DE102020006001A1 - Electronically commutated electric motor - Google Patents

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Abstract

Es wird ein elektronisch kommutierter Elektromotor vorgeschlagen, bei dem alle oder zwei Wicklungsstränge am Ständer während eines jeweiligen Läuferschrittes mit einem Strom beaufschlagt sind, und am Ständer sind bestückte Ständerzähne und unbestückte Ständerzähne angeordnet, und am Läufer sind Permanentmagnete und Läuferzähne angeordnet, wobei die unbestückten Ständerzähne jeweils einen Kühlungskanal beinhalten können.An electronically commutated electric motor is proposed in which all or two winding phases on the stator are subjected to a current during a respective rotor step, and equipped stator teeth and unequipped stator teeth are arranged on the stator, and permanent magnets and rotor teeth are arranged on the rotor, with the unequipped stator teeth each can contain a cooling channel.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Anordnungen und Auslegungen für einen elektronisch kommutierten Elektromotor, gemäß dem Hauptanspruch 1 und den nebengeordneten Patentansprüchen 2 bis 4.The invention relates to arrangements and designs for an electronically commutated electric motor, according to the main claim 1 and the independent claims 2 to 4.

Elektronisch kommutierte Elektromotoren sind in unterschiedlicher Auslegung und Wirkungsweise bekannt. Überwiegend sind solche Motoren mit einem PM bestückten Läufer versehen. Neuzeitliche Reluktanzmotoren und Käfigläufermotoren werden auch mit einer elektronischen Kommutierungseinrichtung betrieben.Electronically commutated electric motors are known in different designs and modes of operation. Such motors are predominantly equipped with a PM-equipped rotor. Modern reluctance motors and squirrel cage motors are also operated with an electronic commutation device.

DE 10 2009 044 528 A1 beschreibt einen Reluktanzmotor mit einer elektronischen Kommutierung in unterschiedlicher Auslegung. DE 10 2009 044 528 A1 describes a reluctance motor with electronic commutation in different designs.

Am Ständer ist einerseits eine Durchmesserwicklung (Vollteilungswicklung) angeordnet, 1 B.On the one hand, a diameter winding (full pitch winding) is arranged on the stator, 1 B. .

Andererseits sind die Spulen der Wicklungsstränge am Rückjoch BY (torusförmige Wicklung) angeordnet, 14.On the other hand, the coils of the winding phases are arranged on the back yoke BY (toroidal winding), 14th .

32 zeigt eine Ausführung, bei der am Ständer eine Durchmesserwicklung angeordnet ist, und während eines jeweiligen Läuferschrittes sind jeweils zwei sich gegenüber liegende Ständerzähne mit jeweils einem ungleichnamigen Magnetfeld beaufschlagt, und nach drei Läuferschritten a,b,c wiederholen sich die Betriebsvorgänge. 32 shows an embodiment in which a diameter winding is arranged on the stator, and during each rotor step, two opposing stator teeth are each exposed to a different magnetic field, and after three rotor steps a, b, c the operating processes are repeated.

Ein Verhältnis von Permanentmagneten am Läufer zu Ständerzähnen beträgt 1 zu 0,6, wobei keine unbestückten Ständerzähne (Hilfspole) und keine nicht mit einem Magnetfeld beaufschlagte Läuferzähne vorhanden sind.The ratio of permanent magnets on the rotor to stator teeth is 1 to 0.6, with no unequipped stator teeth (auxiliary poles) and no rotor teeth that are not exposed to a magnetic field.

33 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einer torusförmigen Wicklung nach 14. Am Ständer sind vier Wicklungsstränge angeordnet, und nach vier Läuferschritten a,b,c,d wiederholen sich die Betriebsvorgänge, wobei gegenüber liegende Ständerzähne jeweils mit einem gleichnamigen Magnetfeld beaufschlagt sind und nebeneinander liegende Ständerzähne jeweils mit einem ungleichnamigen Magnetfeld beaufschlagt sind. 33 shows an embodiment with a toroidal winding 14th . Four winding strands are arranged on the stator, and after four rotor steps a, b, c, d, the operating processes are repeated, with opposite stator teeth being acted upon by a magnetic field of the same name and stator teeth lying next to one another being acted upon by a magnetic field of a different name.

Ein Verhältnis von Ständerzähnen zu Permanentmagneten am Läufer beträgt 1 zu 1,5, wobei keine unbestückten Ständerzähne und keine Läuferzähne vorhanden sind.A ratio of stator teeth to permanent magnets on the rotor is 1 to 1.5, with no unequipped stator teeth and no rotor teeth being present.

Während eines jeweiligen Läuferschrittes ist lediglich die Hälfte der Ständerzähne mit einem Magnetfeld beaufschlagt und an der Hälfte der Permanentmagnetfelder am Läufer liegt ein Drehmoment an.During each rotor step, only half of the stator teeth are acted upon by a magnetic field and a torque is applied to half of the permanent magnetic fields on the rotor.

US 2006/0244333 A1 beschreibt einen bürstenlosen Gleichstrommotor. Der Ständer besitzt eine Zweiphasenwicklung und vier bestückte Ständerzähne und vier unbestückte Ständerzähne (Hilfspole), und ein Läufer besitzt sechs Permanentmagnetfelder, die am Läuferumfang mit 60° geteilt sind, 5. US 2006/0244333 A1 describes a brushless DC motor. The stator has a two-phase winding and four equipped stator teeth and four unequipped stator teeth (auxiliary poles), and a rotor has six permanent magnetic fields that are divided by 60 ° on the rotor circumference, 5 .

Eine Breite der Permanentmagnetfelder am Läufer entspricht einer Breite der bestückten Ständerzähne plus zwei Ständernutöffnungen am Luftspalt und somit 60°, wobei eine Breite der unbestückten Ständerzähne 30° am Luftspalt entspricht, wobei die Seitenflächen der unbestückten Ständerzähne, die zu einer jeweiligen Ständernut gerichtet sind, zum Zentrum des Läufers ausgerichtet sind, und somit am Rückschluss des Ständers breiter gehalten sind wie am Luftspalt. Läuferzähne am Läufer sind nicht vorhanden.A width of the permanent magnetic fields on the rotor corresponds to a width of the equipped stator teeth plus two stator slot openings at the air gap and thus 60 °, whereby a width of the unequipped stator teeth corresponds to 30 ° at the air gap, with the side surfaces of the unequipped stator teeth facing a respective stator slot Center of the rotor are aligned, and are thus kept wider at the back of the stator than at the air gap. There are no rotor teeth on the rotor.

Ein Verhältnis von bestückten Ständerzähnen zu Permanentmagneten am Läufer beträgt 1 zu 1,5.The ratio of equipped stator teeth to permanent magnets on the rotor is 1 to 1.5.

Bei einem jeweiligen Läuferschritt ist jeweils nur eine Phase mit einem Strom beaufschlagt.In each case, only one phase has a current applied to it.

EP 0 182 702 A1 beschreibt einen bürstenlosen Mehrphasen-Gleichstrommotor. Der Ständer 10 beinhaltet sechs bestückte Ständerzähne 12,14;12,18;20,22 und sechs unbestückte Ständerzähne 24,26;28,30;32,34 (Hilfspole) und eine dreiphasige Ständerwicklung mit jeweils zwei Spulen, wobei die Spulen der dreiphasigen Ständerwicklung jeweils an einem sich gegenüber liegenden Ständerzahn mit einer gleichen Polarität zum Luftspalt angeordnet sind. EP 0 182 702 A1 describes a brushless polyphase DC motor. The stator 10 includes six equipped stator teeth 12,14; 12,18; 20,22 and six unequipped stator teeth 24,26; 28,30; 32,34 (auxiliary poles) and a three-phase stator winding with two coils each, the coils of the three-phase Stator winding are each arranged on an opposing stator tooth with the same polarity to the air gap.

Am Läufer 8 sind acht Permanentmagnete an einem zylindrischen Ring 54 angeordnet, die am Läuferumfang zum Luftspalt Permanentmagnetfelder mit einer Breite von 45° bilden, und eine Breite der Permanentmagnetfelder entspricht einer Breite der bestückten Ständerzähne plus eine Weite einer Ständernutöffnung am Luftspalt und somit 45°, wobei eine Breite der unbestückten Ständerzähne plus eine Weite einer Ständernutöffnung 10° entspricht.On the rotor 8, eight permanent magnets are arranged on a cylindrical ring 54, which form permanent magnetic fields with a width of 45 ° on the rotor circumference to the air gap, and a width of the permanent magnetic fields corresponds to a width of the equipped stator teeth plus a width of a stator slot opening at the air gap and thus 45 °, wherein a width of the unequipped stator teeth plus a width of a stator slot opening corresponds to 10 °.

Die drei Phasen sind mit dem einen Ende mit einer Stromquelle verbunden und mit dem anderen Ende jeweils mit einem Schalter 62,64,66 verbunden, wobei die Spulen der Phasen bei jeweiligen Läuferschritten jeweils gleichnamige Polfelder, und jeweils mit einer gleichen Polarität an den Ständerzähnen, zum Luftspalt bilden, und somit ist jeweils nur eine Phase während eines Läuferschrittes mit einem Strom beaufschlagt, wobei gegenüber liegende Ständerzähne jeweils gleichnamige Polfelder aufweisen, und die Phasen werden mit einer gleichen Polarität mit einem Strom beaufschlagt. Am Läufer sind keine Läuferzähne angeordnet.One end of the three phases is connected to a power source and the other end is connected to a switch 62,64,66, the coils of the phases each having the same pole fields for the respective rotor steps, and each with the same polarity on the stator teeth, to form the air gap, and thus only one phase is applied with a current during a rotor step, with opposite stator teeth each having the same pole fields, and the phases are applied with a current with the same polarity. No rotor teeth are arranged on the rotor.

Ein Verhältnis von Permanentmagneten am Läufer zu bestückten Ständerzähnen beträgt 1 zu 0,75.The ratio of permanent magnets on the rotor to equipped stator teeth is 1 to 0.75.

DE 10 2017 105 321 A1 beschreibt einen bürstenlosen Zweiphasen-Wechselstrommotor. DE 10 2017 105 321 A1 describes a two-phase brushless AC motor.

4a zeigt einen Ständer mit bestückten Ständerzähnen und mit unbestückten Ständerzähnen. 4a shows a stand with equipped stand teeth and with unequipped stand teeth.

Ein Verhältnis von bestückten Ständerzähnen zu Permanentmagneten am Läufer beträgt 2 zu 1.The ratio of equipped stator teeth to permanent magnets on the rotor is 2 to 1.

JP 2010-193700 A beschreibt einen Reluktanzmotor, bei dem in der 17 ein Läufer mit acht Permanentmagneten und ein Ständer mit sechs Ständerzähnen gezeigt ist, wobei der Läufer zwischen den Permanentmagneten jeweils ein Läuferzahn beinhaltet, wobei ein Verhältnis von Permanentmagneten am Läufer zu Ständerzähnen 1 zu 0,75 beträgt, wobei unbestückte Ständerzähne (Hilfspole) nicht vorgesehen sind. JP 2010-193700 A describes a reluctance motor in which the 17th a rotor with eight permanent magnets and a stator with six stator teeth is shown, the rotor each containing a rotor tooth between the permanent magnets, the ratio of permanent magnets on the rotor to stator teeth being 1 to 0.75, with unequipped stator teeth (auxiliary poles) not being provided .

US 2012/0267971 A1 beschreibt eine elektrische Maschine mit einem Ständer mit bestückten Ständerzähnen und mit unbestückten Ständerzähnen, wobei die unbestückten Ständerzähne einen kreisrunden Kühlungskanal 18 1 beinhalten. US 2012/0267971 A1 describes an electrical machine with a stator with equipped stator teeth and with unequipped stator teeth, the unequipped stator teeth having a circular cooling channel 18 1 include.

DE 198 51 439 A1 beschreibt einen Reluktanzmotor mit einer Kühlung des Ständers. 1 zeigt einen Ständer, bei dem am äußeren Umfang Zähne 4 angeordnet sind wodurch Nuten 5 gebildet sind. Der Ständer ist in einem Gehäuse 7 angeordnet. Das Gehäuse 7 dichtet die Nuten 5 ab, so dass die Nuten 5 Kanäle bilden. Bei einem Elektromotor mit Permanentmagneten bestückten Läufer besteht am Luftspalt zum Läufer immer noch eine hohe Wärmeentwicklung, wodurch ein Wirkungsgrad des Elektromotors reduziert wird durch Feldschwächung der Permanentmagnete. DE 198 51 439 A1 describes a reluctance motor with a cooling of the stator. 1 shows a stator in which teeth 4 are arranged on the outer circumference, whereby grooves 5 are formed. The stand is arranged in a housing 7. The housing 7 seals the grooves 5 so that the grooves 5 form channels. In the case of an electric motor equipped with permanent magnets, there is still a high level of heat development at the air gap to the rotor, which reduces the efficiency of the electric motor due to the field weakening of the permanent magnets.

Bei der 2 sind Kühlungskanäle 12 in den Ständerzähnen 3 vorgesehen. Da Spulen von Wicklungssträngen jeweils einen Ständerzahn umschlingen, ist eine Kühlung über die Kühlungskanäle 12 mit Problemen behaftet, wobei außerdem noch ein Wirkungsgrad des Elektromotors beeinträchtigt wird durch Feldschwächung an den Ständerzähnen 3.In the 2 cooling channels 12 are provided in the stator teeth 3. Since coils of winding strands each loop around a stator tooth, cooling via the cooling channels 12 is afflicted with problems, and the efficiency of the electric motor is also impaired by field weakening at the stator teeth 3.

Des weiteren sind Nasen 14 zwischen den Ständerzähnen 3 vorgesehen, die jeweils einen Kühlungskanal 12 aufweisen. Bei einer solche Anordnung ist ein formschlüssiger Anschluss an die Spulen der Wicklungsstränge nicht vorhanden und außerdem bilden diese Nasen 14 keine unbestückten Ständerzähne und sind somit keine Hilfspole.Furthermore, noses 14 are provided between the stator teeth 3, each of which has a cooling channel 12. In such an arrangement, there is no positive connection to the coils of the winding phases and, moreover, these lugs 14 do not form any unequipped stator teeth and are therefore not auxiliary poles.

Des weiteren wird vorgeschlagen ein Rohr 13 in einer Dreiecksform zwischen den Ständerzähnen 3 anzuordnen, auch bei dieser Lösung ist ein formschlüssiger Anschluss an die Spulen der Wicklungsstränge nicht vorhanden.Furthermore, it is proposed to arrange a tube 13 in a triangular shape between the stator teeth 3; in this solution, too, there is no positive connection to the coils of the winding phases.

DE 10 2004 061 617 A1 beschreibt einen Läufer für eine permanentmagneterregte elektrische Maschine in Innenläuferbauart, welche ein aus Blechlamellen gebildetes kreisförmiges Blechpaket umfasst, an dessen Außenumfangsfläche eine Mehrzahl offener Aussparungen zur Aufnahme von Magnetelementen ausgeführt ist. Jede Aussparung weist zwei in Umfangsrichtung gegenüberliegende, einander nach radial außen zugeneigte Halteflächen auf, an denen ein Magnetelement mit dazu korrespondierend ausgeführten Schrägflächen anliegt, wobei vorgesehen ist, dass ein Magnetelement ausschließlich durch dessen Anlage an den Halteflächen des Blechpakets an dessen Position gehalten wird und wobei die Verbindung von Magnetelement und Blechpaket selbsthemmend ausgeführt ist.
Die Magnetelemente sind trapezförmig ausgebildet, wobei eine kleinere Magnetfläche zum Luftspalt gerichtet ist und eine größere Magnetfläche zur Welle gerichtet ist. DE 10 2004 061 617 A1 describes a rotor for a permanent magnet-excited electrical machine of internal rotor design, which comprises a circular laminated core formed from sheet metal lamellas, on the outer circumferential surface of which a plurality of open recesses for receiving magnet elements is made. Each recess has two circumferentially opposite holding surfaces, inclined radially outwards, on which a magnetic element with correspondingly designed inclined surfaces rests, whereby it is provided that a magnetic element is held in its position solely by its contact with the holding surfaces of the laminated core and wherein the connection between the magnetic element and the laminated core is self-locking.
The magnetic elements are trapezoidal, with a smaller magnetic surface facing the air gap and a larger magnetic surface facing the shaft.

US 2007/0024141 A1 zeigt einen Permanentmagnetläufer für eine bürstenlose elektrische Maschine. Die Läuferwelle 2 dient als Träger für einen Kunststoffkäfig 5, in welchen in Axialrichtung ein Rückschlussring 4 sowie Permanentmagnete 6 eingeschoben sind. Der Kunststoffkäfig 5 enthält eine Vielzahl von in Radialrichtung nach außen abstehenden Stegen 10, die zusammen mit weiteren Bestandteilen des Kunststoffkäfigs schwalbenschwanzförmige Aufnahmen 7 für die Permanentmagnete 6 bilden.
Aus der vergrößerten Darstellung der 1b ist ersichtlich, dass die im Kunststoffkäfig 5 vorgesehenen Aufnahmen 7 schwalbenschwanzförmig geformt sind und dass in diese Aufnahmen geschobenen Permanentmagnete 6 derart trapezförmig geformt sind, dass sie passgenau in die Aufnahmen eingesetzt werden können. US 2007/0024141 A1 shows a permanent magnet rotor for a brushless electrical machine. The rotor shaft 2 serves as a carrier for a plastic cage 5, into which a return ring 4 and permanent magnets 6 are inserted in the axial direction. The plastic cage 5 contains a multiplicity of webs 10 which protrude outward in the radial direction and which, together with further components of the plastic cage, form dovetail-shaped receptacles 7 for the permanent magnets 6.
From the enlarged view of the 1b it can be seen that the receptacles 7 provided in the plastic cage 5 are dovetail-shaped and that permanent magnets 6 pushed into these receptacles are shaped trapezoidally in such a way that they can be inserted precisely into the receptacles.

Bisherige Lösungen für einen Elektromotor, der beispielsweise für Elektrofahrzeuge zum Einsatz kommt, haben erhebliche Probleme in Bezug eines hohen Wirkungsgrades bei einer hohen Drehzahlspreizung, von einer hohen Drehzahl bis hin zu einer niedrigen Drehzahl bei einer gleichen anliegenden Nennlast an einer Welle des Elektromotors und haben erhebliche Probleme mit einer hohen Erwärmung des Elektromotors während eines Betriebes bei einer hohen Beanspruchung des Elektromotors.Previous solutions for an electric motor, which is used, for example, for electric vehicles, have considerable problems with regard to a high degree of efficiency with a high speed spread, from a high speed to a low speed with the same nominal load applied to a shaft of the electric motor, and have considerable problems Problems with high heating of the electric motor during operation when the electric motor is under high stress.

Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, einen Elektromotor mit einem hohen Wirkungsgrad bei einer hohen Drehzahlspreizung und bei einer hohen Überlastbarkeit mit einer niedrigen Erwärmung des Elektromotors zu realisieren, der im Besonderen bei Elektrofahrzeugen zum Einsatz kommt.
Hier setzt die Erfindung ein, und es liegt ihr die Aufgabe zugrunde, eine Lösung für einen Elektromotor zu schaffen, womit ein hoher Wirkungsgrad bei einer hohen Drehzahlspreizung erzielt wird, von einer hohen Drehzahl bis hin zu einer niedrigen Drehzahl bei einer gleichen anliegenden Nennlast an einer Welle des Elektromotors, und womit bei einer hohen Beanspruchung des Elektromotors während eines Betriebes, eine Erwärmung des Elektromotors deutlich reduziert ist.The invention is based on the idea of an electric motor with a high efficiency with a high speed spread and with a high overload capacity with a low heating of the To realize electric motor, which is used in particular in electric vehicles.
This is where the invention comes in, and it is based on the object of creating a solution for an electric motor with which a high degree of efficiency is achieved with a high speed spread, from a high speed to a low speed with the same nominal load applied to one Shaft of the electric motor, and with which, when the electric motor is under high stress during operation, heating of the electric motor is significantly reduced.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Hauptanspruchs 1 und den nebengeordneten Patentansprüchen 2 bis 4 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den übrigen Ansprüchen und der Beschreibung zu entnehmen.This object is achieved by the features of main claim 1 and the independent claims 2 to 4. Advantageous embodiments of the invention can be found in the remaining claims and the description.

Durch eine erfindungsgemäße spezielle Anordnung und Auslegung für einen elektronisch kommutierten Elektromotor bestehen die Vorteile im Besonderen darin, dass eine Lösung gefunden wurde, womit ein hoher Wirkungsgrad bei einer hohen Drehzahlspreizung erzielt wird, und womit bei einer hohen Beanspruchung des Elektromotors eine Erwärmung des Elektromotors deutlich reduziert ist.Due to a special arrangement and design according to the invention for an electronically commutated electric motor, the particular advantages are that a solution has been found with which a high degree of efficiency is achieved with a high speed spread, and which significantly reduces the heating of the electric motor when the electric motor is subjected to high loads is.

Eine Läuferstellung zum Ständer ist vorzugsweise über ein Drehwinkelgeber ermittelt, und eine Lageerkennung der Läuferstellung zum Ständer ist mit dem Drehwinkelgeber in einer Ausgabe von Gradwinkel an einen Controller einer Steuerelektronik durchgeführt, und ein Programm des Controllers legt jeweils einen Einschaltzeitpunkt für Wicklungsstränge zur Bestimmung von Läuferschritten in Gradwinkel fest, und variable Drehzahlen sind mit dem Drehwinkelgeber und dem Programm des Controllers einstellbar, wobei ein Einschaltzeitpunkt der Wicklungsstränge zur Bestimmung von Läuferschritten zu einer jeweiligen Drehzahl des Läufers entsprechend zurückverlegt oder vorverlegt ist, so daß bei jeder Drehzahl und jeder Läuferstellung ein optimales Drehmoment am Läufer anliegt und somit jeweils ein maximaler Wirkungsgrad erzielt ist.A rotor position to the stator is preferably determined via a rotary encoder, and a position detection of the rotor position to the stator is carried out with the rotary encoder in an output of degrees to a controller of a control electronics, and a program of the controller sets a switch-on time for winding phases to determine rotor steps Fixed degree angle, and variable speeds can be set with the rotary encoder and the program of the controller, with a switch-on time of the winding phases for determining rotor steps to a respective speed of the rotor is moved back or forward, so that an optimal torque at each speed and each rotor position Runner is applied and thus a maximum efficiency is achieved in each case.

Durch eine entsprechende Auslegung und Bemaßung des Ständers und des Läufers und einer Ansteuerung von Wicklungssträngen durch ein spezielles Programm des Controllers der Steuerelektronik wird ein hochdynamisch steuerbarer Lauf des Elektromotors mit einem hohen Wirkungsgrad erzielt, wobei ein Rastmoment des Läufers reduziert ist.By appropriately designing and dimensioning the stator and the rotor and activating the winding phases through a special program of the controller of the control electronics, a highly dynamic, controllable run of the electric motor with a high degree of efficiency is achieved, with a cogging torque of the rotor being reduced.

Ein solcher Elektromotor kommt zum Beispiel vorteilhaft bei Elektrofahrzeugen zum Einsatz, wo eine hohe Drehzahlspreizung bei einem hohen Wirkungsgrad besonders vorteilhaft ist, und ein Energieträger für den Elektromotor kann ein Akku sein oder der Energieträger ist Wasserstoff.Such an electric motor is advantageously used in electric vehicles, for example, where a high speed spread with a high degree of efficiency is particularly advantageous, and an energy carrier for the electric motor can be a battery or the energy carrier is hydrogen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:

  • 1 und 1a, 2 und 2a, 3 bis 3b in axialer Draufsicht schematische Darstellungen vom Ständer und Läufer der erfindungsgemäßen Elektromotoren,
  • 4 eine grafische Darstellung von einer Drehzahlspreizung in Bezug zum Wirkungsgrad des Elektromotors,
  • 5 in axialer Draufsicht eine schematische Darstellung vom Läufer eines Elektromotors,
  • 6 eine Einrichtung zur Ermittlung einer Läuferstellung,
  • 7 und 8 Schaltungsanordnungen einer elektronischen Steuereinrichtung zur Kommutierung von Wicklungssträngen der Elektromotoren.
The invention is explained in more detail below with reference to the drawing. It shows:
  • 1 and 1a , 2 and 2a , 3rd to 3b in an axial plan view, schematic representations of the stator and rotor of the electric motors according to the invention,
  • 4th a graphic representation of a speed spread in relation to the efficiency of the electric motor,
  • 5 an axial plan view of a schematic representation of the rotor of an electric motor,
  • 6th a device for determining a rotor position,
  • 7th and 8th Circuit arrangements of an electronic control device for commutating the winding phases of the electric motors.

1 zeigt in axialer Draufsicht eine Darstellung vom Ständer und Läufer eines Ausführungsbeispiels, die teilweise einen Stand der Technik wiedergibt. Der Ständer 1 weist acht Ständerzähne 2 mit Polhörner auf. Der Läufer 3 ist zwölfpolig ausgelegt, wobei zwölf Permanentmagnete 4 am Läuferumfang angeordnet sind, wobei eine Breite der Permanentmagnete einer Breite der Ständerzähne entspricht. 1 shows an axial plan view of a representation of the stator and rotor of an embodiment, which partially reflects a prior art. The stand 1 has eight stand teeth 2 with polar horns on. The runner 3rd is designed with twelve poles, with twelve permanent magnets 4th are arranged on the rotor circumference, wherein a width of the permanent magnets corresponds to a width of the stator teeth.

Ein Verhältnis von Ständerzähnen zu Permanentmagneten am Läufer beträgt 1 zu 1,5.The ratio of stator teeth to permanent magnets on the rotor is 1 to 1.5.

Zum Luftspalt 6 gerichtete Magnetfelder an den Ständerzähnen und an den Permanentmagneten sind durch N,S gekennzeichnet.To the air gap 6th Directed magnetic fields on the stator teeth and on the permanent magnets are indicated by N, S.

Am Ständer 1 ist eine zweisträngige Ständerwicklung mit den Wicklungssträngen A,B angeordnet, und jede Spule 5 der Wicklungsstränge umschlingt jeweils einen Ständerzahn, wobei eine jeweilige Spule eines Wicklungsstranges jeweils jeden zweiten Ständerzahn umschlingt.On the stand 1 a two-strand stator winding is arranged with the winding phases A, B, and each coil 5 each of the winding phases wraps around a stator tooth, with a respective coil of a winding phase wrapping around every second stator tooth.

Erfindungsgemäß sind die zwei Wicklungsstränge A,B während eines jeweiligen Läuferschrittes zeitgleich mit einem Strom beaufschlagt, wobei jeder Ständerzahn zeitgleich mit einem Magnetfeld beaufschlagt ist, und jeweils zwei nebeneinander liegende Ständerzähne bilden gleichnamige Magnetfelder N,N;S,S zueinander, hierbei liegt an jedem Permanentmagneten 4 am Läufer während eines jeweiligen Läuferschrittes zeitgleich ein Drehmoment an.According to the invention, a current is applied to the two winding phases A, B at the same time during a respective rotor step, with each stator tooth being acted upon by a magnetic field at the same time, and two adjacent stator teeth form magnetic fields N, N; S, S of the same name to one another, each of which is applied here Permanent magnets 4th a torque is applied to the rotor at the same time during each step of the rotor.

Ein solcher Elektromotor nach der 1 kann auch mit unbestückten Ständerzähnen und auch mit einem Läufer mit Läuferzähnen ausgebildet sein.Such an electric motor according to the 1 can also be designed with unequipped stator teeth and also with a rotor with rotor teeth.

1a zeigt einen solchen erfindungsgemäßen Elektromotor. Zwischen den vier bestückten Ständerzähnen 2' ist jeweils ein unbestückter Ständerzahn 8 angeordnet. Die unbestückten Ständerzähne können vorzugsweise mit jeweils einem Kühlungskanal o versehen sein, wobei die Kühlungskanäle kreisrund ausgebildet sind. Am Läufer 3' sind sechs Permanentmagnete 4 angeordnet und zwischen den Permanentmagneten befindet sich jeweils ein Läuferzahn 9. Eine Breite der Permanentmagnete entspricht einer Breite der bestückten Ständerzähne.
1a zeigt eine Läuferstellung wo ein Läuferschritt beendet wurde und ein weiterer Läuferschritt eingeleitet wurde, wobei der Wicklungsstrang A umgepolt wurde. Die Spulen eines Wicklungsstranges bilden jeweils ein S-Polfeld und ein N-Polfeld, oder bei einer höheren Anzahl von Ständerzähnen S-Polfelder und N-Polfelder. Während eines jeweiligen Läuferschrittes sind jeweils beide Wicklungsstränge A,B zeitgleich mit einem Strom beaufschlagt, und jeder bestückte Ständerzahn ist zeitgleich mit einem Magnetfeld beaufschlagt, und an jedem Permanentmagneten 4 am Läufer liegt zeitgleich ein Drehmoment an, und ein jeweiliger Läuferschritt beginnt bei einer Gegenüberstehung von gleichnamigen Magnetfeldern am Luftspalt. Die Wicklungsstränge A,B bilden an den Ständerzähnen jeweils gleichnamige Magnetfelder zueinander, wobei ein Teil dieser Magnetfelder sich jeweils über einen jeweiligen dazwischen liegenden unbestückten Ständerzahn 8 und über den Läufer schließt, wodurch ein weiteres Drehmoment in einer Drehrichtung des Läufers am Läufer anliegt. Am Anfang eines jeweiligen Läuferschrittes schließen sich Felder von am Luftspalt gegenüber liegenden gleichnamigen Polfeldern der mit einem Magnetfeld beaufschlagten Ständerzähnen und Felder der Permanentmagnete, die Felder an den Ständerzähnen über die Läuferzähne 9 und die Felder der Permanentmagnete über jeweils zwischen den mit einem gleichnamigen Magnetfeld beaufschlagten Ständerzähnen angeordneten unbestückten Ständerzahn. 1a shows such an electric motor according to the invention. Between the four equipped stand teeth 2 ' is always an empty one Stator tooth 8th arranged. The unequipped stator teeth can preferably each be provided with a cooling channel o, the cooling channels being circular. On the runner 3 ' are six permanent magnets 4th arranged and between the permanent magnets there is a rotor tooth 9 . A width of the permanent magnets corresponds to a width of the equipped stator teeth.
1a shows a rotor position where a rotor step was ended and a further rotor step was initiated, the polarity of phase winding A being reversed. The coils of a winding phase each form an S-pole field and an N-pole field, or if there is a higher number of stator teeth, S-pole fields and N-pole fields. During a respective rotor step, a current is applied to both winding phases A, B at the same time, and a magnetic field is applied to each equipped stator tooth at the same time, and to each permanent magnet 4th A torque is applied to the rotor at the same time, and a respective rotor step begins when magnetic fields of the same name are confronted at the air gap. The phases of the winding A, B form magnetic fields of the same name to one another on the stator teeth, some of these magnetic fields each being via a respective unequipped stator tooth lying in between 8th and closes via the rotor, whereby a further torque is applied to the rotor in one direction of rotation of the rotor. At the beginning of each rotor step, fields from opposite pole fields of the same name of the stator teeth, which are acted upon by a magnetic field, and fields of the permanent magnets close at the air gap, the fields on the stator teeth via the rotor teeth 9 and the fields of the permanent magnets via unequipped stator teeth each arranged between the stator teeth to which a magnetic field of the same name is applied.

Bei einer Anordnung von vier bestückten Ständerzähnen beträgt ein Läuferschritt 30°.With an arrangement of four equipped stator teeth, a rotor pitch is 30 °.

Damit eine gute Ableitung einer Wärmeentwicklung der Spulen 5 über die unbestückten Ständerzähne 8 erfolgen kann, ist jeweils zwischen den Spulen und den unbestückten Ständerzähnen formschlüssig ein wärmeableitendes Medium 10 angeordnet.So that a good dissipation of a heat development of the coils 5 about the unequipped stator teeth 8th can take place, there is a heat-dissipating medium in a form-fitting manner between the coils and the unequipped stator teeth 10 arranged.

2 zeigt in axialer Draufsicht eine Darstellung vom Ständer und Läufer eines Ausführungsbeispiels, die teilweise einen Stand der Technik wiedergibt. ein Verhältnis von Permanentmagneten am Läufer zu bestückten Ständerzähnen beträgt 1 zu 0,6. 2 shows an axial plan view of a representation of the stator and rotor of an embodiment, which partially reflects a prior art. a ratio of permanent magnets on the rotor to equipped stator teeth is 1 to 0.6.

Am Ständer 1" befinden sich sechs bestückte Ständerzähne 7 und erfindungsgemäß sechs unbestückte Ständerzähne 8' (Hilfspole) und am Läufer 12 sind zehn Permanentmagnete 4' angeordnet, wobei am Ständer eine dreisträngige Ständerwicklung mit den Wicklungssträngen a,b,c angeordnet ist. Spulen 5' der Wicklungsstränge a,b,c umschlingen jeweils einen Ständerzahn 7. Die Wicklungsstränge sind in einer Sternschaltung gehalten, und bei einem jeweiligen Läuferschritt sind erfindungsgemäß jeweils zwei Wicklungsstränge zeitgleich mit einem Strom beaufschlagt, und eine Polbildung an den Ständerzähnen ist mit S,S;N,N dargestellt.On the stand 1" there are six equipped stator teeth 7th and six unequipped stator teeth according to the invention 8th' (Auxiliary pole) and on the runner 12th are ten permanent magnets 4 ' arranged, wherein a three-strand stator winding with the winding phases a, b, c is arranged on the stator. Do the washing up 5 ' the winding phases a, b, c each loop around a stator tooth 7th . The winding phases are held in a star connection and, according to the invention, two winding phases are applied simultaneously with a current at each rotor step, and the formation of poles on the stator teeth is shown with S, S; N, N.

Eine maximale Energieausnutzung wird erzielt, wenn während eines Motorbetriebes ein jeweiliger Läuferschritt in den Bereichen der Permanentmagneten am Läufer erfolgt, wo ein maximales Drehmoment bei einem maximalen Wirkungsgrad zu erzielen ist. Dieses wird erreicht, wenn während eines Läuferschrittes zwei Wicklungsstränge mit einem Strom beaufschlagt sind, und unmittelbar nach einer auflaufenden Kante d in einem Bereich e ein jeweiliger Läuferschritt beginnt und vor einer auflaufenden Kante d im Bereich g zwischen einer Permanentmagnetfeldmitte f und der auflaufenden Kante d ein jeweiliger Läuferschritt endet.Maximum energy utilization is achieved if, during motor operation, a respective rotor step takes place in the areas of the permanent magnets on the rotor, where maximum torque can be achieved with maximum efficiency. This is achieved when a current is applied to two winding strands during a runner step, and a respective runner step begins immediately after an approaching edge d in an area e and before an approaching edge d in area g between a permanent magnetic field center f and the approaching edge d a each runner's step ends.

Während eines jeweiligen Läuferschrittes bilden erfindungsgemäße nebeneinander liegende bestückte Ständerzähne jeweils gleichnamige Magnetfelder zueinander, und ein Teil dieser Magnetfelder schließt sich jeweils über einen jeweiligen dazwischen liegenden unbestückten Ständerzahn 8' und über den Läufer, wodurch ein weiteres Drehmoment in einer Drehrichtung des Läufers am Läufer anliegt.During a respective rotor step, equipped stator teeth lying next to one another according to the invention each form magnetic fields of the same name to one another, and a part of these magnetic fields closes in each case via a respective unequipped stator tooth lying in between 8th' and via the rotor, whereby a further torque is applied to the rotor in one direction of rotation of the rotor.

Zur Ableitung einer Wärmeentwicklung der Spulen 5' über die unbestückten Ständerzähne, ist zwischen den Spulen und den unbestückten Ständerzähnen formschlüssig ein wärmeableitendes Medium 10 angeordnet.For dissipating heat from the coils 5 ' Via the unequipped stator teeth, a heat-dissipating medium is positively locked between the coils and the unequipped stator teeth 10 arranged.

2a zeigt eine Anordnung, wo unbestückte Ständerzähne 8" erfindungsgemäß jeweils einen kreisrunden Kühlungskanal o beinhalten, und zwischen den Permanentmagneten 4" am Läufer 11 ist jeweils ein Läuferzahn 9' vorhanden, und eine Breite der Permanentmagnete entspricht einer Breite der bestückten Ständerzähne. 2a shows an arrangement where bare stator teeth 8th" according to the invention each include a circular cooling channel o, and between the permanent magnets 4 " on the runner 11 is one rotor tooth each 9 ' present, and a width of the permanent magnets corresponds to a width of the assembled stator teeth.

Spulen eines Wicklungsstranges bilden jeweils ein S-Polfeld und ein N-Polfeld an den Ständerzähnen, oder bei einer höheren Anzahl von Ständerzähnen S-Polfelder und N-Polfelder.Coils of a winding phase each form an S-pole field and an N-pole field on the stator teeth, or if there is a higher number of stator teeth, S-pole fields and N-pole fields.

Während eines jeweiligen Läuferschrittes sind jeweils zwei Wicklungsstränge zeitgleich mit einem Strom beaufschlagt, und bei einem jeweiligen Läuferschritt bilden nebeneinander liegende bestückte Ständerzähne 7' jeweils gleichnamige Polfelder an den Ständerzähnen zum Luftspalt, wobei ein Teil dieser gleichnamigen Polfelder sich jeweils über einen jeweiligen dazwischen liegenden unbestückten Ständerzahn 8' und über den Läufer schließt, womit ein weiteres Drehmoment in einer Drehrichtung des Läufers am Läufer anliegt.During each rotor step, a current is applied to two winding phases at the same time, and with each rotor step, fitted stator teeth that lie next to one another are formed 7 ' Pole fields of the same name on the stator teeth to the air gap, with a part of these pole fields of the same name each extending over a respective unequipped stator tooth lying in between 8th' and about the runner includes with what further torque is applied to the rotor in one direction of rotation of the rotor.

2a zeigt eine Läuferstellung, wo der Wicklungsstrang b abgeschaltet wird und der Wicklungsstrang c mit einem Strom beaufschlagt wird, und nach dem Umschalten liegen sich gleichnamige Polfelder am Luftspalt der mit einem Magnetfeld beaufschlagten Ständerzähne und Permanentmagneten am Läufer gegenüber, wobei am Anfang eines jeweiligen Läuferschrittes sich die Felder an den Ständerzähnen jeweils über die Läuferzähne 9' schließen, und die Felder der Permanentmagnete sich über jeweils zwischen den mit einem gleichnamigen Magnetfeld beaufschlagten Ständerzähnen angeordneter unbestückter Ständerzahn schließen. 2a shows a rotor position where phase winding b is switched off and phase winding c is subjected to a current, and after switching over, pole fields of the same name are located at the air gap between the stator teeth and permanent magnets on the rotor that are subjected to a magnetic field, with the Fields on the stator teeth above the rotor teeth 9 ' close, and the fields of the permanent magnets close over each unequipped stator tooth arranged between the stator teeth acted upon by a magnetic field of the same name.

Damit eine gute Ableitung einer Wärmeentwicklung der Spulen 5' über die unbestückten Ständerzähne 8" erfolgen kann, ist zwischen den Spulen und den unbestückten Ständerzähnen formschlüssig ein wärmeableitendes Medium 10 angeordnet.So that a good dissipation of heat from the coils 5 ' about the unequipped stator teeth 8th" can take place, there is a heat-dissipating medium between the coils and the unequipped stator teeth in a form-fitting manner 10 arranged.

3 zeigt ein Verhältnis von Permanentmagneten am Läufer zu bestückten Ständerzähnen von 1 zu 0,75. 3rd shows a ratio of permanent magnets on the rotor to equipped stator teeth of 1 to 0.75.

Zwischen den bestückten Ständerzähnen 14 ist jeweils ein unbestückter Ständerzahn 15 (Hilfspol) angeordnet, und zwischen den Permanentmagneten 4 am Läufer ist jeweils ein Läuferzahn 17 vorhanden. Am Ständer ist eine dreisträngige Ständerwicklung mit den Wicklungssträngen A,B,C angeordnet. Die Wicklungsstränge können in einer Sternschaltung ausgelegt sein oder die Wicklungsstränge werden einzeln mit einem Strom beaufschlagt.Between the assembled stand teeth 14th is an unequipped stator tooth 15th (Auxiliary pole) arranged, and between the permanent magnets 4th there is one rotor tooth on each rotor 17th available. A three-strand stator winding with the winding phases A, B, C is arranged on the stator. The winding phases can be designed in a star connection or the winding phases are individually supplied with a current.

Eine Breite eines Permanentmagneten 4 am Läufer entspricht einer Breite eines bestückten Ständerzahns 14, wobei eine Breite eines Permanentmagneten auch kleiner oder größer gehalten werden kann wie eine Breite eines bestückten Ständerzahns. Eine Breite eines unbestückten Ständerzahns 15 ist kleiner gehalten wie eine Breite eines bestückten Ständerzahns 14 und eine Breite eines Läuferzahns 17 ist kleiner gehalten wie eine Breite eines unbestückten Ständerzahns 15.A width of a permanent magnet 4th on the rotor corresponds to the width of an equipped stator tooth 14th , whereby a width of a permanent magnet can also be kept smaller or larger than the width of an equipped stator tooth. One width of a bare stator tooth 15th is kept smaller than the width of an assembled stator tooth 14th and a width of a rotor tooth 17th is kept smaller than the width of an unequipped stator tooth 15th .

3 zeigt eine Läuferstellung, wo ein Läuferschritt halb beendet ist und die drei Wicklungsstränge A,B,C sind während eines jeweiligen Läuferschrittes zeitgleich mit einem Strom beaufschlagt. 3rd shows a rotor position where a rotor step is half finished and the three winding phases A, B, C have a current applied to them at the same time during a respective rotor step.

Während eines jeweiligen Läuferschrittes bilden zwei bestückte Ständerzähne jeweils gleichnamige Polfelder zueinander, wobei jeweils ein Teil dieser Polfelder sich über den jeweils dazwischen liegenden unbestückten Ständerzahn 15 und über den Läufer 16 schließt, und hierdurch liegt ein weiteres Drehmoment am Läufer an, wobei im Bereich 18 ein abstoßendes Drehmoment am Läufer anliegt und im Bereich 19 ein anziehendes Drehmoment am Läufer anliegt.During a respective rotor step, two equipped stator teeth each form pole fields of the same name to one another, with a part of these pole fields each extending over the unequipped stator tooth lying in between 15th and about the runner 16 closes, and as a result, a further torque is applied to the rotor, whereby in the area 18th a repulsive torque is applied to the rotor and in the area 19th an attractive torque is applied to the rotor.

3a zeigt eine Anordnung, wo die Spulen 26 auf die Ständerzähne 21 geschoben sind. Die bestückten Ständerzähne sind somit ohne Polhörner ausgebildet, und die unbestückten Ständerzähne 22 sind schmaler gehalten wie die bestückten Ständerzähne 21. Eine Breite der Permanentmagnete 23 entspricht einer Breite der bestückten Ständerzähne 21. 3a shows an arrangement where the coils 26th on the stand teeth 21 are pushed. The equipped stator teeth are thus designed without pole horns, and the unequipped stator teeth 22nd are kept narrower than the equipped stand teeth 21 . A width of the permanent magnets 23 corresponds to a width of the assembled stator teeth 21 .

Am Ständer 20 ist eine dreisträngige Ständerwicklung mit den Wicklungssträngen a',b',c' in einer Sternschaltung angeordnet, und Spulen 26 der Wicklungsstränge umschlingen jeweils einen Ständerzahn, wobei während eines jeweiligen Läuferschrittes jeweils zwei Wicklungsstränge mit einem Strom beaufschlagt sind.On the stand 20th is a three-strand stator winding with the winding phases a ', b', c 'arranged in a star connection, and coils 26th of the winding phases each loop around a stator tooth, with a current being applied to two winding phases during each rotor step.

Ein Läuferschritt wird beendet, wenn eine Mitte i vom auflaufenden Feld der Permanentmagnete eine auflaufende Kante h vom Feld der bestückten Ständerzähnen erreicht ist, und danach wird ein nächster Läuferschritt eingeleitet.A runner step is ended when a center i of the approaching field of the permanent magnets has reached an approaching edge h of the field of the equipped stator teeth, and then a next runner step is initiated.

3a zeigt eine solche Läuferstellung, wobei der Wicklungsstrang a' abgeschaltet wird und der Wicklungsstrang c' angeschaltet wird. 3a shows such a rotor position, the winding phase a 'is switched off and the winding phase c' is switched on.

Zwischen den Spulen 26 und den unbestückten Ständerzähnen 22 ist jeweils erfindungsgemäß formschlüssig ein wärmeableitendes Medium 10 angeordnet, wobei eine Wärmeentwicklung der Spulen 26 über das wärmeableitende Medium 10 und über die unbestückten Ständerzähne 22 zum Ständerrückschluss abgeleitet wird, und der Elektromotor wird über ein Gehäuse des Elektromotors gekühlt, somit hat ein solcher Elektromotor verhältnismäßig eine geringe Erwärmung zu den Permanentmagneten am Läufer. Die unbestückten Ständerzähne können auch jeweils einen Kühlungskanal beinhalten.Between the coils 26th and the bare stand teeth 22nd is in each case according to the invention a heat-dissipating medium in a form-fitting manner 10 arranged, with a heat development of the coils 26th via the heat-dissipating medium 10 and about the bare stand teeth 22nd is derived to the stator yoke, and the electric motor is cooled by a housing of the electric motor, so such an electric motor has relatively little heating to the permanent magnets on the rotor. The unequipped stator teeth can also each contain a cooling channel.

3b zeigt eine Ausführung, wo die unbestückten Ständerzähne 22' erfindungsgemäß einen kreisrunden Kühlungskanal mit einem Durchmesser von mindestens einer Breite der Spulen 25 aufweisen. Durch diese Kühlungskanäle o kann Kühlmittel durchfließen. Damit eine gute Ableitung einer Wärmeentwicklung der Spulen 25 der Wicklungsstränge a',b',c' zu den unbestückten Ständerzähnen 22' erfolgen kann, ist erfindungsgemäß zwischen den Spulen 25 und den unbestückten Ständerzähnen formschlüssig ein wärmeableitendes Medium 10 angeordnet. Womit eine effektive Kühlung der Spulen der Wicklungsstränge a',b',c' unmittelbar an den unbestückten Ständerzähnen gewährleitstet ist, und eine Erwärmung des Läufers und des Ständers auch bei einer hohen Belastung des Elektromotors verhältnismäßig gering ist, und somit ein hoher Wirkungsgrad auch bei einer hohen Belastung des Elektromotors vorhanden ist. 3b shows an embodiment where the unequipped stator teeth 22 ' according to the invention a circular cooling channel with a diameter of at least one width of the coils 25th exhibit. Coolant can flow through these cooling channels o. So that a good dissipation of heat from the coils 25th of the winding phases a ', b', c 'to the unequipped stator teeth 22 ' can take place is, according to the invention, between the coils 25th and the unequipped stator teeth form a heat-dissipating medium 10 arranged. This ensures effective cooling of the coils of the winding phases a ', b', c 'directly on the unequipped stator teeth, and heating of the rotor and the stator is relatively low even with a high load on the electric motor, and thus a high degree of efficiency is present even with a high load on the electric motor.

Am Läufer 27 sind Permanentmagnete 23' angeordnet und zwischen den Permanentmagneten befindet sich jeweils ein Läuferzahn 13. Eine Breite der Permanentmagnete am Läufer entspricht einer Breite der bestückten Ständerzähne 21', wobei eine Breite der Permanentmagnete vorzugsweise etwas breiter gehalten sein können wie eine Breite der bestückten Ständerzähne, wobei die Läuferzähne 13 etwas schmaler gehalten sind.On the runner 27 are permanent magnets 23 ' arranged and between the permanent magnets there is a rotor tooth 13th . A width of the permanent magnets on the rotor corresponds to a width of the equipped stator teeth 21 ' , wherein a width of the permanent magnets can preferably be kept somewhat wider than a width of the equipped stator teeth, the rotor teeth 13th are kept a little narrower.

Bei einer Anordnung von Läuferzähnen am Läufer sollten die Permanentmagnete des Läufers parallel zum Luftspalt verlaufen, und somit der Läufer kreisrund ausgebildet sein.With an arrangement of rotor teeth on the rotor, the permanent magnets of the rotor should run parallel to the air gap, and thus the rotor should be circular.

Ein höchstes Drehmoment wird erzielt unmittelbar nach einer genauen Gegenüberstehung von gleichnamigen Magnetfeldern der bestückten Ständerzähne und den Permanentmagneten am Läufer, und ein steiles Abfallen des Drehmomentes erfolgt bei Gegenüberstehung von ungleichnamigen Magnetfeldern am Luftspalt, und wird eine Permanentmagnetfeldmitte i hierbei überschritten fällt ein Drehmoment gegen Null ab.The highest torque is achieved immediately after the magnetic fields of the same name of the equipped stator teeth and the permanent magnets on the rotor are exactly opposite, and the torque drops sharply when opposing magnetic fields of the same name at the air gap, and if a permanent magnetic field center i is exceeded, the torque drops to zero .

3b zeigt eine Läuferstellung, wo der Wicklungsstrang a' abgeschaltet wird und der Wicklungsstrang c' mit einem Strom beaufschlagt wird und hierbei ein neuer Läuferschritt beginnt, und nach dem Umschalten liegen sich gleichnamige Polfelder am Luftspalt der mit einem Magnetfeld beaufschlagten Ständerzähne und Permanentmagneten am Läufer gegenüber, wobei am Anfang eines jeweiligen Läuferschrittes Felder an den Ständerzähnen sich jeweils über die Läuferzähne 13 schließen, und Felder der Permanentmagnete sich über jeweils zwischen den nebeneinander liegenden mit einem Magnetfeld beaufschlagten Ständerzähnen angeordneten unbestückten Ständerzahn schließen. 3b shows a rotor position where phase winding a 'is switched off and phase winding c' is subjected to a current and a new rotor step begins, and after switching over, pole fields of the same name are located at the air gap between the stator teeth and permanent magnets on the rotor, which are subjected to a magnetic field, where at the beginning of each rotor step, fields on the stator teeth are each over the rotor teeth 13th close, and fields of the permanent magnets close over unequipped stator teeth arranged between the adjacent stator teeth, which are acted upon by a magnetic field.

Ein Elektromotor nach den Figuren von 1 bis 3 zeichnet sich besonders dadurch aus, dass bei einer hohen Drehzahlspreizung, bei gleicher anliegender Nennlast, ein hoher Wirkungsgrad ab 90% erzielt wird, wobei der Elektromotor sowohl als Innenläufer als auch als Außenläufer ausgebildet sein kann, und die Systeme und Auslegungen sind untereinander kombinierbar und / oder austauschbar.An electric motor according to Figures 1 to 3 is particularly characterized in that with a high speed spread, with the same applied nominal load, a high efficiency from 90% is achieved, wherein the electric motor can be designed as an internal rotor as well as an external rotor, and the systems and designs can be combined and / or interchanged with one another.

4 zeigt eine grafische Darstellung von einer hohen Drehzahlspreizung der zuvor beschriebenen Elektromotoren. 4th shows a graphic representation of a high speed spread of the electric motors described above.

Ein Wirkungsgrad des Elektromotors zu einer Drehzahl des Elektromotors ist jeweils mit einer gleichen Nennlast an der Welle des Elektromotors ermittelt. Eine Nennlast ist die Last, bei der ein Elektromotor einen maximalen Wirkungsgrad erzielt, und bei der ein Elektromotor in Dauerbetrieb bei einer zulässigen Zuerwärmung betreibbar ist.An efficiency of the electric motor at a speed of the electric motor is determined in each case with the same nominal load on the shaft of the electric motor. A nominal load is the load at which an electric motor achieves maximum efficiency and at which an electric motor can be operated in continuous operation with a permissible additional heating.

Ein Bereich 42 kennzeichnet einen Bereich einer Drehzahlspreizung bei einem Wirkungsgrad ab 90%, und einen Bereich 43 kennzeichnet den Bereich wo bei einer niedrigen Drehzahl ein Wirkungsgrad von 90% beginnt, und ein Bereich 44 kennzeichnet den Bereich wo bei einer hohen Drehzahl ein Wirkungsgrad von 90% endet. Somit sind die zuvor beschriebenen Elektromotoren von einer niedrigen Drehzahl bis hin zu einer hohen Drehzahl bei einer gleichen anliegenden Nennlast mit einem hohen Wirkungsgrad betreibbar.An area 42 identifies a range of speed spread with an efficiency of 90% or more, and a range 43 denotes the area where an efficiency of 90% begins at a low speed, and an area 44 indicates the area where an efficiency of 90% ends at a high speed. Thus, the electric motors described above can be operated from a low speed up to a high speed with the same nominal load applied with a high degree of efficiency.

5 zeigt in axialer Draufsicht in schematischer Darstellung eine Ausführung vom Läufer der zuvor beschriebenen Elektromotoren. Die Permanentmagnete 51 sind in einer langgezogenen hexagonalen Form ausgebildet und besitzen hin zum Luftspalt an einer jeweiligen Breitseite 52 hin zur Mitte eines jeweiligen Permanentmagneten jeweils eine erste Abschrägung 53, und hin zur Welle 54 des Läufers jeweils eine zweite Abschrägung 55. 5 shows an axial plan view in a schematic representation of an embodiment of the rotor of the electric motors described above. The permanent magnets 51 are designed in an elongated hexagonal shape and have towards the air gap on a respective broad side 52 a first bevel in each case towards the center of a respective permanent magnet 53 , and towards the wave 54 of the runner each have a second bevel 55 .

Zur Aufnahme der Permanentmagnete am Läufer besitzt daher das Blechpaket des Läufers hin zum Luftspalt Aussparungen, womit die Permanentmagnete in das Blechpaket des Läufers versenkt sind. An den ersten Abschrägungen 53 der Permanentmagnete 51 zum Luftspalt liegt jeweils ein Läuferzahn 56 an, und durch die Anordnung eines jeweiligen Magnetfeldes der Permanentmagnete unmittelbar zum Luftspalt des Elektromotors und Anordnung vom Läuferzähnen zwischen den Permanentmagneten, wird bei einer gleichen anliegenden Nennlast ein hoher Wirkungsgrad bei einer hohen Drehzahlspreizung erzielt.To accommodate the permanent magnets on the rotor, the laminated core of the rotor therefore has recesses towards the air gap, so that the permanent magnets are sunk into the laminated core of the rotor. At the first bevels 53 the permanent magnets 51 There is a rotor tooth in each case to the air gap 56 on, and through the arrangement of a respective magnetic field of the permanent magnets directly to the air gap of the electric motor and arrangement of the rotor teeth between the permanent magnets, a high efficiency with a high speed spread is achieved with the same applied nominal load.

Damit bei einer Erwärmung des Läufers eine unterschiedliche Ausdehnung des Blechpaketes des Läufers und der Permanentmagnete ausgeglichen werden kann, sollten die Permanentmagnete in dem Bereich der ersten Abschrägungen 53 mit einer plastischen Beschichtung versehen sein und auf einer Rückseite 57 der Permanentmagnete mit einer plastischen Beschichtung versehen sein, wobei in dem Bereich der zweiten Abschrägungen 55 zwischen den Läuferzähnen und den Permanentmagneten ein entsprechender Abstand 58 vorhanden ist. Die Permanentmagnete werden seitlich längs zur Welle in die Aussparungen des Blechpaketes des Läufers mit einer Spannkraft zu den Abschrägungen der Läuferzähne zum Luftspalt eingeschoben.So that when the rotor heats up, a different expansion of the laminated core of the rotor and the permanent magnets can be compensated for, the permanent magnets should be in the area of the first bevels 53 be provided with a plastic coating and on a back 57 the permanent magnets can be provided with a plastic coating, with bevels in the area of the second 55 a corresponding distance between the rotor teeth and the permanent magnets 58 is available. The permanent magnets are pushed laterally along the shaft into the recesses of the laminated core of the rotor with a clamping force to the bevels of the rotor teeth to the air gap.

Zur Sicherung einer seitlichen Verschiebung der Permanentmagnete können vorteilhaft Spannteller zur Anwendung kommen, die auf die Welle 54 des Läufers gepresst werden.To secure a lateral displacement of the permanent magnets, clamping plates can advantageously be used, which are attached to the shaft 54 of the runner are pressed.

Damit ein hoher Wirkungsgrad ab 90% bei einer hohen Drehzahlspreizung, bei einer gleichen anliegenden Nennlast und bei einer hohen Überlastbarkeit des Elektromotors während eines Motorbetriebes, erzielt werden kann, und sind am Läufer Läuferzähne und sind am Ständer unbestückte Ständerzähne vorgesehen, so ist ein genauer Beginn und eine genaue Beendigung eines Läuferschrittes von größter Bedeutung.So that a high degree of efficiency from 90% can be achieved with a high speed spread, with the same nominal load and with a high overload capacity of the electric motor during motor operation, and if there are rotor teeth on the rotor and unequipped stator teeth on the stator, an exact start is required and accurate completion of a runner's step is of the utmost importance.

Eine sichere Lageerkennung der Läuferstellung zum Ständer wird vorzugsweise mit einer Winkelerfassungseinrichtung durchgeführt. Diese Einrichtung ermittelt eine Läuferstellung zum Ständer in Einergradschritten oder Halbgradschritten, und gibt diese Daten an einen Controller der Steuerelektronik, und die Einrichtung zur Ermittlung des Gradwinkels ist vorzugsweise ein dem Elektromotor und der Steuerelektronik zugeordneter Drehwinkelgeber einer besonderen Art.A reliable detection of the position of the rotor in relation to the stator is preferably carried out with an angle detection device. This device determines a rotor position to the stator in one-degree or half-degree steps, and sends this data to a controller of the control electronics, and the device for determining the degree angle is preferably a rotary encoder of a special type assigned to the electric motor and the control electronics.

In 6 ist eine solche Einrichtung schematisch dargestellt. Am Ende einer Welle des Elektromotors 28 befindet sich ein Permanentmagnet 29 mit einer zweipoligen diametralen Magnetisierung, dem ein Drehwinkelgeber IC 30 zur Ermittlung eines Gradwinkels einer Läuferstellung zum Ständer zugeordnet ist, und der Drehwinkelgeber 31 ist vorzugsweise von außen an ein Lagerschild des Elektromotors angeordnet, wobei der Permanentmagnet 29 auf ein Wellenende des Läufers oder an eine Halterung 32 am Wellenende befestigt ist, und der Permanentmagnet 29 mit der Halterung durch das Lagerschild 33 geführt ist.In 6th such a device is shown schematically. At the end of a shaft of the electric motor 28 there is a permanent magnet 29 with a two-pole diametrical magnetization to which a rotary encoder IC 30th is assigned to determine a degree angle of a rotor position to the stator, and the rotary encoder 31 is preferably arranged from the outside on a bearing plate of the electric motor, the permanent magnet 29 on a shaft end of the rotor or on a bracket 32 is attached to the shaft end, and the permanent magnet 29 with the bracket through the end shield 33 is led.

Das Drehwinkelgeber IC 30 ist vorzugsweise auf eine Leiterplatte 34 angeordnet, wobei die Leiterplatte am Boden einer Abdeckkappe 35 befestigt ist, und die flexible Leiterplatte ist vorteilhaft mit Steckanschlüssen 36 ausgebildet, die aus der Abdeckkappe rausgeführt sind, und die Abdeckkappe wird staubdicht an das Lagerschild des Elektromotors befestigt.The rotary encoder IC 30th is preferably on a circuit board 34 arranged, the circuit board at the bottom of a cover cap 35 is attached, and the flexible circuit board is advantageous with plug connections 36 formed, which are led out of the cap, and the cap is attached to the end shield of the electric motor in a dust-tight manner.

Der Drehwinkelgeber 31 kann auch im Elektromotor integriert sein.The rotary encoder 31 can also be integrated in the electric motor.

Bei Inbetriebnahme des Elektromotors ermittelt der Drehwinkelgeber den Gradwinkel der Läuferstellung zum Ständer, wobei für den betreffenden Läuferschritt die hierfür zuständigen Transistoren von Halbbrücken angesteuert werden, und nach dem Beenden des Läuferschrittes werden die nächstfolgenden Läuferschritte eingeleitet.When the electric motor is started up, the rotary encoder determines the angle of the rotor position to the stator, the transistors responsible for this being controlled by half bridges for the rotor step in question, and the next rotor steps are initiated after the rotor step has been completed.

Bei zunehmender Drehzahl des Elektromotors wird der Läufer in seiner Drehbewegung stetig schneller wie ein Aufbau eines Ständerfeldes für einen jeweiligen geschalteten Läuferschritt, dieser Zeitverzug wird einerseits durch den Elektromotor selbst verursacht und andererseits durch die Steuerelektronik, so daß ab einer bestimmten Drehzahl der Läufer in seiner Drehbewegung gebremst wird.As the speed of the electric motor increases, the rotor's rotary motion becomes steadily faster, like the build-up of a stator field for a respective switched rotor step, this time delay is caused on the one hand by the electric motor itself and on the other hand by the control electronics, so that from a certain speed the rotor starts rotating is braked.

Damit der Elektromotor bis hin zu einer hohen Drehzahl variabel betrieben werden kann, und ein maximaler Wirkungsgrad bei jeder Drehzahl erreicht wird ist es erforderlich, daß der Einschaltzeitpunkt der Wicklungsstränge für die Läuferschritte bei zunehmender und abnehmender Drehzahl des Läufers, stetig vorverlegt oder zurückverlegt wird.So that the electric motor can be operated variably up to a high speed, and maximum efficiency is achieved at every speed, it is necessary that the switch-on time of the winding phases for the rotor steps is continuously brought forward or backward with increasing and decreasing speed of the rotor.

Ein Zurückverlegen und Vorverlegen des Einschaltzeitpunktes für die Wicklungsstränge zur Bestimmung von Läuferschritten erfolgt während eines Motorbetriebes oder eines Bremsbetriebes mit einem Programm des Controllers der Steuerelektronik 38.The switch-on time for the winding phases to determine rotor steps is relocated back and forwarded during motor operation or braking operation with a program of the controller of the control electronics 38 .

Der zuvor beschriebene Drehwinkelgeber ermittelt jeweils den Gradwinkel der Läuferstellung zum Ständer und sendet den jeweiligen Gradwinkel zum Controller einer Steuerelektronik, oder der Controller ruft den jeweiligen Gradwinkel vom Drehwinkelgeber ab.The rotary encoder described above determines the degree angle of the rotor position to the stator and sends the respective degree angle to the controller of a control electronics, or the controller retrieves the respective degree angle from the rotary encoder.

Zur Festlegung von Gradwinkeln zur Bestimmung von Läuferschritten muß der Drehwinkelgeber kalibriert werden, damit der Permanentmagnet 29 an der Welle des Läufers und das Drehwinkelgeber-IC 30, zentriert zur Welle des Läufers, beliebig zueinander angeordnet werden kann.To define degree angles for determining rotor steps, the rotary encoder must be calibrated so that the permanent magnet 29 on the shaft of the rotor and the rotary encoder IC 30th , centered on the shaft of the rotor, can be arranged with respect to one another as desired.

Ein Programm des Controllers der Steuerelektronik ermittelt aus der Null-Grad-Stellung des Läufers einen Einschaltzeitpunkt der Wicklungsstränge für die Läuferschritte. Eine ermittelte Läuferstellung bei einer ausgerichteten Läuferstellung kann auch mit einer anderen Gradzahl wie mit Null-Grad festgelegt werden.A program of the controller of the control electronics determines a switch-on time of the winding phases for the rotor steps from the zero degree position of the rotor. A determined rotor position with an aligned rotor position can also be specified with a different number of degrees than with zero degrees.

Der Drehwinkelgeber ermittelt den Gradwinkel vorzugsweise in Einergradschritten, und das Programm des Controllers legt den Einschaltzeitpunkt für die Wicklungsstränge zur Bestimmung von Läuferschritten in Gradwinkel fest, und der Einschaltzeitpunkt wird vorzugsweise in Einergradschritten bei ansteigender und/oder abfallender Drehzahl, bezogen auf eine Null-Grad-Stellung des Läufers entsprechend vor- und/oder zurückverlegt, wobei eine Vorverlegung und/oder Zurückverlegung des Einschaltzeitpunktes für die Wicklungsstränge auch in weniger oder in mehr wie in Einergradschritten erfolgen kann, und somit die Ausgabe der Gradwinkel des Drehwinkelgebers größer oder kleiner wie Einergradschritte sein kann.The rotary encoder determines the degree angle preferably in steps of one degree, and the program of the controller defines the switch-on time for the winding phases to determine rotor steps in degree angles, and the switch-on time is preferably set in steps of one degree with increasing and / or decreasing speed, based on a zero degree Position of the rotor moved forwards and / or backwards accordingly, with the switch-on time for the winding phases being moved forward and / or backwards in less or more than one degree increments, and thus the output of the degree angle of the rotary encoder can be greater or smaller than one degree increments .

Für eine Einstellung einer variablen einstellbaren Drehzahl wird die Drehzahl des Läufers vorzugsweise mit dem Drehwinkelgeber ermittelt, und eine variable einstellbare Drehzahl wird mit dem Drehwinkelgeber über eine Zeiterfassung durchgeführt.For setting a variable, adjustable speed, the speed of the rotor is preferably determined with the rotary encoder, and a variable adjustable speed is carried out with the rotary encoder via time recording.

Die gewünschte Drehzahl wird entsprechend vorgegeben, und das Programm des Controllers der Steuerelektronik ermittelt über den Drehwinkelgeber eine vorhandene Drehzahl und vergleicht diese mit einer vorgegebenen Drehzahl. Bei Abweichung von der Solldrehzahl werden Transistoren von Halbbrücken oder Vollbrücken entsprechend über eine Pulsweitenmodulation angesteuert.The desired speed is specified accordingly, and the program of the controller of the control electronics determines an existing speed via the rotary encoder and compares this with a specified speed. If there is a deviation from the target speed, transistors of half bridges or full bridges are controlled accordingly via pulse width modulation.

Variable Drehzahlen werden üblicherweise mit einem Potentiometer eingestellt, indem mit dem Potentiometer die Pulsweite vorgegeben wird. Mit dem Potentiometer soll hier vorzugsweise Solldrehzahlen vorgegeben werden.Variable speeds are usually set with a potentiometer by specifying the pulse width with the potentiometer. The potentiometer should preferably be used to specify target speeds.

Zur Anlegung der Wicklungsstränge an eine Stromquelle ist dem Elektromotor eine entsprechende Schaltungsanordnung zugeordnet.A corresponding circuit arrangement is assigned to the electric motor in order to apply the winding phases to a current source.

7 zeigt eine Vollbrücke 37, in der ein Wicklungsstrang angeordnet ist, und der Vollbrücke ist eine Steuerelektronik 38 zugeordnet, und der Steuerelektronik ist dem Drehwinkelgeber 31 zugeordnet. 7th shows a full bridge 37 , in which a winding phase is arranged, and the full bridge is control electronics 38 assigned, and the control electronics is the rotary encoder 31 assigned.

Mit zwei Vollbrücken ist jede Schaltversion für zwei zeitgleich mit einem Strom beaufschlagten Wicklungssträngen durchführbar.With two full bridges, each switching version can be implemented for two winding phases that are simultaneously charged with a current.

8 zeigt drei Halbbrücken 37' mit drei Wicklungssträngen in einer Sternschaltung. 8th shows three half bridges 37 ' with three winding phases in a star connection.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Claims (10)

Anordnung und Auslegung für einen elektronisch kommutierten Elektromotor, mit einem Ständer mit Ständerzähnen und mit am Ständer angeordnete Spulen, wobei eine jeweilige Spule jeweils einen Ständerzahn umschlingt, und mit einem Läufer mit Permanentmagneten, wobei zwischen den Permanentmagneten jeweils ein Läuferzahn angeordnet ist, wobei • die Permanentmagnete des Läufers in einer langgezogenen hexagonalen Form ausgebildet sind und in ein Blechpaket des Läufers versenkt sind, wobei • die Permanentmagnete an den Breitseiten (52) hin zum Luftspalt jeweils eine erste Abschrägung (53) aufweisen und hin zur Welle (54) jeweils eine zweite Abschrägung (55) aufweisen, wobei • in einem Bereich der ersten Abschrägungen (53) die Permanentmagnete mit einer plastischen Beschichtung versehen sind und in einem Bereich einer Rückseite (57) der Permanentmagnete die Permanentmagnete mit einer plastischen Beschichtung versehen sind, wobei • die Permanentmagnete seitlich längs zur Welle (54) in einer jeweiligen Aussparung des Blechpaketes des Läufers mit den ersten Abschrägungen (53) mit einer Spannkraft zu den Abschrägungen der Läuferzähne (56) zum Luftspalt eingeschoben werden, wobei • die zweiten Abschrägungen (55) der Permanentmagnete beabstandet sind zu den Läuferzähnen, und zur Sicherung einer seitlichen Verschiebung der Permanentmagnete Spannteller auf die Welle (54) des Läufers gepresst sind.Arrangement and design for an electronically commutated electric motor, with a stator with stator teeth and with coils arranged on the stator, each coil wrapping around a stator tooth, and with a rotor with permanent magnets, a rotor tooth being arranged between the permanent magnets, whereby • the permanent magnets of the rotor are designed in an elongated hexagonal shape and are sunk into a laminated core of the rotor, wherein • the permanent magnets each have a first bevel (53) on the broad sides (52) towards the air gap and each have a second bevel (55) towards the shaft (54), wherein • the permanent magnets are provided with a plastic coating in an area of the first bevels (53) and the permanent magnets are provided with a plastic coating in an area of a rear side (57) of the permanent magnets, wherein • the permanent magnets are inserted laterally along the shaft (54) in a respective recess of the laminated core of the rotor with the first bevels (53) with a clamping force to the bevels of the rotor teeth (56) to the air gap, wherein • the second bevels (55) of the permanent magnets are spaced apart from the rotor teeth, and clamping plates are pressed onto the shaft (54) of the rotor to ensure lateral displacement of the permanent magnets. Anordnung und Auslegung für einen elektronisch kommutierten Elektromotor, mit einem Ständer (1') mit bestückten Ständerzähnen (2') und mit unbestückten Ständerzähnen (8) (Hilfspole) und mit einer zweisträngigen Ständerwicklung mit Wicklungssträngen (A,B), wobei eine jeweilige Spule (5) der Wicklungsstränge (A,B) jeweils einen Ständerzahn umschlingt, und mit am Ständer angeordnete Kühlungskanäle (o), und mit einem Läufer (3') mit Permanentmagneten (4) und Läuferzähne (9), wobei ein Verhältnis von bestückten Ständerzähnen zu Permanentmagneten am Läufer 1 zu 1,5 beträgt, wobei • zwischen den Spulen (5) und den unbestückten Ständerzähnen (8) formschlüssig ein wärmeableitendes Medium (10) angeordnet ist, wobei • unbestückte Ständerzähne (8) jeweils einen zum Luftspalt gerichteten kreisrunden Kühlungskanal (o) beinhalten, wobei • die Wicklungsstränge (A,B) während eines jeweiligen Läuferschrittes zeitgleich mit einem Strom beaufschlagt sind und jeder bestückte Ständerzahn zeitgleich mit einem Magnetfeld beaufschlagt ist und an jedem Permanentmagneten (4) am Läufer zeitgleich ein Drehmoment anliegt, wobei ein jeweiliger Läuferschritt bei einer Gegenüberstehung von gleichnamigen Magnetfeldern am Luftspalt beginnt, wobei • während eines jeweiligen Läuferschrittes an bestückten Ständerzähnen jeweils zwei gleichnamige nebeneinander liegende S-Polfelder gebildet sind und jeweils zwei gleichnamige nebeneinander liegende N-Polfelder gebildet sind, wobei • über den zwischen den jeweiligen mit einem gleichnamigen Magnetfeld beaufschlagten Ständerzähnen liegenden unbestückter Ständerzahn (8) und über den Läufer sich ein Teil der Magnetfelder von den mit einem gleichnamigen Magnetfeld beaufschlagten Ständerzähnen schließt.Arrangement and design for an electronically commutated electric motor, with a stator (1 ') with equipped stator teeth (2') and with unequipped stator teeth (8) (auxiliary poles) and with a two-strand stator winding with winding phases (A, B), with a respective coil (5) each of the winding phases (A, B) wraps around a stator tooth, and with cooling channels (o) arranged on the stator, and with a rotor (3 ') with permanent magnets (4) and rotor teeth (9), with a ratio of equipped stator teeth to permanent magnets on the rotor is 1 to 1.5, where • A heat-dissipating medium (10) is arranged in a form-fitting manner between the coils (5) and the unequipped stator teeth (8), wherein • unequipped stator teeth (8) each contain a circular cooling channel (o) directed towards the air gap, with • the winding strands (A, B) are simultaneously subjected to a current during a respective rotor step and each equipped stator tooth is simultaneously exposed to a magnetic field and a torque is applied to each permanent magnet (4) on the rotor at the same time, with a respective rotor step when facing magnetic fields of the same name at the air gap begins, whereby • During a respective rotor step on equipped stator teeth, two S-pole fields of the same name are formed next to one another and two N-pole fields of the same name are formed next to one another, with • Via the unequipped stator tooth (8) located between the respective stator teeth acted upon by a magnetic field of the same name and over the rotor, part of the magnetic fields from the stator teeth acted upon by a magnetic field of the same name closes. Anordnung und Auslegung für einen elektronisch kommutierten Elektromotor, mit einem Ständer (1") mit bestückten Ständerzähnen (7,7'), und mit unbestückten Ständerzähnen (8',8"), und mit am Ständer angeordnete Kühlungskanäle (o), und mit einer dreisträngigen Ständerwicklung mit Wicklungssträngen (a,b,c) in einer Sternschaltung, wobei eine jeweilige Spule (5') der Wicklungsstränge (a,b,c) jeweils einen Ständerzahn umschlingt, und mit einem Läufer (11,12) mit Permanentmagneten (4',4"), wobei ein Verhältnis von Permanentmagneten am Läufer zu bestückten Ständerzähnen 1 zu 0,6 beträgt, wobei • unbestückte Ständerzähne jeweils einen zum Luftspalt gerichteten kreisrunden Kühlungskanal (o) beinhalten, wobei • zwischen den Spulen (5') und den unbestückten Ständerzähnen (8',8") jeweils formschlüssig ein wärmeableitendes Medium (10) angeordnet ist, wobei • zwischen den Permanentmagneten (4") am Läufer (11) jeweils ein nicht mit einem Magnetfeld beaufschlagten Läuferzahn (9') angeordnet ist, wobei • die Wicklungsstränge (a,b,c) in einer Sternschaltung derart miteinander verbunden sind, dass während eines jeweiligen Läuferschrittes an bestückte Ständerzähne (7,7') jeweils zwei gleichnamige nebeneinander liegende S-Polfelder gebildet sind und jeweils zwei gleichnamige nebeneinander liegende N-Polfelder gebildet sind, wobei · während eines jeweiligen Läuferschrittes über einen jeweils zwischen den mit einem gleichnamigen Magnetfeld beaufschlagten Ständerzähnen liegenden unbestückter Ständerzahn (8',8") und über den Läufer sich ein Teil der Magnetfelder von den mit einem gleichnamigen Magnetfeld beaufschlagten Ständerzähnen schließt.Arrangement and design for an electronically commutated electric motor, with a stator (1 ") with equipped stator teeth (7,7 '), and with unequipped stator teeth (8', 8"), and with cooling channels arranged on the stator (o), and with a three-strand stator winding with winding phases (a, b, c) in a star connection, with a respective coil (5 ') of the winding phases (a, b, c) wrapping around a stator tooth, and with a rotor (11, 12) with permanent magnets ( 4 ', 4 "), a ratio of permanent magnets on the rotor to equipped stator teeth is 1 to 0.6, where • unequipped stator teeth each contain a circular cooling channel (o) directed towards the air gap, where • between the coils (5 ') and the unequipped stator teeth (8', 8 ") a heat-dissipating medium (10) is arranged in a form-fitting manner, wherein • a rotor tooth (9 ') that is not subjected to a magnetic field is arranged between the permanent magnets (4") on the rotor (11), wherein • the winding phases (a, b, c) are connected to one another in a star connection in such a way that, during a respective rotor step, two adjacent S-pole fields of the same name are formed on equipped stator teeth (7, 7 ') and two N-pole fields of the same name are formed next to one another, where during a respective rotor step over an unpopulated lying between the stator teeth acted upon by a magnetic field of the same name ter stator tooth (8 ', 8 ") and over the rotor part of the magnetic fields from the stator teeth, which are acted upon by a magnetic field of the same name, closes. Anordnung und Auslegung für einen elektronisch kommutierten Elektromotor, mit einem Ständer (20) mit bestückten Ständerzähnen (21,21') und mit unbestückten Ständerzähnen (22,22') (Hilfspole), und mit am Ständer angeordnete Kühlungskanäle (o), und mit einer in einer Sternschaltung gehaltenen dreisträngigen Ständerwicklung mit Wicklungssträngen (a',b',c') mit Spulen (25,26), wobei eine jeweilige Spule jeweils einen Ständerzahn umschlingt, und mit einem Läufer (24,27) mit Permanentmagneten (23,23'), wobei zwischen den Permanentmagneten am Läufer jeweils ein Läuferzahn (13) angeordnet ist, wobei ein Verhältnis von Permanentmagneten am Läufer zu bestückten Ständerzähnen 1 zu 0,75 beträgt, wobei • unbestückte Ständerzähne (22') jeweils einen zum Luftspalt gerichteten kreisrunden Kühlungskanal (o) beinhalten, wobei • zwischen den Spulen (25,26) und den unbestückten Ständerzähnen (22,22') formschlüssig jeweils ein wärmeableitendes Medium (10) angeordnet ist, wobei • eine Wärmeentwicklung der Spulen (25,26) über das wärmeableitende Medium (10) unmittelbar an den unbestückten Ständerzähnen (22') mit einem jeweiligen Kühlungskanal (o) reduziert wird, wobei • ein jeweiliger Läuferschritt bei einer Gegenüberstehung von gleichnamigen Magnetfeldern am Luftspalt beginnt, und am Anfang eines jeweiligen Läuferschrittes die Felder der mit einem Magnetfeld beaufschlagten Ständerzähne sich über die Läuferzähne (17') schließen, wobei • ein jeweiliger Läuferschritt beendet wird, wenn eine Mitte (i) vom auflaufenden Feld der Permanentmagnete am Läufer jeweils eine auflaufende Kante (h) von mit einem Magnetfeld beaufschlagten Ständerzähnen erreicht ist.Arrangement and design for an electronically commutated electric motor, with a stator (20) with equipped stator teeth (21,21 ') and with unequipped stator teeth (22,22') (auxiliary poles), and with cooling channels arranged on the stator (o), and with a three-strand stator winding held in a star connection with winding phases (a ', b', c ') with coils (25, 26), each coil wrapping around a stator tooth, and with a rotor (24, 27) with permanent magnets (23, 23 '), a rotor tooth (13) being arranged between the permanent magnets on the rotor, the ratio of permanent magnets on the rotor to equipped stator teeth being 1 to 0.75, with • unequipped stator teeth (22 ') each contain a circular cooling channel (o) directed towards the air gap, with • Between the coils (25,26) and the unequipped stator teeth (22,22 ') in each case a heat-dissipating medium (10) is arranged in a form-fitting manner, wherein A heat development of the coils (25, 26) via the heat-dissipating medium (10) directly on the unequipped stator teeth (22 ') with a respective cooling channel (o) is reduced, with • a respective rotor step begins when magnetic fields of the same name are confronted at the air gap, and at the beginning of each rotor step the fields of the stator teeth subjected to a magnetic field close over the rotor teeth (17 '), with • a respective runner step is ended when a center (i) of the rising field of the permanent magnets on the runner is reached in each case a rising edge (h) of stator teeth to which a magnetic field is applied. Elektronisch kommutierter Elektromotor nach Anspruch 4, wobei während eines Läuferschrittes drei Wicklungsstränge (A,B,C;a',b'c') zeitgleich mit einem Strom beaufschlagt sind und jeder bestückte Ständerzahn zeitgleich mit einem Magnetfeld beaufschlagt ist, wobei jeweils zwei nebeneinander liegende gleichnamige Polfelder an den Ständerzähnen gebildet sind und jeweils ein ungleichnamiges Polfeld an den Ständerzähnen gebildet ist, und über einen jeweils zwischen den mit einem gleichnamigen Magnetfeld beaufschlagten Ständerzähnen angeordneter unbestückter Ständerzahn und über den Läufer sich ein Teil der Magnetfelder von den mit einem gleichnamigen Magnetfeld beaufschlagten Ständerzähnen schließt, womit ein weiteres Drehmoment in einer Drehrichtung des Läufers am Läufer anliegt.Electronically commutated electric motor Claim 4 During a rotor step, a current is applied to three winding phases (A, B, C; a ', b'c') at the same time and a magnetic field is applied to each equipped stator tooth at the same time, whereby two adjacent pole fields of the same name are formed on the stator teeth and an unequipped pole field is formed on the stator teeth, and via an unequipped stator tooth arranged between the stator teeth acted upon by a magnetic field of the same name, and over the rotor, part of the magnetic fields from the stator teeth acted upon by a magnetic field of the same name closes, thus creating a further torque rests on the rotor in one direction of rotation of the rotor. Elektronisch kommutierter Elektromotor nach Anspruch 1 bis 5, wobei eine Weite zwischen den bestückten Ständerzähnen einer Breite der bestückten Ständerzähne entspricht, wobei eine Breite der Permanentmagnete am Läufer einer Breite der bestückten Ständerzähne entspricht, wobei bestückte Ständerzähne mit Polhörner oder ohne Polhörner ausgebildet sein können.Electronically commutated electric motor Claim 1 to 5 , wherein a width between the equipped stator teeth corresponds to a width of the equipped stator teeth, wherein a width of the permanent magnets on the rotor corresponds to a width of the equipped stator teeth, and equipped stator teeth can be designed with or without pole horns. Elektronisch kommutierter Elektromotor nach Anspruch 1 bis 6, wobei eine Anzahl von Permanentmagneten am Läufer und eine Anzahl von bestückten Ständerzähnen nicht begrenzt ist, wenn diese Anzahl einem Verhältnis von 1 zu 0,75 oder von 1 zu 0,6 oder von 1,5 zu 1 entspricht, und der Ständer vorzugsweise mit unbestückten Ständerzähnen (Hilfspole) ausgebildet ist, und der Läufer mit Läuferzähnen ausgebildet ist.Electronically commutated electric motor Claim 1 to 6th , a number of permanent magnets on the rotor and a number of equipped stator teeth is not limited if this number corresponds to a ratio of 1 to 0.75 or from 1 to 0.6 or from 1.5 to 1, and the stator preferably with unequipped stator teeth (auxiliary poles) is formed, and the rotor is formed with rotor teeth. Elektronisch kommutierter Elektromotor nach Anspruch 1 bis 7, wobei der Elektromotor einen hohen Wirkungsgrad bei einer hohen Drehzahlspreizung in einem Bereich (42) von einer niedrigen Drehzahl (43) bis hin zu einer hohen Drehzahl (44) aufweist.Electronically commutated electric motor Claim 1 to 7th , wherein the electric motor has a high efficiency with a high speed spread in a range (42) from a low speed (43) to a high speed (44). Elektronisch kommutierter Elektromotor nach Anspruch 1 bis 8, wobei ein genauer Beginn und eine genaue Beendigung eines Läuferschrittes mit einer Winkelerfassungseinrichtung durchgeführt ist, und diese Einrichtung ermittelt eine Läuferstellung zum Ständer in Einergradschritten oder in Halbegradschritten, und die Winkelerfassungseinrichtung zur Ermittelung des Gradwinkels ist ein dem Elektromotor und der Steuerelektronik zugeordneter Drehwinkelgeber (31) einer besonderen Art, wobei am Ende einer Welle des Läufers ein Permanentmagnet (29) mit einer zweipoligen diametralen Magnetisierung angeordnet ist, und dem Permanentmagneten (29) ist ein Drehwinkelgeber-IC (30) zur Ermittlung eines Gradwinkels einer Läuferstellung zum Ständer zugeordnet.Electronically commutated electric motor Claim 1 to 8th An exact start and an exact end of a rotor step is carried out with an angle detection device, and this device determines a rotor position relative to the stator in steps of one degree or in half-degree steps, and the angle detection device for determining the degree angle is a rotary encoder (31) assigned to the electric motor and the control electronics of a special type, a permanent magnet (29) with a two-pole diametrical magnetization being arranged at the end of a shaft of the rotor, and a rotary encoder IC (30) for determining a degree angle of a rotor position to the stator is assigned to the permanent magnet (29). Elektronisch kommutierter Elektromotor nach Anspruch 9, wobei eine Drehzahl des Läufers mit dem Drehwinkelgeber (31) ermittelt wird, und eine variable einstellbare Drehzahl mit dem Drehwinkelgeber (31) über eine Zeiterfassung durchgeführt wird.Electronically commutated electric motor Claim 9 , wherein a speed of the rotor is determined with the rotary encoder (31), and a variable, adjustable speed is carried out with the rotary encoder (31) via a time recording.
DE102020006001.3A 2019-11-28 2020-10-01 Electronically commutated electric motor Ceased DE102020006001A1 (en)

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