DE102020202526A1

DE102020202526A1 - Motor, insbesondere elektronisch kommutierter Motor

Info

Publication number: DE102020202526A1
Application number: DE102020202526.6A
Authority: DE
Inventors: Artem Babajanyan
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-02-27
Filing date: 2020-02-27
Publication date: 2021-09-02

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Motor (12), insbesondere elektronisch kommutierter Motor (12), mit einem Stator (14) und einem, insbesondere um den Stator (14), drehbeweglichen Rotor (16), wobei der Rotor (16) einen oder mehrere Permanentmagnete aufweist und wobei der Stator (14) mit Wicklungen (20) versehene Statorzähne (22) aufweist, die jeweils einen Zahnkopf (24) aufweisen, der dem Rotor (16) zugewandt ist, und wobei ein Luftspalt (26) zwischen dem jeweiligen Zahnkopf (24) und dem Rotor (16) verbleibt.Es wird vorgeschlagen,dass der Zahnkopf (24) so geformt ist, dass der Luftspalt (26) über eine Umfangslänge variiert, und/oderdass die Permanentmagnete als Teilmagnetsegmente (52) ausgebildet sind, und/oderdass der Permanentmagnet oder die Permanentmagnete eine Schrägung (58) in ihrer Magnetisierung aufweisen,wobei mindestens zwei der genannten Maßnahmen realisiert sind.Die Erfindung betrifft auch ein Motorkühlgebläse (10) mit einem Motor (12).

Description

Die Erfindung betrifft einen Motor, insbesondere einen elektronisch kommutierten Motor, mit einem Stator und einem um den Stator drehbeweglichen Rotor, wobei der Rotor einen oder mehrere Permanentmagnete aufweist und wobei der Stator mit Wicklungen versehene Statorzähne aufweist, die jeweils einen Zahnkopf aufweisen, der dem Rotor zugewandt ist, und wobei ein Luftspalt zwischen dem jeweiligen Zahnkopf und dem Rotor verbleibt.
Stand der Technik
Es sind schon solche Motoren bekannt, die zum Zwecke einer Reduktion von Vibrationen verschiedene Maßnahmen zur Optimierung vorschlagen. Mit der DE102015011340A1 ist es bekannt geworden, den Radius der Zahnköpfe kleiner zu wählen als der Außenradius der Zahnköpfe. Die WO99/63646 oder die WO2017/097539 schlagen vor, den Permanentmagneten als Teilsegmente oder Magnetsegmentpaare vorzusehen, die die Segmentlücken minimieren und die einen kostengünstigen Aufbau ermöglichen. In der Dissertation von Cravero, „Entwurf, Auslegung und Betriebsverhalten von dauermagneterregten bürstenlosen Motoren kleiner Leistung", 1977, wird vorgeschlagen, um ein Nutrastmoment zu unterdrücken, entweder den Stator oder das Erregersystem, also die Magnete, zu schrägen.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen auf die Verringerung des Rastmoments und der Drehmomentwelligkeit optimierten Motor bereitzustellen.
Beschreibung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen Motor gelöst, der sich dadurch auszeichnet, dass der Zahnkopf so geformt ist, dass der Luftspalt über eine Umfangslänge variiert, und/oder dass die Permanentmagnete als Teilmagnetsegmente ausgebildet sind, und/oder dass der Permanentmagnet oder die Permanentmagnete eine Schrägung in ihrer Magnetisierung aufweisen, wobei mindestens zwei der genannten Maßnahmen realisiert sind. Durch diese Maßnahmen verringert sich nicht nur die Drehmomentwelligkeit es wird darüber hinaus eine Toleranzrobustheit gesteigert, was sich insbesondere im Fertigungsprozess positiv bemerkbar macht.
Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen des Motors nach dem Hauptanspruch möglich. So ist es von Vorteil, wenn der Zahnkopf ein Kreissegment mit einem Radius R bildet, dessen Umfangsfläche dem Rotor zugewandt ist und wenn der Radius R kleiner ist als ein Innenradius des Rotors abzüglich des Luftspalts. Bevorzugt kann der Radius R so bemessen sein, dass der Luftspalt von einem Minimalwert Lmin zu einem Maximalwert Lmax zunimmt und dass das Verhältnis von Minimalwert Lmin zu Maximalwert Lmax in einem Bereich zwischen 2,1 und 2,2 liegt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Verhältnis einer Nutöffnung zwischen benachbarten Zahnköpfen zu der Größe des Minimalwertes des Luftspaltes Lmin im Bereich 5,2 bis 5.5 liegend, wenn der Zahnkopf eine Zahnkopfhöhe von 0,9 mm bis zu 1,0 mm aufweist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform beträgt der Luftspalt bei konstanter Zahnkopfhöhe zwischen 0,7 mm und 1,0 mm.
Einen kostengünstigen Aufbau erhält man, wenn die Permanentmagnete als Teilmagnetsegmente ausgebildet sind und deren Abstand zueinander kleiner oder gleich 1 mm ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform liegt die Schrägung, in der Größe einer halben Nutteilung, welche abhängig von Zahn- und Polzahl der Maschine ist und entsprechend der Anforderungen der Reduzierungen der Hauptordnungen des Rastmoments festgelegt wird.
Die Erfindung betrifft auch ein Motorkühlgebläse mit einem erfindungsgemäßen Motor.
Figurenliste
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele und Teile des erfindungsgemäßen Motors dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

1 schematisch ein Blick in einen Motor eines Motorkühlungsantriebs,
2 die Verhältnisse an einem Zahnkopf und
3 ein geschränktes Teilmagnetsegment.

Beschreibung
In 1 ist im Schnitt ein Motorkühlgebläse 10 mit einem Motor 12 schematisch und nicht maßstäblich dargestellt. Der Motor 12 weist einen Stator 14 sowie einen um den Stator rotierbaren Rotor 16 auf. Am Rotor 16 sind Lüfterflügel 18 befestigt, die über den Umfang verteilt angeordnet sind, von denen aber lediglich zwei dargestellt sind.
Der Stator 14 weist mit Wicklungen 20 versehene Statorzähne 22 auf, die ihrerseits jeweils einen Zahnkopf 24 aufweisen. Jeder Zahnkopf 24 ist dem Rotor 16 zugewandt, wobei ein Luftspalt 26 zwischen dem jeweiligen Zahnkopf 24 und dem Rotor 16 verbleibt.
2 zeigt schematisch einen Statorzahn 22 mit seinem Zahnkopf 24. Der Kreisumfang 28 beschreibt die, die Zahnköpfe 24 einhüllende Linie. Der Außendurchmesser des Stators 14 besitzt danach einen Radius RS, der in 2 mit der Bezugszahl 30 versehen ist. Der Rotor 16 weist einen Innendurchmesser auf, dessen Radius RR in 2 mit der Bezugs 38 versehen ist. Da zwischen dem Rotor 16 und dem Stator 14 der Luftspalt 26 verbleibt, ist ersichtlich, dass der Radius RS des Stators 14 um die Dicke des Luftspalts 26 kleiner ist als der Radius RR des Rotors 16.
Der Zahnkopf 24 bildet ein Kreissegment 32 mit einem Radius R, der in der 2 mit der Bezugszahl 34 versehen ist. Die durch den Radius R gebildete Umfangfläche 36 ist damit dem Rotor 16 zugewandt.
Erfindungsgemäß ist der Statorkopf 24 an seiner Umfangsfläche 36 so geformt, dass der Luftspalt 26 über eine Umfangslänge der Umfangfläche 36 variiert. Im Ausführungsbeispiel ist der Radius R des Kreissegments 32 kleiner gewählt als der Radius RR des Rotors abzüglich des Luftspalts 26. Damit verläuft die Verformung des Zahnkopfes 24 von mit mittiger Zahnachse zu einem zum jeweiligen Zahnkopfende nach einem bestimmten Radius R für jede Zahnkopfseite. Die Umfangsfläche 36 weicht damit um die Größe DL, in der Zeichnung mit dem Bezugszeichen 40 versehen, vom Kreisumfang 28 ab. Der Luftspalt 26 hat damit seine minimale Dicke Lmin, in 2 mit der Bezugszahl 42 versehen, in der Mitte des Kreissegmenten 32 und nimmt auf einen maximalen Wert Lmax, in der 2 mit der Bezugszahl 44 versehen, an den beiden äußeren Enden des Kreissegments 32 zu.
Idealerweise ist der Radius R des Zahnsegments 32 so bemessen, dass der Luftspalt 26 so von einem Minimalwert Lmin 42 zu einem Maximalwert Lmax 44 zunimmt, dass das Verhältnis von Minimalwert Lmin 42 zum Maximalwert Lmax 44 in einem Bereich zwischen 2,1 und 2,2 liegt. Es gilt:

2,1 größer gleich Lmin / Lmax kleiner gleich 2,2

In einer bevorzugten Ausführung beträgt der minimale Abstand Lmin 0,75 mm und die Größe DL 0,83 mm. Der Luftspalt 26 nimmt damit von Lmin = 0,75 mm auf Lmax = 1,58 mm zu. Das Verhältnis von Lmax zu Lmin beträgt dann 2,11.
Die Größe des Verhältnisses von Minimalwert Lmin 42 zum Maximalwert Lmax 44 hängt des Weiteren ab vom Abstand Azk 46 zwischen zwei Statorköpfen 24, auch Nutöffnungen genannt, und der Höhe Hzk 48 des Zahnkopfes 24. Das Verhältnis kann auch über die Höhe des Zahnkopfes 24 an der jeweiligen Seite, auch Zahnkopftipp 49 genannt, optimiert werden.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt das Verhältnis von Minimalwert Lmin 44 zu der Größe des Abstandes Akz 46 einer Nutöffnung zwischen benachbarten Zahnköpfen 24 ungefähr 5,2. Dies gilt insbesondere dann, wenn der Zahnkopf 24 eine konstante Zahnkopfhöhe Hzk von 0,9 mm bis 1,0 mm aufweist.
Wie in 1 zu erkennen ist, weist der Rotor 16 einen Magnetring 50 auf, der aus Permanentmagneten besteht, die als Teilmagnetsegmente 52 ausgebildet sind. Die Teilmagnetsegmente 52 sind zueinander mit einem Abstand Atm 54 angeordnet. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Abstand Atm kleiner oder gleich 1 mm.
In 3 ist ein isoliertes Teilmagnetsegment 52 in einer Ansicht entsprechend des Pfeils 56 dargestellt. Es ist die Richtung der Magnetisierung eingezeichnet, die eine Schrägung 58 unter einem Winkel 60 zu einer Längserstreckung des Teilmagnetsegments 52 aufweist. Die Schrägung 58 ist dabei so groß, dass der Winkel 60 eine Größe einnimmt, die ungefähr einer halben Nutteilung Nt, in 1 mit der Bezugszahl 62 versehen, entspricht. Die Nutteilung Nt. bei solchen Motoren beträgt 360° geteilt durch die Anzahl der Statorzähne 22.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt die Schrägung ungefähr 15°, was einer halben Nutteilung Nt entspricht.
Eine weitere Verbesserung der Drehmomentwelligkeit kann erreicht werden, wenn die Teilmagnetsegmente 52 des Rotors 16 polschuhförmig ausgestaltet sind. Eine diesbezügliche Formgebung wird dabei iterativ gefunden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102015011340 A1 [0002]
WO 9963646 A [0002]
WO 2017097539 [0002]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Dissertation von Cravero, „Entwurf, Auslegung und Betriebsverhalten von dauermagneterregten bürstenlosen Motoren kleiner Leistung“, 1977 [0002]

Claims

Motor (12), insbesondere elektronisch kommutierter Motor (12), mit einem Stator (14) und einem, insbesondere um den Stator (14), drehbeweglichen Rotor (16), wobei der Rotor (16) einen oder mehrere Permanentmagnete aufweist und wobei der Stator (14) mit Wicklungen (20) versehene Statorzähne (22) aufweist, die jeweils einen Zahnkopf (24) aufweisen, der dem Rotor (16) zugewandt ist, und wobei ein Luftspalt (26) zwischen dem jeweiligen Zahnkopf (24) und dem Rotor (16) verbleibt, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnkopf (24) so geformt ist, dass der Luftspalt (26) über eine Umfangslänge variiert, und/oder dass die Permanentmagnete als Teilmagnetsegmente (52) ausgebildet sind, und/oder dass der Permanentmagnet oder die Permanentmagnete eine Schrägung (58) in ihrer Magnetisierung aufweisen, wobei mindestens zwei der genannten Maßnahmen realisiert sind.
Motor (12) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnkopf (24) ein Kreissegment (32) mit einem Radius R (34) bildet, dessen Umfangsfläche (36) dem Rotor (16) zugewandt ist und dass der Radius R (34) kleiner ist als ein Innenradius des Rotors (16) abzüglich des Luftspalts (26).
Motor (12) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius R (34) so bemessen ist, der Luftspalt (26) von einem Minimalwert Lmin zu einem Maximalwert Lmax zunimmt und das Verhältnis von Minimalwert Lmin zu Maximalwert Lmax in einem Bereich zwischen 2,1 und 2,2 liegt.
Motor (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Minimalwert Lmin zu der Größe einer Nutöffnung (Abstand 46) zwischen benachbarten Zahnköpfen (24) ungefähr zwischen 5,2 und 5,5 ist, wenn der Zahnkopf (24) eine Zahnkopfhöhe (48) von 0,9 mm bis 1,0 mm aufweist.
Motor (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftspalt (26) bei konstanter Zahnkopfhöhe (48) zwischen 0,7 mm und 1,0 mm beträgt.
Motor (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete als Teilmagnetsegmente (52) ausgebildet sind und deren Abstand zueinander kleiner oder gleich 1 mm ist.
Motor (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrägung (58) in der Größe einer halben Nutteilung Nt liegt.
Motorkühlgebläse (10) mit einem Motor (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.