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GEBIET DER ERFINDUNG
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- Übersetzung der am 27.05.2015 eingereichten englischsprachigen Anmeldeunterlagen
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Die Erfindung betrifft einen Elektromotor und insbesondere einen bürstenlosen Motor mit einem Außenrotor.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Elektromotoren haben einen Stator und einen relativ zu dem Stator drehbaren Rotor. Bei einem Motor mit Außenrotor ist der Rotor um den Stator herum angeordnet. Bei einem bürstenlosen Gleichstrommotor hat der Rotor Magnetpole, die durch einen oder mehrere Permanentmagnete gebildet sind, wohigegen der Stator Wicklungen hat, die die Magnetpole des Stators bilden. Der Statorkern ist eine Schlüsselkomponente für die Befestigung und Positionierung der Statorwicklungen und für die Bereitstellung eines Magnetflussweges für den Stator. Der Stator ist gewöhnlich durch ein Paket von Kernblechen aus Siliziumstahl gebildet.
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Da der Statorkern während des Betriebs des Motors dem Magnetfluss einen Magnetwiderstand entgegensetzt, erzeugt der Magnetfluss, der sich durch den Statorkern bewegt, Wärme. Da der Statorkern selbst ein Leiter ist, kommt hinzu, dass während des Betriebs eine Induktionsspannung in einer zu den Magnetlinien senkrechten Richtung generiert wird. Diese Induktionsspannung erzeugt einen Wirbelstrom in einem transversalen Abschnitt des Statorkerns, so dass der Statorkern Wärme erzeugt, die zu einem Wirbelstromverlust des Motors führt. Der Hystereseverlust und der Wirbelstromverlust treten beide in dem Statorkern auf und werden kollektiv als Eisenverlust des Motors bezeichnet. Die Verwendung von Blechen reduziert zwar den Wirbelstromverlust. Dieser kann jedoch immer noch bedeutend sein.
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Wie in 1 gezeigt ist, hat eine Kernblech 100 zum Bilden eines üblichen Statorkerns einen ringförmigen Bereich 130, eine Vielzahl von Zahnbereichen 150, die sich von dem ringförmigen Bereich 130 radial nach außen erstrecken, und eine Spitze 170, die an einem distalen Ende jedes Zahnbereichs 150 angeordnet ist. Jeder Zahnbereich 150 ist länglich mit einer großen Höhe, d. h. einem großen Abstand von einem Fuß (an dem sich der Zahnbereich 150 an den ringförmigen Bereich 130 anschließt) des Zahnbereichs zur Spitze 170. Dadurch ergibt sich einer langer Magnetweg und folglich ein hoher Magnetwiderstand. Der Magnetfluss, der sich durch den Statorkern bewegt, der durch die Kernlamellen 100 gebildet wird, erzeugt eine große Menge an Wärme, die einen bedeutenden Eisenverlust und somit einen schlechten Wirkungsgrad des Motors verursacht.
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Damit der Wirkungsgrad des Motors erhöht werden kann, muss der Statorkern verbessert werden, um die Eisenverluste zu verringern. Eine typische Vorgehensweise zum Verringern des Eisenverlustes ist die Verwendung von Siliziumstahl mit geringem Eisenverlust. Allerdings ist Siliziumstahl mit geringem Eisenverlust teurer, was sich in den Gesamtkosten des Motors niederschlägt.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Daher wird ein Motor gewünscht, dessen Eisenverluste geringer sind und dessen Wirkungsgrad daher größer ist.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Elektromotor angegeben, umfassend einen Stator und einen Rotor, der sich relativ zu dem Stator drehen kann, wobei der Stator einen Statorkern, Statorwicklungen, die um den Statorkern herumgeführt sind, und eine Wicklungshalterung zum Isolieren des Statorkerns von den Statorwicklungen und der Rotorkern ein Außengehäuse und eine Vielzahl von Permanentmagnetpolen umfasst, die an der Innenfläche des Außengehäuses befestigt sind und eine Außenseite des Statorkerns und der Statorwicklungen umgeben, wobei der Statorkern einen äußeren ringförmigen Bereich, einen inneren ringförmigen Bereich, eine Vielzahl von Zahnbereichen, die sich von dem äußeren ringförmigen Bereich radial nach außen erstrecken, eine Vielzahl von Verbindungsarmen, die den äußeren ringförmigen Bereich und den inneren ringförmigen Bereich miteinander verbinden, und eine an einem distalen Ende jedes Zahnbereichs angeordnete Spitze umfasst, wobei eine Breite des Verbindungsarms in einer Umfangsrichtung des Motors geringer ist als eine Breite des Zahnbereichs in der Umfangsrichtung.
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Vorzugsweise ist die Wicklungshalterung durch ein Überspritzungsverfahren über einer Außenfläche des Statorkerns gebildet.
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Vorzugsweise umfasst eine Außenfläche des äußeren ringförmigen Bereichs eine Vielzahl von ebenen Flächenabschnitten, und Seitenflächen der Zahnbereiche sind im Wesentlichen senkrecht zu dem entsprechenden ebenen Flächenabschnitt.
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Vorzugsweise definiert eine Endwand des Außengehäuses des Rotors eine Vielzahl von Lüftungsöffnungen, Lüftungsschlitze sind zwischen benachbarten Verbindungsarmen der Verbindungsarme des Statorkerns definiert und die Lüftungsschlitze stehen in Strömungsverbindung mit den Lüftungsöffnungen.
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Vorzugsweise ist eine Zahnbreite jedes Zahnbereichs als T3 definiert, eine Höhe jedes Zahnbereichs ist als L1 definiert, ein Umfangsabstand zwischen Füßen der benachbarten Zahnbereiche ist als L3 definiert, das Verhältnis von L1 zu L3 liegt in dem Bereich von 1,0 bis 1,3, und das Verhältnis von T3 zu L3 liegt in dem Bereich von 0,8 bis 1,0.
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Vorzugsweise ist eine radiale Breite des äußeren ringförmigen Bereichs als T1 definiert, und das Verhältnis von T1 zu L3 liegt in dem Bereich von 0,5 bis 06.
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Vorzugsweise ist ein Außendurchmesser des Statorkerns als D definiert, und das Verhältnis von T3 zu D liegt in dem Bereich von 0,07 bis 0,1.
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Vorzugsweise ist eine Außenfläche des Permanentmagnetpols eine äußere Bogenfläche mit einer konvexen Mitte, eine Innenfläche des Permanentmagnetpols ist eine gekrümmte Fläche mit einer konkaven Mitte, die gekrümmte Fläche umfasst einen Bogenflächenabschnitt und zwei ebene Flächenabschnitte, der Bogenflächenabschnitt ist zwischen die beiden ebenen Flächenabschnitte geschaltet, um die gesamte gekrümmte Fläche zu bilden, die äußere Bogenfläche hat einen Polbogenwinkel α in einem Bereich von 0,7 bis 0,96, und das Verhältnis eines Polbogenwinkels β des Bogenflächenabschnitts zu dem Polbogenwinkel α der äußeren Bogenfläche liegt in einem Bereich von 0,15 bis 0,35.
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Vorzugsweise liegt ein Winkel θ, der zwischen einer durch den Verbindungspunkt des Bogenflächenabschnitts und eines entsprechenden ebenen Flächenabschnitts verlaufenden radialen Linie eines Bogenflächenabschnitts und dem ebenen Flächenabschnitt gebildet ist, in dem Bereich von 85 bis 95 Grad.
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Vorzugsweise liegt das Verhältnis eines Maximalwerts zu einem Minimalwert eines Spalts zwischen jedem der Permanentmagnetpole und einer entsprechenden Spitze des Statorkerns in dem Bereich von 3 bis 7.
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Vorzugsweise beträgt die radiale Breite T1 des äußeren ringförmigen Bereichs 6,2 mm, die Zahnbreite T3 jedes Zahnbereichs beträgt 9 mm, die Höhe L1 jedes Zahnbereichs beträgt 12,8 mm, und der umfangsseitige Abstand L3 zwischen den Füßen von benachbarten Zahnbereichen beträgt 10,3 mm.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Magnetkern für einen Elektromotor angegeben, der durch ein Paket von Kernblechen gebildet ist, wobei jede der Kernbleche einen äußeren ringförmigen Bereich, einen inneren ringförmigen Bereich, eine Vielzahl von Zahnbereichen, die sich von dem äußeren radialen Bereich radial nach außen erstrecken, eine Vielzahl von Verbindungsarmen, die den äußeren ringförmigen Bereich und den inneren ringförmigen Bereich miteinander verbinden, und eine an einem distalen Ende jedes Zahns angeordnete Spitze umfasst, wobei eine Breite des Verbindungsarms in einer Umfangsrichtung des Motors geringer ist als eine Breite des Zahnbereichs in der Umfangsrichtung, wobei eine radiale Breite des äußeren ringförmigen Bereichs als T1 definiert ist, eine Zahnbreite jedes der Zahnbereiche als T3 definiert ist, eine Höhe jedes der Zahnbereiche als L1 definiert ist, ein Umfangsabstand zwischen jeweils zwei benachbarten Zahnbereichen als L3 definiert ist, das Verhältnis von L1 zu L3 in dem Bereich von 1,0 bis 1,3 liegt, das Verhältnis von T3 zu L3 in dem Bereich von 0,8 bis 1,0 liegt und das Verhältnis von T1 zu L3 in dem Bereich von 0,5 bis 0,6 liegt.
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Vorzugsweise ist ein Außendurchmesser der Kernlamellen als D definiert, und das Verhältnis von T3 zu D liegt in dem Bereich von 0,07 bis 0,1.
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Vorzugsweise umfasst eine Außenfläche des äußeren ringförmigen Bereichs eine Vielzahl von ebenen Flächenabschnitten, und Seitenflächen der Zahnbereiche sind im Wesentlichen senkrecht zur Außenfläche des äußeren ringförmigen Bereichs.
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Vorzugsweise beträgt die radiale Breite T1 des äußeren ringförmigen Bereichs 6,2 mm, die Zahnbreite T3 jedes Zahnbereichs beträgt 9 mm, die Höhe L1 jedes Zahnbereichs beträgt 12,8 mm, und der Umfangsabstand L3 zwischen den Füßen von benachbarten Zahnbereichen beträgt 10,3 mm.
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Bei dem erfindungsgemäßen Motor wird der Wirkungsgrad des Motors erhöht, indem die Struktur des Statorkerns derart modifiziert wird, dass diese den inneren ringförmigen Bereich, die Verbindungsarme, den äußeren ringförmigen Bereich, die Zahnbereiche und die Spitzen umfasst. In dem Magnetkern ist die Höhe der Zahnbereiche gekürzt, so dass der Magnetweg kürzer ist und der Magnetwiderstand verringert wird. Insbesondere ist das Verhältnis der Zahnhöhe L1 der Kernbleche des Magnetkerns zu dem umfangsseitigen Abstand L3 zwischen Füßen von jeweils zwei benachbarten Bereichen auf 1,0–1,3 festgelegt, das Verhältnis der Zahnbreite T3 jedes Zahnbereichs und des umfangsseitigen Abstands L3 zwischen den Füßen von jeweils zwei benachbarten Zahnbereichen ist auf 0,8–1,0 festgelegt, das Verhältnis der radialen Breite T1 des ringförmigen Bereichs zu dem umfangsseitigen Abstand L3 zwischen den Füßen von jeweils zwei benachbarten Zähnen ist auf 0,5–0,6 festgelegt, das Verhältnis der Zahnbreite jedes Zahnbereichs zu dem Außendurchmesser D der Kernbleche ist auf 0,07–0,1 festgelegt, wodurch der Magnetwiderstand des Statorkerns wirksam verringert wird und als Ergebnis der Eisenverlust des Motors reduziert und der Wirkungsgrad des Motors erhöht wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nunmehr anhand eines Beispiels beschrieben, wobei auf die anliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird. Identische Strukturen, Elemente oder Teile, die in mehr als einer Zeichnungsfigur erscheinen, sind in sämtlichen Figuren, in denen sie erscheinen, grundsätzlich identisch gekennzeichnet. Die Dimensionen von Komponenten und Merkmalen sind im Hinblick auf eine übersichtliche Darstellung gewählt und sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu dargestellt. Die Figuren sind nachstehend aufgelistet.
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1 zeigt eine Kernbleche eines bekannten Statorkerns;
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2 ist eine perspektivische Darstellung eines Motors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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3 ist eine Längsschnittansicht des Motors von 2;
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4 ist eine Schnittansicht des Motors von 2;
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5 zeigt einen Stator des Motors von 2;
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6 zeigt einen Statorkern gemäß einer Ausführungsform;
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7 den Statorkern gemäß einer weiteren Ausführungsform;
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8 zeigt ein Kernblech eines Magnetkerns für einen Motor gemäß einer Ausführungsform;
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9 zeigt ein Kernblech eines Magnetkerns für einen Motor gemäß einer weiteren Ausführungsform;
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10 zeigt Größenverhältniswerte, die sich auf das Kernblech des Statorkerns der vorliegenden Erfindung beziehen;
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11 zeigt in einer Tabelle den Vergleich der Größenverhältniswerte, die sich auf das Kernblech des Statorkerns der vorliegenden Erfindung beziehen, und das bekannte Kernblech;
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12 zeigt in einer Tabelle den Vergleich des Wirkungsgrads des Motors mit dem Statorkern gemäß vorliegender Erfindung und des Motors mit dem bekannten Statorkern;
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13 ist eine perspektivische Ansicht eines Permanentmagnetpols des Rotors gemäß einer Ausführungsform;
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14 ist eine Ansicht des Permanentmagnetpols von 13 von oben; und
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15 ist eine vergrößerte Ansicht des Permanentmagnetpols und des Statorkerns des Motors, zum Teil von oben.
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DETAILBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Es wird auf die 2 bis 4 Bezug genommen, in denen ein Motor gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt ist. Der Motor hat einen Stator 2 und einen Rotor 4, der sich relativ zu dem Stator 2 drehen kann. Der Rotor 4 hat ein Außengehäuse 42 und ein Vielzahl von Permanentmagnetpolen 44, die an einer Innenfläche des Außengehäuses 42 befestigt sind. Der Stator 2 hat einen Statorkern 22, Statorwicklungen 24, die um den Statorkern 22 herumgeführt sind, und eine isolierende Wicklungshalterung 26 zum Isolieren des Statorkerns 22 von den Statorwicklungen 24. Die Permanentmagnetpole 44 umgeben eine Außenseite des Statorkerns 22 und der Statorwicklungen 24.
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Es wird auch auf die 5 bis 7 Bezug genommen. Der Statorkern des Motors gemäß vorliegender Erfindung hat eine verbesserte Konstruktion. Der Statorkern 22 hat einen äußeren ringförmigen Bereich oder Ring 221, einen inneren ringförmigen Bereich oder Ring 223, eine Vielzahl von Zahnbereichen 225, die sich von dem äußeren Ringbereich 221 radial nach außen erstrecken, eine Vielzahl von Verbindungsarmen 227, die den äußeren Umfangsbereich 221 und den inneren Umfangsbereich 223 miteinander verbinden, und eine Spitze 229, die an einem distalen Ende jedes Zahnbereichs 225 angeordnet ist. Eine Breite des Verbindungsarms 227 in einer Umfangsrichtung des Motors ist geringer als eine Breite des Zahnbereichs 225 in der Umfangsrichtung, und jede Spitze 229 erstreckt sich in einer Umfangsrichtung des Motors an dem distalen Ende des entsprechenden Zahnbereichs 225.
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Die Wicklungshalterung 26 ist durch ein Überspritzungsverfahren über einer Außenfläche des Statorkerns 22 gebildet, legt jedoch Flächen der Zahnspitzen 229 des Statorkerns 22 frei, die den Permanentmagnetpolen 44 des Rotors 4 gegenüberliegen. In 5 wurde eine Spule der Statorwicklung weggelassen, um den darunterliegenden, durch die Wicklungshalterung verdeckten Zahnbereich zu zeigen.
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Eine Endwand des Außengehäuses 42 des Rotors definiert eine Vielzahl von Lüftungsöffnungen 422. Lüftungsschlitze 228 sind zwischen benachbarten Verbindungsarmen 227 des Statorkerns 22 definiert, die mit den Lüftungsöffnungen 442 in Strömungsverbindung stehen. Diese Anordnung erleichtert die Wärmeableitung aus dem Inneren des Motors.
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Es wird auf 6 Bezug genommen. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält eine Außenfläche des äußeren ringförmigen Bereichs 221 des Statorkerns 22 eine Vielzahl von Bogenflächenabschnitten, die zu dem inneren ringförmigen Bereich 223 konzentrisch sind. Die Zahnbereiche 225 erstrecken sich von der Außenfläche des äußeren ringförmigen Bereichs 221 radial nach außen.
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Es wird auf 7 Bezug genommen. In einer weiteren Ausführungsform enthält eine Außenfläche eines äußeren ringförmigen Bereichs 221' des Statorkerns 22 eine Vielzahl von ebenen Flächenabschnitten. Seitenflächen von Zahnbereichen 225 sind im Wesentlichen senkrecht zur Außenfläche des äußeren ringförmigen Bereichs 221', und der Winkel zwischen den Seitenflächen der Zahnbereiche 225 und der Außenfläche des äußeren ringförmigen Bereichs 221' kann in dem Bereich von 85 bis 100 Grad liegen.
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Der Statorkern 22 hat einen Außendurchmesser D, der äußere ringförmige Bereich 221 hat eine radiale Breite T1, jeder Zahnbereich 225 hat eine Zahnbreite T3, jeder Zahnbereich 225 hat eine Höhe L1, d. h. einen Abstand L1 von einem Zahnfuß (an dem der Zahnbereich 225 an den äußeren ringförmigen Bereich 221 anschließt) zur Spitze 229, und die Füße von benachbarten Zahnbereichen 225 haben zwischen sich einen umfangsseitigen Separierungsabstand L3. Das Verhältnis von L1 zu L3 liegt in dem Bereich von 1,0 bis 1,3. Das Verhältnis von T3 zu L3 liegt in dem Bereich von 0,8 bis 1,0.
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Das Verhältnis von T1 zu L3 liegt in dem Bereich von 0,5 bis 0,6. Das Verhältnis von T3 zu D liegt in dem Bereich von 0,07 bis 0,1.
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Vorliegende Erfindung sieht ferner einen Magnetkern für einen Motor vor. Der Magnetkern kann als Statorkern verwendet werden.
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Der Magnetkern gemäß vorliegender Erfindung ist gebildet aus einem Paket von Kernblechen. 8 zeigt das Kernblech 1 gemäß einer Ausführungsform. Das Kernblech 1 hat einen äußeren ringförmigen Bereich 11, einen inneren ringförmigen Bereich 13, eine Vielzahl von Zahnbereichen 15, die sich von dem äußeren ringförmigen Bereich 11 radial nach außen erstrecken, eine Vielzahl von Verbindungsarmen 17, die den äußeren ringförmigen Bereich 11 und den inneren ringförmigen Bereich 13 verbinden, und eine Spitze 19, die an einem distalen Ende jedes Zahnbereichs 15 angeordnet ist. Eine Breite des Verbindungsarms 17 in einer Umfangsrichtung das Kernblech 1 ist geringer als eine Breite des Zahnbereichs 15 in der Umfangsrichtung, und jede Spitze 19 erstreckt sich in der Umfangsrichtung des Kernblechs 1 an dem distalen Ende des entsprechenden Zahnbereichs 15.
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Es wird auch auf 10 Bezug genommen. Das Kernblech 1 hat einen Außendurchmesser D, der äußere ringförmige Bereich 11 hat eine radiale Breite T1, jeder Zahnbereich 15 hat eine Zahnbreite T3, jeder Zahnbereich 15 hat eine Höhe L1, d. h. den Abstand L1 von einem Zahnfuß (an dem der Zahnbereich 15 an den äußeren ringförmigen Bereich 11 anschließt) zur Spitze 19, und die Füße von jeweils zwei benachbarten Zahnbereichen 15 haben zwischen sich einen Umfangsabstand L3. Das Verhältnis von L1 zu L3 liegt in dem Bereich von 1,0 bis 1,3, wobei ein höheres Verhältnis bevorzugt wird. Das Verhältnis von T3 zu L3 liegt in dem Bereich von 0,8 bis 1,0, wobei ein mittleres Verhältnis bevorzugt wird. Das Verhältnis von T1 zu L3 liegt in dem Bereich von 0,5 bis 0,6, wobei ein mittleres Verhältnis bevorzugt wird. Das Verhältnis von T3 zu D liegt in dem Bereich von 0,07 bis 0,1, wobei ein höheres Verhältnis bevorzugt wird.
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In dieser Ausführungsform enthält die Außenfläche des äußeren ringförmigen Bereichs 11 eine Vielzahl von Bogenflächenabschnitten, die zu dem inneren ringförmigen Bereich 13 konzentrisch sind. Die Zahnbereiche 15 erstrecken sich von der Außenfläche des äußeren ringförmigen Bereichs 11 radial nach außen.
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9 zeigt ein Kernblech 1 für einen Motor gemäß einer weiteren Ausführungsform. Das Kernblech 1 dieser Ausführungsform unterscheidet sich von der vorstehenden Ausführungsform dadurch, dass die Außenfläche des äußeren ringförmigen Bereichs 11' eine Vielzahl von ebenen Flächenabschnitten enthält. Seitenflächen der Zahnbereiche 15 sind im Wesentlichen senkrecht zur Außenfläche des äußeren ringförmigen Bereichs 11', und der Winkel zwischen den Seitenflächen der Zahnbereiche 15 und der Außenfläche des äußeren ringförmigen Bereichs 11' kann in dem Bereich von 85 bis 100 Grad liegen.
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Es wird auf 11 Bezug genommen. Bei einem Motor mit einem Magnetkern gemäß vorliegender Erfindung als Statorkern beträgt die radiale Breite T1 des äußeren ringförmigen Bereichs 11 des Kernblechs 1 bis 6,2 mm, die Zahnbreite T3 jedes Zahnbereichs 15 beträgt 9 mm, die Höhe L1 jedes Zahnbereichs 15 beträgt 12,8 mm, und der Umfangsabstand L3 zwischen den Füßen von benachbarten Zahnbereichen 15 beträgt 10,3 mm. Das Verhältnis von L1 zu L3 beträgt 1,25, das Verhältnis von T3 zu L3 beträgt 0,88, und das Verhältnis von T1 zu L3 beträgt 0,6.
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Bei einem ähnlichen Motor mit einem bekannten Stator beträgt die radiale Breite T1 eines ringförmigen Bereichs 130 eines Kernblechs 100 gleich 5,7 mm, die Zahnbreite T3 jedes Zahnbereichs 150 beträgt 8 mm, die Höhe L1 jedes Zahnbereichs 150 beträgt 15,5 mm, und der Umfangsabstand L3 zwischen den Füßen der Zähne von jeweils zwei benachbarten Zahnbereichen 150 beträgt 9,3 mm. Das Verhältnis von L1 zu L3 ist 1,67, was den Bereich von 1,0–1,3 der vorliegenden Erfindung überschreitet; das Verhältnis von T3 zu L3 beträgt 0,86; und das Verhältnis von T1 zu L3 beträgt 0,62, was den Bereich von 0,5–0,6 der vorliegenden Erfindung überschreitet. Im Vergleich zu dem bekannten Kernblech 100 erhält man das Kernblech 1 gemäß vorliegender Erfindung durch eine Vergrößerung der Zahnbreite T3 des Zahnbereichs 15, der radialen Breite T1 des äußeren ringförmigen Bereichs 11 und des Umfangsabstands L3 zwischen den Füßen von benachbarten Zahnbereichen 15 und durch eine Verkleinerung der Höhe L1 des Zahnbereichs 15. Das neue Kernbleh 1 mit einem optimierten Magnetkreis verkürzt im Vergleich zu dem bekannten Kernblech 100 den Magnetweg, wodurch der Magnetwiderstand und der Eisenverlust des Motors verringert werden und daher der Wirkungsgrad des Motors vergrößert wird.
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Es wird auf 12 Bezug genommen. Wie durch Experimente verifiziert wurde, hat der Motor mit dem erfindungsgemäßen Magnetkern einen durchschnittlichen Wirkungsgrad von 82,11%, während der Motor mit dem bekannten Magnetkern bei gleichem Rotor, gleichem Drahtdurchmesser und gleicher Windungszahl der Statorwicklung einen durchschnittlichen Wirkungsgrad von 78,76% hat. Die Verwendung des erfindungsgemäßen Rotorkerns verbessert also den Wirkungsgrad des Motors um 3,35%.
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Das Kernblech 1 kann aus einem Siliziumstahlblech oder aus einem weichmagnetischen Nickel-Eisen-Legierungsblech mit guter magnetischer Leitfähigkeit gebildet sein. Alternativ kann das Kernblech durch andere magnetisch leitende Materialien gebildet sein.
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Zusammenfassend wird bei dem erfindungsgemäßen Motor der Wirkungsgrad des Motors erhöht durch eine Modifizierung der Struktur des Statorkerns derart, dass dieser den ringförmigen Bereich, die Verbindungsarme, den äußeren ringförmigen Bereich, die Zahnbereiche und die Spitzen umfasst. Bei dem Magnetkern wird die Höhe der Zahnbereiche gekürzt, so dass der Magnetweg verkürzt und der Magnetwiderstand daher verringert wird. Insbesondere liegt das Verhältnis der Zahnhöhe L1 der Kernlamellen des Magnetkerns zu dem Umfangsabstand L3 zwischen den Füßen von benachbarten Bereichen in dem Bereich von 1,0 bis 1,3, das Verhältnis des Zahnbreite T3 jedes Zahnbereichs und des Umfangsabstands L3 zwischen den Füßen von jeweils zwei benachbarten Bereichen liegt in einem Bereich von 0,8 bis 1,0, das Verhältnis der radialen Breite T1 des ringförmigen Bereichs zu dem Umfangsabstand L3 zwischen den Füßen von benachbarten Zahnbereichen liegt in dem Bereich von 0,5 bis 0,6, das Verhältnis der Zahnbreite jedes Zahnbereichs zu dem Außendurchmesser D der Kernlamelle liegt in dem Bereich von 0,07 bis 0,1, wodurch der Magnetwiderstand des Statorkerns effektiv verringert und als Ergebnis der Eisenverlust des Motors reduziert und der Wirkungsgrad des Motors erhöht wird.
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Es versteht sich, dass der Magnetkern für einen erfindungsgemäßen Motor auch bei einem gewickelten Rotor verwendet werden kann.
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Es wird auf die 13 bis 15 Bezug genommen. Der Permanentmagnetpol 44 gemäß der vorliegenden Erfindung kann ebenfalls optimiert werden. Insbesondere hat der Magnetpol 44 einen Bogenaußenfläche 442 mit einer konvexen Mitte. Der Permanentmagnetpol 44 hat eine gekrümmte Innenfläche mit einer konkaven Mitte, die einen bogenförmigen Flächenabschnitt 444 und zwei ebene Flächenabschnitte 446 enthält. Der bogenförmige Flächenabschnitt 444 ist zwischen die beiden ebenen Flächenabschnitte 446 geschaltet, um die gesamte gekrümmte Fläche zu bilden. Die Bogenaußenfläche 442 hat einen Polbogenwinkel α von 0,7–0,96, und das Verhältnis eines Bogenwinkels β des Bogenflächenabschnitts 444 zu dem Polbogenwinkel α der Bogenaußenfläche 442 liegt in dem Bereich von 0,15 bis 0,35.
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Insbesondere der Bogen der Innenfläche (d. h. der Bogenflächenabschnitt 444) des Permanentmagnetpols 44 und der Bogen der Außenfläche (d. h. die Bogenaußenfläche 442) des Permanentmagnetpols 44 sind konzentrisch. Jeder ebene Flächenabschnitt 446 liegt in einem Winkel θ von 85 bis 95 Grad zu einem Radius eines entsprechenden Bogenflächenabschnitts 444 an seinem Ende, das an den ebenen Flächenabschnitt 446 anschließt. Außerdem sind die Außenfläche 442 und die Innenfläche des Permanentmagnetpols 44 durch eine Bogenübergangsfläche 448 an beiden einander gegenüberliegenden Enden des Permanentmagnetpols 44 miteinander verbunden. Insbesondere hat der Permanentmagnetpol 44 eine Dicke, die von der Mitte in Richtung auf die einander gegenüberliegenden Enden allmählich abnimmt.
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Ein Luftspalt ist zwischen der Innenfläche jedes Permanentmagnetpols 44 und einer Außenfläche der Spitze 229 eines entsprechenden Zahnbereichs 225 des Statorkerns gebildet. Des Verhältnis eines Maximalwerts des Luftspalts δmax zu einem Minimalwert des Luftspalts δmin liegt in einem Bereich von 3 bis 7 und beträgt vorzugsweise 5. Die zwischen den Permanentmagnetpolen 44 und ihren entsprechenden Zahnbereichen 225 des Statorkerns 22 gebildeten Luftspalte sind als solche ungleichmäßig, wodurch das Rastdrehmoment und daher das Geräusch während des Betriebs des Motors verringert werden.
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Verben wie ”umfassen”, ”aufweisen”, ”enthalten” und ”haben” sowie deren Synonyme, die in der Beschreibung und in den Ansprüchen der vorliegenden Anmeldung verwendet werden, drücken aus, dass das genannte Element oder Merkmal vorhanden ist, sie schließen jedoch nicht aus, dass auch weitere Elemente oder Merkmale vorhanden sind.
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Es versteht sich, dass bestimmte Merkmale der Erfindung, die der Übersichtlichkeit halber im Kontext einzelner Ausführungsformen beschrieben wurden, auch in einer einzigen Ausführungsform kombiniert sein können. Umgekehrt können verschiedene Merkmale, die der Kürze der Beschreibung halber im Kontext einer einzigen Ausführungsform beschrieben wurden, ebenso getrennt oder in zweckmäßigen Unterkombinationen vorgesehen sein können.
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Wenngleich vorliegende Erfindung anhand einer oder mehrerer bevorzugter Ausführungsformen beschrieben wurde, wird der Fachmann erkennen, dass innerhalb des Schutzrahmens der Erfindung, der durch die anliegenden Ansprüche definiert ist, verschiedene Modifikationen möglich sind.
