DE10304030A1 - Electric sector motor drive e.g. for computer tomography, has curved run-out sections on the end of the stator sectors to reduce torque impulses and detent torques - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen elektromotorischen Antrieb, der als rotatorischer Antrieb ausgebildet ist, mit wenigstens einem, sich über einen Sektor des Umfangs erstreckenden Stator und mit einem Permanentmagnete aufweisenden Rotor.The invention relates to a electromotive drive, which is designed as a rotary drive is, with at least one, about a sector of the circumferential stator and with a permanent magnet having rotor.
Solche elektromotorischen Antriebe werden wegen der Ausbildung des nicht umfänglichen Stators auch Sektormotor und wegen des ringförmigen Rotors, durch den sehr große Hohlwellendurchmesser beziehungsweise magnetisch unbenutzte Bereiche im Zentrum vorhanden sind, auch als Ringmotor bezeichnet.Such electric motor drives become sector motors because of the design of the non-extensive stator and because of the ring-shaped rotor, through the very large Hollow shaft diameter or magnetically unused areas are present in the center, also referred to as a ring motor.
Es handelt sich hierbei um einen Direktantrieb, also einen getriebelosen Antrieb, der einen großen Außendurchmesser bei kurzer axialer Länge aufweist. Der große Durchmesser ermöglicht ausreichend große Drehmomente, obwohl nur ein oder einige Teilbereiche des Außenumfangs als aktiver Stator mit einem oder mehreren Statorsektoren verwendet werden.It is a Direct drive, i.e. a gearless drive with a large outside diameter with a short axial length. The great Diameter allows big enough Torques, although only one or a few parts of the outer circumference used as an active stator with one or more stator sectors become.
Bei solchen Motoren können Drehmomentstöße und daraus resultierende Drehzahlschwankungen einerseits durch die Nutung des Stators und andererseits durch Rastmomente an den beiden Enden der Statorsektoren und den dort vorhandenen Auslaufkanten mit den Magneten des Rotors entstehen. Es ist deshalb allgemein bei rotatorischen Motoren bekannt, die Nutung und/oder die Pole des Rotors schräg anzuordnen. Damit ist zwar eine gewisse Verbesserung hinsichtlich der Drehmomentstöße erzielbar, für bestimmte Anwendungsfälle und insbesondere bei Motoren mit großem Außendurchmesser und geringer Drehzahl sind die weiterhin vorhandenen, wenn auch reduzierten Drehmomentstöße störend.In such engines, torque surges and from it resulting speed fluctuations on the one hand by using the Stator and on the other hand by cogging at both ends of the Stator sectors and the outlet edges there with the magnets of the rotor arise. It is therefore common in rotary Motors known to arrange the groove and / or the poles of the rotor at an angle. A certain improvement in terms of torque surges can thus be achieved, for certain use cases and especially for motors with a large outer diameter and smaller The still existing, albeit reduced, torque surges are disruptive.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einem elektromotorischen, rotatorischen Antrieb der eingangs erwähnten Art Maßnahmen vorzusehen, die zu einer erheblichen Reduzierung der Rastmomente und/oder Drehmomentstöße führen.Object of the present invention is the case with an electromotive, rotary drive mentioned at the beginning Kind of measures provide for a significant reduction in the cogging torque and / or torque surges.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, dass an den Umfangsenden des sektorförmigen Stators jeweils Auslaufzonen mit dem Rotor zugewandten Auslaufseiten vorgesehen sind, die ausgehend von der zur Rotoraußenseite parallelen, gekrümmten Innenseite des Stators im Verlauf ihrer Umfangserstreckung nach außen einen zunehmenden Abstand zur Außenseite des Rotors aufweisen.To solve this task, it is proposed that at the peripheral ends of the sector-shaped stator each have outlet zones with the rotor facing outlet sides are provided, the outgoing from the outside of the rotor parallel, curved Inside of the stator in the course of its circumferential extent Outside have an increasing distance from the outside of the rotor.
Der Luftspalt zwischen Stator und Rotor verbreitert sich im Bereich der Auslaufzonen somit ausgehend vom Innendurchmesser des Stators innerhalb der Umfangserstreckung der Auslaufzonen. Die an den Enden und damit bei den bisher vorhandenen Auslaufkanten des jeweiligen Statorsektors entstehenden Rastmomente mit den Magneten des Rotors werden durch die Auslaufzonen mit dem besonderen Verlauf ihrer Auslaufseiten wesentlich reduziert, so dass ein guter Gleichlauf des Motors praktisch ohne störende Rastmomente beziehungsweise Drehmomentstöße und daraus erzeugten Drehzahlschwankungen erzielt wird.The air gap between the stator and The rotor widens starting in the area of the outlet zones from the inner diameter of the stator within the circumferential extent the run-off zones. The one at the ends and thus with the existing outlet edges of the stator sector generated with the magnets of the rotor through the outlet zones with the special course their outlet sides significantly reduced, so that a good synchronization the engine practically without annoying Cogging torques or torque surges and the resulting speed fluctuations is achieved.
Besonders effektiv wirkt sich diese erfindungsgemäße Maßnahme in Verbindung mit einem oder mehreren der nachfolgenden Zusatzmaßnahmen aus.This has a particularly effective effect measure according to the invention in Connection with one or more of the following additional measures out.
Dabei kann eine weitere Reduzierung von Drehmomentstößen beziehungsweise Rastmomenten erreicht werden, wenn die Auslaufzonen nutenfrei und wicklungsfrei sind. Auch wenn sich die Auslaufzonen und damit der sich erweiternde Luftspalt über eine oder mehrere Polteilungen erstrecken, wird eine weitere Verbesserung erreicht. Die Verbreiterung des Luftspaltes erfolgt somit über einen Umfangsbereich, der mindestens dem Abstand zwischen zwei ungleichnamigen Polen entspricht oder einem Vielfachen davon.Doing so can further reduce it of torque surges respectively Cogging torques can be achieved when the outlet zones are free of grooves and are non-winding. Even if the outlet zones and thus the expanding air gap over a or extend multiple pole pitches will be another improvement reached. The widening of the air gap thus takes place via a Circumferential area that is at least the distance between two different names Poland corresponds to or a multiple thereof.
Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen der Stator beziehungsweise die Statorsektoren eine Bruchlochwicklung auf. Auch diese Maßnahme trägt mit zu einem ruhigeren Lauf des Motors bei, wobei insbesondere vorteilhaft ist, dass auch ohne Schrägung der Magnete oder der Statornuten praktisch keine Rastmomente zwischen Nuten und Magneten entstehen. Jedoch wäre eine Schrägung der Magnete oder der Statornuten bedarfsweise bei dem erfindungsgemäßen Motor zusätzlich möglich.After a particularly advantageous one Embodiment of the invention have the stator or Stator sectors a broken hole winding. This measure also contributes a smoother running of the engine, being particularly advantageous is that even without skew the magnets or the stator slots practically no cogging torque between Grooves and magnets are created. However, a slant would be the Magnets or the stator slots may also be required in the motor according to the invention.
Bei Verwendung einer Bruchlochwicklung sind der oder die Statorsektoren als Teil der Bruchlochwicklung aufgebaut. Der Statorsektor kann in der Nutenzahl so gestaltet sein, dass genau eine oder mehrere Urwicklungen pro Statorsektor vorhanden ist. Eine Urwicklung ist insbesondere bei einer hochpoligen Maschine mit Bruchlochwicklung der kleinste Teil einer Wicklung, der in eine ganzzahlige Nutenzahl gewickelt werden kann. Zum Beispiel ist die Urwicklung bei einer 100-poligen Drehstrom-Maschine mit theoretisch 360 Statornuten bei einem kompletten Stator 10-polig mit 36 Nuten. Diese Wicklung ist deshalb eine Bruchlochwicklung, weil die Lochzahl, dass heißt der Quotient aus der Nutenzahl geteilt durch Polzahl und Strangzahl keine ganze Zahl ist (360/(100*3)= 1,2).When using a broken hole winding the stator sector or sectors constructed as part of the broken hole winding. The number of slots in the stator sector can be designed to be precise there is one or more primary windings per stator sector. A Primary winding is particularly important in a multi-pole machine with a broken hole winding the smallest part of a winding, which is an integer number of slots can be wrapped. For example, the original development is one 100-pole three-phase machine with theoretically 360 stator slots a complete 10-pole stator with 36 slots. This winding is therefore a broken hole winding because the number of holes, that is called the quotient not a whole from the number of slots divided by the number of poles and number of strands Number is (360 / (100 * 3) = 1.2).
Auch die Form der Luftspalterweiterung hat einen wesentlichen Einfluss auf das Lauf- und Geräuschverhalten des Motors. Dabei können die Auslaufseiten der Auslaufzonen in Umfangserstreckung einen etwa linear zunehmenden Abstand zur Außenseite des Rotors aufweisen, zum Beispiel durch einen etwa tangentialen, geraden Auslauf. Andererseits können die Auslaufseiten der Auslaufzonen in Umfangserstreckung einen gekrümmten Verlauf mit zunehmendem Abstand zur Außenseite des Rotors aufweisen und mathematisch differenzierbar und stetig sein.Also the shape of the air gap widening has a significant impact on running and noise behavior of the motor. You can the outlet sides of the outlet zones extend approximately in the circumferential extent have a linearly increasing distance from the outside of the rotor, for example through an approximately tangential, straight outlet. On the other hand, they can Outlet sides of the outlet zones in the circumferential extent a curved course with increasing distance to the outside of the rotor and be mathematically differentiable and continuous.
Als besonders günstig hat sich herausgestellt, wenn die gekrümmten Auslaufseiten der Auslaufzonen eine Kurvenform aufweisen.It has turned out to be particularly cheap represents when the curved outlet sides of the outlet zones have a curve shape.
Weiterhin ist es vorteilhaft im Sinne einer Reduzierung von Rastmomenten, wenn der Übergangsbereich zwischen der zur Rotoraußenseite parallelen Statorinnenseite und der sich in Umfangsrichtung nach außen anschließenden Auslaufseite gerundet ist. Die vorerwähnten, erfindungsgemäßen Maßnahmen wirken sich besonders vorteilhaft bei einer Anwendung aus, bei der der Antriebsmotor Teil eines Computertomographen mit einer Innenhöhlung zur Aufnahme eines zu untersuchenden Körpers ist, wobei der Antriebsmotor einen Ringmotor mit einer Hohlwelle bildet und der Durchmesser des Rotors größer als der Durchmesser der Innenhöhlung des Computertomographen ist. Gerade bei einer solchen Anwendung wirkt sich der durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen besonders ruhig und ruckelfrei laufende Antriebsmotor vorteilhaft aus, weil dies wesentlich zur Verbesserung der Bildqualität des Computertomographen beiträgt.Furthermore, it is advantageous in the sense a reduction in cogging torque if the transition area between the to the outside of the rotor parallel inside of the stator and in the circumferential direction Outside subsequent Outlet side is rounded. The aforementioned measures according to the invention have a particularly advantageous effect in an application in which the drive motor is part of a computer tomograph with an internal cavity for recording of a body to be examined is, wherein the drive motor is a ring motor with a hollow shaft forms and the diameter of the rotor larger than the diameter of the inner cavity of the computer tomograph. Especially with such an application The effects of the measures according to the invention are particularly calm and smoothly running drive motor advantageous because this is essential to improve the picture quality of the computed tomograph.
Zusätzliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Unteransprüchen aufgeführt. Nachstehend ist die Erfindung mit ihren wesentlichen Einzelheiten anhand der Zeichnungen noch näher erläutert.Additional refinements of the Invention are listed in the further subclaims. The invention is as follows with their essential details based on the drawings explained in more detail.
Es zeigt:It shows:
Der Stator
Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass an
den Umfangsenden
Zwischen der Innenseite
Es kann auch eine Kurvenform der
Auslaufseiten
Andererseits bringt auch schon eine
Ausbildung der Auslaufseiten mit in Umfangserstreckung etwa linear
zunehmendem Abstand zur Außenseite
Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Auslaufzonen
Es besteht auch die Möglichkeit,
dass die Auslaufzonen
Ein bevorzugtes Anwendungsbeispiel
für den
erfindungsgemäßen Sektormotor
Die Ringtrommel
Gut zu erkennen ist der besonders
einfache Aufbau des Antriebs und der Antriebsverbindung mit der
umlaufenden Ringtrommel
Der Einsatz des erfindungsgemäßen Sektormotors
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DE2003104030 DE10304030A1 (en) | 2003-02-01 | 2003-02-01 | Electric sector motor drive e.g. for computer tomography, has curved run-out sections on the end of the stator sectors to reduce torque impulses and detent torques |
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