DE102016116184A1 - Einphasiger Permanentmagnetmotor und Ständerkern davon - Google Patents
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Abstract
Ein einphasiger Permanentmagnetmotor hat einen Ständerkern, Wicklungen und einen Permanentmagnetläufer (12). Der Ständerkern hat einen Endbereich (14) und zwei voneinander beabstandete Armbereiche (18), die jeweils einen Verbindungsarm (26) und eine Polklaue (28) umfassen. Jede Polklaue (28) hat eine lange Polspitze (34) und eine kurze Polspitze (36) und bildet eine Polfläche (30). Die lange Polspitze (34) jeder Polklaue (28) korrespondiert mit der kurzen Polspitze (36) der anderen Polklaue (28), wobei dazwischen eine Schlitzöffnung (38) gebildet ist. Die Schlitzöffnung (38) sorgt für eine Unterbrechung der Bogenpolfläche (30) entlang einer Umfangsrichtung, und die Bogenpolfläche (30) ist nach innen vertieft, um eine Anlaufnut (40) zu bilden.
Description
- GEBIET DER ERFINDUNG
- Vorliegende Erfindung betrifft einphasige Motoren und insbesondere einen Ständerkern eines einphasigen Permanentmagnetmotors.
- HINTERGRUND DER ERFINDUNG
- Ein einphasiger Permanentmagnetmotor besteht gewöhnlich aus einem Ständerkern, Ständerwicklungen und einem Permanentmagnetläufer. Der Ständerkern ist allgemein U-förmig und hat zwei voneinander beabstandete Polarme. Eine Polklaue ist an einem distalen Ende jedes Polarms gebildet. Eine Innenwandfläche jeder Polklaue ist nach innen vertieft, um eine Bogenpolfläche zu bilden. Die Wicklungen sind um die Polarme herumgeführt. Der Läufer ist zwischen den beiden Polklauen angeordnet und liegt der Bogenpolfläche gegenüber, wobei dazwischen ein allgemein einheitlicher Luftspalt gebildet ist.
- Damit der Läufer leichter anlaufen kann, ist die Bogenpolfläche nach innen vertieft, um eine Anlaufnut zu bilden. Die Anlaufnut ist von einer zentralen Achse der Polklaue versetzt, so dass die Polachse des Läufers nach dem Abschalten des Läufers und dem Stoppen seiner Drehung von der zentralen Achse der Polklaue um einen Winkel versetzt ist, um einen Anlaufwinkel zu bilden. Der durch eine entsprechende Anlaufschaltung getriebene Läufer kann erfolgreich in der erforderlichen Richtung gestartet werden, wenn der Motor erregt wird. Der vorstehend beschriebene einphasige Permanentmagnetmotor ist für Bedingungen, die ein Anlaufen in zwei Richtungen erfordern, jedoch nicht geeignet. Die Nutzung des Motors ist daher eingeschränkt.
- ÜBERSICHT
- Aus diesem Grund wird ein einphasiger Permanentmagnetmotor gewünscht, der bidirektional anlaufen kann, sowie ein Ständerkern eines solchen Motors.
- Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Ständerkern angegeben, umfassend einen Endbereich und zwei voneinander beabstandete Armbereiche, die sich von dem Endbereich erstrecken. Jeder Armbereich hat einen Verbindungsarm, der mit dem Endbereich verbunden ist, und eine Polklaue, die an einem distalen Ende des Verbindungsarms gebildet ist, wobei die beiden Polklauen einen Raum für die Aufnahme eines Läufers definieren, jede Polklaue eine Polbogenfläche aufweist, jede Polklaue eine lange Polspitze und eine kurze Polspitze bildet, die lange Polspitze jeder Polklaue mit der kurzen Polspitze der anderen Polklaue korrespondiert, wobei dazwischen eine Schlitzöffnung gebildet ist, und die Polfläche nach innen vertieft ist, um mindestens eine Anlaufnut zu bilden.
- Vorzugsweise liegt die Anlaufnut an einer zentralen Achse der Polklaue.
- Vorzugsweise ist die Anlaufnut bezüglich der zentralen Achse der Polklaue symmetrisch und hat eine Tiefe, die von zwei Umfangsseiten zu ihrer Mitte zunehmend größer wird.
- Vorzugsweise haben die lange Polspitze und die kurze Polspitze jeweils eine Endfläche, die unter einem Winkel relativ zu der zentralen Achse der Polklaue geneigt ist.
- Vorzugsweise liegen die Endflächen der langen Polspitze und der kurzen Polspitze derselben Polklaue auf der gleichen Ebene.
- Vorzugsweise sind die Endflächen der beiden Polklauen zueinander parallel.
- Vorzugsweise ist eine sich von dem Verbindungsarm erstreckende Länge der langen Polspitze größer als eine halbe Breite eines Zwischenraums zwischen den Verbindungsarmen.
- Vorzugsweise sind der Endbereich und die Armbereiche jeweils durch Schichten einer Mehrzahl von Lamellen gebildet und mechanisch miteinander verbunden, wobei entweder der Armbereich oder der Endbereich eine Verriegelungsnut und der jeweils verbleibende Armbereich oder verbleibende Endbereich einen Verriegelungsblock bildet und jeder Verriegelungsblock mit einer korrespondierenden Nut im Eingriff ist, um den Armbereich und den Endbereich zu verbinden.
- Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Ständerkern angegeben, umfassend einen Endbereich und zwei voneinander beabstandete Armbereiche, die sich von dem Endbereich erstrecken, wobei jeder Armbereich einen mit dem Endbereich verbundenen Verbindungsarm und eine an einem distalen Ende des Verbindungsarms gebildete Polklaue hat, wobei jede Polklaue eine Polfläche bildet, die beiden Polklauen zum Bilden von zwei Schlitzöffnungen voneinander beabstandet sind, eine die beiden Schlitzöffnungen verbindende Linie bezüglich einer die Mitten der beiden Polflächen verbindenden Linie geneigt ist und die Polfläche eine Anlaufnut hat, die näher zu einer zentralen Achse des Pols liegt als die Schlitzöffnung.
- Vorzugsweise liegt die Anlaufnut an der zentralen Achse der Polklaue.
- Vorzugsweise hat die Schlitzöffnung entlang einer axialen Richtung eine im Wesentlichen einheitliche Breite.
- Vorzugsweise bildet jedes der beiden Umfangsenden der Polklaue eine Polspitze. Endflächen von einander gegenüberliegenden Polspitzen der beiden Polklauen definieren zwischen sich eine solche Schlitzöffnung, und die Endflächen sind bezüglich der Mittellinie der beiden Polklauen geneigt.
- Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein einphasiger Permanentmagnetmotor angegeben, umfassend einen Ständerkern, Wicklungen, die um Armbereiche des Ständerkerns herumgeführt sind, und einen Permanentmagnetläufer, der in dem Ständerkern drehbar angeordnet ist. Der Ständerkern umfasst einen Endbereich und zwei voneinander beabstandete Armbereiche, die sich von dem Endbereich erstrecken. Jeder Armbereich hat einen Verbindungsarm, der mit dem Endbereich verbunden ist, und eine Polklaue, die an einem distalen Ende des Verbindungsarms gebildet ist, wobei die beiden Polklauen einen Raum für die Aufnahme eines Läufers definieren, jede Polklaue eine Polfläche und eine lange Polspitze und eine kurze Polspitze hat, die lange Polspitze jeder Polklaue mit der kurzen Polspitze der anderen Polklaue korrespondiert, wobei dazwischen eine Schlitzöffnung gebildet ist, und die Polfläche nach innen vertieft ist, um mindestens eine Anlaufnut zu bilden. Eine Innenfläche der Polklauen und der Läufer bilden zwischen sich einen Luftspalt.
- KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 zeigt einen einphasigen Permanentmagnetmotor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; -
2 ist ein Sprengbild des Motors von1 ; -
3 ist eine Ansicht des Motors von1 von oben. - DETAILBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
- Es ist zu beachten, dass die Figuren nicht maßstabsgetreu sind und dass baugleiche oder funktionsgleiche Elemente zu Darstellungszwecken in den Figuren durchgehend gleich gekennzeichnet sind. Ebenso sollte beachtet werden, dass die Figuren lediglich die Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen erleichtern sollen und dass nicht jeder Aspekt der beschriebenen Ausführungsformen in den Figuren dargestellt ist. Darüber hinaus wird der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung durch die Figuren nicht eingeschränkt.
-
1 zeigt einen einphasigen Permanentmagnetmotor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Motor hat einen Ständerkern10 , um den Ständerkern10 herumgeführte Wicklungen (nicht gezeigt) und einen Permanentmagnetläufer12 , der in dem Ständerkern10 drehbar angeordnet ist. Der Übersichtlichkeit halber sind in den Figuren, die den Aufbau und die Merkmale des Ständerkerns10 des erfindungsgemäßen Motors zeigen, einige Elemente des Motors nicht dargestellt, so zum Beispiel die Wicklungen, eine Steuerschaltung zum Steuern des Stroms der Wicklungen, ein Motorgehäuse oder dergleichen. Diese Elemente können in der für einen bekannten einphasigen Permanentmagnetmotor üblichen Weise ausgebildet sein. Eine Drehwelle kann für die Verbindung mit einer Last starr durch den Permanentmagnetläufer12 hindurchgeführt sein. Nach Erregung der Wicklungen wird der Ständerkern10 polarisiert, der mit dem Magnetfeld des Permanentmagnetläufers12 zusammenwirkt, um den Permanentmagnetläufer12 anzustoßen und in Drehung zu setzen, wodurch wiederum die Last getrieben wird. - Der Ständerkern
10 kann aus einem weichmagnetischen Material wie beispielsweise Ferrit bestehen. Wie in2 gezeigt ist, ist der Ständerkern10 in der vorliegenden Ausführungsform bevorzugt ein U-förmiger Ständerkern mit einem Endbereich14 und einem sich von dem Endbereich14 senkrecht nach außen erstreckenden Polarm16 . In dieser Ausführungsform umfasst der Polarm16 zwei separate Armbereiche18 . Die beiden Armbereiche18 sind voneinander beabstandet und parallel zueinander angeordnet und sind beide senkrecht mit dem Endbereich14 verbunden. In dieser Ausführungsform sind der Endbereich14 und die beiden Armbereiche18 des Polarms16 jeweils separat gebildet und durch mechanische Verbindungen miteinander verbunden. Dadurch kann der Wickelvorgang abgeschlossen werden, bevor die Armbereiche18 mit dem Endbereich14 verbunden werden. Der Wickelvorgang lässt sich auf diese Weise einfacher und bequemer bewerkstelligen. Vorzugsweise sind der Endbereich14 und die beiden Armbereiche18 durch das Schichten einer Mehrzahl von Kernlamellen wie Siliziumstahlbleche gebildet. Die Figuren zeigen lediglich die Form des Endbereichs14 und der Armbereiche18 insgesamt und nach dem Schichten der Kernlamellen, wohingegen die speziellen Ausbildungen dieser mehreren geschichteten Lagen nicht dargestellt sind. Um das Zusammensetzen der Kernlamellen zu erleichtern, ist jede Kernlamelle mit einer entsprechenden Montageöffnung20 versehen. In dieser Ausführungsform ist die Montageöffnung22 eine Blindöffnung, wobei die Lamelle einen mit der Blindöffnung korrespondierenden Vorsprung hat. Beim Schichten der Lamellen greift der Vorsprung einer Lamelle in die Montageöffnung einer benachbarten Lamelle, um eine mechanische Verbindung zwischen den Lamellen herzustellen. Der Endbereich14 und der Armbereich18 werden jeweils durch diese Vorgehensweisen gebildet. - In dieser Ausführungsform bildet der Endbereich
14 an Stellen, die seinen beiden Seiten benachbart sind, zwei Verriegelungsnuten22 . Endflächen der beiden Arme18 bilden in Richtung auf den Endbereich14 jeweils Verriegelungsblöcke24 . Die Verriegelungsblöcke24 der beiden Armbereiche18 sind entlang der axialen Richtung jeweils in die Verriegelungsnuten22 eingefügt, um die Armbereiche mit dem Endbereich14 zu verbinden und dadurch den Ständerkern10 zu bilden. Vorzugsweise ist der Verriegelungsblock24 schwalbenschwanzförmig, wobei die Verriegelungsnut22 eine daran angepasste Form hat, so dass die Verbindung zwischen dem Verriegelungsblock24 und der Verriegelungsnut22 gefestigt wird und sich nicht lösen kann. In einer weiteren Ausführungsform können die Verriegelungsnuten22 entsprechend in den Armbereichen18 gebildet sein, wobei die Verriegelungsblöcke24 dann entsprechend an dem Endbereich14 gebildet sind. Die Armbereiche18 und der Endbereich14 sind ebenfalls miteinander verbunden, um den Ständerkern10 zu bilden. - Die beiden Armbereiche
18 des Polarms16 liegen einander gegenüber und sind im Wesentlichen symmetrisch ausgebildet. Jeder Armbereich18 ist länglich und hat einen Verbindungsarm26 und eine an einem distalen Ende des Verbindungsarms26 gebildete Polklaue28 . Die Verbindungsarme26 der beiden Armbereiche18 sind parallel zueinander angeordnet und sind durch einen Zwischenraum voneinander beabstandet, so dass die Wicklungen ausgeführt werden können. Die beiden Polklauen28 liegen einander gegenüber und sind voneinander beabstandet. Einander gegenüberliegende Innenwandflächen der beiden Polklauen28 sind vertieft, um eine Bogenpolfläche34 zu bilden. Die Bogenpolfläche34 definiert einen Aufnahmeraum32 für die Aufnahme des Läufers12 in dem Aufnahmeraum. Der Aufnahmeraum32 hat allgemein die Form eines nicht geschlossenen Zylinders und liegt koaxial zu dem Läufer12 . Der Aufnahmeraum32 hat einen Durchmesser, der geringfügig größer ist als der Durchmesser des Läufers12 . Dadurch ist die Polfläche30 durch einen geringen radialen Zwischenraum von einer Außenfläche des Läufers12 beabstandet, wodurch ein allgemein einheitlicher Luftspalt gebildet wird, der eine Drehung des Läufers12 erlaubt. - Es wird auf
3 Bezug genommen. In dieser Ausführungsform ist jede Polklaue28 allgemein C-förmig, wobei ihre beiden Umfangsseiten relativ zu dem Verbindungsarm26 seitlich nach außen und in Richtung auf die andere Polklaue28 vorspringen, um jeweils eine lange Polspitze34 und eine kurze Polspitze36 zu bilden. Eine vorspringende Länge der langen Polspitze34 relativ zu dem Verbindungsarm26 ist größer als eine halbe Breite des Zwischenraums zwischen den Verbindungsarmen26 , wohingegen eine vorspringende Länge der kurzen Polspitze36 relativ zu dem Verbindungsarm26 weitaus kleiner ist als die Breite des Zwischenraums zwischen den Verbindungsarmen26 . Vorzugsweise liegt die kurze Polspitze36 einer Polklaue28 auf einer Innenseite, d. h. einer dem Endbereich14 benachbarten Seite, und die lange Polspitze36 einer Polklaue28 liegt auf einer von dem Endbereich14 entfernten Außenseite. Im Gegensatz dazu liegt die lange Polspitze34 der anderen Polklaue28 auf der Innenseite und die kurze Polspitze36 der anderen Polklaue28 auf der Außenseite. - Nach dem Zusammensetzen korrespondiert die kurze Polspitze
36 jeder Polklaue28 mit der langen Polspitze34 der anderen Polklaue28 . Vorzugsweise ist eine Summe der Längen der von dem Verbindungsarm26 vorspringenden kurzen Polspitze36 und langen Polspitze34 geringfügig kleiner als die Breite des Zwischenraums zwischen den Verbindungsarmen26 . Nach dem Zusammensetzen bilden die korrespondierenden langen und kurzen Polspitzen34 ,36 eine Schlitzöffnung38 . Diese Schlitzöffnung38 sorgt für eine Unterbrechung der Bogenpolfläche30 entlang der Umfangsrichtung, um einen magnetischen Kurzschluss zu vermeiden. Die Schlitzöffnung38 hat entlang der axialen Richtung bevorzugt eine im Wesentlichen einheitliche Breite, und die beiden Schlitzöffnungen38 , die zwischen den beiden Polklauen28 gebildet sind, haben im Wesentlichen die gleiche Breite. Wegen des Längenunterschiedes zwischen der langen und kurzen Polspitze34 ,36 ist die jeweilige Lage der Schlitzöffnungen38 von einer Mitte des Zwischenraums zwischen den beiden Verbindungsarmen26 versetzt. Vorzugsweise ist die Breite der Unterbrechung in der Bogenpolfläche30 in der Umfangsrichtung, d. h. die Breite der Schlitzöffnung36 , kleiner als das Vierfache der Breite eines einheitlichen Abschnitts des Luftspalts zwischen dem Ständer und dem Läufer. Weiter bevorzugt ist die Breite der Schlitzöffnung38 kleiner als das Zweifache der Breite des einheitlichen Abschnitts des Luftspalts zwischen dem Ständer und dem Läufer, wodurch das Rastmoment reduziert und gleichzeitig ein magnetischer Streufluss so weit wie möglich verringert wird. Dadurch wird die Effizienz des Motors sichergestellt, während Geräusche verringert werden. Vorzugsweise verläuft eine die beiden Schlitzöffnungen38 verbindende Linie durch eine Mitte einer Drehwelle des Läufers. Vorzugsweise sind die Endflächen35 ,37 der langen und der kurzen Polspitze34 ,36 relativ zu einer zentralen Achse X der Polklauen28 unter einem Winkel geneigt. Vorzugsweise liegen die Endflächen35 ,37 der langen und der kurzen Polspitze34 ,36 derselben Polklaue28 auf der gleichen Ebene, die parallel zu einer weiteren Ebene ist, auf welcher die Endflächen35 ,37 der langen und der kurzen Polspitze34 ,36 der anderen Polklaue28 liegen. Das Ergebnis ist, dass die Mittellinien der beiden Schlitzöffnungen38 miteinander koinzidieren und relativ zu der zentralen Achse X der Polklaue28 geneigt sind, wodurch die Polklaue asymmetrisch ausgebildet ist. Diese Ausbildung kann die Induktivität des Motors wirksam verringern. - Die Bogenpolfläche
30 ist nach innen vertieft, so dass jeweils zwei Anlaufnuten40 gebildet werden, die jeweils an den beiden Polklauen28 liegen. Jede Anlaufnut40 liegt auf der zentralen Achse X der Polklaue28 . Die Anlaufnut40 ist achsensymmetrisch, wobei ihre zentrale Achse mit der zentralen Achse X der Polklauen28 koinzidiert. Die Anlaufnut40 hat eine Tiefe, die von den beiden Umfangsseiten in Richtung auf ihre Mitte allmählich zunimmt. Die maximale Tiefe der Anlaufnut40 liegt an einer mit der zentralen Achse X korrespondierenden Stelle. Da die Bogenpolfläche30 nach innen vertieft ist, um die Anlaufnuten40 zu bilden, ist der Luftspalt zwischen dem Ständerkern10 und dem Läufer12 in den Bereichen der Anlaufnuten40 uneinheitlich und hat die größte Breite an der Stelle der Anlaufnut40 , die mit der zentralen Achse X der Polklaue28 korrespondiert. - In dieser Ausführungsform bildet die Polklaue
28 eine lange und eine kurze Polspitze34 ,36 auf ihren beiden Seiten, und die Endflächen35 ,37 der Polspitzen34 ,36 sind relativ zu der zentralen Achse X der Polklaue geneigt. Dies bewirkt eine Neigung der Mittellinie der Bogenpolfläche30 bezüglich der zentralen Achse X unter einem Winkel, wodurch der Läufer12 leichter anlaufen kann und die Induktivität wirksam verringert wird. - Die Erfindung wurde vorstehend mit Bezug auf eine oder mehrere bevorzugte Ausführungsformen beschrieben. Jedoch wird der Fachmann erkennen, dass verschiedene Modifikationen möglich sind, ohne den Schutzrahmen der Erfindung zu verlassen, der durch die anliegenden Ansprüche definiert ist.
Claims (9)
- Ständerkern, umfassend: einen Endbereich (
14 ); und zwei voneinander beabstandete Armbereiche (18 ), die sich von dem Endbereich (14 ) erstrecken, wobei jeder Armbereich (18 ) einen mit dem Endbereich (14 ) verbundenen Verbindungsarm (26 ) und eine an einem distalen Ende des Verbindungsarms (26 ) gebildete Polklaue (28 ) umfasst, wobei die beiden Polklauen (28 ) einen Raum für die Aufnahme eines Läufers (12 ) definieren, jede Polklaue (28 ) eine Polfläche (30 ) hat und eine lange Polspitze (34 ) und eine kurze Polspitze (36 ) bildet, die lange Polspitze (34 ) jeder Polklaue (28 ) mit der kurzen Polspitze (36 ) der anderen Polklaue (28 ) korrespondiert, wobei dazwischen eine Schlitzöffnung (38 ) gebildet ist, und die Polfläche (30 ) nach innen vertieft ist, um wenigstens eine Anlaufnut (40 ) zu bilden. - Ständerkern nach Anspruch 1, wobei die Anlaufnut (
40 ) an einer zentralen Achse der Polklaue (28 ) liegt. - Ständerkern nach Anspruch 2, wobei die Anlaufnut (
40 ) bezüglich der zentralen Achse der Polklaue (28 ) symmetrisch ist und eine Tiefe hat, die von zwei Umfangsseiten in Richtung auf ihre Mitte zunehmend größer wird. - Ständerkern nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die lange Polspitze (
34 ) und die kurze Polspitze (36 ) jeweils eine Endfläche (35 ,37 ) aufweisen, die unter einem Winkel relativ zu der zentralen Achse der Polklaue (28 ) geneigt ist. - Ständerkern nach Anspruch 4, wobei die Endflächen (
35 ,37 ) der langen Polspitze (34 ) und der kurzen Polspitze (36 ) derselben Polklaue (28 ) auf der gleichen Ebene liegen. - Ständerkern nach Anspruch 5, wobei die Endflächen (
35 ,37 ) der beiden Polklauen (28 ) zueinander parallel sind. - Ständerkern nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine sich von dem Verbindungsarm (
26 ) erstreckende Länge der Polspitze (34 ) größer ist als eine halbe Breite eines Zwischenraums zwischen den Verbindungsarmen (26 ). - Ständerkern nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Endbereich (
14 ) und die Armbereiche (18 ) jeweils durch das Schichten einer Mehrzahl von Lamellen gebildet und mechanisch miteinander verbunden sind, wobei entweder der Armbereich (18 ) oder der Endbereich (14 ) eine Verriegelungsnut (22 ) und der jeweils verbleibende Armbereich (18 ) oder verbleibende Endbereich (14 ) einen Verriegelungsblock (24 ) bildet und wobei jeder Verriegelungsblock (24 ) mit einer korrespondierenden Verriegelungsnut (22 ) im Eingriff ist, um den Armbereich (18 ) und den Endbereich (14 ) zu verbinden. - Einphasiger Permanentmagnetmotor, umfassend: einen Ständerkern (
10 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8; Wicklungen, die um Armbereiche (18 ) des Ständerkerns (10 ) herumgeführt sind, und einen Permanentmagnetläufer (12 ), der in dem Ständerkern (10 ) drehbar angeordnet ist, wobei die Polfläche (30 ) und der Läufer (12 ) zwischen sich einen Luftspalt bilden.
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