DE102017110841A1

DE102017110841A1 - Electric motor and process

Info

Publication number: DE102017110841A1
Application number: DE102017110841.6A
Authority: DE
Inventors: Andrey Pulnikov; Giovanni Biancuzzi
Original assignee: MinebeaMitsumi Inc
Current assignee: MinebeaMitsumi Inc
Priority date: 2017-05-18
Filing date: 2017-05-18
Publication date: 2018-11-22

Abstract

Es wird ein Elektromotor vorgeschlagen. Der Elektromotor umfasst eine Statoreinheit und eine Rotoreinheit, die koaxial um eine Drehachse der Rotoreinheit angeordnet sind. Die Statoreinheit weist mehrere Statorzähne auf, die in Umfangsrichtung angeordnet sind. Die Rotoreinheit weist mehrere Magnetabschnitte auf, die in Umfangsrichtung angeordnet sind. Die Statorzähne und/oder die Magnetabschnitte weisen mindestens ein Merkmal auf, das in Umfangsrichtung derart variiert, dass ein reluktanzbasiertes Rastmoment zwischen der Rotoreinheit und der Statoreinheit erzeugt wird. Das reluktanzbasierte Rastmoment richtet die Rotoreinheit relativ zur Statoreinheit definiert aus und hemmt die Drehung der Rotoreinheit gegenüber der Startoreinheit.It is proposed an electric motor. The electric motor comprises a stator unit and a rotor unit, which are arranged coaxially about a rotation axis of the rotor unit. The stator unit has a plurality of stator teeth, which are arranged in the circumferential direction. The rotor unit has a plurality of magnet sections which are arranged in the circumferential direction. The stator teeth and / or the magnet sections have at least one feature that varies in the circumferential direction such that a reluctance-based cogging torque is generated between the rotor unit and the stator unit. The reluctance-based detent torque defines the rotor unit in a defined manner relative to the stator unit and inhibits the rotation of the rotor unit relative to the starting unit.

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor und ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Elektromotors.The invention relates to an electric motor and a method for operating such an electric motor.

Anwendungen wie der Seilzug einer Jalousie erfordern einen zuverlässigen Antrieb, aber auch die Möglichkeit, den Seilzug zu bremsen bzw. zu hemmen. Bei einem elektrisch betriebenen Seilzug kann der Antriebsmotor sowohl zum Bewegen des Seilzugs, als auch zum Hemmen der Bewegung eingesetzt werden. Hierzu kann der Motor Mittel zum lösbaren Hemmen der Drehung des Rotors sowie zum zuverlässigen Halten beweglicher Teile im stationären Zustand aufweisen. Herkömmliche Elektromotoren verwenden zu diesem Zweck zum Beispiel Bremssysteme, die eine oder mehrere Trommel-, Scheiben-, Wirbelstrom-, Hydraulik- oder Druckluftbremsen umfassen. Bei solchen Bremsen wird die Bremswirkung erzielt und aufrechterhalten, indem und solange dem Bremssystem Energie zugeführt wird.Applications such as the cable of a blind require a reliable drive, but also the ability to brake or inhibit the cable. In an electrically operated cable, the drive motor can be used both for moving the cable, as well as for inhibiting the movement. For this purpose, the motor may have means for releasably inhibiting the rotation of the rotor as well as for reliably holding movable parts in the stationary state. For example, conventional electric motors utilize brake systems that include one or more drum, disc, eddy current, hydraulic, or air brakes. In such brakes, the braking effect is achieved and maintained by and as long as the brake system energy is supplied.

Reluktanz, auch als magnetischer Widerstand bezeichnet, beschreibt das Verhältnis der magnetischen Spannung zu dem magnetischen Fluss in einem Medium. Auf einen magnetisierbaren Festkörper wirkt eine reluktanzbasierte Kraft, die den Festkörper in einen Zustand möglichst niedriger Reluktanz zwingt. Die reluktanzbasierte Kraft richtet den Festkörper entlang der Magnetfeldlinien eines Magnetfeldes aus, wenn der Festkörper diesem ausgesetzt ist.Reluctance, also referred to as magnetic resistance, describes the ratio of the magnetic strain to the magnetic flux in a medium. On a magnetizable solid acts a reluctance-based force that forces the solid state in a state of low reluctance. The reluctance-based force aligns the solid along the magnetic field lines of a magnetic field when the solid is exposed to it.

Die Reluktanz hängt von dem Material des Mediums, das der magnetische Fluss durchzieht, der Geometrie des Mediums und der Anordnung des Mediums relativ zum Magnetfeld ab. Herkömmliche reluktanzbasierte Bremssysteme erzeugen Bremsmagnetfelder mit Hilfe von Spulen. Hierbei muss das Magnetfeld der Spule des reluktanzbasierten Bremssystems so lange aufrechterhalten werden, wie die bremsende Wirkung erforderlich ist. Dies geschieht durch die stetige Zufuhr von elektrischem Strom und verbraucht elektrische Leistung. Folglich wird für den Bremsvorgang Energie benötigt, die zu hohen Betriebskosten führen kann.The reluctance depends on the material of the medium, which passes through the magnetic flux, the geometry of the medium and the arrangement of the medium relative to the magnetic field. Conventional reluctance-based braking systems generate brake magnetic fields by means of coils. Here, the magnetic field of the coil of the reluctance-based braking system must be maintained as long as the braking effect is required. This is done by the steady supply of electrical power and consumes electrical power. Consequently, energy is required for the braking operation, which can lead to high operating costs.

Vor diesem Hintergrund besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, einen selbsthemmenden Elektromotor bereitzustellen.Against this background, an object of the invention is to provide a self-locking electric motor.

Diese Aufgabe wird durch einen Elektromotor mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 oder durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 17 gelöst. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.This object is achieved by an electric motor with the features of claim 1 or by a method according to claim 17. Embodiments of the invention are specified in the dependent claims.

Gemäß einem Aspekt umfasst der Elektromotor eine Statoreinheit und eine Rotoreinheit, die koaxial um eine Drehachse der Rotoreinheit angeordnet sind. Die Statoreinheit weist mehrere Statorzähne auf, die in Umfangsrichtung angeordnet sind. Die Rotoreinheit weist mehrere Magnetabschnitte auf, die in Umfangsrichtung angeordnet sind. Die Statorzähne weisen mindestens ein Merkmal auf, das in Umfangsrichtung derart variiert, dass ein reluktanzbasiertes Rastmoment zwischen der Rotoreinheit und der Statoreinheit erzeugt wird, das die Rotoreinheit relativ zur Statoreinheit definiert ausrichtet und die Drehung der Rotoreinheit gegenüber der Startoreinheit hemmt.According to one aspect, the electric motor comprises a stator unit and a rotor unit, which are arranged coaxially about an axis of rotation of the rotor unit. The stator unit has a plurality of stator teeth, which are arranged in the circumferential direction. The rotor unit has a plurality of magnet sections which are arranged in the circumferential direction. The stator teeth have at least one feature that varies circumferentially such that a reluctance-based cogging torque is generated between the rotor assembly and the stator assembly that aligns the rotor assembly relative to the stator assembly and inhibits rotation of the rotor assembly relative to the launching assembly.

Alternativ oder zusätzlich weisen die Magnetabschnitte ein Merkmal auf, das in Umfangsrichtung derart variiert, dass ein reluktanzbasiertes Rastmoment zwischen der Rotoreinheit und der Statoreinheit erzeugt wird, das die Rotoreinheit relativ zur Statoreinheit definiert ausrichtet und die Drehung der Rotoreinheit gegenüber der Startoreinheit hemmt.Alternatively or additionally, the magnet sections have a feature that varies in the circumferential direction such that a reluctance-based cogging torque is generated between the rotor unit and the stator unit that aligns the rotor unit relative to the stator unit and inhibits rotation of the rotor unit relative to the startup unit.

Die Statorzähne sind in der Praxis mit einer Statorwicklung versehen, die beispielsweise eine oder mehrere Statorspulen bilden. Der Statorwicklung wird elektrischer Strom zugeführt, um ein Magnetfeld zu erzeugen. Die Magnetabschnitte der Rotoreinheit umfassen magnetisierte Festkörper und/oder Permanentmagnete, die im Magnetfeld der Statorwicklung beschleunigt werden. Infolgedessen dreht sich die Rotoreinheit relativ zur Statoreinheit, und ein Drehmoment wird erzeugt.The stator teeth are provided in practice with a stator winding, for example, form one or more stator coils. The stator winding is supplied with electric current to generate a magnetic field. The magnet sections of the rotor unit comprise magnetized solids and / or permanent magnets which are accelerated in the magnetic field of the stator winding. As a result, the rotor unit rotates relative to the stator unit, and a torque is generated.

Das erzeugte Drehmoment hängt von der Stärke des Magnetfeldes, oder der Magnetflussdichte, ab, die ihrerseits von der Stromstärke des elektrischen Stroms abhängt, die der Statorwicklung zugeführt wird. Die Rotoreinheit lagert auf einer Welle, die das Drehmoment auf einen Abtrieb und/oder ein Getriebe übertragen kann. Der Elektromotor kann als ein Innenläufer oder als ein Außenläufer ausgestaltet sein. Der Elektromotor ist beispielsweise ein bürstenloser Gleichstrommotor, BLDC-Motor.The generated torque depends on the strength of the magnetic field, or the magnetic flux density, which in turn depends on the current intensity of the electric current supplied to the stator winding. The rotor unit rests on a shaft, which can transmit the torque to an output and / or a gearbox. The electric motor may be configured as an internal rotor or as an external rotor. The electric motor is, for example, a brushless DC motor, BLDC motor.

Der Stator umfasst einen Rückschluss und Statorzähne. Die Statorzähne erstrecken sich von dem ringförmigen Rückschluss radial in Richtung der Rotoreinheit oder der Drehachse der Rotoreinheit, wobei ein Luftspalt zwischen den Statorzähnen und der Rotoreinheit gebildet ist. Zwischen zwei benachbarten Statorzähnen ist eine Statornut geformt, die die Statorwicklung aufnehmen kann. Die Statorzähne sind zumindest teilweise aus einem magnetisierbaren Material, z.B. Eisen oder magnetischer Stahl, gebildet.The stator includes a yoke and stator teeth. The stator teeth extend radially from the annular conclusion in the direction of the rotor unit or the axis of rotation of the rotor unit, wherein an air gap between the stator teeth and the rotor unit is formed. Between two adjacent stator teeth, a stator slot is formed which can receive the stator winding. The stator teeth are at least partially made of a magnetizable material, e.g. Iron or magnetic steel, formed.

Die Begriffe magnetisierbar und nichtmagnetisierbar beziehen sich auf die magnetische Permeabilität, magnetische Suszeptibilität, magnetische Leitfähigkeit und/oder magnetische Durchlässigkeit des Materials. Nichtmagnetisierbar sind Materialien und Medien, die diamagnetisch, magnetisch neutral und/oder paramagnetisch sind. Die magnetischen Momente eines nichtmagnetischen Materials richten sich gegen, nicht oder geringfügig entlang der Magnetfeldlinien eines externen Magnetfelds, in dem es sich befindet. Dadurch wird das externe Magnetfeld in dem nichtmagnetisierbaren Material geschwächt, bleibt gleich oder wird geringfügig verstärkt. Die relative Permeabilität eines nichtmagnetisierbaren Materials ist kleiner als 2. Beispiele für nichtmagnetisierbare Materialien und Medien sind Luft, Vakuum, Supraleiter, Blei, Kupfer, Polyethylen, Aluminium, Platin, Wasser, Teflon, Glas und Holz.The terms magnetizable and non-magnetizable refer to the magnetic permeability, magnetic susceptibility, magnetic Conductivity and / or magnetic permeability of the material. Non-magnetizable materials and media are diamagnetic, magnetic neutral and / or paramagnetic. The magnetic moments of a non-magnetic material are directed against, not or slightly along the magnetic field lines of an external magnetic field in which it is located. As a result, the external magnetic field in the non-magnetizable material is weakened, remains the same or is slightly amplified. The relative permeability of a nonmagnetizable material is less than 2. Examples of nonmagnetizable materials and media are air, vacuum, superconductor, lead, copper, polyethylene, aluminum, platinum, water, teflon, glass, and wood.

Entsprechend sind Materialien und Medien magnetisierbar, wenn sie im äußeren Magnetfeld selbst magnetisch werden, indem sie im Inneren eine magnetische Flussdichte aufbauen, die höher als das äußere Magnetfeld in Luft ist. Insbesondere sind weich- oder hartmagnetische Feststoffe und ferromagnetische Materialen magnetisierbar. Beispiele für magnetisierbare Materialien und Medien sind Eisen, Ferrite, Mumetall, amorphe Metalle, Cobalt, Nickel und Stahl.Accordingly, materials and media are magnetizable when they become magnetic in the external magnetic field itself by building up inside a magnetic flux density higher than the external magnetic field in air. In particular, soft or hard magnetic solids and ferromagnetic materials are magnetizable. Examples of magnetizable materials and media are iron, ferrites, mumetal, amorphous metals, cobalt, nickel and steel.

Die Statorzähne sind in Umfangsrichtung angeordnet, d.h. über eine Umfangsfläche der Statoreinheit entlang der Umfangsrichtung verteilt. Insbesondere erstrecken sich die Statorzähne in axialer Richtung über die gesamte (oder annähernd gesamte) axiale Länge der Statoreinheit. Die Statorzähne können gleichmäßig verteilt sein, d.h. der Abstand zwischen zwei benachbarten Statorzähnen ist konstant.The stator teeth are arranged in the circumferential direction, i. distributed over a peripheral surface of the stator unit along the circumferential direction. In particular, the stator teeth extend in the axial direction over the entire (or approximately total) axial length of the stator unit. The stator teeth may be evenly distributed, i. the distance between two adjacent stator teeth is constant.

Die Magnetabschnitte der Rotoreinheit beziehen sich auf Bereiche oder Elemente, die magnetisiert oder magnetisch sind. Die Magnetabschnitte beziehen sich auf Abschnitte eines Magnetkörpers, der den Körper der Rotoreinheit bildet. Sie können durch einzelne Magnete oder durch magnetisierte Abschnitte eines Ringmagneten gebildet sein. Alternativ oder zusätzlich beziehen sich die Magnetabschnitte auf Magnetabschnitte, die in einer jeweiligen Öffnung, Ausnehmung, Hohlraum oder dergleichen der Rotoreinheit aufgenommen sind.The magnet sections of the rotor unit relate to areas or elements that are magnetized or magnetic. The magnet sections refer to sections of a magnetic body which forms the body of the rotor unit. They can be formed by individual magnets or by magnetized sections of a ring magnet. Alternatively or additionally, the magnet sections refer to magnet sections which are accommodated in a respective opening, recess, cavity or the like of the rotor unit.

Die Magnetabschnitte sind in Umfangsrichtung angeordnet, d.h. über eine Umfangsfläche der Rotoreinheit entlang der Umfangsrichtung verteilt. Die Umfangsfläche bezieht sich auf eine äußere Umfangsfläche im Falle eines Innenläufers und auf eine innere Umfangsfläche im Falle eines Außenläufers.The magnet sections are arranged in the circumferential direction, i. distributed over a peripheral surface of the rotor unit along the circumferential direction. The peripheral surface refers to an outer peripheral surface in the case of an inner rotor and an inner peripheral surface in the case of an outer rotor.

Die Magnetabschnitte können Permanentmagnete, wie z.B. AlNiCo-Magnete, Bismanol-Magnete, Seltenerdmagnete, NdFeB-Magnete, SmCo-Magnete, Kunststoffmagnete oder weitere Ferrite oder Magnetite, umfassen. Alternativ oder zusätzlich können die Magnetabschnitte dauerhaft magnetisiert und/oder magnetisch erregt, z.B. gemäß der Halbach-Magnetisierung, sein.The magnet sections may be permanent magnets, e.g. AlNiCo magnets, bismanol magnets, rare earth magnets, NdFeB magnets, SmCo magnets, plastic magnets or other ferrites or magnetites. Alternatively or additionally, the magnet sections may be permanently magnetized and / or magnetically excited, e.g. according to the Halbach magnetization.

Im Betrieb verlaufen die magnetischen Feldlinien von dem jeweiligen Nordpol des Magnetabschnitts aus über den gegenüberliegenden Statorzahn, über den statorseitigen Rückschluss, der durch die Umfangsfläche der Statoreinheit gebildet ist, über einen weiteren, dem benachbarten Südpol gegenüberliegenden Statorzahn und über einen rotorseitigen Rückschluss zurück zu dem Nordpol. Die Starterzähne bilden Flussaufnehmer für das Magnetfeld. Eine geschlossene Magnetfeldlinie bildet einen magnetischen Kreis.In operation, the magnetic field lines extend from the respective north pole of the magnet section over the opposite stator tooth, via the stator-side conclusion, which is formed by the peripheral surface of the stator, via a further stator tooth opposite the adjacent south pole and via a rotor-side conclusion back to the north pole , The starter teeth form flux sensors for the magnetic field. A closed magnetic field line forms a magnetic circuit.

Die Magnetabschnitte sind vorzugsweise derart angeordnet, dass die Magnetfeldlinien in radialer Richtung durch ihre Pole verlaufen. Je nach Beschaffenheit der Magnetabschnitte können die Magnetfeldlinien von dem Nordpol eines Magnetabschnitts zum Südpol des benachbarten Magnetabschnitts verlaufen. Alternativ können die Magnetabschnitte Halbach-magnetisiert sein, d.h. die magnetische Felddichte ist auf der Rückseite der Magnetabschnitte reduziert, und jeder der Magnetabschnitte umfasst einen Nord- und einen Südpol. Die Rückseite entspricht der der Statoreinheit abgewandten Seite.The magnet sections are preferably arranged such that the magnetic field lines extend in the radial direction through their poles. Depending on the nature of the magnet sections, the magnetic field lines can run from the north pole of one magnet section to the south pole of the adjacent magnet section. Alternatively, the magnet sections may be half-magnetized, i. the magnetic field density is reduced at the back of the magnet sections, and each of the magnet sections comprises a north and a south pole. The rear side corresponds to the side facing away from the stator unit.

Grundsätzlich strebt ein von Magnetfeldern durchsetztes System nach einem minimalen magnetischen Widerstand. Der magnetische Widerstand entlang eines magnetischen Kreises ist im Allgemeinen proportional zu der Länge des magnetischen Kreises, dem Kehrwert der Querschnittsfläche und dem Kehrwert der Permeabilität des vom Magnetfeld durchflossenen Leiters. Folglich strebt der Elektromotor nach einer definierten Ausrichtung der Rotoreinheit relativ zur Statoreinheit, in welcher die magnetischen Kreise am kleinsten sind und die Magnetfeldlinien durch möglichst viel magnetisierbares Material der Statoreinheit verlaufen (anstatt durch Luft zwischen der Stator- und Rotoreinheit). Dadurch wird ein reluktanzbasiertes Rastmoment erzeugt, das die Rotoreinheit in eine definierte Ausrichtung relativ zur Statoreinheit zwingt.Basically, a system permeated by magnetic fields strives for a minimum of magnetic resistance. The magnetic resistance along a magnetic circuit is generally proportional to the length of the magnetic circuit, the reciprocal of the cross-sectional area, and the reciprocal of the permeability of the conductor through which the magnetic field has passed. Consequently, the electric motor strives for a defined orientation of the rotor unit relative to the stator unit, in which the magnetic circuits are smallest and the magnetic field lines through as much magnetizable material of the stator run (instead of air between the stator and rotor unit). As a result, a reluctance-based cogging torque is generated which forces the rotor unit into a defined orientation relative to the stator unit.

Die definierte Ausrichtung der Rotoreinheit relativ zur Statoreinheit bezieht sich auf eine drehwinkelabhängige Relativposition der Rotoreinheit gegenüber der Statoreinheit. Es können je nach Beschaffenheit der Rotor- und Statoreinheit mehrere definierte Ausrichtungen existieren, die um einen bestimmten Drehwinkel voneinander entfernt sind.The defined orientation of the rotor unit relative to the stator unit refers to a rotational angle-dependent relative position of the rotor unit relative to the stator unit. Depending on the nature of the rotor and stator unit, there may be a plurality of defined orientations which are separated from each other by a certain angle of rotation.

Erfindungsgemäß variiert ein Merkmal der Rotoreinrichtung und/oder ein Merkmal der Statoreinrichtung in Umfangsrichtung. Beispielsweise kann das Merkmal der Verteilung, Geometrie und/oder Form der Statorzähne in Umfangsrichtung variiert werden, um das reluktanzbasierte Rastmoment zu erzeugen. Entsprechend können die Statorzähne ungleichmäßig über den Umfang der Statoreinheit verteilt sein, d.h. der Abstand zwischen zwei benachbarten Statorzähnen kann variieren, und das reluktanzbasierte Rastmoment zwingt die Magnetabschnitte in Richtung eines Statorzähnepaares mit einem reduzierten Abstand gegenüber den restlichen Statorzähnepaaren. Die Geometrie der Statorzähne bezieht sich insbesondere auf die räumliche Ausdehnung der Statorzähne in radialer, axialer und/oder tangentialer Richtung. Beispielsweise kann eine große Fläche des Statorzahns in tangentialer und axialer Richtung den magnetischen Fluss durch den Statorzahn erhöhen. Demnach kann eine abwechselnde Variation der Fläche der Statorzähne eine Ausrichtung definieren, zu der die Rotoreinheit von dem reluktanzbasierten Rastmoment getrieben wird.According to the invention, a feature of the rotor device and / or a feature of the stator device varies in the circumferential direction. For example, the feature of distribution, geometry, and / or Shape of the stator teeth are varied in the circumferential direction to produce the reluctance-based cogging torque. Accordingly, the stator teeth may be unevenly distributed over the circumference of the stator unit, ie, the distance between two adjacent stator teeth may vary, and the reluctance-based detent torque forces the magnet portions toward a pair of stator teeth with a reduced distance from the remaining pairs of stator teeth. The geometry of the stator teeth relates in particular to the spatial extent of the stator teeth in the radial, axial and / or tangential direction. For example, a large area of the stator tooth in the tangential and axial directions can increase the magnetic flux through the stator tooth. Thus, an alternating variation of the area of the stator teeth may define an orientation to which the rotor unit is driven by the reluctance-based cogging torque.

Alternativ oder zusätzlich kann das Merkmal der Geometrie der Magnetabschnitte und/oder Verteilung der Magnetfelder der Magnetabschnitte in Umfangsrichtung variiert werden, um das reluktanzbasierte Rastmoment zu erzeugen. Die Magnetabschnitte können statt gleichmäßig über den gesamten Umfang der Rotoreinheit verteilt zu sein, an diskreten Positionen um einen bestimmten Winkel voneinander entfernt angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich können die Magnetabschnitte oder ein Teil der Magnetabschnitte in einer besonderen geometrischen Form, wie beispielsweise als Vorsprünge in Richtung der Statoreinheit, ausgebildet sein. Je nach der Ausgestaltung zwingt das reluktanzbasierte Rastmoment die Magnetabschnitte in Richtung der Statorzähne oder weg von den Statorzähnen.Alternatively or additionally, the feature of the geometry of the magnet sections and / or distribution of the magnetic fields of the magnet sections in the circumferential direction can be varied in order to generate the reluctance-based cogging torque. The magnet sections, instead of being distributed uniformly over the entire circumference of the rotor unit, may be arranged at discrete positions at a certain angle away from each other. Alternatively or additionally, the magnet sections or a part of the magnet sections may be formed in a special geometric shape, such as projections in the direction of the stator unit. Depending on the embodiment, the reluctance-based cogging torque forces the magnet sections in the direction of the stator teeth or away from the stator teeth.

Der Elektromotor ist folglich imstande, ein reluktanzbasiertes Rastmoment zu erzeugen, um die Drehung der Rotoreinheit zu hemmen. Dadurch ergibt sich ein selbsthemmender Elektromotor, der ohne Stromzufuhr eine Feststellwirkung erzielt.The electric motor is thus able to produce a reluctance-based cogging torque to inhibit the rotation of the rotor unit. This results in a self-locking electric motor, which achieves a Feststellwirkung without power.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Merkmal der Statorzähne und/oder der Magnetabschnitte eine Variation: der Verteilung der Magnetabschnitte über den Umfang der Rotoreinheit; der Ausdehnung der Magnetabschnitte in Umfangsrichtung; der Ausdehnung der Magnetabschnitte in radialer Richtung; der Verteilung der Magnetisierung der Magnetabschnitte in Umfangsrichtung; der Verteilung der Statorzähne in Umfangsrichtung; des Material der Statorzähne; und/oder der Form der Statorzähne.According to one embodiment, the feature of the stator teeth and / or the magnet sections comprises a variation: the distribution of the magnet sections over the circumference of the rotor unit; the extension of the magnet sections in the circumferential direction; the extension of the magnet sections in the radial direction; the distribution of the magnetization of the magnet sections in the circumferential direction; the distribution of the stator teeth in the circumferential direction; the material of the stator teeth; and / or the shape of the stator teeth.

Werden die Statorzähne variiert, dann können die Magnetabschnitte gleichmäßig über den Umfang verteilt sein, wobei die Magnetabschnitte in gleichem Abstand voneinander entfernt angeordnet sind. Dabei können die Magnetabschnitte in Umfangsrichtung einer Breite eines Statorzahns oder mehrerer Statorzähne entsprechend dimensioniert sein. Entsprechend verringert sich der magnetische Widerstand, wenn die Magnetabschnitte deckungsgleich mit den Statorzähnen positioniert sind.If the stator teeth are varied, then the magnet sections may be evenly distributed over the circumference, with the magnet sections being equidistant from one another. In this case, the magnet sections can be dimensioned correspondingly in the circumferential direction of a width of a stator tooth or a plurality of stator teeth. Accordingly, the magnetic resistance decreases when the magnet sections are positioned congruent with the stator teeth.

Die Magnetabschnitte können als Ringsegmente ausgebildet und zu einem Ring zusammengeschlossen sein. Dabei können die einzelnen Magnetabschnitte unterschiedliche Ausdehnungen in Umfangsrichtung aufweisen, so dass ein Teil der Magnetabschnitte von dem reluktanzbasierten Rastmoment stärker in Richtung der Statorzähne beschleunigt wird als die restlichen Magnetabschnitte. Der gleiche Effekt kann erzielt oder verstärkt werden, indem die Magnetfeldstärke in den einzelnen Abschnitten entsprechend variiert wird. Die Magnetabschnitte können so magnetisiert und die Statorzähne so beschaffen sein, dass die Magnetabschnitte mit stärkerer Magnetisierung von dem reluktanzbasierten Rastmoment stärker in Richtung der Statorzähne beschleunigt werden.The magnet sections may be formed as ring segments and joined together to form a ring. In this case, the individual magnet sections may have different expansions in the circumferential direction, so that part of the magnet sections is accelerated more strongly by the reluctance-based cogging torque in the direction of the stator teeth than the remaining magnet sections. The same effect can be achieved or enhanced by varying the magnetic field strength in the individual sections accordingly. The magnet sections may be magnetized and the stator teeth may be such that the magnet sections having stronger magnetization are accelerated more toward the stator teeth by the reluctance-based cogging torque.

Alternativ oder zusätzlich können die einzelnen Magnetabschnitte jeweils in Form eines Paares von zwei in radiale Richtung vorspringenden Abschnitten der Rotoreinheit gebildet sein. Dabei entspricht ein jeder Vorsprung einem magnetischen Pol des jeweiligen Magnetabschnitts, so dass das Vorsprungpaar einem Polpaar des Magnetabschnitts entspricht. Die Polpaare sind voneinander beabstandet, d.h. zwischen den Polpaaren ist jeweils eine Lücke mit reduzierter radialer Ausdehnung ausgebildet. Die Pole eines Polpaares können durch eine zusätzliche geometrische Form, z.B. eine Ausnehmung, Rille, Auskehlung oder dergleichen, voneinander unterscheidbar sein.Alternatively or additionally, the individual magnet sections can each be formed in the form of a pair of two radially projecting sections of the rotor unit. In this case, each projection corresponds to a magnetic pole of the respective magnet section, so that the projection pair corresponds to a pole pair of the magnet section. The pole pairs are spaced apart, i. between the pole pairs a gap with reduced radial extent is formed in each case. The poles of a pole pair may be replaced by an additional geometric shape, e.g. a recess, groove, groove or the like, be distinguishable from each other.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst zumindest ein Teil der Magnetabschnitte jeweils zwei radial gerichtete Pole. Die Magnetabschnitte können derart angeordnet und magnetisiert sein, dass die Magnetfeldlinien im Wesentlichen in radialer Richtung durch die Pole verlaufen.According to one embodiment, at least part of the magnet sections each comprise two radially directed poles. The magnet sections can be arranged and magnetized in such a way that the magnetic field lines run through the poles substantially in the radial direction.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Elektromotor ferner einen Rückschlussabschnitt für einen magnetischen Rückschluss der Magnetabschnitte, der auf der der Statoreinheit abgewandten Seite der Rotoreinheit angeordnet ist. Der Rückschlussabschnitt weist mehrere nichtmagnetisierbare Abschnitte auf. Das variierte Merkmal betrifft: die Verteilung der nichtmagnetisierbaren Abschnitte in Umfangsrichtung; die radiale Ausdehnung der nichtmagnetisierbaren Abschnitte; die Ausdehnung der nichtmagnetisierbaren Abschnitte in Umfangsrichtung; und/oder die Position der nichtmagnetisierbaren Abschnitte relativ zu den Magnetabschnitten der Rotoreinheit.According to one embodiment, the electric motor further comprises a return section for a magnetic return of the magnet sections, which is arranged on the side facing away from the stator unit of the rotor unit. The conclusion section has several non-magnetizable sections. The varied feature relates to: the distribution of the non-magnetizable portions in the circumferential direction; the radial extent of the non-magnetizable sections; the extent of the non-magnetizable sections in the circumferential direction; and / or the position of the non-magnetizable portions relative to the magnet portions of the rotor unit.

Der magnetische Rückschuss wird durch ein magnetisierbares Medium gebildet und verbindet die magnetischen Pole der Magnetabschnitte auf der von der Statoreinheit abgewandten Seite. Der Rückschlussabschnitt ist beispielsweise aus einem ferromagnetischen Material, wie Eisen oder magnetischer Stahl, gebildet. The magnetic recoil is formed by a magnetizable medium and connects the magnetic poles of the magnet sections on the side remote from the stator unit. The return portion is formed of, for example, a ferromagnetic material such as iron or magnetic steel.

Ein nichtmagnetisierbarer Abschnitt kann ein mit Luft gefüllter Hohlraum, ein paramagnetisches Material oder ein diamagnetisches Material umfassen, in welchen der magnetische Fluss im Vergleich zu dem Fluss durch den Rückschlussabschnitt verringert ist. Infolgedessen verlaufen die Magnetfeldlinien bevorzugt durch den Rückschluss, und die magnetischen Ringe verformen sich entsprechend um die jeweiligen nichtmagnetisierbaren Abschnitte. Daher können die magnetischen Kreise konfiguriert werden, indem die nichtmagnetisierbaren Abschnitte entsprechend und in Kombination mit den Magnetabschnitten positioniert, dimensioniert und gestaltet werden.A non-magnetizable portion may include an air-filled cavity, a paramagnetic material or a diamagnetic material in which the magnetic flux is reduced as compared to the flux through the return portion. As a result, the magnetic field lines preferably pass through the conclusion, and the magnetic rings deform corresponding to the respective non-magnetizable portions. Therefore, the magnetic circuits can be configured by positioning, dimensioning and designing the non-magnetizable portions corresponding to and in combination with the magnet portions.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die nichtmagnetisierbaren Abschnitte an Grenzflächen oder Zwischenbereichen, die jeweils zwischen zwei benachbarten Magnetabschnitten gebildet sind, anliegend angeordnet.According to a further embodiment, the non-magnetizable sections are arranged adjacent to boundary surfaces or intermediate regions, which are each formed between two adjacent magnet sections.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist ein Polschuh einstückig mit einem jeweiligen Statorzahn ausgebildet, der eine der Rotoreinheit zugewandte tangentiale Fläche bildet. Das Merkmal umfasst eine Variation: der Verteilung der Polschuhe in Umfangsrichtung; der Ausdehnung der tangentialen Fläche in Umfangsrichtung; und/oder der Lücke zwischen zwei benachbarten Polschuhen in Umfangsrichtung.According to a further embodiment, a pole piece is integrally formed with a respective stator tooth, which forms a tangential surface facing the rotor unit. The feature comprises a variation: the distribution of the pole pieces in the circumferential direction; the extent of the tangential surface in the circumferential direction; and / or the gap between two adjacent pole pieces in the circumferential direction.

Der Polschuh ist aus einem magnetisierbaren Material gebildet und dient zusammen mit dem zugehörigen Statorzahn als magnetischer Flussaufnehmer, d.h. die Magnetfeldlinien der Magnetabschnitte verlaufen bevorzugt durch den Polschuh und den Statorzahn.The pole piece is formed from a magnetizable material and, together with the associated stator tooth, serves as a magnetic flux sensor, i. The magnetic field lines of the magnet sections preferably extend through the pole piece and the stator tooth.

Der Polschuh kann über den Umfang der Statoreinheit unregelmäßig verteilt sein. Insbesondere kann ein Teil der Statorzähne keinen Polschuh aufweisen. Die Polschuhe können unterschiedlich große Flächen aufweisen.The pole piece may be distributed irregularly over the circumference of the stator unit. In particular, a part of the stator teeth may not have a pole piece. The pole shoes can have different sized surfaces.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist mindestens einer der Polschuhe eine Ausnehmung auf der tangentialen Fläche auf. Das Merkmal umfasst eine Variation: der Anzahl der Polschuhe, die eine Ausnehmung aufweisen; der Verteilung der Polschuhe, die eine Ausnehmung aufweisen, in Umfangsrichtung; und, falls eine Ausnehmung vorgesehen ist, der Ausdehnung der Ausnehmung in Umfangsrichtung und/oder in radialer Richtung.According to a further embodiment, at least one of the pole shoes has a recess on the tangential surface. The feature includes a variation: the number of pole shoes having a recess; the distribution of the pole pieces having a recess in the circumferential direction; and, if a recess is provided, the expansion of the recess in the circumferential direction and / or in the radial direction.

Die Ausnehmung entspricht einem nichtmagnetisierbaren Abschnitt in dem jeweiligen Polschuh. Die Magnetfeldlinien verlaufen bevorzugt durch magnetisierbare Medien und umlaufen nichtmagnetisierbare Medien.The recess corresponds to a non-magnetizable portion in the respective pole piece. The magnetic field lines preferably run through magnetizable media and circulate non-magnetizable media.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform beträgt die Anzahl der Statorzähne ein Vielfaches von drei. Jeder dritte Statorzahn unterscheidet sich von den restlichen Statorzähnen durch: das Vorliegen eines Polschuhs; die Ausdehnung der tangentialen Fläche in Umfangsrichtung; das Vorliegen einer Ausnehmung auf der tangentialen Fläche; und die Ausdehnung einer Ausnehmung in Umfangsrichtung und/oder in radialer Richtung.According to a further embodiment, the number of stator teeth is a multiple of three. Every third stator tooth differs from the rest of the stator teeth by: the presence of a pole piece; the extent of the tangential surface in the circumferential direction; the presence of a recess on the tangential surface; and the extent of a recess in the circumferential direction and / or in the radial direction.

Der Polschuh ist aus einem magnetisierbaren Material, z.B. Eisen, gebildet. Er dient insbesondere dazu, die Magnetfeldlinien der Magnetabschnitte in einer definierten Form heraustreten zu lassen oder zu verteilen. Zusammen mit dem zugehörigen Statorzahn wirkt der Polschuh also als ein magnetischer Flussaufnehmer. Der Polschuh erstreckt sich insbesondere in Form eines Ringsegments in tangentialer und axialer Richtung.The pole piece is made of a magnetizable material, e.g. Iron, formed. It serves, in particular, to let the magnetic field lines of the magnet sections emerge in a defined form or to distribute them. Together with the associated stator tooth, the pole piece thus acts as a magnetic flux sensor. The pole piece extends in particular in the form of a ring segment in the tangential and axial directions.

Die tangentiale Fläche des Polschuhs bezieht sich auf diejenige radiale Fläche des Polschuhs, die der Rotoreinheit zugewandt ist. Die Ausnehmung wird insbesondere als ein Hohlraum, oder ein Luftspalt, in oder auf der tangentialen Fläche des Polschuhs ausgebildet oder mit einem nichtmagnetisierbaren Material, z.B. Kunststoff, gefüllt, so dass die Magnetfeldlinien der Magnetabschnitte durch das magnetisierbare Material des jeweiligen Statorzahns verlaufen. Die Ausnehmung wird so ausgestaltet und angeordnet, dass in der definierten Ausrichtung der Rotoreinheit die magnetischen Kreise der Magnetabschnitte um die Ausnehmung herum ausgebildet werden. Dadurch kann die Ausrichtung der Rotoreinheit definiert sein.The tangential surface of the pole piece refers to that radial surface of the pole piece which faces the rotor unit. The recess is formed in particular as a cavity, or an air gap, in or on the tangential surface of the pole piece or with a non-magnetizable material, e.g. Plastic, filled, so that the magnetic field lines of the magnet sections through the magnetizable material of the respective stator tooth. The recess is configured and arranged such that, in the defined orientation of the rotor unit, the magnetic circuits of the magnet sections are formed around the recess. As a result, the orientation of the rotor unit can be defined.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform entspricht die Ausdehnung eines Magnetabschnitts in Umfangsrichtung der tangentialen Abmessung von zwei benachbarten Polschuhen einschließlich der zwischen ihnen befindlichen Lücke.According to another embodiment, the extent of a magnetic portion in the circumferential direction corresponds to the tangential dimension of two adjacent pole pieces, including the gap between them.

Dadurch können die Magnetfeldlinien des Magnetabschnitts über zwei benachbarte Polschuhe und die zugehörigen Statorzähne verlaufen und jeweilige magnetische Kreise bilden. Das reluktanzbasierte Rastmoment richtet die Rotoreinheit derart aus, dass kleinstmögliche magnetische Kreise gebildet werden.As a result, the magnetic field lines of the magnet section can extend over two adjacent pole pieces and the associated stator teeth and form respective magnetic circuits. The reluctance-based cogging torque orients the rotor unit to form the smallest possible magnetic circuits.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Verhältnis der Anzahl der Statorzähne zu der Anzahl der Magnetabschnitte 3:2 oder 3:4.According to another embodiment, the ratio of the number of stator teeth to the number of magnet sections is 3: 2 or 3: 4.

Der Elektromotor kann mehrphasig betrieben sein, wobei der Elektromotor drei oder ein Vielfaches von drei Phasen aufweist. Die Statoreinheit kann drei, sechs, neun oder ein weiteres Vielfaches von drei Statorzähne umfassen. Die Rotoreinheit kann, entsprechend dem Zahlenverhältnis von 2:3 oder 4:3 zu der Anzahl der Statorzähne, zwei, vier, sechs, acht, zwölf oder mehr Magnetabschnitte aufweisen. Die definierte Ausrichtung der Rotoreinheit relativ zu der Statoreinheit wird auch von dem Pol-Zahnverhältnis bestimmt. The electric motor can be operated in multi-phase, wherein the electric motor has three or a multiple of three phases. The stator unit may comprise three, six, nine or a further multiple of three stator teeth. The rotor unit may have two, four, six, eight, twelve or more magnet sections corresponding to the numerical ratio of 2: 3 or 4: 3 to the number of stator teeth. The defined orientation of the rotor unit relative to the stator unit is also determined by the pole tooth ratio.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Magnetabschnitte ringförmig und aneinander anliegend ausgebildet und/oder angeordnet. Die Ausdehnung der Magnetabschnitte in Umfangsrichtung und/oder die Magnetisierung der Magnetabschnitte können abwechselnd variieren.According to a further embodiment, the magnet sections are annular and abutting and / or arranged. The extent of the magnet sections in the circumferential direction and / or the magnetization of the magnet sections may vary alternately.

Die Ringsegmente, die jeweils einen Magnetabschnitt darstellen, können in der tangentialen Ausdehnung, der Breite, variieren. Alternativ oder zusätzlich können die Magnetabschnitte unterschiedlich magnetisiert sein, so dass die magnetische Flussdichte der einzelnen Magnetabschnitte variiert. Vorzugsweise werden die Breite und/oder die Magnetisierung abwechselnd zwischen zwei vorgegebenen Werten variiert.The ring segments, each representing a magnetic section, may vary in tangential extent, the width. Alternatively or additionally, the magnet sections may be magnetized differently, so that the magnetic flux density of the individual magnet sections varies. Preferably, the width and / or the magnetization are alternately varied between two predetermined values.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfassen die Magnetabschnitte in radialer Richtung vorspringende Polpaare. Der Abstand zwischen den Polen eines Polpaares ist kleiner als der Abstand zwischen zwei benachbarten Polpaaren. Der Abstand zwischen zwei benachbarten Polpaaren kann zum Beispiel dem tangentialen Abstand zwischen einem Polschuh und seinem zweitnächsten Nachbar entsprechen.According to a further embodiment, the magnet sections comprise in the radial direction projecting pole pairs. The distance between the poles of a pole pair is smaller than the distance between two adjacent pole pairs. For example, the distance between two adjacent pole pairs may correspond to the tangential distance between one pole piece and its second nearest neighbor.

Ein Polpaar kann ein Paar Vorsprünge bilden. Zwischen den zwei Polen, d.h. den Vorsprüngen, eines Polpaares, d.h. eines Vorsprungpaares, kann eine Kerbe, Ausnehmung, Auskehlung, Rille oder dergleichen geformt sein, um die Pole geometrisch voneinander zu trennen. Zwischen zwei benachbarten Polpaaren kann eine Ausnehmung, Aussparung, Kerbe oder ein Bereich reduzierter radialer Ausdehnung gebildet sein, um die Polpaare voneinander zu trennen. Die Magnetfeldlinien können konfiguriert werden, indem die Vorsprünge, Vorsprungpaare und/oder die Ausnehmungen (oder dergleichen) entsprechend ausgestaltet werden.A pole pair can form a pair of projections. Between the two poles, i. the projections, a pole pair, i. a projection pair, a notch, recess, groove, groove or the like may be formed to geometrically separate the poles from each other. Between two adjacent pole pairs, a recess, recess, notch or a region of reduced radial extent may be formed to separate the pole pairs from each other. The magnetic field lines can be configured by designing the projections, projection pairs and / or the recesses (or the like) accordingly.

In Ausführungsformen entspricht der Abstand zwischen zwei benachbarten Polpaaren, d.h. zwischen zwei benachbarten Vorsprungpaaren, dem tangentialen Abstand zwischen einem Polschuh und seinem zweitnächsten Nachbar. Somit weist die Ausnehmung (oder dergleichen, siehe oben) zwischen zwei Vorsprungspaaren eine Breite auf, die genau diesem Abstand entspricht. Die Polschuhe weisen insbesondere zwei Kanten auf, die sich in radialer und axialer Richtung aufspannen und Grenzflächen des jeweiligen Polschuhs in Umfangsrichtung bilden. Der Abstand bezieht sich demnach auf die tangentiale Entfernung zwischen den nächsten Kanten der betroffenen Polschuhe.In embodiments, the distance between two adjacent pole pairs, i. between two adjacent pairs of projections, the tangential distance between a pole piece and its next nearest neighbor. Thus, the recess (or the like, see above) between two pairs of projections has a width which corresponds exactly to this distance. The pole shoes in particular have two edges, which span in the radial and axial directions and form boundary surfaces of the respective pole piece in the circumferential direction. The distance therefore refers to the tangential distance between the nearest edges of the affected pole pieces.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform bilden die Magnetabschnitte einen Ringmagnet mit Halbach-Magnetisierung aus. Dadurch wird die magnetische Flussdichte der Magnetabschnitte auf der von der Statoreinheit abgewandten Seite der Rotoreinheit vernachlässigbar, so dass ein magnetischer Rückschluss nicht benötigt wird.According to a further embodiment, the magnet sections form a ring magnet with Halbach magnetization. As a result, the magnetic flux density of the magnet sections on the side remote from the stator unit of the rotor unit is negligible, so that a magnetic inference is not needed.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform beträgt das reluktanzbasierte Rastmoment 5% bis 90%, insbesondere 10% bis 80% oder 15% bis 70% eines Nenndrehmoments des Elektromotors. Beispielsweise beträgt das Reluktanzbasierte Rastmoment 30% des Nenndrehmoments. Das gesamte Rastmoment des Elektromotors kann dadurch, im Vergleich zu herkömmlichen Elektromotoren, beispielsweise um bis zu 1000%, oder mehr, erhöht werden.According to a further embodiment, the reluctance-based cogging torque is 5% to 90%, in particular 10% to 80% or 15% to 70% of a nominal torque of the electric motor. For example, the reluctance-based cogging torque is 30% of the rated torque. The entire cogging torque of the electric motor can thereby, for example, by up to 1000%, or more, compared to conventional electric motors, are increased.

Ein Drehmoment, das größer als das reluktanzbasierte Rastmoment ist, wird benötigt, um die Rotoreinheit aus der definierten Ausrichtung heraus zu drehen. Dadurch wird eine zuverlässige und gleichwohl lösbare Hemmung der Drehung der Rotoreinheit ermöglicht.A torque greater than the reluctance-based cogging torque is required to rotate the rotor assembly out of the defined orientation. This allows a reliable and nevertheless releasable inhibition of the rotation of the rotor unit.

Es wird auch ein Verfahren zum Betreiben des Elektromotors vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die Verfahrensschritte: Erhöhen eines elektrischen Stroms, der der Statorwicklung zugeführt wird, über einen Stromschwellwert, um die Rotoreinheit mit einem Drehmoment zu drehen; und Verringern des elektrischen Stroms unter den Stromschwellwert, um die Drehung der Rotoreinheit zu hemmen. Der Stromschwellwert entspricht demjenigen elektrischen Strom, bei dem das von den Motor erzeugte Drehmoment dem reluktanzbasierten Rastmoment gleich ist.A method for operating the electric motor is also proposed. The method includes the steps of: increasing an electrical current supplied to the stator winding above a current threshold to torque the rotor assembly; and decreasing the electric current below the current threshold to inhibit the rotation of the rotor unit. The current threshold corresponds to the electrical current at which the torque generated by the motor is equal to the reluctance-based cogging torque.

Die Erfindung ist im Folgenden anhand verschiedener Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert.

1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Beispiels eines Elektromotors;
2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Abwandlung des Elektromotors der 1 mit Magnetfeldlinien;
3 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines weiteren Beispiels eines Elektromotors;
4 zeigt einen Ausschnitt der Querschnittsansicht des Elektromotors der 3;
5 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Elektromotors der 3 mit Magnetfeldlinien;
6 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines weiteren Beispiels eines Elektromotors;
7 zeigt einen Ausschnitt der Querschnittsansicht des Elektromotors der 6;
8 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Elektromotors der 6 mit Magnetfeldlinien;
9 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines weiteren Beispiels eines Elektromotors;
10 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines weiteren Beispiels eines Elektromotors;
11 zeigt einen Ausschnitt der Querschnittsansicht des Elektromotors der 9;
12 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Elektromotors der 9 mit Magnetfeldlinien;
13 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Elektromotors der 10 mit Magnetfeldlinien;
14 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines weiteren Beispiels eines Elektromotors;
15 zeigt einen Ausschnitt der Querschnittsansicht des Elektromotors der 14;
16 zeigt einen Ausschnitt einer Querschnittsansicht einer Abwandlung des Elektromotors der 14;
17 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Elektromotors der 14 mit Magnetfeldlinien; und
18 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels eines Stators.

The invention is explained in more detail below with reference to various embodiments with reference to the drawings.

1 shows a schematic cross-sectional view of an example of an electric motor;
2 shows a schematic cross-sectional view of a modification of the electric motor of 1 with magnetic field lines;
3 shows a schematic cross-sectional view of another example of an electric motor;
4 shows a section of the cross-sectional view of the electric motor of 3 ;
5 shows a schematic cross-sectional view of the electric motor of 3 with magnetic field lines;
6 shows a schematic cross-sectional view of another example of an electric motor;
7 shows a section of the cross-sectional view of the electric motor of 6 ;
8th shows a schematic cross-sectional view of the electric motor of 6 with magnetic field lines;
9 shows a schematic cross-sectional view of another example of an electric motor;
10 shows a schematic cross-sectional view of another example of an electric motor;
11 shows a section of the cross-sectional view of the electric motor of 9 ;
12 shows a schematic cross-sectional view of the electric motor of 9 with magnetic field lines;
13 shows a schematic cross-sectional view of the electric motor of 10 with magnetic field lines;
14 shows a schematic cross-sectional view of another example of an electric motor;
15 shows a section of the cross-sectional view of the electric motor of 14 ;
16 shows a section of a cross-sectional view of a modification of the electric motor of 14 ;
17 shows a schematic cross-sectional view of the electric motor of 14 with magnetic field lines; and
18 shows a schematic cross-sectional view of an embodiment of a stator.

1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Beispiels eines Elektromotors 100. Der Elektromotor 100 umfasst eine Statoreinheit 102 und eine Rotoreinheit 104, die koaxial um eine Drehachse der Rotoreinheit 104 angeordnet sind. Im Folgenden werden die Statoreinheit 102 und die Rotoreinheit 104 der Einfachheit halber als Stator 102 und Rotor 104 bezeichnet. 1 shows a schematic cross-sectional view of an example of an electric motor 100 , The electric motor 100 includes a stator unit 102 and a rotor unit 104 coaxial about an axis of rotation of the rotor unit 104 are arranged. The following are the stator unit 102 and the rotor unit 104 for the sake of simplicity, as a stator 102 and rotor 104 designated.

Der Elektromotor ist ein als Innenläufer ausgebildet, d.h. der Rotor 104 ist radial innerhalb des Stators 102 angeordnet. Der Stator 102 weist mehrere Statorzähne 106 auf, die gleichmäßig über die innere Umfangsfläche des Stators 102 verteilt sind. Der Stator 102 umfasst neun Statorzähne 106, die um einen tangentialen Winkel von 40° (zuzüglich einer Herstellungstoleranz) voneinander entfernt angeordnet sind. Die Statorzähne 106 erstrecken sich vom Stator 102 radial in Richtung des Rotors 104, d.h. in Richtung der Drehachse des Rotors 104.The electric motor is designed as an internal rotor, ie the rotor 104 is radially inside the stator 102 arranged. The stator 102 has several stator teeth 106 on, evenly over the inner circumferential surface of the stator 102 are distributed. The stator 102 includes nine stator teeth 106 which are spaced apart by a tangential angle of 40 ° (plus a manufacturing tolerance). The stator teeth 106 extend from the stator 102 radially in the direction of the rotor 104 , ie in the direction of the axis of rotation of the rotor 104 ,

Die Statorzähne 106 tragen jeweils eine Statorspule 108 . An den Statorzähnen 106 ist jeweils rotorseitig ein Polschuh 110 ausgebildet, der sich in tangentialer Richtung erstreckt und eine tangentiale Fläche aufspannt. Die Polschuhe 110 und die Statorzähne 106 sind aus einem magnetisierbaren Material, z.B. Eisen oder magnetischer Stahl, gebildet. Zwischen zwei benachbarten Statorzähnen 106 wird jeweils eine Statornut 112 gebildet, die zum Aufnehmen von axialen Abschnitten der Statorspulen 108 geeignet ist.The stator teeth 106 each carry a stator coil 108 , At the stator teeth 106 is a pole piece on each rotor side 110 formed, which extends in the tangential direction and spans a tangential surface. The pole shoes 110 and the stator teeth 106 are made of a magnetizable material, such as iron or magnetic steel. Between two adjacent stator teeth 106 each becomes a stator slot 112 formed for receiving axial portions of the stator coils 108 suitable is.

Der Rotor 104 ist auf einer Welle 114 des Elektromotors 100 gelagert. Ein Träger 116 trägt mehrere Magnetabschnitte 118, die jeweils in Form eines Ringsegments ausgebildet und zu einem Ring zusammengeschlossen sind. Im in 1 gezeigten Beispiel umfasst der Rotor 104 sechs Magnetabschnitte 118. Der Träger 116 ist aus einem magnetisierbaren Material, z.B. Eisen, gebildet und bildet einen magnetischen Rückschluss für die Magnetabschnitte 118.The rotor 104 is on a wave 114 of the electric motor 100 stored. A carrier 116 carries several magnet sections 118 , which are each formed in the form of a ring segment and joined together to form a ring. Im in 1 As shown, the rotor comprises 104 six magnet sections 118 , The carrier 116 is made of a magnetizable material, such as iron, and forms a magnetic return for the magnet sections 118 ,

Die Magnetabschnitte 118 können derart magnetisiert und angeordnet sein, dass eine Magnetfeldlinie jeweils durch einen Magnetabschnitt 118 und seinen benachbarten Magnetabschnitt 118 verläuft. Entsprechend befinden sich die magnetischen Pole der Magnetabschnitte 118 an beiden radialen Flächen des jeweiligen Magnetabschnitts 118. Folglich werden die Magnetabschnitte radial von den Magnetfeldlinien durchlaufen.The magnet sections 118 can be magnetized and arranged such that a magnetic field line in each case by a magnetic section 118 and its adjacent magnet section 118 runs. Accordingly, the magnetic poles of the magnet sections are located 118 on both radial surfaces of the respective magnet section 118 , As a result, the magnet sections are traversed radially by the magnetic field lines.

In einer alternativen, nicht gezeigten Ausführungsform sind die Magnetabschnitte 118 Halbach-magnetisiert, sodass der magnetische Fluss der Magnetabschnitte 118 auf der von dem Stator 102 abgewandten Seite des Rotors 104 verringert ist. Die magnetischen Pole der Magnetabschnitte 118 befinden sich an einer der beiden radialen Flächen des jeweiligen Magnetabschnitts 118. Die Magnetfeldlinien verlaufen teilweise in tangentialer Richtung zwischen den beiden Polen des jeweiligen Magnetabschnitts 118 und treten, in radialer Richtung, aus dem Nordpol heraus und in den Südpol hinein. Ein magnetischer Rückschluss durch den Träger 116 wird dann nicht benötigt. Die Halbach-Magnetisierung erlaubt die Ausbildung von Magnetabschnitten in einem durchgehenden Ringmagnetmaterial.In an alternative, not shown embodiment, the magnet sections 118 Halbach-magnetized, so that the magnetic flux of the magnet sections 118 on the from the stator 102 opposite side of the rotor 104 is reduced. The magnetic poles of the magnet sections 118 are located on one of the two radial surfaces of the respective magnet section 118 , The magnetic field lines run partially in the tangential direction between the two poles of the respective magnet section 118 and enter, in the radial direction, out of the North Pole and into the South Pole. A magnetic conclusion by the carrier 116 will not be needed then. The Halbach magnetization allows the formation of magnetic sections in a continuous ring magnet material.

Obwohl die Magnetabschnitte 118 in 1 gleichmäßig mit konstanter tangentialer Ausdehnung abgebildet sind, können die Magnetabschnitte 118 ein Merkmal aufweisen, das in Umfangsrichtung variiert. Im Folgenden bezieht sich der Begriff „Breite“ auf die tangentiale Ausdehnung des jeweiligen Elements oder der jeweiligen Einheit, falls nicht anders angegeben. Die Magnetabschnitte 118 können eine variable Breite und/oder eine variable Magnetisierung aufweisen, die in Umfangsrichtung variieren (nicht gezeigt). Although the magnet sections 118 in 1 Even with constant tangential expansion are shown, the magnet sections 118 have a feature that varies in the circumferential direction. In the following, the term "width" refers to the tangential extent of the respective element or unit, unless otherwise specified. The magnet sections 118 may have a variable width and / or a variable magnetization that vary in the circumferential direction (not shown).

2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Abwandlung des Elektromotors 100 der 1, wobei die Feldlinien der Magnetabschnitte 118 eingezeichnet sind. Die Magnetabschnitte 118 sind Halbach-magnetisiert. Die Breite der Magnetabschnitte 118 variiert derart, dass benachbarte Magnetabschnitte 118 unterschiedliche Breiten aufweisen. 2 shows a schematic cross-sectional view of a modification of the electric motor 100 of the 1 , wherein the field lines of the magnet sections 118 are drawn. The magnet sections 118 are Halbach-magnetized. The width of the magnet sections 118 varies such that adjacent magnet sections 118 have different widths.

Die sechs Magnetabschnitte 118 weisen abwechselnd eine erste Breite und eine zweite Breite auf. Dabei entspricht die erste Breite in etwa dem Abstand zwischen zwei benachbarten Statorzähnen 106, während die zweite Breite in etwa dem Abstand zwischen einem Statorzahn und dem übernächsten Statorzahn entspricht.The six magnet sections 118 alternately have a first width and a second width. The first width corresponds approximately to the distance between two adjacent stator teeth 106 while the second width is approximately equal to the distance between a stator tooth and the second stator tooth.

Aufgrund des Zahlenverhältnisses 3:2 der Statorzähne 106 zu den Magnetabschnitten 118 sowie der beschriebenen Verteilung der Breite der Magnetabschnitte 118 wird eine Vorzugs-Ausrichtung des Rotors 104 gegenüber dem Stator 102 definiert, in welcher der magnetische Widerstand entlang der Magnetfeldlinien der Magnetabschnitte 118 am kleinsten ist. 2 zeigt diese kennzeichnende Vorzugs-Ausrichtung. Die Magnetfeldlinien der Magnetabschnitte 118 mit der ersten Breite verlaufen durch zwei benachbarte Statorzähne 106 sowie die zugehörigen Polschuhe 110, während die Magnetfeldlinien der Magnetabschnitte 118 mit der zweiten Breite durch einen Statorzahn und den übernächsten Statorzahn 106 und deren zugehörige Polschuhe 110 verlaufen. Dadurch wird eine Ausrichtung des Rotors 104 definiert, in welcher die Magnetabschnitte 118 mit der ersten Breite zwei benachbarten Statorzähnen 106 gegenüberliegen und die Magnetabschnitte 118 mit der zweiten Breite einem Statorzahn 106 gegenüberliegen.Due to the numerical ratio 3 : 2 of the stator teeth 106 to the magnet sections 118 and the described distribution of the width of the magnet sections 118 becomes a preferred orientation of the rotor 104 opposite the stator 102 defines in which the magnetic resistance along the magnetic field lines of the magnet sections 118 is the smallest. 2 shows this distinctive preferred orientation. The magnetic field lines of the magnet sections 118 with the first width run through two adjacent stator teeth 106 as well as the associated pole shoes 110 while the magnetic field lines of the magnet sections 118 with the second width through a stator tooth and the next stator tooth 106 and their associated pole shoes 110 run. This will cause an alignment of the rotor 104 defined, in which the magnet sections 118 with the first width of two adjacent stator teeth 106 opposite and the magnet sections 118 with the second width of a stator tooth 106 are opposite.

Das reluktanzbasierte Rastmoment richtet den Rotor 104 entsprechend aus. Ist der Rotor 104 ausgerichtet, hemmt das reluktanzbasierte Rastmoment die Drehung des Rotors 104 aus dieser Ausrichtung. Folglich liegt ist der Elektromotor 100 selbsthemmend. Bei Bedarf wird die Statorwicklung bestromt, um den Rotor 104 zu drehen.The reluctance-based cogging torque directs the rotor 104 accordingly. Is the rotor 104 aligned, the reluctance-based cogging torque inhibits the rotation of the rotor 104 from this orientation. Consequently, the electric motor is located 100 self-locking. If necessary, the stator winding is energized to the rotor 104 to turn.

3 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines weiteren Beispiels eines Elektromotors 300. Der Elektromotor 300 umfasst den Stator 102, der auch in 1 und 2 gezeigt und oben beschrieben ist, und einen Rotor 302, der einen Träger 304 und Magnetabschnitte 306 umfasst. Die Magnetabschnitte 306 werden von dem Träger 304 getragen, der auf der Welle 114 gelagert ist. Der Träger 304 bildet zugleich den magnetischen Rückschluss für die Magnetabschnitte 306. Der Träger 304 wird im Folgenden auch als Rückschluss 304 bezeichnet. Der Rückschluss 304 ist aus einem magnetisierbaren Material, z.B. Eisen oder magnetischer Stahl, gebildet. 3 shows a schematic cross-sectional view of another example of an electric motor 300 , The electric motor 300 includes the stator 102 who also in 1 and 2 shown and described above, and a rotor 302 , the one carrier 304 and magnet sections 306 includes. The magnet sections 306 be from the carrier 304 worn on the shaft 114 is stored. The carrier 304 at the same time forms the magnetic conclusion for the magnet sections 306 , The carrier 304 will also be referred to below 304 designated. The inference 304 is made of a magnetizable material, eg iron or magnetic steel.

Die einzelnen Magnetabschnitte 306 sind jeweils in Form eines Ringsegments ausgebildet und schließen zu einem Ring zusammen, der auf dem Rückschluss 304 gelagert ist. Die Magnetabschnitte 306 sind so angeordnet, dass sich ihre Pole an beiden radialen Flächen des jeweiligen Magnetabschnitts 306 befinden.The individual magnet sections 306 are each in the form of a ring segment and close together to form a ring on the conclusion 304 is stored. The magnet sections 306 are arranged so that their poles on both radial surfaces of the respective magnet portion 306 are located.

Nichtmagnetisierbare Abschnitte 308a, 308b sind radial innenseitig, d.h. auf der von dem Stator 102 abgewandten Seite des Rotors 302, und jeweils anliegend an eine Grenzfläche zwischen zwei benachbarten Magnetabschnitten 306 ausgebildet. Der nichtmagnetisierbare Abschnitt 308a, 308b kann ein Hohlraum oder mit Kunststoff oder einem anderen nicht magnetisierbaren Material gefüllt sein.Non-magnetizable sections 308a . 308b are radially inside, ie on the stator 102 opposite side of the rotor 302 , and in each case adjacent to an interface between two adjacent magnet sections 306 educated. The non-magnetizable section 308a . 308b may be a cavity or filled with plastic or other non-magnetizable material.

4 zeigt einen Ausschnitt der Querschnittsansicht der 3 des Elektromotors 300. Wie oben erwähnt, beziehen sich die Dicke auf die radiale Ausdehnung und die Breite auf die tangentiale Ausrichtung der betroffenen Elemente. Der Abstand bezieht sich, falls nicht anders angegeben, auf eine Entfernung in Umfangsrichtung. 4 shows a section of the cross-sectional view of 3 of the electric motor 300 , As mentioned above, the thickness refers to the radial extent and the width refers to the tangential orientation of the elements involved. The distance, unless stated otherwise, refers to a distance in the circumferential direction.

Die Polschuhe 110 haben eine Breite B110. Der Abstand B308 zwischen zwei benachbarten nichtmagnetisierten Abschnitten 308a, 308b beträgt 10% bis 120%, insbesondere 30% bis 110% oder 50% bis 100%, der Breite B110. Die Dicke D308 der nichtmagnetisierbaren Abschnitte 308a, 308b beträgt 5% bis 90%, insbesondere 15% bis 70% oder 25% bis 50%, des Abstands B308. Die Öffnungen zwischen den Polschuhen 110 haben jeweils eine Breite Bill von 25% bis 150%, insbesondere 50% bis 125% oder 75% bis 100%, der Breite B110 der Polschuhe 110. Die Dicke D306 der Magnetabschnitte 306 beträgt 5% bis 95%, insbesondere 15% bis 85% oder 25% bis 75%, der Breite B110 der Polschuhe 110.The pole shoes 110 have a width B110 , The distance B308 between two adjacent non-magnetized sections 308a . 308b is 10% to 120%, especially 30% to 110% or 50% to 100%, of the width B110 , The fat D308 the non-magnetizable sections 308a . 308b is 5% to 90%, especially 15% to 70% or 25% to 50% of the distance B308 , The openings between the pole shoes 110 each have a width Bill of 25% to 150%, especially 50% to 125% or 75% to 100% of the width B110 the pole shoes 110 , The fat D306 the magnet sections 306 is 5% to 95%, especially 15% to 85% or 25% to 75%, of the width B110 the pole shoes 110 ,

Wie in 3 und 4 gezeigt, sind die nichtmagnetisierbaren Abschnitte 308a, 308b in eine erste Gruppe von ersten nichtmagnetisierbaren Abschnitten 308a und eine zweite Gruppe von zweiten nichtmagnetisierbaren Abschnitten 308b aufgeteilt, die sich in der jeweiligen Breite B308a, B308b unterscheiden. Die Breite B308a der ersten nichtmagnetisierbaren Abschnitte 308a entspricht in etwa der Breite B110 der Polschuhe 110. Die Breite B308b der zweiten nichtmagnetisierbaren Abschnitte 308b ist kleiner als die Breite B308a und entspricht in etwa dem Abstand Bill zwischen benachbarten Polschuhen 110.As in 3 and 4 shown are the non-magnetizable sections 308a . 308b into a first group of first non-magnetizable sections 308a and a second group of second non-magnetizable sections 308b split, which are in the respective width B308a . B308b differ. The width B308a the first non-magnetizable sections 308a corresponds approximately to the width B110 the pole shoes 110 , The width B308b the second non-magnetizable sections 308b is smaller than the width B308a and corresponds approximately to the distance Bill between adjacent pole pieces 110 ,

5 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Elektromotors 300 mit Magnetfeldlinien der Magnetabschnitte 306. Die magnetischen Kreise um die ersten nichtmagnetisierbaren Abschnitte B308a sind größer als um die zweiten nichtmagnetisierbaren Abschnitte 308b. In 5 ist der Rotor 302 so ausgerichtet, dass der magnetische Widerstand am geringsten ist. Das Nut/Polzahlverhältnis von 3:2 der Statorzähne 106 zu den Magnetabschnitten 306 sowie die oben beschriebene Auswahl der Abmessungen B110, B111, B308a und B308b führen dazu, dass die magnetischen Kreise um die ersten nichtmagnetisierbaren Abschnitte 308a über einen einzigen Polschuh 110 verlaufen, während die magnetischen Kreise um die zweiten nichtmagnetisierbaren Abschnitte 308b über zwei benachbarte Polschuhe 110 verlaufen. 5 shows a schematic cross-sectional view of the electric motor 300 with magnetic field lines of the magnet sections 306 , The magnetic circles around the first non-magnetizable sections B308a are larger than around the second non-magnetizable sections 308b , In 5 is the rotor 302 aligned so that the magnetic resistance is lowest. The groove / pole ratio of 3: 2 of the stator teeth 106 to the magnet sections 306 as well as the selection of dimensions described above B110 . B111 . B308a and B308b cause the magnetic circles around the first non-magnetizable sections 308a over a single pole piece 110 while the magnetic circles around the second non-magnetizable sections 308b over two adjacent pole pieces 110 run.

6 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines weiteren Beispiels eines Elektromotors 600. Der Elektromotor 600 umfasst einen Stator 602 und einen Rotor 604. Der Stator 602 umfasst Statorzähne 606, an denen Polschuhe 608 gebildet sind. Analog zum Stator 102 sind Statornuten 610 zwischen den Statorzähnen 606 gebildet. Der Stator 602 unterscheidet sich von dem Stator 102, der in 1 bis 5 gezeigt ist, in der Form und Ausdehnung der Statorzähne 606, der Polschuhe 608 und der Statornuten 610. Ferner ist der Stator 602 mit einer Statorwicklung 612 versehen, die der Form der Statornuten 612 angepasst ist. 6 shows a schematic cross-sectional view of another example of an electric motor 600 , The electric motor 600 includes a stator 602 and a rotor 604 , The stator 602 includes stator teeth 606 on which pole shoes 608 are formed. Analogous to the stator 102 are stator slots 610 between the stator teeth 606 educated. The stator 602 is different from the stator 102 who in 1 to 5 is shown in the shape and extent of the stator teeth 606 , the pole shoes 608 and the stator slots 610 , Further, the stator 602 with a stator winding 612 provided, the shape of the stator grooves 612 is adjusted.

Der Rotor 604 umfasst drei Magnetabschnitte 614, die identisch ausgebildet und in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt sind. Der Rotor 604 umfasst ferner einen Träger 616, der auf der Welle 114 des Elektromotors 600 gelagert ist. Der Träger 616 kann je nach Magnetisierung der Magnetabschnitte 614 nicht magnetisierbar oder zumindest teilweise magnetisierbar sein. Falls die Magnetabschnitte 614 Halbach-magnetisiert sind, ist ein magnetischer Rückschluss nicht erforderlich und der Träger 616 ist aus einem nichtmagnetisierbaren Material gebildet. Falls die Magnetabschnitte 614 nicht Halbach-magnetisiert sind, ist der Träger 616 aus einem magnetisierbaren Material gebildet, um den magnetischen Rückschluss zu bilden.The rotor 604 includes three magnet sections 614 that are identically formed and evenly distributed in the circumferential direction. The rotor 604 further comprises a carrier 616 that on the shaft 114 of the electric motor 600 is stored. The carrier 616 can depending on the magnetization of the magnet sections 614 not be magnetizable or at least partially magnetizable. If the magnet sections 614 Halbach-magnetized, a magnetic inference is not required and the carrier 616 is formed of a non-magnetizable material. If the magnet sections 614 are not Halbach-magnetized, is the carrier 616 formed of a magnetizable material to form the magnetic return.

7 zeigt einen Ausschnitt der Querschnittsansicht der 6 des Elektromotors 600. Die Magnetabschnitte 614 weisen eine Breite B614 von 100% bis 300%, insbesondere 150% bis 250% oder 125% bis 225%, der Breite B608 der Polschuhe 608 auf. Die Dicke D614 der Magnetabschnitte 614 beträgt 10% bis 120%, insbesondere 30% bis 110% oder 50% bis 100%, der Breite B608 auf. Der Abstand A614 zwischen benachbarten Magnetabschnitten 614 beträgt 10% bis 200%, insbesondere 30% bis 150% oder 50% bis 125%, der Breite B608. Der Abstand A614 erstreckt sich über den Träger 616 von einem Magnetabschnitt 614 bis zu einem benachbarten Magnetabschnitt 614. 7 shows a section of the cross-sectional view of 6 of the electric motor 600 , The magnet sections 614 have a width B614 from 100% to 300%, especially 150% to 250% or 125% to 225%, of the width B608 the pole shoes 608 on. The fat D614 the magnet sections 614 is 10% to 120%, especially 30% to 110% or 50% to 100%, of the width B608 on. The distance A614 between adjacent magnet sections 614 is 10% to 200%, especially 30% to 150% or 50% to 125%, of the width B608 , The distance A614 extends over the carrier 616 from a magnet section 614 up to an adjacent magnet section 614 ,

Die Magnetabschnitte 614 sind in die jeweilige Ausnehmung des Trägers 616 eingepresst. Der Magnetabschnitt 614 verjüngt sich radial nach außen und der Träger 616 weist entsprechende Arme auf, die sich in Richtung radial nach außen erweitern, so dass der Magnetabschnitt 614 formschlüssig gehalten wird. Der Winkel α614, um welchen die seitlichen Außenkontouren der Magnetabschnitte von der radialen Richtung abweichen, beträgt 1° bis 20°, insbesondere 2,5° bis 15° oder 5° bis 10°.The magnet sections 614 are in the respective recess of the carrier 616 pressed. The magnet section 614 tapers radially outward and the carrier 616 has corresponding arms that expand radially outward so that the magnet portion 614 is held positively. The angle α614, by which the lateral outer contours of the magnet sections deviate from the radial direction, is 1 ° to 20 °, in particular 2.5 ° to 15 ° or 5 ° to 10 °.

8 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Elektromotors 600 mit Magnetfeldlinien der Magnetabschnitte 614. Die Magnetabschnitte 614 sind in 8 Halbach-magnetisiert, d.h. die magnetische Flussdichte ist auf der radialen Innenseite des jeweiligen Magnetabschnitts 614 verringert. Die Pole der Magnetabschnitte 614 sind an der radialen Außenseite des jeweiligen Magnetabschnitts 614 ausgebildet. 8th shows a schematic cross-sectional view of the electric motor 600 with magnetic field lines of the magnet sections 614 , The magnet sections 614 are in 8th Halbach-magnetized, ie, the magnetic flux density is on the radial inside of the respective magnet section 614 reduced. The poles of the magnet sections 614 are on the radial outside of the respective magnet section 614 educated.

Die Breite B614 der Magnetabschnitte 614 entspricht der Summe von zwei Breiten B608 der Polschuhe 608 inklusive der Lücke A608 zwischen zwei benachbarten Polschuhen 608. Der magnetische Widerstand ist am geringsten, wenn die Magnetabschnitte 614 jeweils zwei Polschuhe 608 überdeckend positioniert ist. Die relative Ausrichtung des Rotors 604 zum Stator 602, nach der das reluktanzbasierte Rastmoment strebt, wird hierdurch definiert, wie in 8 gezeigt ist. Gemäß der Ausrichtung verlaufen die Magnetfeldlinien durch zwei benachbarte Statorzähne 606, die ein Statorzahnpaar bilden. Jeder dritte Statorzahn 606, der sich zwischen den einzelnen Statorzahnpaaren befindet, wird kaum oder nicht von magnetischen Feldlinien durchsetzt. Um den Rotor 604 aus dieser Ausrichtung in Drehung zu versetzen, muss die Statorwicklung 612 hinreichend bestromt werden, damit das reluktanzbasierte Rastmoment überwunden wird.The width B614 the magnet sections 614 equals the sum of two widths B608 the pole shoes 608 including the gap A608 between two adjacent pole shoes 608 , The magnetic resistance is lowest when the magnet sections 614 two pole shoes each 608 is positioned overlapping. The relative orientation of the rotor 604 to the stator 602 , for which the reluctance-based cogging torque strives, is defined as in 8th is shown. According to the alignment, the magnetic field lines pass through two adjacent stator teeth 606 that form a stator tooth pair. Every third stator tooth 606 , which is located between the individual stator tooth pairs, is hardly or not penetrated by magnetic field lines. To the rotor 604 To turn off from this orientation, the stator winding 612 be sufficiently energized so that the reluctance-based cogging torque is overcome.

9 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines weiteren Beispiels eines Elektromotors 900. Der Elektromotor 900 umfasst einen Stator 102, der in 1 bis 5 in Bezug auf den Elektromotor 100 gezeigt ist, und einen Rotor 902. Der Rotor 902 umfasst einen auf der Welle 114 lagernden Träger 904, der einen Magnetkörper 906 trägt. Der Träger 904 ist aus einem magnetisierbaren Material. z.B. Eisen, gebildet. 9 shows a schematic cross-sectional view of another example of an electric motor 900 , The electric motor 900 includes a stator 102 who in 1 to 5 in relation to the electric motor 100 is shown, and a rotor 902 , The rotor 902 includes one on the shaft 114 stored carrier 904 , which is a magnetic body 906 wearing. The carrier 904 is made of a magnetizable material. eg iron, formed.

Der Magnetkörper 906 ist in Umfangsrichtung in drei Magnetabschnitte 908, 910, 912 unterteilt, die jeweils ein Paar aus zwei Vorsprüngen 914, 916 umfassen. Die Magnetabschnitte 908, 910, 912 sind derart magnetisiert und angeordnet, dass die Vorsprünge 914, 916 jeweils einem Nordpol 914 und einem Südpol 916 des jeweiligen Magnetabschnitts 908, 910, 912 entsprechen. The magnetic body 906 is in the circumferential direction in three magnet sections 908 . 910 . 912 divided, each one pair of two protrusions 914 . 916 include. The magnet sections 908 . 910 . 912 are magnetized and arranged such that the projections 914 . 916 one north pole each 914 and a south pole 916 of the respective magnet section 908 . 910 . 912 correspond.

Die Vorsprünge 914, 916 erstrecken sich in radiale Richtung weiter als der restliche Magnetkörper 906. Dadurch ist zwischen zwei Vorsprungpaaren in Umfangsrichtung jeweils eine Ausnehmung 920 sowie ein Zwischenabschnitte 922 gebildet. Die Zwischenabschnitte 922 weisen eine geringere Dicke als die Vorsprünge 914, 916 auf. Ferner ist eine Kerbe 918 jeweils zwischen den Vorsprüngen 914, 916 eines Vorsprungpaares geformt.The projections 914 . 916 extend in the radial direction further than the remaining magnetic body 906 , As a result, in each case a recess between two projection pairs in the circumferential direction 920 as well as an intermediate sections 922 educated. The intermediate sections 922 have a smaller thickness than the projections 914 . 916 on. Further, a notch 918 each between the projections 914 . 916 shaped a projection pair.

Die Zwischenabschnitte 922 können magnetisiert, magnetisierbar oder nichtmagnetisierbar sein. Der Träger 904 bildet, je nach Magnetisierung der Magnetabschnitte 908, 910, 912 und der Zwischenabschnitte 922, den magnetischen Rückschluss für die Magnetabschnitte.The intermediate sections 922 can be magnetized, magnetizable or nonmagnetizable. The carrier 904 forms, depending on the magnetization of the magnet sections 908 . 910 . 912 and the intermediate sections 922 , the magnetic return for the magnet sections.

10 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines weiteren Beispiels eines Elektromotors 1000 als eine alternative Ausführungsform zum Elektromotor 900. Der Elektromotor 1000 umfasst den Stator 102 und einen Rotor 1002, der einen Halbachmagnetisierten Magnetkörper 1004 umfasst, der auf der Welle 114 lagert. Der Magnetkörper 1004 umfasst sechs Vorsprünge 1006, 1008, die je zu zweit zu einem Vorsprungpaar 1010 gruppiert sind. Die Vorsprünge 1006, 1008 entsprechen je einem magnetischen Pol und die Vorsprungpaare 1010 bilden jeweils einen Magnetabschnitt 1010. Zwischen den einzelnen Vorsprungpaaren 1010 ist jeweils ein Zwischenabschnitt 1012 gebildet. Insgesamt ähnelt der Rotor 1002 dem in 9 gezeigten Rotor 902 in Gestalt. 10 shows a schematic cross-sectional view of another example of an electric motor 1000 as an alternative embodiment to the electric motor 900 , The electric motor 1000 includes the stator 102 and a rotor 1002 , the one half-magnetized magnet body 1004 that covers on the shaft 114 outsourced. The magnetic body 1004 includes six protrusions 1006 . 1008 , the two each to a lead pair 1010 are grouped. The projections 1006 . 1008 correspond each to a magnetic pole and the pairs of projections 1010 each form a magnetic section 1010 , Between the individual lead pairs 1010 is each an intermediate section 1012 educated. Overall, the rotor is similar 1002 the in 9 shown rotor 902 in the shape of.

Der Magnetkörper 1004 des Rotors 1002 ist Halbach-magnetisiert. Die Vorsprünge 1006, 1008 bilden die Pole des jeweiligen Magnetabschnitts 1010. Die Magnetfelddichte ist auf der radialen Innenseite des Magnetkörpers 1004 derart reduziert, dass kein zusätzlicher magnetischer Rückschluss benötigt wird.The magnetic body 1004 of the rotor 1002 is Halbach-magnetized. The projections 1006 . 1008 form the poles of the respective magnet section 1010 , The magnetic field density is on the radial inside of the magnetic body 1004 reduced so that no additional magnetic inference is needed.

11 zeigt einen Ausschnitt der schematischen Querschnittsansicht der 9 des Elektromotors 900. Die Vorsprünge 914, 916 weisen jeweils eine Breite B914 auf, die 25% bis 150%, insbesondere 50% bis 125% oder 75% bis 100%, der Breite B110 der Polschuhe 110 des Stators 102 beträgt. Die Zwischenabschnitte 922 weisen eine Dicke D922 von 5% bis 55%, insbesondere 15% bis 45% oder 25% bis 35%, der Breite B914 auf. Die Vorsprünge 914, 916 überragen die Zwischenabschnitte 922 in radialer Richtung um eine Dicke D920 von 5% bis 80%, insbesondere 15% bis 70% oder 25% bis 60%, der Breite B110 der Polschuhe 110. Die Kerbe 918 weist eine Breite B918 auf, die näherungsweise der tangentialen Lücke zwischen zwei benachbarten Polschuhen 110 entspricht. 11 shows a section of the schematic cross-sectional view of 9 of the electric motor 900 , The projections 914 . 916 each have a width B914 on, the 25% to 150%, especially 50% to 125% or 75% to 100%, of the width B110 the pole shoes 110 of the stator 102 is. The intermediate sections 922 have a thickness D922 from 5% to 55%, especially 15% to 45% or 25% to 35%, of the width B914 on. The projections 914 . 916 surmount the intermediate sections 922 in the radial direction by a thickness D920 from 5% to 80%, especially 15% to 70% or 25% to 60%, of the width B110 the pole shoes 110 , The score 918 has a width B918 on, the approximate tangential gap between two adjacent pole pieces 110 equivalent.

Die obigen Angaben bezüglich der Breiten B914, B918 und der Dicke D920 gelten entsprechend für den Elektromotor 1000 der 10. Der Elektromotor 1000 unterscheidet sich vom Elektromotor 900 darin, dass die Dicke D1012 der Zwischenabschnitte 1012 (nicht gezeigt) der Summe der Dicke des Zwischenabschnitts 922 und des Trägers 904 des Rotors 902 entspricht. Die Dicke D1012 beträgt 5% bis 55%, insbesondere 15% bis 45% oder 25% bis 35%, der Breite B914.The above information regarding widths B914 . B918 and the thickness D920 apply accordingly to the electric motor 1000 of the 10 , The electric motor 1000 is different from the electric motor 900 in that the thickness D1012 of the intermediate sections 1012 (not shown) the sum of the thickness of the intermediate section 922 and the vehicle 904 of the rotor 902 equivalent. The fat D1012 is 5% to 55%, especially 15% to 45% or 25% to 35%, of the width B914 ,

12 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Elektromotors 900, der in 9 und 11 gezeigt ist, einschließlich der Magnetfeldlinien der Magnetabschnitte 908, 910, 912. Der Rotor 902 bzw. sein Magnetkörper 906 ist nur in den Magnetabschnitten 908, 910, 912 magnetisiert. Die Zwischenabschnitte 922 sind aus einem magnetisierbaren Material gebildet. Die Magnetfeldlinien verlaufen ausgehend von dem jeweiligen Nordpol 914 der Magnetabschnitte 908, 910, 912, der jeweils dem linken Vorsprung 914 des Vorsprungpaares 908, 910, 912 entspricht, über den jeweils gegenüberliegenden Polschuh 110, den zugehörigen Statorzahn 106, den Rückschluss des Stators 102, einen benachbarten Statorzahn 106 und seinen Polschuh 110 zu dem Südpol 916 des zugehörigen Magnetabschnitts 908, 910, 912. Die Magnetfeldlinien verlaufen weiterhin entlang und innerhalb des jeweiligen Magnetabschnitts 908, 910, 912 in Umfangsrichtung zu dem Nordpol 914. Der Träger 904 bildet den magnetischen Rückschluss und unterstützt den magnetischen Fluss jeweils vom Südpol 916 zum Nordpol 914. 12 shows a schematic cross-sectional view of the electric motor 900 who in 9 and 11 is shown, including the magnetic field lines of the magnet sections 908 . 910 . 912 , The rotor 902 or his magnetic body 906 is only in the magnet sections 908 . 910 . 912 magnetized. The intermediate sections 922 are formed of a magnetizable material. The magnetic field lines run starting from the respective north pole 914 the magnet sections 908 . 910 . 912 , respectively, the left projection 914 of the lead pair 908 . 910 . 912 corresponds, over the opposite pole piece 110 , the associated stator tooth 106 , the conclusion of the stator 102 , an adjacent stator tooth 106 and his pole piece 110 to the south pole 916 of the associated magnet section 908 . 910 . 912 , The magnetic field lines continue to run along and within the respective magnet section 908 . 910 . 912 in the circumferential direction to the North Pole 914 , The carrier 904 forms the magnetic return and supports the magnetic flux from the south pole 916 to the north pole 914 ,

Ferner zeigt 12, dass ein kleiner Anteil der Magnetfeldlinien durch die Zwischenabschnitte 922 verlaufen. In einem alternativen Ausführungsbeispiel (nicht gezeigt) sind die Zwischenabschnitte 922 aus einem nichtmagnetisierbaren Material gebildet, so dass die Dichte der Magnetfeldlinien in den Zwischenabschnitten 922 weiter verringert ist.Further shows 12 in that a small proportion of the magnetic field lines pass through the intermediate sections 922 run. In an alternative embodiment (not shown), the intermediate sections are 922 formed of a non-magnetizable material, so that the density of the magnetic field lines in the intermediate sections 922 is further reduced.

Folglich bilden sich magnetische Ringe über zwei benachbarte Statorzähne 106 und ihre zugehörigen Polschuhe 110, und jeder dritte Statorzahn 106 bleibt weitgehend frei von magnetischem Fluss. Dadurch wird eine Ausrichtung des Rotors 902 gegenüber dem Stator 102 definiert, in Richtung derer das reluktanzbasierte Rastmoment auf den Rotor 902 wirkt und aus welcher die Drehung des Rotors 902 gehemmt wird. 9 und 12 stellen jeweils eine derartige definierte Ausrichtung dar.Consequently, magnetic rings form over two adjacent stator teeth 106 and their associated pole pieces 110 , and every third stator tooth 106 remains largely free of magnetic flux. This will cause an alignment of the rotor 902 opposite the stator 102 defined, in the direction of which the reluctance-based cogging torque on the rotor 902 acts and from which the rotation of the rotor 902 is inhibited. 9 and 12 each represent such a defined orientation.

13 zeigt eine schematische Querschnittansicht des Elektromotors 1000 der 10 mit Magnetfeldlinien. Der gesamte Magnetkörper 1004 des Rotors 1002 ist magnetisiert. Der Magnetkörper 1004 ist Halbach-magnetisiert, sodass der magnetische Fluss radial innenseitig außerhalb des Magnetkörpers 1004 vernachlässigbar gering ist. Ein erster Teil der Magnetfeldlinien verlaufen, analog zu der obigen Beschreibung bezüglich 12, von dem jeweiligen Nordpol 1006 über den Polschuh 110, den Statorzahn 106, den Statorrücksschluss, den benachbarten Statorzahn 106 und seinen Polschuh 110 zum zugehörigen Südpol 1008. Ein zweiter Teil der Magnetfeldlinien verlaufen vom Nordpol 1006 über den Polschuh 110, den Statorzahn 106, den Statorrücksschluss, den zweitnächsten Polschuh 110 und den zugehörigen Polschuh 110 zum Südpol 1008 des benachbarten Magnetabschnitts 1010. Entsprechend bilden sich die magnetischen Ringe einerseits um zwei benachbarte Statorzähne 106 und andererseits um zwei zweitnächste Statorzähne 106. 13 shows a schematic cross-sectional view of the electric motor 1000 of the 10 with magnetic field lines. The entire magnetic body 1004 of the rotor 1002 is magnetized. The magnetic body 1004 is Halbach-magnetized, so that the magnetic flux radially outward of the magnet body 1004 negligible. A first part of the magnetic field lines run, analogous to the above description with respect to 12 , from the respective North Pole 1006 over the pole piece 110 , the stator tooth 106 , the stator feedback, the adjacent stator tooth 106 and his pole piece 110 to the associated South Pole 1008 , A second part of the magnetic field lines run from the north pole 1006 over the pole piece 110 , the stator tooth 106 , the stator yoke, the second closest pole piece 110 and the associated pole piece 110 to the south pole 1008 of the adjacent magnet section 1010 , Accordingly, the magnetic rings on the one hand to form two adjacent stator teeth 106 and on the other hand, two second nearest stator teeth 106 ,

Das reluktanzbasierte Rastmoment zwingt den Rotor 1002 in die Ausrichtung, in welcher die Vorsprünge 1006, 1008 sowie die Ausnehmungen 1012 jeweils einem Polschuh 110 gegenüberliegend positioniert sind. 10 und 13 zeigen jeweils eine derartige Ausrichtung des Rotors 1002. The reluctance-based cogging torque forces the rotor 1002 in the orientation in which the projections 1006 . 1008 as well as the recesses 1012 one pole piece each 110 are positioned opposite one another. 10 and 13 each show such an orientation of the rotor 1002 ,

14 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines weiteren Beispiels eines Elektromotors 1400. Der Elektromotor 1400 umfasst einen Stator 1402 und einen Rotor 1404. Der Stator 1402 weist neun Statorzähne 1406 auf, die an der inneren Umfangsfläche des Stators 1402 in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordnet sind. An den Statorzähnen 1406 ist jeweils ein Polschuh 1408 ausgebildet, der eine tangentiale Fläche aufspannt. Jeder dritte Polschuh 1404 weist im mittleren Bereich eine Ausnehmung 1410 auf, die später genauer beschrieben wird. 14 shows a schematic cross-sectional view of another example of an electric motor 1400 , The electric motor 1400 includes a stator 1402 and a rotor 1404 , The stator 1402 has nine stator teeth 1406 on, on the inner circumferential surface of the stator 1402 are distributed uniformly in the circumferential direction. At the stator teeth 1406 is in each case a pole piece 1408 formed, which spans a tangential surface. Every third pole piece 1404 has a recess in the central region 1410 which will be described later in more detail.

Der Rotor 1404 umfasst einen Träger 1412, der auf der Welle 114 lagert und mehrere Magnetabschnitte 1414, 1416 trägt. Der Träger 1412 ist aus einem magnetisierbaren Material gebildet. Die Magnetabschnitte 1414, 1416 sind ringsegmentförmig ausgebildet und schließen aneinander anliegend zu einem Ring zusammen. 14 zeigt, dass die Magnetabschnitte 1414, 1416 eine konstante Breite in Umfangsrichtung aufweisen. In einem nicht gezeigten, alternativen Ausführungsbeispiel variiert die Breite der Magnetabschnitte 1414, 1416 in Umfangsrichtung. Abgesehen von den Ausnehmungen 1410 ähnelt der Stator 1402 dem oben beschriebenen Stator 102.The rotor 1404 includes a carrier 1412 that on the shaft 114 stores and several magnet sections 1414 . 1416 wearing. The carrier 1412 is formed of a magnetizable material. The magnet sections 1414 . 1416 are formed ring-segment-shaped and close together adjacent to a ring. 14 shows that the magnet sections 1414 . 1416 have a constant width in the circumferential direction. In an alternative embodiment, not shown, the width of the magnet sections varies 1414 . 1416 in the circumferential direction. Apart from the recesses 1410 resembles the stator 1402 the stator described above 102 ,

Der Rotor 1404 umfasst zwölf Magnetabschnitte 1414, 1416, wobei zwei benachbarte Magnetabschnitte 1414, 1416 entgegengesetzt magnetisiert sind. Das Verhältnis der Anzahl der Statorzähne 1406 zu der Anzahl der Magnetabschnitte 1414, 1416 beträgt 3:4. Beispielsweise sind die Magnetabschnitte 1414, 1416 so magnetisiert und angeordnet, dass erste Magnetabschnitte 1414 jeweils einen Nordpol, und dass zweite Magnetabschnitte 1416 jeweils einen Südpol bilden. An der radialen Außenfläche des Rotors 1404 verlaufen die Magnetfeldlinien demnach von den ersten Magnetabschnitten 1414 in die benachbarten zweiten Magnetabschnitte 1416.The rotor 1404 includes twelve magnet sections 1414 . 1416 wherein two adjacent magnet sections 1414 . 1416 are oppositely magnetized. The ratio of the number of stator teeth 1406 to the number of magnet sections 1414 . 1416 is 3: 4. For example, the magnet sections 1414 . 1416 magnetized and arranged so that first magnet sections 1414 each a north pole, and that second magnet sections 1416 each form a south pole. At the radial outer surface of the rotor 1404 The magnetic field lines therefore run from the first magnetic sections 1414 in the adjacent second magnet sections 1416 ,

Falls die Magnetabschnitte 1414, 1416 Halbach-magnetisiert sind, verlaufen die Magnetfeldlinien in den Magnetabschnitten 1414, 1416 von dem jeweiligen zweiten Magnetabschnitt 1416 in Umfangsrichtung zu den benachbarten ersten Magnetabschnitten 1414. Auf der von dem Stator 1402 abgewandten Seite der Magnetabschnitte 1414, 1416 ist die magnetische Flussdichte vernachlässigbar klein.If the magnet sections 1414 . 1416 Halbach-magnetized, the magnetic field lines in the magnetic sections 1414 . 1416 from the respective second magnet section 1416 in the circumferential direction to the adjacent first magnetic portions 1414 , On the from the stator 1402 opposite side of the magnet sections 1414 . 1416 the magnetic flux density is negligibly small.

Falls die Magnetabschnitte 1414, 1416 nicht Halbach-magnetisiert sind, bildet der Träger 1412 den magnetischen Rückschluss für die Magnetabschnitte 1414, 1416. Die Magnetfeldlinien verlaufen über den Träger 1412 von der radialen Innenseite des jeweiligen zweiten Magnetabschnitts 1416 in die radiale Innenseite der benachbarten ersten Magnetabschnitte 1414. Hierzu ist der Träger 1412 aus einem magnetisierbaren Material, z.B. Eisen, gebildet.If the magnet sections 1414 . 1416 are not Halbach-magnetized forms the carrier 1412 the magnetic return for the magnet sections 1414 . 1416 , The magnetic field lines run over the carrier 1412 from the radial inside of the respective second magnet portion 1416 in the radial inside of the adjacent first magnet sections 1414 , This is the carrier 1412 made of a magnetizable material, such as iron.

15 zeigt einen Ausschnitt der schematischen Querschnittsansicht des Elektromotors 1400. Die Polschuhe 1408 weisen eine Breite B1408 auf. Der Abstand zwischen zwei benachbarten Polschuhen in Umfangsrichtung, die sogenannte Nutöffnung, weist eine Breite B1409 auf. Die Ausnehmung 1410 hat die Form einer Hälfte eines regelmäßigen Sechsecks mit einer äußeren Breite B1410 und einer inneren Breite 1411, wobei die äußere Breite B1410 größer als die innere Breite 1411 ist. Die äußere Breite B1410 beträgt 25% bis 175%, insbesondere 50% bis 150% oder 75% bis 125%, der Breite B1409 der Nutöffnung. Die innere Breite B1411 beträgt 10% bis 150%, insbesondere 30% bis 125% oder 50% bis 100%, der Breite B1409 der Nutöffnung. Ferner weist die Ausnehmung 1410 eine Tiefe D1410 in radialer Richtung auf, die 10% bis 200%, insbesondere 30% bis 150% oder 50% bis 100%, der inneren Breite B1411 beträgt. 15 shows a section of the schematic cross-sectional view of the electric motor 1400 , The pole shoes 1408 have a width B1408 on. The distance between two adjacent pole pieces in the circumferential direction, the so-called slot opening, has a width B1409 on. The recess 1410 has the shape of a half of a regular hexagon with an outer width B1410 and an inner width 1411 where the outer width B1410 larger than the inner width 1411 is. The outer width B1410 is 25% to 175%, especially 50% to 150% or 75% to 125%, of the width B1409 the slot opening. The inner width B1411 is 10% to 150%, especially 30% to 125% or 50% to 100%, of the width B1409 the slot opening. Furthermore, the recess has 1410 a depth D1410 in the radial direction, the 10% to 200%, in particular 30% to 150% or 50% to 100%, of the inner width B1411 is.

In alternativen Ausführungsbeispielen ist die Ausnehmung 1410 in einer anderen Form ausgestaltet. Demnach kann die Ausnehmung 1410 in Form eines Dreiecks, eines Kreissektors oder sonst mehreckig ausgestaltet sein. Die Abmessungen der Ausnehmung können in der Größenordnung der oben angegebenen Breiten B1410, B1411 sein.In alternative embodiments, the recess 1410 designed in a different form. Accordingly, the recess 1410 be designed in the form of a triangle, a circular sector or otherwise polygonal. The dimensions of the recess may be on the order of the widths indicated above B1410 . B1411 be.

16 zeigt einen Ausschnitt der schematischen Querschnittsansicht einer Abwandlung des Elektromotors 1400. Die Ausnehmung 1410 ist in Form eines Vierecks mit einer Breite B1410 und einer Tiefe D1410 ausgestaltet. Die Breite B1410 beträgt 25% bis 175%, insbesondere 50% bis 150% oder 75% bis 125%, der Breite B1409 der Nutöffnung zwischen zwei benachbarten Polschuhen 1408. Die Tiefe D1410 beträgt 10% bis 200%, insbesondere 30% bis 150% oder 50% bis 100%, der Breite B1410. 16 shows a section of the schematic cross-sectional view of a modification of the electric motor 1400 , The recess 1410 is in the form of a square with a width B1410 and a depth D1410 designed. The width B1410 is 25% to 175%, especially 50% to 150% or 75% to 125%, of the width B1409 the slot opening between two adjacent pole pieces 1408 , The depth D1410 is 10% to 200%, especially 30% to 150% or 50% to 100%, of the width B1410 ,

17 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Elektromotors 1400 mit Magnetfeldlinien der Magnetabschnitte 1414, 1416. Die Magnetabschnitte 1414, 1416 sind Halbach-magnetisiert. 17 shows a schematic cross-sectional view of the electric motor 1400 with magnetic field lines of the magnet sections 1414 . 1416 , The magnet sections 1414 . 1416 are Halbach-magnetized.

17 zeigt den Rotor 1404 in einer definierten Ausrichtung gegenüber dem Stator 1402, in welcher jeweils eine Grenzfläche zwischen zwei anliegenden Magnetabschnitten 1414, 1416 gegenüber den Ausnehmungen 1410 positioniert ist. In der Ausrichtung verlaufen die Magnetfeldlinien der zwei anliegenden Magnetabschnitte 1414, 1416 über den ihnen gegenüberliegenden Polschuh 1408, der die Ausnehmung 1410 aufweist. Zugehörige magnetische Kreise bilden sich um die Ausnehmung 1410 herum. 17 shows the rotor 1404 in a defined orientation relative to the stator 1402 , in which in each case an interface between two adjacent magnet sections 1414 . 1416 opposite the recesses 1410 is positioned. In alignment, the magnetic field lines of the two adjacent magnetic sections 1414 . 1416 over the opposite pole shoe 1408 , the recess 1410 having. Associated magnetic circles form around the recess 1410 around.

Der magnetische Widerstand entlang der Magnetfeldlinien ist in der in 14, 15 und 17 gezeigten Ausrichtung des Rotors 1402 am geringsten. Daher wird ein reluktanzbasiertes Rastmoment erzeugt, das den Rotor 1402 in diese Ausrichtung zwingt. Wenn sich der Rotor 1402 in der in 14, 15 und 17 gezeigten definierten Ausrichtung befindet, wird ein Drehmoment benötigt, das das reluktanzbasierte Rastmoment übersteigt, um den Rotor 1402 zu drehen.The magnetic resistance along the magnetic field lines is in the in 14 . 15 and 17 shown alignment of the rotor 1402 least. Therefore, a reluctance-based cogging torque is generated, which is the rotor 1402 in this orientation forces. When the rotor 1402 in the in 14 . 15 and 17 is shown, a torque is required, which exceeds the reluctance-based cogging torque to the rotor 1402 to turn.

18 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines weiteren Beispiels eines Stators 1800. Der Stator 1800 umfasst neun Statorzähne 1802, die in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordnet sind. An den Statorzähnen 1802 ist jeweils ein Polschuh 1804, 1806 ausgebildet. Zwei von drei benachbarten Polschuhen 1804, 1806 weisen jeweils eine Ausnehmung 1808 auf, die die gleiche Form und Abmessungen wie die oben beschriebene Ausnehmung 1410 der 14 - 17 aufweisen kann. Jeder dritte Polschuh 1804 in Umfangsrichtung weist keine derartige Ausnehmung auf. 18 shows a schematic cross-sectional view of another example of a stator 1800 , The stator 1800 includes nine stator teeth 1802 which are arranged distributed uniformly in the circumferential direction. At the stator teeth 1802 is in each case a pole piece 1804 . 1806 educated. Two out of three adjacent pole shoes 1804 . 1806 each have a recess 1808 on which the same shape and dimensions as the recess described above 1410 of the 14 - 17 can have. Every third pole piece 1804 in the circumferential direction has no such recess.

Der in 18 gezeigte Stator 1800 kann dem oben beschriebenen Rotor 1404 der 14 - 17 zugeordnet sein (nicht gezeigt). Der Rotor 1404 ist in zwölf Magnetabschnitte 1414, 1416 unterteilt, wodurch das Verhältnis der Anzahl der Statorzähne 1802 zu der Anzahl der Magnetabschnitte 1414, 1416 3:4 beträgt.The in 18 shown stator 1800 can be the rotor described above 1404 of the 14 - 17 be associated (not shown). The rotor 1404 is in twelve magnet sections 1414 . 1416 divided, reducing the ratio of the number of stator teeth 1802 to the number of magnet sections 1414 . 1416 3 : 4.

Die oben gezeigten Ausführungsbeispiele des Elektromotors oder des Stators sind lediglich Beispiele der vorliegenden Erfindung. Obwohl nicht explizit gezeigt, können die Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden, solange die Kombination technisch sinnvoll und machbar ist.The embodiments of the electric motor or stator shown above are merely examples of the present invention. Although not explicitly shown, the embodiments may be combined with each other as long as the combination is technically reasonable and feasible.

Der beschriebene Elektromotor sowie das beschriebene Verfahren stellen einen selbsthemmenden Elektromotor sowie ein Betriebsverfahren eines solchen Elektromotors bereit. Dadurch kann bei Elektromotoren, die hauptsächlich in einer arretierten Stellung betrieben werden, der Energieverbrauch deutlich gesenkt werden.The electric motor described and the method described provide a self-locking electric motor and an operating method of such an electric motor. As a result, in electric motors, which are operated mainly in a locked position, the energy consumption can be significantly reduced.

Claims

An electric motor having a stator unit and a rotor unit, which are arranged coaxially about an axis of rotation of the rotor unit, the stator having a plurality of stator teeth arranged in the circumferential direction, wherein the rotor unit has a plurality of magnet sections, which are arranged in the circumferential direction, wherein the stator teeth and / or the magnet sections have at least one feature that varies circumferentially such that a reluctance-based cogging torque is generated between the rotor unit and the stator unit that aligns the rotor unit relative to the stator unit and inhibits rotation of the rotor unit relative to the start unit.

Electric motor after Claim 1 wherein the feature comprises a variation of at least one of: distribution of the magnet sections about the circumference of the rotor unit; Expansion of the magnet sections in the circumferential direction; Expansion of the magnet sections in the radial direction; Distribution of the magnetization of the magnet sections in the circumferential direction; Distribution of the stator teeth in the circumferential direction; Material of the stator teeth; and shape of the stator teeth.

Electric motor after Claim 1 or 2 wherein the magnet sections each comprise two radially directed poles.

Electric motor according to one of the preceding claims, further comprising: a return portion for a magnetic return of the magnet sections, which is arranged on a side facing away from the stator unit of the rotor unit, wherein the return portion has a plurality of non-magnetizable portions, and wherein the feature comprises a variation of at least one of the following : Distribution of the non-magnetizable sections in the circumferential direction; radial expansion of the non-magnetizable sections; Extension of the non-magnetizable sections in the circumferential direction; and position of the non-magnetizable portions relative to the magnet portions of the rotor unit.

Electric motor after Claim 4 wherein the non-magnetizable portions are disposed adjacent to interfaces or intermediate regions each formed between two adjacent magnet sections.

Electric motor according to one of the preceding claims, wherein a pole piece is formed integrally with a respective stator tooth, which forms a tangential surface facing the rotor unit, and wherein the feature comprises at least one of the following features: Distribution of the pole pieces in the circumferential direction; Expansion of the tangential surface in the circumferential direction; and gap between two adjacent pole pieces in the circumferential direction.

Electric motor after Claim 6 wherein at least one of the pole pieces has a recess on the tangential surface, and wherein the feature comprises a variation of at least one of the following: number of pole pieces having a recess; Distribution of the pole pieces with a recess in the circumferential direction; and expansion of the recess in the circumferential direction and / or in the radial direction.

Electric motor after Claim 6 or 7 wherein the number of stator teeth is a multiple of three, each third stator tooth being different from the remaining stator teeth in at least one of the following features: presence of a pole piece; Expansion of the tangential surface in the circumferential direction; Presence of a recess on the tangential surface; and expansion of a recess in the circumferential direction and / or in the radial direction.

Electric motor according to one of the Claims 6 to 8th wherein the extent of a magnetic portion in the circumferential direction corresponds to the tangential dimension of two adjacent pole pieces including the gap therebetween.

Electric motor according to one of the preceding claims, wherein the ratio of the number of stator teeth to the number of magnet sections is 3: 2 or 3: 4.

Electric motor according to one of the preceding claims, wherein the magnet sections are annular and abutting and / or arranged, and wherein the extent of the magnet sections in the circumferential direction and / or the magnetization of the magnet sections vary alternately.

Electric motor according to one of the preceding claims, wherein the magnet sections comprise in the radial direction projecting pole pairs, wherein the distance between the poles of a pole pair is smaller than the distance between two adjacent pole pairs.

Electric motor after Claim 12 wherein pole pieces are formed on the stator teeth, and wherein the distance between two adjacent pole pairs corresponds to the tangential distance between a pole piece and its second nearest neighbor.

Electric motor according to one of the preceding claims, wherein the magnet sections form a ring magnet with Halbach magnetization.

Electric motor according to one of the preceding claims, wherein the reluctance-based cogging torque is 5% to 90%, in particular 10% to 80% or 15 to 70% of a rated torque of the electric motor.

Electric motor according to one of the preceding claims, wherein the electric motor is a brushless DC motor, BLDC motor.

Method for operating an electric motor according to one of the preceding claims, wherein the electric motor further comprises a stator winding, with Increasing an electric current supplied to the stator winding above a current threshold value to rotate the rotor unit with a torque; and Decreasing the electric current below the current threshold to inhibit the rotation of the rotor unit, wherein the current threshold corresponds to the electric current at which the torque is equal to the reluctance-based cogging torque.