Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft einen elektronisch kommutierten Motor mit einem Rotor und mit einem Stator, wobei der Stator zweisträngig ausgeführt ist.The invention relates to an electronically commutated motor with a rotor and a stator, wherein the stator is designed to be double-stranded.
Aus dem Stand der Technik sind derartige elektronisch kommutierte Motoren mit einem Rotor und einem zweisträngigen Stator bekannt. Derartige elektronisch kommutierte Motoren (s.g. „EC-Motoren“) weisen einen konstruktiv vergleichsweise einfachen mechanischen Aufbau auf, der mit einer minimalen Anzahl von bewegten Bauteilen auskommt. Solche EC-Motoren sind daher besonders verschleiß- und wartungsarm. Weiterhin sind EC-Motoren aufgrund von erheblichen Fortschritten in der Technologie von Permanentmagneten drehmomentstark und mittels einer geeigneten Leistungselektronik ausgezeichnet ansteuerbar bzw. regelbar. Vielfach sind Statoren derartiger EC-Motoren dreisträngig, wie z.B. netzbetriebene Drehstrommotoren, oder auch zweisträngig mit typischerweise zwei um 90° zueinander elektrisch versetzten Spulenpaaren realisiert.Such electronically commutated motors with a rotor and a double-stranded stator are known from the prior art. Such electronically commutated motors (s. "EC motors") have a structurally comparatively simple mechanical structure, which manages with a minimum number of moving components. Such EC motors are therefore particularly wear and low maintenance. Furthermore, EC motors are due to significant advances in the technology of permanent magnets high torque and excellently controlled by a suitable power electronics or regulated. In many cases stators of such EC motors are three-stranded, e.g. mains-powered three-phase motors, or two-stranded realized with typically two by 90 ° to each other electrically offset coil pairs.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die Erfindung betrifft einen elektronisch kommutierten Motor mit einem Rotor und einem Stator, wobei der Stator zweisträngig ausgeführt ist. Der Motor weist eine feste Drehrichtung auf, wobei der Rotor eine umfangsseitige Permanentmagnetanordnung mit mindestens einem Nordpolsektor und mit mindestens einem Südpolsektor und mit mindestens einem Lückensektor aufweist, wobei jeder Polsektor (N, S, L) jeweils einen Umfangswinkel (α) von zumindest annähernd 120° aufweist.The invention relates to an electronically commutated motor with a rotor and a stator, wherein the stator is designed to be double-stranded. The motor has a fixed direction of rotation, the rotor having a circumferential permanent magnet arrangement with at least one north pole sector and at least one south pole sector and at least one gap sector, each pole sector (N, S, L) each having a circumferential angle (α) of at least approximately 120 °.
Die Erfindung ermöglicht somit die Bereitstellung eines EC-Motors, bei dem durch die Permanentmagnetanordnung mit mindestens einem Nordpolsektor und mit mindestens einem Südpolsektor und mit mindestens einem Lückensektor ein signifikant reduzierter Aufwand bei der elektronischen Regelung des EC-Motors, verbunden mit einem erhöhten Wirkungsrad der elektronischen Regelung, ermöglicht werden kann. Des Weiteren ist die Drehrichtung des EC-Motors ab einer Erstbestromung stabil und der EC-Motor erreicht einen annähernd konstanten Drehmomentverlauf. Der EC-Motor ist somit prädestiniert für einfache, robuste sowie kostengünstige Applikationen, wie zum Beispiel Lüfterantriebe, Kraftstoffpumpen, Verdichterantriebe für Kühl- und Klimaanlagen oder dergleichen, ohne das Erfordernis einer Drehrichtungsumkehr.The invention thus enables the provision of an EC motor, in which by the permanent magnet arrangement with at least one Nordpolsektor and at least one Südpolsektor and at least one gap sector significantly reduced effort in the electronic control of the EC motor, coupled with an increased efficiency of the electronic Regulation, can be enabled. Furthermore, the direction of rotation of the EC motor is stable from a first energization and the EC motor achieves an approximately constant torque curve. The EC motor is thus predestined for simple, robust and cost-effective applications, such as fan drives, fuel pumps, compressor drives for cooling and air conditioning systems or the like, without the need for a reversal of direction.
Bevorzugt weist die Permanentmagnetanordnung eine gleiche Anzahl von Nordpolsektoren und Südpolsektoren sowie von Lückensektoren auf, die umfangsseitig jeweils abwechselnd angeordnet sind. Somit kann aufgrund der speziellen Permanentmagnetanordnung eine vereinfachte elektronische Regelbarkeit bzw. Ansteuerbarkeit des EC-Motors ermöglicht werden.The permanent magnet arrangement preferably has an equal number of north pole sectors and south pole sectors as well as gap sectors, which are alternately arranged on the circumference in each case. Thus, a simplified electronic controllability or controllability of the EC motor can be made possible due to the special permanent magnet arrangement.
Vorzugsweise weist der Stator mindestens ein Polpaar mit mindestens zwei Spulen auf. Hierdurch kann das Motordrehmoment auf einfache Art und Weise an unterschiedliche Anforderungen angeglichen werden.Preferably, the stator has at least one pole pair with at least two coils. As a result, the engine torque can be easily adapted to different requirements.
Im Fall einer vorteilhaften Weiterbildung ist durch das Beaufschlagen mindestens einer dem ersten Strang zugeordneten Spule mit einem ersten Strom einer ersten Phase und das Beaufschlagen mindestens einer dem zweiten Strang zugeordneten Spule mit einem zum ersten Strom im Wesentlichen um 180° phasenverschobenen zweiten Strom einer zweiten Phase ein Rotordrehmoment erzeugbar. Infolgedessen kann eine einfache und robuste Ansteuerelektronik des EC-Motors bereitgestellt werden.In the case of an advantageous development, by applying at least one coil assigned to the first strand to a first current of a first phase and applying at least one coil assigned to the second strand to a second current of a second phase substantially phase-shifted by 180 ° relative to the first current Rotor torque can be generated. As a result, a simple and robust control electronics of the EC motor can be provided.
Nach Maßgabe einer Ausgestaltung ist den beiden Phasen jeweils mindestens ein elektronisches Schaltelement einer Regelvorrichtung zugeordnet. Hierdurch kann eine umfassende, kontaktlose und somit verschleißarme Regelbarkeit bzw. Ansteuerbarkeit des EC-Motors ermöglicht werden.According to one embodiment, the two phases are each associated with at least one electronic switching element of a control device. This allows a comprehensive, contactless and thus low-wear controllability or controllability of the EC motor are made possible.
Im Fall einer technisch vorteilhaften Ausgestaltung ist der elektronisch kommutierte Motor nach Art eines Innenläufers oder nach Art eines Außenläufers ausgebildet. Infolgedessen können unterschiedliche konstruktive Anforderungen einer Zielanwendung für den EC-Motor leicht berücksichtigt werden. Somit kann bei Innenläufern zum Beispiel ein höherer Wirkungsgrad als bei Außenläufern erreicht werden, wohingegen bei Außenläufern ein höheres mechanisches Drehmoment erzeugt werden kann.In the case of a technically advantageous embodiment, the electronically commutated motor is designed in the manner of an internal rotor or in the manner of an external rotor. As a result, different design requirements of a target application for the EC motor can be easily taken into account. Thus, with internal rotors, for example, a higher efficiency can be achieved than with external rotors, whereas with external rotors a higher mechanical torque can be generated.
Bevorzugt weist die Permanentmagnetanordnung Ferrit auf. Somit können ein vergleichsweise hoher magnetischer Fluss bzw. eine hohe magnetische Feldstärke bei optimierten Fertigungskosten ermöglicht werden.The permanent magnet arrangement preferably has ferrite. Thus, a comparatively high magnetic flux or a high magnetic field strength can be made possible with optimized production costs.
Figurenlistelist of figures
Die Erfindung ist anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines zweisträngigen EC-Motors mit zueinander um 90° elektrisch versetzten Spulen,
- 2 ein Diagramm mit einem Spannungs- und Stromverlauf von zwei Phasen eines erfindungsgemäßen EC-Motors,
- 3 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen EC-Motors von 2, gemäß einer Ausführungsform,
- 4 eine vereinfachte Darstellung des erfindungsgemäßen EC-Motors von 2, gemäß einer weiteren Ausführungsform, und
- 5 ein vereinfachtes elektrisches Schaltbild einer Regelvorrichtung zur Regelung und/oder Steuerung des erfindungsgemäßen EC-Motors von 2 bis 4.
The invention is explained in more detail in the following description with reference to exemplary embodiments illustrated in the drawings. Show it: - 1 a schematic representation of a two-stranded EC motor with each other by 90 ° electrically offset coils,
- 2 a diagram with a voltage and current waveform of two phases of an EC motor according to the invention,
- 3 a schematic representation of the EC motor of the invention 2 according to one embodiment,
- 4 a simplified representation of the EC motor of the invention 2 , according to a further embodiment, and
- 5 a simplified electrical circuit diagram of a control device for controlling and / or controlling the EC motor of the invention 2 to 4 ,
Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments
1 zeigt einen elektronisch kommutierten Motor 100, der im Folgenden kurz als „EC-Motor“ bezeichnet wird. Der EC-Motor 100 ist in 1 beispielhaft als ein so genannter Innenläufer mit einem sich drehenden, permanenterregten Rotor 102 und mit einem ortsfesten, bewickelten Stator 104 ausgeführt. Der hier lediglich beispielhaft im Wesentlichen stabförmige permanentmagnetische Rotor 102 verfügt beispielhaft über einen Nordpol 106 und einen Südpol 108. Der im Gegensatz zu im Allgemeinen dreisträngigen Drehstrommaschinen hier zweisträngige Stator 104 weist exemplarisch einen ersten Strang 110 und einen zweiten Strang 112 auf. Der Terminus „zweisträngig“ bedeutet im Kontext dieser Beschreibung, dass bei dem erfindungsgemäßen EC-Motor im Gegensatz zu üblichen Drehstrommaschinen lediglich zwei Phasen und zwei Stränge vorgesehen sind. 1 shows an electronically commutated motor 100 , hereinafter referred to as "EC motor" for short. The EC engine 100 is in 1 by way of example as a so-called internal rotor with a rotating, permanently excited rotor 102 and with a fixed, wound stator 104 executed. The only exemplary here substantially rod-shaped permanent magnetic rotor 102 has an example of a North Pole 106 and a south pole 108 , In contrast to generally three-strand three-phase machines here two-stranded stator 104 exemplifies a first strand 110 and a second strand 112 on. The term "two-stranded" in the context of this description means that in the EC motor according to the invention, in contrast to conventional three-phase machines only two phases and two strands are provided.
Der Stator 104 des EC-Motors 100 verfügt vorzugsweise über vier um jeweils 90° zueinander umfangsseitig versetzte und radial einwärts gerichtete Statorzähne Sz1-4 , die jeweils mit einer Wicklung W1-4 bewickelt sind. Die bevorzugt einander gegenüberliegenden Wicklungen W1 und W3 sowie die vorzugsweise zueinander diametral angeordneten Wicklungen W2 und W4 sind jeweils gleichsinnig gewickelt und bilden jeweils ein erstes Wicklungspaar 114 und ein zweites Wicklungspaar 116 aus. Die beiden Wicklungspaare 114, 116 weisen jeweils einen entgegengesetzten Wicklungssinn bei gleicher Windungszahl und identischer Wickeldrahtgeometrie auf. Jede der vier Wicklungen W1-4 des Stators 104 ist jeweils mit Masse 118 bzw. mit Erde und mit einem elektronischen Leistungsschalter V1-4 verbunden. Jeweils zwei Leistungsschalter V1,3 und V2,4 sind vorzugsweise jeweils mit einer ersten und zweiten elektronischen Steuereinheit 120, 122 elektrisch verbunden und sind mittels dieser ansteuerbar und/oder regelbar. Die vier Leistungsschalter V1-4 werden ihrerseits von einer positiven elektrischen (Gleich-)Spannungsversorgung V+ gespeist. Durch zyklisches Bestromen der Wicklungen W1,3 des ersten Wicklungspaars 114 und der Wicklungen W2,4 des zweiten Wicklungspaars 116 mittels der Leistungsschalter V1-4 - die zu diesem Zweck auf geeignete Art und Weise von den elektronischen Steuereinheiten 120, 122 angesteuert und/oder geregelt werden - lässt sich eine dauerhafte Drehbewegung des Rotors 102 in einer Drehrichtung 199 und ein mechanisches Rotordrehmoment MR wahlweise entweder im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn etablieren.The stator 104 of the EC motor 100 preferably has four mutually circumferentially offset by 90 ° and radially inwardly directed stator teeth Sz 1-4 , each with a winding W 1-4 are wound. The preferably opposite windings W 1 and W 3 as well as the preferably diametrically opposed windings W 2 and W 4 are each wound in the same direction and each form a first pair of windings 114 and a second winding pair 116 out. The two winding pairs 114 . 116 each have an opposite sense of winding with the same number of turns and identical winding wire geometry. Each of the four windings W 1-4 of the stator 104 is each with mass 118 or with earth and with an electronic circuit breaker V 1-4 connected. Two circuit breakers each V 1.3 and V 2,4 are preferably each with a first and second electronic control unit 120 . 122 electrically connected and are controlled by means of this and / or regulated. The four circuit breakers V 1-4 are in turn from a positive electrical (DC) power supply V + fed. By cyclic energizing the windings W 1,3 of the first pair of turns 114 and the windings W 2,4 of the second winding pair 116 by means of the circuit breaker V 1-4 - for this purpose in a suitable manner by the electronic control units 120 . 122 be controlled and / or regulated - can be a permanent rotational movement of the rotor 102 in one direction of rotation 199 and a mechanical rotor torque M R optionally establish either clockwise or counterclockwise.
2 zeigt ein Diagramm 130 mit einem Spannungs- und Stromverlauf eines erfindungsgemäßen EC-Motors (200 in 3; 300 in 4). Entlang einer Abszisse des schematischen Diagramms 130 sind 0° Grad bis 360° Grad elektrisch mit einer 90° Teilung aufgetragen, während auf einer illustrativ linksseitigen Ordinate eine elektrische Spannung U in Volt und ein elektrischer Strom I in Ampere aufgetragen sind. Des Weiteren ist auf der illustrativ rechtsseitigen Ordinate eine elektrische Leistung P in Watt aufgetragen. 2 shows a diagram 130 with a voltage and current profile of an EC motor according to the invention ( 200 in 3 ; 300 in 4 ). Along an abscissa of the schematic diagram 130 0 ° degrees to 360 ° degrees are electrically plotted with a 90 ° division, while on an illustrative left-hand ordinate an electrical voltage U in volts and an electric current I in amperes are plotted. Furthermore, an electrical power P in watts is plotted on the illustrative right-hand ordinate.
Ein erster gestrichelter beispielhafter Kurvenverlauf 132 zeigt die elektrische Spannung U einer ersten Phase u des erfindungsgemäßen EC-Motors (200 in 3; 300 in 4), wohingegen ein zweiter gestrichelter beispielhafter Kurvenverlauf 134 die elektrische Spannung U einer zweiten Phase v zeigt. Ein dritter und vierter - jeweils mit einer durchgezogenen Linie gezeichneter - Kurvenverlauf 136, 138 illustrieren einen jeweiligen Strom I1,2 in einer ersten und einer zweiten Phase u und v des zweisträngigen EC-Motors (vgl. insb. 3 bis 5). Die Spannung U in den beiden Phasen u, v variiert hier lediglich exemplarisch zwischen etwa 3,0 Volt und 34,0 Volt, während die Ströme I1,2 in den Phasen u, v zwischen Null Ampere und etwa 10,0 Ampere schwanken.A first dashed exemplary curve 132 shows the electrical voltage U of a first phase u of the EC motor according to the invention ( 200 in 3 ; 300 in 4 whereas a second dashed exemplary curve 134 the voltage U of a second phase v shows. A third and fourth - each drawn with a solid line - curve 136 . 138 illustrate a respective stream I 1,2 in a first and a second phase u and v of the double-stranded EC motor (see esp. 3 to 5 ). The voltage U in the two phases u, v here varies only by way of example between about 3.0 volts and 34.0 volts while the currents I 1,2 in phases u, v vary between zero amps and about 10.0 amps.
Zwischen der besseren zeichnerischen Übersicht halber nicht bezeichneten Schnittpunkten des ersten und zweiten Kurvenverlaufs 132, 134 sowie des dritten und des vierten Kurvenverlaufs 136, 138 ergibt sich jeweils eine Phasenverschiebung bzw. ein Phasenwinkel φ von 180° elektrisch, die sich aus der speziellen erfindungsgemäßen geometrischen Gestaltung der Permanentmagnetanordnung des EC-Motors ergibt (vgl. insb. 3, 4). Eine gleichmäßige elektrische Leistung P des EC-Motors ist durch eine horizontale, durchgehende Line 140 mit erhöhter Strichstärke veranschaulicht und liegt hier beispielhaft bei ungefähr 100 Watt. Dabei ergibt sich die gleichmäßige Leistung P aus dem Produkt der Spannung U und dem Strom I, im vorliegenden Fall aus dem Produkt der Spannung U von 10V und dem Strom I von 10A. Dies gilt für beide Phasen u, v, wobei die beiden Phasen u, v, etwa 180° elektrisch verschoben zueinander sind. Eine Betriebs- bzw. Versorgungsspannung UB des EC-Motors liegt hier exemplarisch bei ca. konstant 12,8 Volt, was ebenfalls durch eine weitere horizontale Linie 142 mit erhöhter Liniendicke dargestellt ist.Between the better graphic overview half unmarked intersections of the first and second curves 132 . 134 and the third and fourth curves 136 . 138 results in each case a phase shift or a phase angle φ of 180 ° electrical, resulting from the special inventive geometric design of the permanent magnet assembly of the EC motor (see. 3 . 4 ). A uniform electrical power P of the EC motor is through a horizontal, continuous line 140 illustrated with increased line width and is here exemplified at about 100 watts. This results in the uniform performance P from the product of the voltage U and the current I, in the present case from the product of the voltage U of 10V and current I of 10A. This applies to both phases u . v . wherein the two phases u, v, about 180 ° are electrically shifted from each other. An operating or supply voltage U B The EC motor here is exemplary at about constant 12.8 volts, which also by another horizontal line 142 is shown with increased line thickness.
3 zeigt einen erfindungsgemäßen EC-Motor 200. Der vorzugsweise zweisträngige EC-Motor 200 ist hier beispielhaft als Außenläufer ausgeführt, bei dem ein wicklungstragender Stator 250 koaxial von einem sich drehenden, permanenterregten Rotor 202 mit einer speziellen Permanentmagnetanordnung 204 umschlossen ist. Alternativ kann der EC-Motor 200 auch als ein Innenläufer mit einem radial innenliegenden permanenterregten Rotor und einem radial außenliegenden, bewickelten Stator ausgebildet sein. Der EC-Motor 200 weist eine hier lediglich beispielhaft eingezeichnete Drehrichtung 199 auf, in der ein mechanisches Rotordrehmoment MR wirkt. Illustrativ ist die Drehrichtung 199 in 3 im Uhrzeigersinn eingezeichnet. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Drehrichtung 199 auch gegen den Uhrzeigersinn ausgerichtet sein kann. 3 shows an EC motor according to the invention 200 , The preferably double-stranded EC motor 200 is here exemplified as an external rotor, in which a winding-carrying stator 250 coaxial with a rotating, permanently excited rotor 202 with a special permanent magnet arrangement 204 is enclosed. Alternatively, the EC motor 200 Also be designed as an inner rotor with a radially inner permanent-magnet rotor and a radially outer, wound stator. The EC engine 200 has a direction of rotation only shown here by way of example 199 on, in which a mechanical rotor torque M R acts. Illustrative is the direction of rotation 199 in 3 drawn in a clockwise direction. It is noted, however, that the direction of rotation 199 can also be oriented counterclockwise.
Die Permanentmagnetanordnung 204 weist vorzugsweise Ferrit auf. Jedoch ist die Permanentmagnetanordnung 204 nicht auf Ferrit beschränkt und kann so zum Beispiel auch mindestens ein Element aus der Gruppe der seltenen Erden aufweisen. Bevorzugt kann die Permanentmagnetanordnung 204 eine beliebige Anzahl n von Südpolsektoren S1-n , Nordpolsektoren N1-n sowie Lückensektoren L1-n aufweisen, deren umfangsseitige Summe zusammen betrachtet jeweils etwa 120° beträgt. Die Anzahl n ist hierbei eine natürliche Zahl gleich oder größer Eins. Bevorzugt weist die Permanentmagnetanordnung 204 mindestens einen Nordpolsektor N1-n und mindestens einen Südpolsektor S1-n sowie mindestens einen Lückensektor L1-n auf.The permanent magnet arrangement 204 preferably has ferrite. However, the permanent magnet arrangement is 204 not limited to ferrite and thus may, for example, at least one element from the group of rare earth have. Preferably, the permanent magnet arrangement 204 any number n of South Pole sectors S 1-n , North Pole sectors N 1-n as well as gap sectors L 1-n have, the sum of the total sum considered together about 120 °. The number n here is a natural number equal to or greater than one. Preferably, the permanent magnet arrangement 204 at least one North Pole sector N 1-n and at least one South Pole sector S 1-n and at least one gap sector L 1-n on.
Die Permanentmagnetanordnung 204 umfasst in dem hier lediglich exemplarisch dargestellten Ausführungsbeispiel vier Nordpolsektoren N1-4 , vier Südpolsektoren S1-4 sowie vier Lückensektoren L1-4 , so dass die Anzahl n hier gleich Vier ist. Die Permanentmagnetanordnung 204 des EC-Motors 200 weist hierbei bevorzugt stets eine gleiche Anzahl von Nordpolsektoren N1-4 , Südpolsektoren S1-4 und Lückensektoren L1-4 auf, die jedoch gerade oder ungerade sein kann. Ausweislich von 3 folgt umfangsseitig im Uhrzeigersinn auf einen ersten Südpolsektor S1 unmittelbar ein erster Nordpolsektor N1 und weiter unmittelbar ein erster Lückensektor L1 usw. Entsprechendes gilt für die übrigen drei Südpolsektoren S2-4 , die drei Nordpolsektoren N2-4 und die drei Lückensektoren L2-4 der Permanentmagnetanordnung 204.The permanent magnet arrangement 204 In the exemplary embodiment shown here by way of example only, there are four North Pole sectors N 1-4 , four South Pole sectors S 1-4 as well as four gap sectors L 1-4 , so that the number n here is equal to four. The permanent magnet arrangement 204 of the EC motor 200 in this case preferably always has an equal number of North Pole sectors N 1-4 , South Pole sectors S 1-4 and gap sectors L 1-4 but it can be even or odd. Evidenced by 3 follows circumferentially in a clockwise direction to a first Südpolsektor S 1 immediately a first North Pole sector N 1 and further immediately a first gap sector L 1 etc. The same applies to the remaining three South Pole sectors S 2-4 , the three North Pole sectors N 2-4 and the three gap sectors L 2-4 the permanent magnet arrangement 204 ,
Aufgrund des gegebenen Kreisumfangs von 360° des Rotors 202 weist jeder der vorzugsweise vier Nordpolsektoren N1-4 , jeder der bevorzugt vier Südpolsektoren S1-4 und jeder der vorzugsweise vier Lückensektoren L1-4 der erfindungsgemäßen Permanentmagnetanordnung 204 des Rotors 202 jeweils einen der besseren zeichnerischen Übersicht halber jeweils nur einmal bezeichneten Umfangswinkel β von 30° auf. Somit entstehen ein umfangsseitig verteilter Nordpolsektor N, ein umfangsseitig verteilter Südpolsektor S sowie ein umfangsseitig verteilter Lückensektor L, die sich zusammen gerechnet jeweils über einen hier nicht dargestellten rechnerischen Umfangswinkel α von 120° erstrecken. Im Gegensatz hierzu sind der Nordpolsektor N, der Südpolsektor S sowie der Lückensektor L bei einer weiteren Ausführungsform des EC-Motors gemäß 4 durchgehend bzw. aneinander ausgebildet.Due to the given circumference of 360 ° of the rotor 202 each of the preferably four North Pole sectors N 1-4 , each of the four preferred South Pole sectors S 1-4 and each of the preferably four gap sectors L 1-4 the permanent magnet arrangement according to the invention 204 of the rotor 202 each one of the better graphical overview only once designated circumferential angle β of 30 °. This creates a circumferentially distributed North Pole sector N , a circumferentially distributed Südpolsektor S and a circumferentially distributed gap sector L , which, calculated together, each extend over a computational circumferential angle α of 120 °, not shown here. In contrast, the North Pole sector N , the South Pole sector S as well as the gap sector L in a further embodiment of the EC motor according to 4 formed continuously or to each other.
Der Stator 250 weist beispielhaft acht umfangsseitig gleichmäßig zueinander beabstandete sowie radial auswärts gerichtete Zähne Z1-8 auf. Umfangsseitig ist vorzugsweise jeweils zwischen zwei benachbarten Zähnen Z1-8 bevorzugt ein unbewickelter Hilfszahn H1-8 als magnetischer Rückschluss positioniert. Jeder der acht Zähne Z1-8 des Stators 250 ist bevorzugt jeweils mit einer gleichartigen Spule Sp1-8 , belegt, das heißt die Spulen Sp1-8 weisen jeweils bevorzugt dieselbe Windungszahl, denselben Wicklungssinn und den gleichen Wicklungsdraht mit einer jeweils identischen Querschnittsgeometrie auf.The stator 250 has, for example, eight circumferentially evenly spaced apart and radially outwardly directed teeth Z 1-8 on. The circumference is preferably between two adjacent teeth Z 1-8 preferably an unwound auxiliary tooth H 1-8 positioned as a magnetic return. Each of the eight teeth Z 1-8 of the stator 250 is preferably each with a similar coil Sp 1-8 , occupied, that is the coils Sp 1-8 each preferably have the same number of turns, the same sense of winding and the same winding wire with a respectively identical cross-sectional geometry.
Die illustrativ vier Spulen Sp1,3,5,7 sind jeweils der ersten Phase u des EC-Motors 200 zugeordnet und die vier weiteren Spulen Sp2,4,6,8 sind jeweils der zweiten Phase v des zweisträngigen EC-Motors 200 zugeordnet. Die Spulen Sp1-8 des Stators 205 erzeugen bei einer zyklischen Bestromung beider Phasen u, v jeweils einen magnetischen (Wander-)Fluss bzw. eine magnetische (Wander-)Feldstärke, die mit der Vielzahl der radial einwärts gerichteten sowie mit punktierten Linien gezeichneten Pfeile angedeutet ist. Die punktierten Pfeile sind hierbei jeweils vom Südpol zum Nordpol des betreffenden Zahns Z1-8 des Stators 250, das heißt von radial außen nach radial innen orientiert.The illustratively four coils Sp 1,3,5,7 are each the first phase u of the EC motor 200 assigned and the four other coils Sp 2,4,6,8 are each the second phase v of the two-wire EC motor 200 assigned. The spools Sp 1-8 of the stator 205 generate at a cyclic energization of both phases u, v respectively a magnetic (wandering) flux and a magnetic (wandering) field strength, which is indicated by the plurality of radially inwardly directed and drawn with dotted lines arrows. The dotted arrows are in each case from the south pole to the north pole of the relevant tooth Z 1-8 of the stator 250 that is oriented from radially outside to radially inside.
Sowohl die elektrischen Südpole als auch die elektrischen Nordpole der Zähne Z1-8 des Stators 250 sind der besseren zeichnerischen Übersicht halber nicht mit den Abkürzungen für Nord und Süd bezeichnet. Ein Wicklungssinn der Spulen Sp1-8 ist hingegen jeweils mit kleinen Pfeilen symbolisiert, von denen der besseren zeichnerischen Übersicht halber lediglich zwei Pfeile 220, 222 bezeichnet sind. Auch eine Anzahl m der Zähne Z1-8 und der Hilfszähne H1-8 des Stators 250, kann von der hier lediglich beispielhaft angeführten Anzahl m gleich Acht grundsätzlich abweichen. Die Anzahl m ist wiederum Element der Menge der natürlichen Zahlen und gleich oder größer Eins.Both the electric south poles and the north electrical poles of the teeth Z 1-8 of the stator 250 are for the sake of better graphical clarity not indicated by the abbreviations for North and South. A winding sense of the coils Sp 1-8 on the other hand, is symbolized in each case with small arrows, of which only two arrows are for better graphical clarity 220 . 222 are designated. Also a number of meters of teeth Z 1-8 and the auxiliary teeth H 1-8 of the stator 250 , can fundamentally deviate from the number m equals eight given here by way of example only. The number m is again an element of the set of natural numbers and equal to or greater than one.
Jeder der insgesamt acht Zähne Z1-8 des Stators 250 verfügt bevorzugt über einen mechanischen Zahnwinkel γ von 30° und jeder der insgesamt acht Hilfszähne H1-8 des Stators 250 verfügt über einen mechanischen Zahnwinkel von δ von 15°, wobei der besseren zeichnerischen Übersicht halber lediglich zwei Zahnwinkel γ, δ des Zahns Z1 und des Hilfszahns H8 repräsentativ für alle übrigen bezeichnet sind. Der elektrisch wirksame Zahnwinkel des EC-Motors 200 ergibt sich somit durch die Zähne Z1-8 des Rotors 250 sowie Hilfszähne H1-8 beider Phasen u, v. Each of the eight teeth Z 1-8 of the stator 250 preferably has a mechanical tooth angle γ of 30 ° and each of the eight auxiliary teeth H 1-8 of the stator 250 has a mechanical tooth angle of δ of 15 °, for the sake of better graphical clarity, only two tooth angles γ, δ of the tooth Z 1 and the auxiliary tooth H 8 are representative of all others. The electrically effective tooth angle of the EC motor 200 thus results through the teeth Z 1-8 of the rotor 250 as well as auxiliary teeth H 1-8 both phases u, v.
Der Stator 250 verfügt bevorzugt über zwei Polpaare 252, 256 wobei das Polpaar 252 der Phase u zugeordnet ist und das Polpaar 256 der Phase v zugewiesen ist. Das Polpaar 252 bzw. die Phase u verfügt, wie oben beschrieben über die Spulen Sp1,3,5,7 , während das Polpaar 256 bzw. die Phase v, die Spulen Sp2,4,6,8 aufweist. Die Spulen Sp1,3,5,7 des Polpaars 252 sind dabei als Spuleneinheit 254 ausgebildet bzw. durchgängig gewickelt und bilden so einen ersten Strang 260 des EC-Motors 200 aus. Des Weiteren sind die Spulen Sp2,4,6,8 des Polpaars 256 zu einer Spuleneinheit 258 zusammengewickelt und bilden einen zweiten Strang 262 des zweisträngig aufgebauten EC-Motors 200 aus. Durch das Bestromen der den beiden Strängen 260, 262 jeweils zugeordneten Spulen Sp1-8 mit einem ersten Strom der Phase u und mit einem zweiten Strom der Phase v, wobei zwischen den beiden Strömen eine elektrische Phasenverschiebung von 180° besteht, dreht sich der Rotor 202 zum Beispiel in der Drehrichtung 199 unter Schaffung des Rotordrehmoments MR . Eine Umkehr der Drehrichtung 199 des EC-Motors ist grundsätzlich möglich, wenn die hier mit den punktierten radial einwärts gerichteten Pfeilen angedeutete Magnetisierung der Zähne Z1-8 des Stators 250 umgekehrt wird.The stator 250 preferably has two pairs of poles 252 . 256 where the pole pair 252 the phase u is assigned and the pole pair 256 assigned to the phase v. The pole pair 252 or the phase u has, as described above on the coils Sp 1,3,5,7 while the pole pair 256 or the phase v, the coils Sp 2,4,6,8 having. The spools Sp 1,3,5,7 of the pole pair 252 are here as a coil unit 254 trained or continuously wound and thus form a first strand 260 of the EC motor 200 out. Furthermore, the coils Sp 2,4,6,8 of the pole pair 256 to a coil unit 258 coalesced and form a second strand 262 of the double-stranded EC motor 200 out. By energizing the two strands 260 . 262 each associated coils Sp 1-8 with a first current of the phase u and with a second current of the phase v, wherein there is an electrical phase shift of 180 ° between the two currents, the rotor rotates 202 for example, in the direction of rotation 199 creating rotor torque M R , A reversal of the direction of rotation 199 of the EC motor is basically possible if the magnetization of the teeth indicated here by the dotted radially inwardly directed arrows Z 1-8 of the stator 250 is reversed.
Die insgesamt acht Zähne Z1-8 des Stators 250 weisen bevorzugt jeweils einen mechanischen Zahnwinkel γ von 30° auf, so dass sich für die Phase u gemäß der Gleichung 4 * 30° ein elektrisch wirksamer Zahnwinkel von 120° und entsprechend für die Phase v ein elektrisch wirksamer Zahnwinkel von ebenfalls 120° einstellt. Für die vorzugsweise ebenfalls acht Hilfszähne H1-8 ergibt sich ferner aus der Beziehung 8 * 15° ein elektrisch wirksamer Winkel von 120°. Von Bedeutung ist, dass sich der elektrisch wirksame Zahnwinkel bevorzugt von jeweils 120° aus der Summe der mechanischen Zahnwinkel γ, δ des Stators 250 zusammensetzt. Aus diesen geometrischen Zusammenhängen folgt ein Rotordrehmoment MR , das über einen elektrischen Winkel von etwa 240° geringer ist und über einen Winkel von 120° in Relation dazu ungefähr doppelt so hoch ausfällt (vgl. insb. 2).The total of eight teeth Z 1-8 of the stator 250 preferably each have a mechanical tooth angle γ of 30 °, so that sets for the phase u according to the equation 4 * 30 ° an electrically effective tooth angle of 120 ° and correspondingly for the phase v an electrically effective tooth angle of also 120 °. For the preferably also eight auxiliary teeth H 1-8 also results from the relationship 8th * 15 ° an electrically effective angle of 120 °. Of importance is that the electrically effective tooth angle preferably of 120 ° from the sum of the mechanical tooth angle γ, δ of the stator 250 composed. From these geometric relationships follows a rotor torque M R , which is less than an electrical angle of about 240 ° and about an angle of 120 ° in relation to about twice as high (see. 2 ).
Der erfindungsgemäße EC-Motor 200 baut im Verhältnis zu vorbekannten Bauformen größer, eine zu dessen Steuerung- und/oder Regelung erforderliche Regelvorrichtung (vgl. insb. 5) kann jedoch einen vereinfachten schaltungstechnischen Aufbau bei reduzierten Kosten aufweisen. Darüber hinaus ist der mechanische Teil des EC-Motors 200 besonders kostengünstig herstellbar. Ein weiterer Vorteil liegt in dem unmittelbar drehrichtungsstabilen Anlauf des EC-Motors 200 und der geringen Welligkeit des Drehmomentverlaufs.The EC engine according to the invention 200 builds larger in relation to previously known designs, a control device required for its control and / or regulation (see. 5 ), however, may have a simplified circuit design at a reduced cost. In addition, the mechanical part of the EC motor 200 especially inexpensive to produce. A further advantage lies in the directly rotationally stable starting of the EC motor 200 and the low ripple of the torque curve.
4 zeigt einen erfindungsgemäßen EC-Motor 300, der gemäß einer weiteren Ausführungsform ausgebildet ist. Die in 4 gezeigte Ausführungsform des EC-Motors 300 ist im Gegensatz zur Ausführungsform von 3 als Innenläufer ausgebildet. Ein drehbarer Rotor 302 des EC-Motors 300 ist dabei koaxial von einem bewickelten Stator 350 umschlossen. Vorzugsweise umfasst eine Permanentmagnetanordnung 304 des Rotors 302 einen Nordpolsektor N, einen Südpolsektor S sowie einen Lückensektor L. Der Nordpolsektor N, der Südpolsektor S sowie der Lückensektor L sind umfangsseitig unmittelbar aneinander anschließend angeordnet. Dabei weisen der Nordpolsektor N, der Südpolsektor S sowie der Lückensektor L vorzugsweise jeweils einen mechanischen Umfangswinkel α von 120° auf. In dieser Konstellation sind im Gegensatz zur Ausführungsform von 3 keine über den Umfang abschnittsweise verteilten Nord-, Süd- sowie Lückensektoren N1-4 , und S1-4 sowie L1-4 vorhanden, das heißt der Nordpolsektor N, der Südpolsektor S sowie der Lückensektor L sind in 4 nicht aus mehreren Einzelsektoren zusammengesetzt, sondern erstrecken sich durchgängig. Dabei erstrecken sich die jeweilige Sektoren N, S, L vorzugsweise jeweils über 120°. 4 shows an EC motor according to the invention 300 , which is formed according to another embodiment. In the 4 shown embodiment of the EC motor 300 is in contrast to the embodiment of 3 designed as an internal rotor. A rotatable rotor 302 of the EC motor 300 is coaxial with a wound stator 350 enclosed. Preferably, a permanent magnet arrangement comprises 304 of the rotor 302 a North Pole sector N , a South Pole sector S and a gap sector L , The North Pole sector N , the south pole sector S and the gap sector L are arranged circumferentially immediately adjacent to each other. The North Pole sector N, the South Pole sector S as well as the gap sector L preferably in each case a mechanical circumferential angle α of 120 °. In this constellation are in contrast to the embodiment of 3 no over the circumference sections distributed North, South and Gap sectors N 1-4 , and S 1-4 such as L 1-4 existing, that is the North Pole sector N , the South Pole sector S and the gap sector L are in 4 not composed of several individual sectors, but extend consistently. The respective sectors extend N . S . L preferably in each case over 120 °.
Der Stator 350 umfasst hier beispielhaft die zwei Spulen Sp1,2 , die gemeinsam vorzugsweise ein Polpaar 352 verkörpern. Die beiden einzelnen Spulen Sp1,2 sind bevorzugt jeweils einem ersten und einem zweiten Strang 354, 356 des EC-Motors 300 zugewiesen, die wiederum mit den beiden Phasen u, v elektrisch verbunden sind. Über die beiden Phasen u, v werden die beiden Spulen Sp1,2 mit den beiden um 180° zueinander phasenverschobenen elektrischen Strömen I1,2 beaufschlagt. Durch geeignetes Bestromen der Spulen Sp1,2 der beiden Stränge 354, 356 mit den Strömen I1,2 wird der Rotor 302 des EC-Motors 300 zum Beispiel in der Drehrichtung 199 unter Bereitstellung des Rotordrehmoments MR in Rotation versetzt.The stator 350 here includes by way of example the two coils Sp 1,2 , which together preferably a pair of poles 352 embody. The two individual coils Sp 1,2 are preferably each a first and a second strand 354 . 356 of the EC motor 300 assigned, which in turn are electrically connected to the two phases u, v. Over the two phases u, v are the two coils Sp 1,2 with the two phase-shifted by 180 ° to each other electrical currents I 1,2 applied. By suitable energizing the coils Sp 1,2 the two strands 354 . 356 with the currents I 1,2 becomes the rotor 302 of the EC motor 300 for example, in the direction of rotation 199 while providing the rotor torque M R set in rotation.
5 zeigt eine beispielhafte dem EC-Motor 200 von 3 und/oder dem EC-Motor 300 von 4 zugeordnete Regelvorrichtung 400. Die Regelvorrichtung 400 ist dabei als vereinfachtes elektrisches Schaltbild dargestellt und zur Regelung und/oder Steuerung des erfindungsgemäßen EC-Motors 200 von 3 und/oder dem EC-Motor 300 von 4 zugeordnet. 5 shows an example of the EC motor 200 from 3 and / or the EC motor 300 from 4 associated control device 400 , The control device 400 is shown as a simplified electrical diagram and for the control and / or control of the EC motor according to the invention 200 from 3 and / or the EC motor 300 from 4 assigned.
Die Regelvorrichtung 400 umfasst vorzugsweise die beiden parallel geschalteten Phasen u, v, die ihrerseits bevorzugt jeweils in Reihe mit einem elektronischen Schaltelement 402, 404 liegen. Bevorzugt erfolgt eine elektrische Versorgung des EC-Motors 200, 300 durch die positive (Gleich-)Spannungsversorgung V+ und die Masse bzw. die Erde 118 unter Zuhilfenahme der in Reihe mit den Phasen u, v liegenden elektronischen Schaltelemente 402, 404. Als elektronische Schaltelemente 402, 404 kommen hierbei vorzugsweise Leistungs-Bipolartransistoren, Leistungs-MOSFET's, IGBT's, GTO-Thyristoren, Thyristoren, Triac’ s etc. in Betracht.The control device 400 preferably comprises the two parallel connected phases u, v, which in turn preferably each in series with an electronic switching element 402 . 404 lie. Preferably, an electrical supply of the EC motor 200 . 300 by the positive (DC) voltage supply V + and the ground or earth 118 with the help of in series with the phases u, v electronic switching elements 402 . 404 , As electronic switching elements 402 . 404 In this case, preferably bipolar transistors, power MOSFETs, IGBTs, GTO thyristors, thyristors, triacs, etc. come into consideration.
Durch zyklisches Bestromen der beiden Phasen u, v des EC-Motors 200, 300 durch geeignetes Regeln und/oder Steuern der elektronischen Schaltelemente 402, 404 lässt sich der EC-Motor 200, 300 in Drehung versetzen und das gewünschte Rotordrehmoment MR erzeugen.By cyclically energizing the two phases u, v of the EC motor 200 . 300 by suitable regulation and / or control of the electronic switching elements 402 . 404 can be the EC motor 200 . 300 set in rotation and the desired rotor torque M R produce.
Der EC-Motor 200, 300 umfasst in 5 lediglich symbolisch einen angedeuteten Nordpolsektor N, Südpolsektor S sowie Lückensektor L, die umfangsseitig jeweils zusammenhängend ausgeführt sind. Der Nordpolsektor N, der Südpolsektor S sowie der Lückensektor L weisen vorzugsweise jeweils den Umfangswinkel α von 120° auf, wobei die Umfangswinkel α der besseren zeichnerischen Übersicht halber nicht eingezeichnet sind.The EC engine 200 . 300 includes in 5 only symbolically an implied North Pole sector N , South Pole sector S as well as gaps sector L , which are peripherally executed in each case contiguous. The North Pole sector N , the South Pole sector S as well as the gap sector L preferably each have the circumferential angle α of 120 °, wherein the circumferential angle α the better graphical overview are not shown.
