DE102016116185A1

DE102016116185A1 - Einphasiger Permanentmagnetmotor

Info

Publication number: DE102016116185A1
Application number: DE102016116185.3A
Authority: DE
Inventors: Yue Li; Chui You ZHOU; Yong Wang; Yong Li
Original assignee: Johnson Electric SA
Current assignee: Johnson Electric International AG
Priority date: 2015-09-01
Filing date: 2016-08-31
Publication date: 2017-03-02
Also published as: CN106487132A; US10312753B2; KR20170028267A; US20170063173A1; JP2017063602A

Abstract

Ein einphasiger Permanentmagnetmotor hat einen Ständerkern (10) und einen Permanentmagnetläufer (12), der in dem Ständerkern (10) drehbar angeordnet ist. Der Ständerkern (10) hat einen Endbereich (14) und einen sich von dem Endbereich (14) erstreckenden Polarm (16). Der Polarm (16) hat zwei Verbindungsarme (24), die mit dem Endbereich (14) verbunden sind, und zwei Polklauen (26), die an distalen Enden der Verbindungsarme (24) gebildet sind. Der Permanentmagnetläufer (12) ist zwischen den beiden Polklauen (26) angeordnet. Der Läufer (12) hat einen Läuferkern (42) und eine Mehrzahl von Permanentmagneten (44), die in dem Läuferkern (42) eingebettet sind, und der Läuferkern (42) ist aus einem Magnetmaterial hergestellt.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Vorliegende Erfindung betrifft einphasige Permanentmagnetmotoren und insbesondere einen einphasigen Permanentmagnetmotor mit einem Läufer mit eingesetztem Permanentmagnet.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Ein einphasiger Permanentmagnetmotor umfasst normalerweise einen Ständerkern, Ständerwicklungen und einen Permanentmagnetläufer. Der Ständerkern ist allgemein U-förmig und hat ein Paar von Polarmen. Ein Paar von Magnetpolen ist an distalen Enden der Polarme gebildet. Der Permanentmagnetläufer ist zwischen den Magnetpolen des Ständerkerns drehbar angeordnet. Der Permanentmagnetläufer hat eine Drehwelle und ein Permanentmagnetelement, das mittels eines Umspritzungsverfahrens an der Drehwelle festgelegt ist. Durch vorliegende Erfindung wird ein neuartiger einphasiger Permanentmagnetmotor bereitgestellt.
ÜBERSICHT
Dementsprechend wird durch vorliegende Erfindung ein einphasiger Permanentmagnetmotor angegeben, umfassend: einen Ständerkern mit einem Endbereich und einem Polarm, der sich von dem Endbereich erstreckt, wobei der Polarm zwei Verbindungsarme hat, die mit dem Endbereich verbunden sind, und zwei Polklauen, die an distalen Enden der Verbindungsarme gebildet sind, und einen Permanentmagnetläufer, der in dem Ständerkern zwischen den beiden Polklauen drehbar angeordnet ist, wobei der Läufer einen Läuferkern und eine Mehrzahl von Permanentmagneten hat, die in dem Läuferkern eingebettet sind, und wobei der Läuferkern aus magnetischem Material hergestellt ist.
Vorzugsweise hat der Permanentmagnet in der radialen Richtung eine Dicke, die geringer ist als eine Breite in einer tangentialen Richtung des Läufers.
Vorzugsweise hat der Permanentmagnet eine schmale Quaderform.
Vorzugsweise umfasst der mindestens eine Permanentmagnet zwei Permanentmagneten, wobei die beiden Permanentmagnete parallel zueinander angeordnet und voneinander beabstandet sind.
Vorzugsweise bildet eine Außenwandfläche des Läuferkerns korrespondierend zu den beiden Permanentmagneten jeweils zwei Bogenflächen, wobei eine jeweilige Bogenfläche einen korrespondierenden Permanentmagnet in einer Umfangsrichtung bedeckt.
Vorzugsweise umfasst die Außenwandfläche des Läuferkerns ferner zwei ebene Flächen, die zwischen Enden der beiden Bogenflächen geschaltet sind.
Vorzugsweise sind die beiden Polklauen miteinander verbunden und bilden einen Wandbereich zwischen den beiden Verbindungsarmen. Eine Magnetbrücke ist in einer Mitte des Wandbereichs gebildet, und der Wandbereich hat in dem Bereich der Magnetbrücke eine minimale radiale Dicke.
Vorzugsweise ist eine Außenwandfläche der Magnetbrücke mit mindestens einer Nut ausgebildet.
Vorzugsweise erstreckt sich die Nut axial in der Magnetbrücke.
Vorzugsweise ist eine Innenfläche der Polklauen des Ständerkerns nach innen vertieft, um zwei Anlaufnuten zu bilden, wobei die beiden Anlaufnuten von einer zentralen Achse der Polklauen versetzt und in der Umfangsrichtung um 180 Grad beabstandet sind.
Vorzugsweise sind der Endbereich und der Polarm jeweils durch Schichten einer Mehrzahl von Lamellen gebildet und mechanisch verbunden, wobei entweder der Verbindungsarm des Polarms oder der Endbereich eine Verriegelungsnut und der jeweils verbleibende Verbindungsarm des Polarms oder der verbleibende Endbereich einen Verriegelungsblock bilden und der Verriegelungsblock mit der Verriegelungsnut im Eingriff ist, um den Polarm und den Endbereich zu verbinden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt einen einphasigen Permanentmagnetmotor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist ein Sprengbild eines Ständerkerns des Motors von 1;
3 ist ein Sprengbild eines Permanentmagnetläufers des Motors von 1;
4 zeigt den Motor von 1 in Draufsicht.
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 Ständerkern 10, um den Ständerkern 10 herumgeführte Wicklungen (nicht gezeigt) und einen Permanentmagnetläufer 12, der in dem Ständerkern 10 drehbar angeordnet ist. Der Ständerkern 10 bildet ein Paar von Magnetpolen, die mit den Magnetpolen des Läufers 12 zusammenwirken, um den Läufer 12 anzustoßen und in Drehung zu setzen. In den Figuren sind einige Elemente des Motors nicht gezeigt, zum Beispiel die Wicklungen, eine Steuerschaltung zum Steuern des Stroms der Wicklungen, ein Motorgehäuse und dergleichen. Diese Elemente können in der für einen einphasigen Permanentmagnetmotor üblichen Weise ausgebildet sein.
Der Ständerkern 10 kann aus einem weichmagnetischen Material wie beispielsweise Ferrit bestehen. Es wird auf 2 und 4 Bezug genommen. Der Ständerkern 10 hat einen Endbereich 14 und einen Polarm 16, der sich von dem Endbereich 14 senkrecht nach außen erstreckt. In dieser Ausführungsform sind der Endbereich 14 und der Polarm 16 separat ausgebildet und durch mechanische Verbindungen verbunden, wodurch das Ausführen der Wicklungen erleichtert wird. Der Endbereich 14 bildet zwei Verriegelungsnuten 18. Der Polarm 16 springt nach außen vor, um korrespondierende Verriegelungsblöcke 20 zu bilden. Die Verriegelungsblöcke 20 sind entlang der axialen Richtung jeweils in die Verriegelungsnuten 18 eingefügt, um den Polarm 16 mit dem Endbereich 14 zu verbinden. Vorzugsweise ist der Verriegelungsblock 20 schwalbenschwanzförmig und die Verriegelungsnut 18 hat eine an den Verriegelungsblock 20 angepasste Form, so dass die Verbindung zwischen dem Verriegelungsblock 20 und der Verriegelungsnut gefestigt und verhindert wird, dass sich die Verbindung löst. In einer weiteren Ausführungsform können die Verriegelungsnuten 18 in dem Polarm 16 gebildet sein, wobei die Verriegelungsblöcke 20 dementsprechend an dem Endbereich 14 gebildet sind. Der Polarm 16 und der Endbereich 14 sind ebenfalls miteinander verbunden, um den Ständerkern 10 zu bilden.
Der Endbereich 14 und der Polarm 16 sind bevorzugt jeweils durch das Schichten einer Mehrzahl von Lamellen gebildet, beispielsweise von Siliziumstahlblechen. In den Figuren ist lediglich die Gesamtform des Endbereichs 14 und des Polarms 16 nach dem Schichten der Lamellen gezeigt. Die speziellen Strukturen der mehreren geschichteten Lagen sind dagegen nicht dargestellt. Um das Zusammensetzen der Lamellen zu erleichtern, ist jede Lamelle mit einer entsprechenden Montageöffnung 22 ausgebildet. In dieser Ausführungsform ist die Montageöffnung 22 eine vertiefte Sacklochöffnung, und die Lamelle bildet korrespondierend zu der Sacklochöffnung einen Vorsprung. Beim Schichten der Lamellen wird der Vorsprung einer Lamelle mit der Montageöffnung einer benachbarten Lamelle in Eingriff gebracht, um zwischen den Lamellen eine mechanische Verbindung herzustellen. Der Endbereich 14 und der Polarm 16 werden jeweils durch diese Vorgehensweisen gebildet.
Der Pol 16 hat in dieser Ausführungsform zwei Verbindungsarme 24 und zwei Polklauen 26, die jeweils an distalen Enden der Verbindungsarme 24 gebildet sind. Die beiden Verbindungsarme 24 sind parallel zueinander angeordnet und voneinander beabstandet. Eine Endfläche jedes Verbindungsarms 24 springt in Richtung auf den Endbereich 14 nach außen vor, um solch einen Verriegelungsblock 20 zu bilden. Der Endbereich 14 ist insgesamt quaderförmig, wobei die Verriegelungsnuten 18 in zwei Seiten desselben gebildet sind, für eine Verbindung mit den Verriegelungsblöcken 20 der beiden Verbindungsarme 24. Die beiden Polklauen 26 liegen von dem Endbereich 14 entfernt und wirken als ein Magnetpolpaar des Ständerkerns 10. Nach dem Erregen der Wicklungen werden die Magnetpole magnetisiert, so dass die beiden Polklauen 26 entgegengesetzte Polarität aufweisen. Die beiden Polklauen 26 definieren zwischen sich einen Raum 28 für die Aufnahme des Läufers 12.
In dieser Ausführungsform hat jede Polklaue 26 zwei Umfangsenden, die relativ zu dem Verbindungsarm 24 seitlich nach außen vorspringen, um jeweils mit den beiden Umfangsenden der anderen Polklaue 26 verbunden zu werden, so dass die beiden Polklauen in der Umfangsrichtung miteinander verbunden sind, wobei der Raum 28 in Umfangsrichtung geschlossen ist und in der axialen Richtung durch den Ständerkern 10 hindurchfährt. Die beiden Polklauen 26 umschließen den Raum 28 und bilden eine Bogenpolfläche 30. Die Bogenpolfläche 30 ist in der Umfangsrichtung durchgehend und umschließt den Läufer 12, wobei zwischen der Bogenpolfläche 30 und dem Läufer 12 ein durchgehender Luftspalt gebildet ist, der das Rastmoment effektiv reduziert, eine gleichmäßigere Drehung des Läufers 12 ermöglicht und das Geräusch verringert. Vorzugsweise ist die Bogenpolfläche 30 allgemein eine Normzylinderfläche, die konzentrisch zu dem Läufer ist. Ein radialer Abstand zwischen der Bogenpolfläche 30 und dem Läufer 12 ist allgemein konstant und führt zu dem im Wesentlichen einheitlichen Luftspalt und daher zu einer möglichst weitgehenden Verringerung des Geräusches.
Da die beiden Polklauen 26 in der Umfangsrichtung miteinander verbunden sind, bilden die sich von den Verbindungsarmen 24 nach außen erstreckenden Bereiche der Polklauen 26 zwei Wandbereiche 32, 34 zwischen den beiden Verbindungsarmen 24. Die beiden Wandbereiche 32, 34, die beiden Verbindungsarme 24 und der Endbereich 14 sind einer nach dem anderen miteinander verbunden, um einen Magnetweg zu bilden, der nicht durch den Läufer 12 verläuft, was zu einem magnetischen Streufluss führen könnte. Um einen magnetischen Streufluss zu reduzieren, ist in der Mitte jedes Wandbereichs 32, 34 eine Magnetbrücke 36 gebildet. Eine radiale Dicke der Magnetbrücke 36 ist geringer als die radiale Dicke der anderen Abschnitte der Wandbereiche 32, 34, um den magnetischen Streufluss zu reduzieren. Vorzugsweise ist in einem Bereich korrespondierend zu der Magnetbrücke 36 in einer Außenwandfläche des Wandbereichs 32, 34 eine Nut gebildet, wobei mindestens eine Nut 38 definiert ist, um die Dicke des Bereichs der Magnetbrücke 36 soweit wie möglich zu verringern. Die Nut 38 erstreckt sich in der axialen Richtung des Motors. Es können eine oder mehrere Nuten 38 vorhanden sein, deren Querschnitt kreisbogenförmig oder viereckig sein kann.
Vorzugsweise ist die Bogenpolfläche 30 nach innen vertieft, um zwei Anlaufnuten 40 zu bilden. Die beiden Anlaufnuten 40 sind in der Umfangsrichtung um 180 Grad beabstandet und sind beide um einen Winkel (wie in 4 gezeigt) von einer zentralen Achse X der Polklaue 26 versetzt. Die Bogenpolfläche 30 der Polklaue 26 und der Läufer 12 weisen den größten Luftspalt zwischen sich in dem Bereich der Anlaufnut 40 auf, so dass, wenn der Motor abgeschaltet wird und die Drehung des Läufers stoppt, eine Polachse des Läufers 12 von der zentralen Achse X der Polklaue 26 um einen Winkel versetzt ist, wodurch vermieden wird, dass der Läufer an einem Totpunkt stoppt. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass der Motor bei Erregung erfolgreich gestartet werden kann.
Der im Wesentlichen einheitliche Luftspalt, der zwischen dem Ständer und dem Läufer gebildet wird, bezieht sich somit darauf, dass der Bereich der Anlaufnut ausgeschlossen ist. In dieser Ausführungsform bildet die jeweilige Anlaufnut 40 einen großen Winkel zu der zentralen Achse X der Polklaue 26 und ist einer korrespondierenden Magnetbrücke 36 benachbart.
Es wird auf 3 und 4 Bezug genommen. Der Permanentmagnetläufer 12 hat einen Läuferkern 42, der durch Schichten von Lamellen gebildet ist, wobei zwei Permanentmagnete 44 in dem Läuferkern 42 eingebettet sind. Die beiden Permanentmagnete 44 weisen die entgegengesetzten Polaritäten auf, so dass der Läuferkern 42 derart magnetisiert wird, dass dessen Magnetpolpaar mit dem Ständerkern 10 zusammenwirkt, um den Läufer 12 anzustoßen und in Drehung zu setzen. Es ist zu beachachten, dass der Magnetkern bei vorliegender Erfindung aus einem weichmagnetischen Material besteht, u. a. Ferrit, jedoch nicht darauf beschränkt ist.
Der Läuferkern 42 kann aus einer Mehrzahl von geschichteten Siliziumstahlblechen gebildet sein und kann insgesamt die Form eines Zylinders aufweisen, der eine zentrale Wellenöffnung 46 aufweist. Durch die Wellenöffnung 46 kann eine Drehwelle feststehend hindurchgeführt sein, für die Verbindung mit einer Last und für deren drehenden Antrieb. Zwei axiale Durchtrittsöffnungen 48 sind in dem Läuferkern 42 definiert und liegen symmetrisch auf einander gegenüberliegenden Seiten der Wellenöffnung 48, um die Permanentmagnete 44 aufzunehmen. Die Durchtrittsöffnungen 48 haben jeweils eine Größe und eine Form, die an die Größe und an die Form der Permanentmagnete 44 angepasst sind. In dieser Ausführungsform haben die beiden Permanentmagnete 44 eine schmale Quaderform mit einer kleineren radialen Dicke, jedoch mit einer größeren tangentialen Breite. Die beiden Permanentmagnete 44 sind radial magnetisiert und sind parallel zueinander angeordnet und voneinander beabstandet, wobei beide einer Außenwandfläche des Läuferkerns 42 benachbart sind.
In dieser Ausführungsform ist die Außenwandfläche des Läuferkerns 42 eine achssymmetrische Konstruktion, die um eine zentrale Achse des Läufers 12 symmetrisch ist, und enthält zwei Bogenflächen 50 und zwei ebene Flächen 52, die zwischen die beiden Bogenflächen 50 geschaltet sind. Die beiden Bogenflächen 50 wirken als Bogenpolflächen des Läufers. Die beiden ebenen Flächen 52 können für die Positionierung während der anschließenden Bearbeitung oder Montage genutzt werden. Jede Bogenfläche 50 entspricht einem korrespondierenden Permanentmagnet 44 und bedeckt den korrespondierenden Permanentmagnet 44 vollständig in der Umfangsrichtung.
In der vorstehenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Permanentmagnete 44 des Läufers 12 in den Läuferkern 42 eingesetzt. Dadurch kann die Magnetfeldstärke des Läufers erhöht und die Leistungsdichte des Motors vergrößert werden. Zum anderen sind die beiden Polklauen 26 des Ständerkerns 10 in der Umfangsrichtung zu der durchgehenden Polfläche 30 verbunden, wodurch ein Rastmoment möglichst vermieden wird. Der Permanentmagnetläufer 12 wird gebildet durch das Einbetten der Permanentmagnete 44 in den Läuferkern 42, und der Läuferkern 42 wird polarisiert, um zwei Bogenpolflächen 50 mit einem zentralen Winkel nahe 180 Grad zu bilden. Dies ermöglicht eine gleichmäßige Drehung des Läufers und dadurch eine wirksame Verringerung des Geräusches. Außerdem sind die Polklauen des Ständerkerns 26 miteinander verbunden. Die Magnetbrücken 36 sind in der Mitte der Wandbereiche 32, 34 gebildet, und die radiale Dicke der Magnetbrücken 36 ist kleiner als die radiale Dicke anderer Abschnitte der Wandbereiche 32, 34, wodurch magnetischer Streufluss reduziert und die Energieeffizienz sichergestellt wird. Der erfindungsgemäße einphasige Permanentmagnetmotor verfügt im Ergebnis über eine höhere Effizienz und ist leiser.
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

Einphasiger Permanentmagnetmotor, umfassend: einen Ständerkern (10) mit einem Endbereich (14) und einem sich von dem Endbereich (14) erstreckenden Polarm (16), wobei der Polarm (16) zwei Verbindungsarme (24) hat, die mit dem Endbereich (14) verbunden sind, und zwei Polklauen (26), die an distalen Enden der Verbindungsarme (24) gebildet sind, und einen Permanentmagnetläufer (12) der in dem Ständerkern (10) zwischen den Polklauen (26) drehbar angeordnet ist, wobei der Läufer (12) einen Läuferkern (42) und eine Mehrzahl von Permanentmagneten (44) hat, die in dem Läuferkern (42) eingebettet sind, und wobei der Läuferkern (42) aus einem magnetischen Material besteht.
Einphasiger Permanentmagnetmotor nach Anspruch 1, wobei der Permanentmagnet (44) in einer radialen Richtung des Läufers (12) eine Dicke aufweist, die kleiner ist als eine Breite in einer tangentialen Richtung des Läufers (12).
Einphasiger Permanentmagnetmotor nach Anspruch 2, wobei der Permanentmagnet (44) eine schmale Quaderform hat.
Einphasiger Permanentmagnetmotor nach Anspruch 1 oder 2, wobei der mindestens eine Permanentmagnet (44) zwei Permanentmagnete (44) umfasst und die beiden Permanentmagnete (44) parallel zueinander angeordnet und voneinander beabstandet sind.
Einphasiger Permanentmagnetmotor nach Anspruch 4, wobei eine Außenwandfläche des Läuferkerns 42 korrespondierend zu den beiden Permanentmagneten (44) jeweils zwei Bogenflächen (50) bildet und jede Bogenfläche (50) einen korrespondierenden Permanentmagnet (44) in einer Umfangsrichtung bedeckt.
Einphasiger Permanentmagnetmotor nach Anspruch 5, wobei die Außenwandfläche des Läuferkerns (42) ferner zwei ebene Flächen (52) enthält, die zwischen Enden der beiden Bogenflächen (50) geschaltet sind.
Einphasiger Permanentmagnetmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Polklauen (26) miteinander verbunden sind und zwischen den beiden Verbindungsarmen (24) einen Wandbereich (32, 34) bilden und wobei in der Mitte des Wandbereichs (32, 34) eine Magnetbrücke (36) gebildet ist und der Wandbereich (32, 34) in dem Abschnitt der Magnetbrücke (36) eine minimale radiale Dicke aufweist.
Einphasiger Permanentmagnetmotor nach Anspruch 7, wobei eine Außenwandfläche der Magnetbrücke (36) mit mindestens einer Nut (38) ausgebildet ist.
Einphasiger Permanentmagnetmotor nach Anspruch 8, wobei sich die Nut (38) in der Magnetbrücke (36) axial erstreckt.
Einphasiger Permanentmagnetmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei eine Innenfläche der Polklauen (26) des Ständerkerns (10) nach innen vertieft ist, um zwei Anlaufnuten (40) zu bilden, und wobei die beiden Anlaufnuten (40) von einer zentralen Achse der Polklauen (26) versetzt und in der Umfangsrichtung um 180 Grad beabstandet sind.
Einphasiger Permanentmagnetmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Endbereich (14) und der Polarm (16) jeweils durch das Schichten einer Mehrzahl von Lamellen gebildet und mechanisch verbunden sind, wobei entweder der Verbindungsarm (24) oder der Endbereich (14) eine Verriegelungsnut (18) und der jeweils verbleibende Verbindungsarm (24) oder der verbleibende Endbereich (14) einen Verriegelungsblock (20) bilden und der Verriegelungsblock (20) mit der Verriegelungsnut (18) im Eingriff ist, um den Polarm (16) mit dem Endbereich (14) zu verbinden.