-
Die vorliegende Erfindung betrifft Verbesserungen bei Surface-Permanent-Magnet-Motoren.
-
Ein Surface-Permanent-Magnet-Motor, SPM, (Motor mit oberflächenmontierten Permanentmagneten) ist ein Elektromotor, bei dem mehrere Permanentmagnete auf einer Oberfläche des Rotors montiert sind, die einen Permanentfluss erzeugen. Der Motor hat einen Stator, der mehrere Zähne, in der Regel aus ferromagnetischem Material, aufweist, um die Leiter zur Bildung von Spulen gewickelt sind. Diese Leiter sind mit einer Leistungsversorgung verbunden, gewöhnlich als drei unabhängige Phasen. Durch Leiten von geeignetem Strom durch die Drähte des Stators, der einen Fluss in den Spulen erzeugt, welcher mit dem Fluss der Rotormagneten interagiert, wird ein Drehmoment erzeugt.
-
Um nachvollziehen zu können, wie die magnetischen Flüsse im Motor interagieren, betrachte man einen einfachen SPM mit einem Nordpol und einem Südpol, die auf diametral gegenüberliegenden Seiten der Drehachse eines zylindrischen Rotors angeordnet sind. Der Stator umfasst einen Satz von Zähnen, die eine Wicklung stützen, mit solch einer Teilung, dass sie eine angemessene Anzahl von Nord- und Südpolen zum Interagieren mit der Rotorpolzahl erzeugt. Dies kann durch Wickeln einer Spule aus um jeden Zahn gewickeltem Draht erreicht werden, obgleich auch andere Anordnungen möglich sind. Der Motor erzeugt das höchste Drehmoment, wenn sich der zwischen den Statorwicklungen und den Rotormagneten gekoppelte Fluss in Phasenquadratur befindet, eine so genannten q-Achsenausrichtung, und erzeugt ein Drehmoment von null, wenn der Statorfluss auf die beiden Rotormagneten ausgerichtet ist, eine so genannte d-Achsenausrichtung. Ausgehend von einer Position, in der der Fluss auf der q-Achse liegt, dreht sich der Motor, bis er auf die d-Achse ausgerichtet ist, wenn er aufhört, sich zu drehen. Der Rotor kann dahingehend ausgelegt werden, sich kontinuierlich zu drehen, indem der Statorfluss durch Anlegen von geeigneten Spannungswellenformen an die Spulen gedreht wird.
-
Bei einem praktischen SPM umfasst der Rotor oftmals mehrere Nordpole, die sich mit um die Oberfläche des Rotors beabstandeten Südpolen abwechseln, und der Stator umfasst mehrere Zähne, die um den Stator beabstandet sind. In diesem Fall kann der Motorrotor als auf der q-Achse liegend betrachtet werden, wenn die Mitte jedes durch die Statorwicklung erzeugten Nord- und Südpols auf einen Spalt zwischen benachbarten Nord- und Südmagneten des Rotors ausgerichtet ist, und auf die d-Achse liegend, wenn die Mitte der Magneten des Rotors auf die Mitte entsprechender Polaritätsmagnete des Rotors ausgerichtet ist.
-
Ein Problem bei SPM-Motoren ist das Rastmoment, das bewirkt, dass der Motor bei seiner Drehung unerwünschte Schwankungen erzeugt. Dies wird durch die Interaktion zwischen dem Stator und dem Rotor verursacht, wenn der Rotor versucht, sich zwischen den Rotormagneten und den ferromagnetischen Zähnen des Stators auszurichten und stationär zu bleiben. Ein Modifizieren der Form der Statorzähne oder der Form und des Profils der Rotormagnete kann dabei helfen, die Größe und den Oberwellengehalt des Rastmoments zu reduzieren.
-
Ein anderes Problem, das allen Permanentmagnetmotoren innewohnt, ist die Auswirkung eines Versagens einer Phase der Statorwicklungen. Dies kann ein Fehler in einer Motorantriebstufe, die die Ströme anlegt, die in den Phasen fließen, oder ein Bruch in einer Wicklung sein. Solch ein Fehler kann zu einem vollständigen Verlust des Motorbetriebs führen.
-
Eine bekannte Lösung besteht darin, die Statorspulen als zwei oder mehr getrennte Sätze von Motorphasen zu wickeln, wobei jeder Satz gemeinhin als eine Spur bezeichnet wird. Bei dieser Lösung können, wenn eine Spur einen Fehler hat, eine oder mehrere andere Spuren verwendet werden, um den Motorbetrieb entweder auf voller Kapazität oder mit einer reduzierten Kapazität aufrechtzuerhalten.
-
Es kommt zu einem problematischeren Fehler, wenn eine Phasenwicklung kurzgeschlossen wird, da eine Drehung des Motorrotors eine Spannung erzeugen wird, die wiederum einen Stromfluss in der Phase verursacht. Dies kann eine übermäßige Hitzeentwicklung verursachen, wenn sich der Motor weiter dreht. Die Auswirkung solch eines Fehlermodus kann dadurch reduziert werden, dass ein Motor mit einer hohen q-Achsen-Induktivität bereitgestellt wird, jedoch verursacht das Aufweisen einer hohen q-Achsen-Induktivität , dass die Spannung bei dem Motor im Vergleich zu einem identischen Motor mit einer geringen q-Achsen-Induktivität bei einer geringeren Geschwindigkeit nicht mehr ausreicht. Andererseits kann eine hohe d-Achsen-Induktivität günstig sein, aber bei vielen Motoren des Stands der Technik ist es nicht möglich, die d-Achsen-Induktivität zu erhöhen, indem zum Beispiel die Anzahl von Windungen der Statorwicklung erhöht wird, ohne dass die q-Achsen-Induktivität proportional zunimmt.
-
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines SPM-Motors mit einer hohen Induktivität, die das Kurzschlusswiderstandsmoment begrenzt, während sie über einen großen Bereich von Motordrehzahlen gute Leistungsniveaus bereitstellt.
-
Gemäß einem ersten Aspekt stellt die Erfindung einen SPM-Motor (SPM - surface-mounted permanent magnet, oberflächenmontierter Permanentmagnet) bereit, der Folgendes umfasst:
- einen Stator mit mehreren Polen und mehreren Statorwicklungen,
- einen Rotor mit einer allgemein zylindrischen Stützanordnung und mehreren Permanentmagneten, wobei jeder Permanentmagnet an der Außenfläche der Stützanordnung fixiert ist,
- wobei der Rotor und der Stator so um eine gemeinsame Achse positioniert sind, dass die Statorpole der Außenfläche des Rotors zugekehrt sind und sich der Rotor um die geteilte Achse drehen kann, wobei die Stützanordnung mehrere magnetisch leitende Magnetträger umfasst, die jeweils um den Umfang von einem benachbarten Magnetträger beabstandet sind, wobei die Magnetträger jeweils eine gekrümmte Außenfläche aufweisen, die ein Segment der zylindrischen Außenfläche der Stützanordnung bereitstellt,
- wobei jeder Magnet durch zwei benachbarte Magnetträger gestützt wird und jeder Magnetträger mindestens zwei Magnete mit entgegengesetzter Polarität stützt,
- wobei jeder der Magnetträger einen zentralen Flusssperrenbereich mit relativ geringer magnetischer Permeabilität umfasst, der einen q-Achsen-Fluss sperrt, der von dem Stator radial zu der Rotorachse, die von Bereichen mit relativ hoher Permeabilität umgeben ist, fließt, wobei ein erster von diesen Bereichen mit hoher Permeabilität einen kontinuierlichen Flusspfad definiert, der sich auf der Seite des Sperrenbereichs am nächsten zu der Rotorachse erstreckt und einen zentralen Bereich jedes der beiden durch die Magnetträger getragenen Magneten koppelt, und wobei sich ein zweiter der Bereiche mit hoher Permeabilität auf der Seite der Sperre befindet, die dem Stator am nächsten ist, und einen Flusspfad definiert, der die Endbereiche der beiden Magneten koppelt.
-
Die Form der Flusssperre kann bei Betrachtung entlang der Achse des Rotors V-förmig oder teilkreisförmig sein, wobei sich ein Ende des Sperrbereichs nahe einer Unterseite eines der durch das Magnetstützteil gestützten Magneten befindet und sich das andere Ende nahe der Unterseite des anderen durch das Magnetstützteil gestützten Magneten befindet. Jedes Ende der Sperre kann in einem geringstmöglichen Abstand von der Unterseite eines Magneten beabstandet sein, während eine ausreichende Stärke der Oberfläche des Magnetstützteils aufrechterhalten wird, um den Magneten physisch zu stützen.
-
Die Form des ersten Bereichs mit relativ hoher Permeabilität kann wiederum auch V-förmig oder teilkreisförmig sein, um komplementär zu der Form des Sperrbereichs zu sein, wobei ein Rand des ersten Bereichs einen innersten Umfangsrand des Magnetstützteils definiert. Dieser Bereich kann entlang einem Hauptteil seiner Länge eine im Wesentlichen gleichförmige Breite aufweisen, und vorzugsweise kann sich die Gesamtbreite der Magnetträger unter einem Magneten nahe der Statorzahnbreite +/- 10% befinden, wenn die Sättigungsflussdichte berücksichtigt ist. Die Breite des ersten Bereichs kann mindestens gleich bis zu dem Doppelten der Breite der Sperre sein oder vielleicht das Dreifache oder mehr davon betragen.
-
Durch das Bereitstellen eines V-förmigen oder teilkreisförmigen ersten Bereichs mit hoher Permeabilität, durch den günstiger d-Achsen-Fluss passieren kann, wird es für den q-Achsen-Fluss schwieriger, von einem Magnetträger zu dem benachbarten Magnetträger zu koppeln, was auf den sich ergebenden großen Luftspalt dazwischen zurückzuführen ist, da sich die Ränder der Magnetträger sich voneinander weg verjüngen.
-
Der Scheitel des Sperrbereichs bei einer V-Form oder die Mitte des Sperrbereichs bei einer Teilkreisform können im Wesentlichen radial auf die Mitte des Spalts zwischen den beiden durch die Magnetstützteile gestützten Magneten ausgerichtet sein.
-
Der zweite Bereich kann einen weiteren Sperrbereich zwischen der radial äußeren Fläche des Magnetträgers und dem Sperrbereich aufweisen, und dieser weitere Sperrbereich kann eine relativ geringe Permeabilität haben.
-
Der weitere Sperrbereich kann ein, vorzugsweise kreisförmiges, Loch sein, das aus dem Magnetstützteil ausgeschnitten ist.
-
Die weitere Sperre und der Sperrbereich können als ein einziger Bereich vereinigt sein, der einen U-förmigen oder V-förmigen Ausschnitt mit einem vergrößerten kreisförmigen Loch umfasst, der in der Basis der V-Form oder U-Form auf der dem Stator zugekehrten Seite eingearbeitet ist.
-
Der zweite Bereich mit relativ hoher Permeabilität kann so geformt und bemessen sein, dass das Material des zweiten Bereichs in der Nähe der Stelle, an der er die Ecken der Magneten, die durch das Magnetstützteil gestützt werden, berührt, gesättigt ist, wodurch der q-Achsen-Fluss, der von dem Stator durch die Ecken des Magneten und in das Magnetstützteil fließen kann, begrenzt wird. Dies kann dabei helfen, eine Entmagnetisierung der Ecken der Magneten, wo große Flüsse am Stator erzeugt werden, zu verhindern.
-
An der radial äußeren Fläche des Magnetträgers kann eine erhabene Rippe vorgesehen sein, die teilweise in den Raum zwischen den Enden der beiden durch jeden Magnetträger gestützt Magneten hervorsteht, was mit der Anordnung des Rotors dabei helfen kann, zu gewährleisten, dass die Teile genau gehalten und positioniert werden.
-
Jeder Magnetträger kann einen geschichteten Stapel von Magnetstützteilen umfassen, die jeweils eine ferromagnetische Platte umfassen.
-
Jedes der Magnetstützteile kann identisch sein.
-
Jede Platte des Stapels kann im Wesentlichen identisch sein.
-
Jede Platte kann ein Material umfassen, das gleich oder ähnlich dem Statormaterial ist. Sie kann ein Eisen- oder Elektroblech sein, womit eine Stahllegierung gemeint ist, die verarbeitet und behandelt worden ist und 0,5% bis 6% Silicium aufweist.
-
Bei einer bevorzugten Anordnung ist jeder Magnetträger von den anderen Magnetträgern getrennt.
-
Die Flusssperrbereiche können Ausschnitte in den Platten umfassen, die Luftspalte definieren, die der Fluss schwer überqueren kann. Statt Luftspalte könnten die Bereiche natürlich auch mit einem anderen Material gefüllt sein. Bei einer Anordnung können die Platten ein Material umfassen, das so behandelt worden ist, dass es im Sperrbereich eine geringere Permeabilität und an anderer Stelle eine höhere hat.
-
Jede Platte kann ein ausgerichtetes Korn aufweisen, das eine Vorzugsrichtung definiert, entlang der Fluss leichter als in einer orthogonal zu der Richtung verlaufenden Richtung fließen kann. Dieses Korn kann bei Betrachtung entlang der radialen Mittellinie der Platte orthogonal zu der Drehachse des Rotors ausgerichtet sein. Die Verwendung von mehreren Stützteilen, die jeweils eine optimale Ausrichtung haben, kann im Vergleich zu einem massiven Rotor, der keine solche optimale Ausrichtung haben kann, wesentliche Vorteile bieten. Das Korn wird allgemein auf die d-Achsen-Flusspfade ausgerichtet.
-
Das Material jeder Platte in dem Stapel kann einen kaltgewalzten Stahl mit einer bevorzugten Kornausrichtung umfassen.
-
Jeder ein Magnetstützteil bildende Stapel kann mehrere Platten, zum Beispiel 10 oder mehr Platten, umfassen. Die bevorzugte Anzahl hängt von der ausgewählten Plattendicke und der Größe des Motors ab. Jede Platte kann an den beiden Magneten oder nur jenen in der Mitte des Stapels fixiert sein.
-
Ein Positioniermerkmal oder Bindeglied kann am Scheitel des V-förmigen ersten Bereichs vorgesehen und radial auf die Mitte des Spalts zwischen den durch das Magnetstützteil gestützten Magneten ausgerichtet sein.
-
Der Rotor kann einen länglichen zentralen Rücken umfassen, der nach außen weisende Aufnahmen aufweist, die mit den Positioniermerkmalen oder Bindegliedern der Magnetträger in Eingriff gelangen. Die Aufnahmen können hinterschnittene Schlitze umfassen, die sich axial entlang einer Länge des Rückens erstrecken und in die die Positioniermerkmale geschoben werden können. Dies ermöglicht dem Rücken, jedes der Magnetstützteile sicher zu stützen.
-
Der Rücken kann ein Material umfassen, das nicht ferromagnetisch ist, und kann ein geringeres Gewicht aufweisen, als unter Verwendung eines massiven Rotorkerns aus ferromagnetischem Material erreicht werden könnte. Dieser Rücken mit geringem Gewicht, kombiniert mit den weggeschnittenen Magnetstützteilen, kann eine günstige leichte Rotoranordnung bilden und die Trägheit des Motors im Vergleich zu einem herkömmlichen SPM-Motor mit einer massiven ferromagnetischen Rotoranordnung reduzieren.
-
Bei einer Alternative können der Rücken und ein oder mehrere oder alle der Magnetträger so gebildet, geformt, gegossen oder auf andere Weise dauerhaft verbunden sein, dass sie einen durchgehenden Körper umfassen, wobei die Magnetträger durch Vorsprünge, die wie die Blätter einer Blume radial von dem Rücken hervorstehen, definiert sind.
-
Das Versehen der getrennten Magnetträger mit Bereichen von hoher und geringer Permeabilität stellt Pfade bereit, die den Pfad steuern können, der von dem die Statorpole und die Magneten koppelnden Fluss genommen wird. Die Anmelderin hat erkannt, dass es durch eine geeignete Wahl dieser Pfade möglich ist, Flusspfade zu blockieren, die nicht erwünscht sind, während begünstigt wird, dass der Fluss in einer gewünschten Richtung fließt. Insbesondere blockiert der Rotor das Fließen des Flusses entlang der q-Achse mehr als er dies für die d-Achse tut, wodurch eine hohe Induktivität erreicht werden kann, während Leistung bei höheren Motordrehzahlen aufrechterhalten wird.
-
Jeder Magnetträger kann eine Aussparung an der Außenumfangsfläche in einem Bereich aufweisen, der durch einen Magneten bedeckt ist, welcher mit einem Klebstoff gefüllt ist, um den Magneten in Position zu fixieren. Da jedes Magnetstützteil zwei Magneten stützt, gibt es zwei solche Bereiche, jeweils einer zu jedem Ende des Sperrbereichs hin positioniert.
-
Jeder Magnet kann bei Betrachtung im Querschnitt entlang der Achse des Rotors eine Brotlaibform aufweisen, die eine planare hintere Fläche, die an den Magnetstützteilen fixiert ist, und eine gekrümmte Außenfläche, die dem Stator zugekehrt ist, hat, wobei die Mitte des Magneten radial dicker als die gekrümmten Enden ist. Die Krümmung der Enden hilft dabei, die Gefahr einer Entmagnetisierung der Magnetecken, wenn mit dem günstigen gesättigten Bereich des Magnetstützteils neben der Ecke kombiniert, zu reduzieren. Des Weiteren wirkt die Krümmung des Magneten mit dem Statorzahnprofil dahingehend zusammen, das Rastmoment des Motors auf ein Minimum zu reduzieren.
-
Der Stator kann einen ringförmigen Körper umfassen, der einen Satz nach innen gerichteter Zähne definiert, um die die Statorwicklungen in einem Muster gewickelt sind, das die richtige Luftspaltflussdichte zum Koppeln mit der Rotorpolzahl erzeugt. Dem Fachmann sind verschiedene Wickelmuster, die verwendet werden können, und ihre Vorzüge vertraut.
-
Nunmehr werden beispielhaft mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen und gemäß ihrer Darstellung beschrieben; in den Zeichnungen zeigen:
- 1 einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform eines SPM-Motors gemäß der vorliegenden Erfindung;
- 2 einen Schaltplan einer Ansteuerungsschaltung für zwei Dreiphasenspuren des Motors von 1.
- 3 eine alternative Konfiguration einer Platte eines Motormagnetträgers, die statt der in 1 gezeigten Platte verwendet werden könnte.
- 4 eine ähnliche Ansicht einer weiteren alternativen Konfiguration eines Motormagnetträgers, die in dem Motor von 1 verwendet werden könnte;
- 5 den von dem Statorfluss genommenen Pfad in einem Abschnitt des zwei Magneten umfassenden Motors, wobei das jeweilige Magnetstützteil und der Stator mit dem Rotor auf die q-Achse ausgerichtet sind, an der maximales Drehmoment erzeugt wird ;
- 6 die Magnetflussdichte bei voller Last und den Bereich einer potenziellen Entmagnetisierung und entsprechenden Sättigung des zweiten Bereichs mit hoher Permeabilität der Magnetträger; und
- 7 den Rotor, wobei die Magneten entfernt sind.
-
1 ist ein Querschnitt durch einen beispielhaften Surface-Mounted-Permanent-Magnet-Motor 1 bei Betrachtung entlang der Drehachse des Motors 1. Der Motor 1 umfasst einen ringförmigen Stator 2, der einen allgemein zylindrischen Rotor 4 umgibt. Die Länge des Rotors, in Verbindung mit der Anzahl von Windungen, dem verfügbarem Strom, den Eigenschaften und der Abmessung des Magnetkreises, wird gemäß dem von dem Motor erforderten Drehmoment gewählt, wobei ein längerer Rotor im Vergleich zu einem kürzeren die Erzeugung von mehr Drehmoment ermöglicht.
-
Der Stator 2 umfasst einen ringförmigen Eisenrückschluss, der einen Satz von nach innen weisenden Eisenzähnen 3 stützt. Die Zähne 3 sind mit Spulen 3a, 3b, 3c aus leitendem elektrischen Draht, der zu zwei Sätzen von drei Phasen A, B und C verbunden ist, gewickelt, wodurch ermöglicht wird, dass der Motor als zwei unabhängige Spuren arbeitet. 2 zeigt eine typische Konfiguration der Phasen und Ansteuerungsschaltungsanordnung für die beiden Spuren. Die Erfindung kann am besten auf ein mehrspuriges Design angewandt werden, kann aber auch für Motoren mit nur einer Spur verallgemeinert werden.
-
In diesem Beispiel sind die Statorzähne 3 in einem modularen Muster gewickelt, wobei ein Zahn jede der Spulenwicklungen trennt. Wie in 1 angezeigt ist, gibt es zwölf Zähne 3, die zwischen einem breiten Zahn und einem schmalen Zahn abwechseln. Dies hilft dabei, Rastmoment zu reduzieren. Für den Fachmann wird ersichtlich sein, dass die Erfindung nicht auf solch eine Wicklungsanordnung beschränkt ist.
-
Der Rotor 4 passt in den Stator 2 und umfasst eine allgemein zylindrische Stützanordnung 5 und mehrere Permanentmagneten 6, wobei jeder Permanentmagnet an der zylindrischen Außenfläche der Stützanordnung 5, die dem Stator 3 zugekehrt ist, fixiert ist. Der Durchmesser des Rotors 4 ist derart, dass die Magneten 6 durch einen schmalen Luftspalt von den Spitzen der Statorzähne beabstandet sind. Wie gezeigt ist, sind 8 Magneten vorgesehen, die als abwechselnde Nord- und Südpole angeordnet sind. Die Magneten 6 erstrecken sich um den Großteil des Umfangs des Rotors, wobei nur keine Luftspalte zwischen benachbarten Magneten vorgesehen sind. Andere Magnetanordnungen sind innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung möglich, wie beispielsweise ein Folgepolmotor, der die Hälfte der Anzahl von Magneten, wobei jeder dicker ist, aufweisen würde.
-
Die in 7 gezeigte Stützanordnung umfasst mehrere magnetisch leitende Magnetträger 7, die jeweils von einem benachbarten Magnetträger 7 umfangsmäßig beabstandet sind, wobei die Magnetträger jeweils eine gekrümmte Außenfläche aufweisen, die ein Segment der zylindrischen Außenfläche der Stützanordnung 5 bereitstellt. Jeder Magnet 6 wird durch zwei benachbarte Magnetträger 7 gestützt, wobei jeder Magnetträger benachbarte Nord- und Südpolmagneten stützt, so dass sich ein Magnetträger zwischen benachbarten Magneten über den Luftspalt und davon versetzt erstreckt. Die Magneten sind unter Verwendung eines Klebstoffs, der in flachen Aussparungen der Außenfläche der Magnetträgerteile platziert ist, an den Trägern fixiert. Es sei darauf hingewiesen, dass mehrere Ringe von Magneten entlang der Rotorlänge vorgesehen sein könnten, in welchem Fall jeder Träger dann zwei Magnete (einen Nord und einen Süd) für jeden der Ringe stützen kann. Diese Magnete könnten auch einen Schrägversatz (Step-Skew) entlang der Rotorlänge aufweisen, wobei die Träger wiederum einen Schrägversatz zur Stützung dieser aufweisen.
-
Jeder der Magnetträger 7 umfasst einen Satz von ferromagnetischen Platten 13, die zur Bildung eines Stapels entlang der Achse des Rotors geschichtet sind. 1 zeigt eine Platte oder Schichtung jedes Stapels mit einem Querschnitt in der Mitte entlang der Länge des Rotors. 7 zeigt einen Rotor mit zwei Platten, aber in der Praxis können viele mehr geschichtet sein, um einen Stapel zu bilden. Jede Platte 13 umfasst einen länglichen gekrümmten Schlitz, der einen zentralen Sperrbereich 8 in Form eines Luftspalts mit relativ geringer Permeabilität bildet, der von dem Stator radial zu der Rotorachse fließenden q-Achsen-Fluss blockiert. Dieser Schlitz kann durch Abtragen von Material von einer massiven Platte, wie beispielsweise durch Drahterosion, gebildet werden oder kann durch Bauen der Platte um den Schlitz unter Verwendung einer additiven Herstellungstechnik gebildet werden.
-
Der Schlitz ist von Bereichen 9, 10 der Platte mit einer relativ hohen Permeabilität umgeben, wobei die Platte aus kaltgewalztem Stahlmaterial gebildet ist. In diesem Beispiel ist das Material eine Stahllegierung mit einem hohen Prozentanteil von Silicium bis zu etwa 5 Prozent. Ein erster dieser Bereiche mit hoher Permeabilität definiert einen Flusspfad, der sich auf der Seite des Sperrbereichs am nächsten zu der Rotorachse erstreckt und einen zentralen Bereich jedes der beiden durch die Magnetträger getragenen Magneten koppelt, und einen zweiten Bereich auf der Seite der Sperre am nächsten zu dem Stator, der einen Flußpfad definiert, der die Endbereiche der beiden Magnete koppelt.
-
Der Sperrbereich 8 des Motors von 1 weist bei Betrachtung entlang der Achse des Rotors eine V-Form auf, wobei sich ein Ende 8a des Sperrbereichs nahe einer Unterseite eines der von dem Magnetstützteil gestützten Magneten befindet und sich das andere Ende 8b nahe der Unterseite des anderen von dem Magnetstützteil gestützten Magneten befindet. Bei einer Alternative in 3 ist die Sperre teilkreisförmig und umfasst wahlweise drei Schlitze, die parallel angeordnet sind. Die Anzahl von Schlitzen kann variiert werden, wobei ein, zwei, drei oder mehr Schlitze zur Bildung der Sperre vorgesehen sind.
-
Der erste Bereich 9 von relativ hoher Permeabilität weist eine konstante Breite und eine Form auf, die zu der Form des Sperrbereichs 8 komplementär ist, wobei ein Rand des ersten Bereichs einen innersten Umfangsrand des Magnetstützteils definiert.
-
Durch das Bereitstellen eines V-förmigen oder teilkreisförmigen ersten Bereichs 9, durch den günstiger d-Achsen-Fluss passieren kann, wird es für Fluss schwieriger, von einem Magnetträger zu dem benachbarten Magnetträger zu koppeln, was auf den sich ergebenden großen Luftspalt dazwischen in Bereichen, die keine vorteilhaften Flusspfade bilden, zurückzuführen ist. Der erste Bereich bildet einen Pfad, durch den der Fluss von Magnet zu Magnet fließen kann.
-
Ein zweiter Bereich 10 der Magnetstützteile ist zwischen dem Sperrbereich und dem sich zwischen den beiden Enden der von dem Magnetstützteil gestützten Magneten befindenden Luftspalt definiert. Dieser beinhaltet einen weiteren Ausschnitt 11 in Form eines kreisförmigen Lochs, das mit dem Sperrbereich 8 vereinigt ist. Dadurch wird die Materialmenge in dem zweiten Bereich reduziert und eine weitere Sperre für den q-Achsen-Fluss bereitgestellt. 4 zeigt eine Alternative, bei der der zweite Ausschnitt 11 von dem Sperrbereich beabstandet ist.
-
Die Größe des zweiten Bereichs 10 ist so ausgewählt, dass am Spitzennennfluss des Motors die Enden des zweiten Bereichs neben jedem Magneten gesättigt sind, wodurch die Flussmenge, die durch die Magnetenden fließen kann, begrenzt wird.
-
Dieses letztere Merkmal, kombiniert mit der Bereitstellung einer Brotlaibform für jeden Magneten, hilft dabei, eine unerwünschte Entmagnetisierung der Enden des Magneten - und mit Rast- und Niedrigdrehmomentwelligkeit - zu verhindern, etwas, zu dem SPM-Motoren im Vergleich zu Innenpermanentmagnetmotoren neigen.
-
Die Stapel von Platten 13 werden durch einen zentralen Rücken 14 aus leichten Kunststoffmaterialien gestützt. Der Rücken 14 ist allgemein zylindrisch und weist axiale Nuten auf, die Aufnahmen 15 bis zur Außenfläche definieren, jeweils eine Aufnahme für jeden Stapel von Platten. Die Stapel sind wiederum mit jeweils einem Bindeglied 16 versehen, das eine Schwalbenschwanzform aufweist.
-
Der Fachmann wird erkennen, dass mehrere Modifikationen an den Ausführungsformen vorgenommen werden können, während der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung nicht verlassen wird. Die Anzahl von Statorzähnen, Rotormagneten und die Wickelkonfiguration können variiert werden, genauso wie die exakte Form der Sperren und des ersten und zweiten Bereichs, während die Vorzüge der beanspruchten Erfindung beibehalten werden.
