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GEBIET DER ERFINDUNG
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Vorliegende Erfindung betrifft einphasige Motoren und insbesondere einen Ständerkern eines einphasigen Permanentmagnetmotors.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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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.
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ÜBERSICHT
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Dementsprechend wird durch vorliegende Erfindung ein einphasiger Permanentmagnetmotor angegeben, der einen Ständerkern und einen Permanentmagnetläufer hat. Der Ständerkern hat einen Endbereich und zwei 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. Die beiden Polklauen definieren einen Aufnahmeraum. Der Läufer ist in dem Aufnahmeraum des Ständerkerns drehbar angeordnet. Der Läufer hat einen Läuferkern aus einem magnetischen Material und mindestens einen Permanentmagnet, der an dem Läuferkern befestigt ist.
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Vorzugsweise ist der Permanentmagnet an einer Außenwandfläche des Läuferkerns befestigt.
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Vorzugsweise umfasst der Läufer einen geformten Halter, der den Permanentmagnet umhüllt.
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Vorzugsweise ist der geformte Halter mittels eines Spritzgussverfahrens einstückig ausgebildet.
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Vorzugsweise sind die beiden Polklauen voneinander beabstandet, wobei dazwischen eine Schlitzöffnung gebildet ist, und die Schlitzöffnung hat eine Breite, die kleiner ist als das Vierfache eines zwischen dem Ständerkern und dem Läufer gebildeten Luftspalts.
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Vorzugsweise sind die beiden Polklauen voneinander beabstandet, wobei dazwischen eine Schlitzöffnung gebildet ist, und die Schlitzöffnung hat eine Breite, die kleiner ist als das Zweifache eines zwischen dem Ständerkern und dem Läufer gebildeten minimalen Luftspalts.
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Vorzugsweise hat jede Polklaue einen Wandbereich, der sich von dem Verbindungsarm in Richtung auf die andere Polklaue erstreckt, und die beiden Wandbereiche der beiden Polklauen erstrecken sich in entgegengesetzte Richtungen und definieren zwischen sich eine Schlitzöffnung.
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Vorzugsweise bilden die beiden Polklauen eine Bogenpolfläche, die den Läufer umschließt. Die Bogenpolfläche jeder Polklaue ist nach innen vertieft, um eine Anlaufnut zu bilden. Die Anlaufnut ist von einer zentralen Achse der Polklaue versetzt, und die beiden Anlaufnuten sind entlang einer Umfangsrichtung um 180 Grad beabstandet.
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Vorzugsweise ist der Läuferkern des Läufers hohl und zylindrisch und definiert eine zentrale Durchgangsöffnung für die Aufnahme einer Drehwelle.
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Vorzugsweise umfasst der mindestens eine Permanentmagnet zwei beabstandete Permanentmagnete. Der geformte Halter umfasst einen Außenring, der Außenwandflächen des Permanentmagnets bedeckt, und zwei Seitenplatten, die den Raum zwischen den beiden Permanentmagneten füllen, wobei die Seitenplatten mit dem Außenring einstückig verbunden sind.
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Vorzugsweise ist eine Innenwandfläche des Permanentmagnets an dem Läuferkern befestigt. Eine Außenwandfläche enthält eine Bogenfläche und zwei ebene Flächen, die an zwei Enden der Bogenfläche gebildet sind. Die Bogenfläche der Außenwandfläche ist koaxial zu der Innenwandfläche. Zwei Verbindungswandflächen sind zwischen der Innenwandfläche und den beiden ebenen Flächen der Außenwandfläche gebildet und die beiden Verbindungswandflächen sind koplanar.
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Vorzugsweise ist die Verbindungswandfläche senkrecht zu der ebenen Wandfläche und die ebenen Flächen auf derselben Seite der beiden Permanentmagnete sind koplanar.
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Vorzugsweise sind der Endbereich und die Armbereiche durch eine Mehrzahl von geschichteten Lamellen gebildet und mechanisch verbunden, wobei entweder an dem Armbereich oder an dem Endbereich eine Verriegelungsnut gebildet ist und an dem jeweils verbleibenden Armbereich oder Endbereich ein Verriegelungsblock gebildet ist. Der Verriegelungsblock ist im Eingriff mit der Verriegelungsnut, um den Armbereich und den Endbereich zu verbinden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt einen einphasigen Permanentmagnetmotor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 ist ein Sprengbild eines Ständerkerns des Motors von 1;
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3 ist ein Sprengbild eines Permanentmagnetläufers des Motors von 1;
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4 zeigt einen Permanentmagnetläufer des Motors von 1 in Draufsicht;
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5 zeigt den Motor von 1 in Draufsicht.
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DETAILBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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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.
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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 ist in dieser Ausführungsform vorzugsweise allgemein U-förmig. Der Läufer 12 ist in einem Läuferaufnahmeraum aufgenommen, der in dem Ständerkern 10 definiert 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.
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Der Ständerkern 10 kann aus einem weichmagnetischen Material wie beispielsweise Ferrit bestehen. Es wird auf 2 und 5 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.
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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.
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Der Pol 16 hat zwei separate Armbereiche 24. Die beiden Armbereiche 24 liegen parallel zueinander und sind voneinander beabstandet und sind symmetrisch ausgebildet. Jeder Armbereich 24 ist länglich, hat einen Verbindungsarm 26 und eine Polklaue 28, die an einem distalen Ende des Verbindungsarms 26 gebildet ist. Die beiden Verbindungsarme 26 sind parallel zueinander angeordnet. Eine Endfläche jedes Verbindungsarms 26 springt in Richtung auf den Endbereich 14 nach außen vor, um solch einen Verriegelungsblock 20 zu bilden. Der Endbereich 14 ist insgesamt kubisch und hat Verriegelungsnuten 18, die in zwei Seiten des Endbereichs gebildet sind, für eine Verbindung mit den Verriegelungsblöcken 20 der beiden Verbindungsarme 26. Die beiden Polklauen 28 liegen von dem Endbereich 14 entfernt und wirken als Magnetpolpaar des Ständerkerns 10. Nach dem Erregen der Wicklungen werden die Magnetpole polarisiert, so dass sie entgegengesetzte Polaritäten aufweisen. Die beiden Polklauen 28 liegen einander gegenüber und sind voneinander beabstandet. Zusammenwirkend definieren sie einen Raum 30 für die Aufnahme des Läufers 12. Einander gegenüberliegende Innenwandflächen der beiden Polklauen 28 sind vertieft, um zwei Bogenpolflächen 32 zu bilden. Die Bogenpolfläche 32 umschließt den Raum 30, liegt einer Außenfläche des Läufers 12 gegenüber und ist von dieser beabstandet, wobei dazwischen ein Luftspalt gebildet ist.
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In dieser Ausführungsform ist jede Polklaue 28 allgemein C-förmig. Zwei Umfangsseiten der Polklaue springen relativ zu dem Verbindungsarm 26 seitlich nach außen vor, um jeweils zwei Wandbereiche 34 zu bilden. Die Wandbereiche 34 sind allgemein parallel zu dem Endbereich 14 und liegen in dem Raum zwischen den beiden Verbindungsarmen 26. Vorzugsweise ist eine Erstreckungslänge des Wandbereichs 34 kleiner als eine halbe Breite des Raums zwischen den Verbindungsarmen 26. Dadurch liegen die Wandbereiche 34 der beiden Polklauen 28 nach dem Zusammenfügen der Armbereiche 24 einander gegenüber, wobei dazwischen eine schmale Schlitzöffnung 36 gebildet ist. Die Schlitzöffnung 36 ist derart angeordnet, dass sie einer Mitte des Raums zwischen den beiden Verbindungsarmen 26 zugewandt ist. Die Schlitzöffnung 36 hat eine Breite, die weitaus kleiner ist als die Breite des Abstands zwischen den Verbindungsarmen 26, so dass die Breite der Unterbrechung in der Bogenpolfläche 32 in der Umfangsrichtung gegenüber bestehenden Magnetpolstrukturen deutlich verringert wird, wodurch das Rastmoment wirksam reduziert werden kann, der Läufer 12 gleichmäßiger dreht und das Geräusch ebenfalls verringert wird.
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Vorzugsweise ist die Breite der Schlitzöffnung 36 kleiner als das Vierfache der Breite des Luftspalts zwischen dem Ständerkern 10 und dem Läufer 12. Weiter vorzugsweise ist die Breite der Schlitzöffnung 36 kleiner als das Zweifache der Breite des Luftspalts. Die beiden Schlitzöffnungen 36 können außerdem unterschiedlich breit sein, d. h. die Polfläche 32 kann an verschiedenen Stellen entlang der Umfangsrichtung mit unterschiedlichen Breiten unterbrochen sein. In diesem Fall ist die minimale Breite der Unterbrechung in der Bogenpolfläche 32 kleiner als das Dreifache der Breite des Luftspalts zwischen der Bogenpolfläche 32 und dem Läufer 12, wodurch der magnetische Streufluss reduziert wird und so weit wie möglich auch das Rastmoment.
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Vorzugsweise ist eine nach innen vertiefte Anlaufnut 38 in der Bogenpolfläche 32 gebildet. Die Anlaufnut 38 ist von der zentralen Achse X (5) der Polklaue 28 um einen Winkel versetzt. In dieser Ausführungsform sind zwei Anlaufnuten 38 vorgesehen, die jeweils an den beiden Polklauen 28 angeordnet sind. Eine Anlaufnut 38 ist dem Wandbereich 34 an dem inneren Ende einer entsprechenden Polklaue 28 benachbart, und die andere Anlaufnut 38 ist dem Wandbereich 34 an dem äußeren Ende der entsprechenden weiteren Polklaue 28 benachbart. Die beiden Anlaufnuten 38 sind entlang der Umfangsrichtung um 180 Grad beabstandet. Die Bogenpolflächen 32 und der Läufer 12 weisen den größten Luftspalt zwischen sich in dem Bereich der Anlaufnut 38 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 28 um einen Winkel versetzt ist, wodurch ein Totpunkt vermieden wird und sichergestellt wird, dass der Motor bei erneuter Erregung erfolgreich gestartet werden kann.
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Es wird auch auf 3 bis 5 Bezug genommen. Der Permanentmagnetläufer 12 hat eine Drehwelle 62, einen Läuferkern 42, der an der Drehwelle 62 befestigt ist, und zwei Permanentmagnete 44, die an dem Läuferkern 42 befestigt sind.
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Der Läuferkern 42 besteht bevorzugt aus einem weichmagnetischen Material wie beispielsweise Ferrit und ist allgemein hohlzylinderförmig. Vorzugsweise definiert der Läuferkern 42 in seiner Mitte eine Durchgangsöffnung 48 für den Durchtritt einer Drehwelle 62. Die beiden Permanentmagnete 44 sind an einer Außenwandfläche des Läuferkerns 42 befestigt und symmetrisch angeordnet. Die beiden Permanentmagnete 44 sind in der Umfangsrichtung voneinander beabstandet. Die beiden Permanentmagnete 44 sind radial magnetisiert und haben entgegengesetzte Polarität. In der vorliegenden Ausführungsform ist jeder Permanentmagnet 44 allgemein halbringförmig und umfasst annähernd einen halben Umfang des Läuferkerns 42 in der Umfangsrichtung. Der Permanentmagnet 44 hat eine radiale Außenwandfläche 50, eine radiale Innenwandfläche 52 und zwei koplanare Verbindungswandflächen 54, die die Außenwandfläche 50 und die Innenwandfläche 52 verbinden. Vorzugsweise sind die Außenwandfläche 50 und die Innenwandfläche 52 koaxial zueinander, und die Innenwandfläche 52 ist an der Außenwandfläche des Läuferkerns 42 befestigt. Die Außenwandfläche 50 enthält eine Bogenfläche 56 und zwei ebene Flächen 58, die sich von zwei Umfangsenden der Bogenfläche 56 zu der Verbindungswandfläche 54 erstrecken. Die Bogenfläche 56, die koaxial zu dem Läufer 12 ist, wirkt als Bogenpolfläche des Permanentmagnets 44. Die beiden ebenen Flächen 58 sind parallel zueinander angeordnet und sind senkrecht mit den Verbindungswandflächen 54 verbunden, um eine Positionierung zu ermöglichen.
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Die Verbindungswandflächen 54 der beiden Permanentmagnete 44 liegen einander gegenüber und sind parallel zueinander angeordnet. Die Verbindungswandflächen 54 der beiden Permanentmagnete 44 sind voneinander beabstandet. Die beiden Bogenflächen 56 der beiden Permanentmagnete 44 liegen an einer zu dem Läufer 12 koaxialen zylindrischen Fläche. Die beiden ebenen Flächen 58 auf derselben Seite der beiden Permanentmagnete 44 sind koplanar.
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Der Permanentmagnet 44 des Läufers des einphasigen Permanentmagnetmotors der vorliegenden Erfindung ist an dem magnetisch leitenden Läuferkern 42 befestigt, wodurch die Magnetfeldstärke des Läufers erhöht und damit die Leistungsdichte des Motors vergrößert werden kann.
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Vorzugsweise hat der Läufer ferner einen geformten Halter 46, der die Permanentmagnete 44 umhüllt, um die Festigkeit der Verbindung zwischen den Permanentmagneten 44 und dem Läuferkern 42 zu vergrößern. Der geformte Halter 46 kann durch ein Spritzgussverfahrens hergestellt werden. Bei dem Spritzgussverfahren werden der Läuferkern 42 und die Permanentmagnete 44 in eine Form gesetzt, und es wird Kunststoff in die Form eingespritzt, um rund um den Läuferkern 42 und die Permanentmagnete 44 den geformten Halter 46 auszubilden, wodurch der Läufer 12 einstückig vormontiert wird. Die Herstellung eines solchen Läufers 12 ist einfach. Der geformte Halter 46 bedeckt die gesamte Außenwandfläche 50 des Permanentmagnets 44 und füllt den Spalt zwischen den Permanentmagneten 44 und dem Läuferkern 42. Der geformte Halter 46 hat einen Außenring 60, der die Permanentmagnete 44 umschließt, und zwei Seitenplatten 64, die den Spalt zwischen den beiden Permanentmagneten 44 füllen. Die Außenfläche des Außenrings 60 ist allgemein eine Normzylinderfläche, die zu dem Läuferkern 42 koaxial ist. Die Seitenplatte 46 hat ein äußeres Ende, das mit dem äußeren Ring 44 verbunden ist, und ein inneres Ende, das mit der Außenwandfläche des Läuferkerns 42 verbunden ist, wodurch die beiden Permanentmagnete 44 getrennt sind.
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In der vorstehenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erstrecken sich die beiden Polklauen 26 des Ständerkerns 10 nach außen, um die Wandbereiche 34 zu bilden, und die Wandbereiche 34 definieren die schmalen Schlitzöffnungen 36, wodurch der magnetische Streufluss wirksam verringert und das Rastmoment so weit wie möglich reduziert wird. Der Permanentmagnetläufer 12 hat einen Läuferkern 42, und die Permanentmagnete 44 sind an der Außenfläche des Läuferkerns 42 befestigt, wodurch die Magnetfeldstärke erhöht und dadurch die Leistungsdichte des Motors vergrößert wird. Ferner sind der Läuferkern 42 und die Permanentmagnete 44 des Läufers 12 durch den geformten Halter 46 zu einer Einheit verbunden, wodurch der Läufer 12 zu einem Stück vormontiert ist, was die Montage und der Transport des Läufers 12 erleichtert.
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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.
