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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Einphasenpermanentmagnetmotor und insbesondere einen Einphasenpermanentmagnetmotor mit einem geschichteten Ständerkern.
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HINTERGRUND
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Bei einem gewöhnlichen einphasigen Permanentmagnetmotor ist ein Ständerkern als eine integrale Struktur vorgesehen, d. h. ein Außenringabschnitt und Zähne des Ständerkernes werden zum selben Zeitpunkt in die integrale Struktur geformt. Große Schlitzöffnungen sind zwischen Polschuhen benachbarter Zähne für das Erleichtern des Wickelns von Wicklungen gebildet. Bei einem so konfigurierten Einphasenpermanentmagnetmotor kann das Vorhandensein der großen Schlitzöffnungen den Motor zum Erzeugen eines übermäßig großen Rastmoments veranlassen. Das Rastmoment kann dazu führen, dass der Motor Vibrationen und Geräusche erzeugt. Ferner hat der Motor einen kleinen Anlaufwinkel und eine schlechte Anlaufzuverlässigkeit wegen der Beschränkung der großen Schlitzöffnungen.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Somit gibt es ein Bedürfnis für einen neuen Einphasenpermanentmagnetmotor mit verbesserter Anlaufzuverlässigkeit.
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Die Erfindung schafft einen Einphasenpermanentmagnetmotor, der einen Ständer und einen relativ zu dem Ständer drehbaren Läufer aufweist. Der Ständer umfasst einen Ständerkern und eine um den Ständerkern herumgewickelte Wicklung. Der Läufer umfasst eine Mehrzahl von Permanentmagnetpolen. Der Ständerkern umfasst wenigstens ein erstes Ständerkernblech und wenigstens ein zweites Ständerkernblech, die geschichtet sind. Das erste Ständerkernblech umfasst eine Mehrzahl von ersten Polschuhen. Das zweite Ständerkernblech umfasst eine Mehrzahl von zweiten Polschuhen. Die Strukturen der ersten Polschuhe und der zweiten Polschuhe sind unterschiedlich und die ersten Polschuhe und die zweiten Polschuhe sind im Wesentlichen entlang der Axialrichtung des Motors geschichtet.
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Vorzugsweise ist eine erste Schlitzöffnung zwischen jedem von zwei benachbarten ersten Polschuhen definiert, eine zweite Schlitzöffnung zwischen jedem von zwei benachbarten zweiten Polschuhen definiert und eine Breite der ersten Schlitzöffnung ungleich einer Breite der zweiten Schlitzöffnung.
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Vorzugsweise definieren die ersten Polschuhe und die zweiten Polschuhe zusammen einen dazwischen gelegenen Aufnahmeraum, wobei der Läufer in dem Aufnahmeraum angeordnet ist, der erste Polschuh und der Permanentmagnetpol des Läufers einen Luftspalt dazwischen bilden und eine Breite der ersten Schlitzöffnung größer als 0 und kleiner als viermal eine Minimaldicke des Luftschlitzes beträgt.
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Vorzugsweise umfasst jedes erste Ständerkernblech ferner einen Außenringbereich und eine Mehrzahl von ersten Zahnkörpern, die mit dem ersten Außenringbereich gekoppelt sind, wobei die ersten Polschuhe jeweils mit den ersten Zahnkörpern gekoppelt sind, wobei jedes zweite Ständerkernblech einen zweiten Außenringbereich und eine Mehrzahl von zweiten Zahnkörpern, die mit dem zweiten Außenringbereich gekoppelt sind, umfasst, wobei die zweiten Polschuhe jeweils mit den zweiten Zahnkörpern gekoppelt sind, wobei der erste Außenringabschnitt und der zweite Außenringabschnitt im Wesentlichen entlang einer Axialrichtung des Motors geschichtet sind, wobei die ersten Zahnkörper und die zweiten Zahnkörper im Wesentlichen entlang der Axialrichtung des Motors geschichtet sind.
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Vorzugsweise sind Bereiche jedes zweiten Polschuhs an gegenüberliegenden Seiten einer Mittellinie eines entsprechenden zweiten Zahnkörpers um die Mittellinie des entsprechenden zweiten Zahnkörpers asymmetrisch.
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Vorzugsweise haben die Bereiche jedes zweiten Polschuhs an gegenüberliegenden Seiten der Mittellinie des entsprechenden zweiten Zahnkörpers unterschiedliche Längen.
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Vorzugsweise sind Innenflächen der Bereiche jedes zweiten Polschuhs an gegenüberliegenden Seiten der Mittellinie des entsprechenden zweiten Zahnkörpers von einem Zentrum des Läufers mittels eines wechselnden Abstands beabstandet.
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Vorzugsweise umfasst der Motor einen in jedem ersten Polschuh definierten Positionierungsschlitz, wobei jeder Positionierungsschlitz von zwei benachbarten ersten Zahnkörpern mittels unterschiedlicher Abstände beabstandet ist.
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Vorzugsweise ist die Anzahl der Positionierungsschlitze gleich zu oder ein ganzzahliges Vielfaches der Anzahl der Permanentmagnetpole des Läufers.
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Vorzugsweise ist der Positionierungsschlitz eine an einer inneren Umfangsfläche des ersten Polschuhs freiliegende Nut.
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Vorzugsweise ist der Positionierungsschlitz ein unsichtbares Loch, das zwischen einer Außenumfangsfläche und der Innenumfangsfläche des ersten Polschuhs angeordnet ist.
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Vorzugsweise sind die ersten Zahnkörper und der erste Außenringbereich getrennt ausgebildet und sind die zweiten Zahnkörper und der zweite Außenringbereich getrennt ausgebildet.
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Vorzugsweise umfasst das erste Ständerkernblech eine Mehrzahl von ersten Ständerkernteilen, die entlang einer Umfassungsrichtung des Ständers verbunden sind, wobei jedes erste Ständerkernteil ein erstes Bogenjochsegment umfasst, wobei der erste Zahnkörper sich von dem ersten Bogenjochsegment erstreckt und sich der erste Polschuh von einem radial distalen Ende des ersten Zahnkörpers in zwei Umfangsseiten des ersten Zahnkörpers erstreckt. Das zweite Ständerkernblech umfasst eine Mehrzahl von zweiten Ständerkernteilen, die entlang der Umfangsrichtung des Ständers verbunden sind, wobei jedes Ständerkernteil ein zweites Bogenjochsegment umfasst, wobei der zweite Zahnkörper sich von dem zweiten Bogenjochsegment erstreckt und der zweite Polschuh sich von einem radial distalen Ende des zweiten Zahnkörpers in zwei Umfangsseiten des zweiten Zahnkörpers erstreckt.
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Vorzugsweise sind Innenumfangsflächen des ersten Polschuhs des ersten Ständerkernblechs auf einer selben Zylinderoberfläche angeordnet.
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Vorzugsweise sind eine Innenumfangsfläche des ersten Polschuhs und eine Innenumfangsfläche des zweiten Polschuhs auf einer selben Zylinderoberfläche angeordnet.
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Vorzugsweise definieren die ersten Polschuhe und die zweiten Polschuhe zusammen einen Aufnahmeraum zwischen sich, wobei der Läufer in dem Aufnahmeraum angeordnet ist und eine Außenumfangsfläche des Permanentmagnetpols und Innenumfangsflächen des ersten Polschuhs oder des zweiten Polschuhs jeweils auf zwei konzentrischen Zylinderoberflächen angeordnet sind.
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Vorzugsweise sind Innenflächen der ersten Polschuhe oder der zweiten Polschuhe auf einer Zylinderoberfläche angeordnet, wobei eine Außenumfangsfläche des Permanentmagnetpols von einem Zentrum des Läufers mittels eines von einem Umfangszentrum zu zwei Umfangsenden der Außenumfangsfläche des Permanentmagnetpols fortschreitend abnehmenden Abstandes beabstandet.
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Vorzugsweise umfasst der Ständerkern wenigstens eine Gruppe von ersten Ständerkernblechen und wenigstens eine Gruppe von zweiten Ständerkernblechen, wobei jede Gruppe von ersten Ständerkernblechen wenigstens eines der Ständerkernbleche umfasst, wobei jede Gruppe von zweiten Ständerkernblechen wenigstens eines der Ständerkernbleche umfasst, wobei die wenigstens eine Gruppe von ersten Ständerkernblechen und die wenigstens eine Gruppe von zweiten Ständerkernblechen entlang einer Axialrichtung des Motors im Wechsel geschichtet sind.
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Der Einphasenpermanentmagnetmotor der vorliegenden Erfindung verwendet unterschiedliche Arten von Ständerkernblechen mit unterschiedlichen Strukturen, die zum Bilden des Ständerkerns geschichtet sind, der die Vorteile unterschiedlicher Ständerkernbleche erreicht, während Unzulänglichkeiten aufgrund der Verwendung einer einzelnen Art von Kernblechen überwunden oder verringert werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt einen Einphasenpermanentmagnetmotor entsprechend einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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2 zeigt den Einphasenpermanentmagnetmotor aus 1 mit entferntem Außengehäuse.
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3 zeigt den Einphasenpermanentmagnetmotor aus 1 mit entferntem Außengehäuse, entfernter Ständerwicklung und entfernter Drehwelle.
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4 zeigt ein erstes Ständerkernblech des Einphasenpermanentmagnetmotors aus 3.
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5 zeigt ein zweites Ständerkernblech des Einphasenpermanentmagnetmotors aus 3.
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6 zeigt einen Läuferkern und Permanentmagnetelemente des Einphasenpermanentmagnetmotors aus 3.
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7 zeigt ein erstes Ständerkernblech entsprechend einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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8 zeigt ein zweites Ständerkernblech entsprechend der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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9 zeigt einen Läuferkern und Permanentmagnetelemente entsprechend der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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10 zeigt einen Läuferkern und Permanentmagnetelemente entsprechend einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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11 zeigt ein erstes Ständerkernblech entsprechend der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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12 zeigt ein erstes Ständerkernblech, einen Läuferkern und Permanentmagnetelemente entsprechend einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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13 zeigt das erste Ständerkernblech entsprechend der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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14 zeigt ein zweites Ständerkernblech entsprechend der vierten Ausführungsform der Erfindung.
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15 zeigt ein zweites Ständerkernblech entsprechend einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Es sollte beachtet werden, dass die Figuren nicht maßstabsgetreu gezeichnet sind und dass Elemente ähnliche Strukturen oder Funktionen allgemein durch gleiche Bezugsziffern zu erläuternden Zwecken in den Figuren dargestellt werden. Es sollte ebenso beachtet werden, dass die Figuren lediglich zur einfacheren Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen gedacht sind. Die Figuren stellen nicht jeden Aspekt der beschriebenen Ausführungsformen dar und beschränken nicht den Umfang der vorliegenden Offenbarung.
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Erste Ausführungsform
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Es wird auf 1 bis 5 Bezug genommen, wonach der Einphasenpermanentmagnetmotor 10 in Übereinstimmung mit einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen Ständer 20 und einen Läufer 50 umfasst, der relativ zu dem Ständer drehbar ist.
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Der Ständer 20 umfasst ein zylindrisches Außengehäuse 21 mit einem offenen Ende und einer an dem offenen Ende des Außengehäuses 21 montierten Endkappe 23, einen in dem Außengehäuse 21 montierten Ständerkern 30, eine an dem Ständerkern 30 montierte Isolierhalterung 38 und eine um den Ständerkern gewickelte und mittels der Isolierhalterung 38 gestützte Wicklung 39. Der Ständerkern 30 wird durch Schichten einer Mehrzahl von ersten Ständerkernblechen 310 und einer Mehrzahl von zweiten Ständerkernblechen 320 gebildet. Jedes erste Ständerkernblech 310 umfasst einen ersten Außenringbereich 311, eine Mehrzahl von sich von dem ersten Außenbereich 311 nach innen erstreckenden ersten Zahnkörpern 313 und einen sich von einem distalen Ende zu zwei Umfangsseiten jedes ersten Zahnkörpers 313 erstreckenden Polschuhs 315, wobei eine erste Schlitzöffnung 317 zwischen jeweils zwei benachbarten ersten Polschuhen 315 definiert ist. Das zweite Ständerkernblech 320 umfasst einen zweiten Außenringbereich 321, eine Mehrzahl von sich von dem zweiten Außenringbereich 321 nach innen erstreckenden zweiten Zahnkörpern 323 und einen sich von einem distalen Ende zu zwei Umfangsseiten jedes zweiten Zahnkörpers 323 erstreckenden zweiten Polschuhs 325, wobei eine zweite Schlitzöffnung 327 zwischen jeweils zwei benachbarten zweiten Polschuhen 325 definiert ist. Eine Breite der zweiten Schlitzöffnung 327 ist größer als eine Breite der ersten Schlitzöffnung 317. Der erste Außenringbereich 311 und der zweite Außenringbereich 321 sind entlang einer Axialrichtung des Motors 10 geschichtet, die ersten Zahnkörper 313 und die entsprechenden zweiten Zahnkörper 323 sind entlang der Axialrichtung des Motors geschichtet und die ersten Polschuhe 315 und die entsprechenden zweiten Polschuhe 325 sind entlang der Axialrichtung des Motors geschichtet. In einer speziellen Ausführungsform sind die ersten Ständerkernbleche 310 und die zweiten Ständerkernbleche 320 in einem vorbestimmten Muster abwechselnd geschichtet. Die vorliegende Erfindung beschränkt die Anzahl der ersten Ständerkernbleche 310 und der zweiten Ständerkernbleche 320 nicht auf einen bestimmten Wert und auch das Muster, in welchem die ersten und zweiten Ständerkernbleche 310 und 320 abwechselnd angeordnet sind, kann abhängig von den eigentlichen Erfordernissen variieren. Beispielsweise kann jedes erste Ständerkernblech 310 abwechselnd mit jedem zweiten Ständerkernblech 320 angeordnet sein oder alternativ kann jede Gruppe von zwei ersten Ständerkernblechen 310 abwechselnd mit jeder Gruppe von zwei oder drei zweiten Ständerkernblechen 320 angeordnet sein. Bei der in 3 dargestellten Ausführungsform ist jedes erste Ständerkernblech 310 im Wechsel mit jedem zweiten Ständerkernblech 320 angeordnet. Es sollte davon ausgegangen werden, dass dies nicht bezweckt, die Anzahl der Ständerkernbleche auf drei Schichten zu beschränken.
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Die Wicklung 39 ist um die ersten Zahnkörper 313 und zweite Zahnkörper 323 herumgewickelt, die entlang der Axialrichtung des Motors geschichtet sind, und ist mittels der Isolierhalterung 38 von dem Ständerkern 30 isoliert. Der Läufer 50 ist in einen zusammen von den ersten Polschuhen 315 und den zweiten Polschuhen 325, die entlang der Axialrichtung des Motors geschichtet sind, definierten Aufnahmeraum aufgenommen. Die geschichteten ersten Polschuhe 315 und zweiten Polschuhe 325 sowie der Läufer 50 begrenzen einen radialen Luftspalt 41 zwischen sich.
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Der Läufer 50 umfasst eine Drehwelle 51, einen Läuferkern 53 und eine Mehrzahl von Permanentmagnetpolen 55. Die Drehwelle 51 verläuft durch ein Zentrum des Läuferkerns 53 und ist an dem Läuferkern 53 fixiert. Ein Ende der Drehwelle 51 ist an der Endkappe 23 des Ständers 20 durch ein Lager 24 montiert, und das andere Ende der Drehwelle 51 ist zu einer Unterseite des zylindrischen Außengehäuses 21 des Ständers 20 durch ein weiteres Lager montiert, so dass der Läufer 50 sich relativ zu dem Ständer 20 drehen kann.
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Es wird auf 6 Bezug genommen, wonach die Permanentmagnetpole 55 der vorliegenden Ausführungsform durch eine Mehrzahl von Permanentmagnetelementen 56, beispielsweise vier Permanentmagnetelementen 56, gebildet werden. Eine Außenumfangsfläche des Läuferkerns 53 definiert eine Mehrzahl von sich axial erstreckenden Nuten 54. Jede Nut 54 ist an einem Übergang zweier benachbarter Permanentmagnetelemente 56 angeordnet, um magnetische Streuung zu verringern. Die Permanentmagnetelemente 56 sind an der Außenumfangsfläche des Läuferkerns 53 montiert. Bei dieser Ausführungsform sind Innenflächen der ersten Polschuhe 315 und zweiten Polschuhe 325 auf konzentrischen an dem Zentrum des Läufers 50 in einer axialen Draufsicht zentrierten Kreisen angeordnet. Außenflächen aller Permanentmagnetelemente 56 sind auf einer an dem Zentrum des Läufers 50 zentrierten Zylinderoberfläche angeordnet, so dass ein gleichmäßiger Luftspalt 41 zwischen den Ständerpolschuhen 315, 325 und den Läuferpermanentmagnetpolen 55 definiert ist. Vorzugsweise ist die Breite der ersten Schlitzöffnung 317 größer als 0 und weniger als oder gleich viermal einer Dicke des Luftspalts 41. Der Begriff „Dicke” des Luftspalts 41, wie er in dieser Offenbarung verwendet wird, bezieht sich auf eine radiale Dicke des Luftspalts.
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Es wird auf 4 Bezug genommen, wonach bei dem ersten Ständerkernblech 310 der erste Polschuh 315 zwischen jeweils zwei benachbarten ersten Zahnkörpern 313 (einschließlich des mit dem ersten Zahnkörper 313 radial ausgerichteten Bereichs des Polschuhs 315) einen Positionierungsschlitz 318 definiert. Die Anzahl der Positionierungsschlitze 318 ist dieselbe wie die Anzahl der Pole des Ständers und die Anzahl der Permanentmagnetpole 55, oder die Anzahl der Positionierungsschlitze 318 ist ein ganzzahliges Vielfaches der Anzahl der Permanentmagnetpole 55. Bei der vorliegenden Ausführungsform beträgt die Anzahl der Positionierungsschlitze 318 gleich vier. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Ständerwicklung eine konzentrierte Wicklung und daher die Anzahl der Zahnkörper die gleiche wie die Anzahl der Pole des Ständers. Bei einer alternativen Ausführungsform kann die Anzahl der Ständerzahnkörper ein ganzzahliges Vielfaches der Anzahl von Ständerpolen betragen, wie beispielsweise zweifach, dreifach oder dergleichen.
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Jeder Positionierungsschlitz 318 ist von den zwei benachbarten ersten Zahnkörpern 313 mittels unterschiedlicher Abstände beabstandet. Der Positionierungsschlitz 318 ist näher an einem der beiden benachbarten ersten Zahnkörper 313, und ein Zentrum des Positionierungsschlitzes 318 ist von einem Symmetriezentrum eines benachbarten Zahnkörpers 313 versetzt. Der Positionierungsschlitz 318 wird hauptsächlich verwendet, um die Position des Läufers 50 relativ zu dem Ständer 20 zu steuern, wenn dieser anhält, und um den Läufer 50 an einem Anhalten an einem Totpunkt zu hindern.
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Wenn der Motor 10 nicht erregt wird, d. h. an einer Anfangsposition, ist aufgrund des Positionierungsschlitzes 318 die Polachse des Permanentmagnetpols 55 des Läufers 50 von der Mittellinie des Ständerzahnkörpers, d. h. einer Ständerpolachse, versetzt, so dass der Läufer 50 von einem Totpunkt versetzt ist. Ein zwischen der Polachse des Permanentmagnetpols 55 und der Ständerpolachse gebildeter Winkel wird als Anlaufwinkel bezeichnet. Bei dieser Ausführungsform ist der Anlaufwinkel größer als 45° elektrischer Winkel und weniger als 135° elektrischer Winkel. Wenn die Wicklung 39 des Motors 10 mit einem elektrischen Strom in einer Richtung versorgt wird, kann der Läufer 50 entlang einer Richtung anlaufen. Wenn die Wicklung 39 des Motors 10 mit einem elektrischen Strom in einer Gegenrichtung versorgt wird, kann der Läufer 50 entlang einer Gegenrichtung anlaufen. Es sollte verstanden werden, dass, wenn der Anlaufwinkel gleich 90° elektrischer Winkel ist, der Läufer 50 einfach in beide Richtungen anlaufen kann, d. h. dies ist der einfachste Winkel zum Erreichen eines bidirektionalen Anlaufens. Wenn der Anlaufwinkel von dem 90° elektrischen Winkel versetzt ist, kann der Läufer in eine Richtung einfacher anlaufen als in die Gegenrichtung.
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Aus einer großen Anzahl von Experimenten wurde gefunden, dass, wenn der Anlaufwinkel in dem Bereich zwischen 45° und 135° elektrischer Winkel liegt, der Anlauf des Läufers 50 in beiden Richtungen eine gute Zuverlässigkeit aufweist.
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Bei dieser Ausführungsform ist das zweite Ständerkernblech 320 ausgebildet, eine symmetrische Struktur aufzuweisen. Bereiche jedes zweiten Polschuhs 325 an gegenüberliegenden Seiten einer Mittellinie des entsprechenden zweiten Zahnkörpers 323 sind um die Mittellinie des zweiten Zahnkörpers 323 symmetrisch. Vorzugsweise nimmt die radiale Dicke jedes zweiten Polschuhs 325 des zweiten Ständerkernblechs 320 in einer Richtung von dem entsprechenden zweiten Zahnkörper 323 zu den zweiten Schlitzöffnungen 327 fortschreitend ab, so dass die magnetische Reluktanz des zweiten Polschuhs 325 in die Richtung von dem zweiten Zahnkörper 323 zu den zweiten Schlitzöffnungen 327 fortschreitend zunimmt.
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Das erste Ständerkernblech 310 und das zweite Ständerkernblech 320 können aus einem magnetisch leitfähigen Weichmagnetmaterial hergestellt sein. Beispielsweise sind das erste Ständerkernblech 310 und das zweite Ständerkernblech 320 durch Schichten magnetischer Kaschierungen (Silizium-Kaschierungen werden üblicherweise in der Industrie benutzt) entlang der Axialrichtung des Motors gebildet. Wenn die ersten Ständerkernbleche 310 und die zweiten Ständerkernbleche 320 geschichtet sind, sind die Zentren der ersten Schlitzöffnungen 317 mit den Zentren der zweiten Schlitzöffnungen 327 ausgerichtet. Bei dieser Ausführungsform ist jede erste Schlitzöffnung 317 und zweite Schlitzöffnung 327 an einer Mittelposition zwischen zwei entsprechend benachbarten ersten Zahnkörpern 313 und zweiten Zahnkörpern 323 angeordnet.
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Zweite Ausführungsform
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Es wird auf 7 und 8 Bezug genommen, wonach, unterschiedlich von der ersten Ausführungsform, um die Wicklungseffizienz der Wicklung 39 zu steigern, das erste Ständerkernblech 310 eine Mehrzahl von ersten Ständerkernteilen 300 umfasst, die entlang einer Umfangsrichtung des Ständers verbunden sind. Jedes erste Ständerkernteil 300 umfasst ein erstes Bogenjochsegment 311b, einen sich von dem ersten Bogenjochsegment 311b erstreckenden ersten Zahnkörper 313 und einen sich von einem radial distalen Ende des ersten Zahnkörpers 313 nach zwei Umfangsseiten des ersten Zahnkörpers 313 erstreckenden Polschuh 315. Bei dieser Ausführungsform umfasst jedes erste Ständerkernteil 300 einen einzelnen ersten Zahnkörper 313 und einen zugehörigen ersten Polschuh 315. Es sollte verstanden werden, dass jedes Ständerkernteil auch mehr als einen Zahnkörper 313 und entsprechend erste Polschuhe 315 umfassen kann. Das zweite Ständerkernblech 320 umfasst ebenso eine Mehrzahl von zweiten Ständerkernteilen 300b, die entlang der Umfangsrichtung des Ständers verbunden sind. Jedes zweite Ständerkernteil 300b umfasst ein zweites Bogenjochsegment 321b, einen sich von dem zweiten Bogenjochsegment 321b erstreckenden zweiten Zahnkörper 323 und einen sich von einem radial distalen Ende des zweiten Zahnkörpers 323 nach zwei Umfangsseiten des zweiten Zahnkörpers 323 erstreckenden zweiten Polschuh 325.
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Beim Zusammenbau werden die ersten Ständerkernteile 300 und die zweiten Ständerkernteile 300b zusammengeschichtet, die Isolierhalterung wird montiert, worauf das Wickeln der Wicklungen folgt. Nachdem das Wickeln der Wicklungen abgeschlossen ist, werden die geschichteten ersten Ständerkernteile 300 und zweiten Ständerkernteile 300b verbunden, um den Ständerkern mit den Ständerwicklungen zu erhalten.
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Bei dieser Ausführungsform ist eine Rücksprung-Vorsprung-Erfassungsstruktur an einem Verbindungsbereich zwischen den ersten Bogenjochsegmenten 311b zweier benachbarter erster Ständerkernteile 300 gebildet. Genauer werden beim Bilden der Rücksprung-Vorsprung-Struktur zwei Enden des ersten Bogenjochsegments 311b jedes ersten Ständerkernteils 300 jeweils mit einem Erfassungsrücksprung 314 und einem Erfassungsvorsprung 312 versehen, um zum Bilden des ersten Außenringbereichs verbunden zu werden. Die Erfassungsrücksprünge 314 und die Erfassungsvorsprünge 312 bilden zusammen die Rücksprung-Vorsprung-Erfassungsstruktur. Eine Rücksprung-Vorsprung-Erfassungsstruktur 324 kann ähnlich auch an einem Verbindungsbereich zwischen den zweiten Bogenjochsegmenten 321b zweier benachbarter zweiter Ständerkernteile 300b gebildet werden.
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Weil der Ständerkern durch Verbinden mehrerer geschichteter erster Ständerkernteile 300 und zweiter Ständerkernteile 300b gebildet wird, kann die erste Schlitzöffnung zwischen den benachbarten ersten Polschuhen 315 und/oder die zweite Schlitzöffnung zwischen den zweiten Polschuhen 325 eine sehr kleine Breite aufweisen. In dieser Offenbarung bezeichnet die Breite der ersten Schlitzöffnung den Abstand zwischen zwei benachbarten ersten Polschuhen, und die Breite der zweiten Schlitzöffnung bezieht sich auf den Abstand zwischen zwei benachbarten zweiten Polschuhen.
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Es wird auf 9 Bezug genommen, wonach bei dieser Ausführungsform der Läufer 60 einen Läuferkern 63 und ringförmige Permanentmagnetpole 65 umfasst, die entlang der Umfangsrichtung des Läuferkerns 63 angeordnet sind. Eine Außenumfangsfläche der ringförmigen Permanentmagnetpole 65 ist mit den Innenumfangsflächen der ersten Polschuhe und der zweiten Polschuhe konzentrisch, so dass der Luftspalt 41 als ein dazwischen gleichmäßiger Luftspalt gebildet ist. Genauer sind die Innenflächen der ersten Polschuhe und der zweiten Polschuhe auf einem an dem Zentrum des Läufers 60 in der axialen Draufsicht zentrierten Kreis angeordnet. Eine Außenfläche der ringförmigen Permanentmagnetpole 65 ist zylindrisch und auf einem an dem Zentrum des Läufers 60 in der axialen Draufsicht zentrierten Kreis angeordnet und bildet so den gleichmäßigen Luftspalt zwischen der Innenumfangsfläche der ersten Polschuhe und zweiten Polschuhe sowie die Außenumfangsfläche der Permanentmagnetpole 65.
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Die ringförmigen Permanentmagnetpole 65 können durch ein einzelnes ringförmiges Permanentmagnetelement 66 gebildet sein, das an der Außenumfangsfläche des Läuferkerns 63 montiert ist. Eine Außenumfangsfläche des Läuferkerns 63 ist mit einer Mehrzahl von sich axial erstreckenden Nuten 64 versehen. Jede Nut 64 ist an einem Übergang zwischen zwei Permanentmagnetpolen 65 zur Verringerung magnetischer Streuung angeordnet.
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Dritte Ausführungsform
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Es wird auf 10 Bezug genommen, wonach bei dieser Ausführungsform der Läufer 70 eine Mehrzahl von Permanentmagnetpolen 75 umfasst, die entlang einer Umfangsrichtung des Läufers angeordnet sind. Eine Außenfläche jedes Permanentmagnetpols 75 ist eine Bogenfläche. Die Außenumfangsfläche des Permanentmagnetpols 75 ist von einem Zentrum des Läufers 70 mittels eines sich von einem Umfangszentrum zu zwei Umfangsenden der Außenumfangsfläche fortschreitend abnehmenden Abstandes beabstandet. Der Ständer kann derselbe sein, wie der Ständer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Wenn die Innenflächen des ersten Polschuhs 315 und des zweiten Polschuhs 325 auf einer an dem Zentrum des Läufers zentrierten Zylinderoberfläche angeordnet sind, bilden die Permanentmagnetpole 75 und die Innenumfangsflächen der ersten Polschuhe 315 und zweiten Polschuhe 325 dazwischen einen symmetrischen ungleichmäßigen Luftspalt. Vorzugsweise hat der symmetrische ungleichmäßige Luftspalt eine Maximaldicke, die wenigstens 1,5-mal seine Minimaldicke ist. Vorzugsweise ist die Breite der ersten Schlitzöffnung 317 größer als Null und weniger als oder gleich viermal die Minimaldicke des ungleichmäßigen Luftspalts.
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Jeder Permanentmagnetpol 75 kann durch ein einzelnes Permanentmagnetelement 76 gebildet sein. Der Läufer 70 umfasst ferner einen Läuferkern 73. Das Permanentmagnetelement 76 ist an einer Außenumfangsfläche des Läuferkerns 73 montiert. Die Außenumfangsfläche des Läuferkerns 73 ist mit einer Mehrzahl von axial erstreckenden Nuten 74 versehen. Jede Nut 74 ist an einer Übergangsstelle zwischen zwei benachbarten Permanentmagnetpolen 75 zum Verringern magnetischer Streuung angeordnet.
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Es wird auf 11 Bezug genommen, wonach bei dieser Ausführungsform zum Steigern der Wicklungseffizienz der Wicklungen 39 der Ständerkern in Bauart einer geteilten Struktur sein kann. Genauer sind die ersten Zahnkörper 313 und der erste Außenringbereich 311 aus 4 der ersten Ausführungsform getrennt gebildet und anschließend miteinander zusammengebaut. Genauso sind die zweiten Zahnkörper 323 und der zweite Außenringbereich 321 getrennt gebildet und anschließend miteinander zusammengebaut. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die zweiten Zahnkörper 323 und die entsprechenden zweiten Polschuhe 325 integral in eine Integralstruktur gebildet, wobei diese Integralstruktur getrennt von dem zweiten Außenringbereich 321 ist. Beim Zusammenbau werden die ersten Zahnkörper 313 und die zweiten Zahnkörper 323 miteinander geschichtet. Die Isolierhalterung wird dann montiert, und die Wicklungen werden gewickelt. Die ersten Außenringabschnitte 311 und die zweiten Außenringabschnitte 321 werden zum Bilden eines Zylinders geschichtet. Nachdem das Wickeln der Wicklungen abgeschlossen ist, werden die ersten Zahnkörper 313 und die zweiten Zahnkörper 323 innenseitig des durch Schichten der ersten Außenringabschnitte 311 und zweiten Außenringabschnitte 321 gebildeten Zylinders montiert, um so den Ständerkern mit Wicklungen zu erreichen.
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Vierte Ausführungsform
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Es wird auf 12 Bezug genommen, wonach bei dieser Ausführungsform der Läufer 80 eine Mehrzahl von Permanentmagnetpolen 85 umfasst, die entlang einer Umfangsrichtung des Läufers 80 angeordnet sind. Eine Außenfläche jedes Permanentmagnetpols 85 ist eine Bogenfläche. Jeder Permanentmagnetpol 85 wird durch ein einzelnes an einer Außenumfangsfläche des Läuferkerns 83 montierten Permanentmagnetelements gebildet. Die Außenumfangsfläche jedes Permanentmagnetpols 85 ist mittels eines von einem Umfangszentrum zu zwei Umfangsenden der Außenumfangsfläche fortschreitend abnehmenden Abstandes von einem Zentrum des Läufers 80 beabstandet. Die Außenumfangsfläche des Läuferkerns 83 ist mit einer Mehrzahl von sich axial erstreckenden Nuten 84 versehen. Jede Nut 84 ist an einem Übergangsbereich zwischen zwei benachbarten Permanentmagnetpolen 85 zum Verringern magnetischer Streuung angeordnet. Bei dieser Ausführungsform ist die Dicke der Permanentmagnetelemente einheitlich, während die Außenumfangsfläche des Läuferkerns 83 zwischen jeweils zwei Nuten 84 mittels eines von einem Umfangszentrum zu zwei Umfangsenden fortschreitend abnehmenden Abstandes von dem Zentrum des Läufers 80 beabstandet, wobei die Innenumfangsflächen der Permanentmagnetelemente mit den Außenumfangsflächen des Läuferkerns 83 formmäßig zusammenpassen. Alternativ ist die Außenumfangsfläche des Läuferkerns 83 auf einer an dem Zentrum des Läufers 80 zentrierten Zylinderoberfläche angeordnet, während die Dicke des Permanentmagnetelementes uneinheitlich ist und von einem Umfangszentrum zu zwei Umfangsenden davon fortschreitend abnimmt.
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Es wird auf 13 und 14 Bezug genommen, wonach im Unterschied zu der vorigen Ausführungsform das erste Ständerkernblech 310 dieser Ausführungsform keinen Positionierungsschlitz bildet. Die InnenflächeBleche des ersten Polschuhs 315 sind auf einer Zylinderoberfläche angeordnet. In diesem Fall sind Bereiche jedes zweiten Polschuhs 325 des zweiten Ständerkernblechs 320 an gegenüberliegenden Seiten einer Mittellinie des entsprechenden zweiten Zahnkörpers 323 asymmetrisch um die Mittellinie des zweiten Zahnkörpers 323. Genauer ist bei dieser Ausführungsform eine radiale Breite des Bereichs 325a jedes zweiten Polschuhs 325 auf der linken Seite des zweiten Zahnkörpers 323 größer als eine radiale Breite des Bereichs 325b des Polschuhs 325 auf der rechten Seite des zweiten Zahnkörpers 323, wobei die Innenfläche jedes zweiten Polschuhs 325 von dem Läuferzentrum mittels eines sich ändernden Abstandes beabstandet ist. Beispielsweise ist die Innenfläche jedes zweiten Polschuhs 325 mittels eines sich von einem Ende zu dem anderen Ende entlang der Umfangsrichtung des Motors fortschreitend verringernden Abstandes von dem Läuferzentrum beabstandet, so dass der zwischen dem Ständer 20 und dem Läufer 80 gebildeten Luftspalt 41 sich von einem Ende zu dem anderen Ende jedes zweiten Polschuhs 325 fortschreitend vergrößert, um dadurch die Positionierung des Läufers 80 zu erreichen.
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Fünfte Ausführungsform
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Es wird auf 15 Bezug genommen, wonach bei dieser Ausführungsform Bereiche jedes zweiten Polschuhs 325 und des zweiten Ständerkernblechs 320 an gegenüberliegenden Seiten einer Mittellinie des entsprechenden zweiten Zahnkörpers 323 unterschiedliche Längen aufweisen. In diesem Fall können die Innenflächen der zweiten Polschuhe 325 auch auf einer an dem Zentrum des Läufers zentrierten Zylinderoberfläche angeordnet sein. D. h. die Innenflächen der zweiten Polschuhe 325 sind mittels eines einheitlichen Abstandes von dem Läuferzentrum beabstandet, was ebenso die Anfangsposition des Läufers von dem Totpunkt versetzt. Bei dieser Ausführungsform kann die zweite Schlitzöffnung 327 des zweiten Ständerkernblechs 320 eine kleine Schlitzöffnung sein und eine Breite der zweiten Schlitzöffnung 327 ist weniger als oder gleich einer Breite einer ersten Schlitzöffnung 317 eines ersten Ständerkernblechs 310.
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Der Einphasenpermanentmagnetmotor gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst einen Ständerkern, der durch Schichten erster Ständerkernbleche und zweiter Ständerkernbleche mit unterschiedlichem Innenaufbau gebildet wird. Dies verringert die Vibration und Geräusche, die bei einem gewöhnlichen Motor aufgrund übermäßig großer Schlitzöffnungen erzeugt werden, wodurch die Zuverlässigkeit beim Motoranlaufen verbessert wird. Zusätzlich können der Anlaufwinkel und das während des Anlaufens benötigte Rastmoment entsprechend der Entwurfserfordernisse einfach eingestellt werden, so dass die Anlauftotpunkte verringert oder beseitigt werden und somit die Zuverlässigkeit des Motoranlaufens erhöht wird. Beispielsweise kann der Motoranlaufwinkel durch Einstellen der Position der Positionierungsschlitze der ersten Polschuhe einfach eingestellt werden. Wenn der Anlaufwinkel Q größer als ein 45° elektrischer Winkel und weniger als 135° elektrischer Winkel beträgt, kann der Läufer ein bidirektionales Anlaufen erreichen. Die Breite der ersten Schlitzöffnung des ersten Ständerkernblechs ist weniger als oder gleich viermal der Dicke des Luftspaltes, was eine plötzliche Änderung der magnetischen Reluktanz vermeidet, die beim Stand der Technik aufgrund der großen Schlitzöffnung zwischen benachbarten Ständerpolschuhen auftreten würde, so dass das Rastmoment des Motors verringert wird. Wenn der Ständerkern der Bauart nach eine geteilte Struktur ist, kann der Wicklungsprozess durch Verwenden einer hocheffizienten Wicklungsmaschine vor dem Zusammenbau der Zahnkörper und der Außenringbereiche durchgeführt werden, was die Wicklungseffizienz erhöht.
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Es sollte verstanden werden, dass die Läufer und Ständer der obigen Ausführungsformen in unterschiedlichen Kombinationen verwendet werden können, d. h. der Läufer jeder Ausführungsform kann in Kombination mit dem Ständer irgendeine Ausführungsform verwendet werden, und der Ständer jeder Ausführungsform kann mit dem Läufer irgendeiner Ausführungsform verwendet werden.
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Obwohl die Erfindung mit Bezug auf eine oder mehrere Ausführungsformen beschrieben worden ist, wird der Fachmann zur Kenntnis nehmen, dass verschiedene Modifikationen möglich sind. Der Umfang der Erfindung wird demnach in Bezug auf die folgenden Ansprüche definiert.
