen Effizienz und die Möglichkeit der schrittmotorcharakteristischen Ansteuerung. Es ist ein Ausführungsbeispiel möglich, bei dem die erste Anzahl 16 und die zweite Anzahl 36 ist. It is also preferred an embodiment of the DC motor, which is characterized in that the first number of poles of the stator is equal to one - in particular arbitrarily selectable - integer multiples of 8, wherein the second number of magnetic elements of the rotor equal to one - in particular arbitrarily selectable - integer multiple of 9 is. In such a configuration, the advantages of the DC motor in terms of its efficiency and the possibility of stepper motor characteristic control realized in a special way. An embodiment is possible in which the first number is 16 and the second number is 36.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die erste Anzahl mindestens 16 beträgt, wobei die zweite Anzahl mindestens 18 beträgt. Der Gleichstrommotor weist also bevorzugt mindestens 16 Statorpole und mindestens 18 Magnetelemente am Rotor auf. Besonders bevorzugt wird ein Ausführungsbeispiel des Gleichstrommotors, bei welchem die erste Anzahl von Polen des Stators genau 16 beträgt, wobei die zweite Anzahl von Magnetelementen des Rotors genau 18 beträgt. Der Gleichstrommotor hat dann genau zwei Statorpole weniger als Magnetelemente am Rotor, wobei jeder Statorpol Einfluss auf genau ein oder zwei Magnetelemente des Rotors hat. Der Motor hat dadurch eine sehr hohe Effizienz und zugleich ein hohes Drehmoment. In a preferred embodiment it is provided that the first number is at least 16, the second number being at least 18. The DC motor therefore preferably has at least 16 stator poles and at least 18 magnetic elements on the rotor. Particularly preferred is an embodiment of the DC motor, in which the first number of poles of the stator is exactly 16, wherein the second number of magnetic elements of the rotor is exactly 18. The DC motor then has exactly two stator poles less than magnetic elements on the rotor, each stator pole influencing exactly one or has two magnetic elements of the rotor. The engine therefore has a very high efficiency and at the same time a high torque.

Es wird auch ein Ausführungsbeispiel des Gleichstrommotors bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die zweite Anzahl der Rotor-Magnetelemente um 2n größer ist als die erste Anzahl von Statorpolen, wobei n eine natürliche Zahl größer als 1 ist. Wie bereits zuvor ausgeführt, ist besonders bevorzugt die zweite Anzahl genau um 2 größer als die erste Anzahl. Der so ausgestaltete Motor weist eine besonders hohe Effizienz und ein besonders hohes Drehmoment auf. It is also preferred an embodiment of the DC motor, which is characterized in that the second number of rotor magnetic elements by 2n is greater than the first number of stator poles, where n is a natural number greater than 1. As already stated above, the second number is particularly preferably greater by 2 than the first number. The engine designed in this way has a particularly high efficiency and a particularly high torque.

Es wird auch ein Ausführungsbeispiel des Gleichstrommotors bevorzugt, bei welchem die erste Anzahl von Statorpolen gleich 16n ist, wobei die zweite Anzahl von Magnetelementen des Rotors gleich 18n ist. Dabei ist n eine natürliche Zahl größer oder gleich 1. Es hat sich herausgestellt, dass ein solches Ausführungsbeispiel des Gleichstrommotors sowohl eine besonders hohe Effizienz und ein besonders hohes Drehmoment aufweist, als auch besonders geeignet ist für eine schrittweise Ansteuerung. Dabei wird – wie bereits zuvor erwähnt – ganz besonders ein Ausführungsbeispiel des Gleichstrommotors bevorzugt, bei dem die erste Anzahl genau 16 beträgt, wobei die zweite Anzahl genau 18 beträgt. There is also preferred an embodiment of the DC motor in which the first number of stator poles is equal to 16n, the second number of magnetic elements of the rotor being equal to 18n. In this case, n is a natural number greater than or equal to 1. It has been found that such an embodiment of the DC motor both has a particularly high efficiency and a particularly high torque, as well as is particularly suitable for a stepwise control. In this case - as already mentioned above - a particularly preferred embodiment of the DC motor, in which the first number is exactly 16, wherein the second number is exactly 18.

Weiterhin wird ein Ausführungsbeispiel bevorzugt, bei welchem die erste Anzahl genau 16 beträgt, wobei die zweite Anzahl genau 18 beträgt, wobei die dritte Anzahl von Polen einer Polgruppe, die einer Phase zugeordnet sind, genau 4 beträgt. Somit wechseln sich – in Umfangsrichtung gesehen – Polgruppen von jeweils vier Polen auf dem Stator ab, die abwechselnd einer der beiden Phasen zugeordnet sind. Dabei ist der Draht, welcher einer der Phasen zugeordnet ist, sequenziell und zusammenhängend hintereinander auf die benachbarten Pole einer Polgruppe gewickelt, wobei der Wicklungssinn von Pol zu Pol innerhalb der Polgruppe stets wechselt. Die Spiegelachse trennt zwei Statorhälften voneinander, wobei jede Statorhälfte eine der ersten Phase zugeordnete Polgruppe und eine der zweiten Phase zugeordnete Polgruppe aufweist. Die Polgruppen, welche in den beiden Hälften des Stators jeweils derselben Phase zugeordnet sind, liegen sich diametral gegenüber. Dabei weisen sich diametral gegenüberliegende Wicklungen stets verschiedenen Wicklungssinn auf. Die Wicklungen sind bezüglich der Spiegelachse spiegelsymmetrisch vorgesehen, wobei sich insbesondere unmittelbar an der Spiegelachse jeweils zwei Wicklungen verschiedener Phase gegenüberliegen, die gleichen Wicklungssinn aufweisen. Furthermore, an embodiment is preferred in which the first number is exactly 16, wherein the second number is exactly 18, wherein the third number of poles of a pole group associated with a phase is exactly 4. Thus, as seen in the circumferential direction, pole groups of four poles each alternate on the stator, which are alternately assigned to one of the two phases. In this case, the wire, which is assigned to one of the phases, is wound sequentially and contiguously one behind the other onto the adjacent poles of a pole group, the winding sense always changing from pole to pole within the pole group. The mirror axis separates two stator halves from one another, wherein each stator half has a pole group assigned to the first phase and a pole group assigned to the second phase. The pole groups, which are assigned to the same phase in the two halves of the stator, are diametrically opposed. In this case, diametrically opposed windings always have different winding sense. The windings are mirror-symmetrical with respect to the mirror axis, with two windings of different phase facing each other, in particular directly on the mirror axis, having the same winding sense.

Es wird auch ein Ausführungsbeispiel des Gleichstrommotors bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die erste Anzahl (32 + 4n) beträgt, wobei die zweite Anzahl (36 + 4n) beträgt. Dabei ist n eine natürliche Zahl größer oder gleich 0. Insbesondere ist es möglich, dass n in diesem Fall gleich 0 ist. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel weist der Stator bevorzugt vier Polgruppen auf, wobei jeder der beiden Phasen jeweils zwei Polgruppen zugeordnet sind. Die den verschiedenen Phasen zugeordneten Polgruppen wechseln sich – in Umfangsrichtung gesehen – entlang einer Umfangslinie des Stators ab. Dabei beträgt vorzugsweise die Zahl der Pole einer Polgruppe 8 + n. Im Übrigen ist der Gleichstrommotor bevorzugt so ausgebildet, wie dies zuvor beschrieben wurde. An embodiment of the DC motor is also preferred, which is characterized in that the first number is (32 + 4n), the second number being (36 + 4n). In this case, n is a natural number greater than or equal to 0. In particular, it is possible that n is equal to 0 in this case. Also in this embodiment, the stator preferably has four pole groups, wherein each of the two phases are each associated with two pole groups. The pole groups assigned to the various phases alternate, as seen in the circumferential direction, along a circumferential line of the stator. In this case, the number of poles of a pole group is preferably 8 + n. Incidentally, the DC motor is preferably formed as described above.

Wird der Motor schrittweise angesteuert, zeigt sich, dass eine als Schrittwinkel oder Winkelabstand gemessene Schrittweite mit zunehmendem Wert von n kleiner wird. Soweit hier und im Folgenden eine Schrittweite angesprochen ist, ist stets eine als Schrittwinkel oder Winkelabstand gemessene Schrittweite gemeint. If the motor is controlled step by step, it can be seen that a step size measured as a step angle or angular distance decreases as the value of n increases. As far as a step size is addressed here and below, it is always meant a step size measured as a step angle or angular distance.

Besonders bevorzugt wird auch ein Ausführungsbeispiel des Gleichstrommotors, das sich dadurch auszeichnet, dass die erste Anzahl der Gleichung 16 + 2m = y genügt, wobei m eine natürliche Zahl größer oder gleich 0 ist, und wobei y ganzzahlig mit geradzahligem Teiler durch 4 teilbar ist. Dies bedeutet, dass y geteilt durch 4 eine Zahl ergibt, die ganzzahlig und gerade ist. Die zweite Anzahl genügt bevorzugt folgender Gleichung: 18 + n = x, wobei n eine natürliche Zahl größer oder gleich 0 ist, und wobei x ganzzahlig mit geradzahligem Teiler durch 3 teilbar ist. Dies bedeutet, dass x geteilt durch 3 eine Zahl ergibt, die ganzzahlig und gerade ist. Zusätzlich ist bevorzugt vorgesehen, dass das Verhältnis x:y gerade einem Verhältnis 9p:8q entspricht, wobei p und q beliebige natürliche Zahlen größer oder gleich 1 sind. Das Verhältnis von x zu y entspricht also dem Verhältnis von 9 multipliziert mit einer beliebigen ganzen Zahl zu 8 multipliziert mit einer gleichen oder anderen beliebigen ganzen Zahl. Bei dieser Ausgestaltung verwirklichen sich in besonderer Weise die Vorteile des hier beschriebenen Gleichstrommotors. Particularly preferred is also an embodiment of the DC motor, which is characterized in that the first number of the equation 16 + 2m = y is sufficient, where m is a natural number greater than or equal to 0, and where y is integer divisible by 4 with even divisors. This means that y divided by 4 yields a number that is integer and even. The second number preferably satisfies the following equation: 18 + n = x, where n is a natural number greater than or equal to 0, and where x is integer divisible by 3 with even divisor. This means that x divided by 3 yields a number that is integer and even. In addition, it is preferably provided that the ratio x: y just corresponds to a ratio 9p: 8q, where p and q are any natural numbers greater than or equal to 1. The ratio of x to y thus corresponds to the ratio of 9 multiplied by any integer to 8 multiplied by an equal or different arbitrary one integer. In this embodiment, realize the benefits of the DC motor described here in a special way.

Es wird ein Ausführungsbeispiel des Gleichstrommotors bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die Magnetelemente als Permanentmagnete ausgebildet sind. Dies stellt eine besonders einfache, kostengünstige und einfach herzustellende Ausgestaltung dar. Dabei sind unmittelbar einander benachbarte Magnetelemente – entlang einer Umfangslinie des Rotors gesehen – polgedreht zueinander angeordnet. Ist also beispielsweise bei einem ersten Magnetelement einem Betrachter – in Draufsicht entlang der Drehachse gesehen – der magnetische Nordpol zugewandt, so ist dem Betrachter bei einem zweiten, dem ersten unmittelbar benachbarten Magnetelement der magnetische Südpol zugewandt. An embodiment of the DC motor is preferred, which is characterized in that the magnetic elements are designed as permanent magnets. This represents a particularly simple, inexpensive and easy to manufacture embodiment. In this case, immediately adjacent magnetic elements - as seen along a circumferential line of the rotor - are arranged turned around to each other. Thus, for example, if a first magnetic element is facing a viewer - seen in plan view along the axis of rotation - the magnetic north pole, then the magnetic south pole faces the viewer in the case of a second magnet element directly adjacent to it.

Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, dass die Magnetelemente Spulen aufweisen oder durch Spulen gebildet sind, wobei die Spulen vorzugsweise über eine Gleichstromquelle versorgt werden. Die Gleichstromquelle ist vorzugsweise an dem Rotor angeordnet. Dies ist besonders vorteilhaft, weil es dann keiner elektrischen Verbindung zwischen dem Rotor und dem Stator und insbesondere keiner Schleifringe, Bürsten oder anderer Elemente bedarf, die einen elektrischen Kontakt zwischen einem feststehenden Teil des Motors und dem Rotor ermöglichen würden. Alternatively or additionally, it is also possible that the magnetic elements have coils or are formed by coils, wherein the coils are preferably supplied via a DC power source. The DC power source is preferably arranged on the rotor. This is particularly advantageous because it then requires no electrical connection between the rotor and the stator and in particular no slip rings, brushes or other elements that would allow electrical contact between a fixed part of the motor and the rotor.

Es wird auch ein Ausführungsbeispiel des Gleichstrommotors bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass der Gleichstrommotor als Außenläufer ausgebildet ist. Dabei umgreift der Rotor bevorzugt den Stator. Die Pole des Stators erstrecken sich vorzugsweise – in radialer Richtung gesehen – nach außen. It is also preferred an embodiment of the DC motor, which is characterized in that the DC motor is designed as an external rotor. In this case, the rotor preferably surrounds the stator. The poles of the stator preferably extend - as seen in the radial direction - to the outside.

Vorzugsweise sind der Stator und der Rotor über ein Kugellager und eine Welle miteinander verbunden. Preferably, the stator and the rotor are connected to each other via a ball bearing and a shaft.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Gleichstrommotors ist vorgesehen, dass die Stärke oder Dicke des Stators – entlang der Drehachse des Gleichstrommotors gemessen – variabel wählbar ist. Besonders bevorzugt ist der Stator aus einzeln übereinander liegend angeordneten und voneinander isolierten Elektroblechen gefertigt. Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, dass die einzelnen Elektrobleche durch Backen und/oder durch eine mechanische Verbindung, vorzugsweise wenigstens eine Schraube, miteinander verbunden, insbesondere aneinander fixiert sind. In a preferred embodiment of the DC motor is provided that the thickness or thickness of the stator - measured along the axis of rotation of the DC motor - is variably selectable. Particularly preferably, the stator is made of individually superimposed lying and insulated from each other manufactured electrical sheets. It is preferably provided that the individual electrical sheets are joined together by jaws and / or by a mechanical connection, preferably at least one screw, in particular fixed to one another.

Die Statorpole oder Nuten weisen vorzugsweise eine T-Form auf. Dabei umgreifen die Wicklungen vorzugsweise jeweils einen Längsbalken des T, während sich ein Querbalken des T quasi stirnseitig – radial außen – über die Wicklungen erstreckt. The stator poles or grooves preferably have a T-shape. In this case, the windings preferably each surround a longitudinal bar of the T, while a transverse bar of the T quasi-end side - radially outwardly - extends over the windings.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Gleichstrommotors ist vorgesehen, dass der Rotor ein nicht-leitendes Material umfasst oder aus einem nicht-leitenden Material besteht. Vorzugsweise weist der Rotor Aluminium auf oder besteht aus Aluminium. In a preferred embodiment of the DC motor it is provided that the rotor comprises a non-conductive material or consists of a non-conductive material. Preferably, the rotor comprises aluminum or consists of aluminum.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Gleichstrommotors ist vorgesehen, dass die Magnetelemente Neodym aufweisen oder aus Neodym bestehen. Vorzugsweise sind die Magnetelemente als Permanentmagnete ausgebildet, welche Neodym aufweisen oder aus Neodym bestehen. Besonders bevorzugt sind die Magnetelemente mit Epoxidharz an einer Innenseite des Rotors angebracht oder befestigt. Besonders bevorzugt sind Neodym-Magnete als Magnetelemente mit Epoxidharz an der Rotorinnenseite angebracht oder befestigt. In a preferred embodiment of the DC motor, it is provided that the magnetic elements have neodymium or consist of neodymium. Preferably, the magnetic elements are designed as permanent magnets which have neodymium or consist of neodymium. Particularly preferably, the magnetic elements are attached or attached with epoxy resin on an inner side of the rotor. Particularly preferred neodymium magnets are attached or attached as magnetic elements with epoxy resin on the rotor inside.

Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Verfahren zum Betreiben eines elektrisch kommutierten Gleichstrommotors geschaffen wird, wobei im Rahmen des Verfahrens ein elektrisch kommutierter Gleichstrommotor nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele betrieben wird. Dabei werden die beiden Phasen des Gleichstrommotors alternierend einzeln, in einem sogenannten Einzelspulenbetrieb (Single Coil), alternierend gemeinsam, insbesondere in einem sogenannten Zweispulenbetrieb (Double Coil) oder abwechselnd einzeln und gemeinsam, insbesondere in einem sogenannten Interleaved-Coil-Betrieb, angesteuert. Es ist auf diese Wiese möglich, den elektrisch kommutierten Gleichstrommotor der hier angesprochenen Art schrittweise zu betreiben. Dabei werden bei alternierend einzelner sowie alternierend gemeinsamer Ansteuerung der Phasen, also im Single-Coil- oder Double-Coil-Betrieb Vollschritte erzielt, die einen ersten Winkelabstand aufweisen. Der Gleichstrommotor weist im alternierend gemeinsamen Betrieb, also im Double-Coil-Betrieb, im Vergleich zu dem alternierend einzelnen Betrieb, also dem Single-Coil-Betrieb, das doppelte Drehmoment auf. Werden die Phasen dagegen abwechselnd einzeln und gemeinsam angesteuert, insbesondere im sogenannten Interleaved-Coil-Betrieb, kann der Gleichstrommotor zu Halbschritten angesteuert werden, welche einen zweiten Winkelabstand aufweisen, der gleich dem halben ersten Winkelabstand ist. Dabei variiert das Drehmoment von Halbschritt zu Halbschritt abhängig davon, ob gerade eine Phase einzeln oder aber beide Phasen gemeinsam angesteuert werden. The object is also achieved by providing a method for operating an electrically commutated DC motor, wherein in the context of the method an electrically commutated DC motor is operated according to one of the embodiments described above. The two phases of the DC motor are alternately individually, in a so-called single coil operation (single coil), alternately together, in particular in a so-called two-coil operation (double coil) or alternately individually and jointly, in particular in a so-called interleaved coil operation, driven. It is possible in this way to operate the electrically commutated DC motor of the type mentioned here gradually. In this case, full steps are achieved with alternating single and alternating common control of the phases, ie in single-coil or double-coil operation, which have a first angular distance. The DC motor has twice the torque in alternating common operation, ie in the double-coil operation, compared to the alternating single operation, ie the single-coil operation. If, in contrast, the phases are alternately driven individually and jointly, in particular in the so-called interleaved coil mode, the DC motor can be driven to half steps which have a second angular spacing which is equal to half the first angular spacing. there the torque varies from half-step to half-step depending on whether one phase alone or both phases are controlled together.

Es zeigt sich, dass der hier beschriebene Gleichstrommotor, obwohl er nicht als Schrittmotor, sondern vielmehr als elektrisch kommutierter Gleichstrommotor ausgebildet ist, mit hoher Schrittgenauigkeit und unter präziser Einhaltung der vorherbestimmten Schrittweite, zu einem schrittweisen Betrieb angesteuert werden kann. Dabei sind prinzipiell alle Ansteuerungsmöglichkeiten im Rahmen des Verfahrens möglich, die auf dem Gebiet der Schrittmotoren üblich oder möglich sind. It turns out that the DC motor described here, although it is not designed as a stepper motor, but rather as an electrically commutated DC motor, can be controlled with high step accuracy and precise adherence to the predetermined step size to a stepwise operation. In principle, all control possibilities within the scope of the method are possible, which are usual or possible in the field of stepper motors.

Insbesondere wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, bei der die Phasen des Gleichstrommotors pulsweitenmoduliert angesteuert werden. Auf diese Weise sind in auf dem Gebiet der Schrittmotoren für sich genommen bekannter Weise Mikroschritte realisierbar. Insbesondere ist eine Ansteuerung der Phasen mit eine trigonometrischen Funktion, beispielsweise einer Sinusfunktion oder einer Kosinusfunktion, möglich, um den Motor zu Mikroschritten anzusteuern. In particular, an embodiment of the method is preferred in which the phases of the DC motor are controlled pulse width modulated. In this way microsteps can be realized in a manner known per se in the field of stepper motors. In particular, an activation of the phases with a trigonometric function, for example a sine function or a cosine function, is possible in order to drive the motor to microsteps.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben. Dabei zeigt die einzige Figur ein Ausführungsbeispiel eines elektrisch kommutierten Gleichstrommotors. The invention will be described in more detail below with reference to the drawing. The single figure shows an embodiment of an electrically commutated DC motor.

Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines elektrisch kommutierten Gleichstrommotors in schematischer Draufsicht. Der Gleichstrommotor 1 ist als Außenläufer ausgebildet und weist einen – in radialer Richtung gesehen – innenliegenden Stator 3 sowie einen diesen umgreifenden, mithin radial außen angeordneten, und relativ zu dem Stator 3 um eine senkrecht auf der Bildebene der Figur stehende Drehachse A drehbaren Rotor 5 auf. Der Rotor 5 und der Stator 3 sind vorzugsweise über ein Kugellager und eine Welle miteinander verbunden. Die Stärke oder Dicke des Stators 3 ist variabel wählbar. Vorzugsweise erstreckt sich der Rotor 5 – in Richtung der Drehachse A gesehen – über einen gleichen Bereich, über den sich auch der Stator 3 bezüglich seiner Stärke oder Dicke erstreckt. Es ist möglich, dass der Stator 3 aus einzeln übereinander liegenden und voneinander isolierten Elektroblechen gefertigt ist. Dabei sind die einzelnen Bleche vorzugsweise durch Backen und/oder durch eine mechanische Verbindung, beispielsweise eine Schraube, miteinander verbunden, insbesondere aneinander fixiert. The single FIGURE shows a schematic representation of an embodiment of an electrically commutated DC motor in a schematic plan view. The DC motor 1 is designed as an external rotor and has a - seen in the radial direction - internal stator 3 and a surrounding this, thus arranged radially outward, and relative to the stator 3 about a perpendicular to the image plane of the figure rotating axis A rotatable rotor 5 on. The rotor 5 and the stator 3 are preferably connected to each other via a ball bearing and a shaft. The thickness or thickness of the stator 3 is variable selectable. Preferably, the rotor extends 5 - Seen in the direction of the axis of rotation A - over a same area, on which also the stator 3 in terms of its thickness or thickness. It is possible that the stator 3 is made of individually superposed and insulated from each other electrical sheets. In this case, the individual sheets are preferably connected to one another by jaws and / or by a mechanical connection, for example a screw, in particular fixed to one another.

Der Stator 3 weist eine erste Anzahl von Polen auf, von denen hier der besseren Übersichtlichkeit wegen nur ein Pol mit dem Bezugszeichen 7 gekennzeichnet ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Stator genau sechzehn Pole 7 auf. Diese Pole, die auch als Nuten bezeichnet werden, sind hier T-förmig ausgebildet, wobei jeweils ein Längsbalken des T von einer Wicklung umgriffen ist, wobei sich ein Querbalken des T stirnseitig – im Wesentlichen entlang der Umfangsrichtung des Stators 3 – über die Wicklung erstreckt. The stator 3 has a first number of poles, of which here for the sake of clarity, only one pole with the reference numeral 7 is marked. In the illustrated embodiment, the stator has exactly sixteen poles 7 on. These poles, which are also referred to as grooves, are formed here T-shaped, wherein in each case a longitudinal beam of the T is surrounded by a winding, wherein a transverse bar of the T frontally - substantially along the circumferential direction of the stator 3 - extends over the winding.

Der Rotor 5 weist eine zweite Anzahl von Magnetelementen auf, von denen der besseren Übersichtlichkeit wegen nur eines mit dem Bezugszeichen 9 gekennzeichnet ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Rotor 5 genau achtzehn Magnetelemente 9 auf. Die Magnetelemente 9 sind vorzugsweise als Permanentmagnete ausgebildet. The rotor 5 has a second number of magnetic elements, of which the sake of clarity, only one with the reference numeral 9 is marked. In the illustrated embodiment, the rotor 5 exactly eighteen magnetic elements 9 on. The magnetic elements 9 are preferably formed as permanent magnets.

Dabei zeigt sich, dass – in Umfangsrichtung gesehen – unmittelbar einander benachbarte Magnetelemente 9 polgedreht zueinander angeordnet sind, wobei dem Betrachter jeweils abwechselnd ein Nordpol und ein Südpol der Magnetelemente 9 zugewandt ist. Dies ist in der Figur durch alternierend vorgesehene Plus- und Minus-Zeichen auf den Magnetelementen 9 dargestellt. It shows that - seen in the circumferential direction - immediately adjacent magnetic elements 9 are mutually poled to each other, wherein the viewer alternately a north pole and a south pole of the magnetic elements 9 is facing. This is shown in the figure by alternately provided plus and minus signs on the magnetic elements 9 shown.

Der Gleichstrommotor 1 und insbesondere der Stator 3 weist genau zwei Phasen auf, nämlich eine erste Phase 11 und eine zweite Phase 13, wobei jede Phase 11, 13 bevorzugt jeweils einen durchgehenden Draht, insbesondere Kupferdraht, aufweist, wobei die Drähte, welche den beiden Phasen 11, 13 zugeordnet sind, bevorzugt eine gleiche Stärke oder Dicke aufweisen. Die beiden Phasen 11, 13 beziehungsweise die diesen zugeordneten Drähte sind – in Umfangsrichtung gesehen – abwechselnd jeweils einer Polgruppe mit einer dritten Anzahl von Polen derselben Phase zugeordnet, wobei jede Polgruppe bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel vier Pole 7 aufweist. So ist beispielsweise die erste Phase 11 beziehungsweise der dieser zugeordnete Draht sequenziell auf unmittelbar einander benachbarte Pole gewickelt, wobei sich hier hintereinander Wicklungen 11.1, 11.2, 11.3, 11.4 ergeben. An die durch diese Wicklungen definierte, erste Polgruppe schließt sich – in Umfangsrichtung – eine weitere Polgruppe an, welcher die zweite Phase 13 zugeordnet ist, wobei diese Wicklungen 13.1, 13.2, 13.3, 13.4 aufweist. Hieran schließt sich wiederum eine Polgruppe an, welche der ersten Phase 11 zugeordnet ist, und welche Wicklungen 11.5, 11.6, 11.7, 11.8 aufweist. Daran schließt sich schließlich eine Polgruppe an, welche wiederum der zweiten Phase zugeordnet ist, wobei diese Polgruppe Wicklungen 13.5, 13.6, 13.7, 13.8 aufweist. The DC motor 1 and in particular the stator 3 has exactly two phases, namely a first phase 11 and a second phase 13 , each phase 11 . 13 preferably each having a continuous wire, in particular copper wire, wherein the wires, which the two phases 11 . 13 are assigned, preferably have an equal thickness or thickness. The two phases 11 . 13 or their associated wires are - as seen in the circumferential direction - alternately assigned to a pole group with a third number of poles of the same phase alternately, each pole group in the embodiment shown here four poles 7 having. This is the first phase, for example 11 or the wire associated therewith is wound sequentially on immediately adjacent poles, with windings one behind the other 11.1 . 11.2 . 11.3 . 11.4 result. At the defined by these windings, first pole group is followed - in the circumferential direction - another pole group, which is the second phase 13 is assigned, these windings 13.1 . 13.2 . 13.3 . 13.4 having. This in turn is followed by a pole group, which is the first phase 11 is assigned, and which windings 11.5 . 11.6 . 11.7 . 11.8 having. it Finally, a pole group connects, which in turn is assigned to the second phase, said pole group windings 13.5 . 13.6 . 13.7 . 13.8 having.

Dabei zeigt sich, dass unmittelbar benachbarte Wicklungen, welche derselben Phase 11, 13 zugeordnet sind, stets einen verschiedenen Wicklungssinn aufweisen. Ist also beispielsweise die erste Wicklung 11.1 der ersten Phase 11 rechts herum gewickelt, ist die zweite Wicklung 11.2 der ersten Phase 11 links herum gewickelt, usw. It turns out that immediately adjacent windings, which are the same phase 11 . 13 are assigned, always have a different sense of winding. So for example is the first winding 11.1 the first phase 11 Wrapped clockwise is the second winding 11.2 the first phase 11 wrapped around left, etc.

Vorzugsweise weisen alle Wicklungen einer Phase 11, 13 und ganz besonders bevorzugt insgesamt alle Wicklungen des Stators 3 die gleiche Anzahl von Windungen des Drahtes auf. Preferably, all windings have one phase 11 . 13 and very particularly preferably in total all windings of the stator 3 the same number of turns of wire on.

Es zeigt sich auch, dass sich bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel stets derselben Phase 11, 13 zugeordnete Wicklungen diametral gegenüberliegen. Beispielsweise liegt der ersten Wicklung 11.1 der ersten Phase 11 die fünfte Wicklung 11.5 der ersten Phase 11 gegenüber. In gleicher Weise liegt der ersten Wicklung 13.1 der zweiten Phase 13 die fünfte Wicklung 13.5 der zweiten Phase 13 diametral gegenüber. Einander diametral gegenüberliegende Wicklungen weisen stets einen verschiedenen Wicklungssinn auf. Ist also beispielsweise die erste Wicklung 11.1 der ersten Phase 11 rechts herum gewickelt, ist die fünfte Wicklung 11.5 der ersten Phase 11 links herum gewickelt. It also turns out that in the embodiment shown here always the same phase 11 . 13 assigned windings are diametrically opposed. For example, the first winding is located 11.1 the first phase 11 the fifth winding 11.5 the first phase 11 across from. The first winding lies in the same way 13.1 the second phase 13 the fifth winding 13.5 the second phase 13 diametrically opposite. Diametrically opposed windings always have a different winding sense. So for example is the first winding 11.1 the first phase 11 Wrapped clockwise is the fifth winding 11.5 the first phase 11 wrapped around left.

Insbesondere weisen bevorzugt die erste Wicklung 11.1, die dritte Wicklung 11.3, die sechste Wicklung 11.6, und die achte Wicklung 11.8 der ersten Phase 11 einen ersten Wicklungssinn auf, beispielsweise sind sie rechts herum gewickelt, wobei die zweite Wicklung 11.2, die vierte Wicklung 11.4, die fünfte Wicklung 11.5, und die siebte Wicklung 11.7 der ersten Phase 11 einen zweiten, dem ersten Wicklungssinn entgegengesetzten Wicklungssinn aufweisen, beispielsweise sind sie links herum gewickelt. Bevorzugt weisen die erste Wicklung 13.1, die dritte Wicklung 13.3, die sechste Wicklung 13.6, und die achte Wicklung 13.8 der zweiten Phase 13 den zweiten Wicklungssinn auf, beispielsweise sind sie links herum gewickelt, wobei die zweite Wicklung 13.2, die vierte Wicklung 13.4, die fünfte Wicklung 13.5, und die siebte Wicklung 13.7 der zweiten Phase 13 den ersten Wicklungssinn aufweisen, beispielsweise sind sie rechts herum gewickelt. Dabei ist selbstverständlich die hier beispielhaft genannte Wicklungsart insgesamt invertierbar, wobei dann alle links herum gewickelten Wicklungen durch rechts herum gewickelte Wicklungen ersetzt werden, und umgekehrt. Die konkrete Wahl der Wicklungssinne ist also variabel, solange alle Wicklungen jeder Phase 11, 13 analog betroffen sind. In particular, the first winding preferably has 11.1 , the third winding 11.3 , the sixth winding 11.6 , and the eighth winding 11.8 the first phase 11 a first winding sense, for example, they are wound to the right, the second winding 11.2 , the fourth winding 11.4 , the fifth winding 11.5 , and the seventh winding 11.7 the first phase 11 have a second, the first winding sense opposite winding sense, for example, they are wound around the left. Preferably, the first winding 13.1 , the third winding 13.3 , the sixth winding 13.6 , and the eighth winding 13.8 the second phase 13 the second winding sense, for example, they are wound around the left, wherein the second winding 13.2 , the fourth winding 13.4 , the fifth winding 13.5 , and the seventh winding 13.7 the second phase 13 have the first winding sense, for example, they are wound around the right. In this case, of course, the type of winding mentioned here by way of example is generally invertible, in which case all windings wound around the left are replaced by windings wound around to the right, and vice versa. The concrete choice of winding sense is thus variable, as long as all windings of each phase 11 . 13 are affected analogously.

Der Stator 3 weist wenigstens eine, hier genau eine diametrale Spiegelachse – in der Darstellung der Figur – beziehungsweise Spiegelebene – in der Realität – auf, welche zwischen unmittelbar benachbarten Wicklungen verschiedener Phasen verläuft. Dabei verläuft die Spiegelachse S hier gerade zwischen der vierten Wicklung 11.4 der ersten Phase 11 und der ersten Wicklung 13.1 der zweiten Phase 13, sowie – diametral gegenüber – zwischen der achten Wicklung 11.8 der ersten Phase 11 und der fünften Wicklung 13.5 der zweiten Phase 13. Der Stator 3 ist bezüglich der Spiegelachse S spiegelsymmetrisch aufgebaut, insbesondere einschließlich der Wicklungen und ganz besonders einschließlich von deren Wicklungssinn. So weisen insbesondere die vierte Wicklung 11.4 der ersten Phase 11 und die erste Wicklung 13.1 der zweiten Phase 13 den gleichen Wicklungssinn auf, wobei zugleich die achte Wicklung 11.8 der ersten Phase 11 sowie die fünfte Wicklung 13.5 der zweiten Phase 13 den gleichen Wicklungssinn aufweisen, der jedoch entgegengesetzt ist zu dem Wicklungssinn, welchen die vierte Wicklung 11.4 der ersten Phase 11 sowie die erste Wicklung 13.1 der zweite Phasen 13 aufweisen. Sind also beispielsweise die Wicklungen 11.4 und 13.1 links herum gewickelt, sind die diametral gegenüberliegenden Wicklungen 11.8 und 13.5 rechts herum gewickelt. Es ist offensichtlich, dass sich auch für die übrigen Wicklungen nach diesem Schema eine vollkommene Spiegelsymmetrie entlang der Spiegelachse S ergibt. The stator 3 has at least one, here exactly one diametrical mirror axis - in the representation of the figure - or mirror plane - in reality - on which runs between immediately adjacent windings of different phases. Here, the mirror axis S runs straight here between the fourth winding 11.4 the first phase 11 and the first winding 13.1 the second phase 13 , and - diametrically opposite - between the eighth winding 11.8 the first phase 11 and the fifth winding 13.5 the second phase 13 , The stator 3 is mirror-symmetrical with respect to the mirror axis S, in particular including the windings and especially including their winding sense. Thus, in particular, the fourth winding 11.4 the first phase 11 and the first winding 13.1 the second phase 13 the same winding sense, where at the same time the eighth winding 11.8 the first phase 11 as well as the fifth winding 13.5 the second phase 13 have the same sense of winding, but which is opposite to the sense of winding, which the fourth winding 11.4 the first phase 11 as well as the first winding 13.1 the second phase 13 exhibit. So are, for example, the windings 11.4 and 13.1 Wrapped around the left are the diametrically opposed windings 11.8 and 13.5 wrapped around right. It is obvious that a perfect mirror symmetry along the mirror axis S also results for the other windings according to this scheme.

Zwischen dem Stator 3 und dem Rotor 5 ist vorzugsweise ein minimal kleiner Luftspalt 15 ausgebildet. Dieser ist insbesondere definiert durch die Querbalken der T-förmigen Pole 7 einerseits und die Magnetelemente 9 andererseits. Between the stator 3 and the rotor 5 is preferably a minimally small air gap 15 educated. This is defined in particular by the transverse bars of the T-shaped poles 7 on the one hand and the magnetic elements 9 on the other hand.

Die Ansteuerung des Gleichstrommotors wird vorzugsweise analog zu einer Ansteuerung eines typischen Schrittmotors – insbesondere mittels einer auf diesem technischen Gebiet üblichen Leistungselektronik – vorgenommen. Dies kann im Single-Coil-Betrieb, im Double-Coil-Betrieb oder im Interleaved-Coil-Betrieb geschehen. Auch ein Mikroschritt- oder Microstep-Betrieb ist möglich. Abhängig von der Ansteuerung der beiden Phasen 11, 13 dreht sich der Rotor 5 relativ zu dem Stator 3 links oder rechts um die Drehachse A. The control of the DC motor is preferably carried out analogously to a control of a typical stepping motor - in particular by means of a power electronics customary in this technical field. This can be done in single-coil operation, in double-coil operation or in interleaved coil operation. A microstep or microstep operation is also possible. Depending on the activation of the two phases 11 . 13 the rotor turns 5 relative to the stator 3 left or right around the axis of rotation A.

In der nachfolgenden Tabelle ist ein Ablaufplan für die Ansteuerung der beiden Phasen 11, 13 im Interleaved-Coil-Betrieb angegeben: Tabelle 1 Schritt Erste Phase 11 Zweite Phase 13 1 + 0 2 + + 3 0 + 4 – + 5 – 0 6 – – 7 0 – 8 + – The following table shows a flowchart for controlling the two phases 11 . 13 indicated in the interleaved coil operation: Table 1 step First phase 11 Second phase 13 1 + 0 2 + + 3 0 + 4 - + 5 - 0 6 - - 7 0 - 8th + -

In der Tabelle ist dabei mit einem Plus-Zeichen eine Bestromung der Phasen 11, 13 mit einer ersten Polarität oder Stromrichtung, und mit einem Minus eine Bestromung der Phasen mit einer zweiten Polarität oder Stromrichtung, welche der ersten Polarität oder Stromrichtung entgegengesetzt ist, angegeben. Ist in einem Feld in der Tabelle eine 0 eingetragen, bedeutet dies, dass die entsprechende Phase 11, 13 nicht bestromt und vorzugsweise auf Masse geschaltet oder potentialfrei (floatend) gehalten wird. In the table, a positive sign energises the phases 11 . 13 with a first polarity or current direction, and with a minus current supply of the phases with a second polarity or current direction, which is opposite to the first polarity or current direction specified. If a 0 is entered in a field in the table, this means that the corresponding phase 11 . 13 is not energized and preferably connected to ground or floating (floating) is maintained.

Aus der Tabelle kann ohne weiteres die Ansteuerung im Single-Coil-Betrieb erhalten werden, in dem nur die Schritte verwendet werden, in denen nur eine einzelne der beiden Phasen 11, 13 angesteuert wird, mithin abwechselnd nur die erste Phase 11 und nur die zweite Phase 13 (Schritte 1, 3, 5, 7). Statt der in der Tabelle angegebenen Folge von acht Schritten ergibt sich bei dieser Ansteuerungsart eine Folge von vier Schritten. From the table, the control in single-coil operation can be readily obtained, in which only the steps are used, in which only a single of the two phases 11 . 13 is driven, thus alternately only the first phase 11 and only the second phase 13 (Steps 1, 3, 5, 7). Instead of the eight-step sequence shown in the table, this type of control results in a sequence of four steps.

Eine Ansteuerung gemäß dem Double-Coil-Betrieb kann aus der Tabelle dadurch erhalten werden, dass nur die Schritte gewählt werden, in denen beide Phasen 11, 13 zugleich bestromt werden (Schritte 2, 4, 6, 8). Auch hierbei erhält man statt der in der Tabelle aufgeführten acht Schritte genau vier Schritte pro Ansteuerungsperiode. A drive according to the double-coil operation can be obtained from the table by selecting only the steps in which both phases 11 . 13 be energized at the same time (steps 2, 4, 6, 8). Here too, instead of the eight steps listed in the table, exactly four steps per activation period are obtained.

Betrachtet man die Tabelle in Zusammenhang mit der Figur zeigt sich, dass ein durch den Stator erzeugtes Magnetfeld bei der Ansteuerung im Single-Coil-Betrieb oder im Double-Coil-Betrieb in jedem Schritte gerade um 90° gedreht wird. Dabei zeigt sich anhand der Figur, dass die Anordnung der Magnetelemente 9 einerseits und der Pole 7 andererseits gerade so gewählt ist, dass sich stets an einem ersten Ort – entlang einer Umfangslinie des Gleichstrommotors 1 gesehen – ein Pol 7 und ein Magnetelement 9 gerade genau gegenüberstehen, wie dies in der Momentaufnahme der Figur beispielsweise im Bereich der dritten Wicklung 13.3 der zweiten Phase 13 – in der Figur auf 3 Uhr – sowie dem zugeordneten Magnetelement 9 der Fall ist, wobei an einem zweiten Ort 90° – entlang des Umfangs gesehen – zu dem ersten Ort versetzt gerade ein Pol 7 genau zwischen zwei Magnetelementen 9 angeordnet ist, wie dies hier beispielsweise – in der Figur an der 6-Uhr-Position – für die siebte Wicklung 11.7 der ersten Phase 11 der Fall ist. Dreht sich also bei einem Vollschritt das Magnetfeld um 90°, wird der Rotor 3 genau um einen halben Winkelabstand eines Magnetelements 9, also um die halbe Winkelbreite des Magnetelements 9, weitergedreht, sodass sich dann an dem zweiten Ort ein Pol 7 und ein Magnetelement 9 genau gegenüberstehen. Daraus ergibt sich für einen Vollschritt des Gleichstrommotors bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ein Winkelabstand von 10°. Dabei zeigt sich, dass im Double-Coil-Betrieb das doppelte Drehmoment erzeugt werden kann, wie im Single-Coil-Betrieb. Looking at the table in connection with the figure shows that a generated by the stator magnetic field in the control in single-coil operation or in double-coil operation in each step is rotated by 90 °. It is apparent from the figure that the arrangement of the magnetic elements 9 on the one hand and the pole 7 on the other hand is just chosen so that always at a first location - along a circumferential line of the DC motor 1 seen - a pole 7 and a magnetic element 9 just exactly opposite, as in the snapshot of the figure, for example in the area of the third winding 13.3 the second phase 13 - in the figure at 3 o'clock - and the associated magnetic element 9 the case is, at a second location 90 ° - seen along the circumference - offset to the first place just a pole 7 exactly between two magnetic elements 9 is arranged, as here, for example - in the figure at the 6 o'clock position - for the seventh winding 11.7 the first phase 11 the case is. If the magnetic field rotates by 90 ° during a full step, the rotor will turn 3 exactly half the angular distance of a magnetic element 9 , ie by half the angular width of the magnetic element 9 , further rotated, so that then at the second place a pole 7 and a magnetic element 9 exactly opposite. This results in a full step of the DC motor in the embodiment shown here, an angular distance of 10 °. It shows that in double-coil operation, twice the torque can be generated as in single-coil operation.

Wir der Motor dagegen im Interleaved-Coil-Betrieb angesteuert, dreht sich das Magnetfeld in jedem Schritt gerade um 45°. Entsprechend wird der Motor zu Halbschritten angesteuert, wobei die Schrittweite eines Halbschritts beziehungsweise der entsprechende Winkelabstand gerade 5° beträgt. On the other hand, when the motor is driven in interleaved coil mode, the magnetic field turns 45 ° in each step. Accordingly, the motor is driven to half steps, the step size of a half-step or the corresponding angular distance is just 5 °.

Es ist auch möglich, die Phasen 11, 13 pulsweitenmoduliert anzusteuern, wobei Mikroschritte realisierbar sind. Auch eine Ansteuerung der Phasen 11, 13 mit einer trigonometrischen Funktion, insbesondere einer Sinus- oder Kosinusfunktion, ist möglich, insbesondere um Mikroschritte zu erzeugen. It is also possible the phases 11 . 13 to control pulse width modulated, with micro-steps are feasible. Also a control of the phases 11 . 13 with a trigonometric function, in particular a sine or cosine function, is possible, in particular in order to generate microsteps.

Die Erfindung betrifft insbesondere einen Motor aus Stator und Rotor, welche über ein Kugellager und eine Welle miteinander verbunden sind. Die Stärke (Dicke) des Stators ist variabel wählbar. Der Stator ist aus einzelnen übereinander liegenden und voneinander isolierten Elektroblechen gefertigt. Die einzelnen Bleche sind entweder durch Backen oder durch eine mechanische Verbindung, wie eine Schraube, miteinander fixiert. Die Form der Nuten ist aus der Figur erkennbar. Der Rotor umschließt den Stator und ist mit innen liegenden Dauermagneten bestückt. Die Dauermagnete sind durchgängig polgedreht in geradzahliger Stückzahl. Die Wicklungen und die Stärke des Kupferdrahts sind variabel. Der Kupferdraht ist isoliert und bildet jeweils einen geschlossenen Stromkreis. Auf den Stator sind zwei Kupferdrähte gewickelt. Jede Wicklung umfasst zweimal vier Nuten welche sich gegenüberliegen. Die sich gegenüberliegenden Wicklungen, von derselben Phase, sind stets gegenläufig. Die Wicklungen des Stators sind an den Achsen der Phasenenden immer gespiegelt. In particular, the invention relates to a stator and rotor motor, which are connected to each other via a ball bearing and a shaft. The thickness (thickness) of the stator is variably selectable. The stator is made of individual superimposed and insulated electric sheets. The individual sheets are fixed together either by baking or by a mechanical connection, such as a screw. The shape of the grooves can be seen from the figure. The rotor encloses the stator and is equipped with inside permanent magnets. The permanent magnets are consistently spooled in even numbers. The windings and the thickness of the copper wire are variable. The copper wire is insulated and each forms a closed circuit. Two copper wires are wound on the stator. Each winding comprises twice four grooves which face each other. The opposing windings, of the same phase, are always in opposite directions. The windings of the stator are always mirrored on the axes of the phase ends.

Die Erfindung betrifft weiterhin insbesondere einen außenlaufenden Schrittmotor mit Permanenterregung und gegenläufiger 2 Phasen Spulenwicklung in Nord/Südausrichtung mit Magnet Spulen Verhältnis 18 zu 16 bzw. 9 zu 8. The invention further relates in particular to an external stepper motor with permanent excitation and opposite 2-phase coil winding in north / south orientation with magnet coil ratio 18 to 16 or 9 to 8.

Die Erfindung betrifft weiterhin insbesondere einen elektrisch kommutierten außenlaufenden Schrittmotor mit zwei Stator-Phasen und einem Rotor mit innenliegenden Permanentmagneten in Nord-Südausrichtung. Der Stator bleibt fixiert und der Rotor dreht sich je nach Ansteuerung der zwei Phasen links oder rechts um die Mittelachse. Die Permanentmagnete sind an der Innenseite des Rotors fixiert und durchgängig polgedreht. Die Ansteuerung der zwei Phasen funktioniert analog zur Ansteuerung von regulären Schrittmotoren mit der handelsüblichen Leistungselektronik im single coil steps, double coil steps, interleaved coil steps, microstep Betrieb. Es handelt sich um eine rotatorische elektrische Maschine. Zwischen den zueinander rotierenden Teilen, dem Stator und dem Rotor mit den an der Innenseite angebrachten Permanentmagneten besteht ein maximal kleiner Luftspalt bedingt durch die Oberseite der Nuten zu den Permanentmagneten. Es werden 18 Magnete verbaut oder ein ganzahliges Vielfaches n (18·n; n = 1, 2, 3, ..., n) davon. Die Anzahl der Nuten beläuft sich auf 16 oder die ganzahliges Vielfaches n (16·n; n = 1, 2, 3, ..., n) davon analog zu dem Vielfachen der Magnete. The invention further relates, in particular, to an electrically commutated external stepper motor with two stator phases and a rotor with internal permanent magnets in a north-south orientation. The stator remains fixed and the rotor rotates left or right around the central axis, depending on the activation of the two phases. The permanent magnets are fixed to the inside of the rotor and are always turned round. The control of the two phases works analogous to the control of regular stepper motors with the standard power electronics in single coil steps, double coil steps, interleaved coil steps, microstep operation. It is a rotary electric machine. Between the mutually rotating parts, the stator and the rotor with the permanent magnets attached to the inside there is a maximum small air gap due to the top of the grooves to the permanent magnets. There are 18 magnets or an integer multiple n (18 · n, n = 1, 2, 3, ..., n) of them. The number of grooves amounts to 16 or the integer multiple n (16 * n, n = 1, 2, 3, ..., n) thereof analogous to the multiple of the magnets.

Der außenlaufende Schrittmotor mit Permanenterregung und gegenläufiger 2 Phasen Spulenwicklung in Nord/Südausrichtung mit Magnet Spulen Verhältnis 18 zu 16 hat bevorzugt folgende Spulenwicklungsanordnung: The external stepper motor with permanent excitation and opposite 2-phase coil winding in north / south orientation with magnet coil ratio 18 to 16 preferably has the following coil winding arrangement:

Phase eins ist zusammenhängend. Phase zwei ist zusammenhängend. Phase one is connected. Phase two is connected.

Die erste, dritte, sechste, und achte Wicklung der ersten Phase sind rechts gedreht. The first, third, sixth, and eighth turns of the first phase are turned to the right.

Die zweite, vierte, fünfte und siebte Wicklung der ersten Phase sind links gedreht. The second, fourth, fifth and seventh winding of the first phase are turned to the left.

Die erste, dritte, sechste, und achte Wicklung der zweiten Phase sind links gedreht. The first, third, sixth, and eighth turns of the second phase are turned to the left.

Die zweite, vierte, fünfte und siebte Wicklung der zweiten Phase sind rechts gedreht. The second, fourth, fifth and seventh turns of the second phase are turned to the right.

Links gedreht bzw. rechts gedreht ist variabel wenn alle Spulen jeder Phase analog betroffen sind. Turned left or right is variable if all coils of each phase are affected in the same way.

Insgesamt zeigt sich, dass der Gleichstrommotor eine hohe Effizienz und ein hohes Drehmoment aufweist, wobei er ohne weiteres schrittweise angesteuert werden kann, wobei reproduzierbare Schrittweiten ohne den Verlust von Schritten erzielbar sind. Der Gleichstrommotor kann daher vorzugsweise wie ein Schrittmotor verwendet werden. Overall, it can be seen that the DC motor has a high efficiency and a high torque, whereby it can be controlled in a step-by-step manner, reproducible step sizes being achievable without the loss of steps. Therefore, the DC motor can be preferably used as a stepping motor.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 8183733 B2 [0002]

Claims

Electrically commutated DC motor ( 1 ), with - a stator ( 3 ) containing a first number of poles ( 7 ), and with - a rotor ( 5 ) containing a second number of magnetic elements ( 9 ), wherein - the stator ( 3 ) two phases ( 11 . 13 ), wherein - the first number of poles ( 7 ) is divisible by 4, wherein the first number divided by 4 results in a divider which is greater than 1, where - the two phases ( 11 . 13 ) on the poles ( 7 ) are divided so that they - seen in the circumferential direction - alternately one pole group with a third number of poles of the same phase ( 11 . 13 ) are assigned in the form of windings, wherein the third number is greater than 1, wherein - immediately adjacent windings of the same phase always have a different winding sense, wherein - the stator ( 3 ) has at least one diametrical mirror axis (S), which runs between immediately adjacent windings of different phases, and wherein - the windings of the stator ( 3 ) are mirrored with respect to the sense of winding on the mirror axis (S).

Electrically commutated DC motor ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the second number of magnetic elements ( 9 ) is divisible by 3, wherein the second number divided by 3 results in a divider, which is preferably greater than 1.

Electrically commutated DC motor ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the first number is equal to an integer multiple of 8, the second number being equal to an integer multiple of 9.

Electrically commutated DC motor ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the first number is at least 16, wherein the second number is at least 18.

Electrically commutated DC motor ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the second number is larger by 2n than the first number.

Electrically commutated DC motor according to one of the preceding claims, characterized in that the first number is equal to 16 times n, the second number being equal to 18 times n.

Electrically commutated DC motor ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the magnetic elements ( 9 ) are designed as permanent magnets or as coils.

Electrically commutated DC motor ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the electrically commutated DC motor ( 1 ) is designed as an external rotor.

Method for operating an electrically commutated DC motor ( 1 ) according to any one of claims 1 to 8, wherein the two phases ( 11 . 13 ) alternately individually, jointly, or alternately individually and jointly controlled.

Method according to claim 9, characterized in that the two phases ( 11 . 13 ) are controlled pulse width modulated.