DE10305905A1

DE10305905A1 - Electric motor e.g. for valve in internal combustion engine, has rotor poles with alternately opposed magnetic field directions, and defined ratio of number of stator poles to number of rotor poles

Info

Publication number: DE10305905A1
Application number: DE2003105905
Authority: DE
Inventors: Yan Lu; Josef Mahalek
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2003-02-13
Filing date: 2003-02-13
Publication date: 2004-08-26

Abstract

An electromagnetic device has a number of magnetic stator poles when supplied with current, which are evenly distributed around the motor circumference over the stator. Each stator pole is associated with uniquely one of three phases. Magnetic rotor poles (43) are evenly distributed over the rotor (41) in the circumference direction. Immediately successive rotor poles have respectively opposing magnetic field directions w.r.t. the axis of rotation (42). The ratio of the number of stator poles to the number of rotor poles is 3:2. An independent claim is included for a method of operating an electric motor.

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor mit einem Stator, der eine an eine elektrische Stromversorgung anschließbare elektromagnetische Einrichtung aufweist, und mit einem Rotor, der eine Mehrzahl von magnetischen Rotorpolen aufweist. Die Erfindung betrifft insbesondere einen Elektromotor, der als Schritt- und/oder Pendelmotor betreibbar ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben des Elektromotors.The invention relates to an electric motor with a stator, which can be connected to an electrical power supply Has device, and with a rotor that a plurality of has magnetic rotor poles. The invention relates in particular an electric motor that can be operated as a stepper and / or pendulum motor is. The invention further relates to a method for operating of the electric motor.

Ein Elektromotor der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der DE 199 09 227 A1 bekannt. Dieser Elektromotor ist als Zweiphasen-Motor ausgestaltet. Der außen liegende Stator besteht aus zwei weichmagnetischen Statorteilen, die jeweils zwei magnetische Pole aufweisen. Auf einem zwischen den Polen liegenden Mittelteil ist jeweils eine Spule gewickelt, sodass jeweils ein Nord- und ein Südpol gebildet sind. Der innen liegende Rotor weist einen zylinderringförmigen, mit fünf aneinander anschließenden Polpaaren versehenen Magneten auf, sodass abwechselnd Nord- und Südpole gebildet sind.An electric motor of the type mentioned is, for example, from the DE 199 09 227 A1 known. This electric motor is designed as a two-phase motor. The external stator consists of two soft magnetic stator parts, each with two magnetic poles. A coil is wound on a central part between the poles, so that a north and a south pole are formed. The inner rotor has a cylindrical ring-shaped magnet, which is provided with five adjoining pole pairs, so that north and south poles are alternately formed.

Bei zahlreichen in der Praxis vorkommenden Anwendungen sollen Pendelbewegungen durch einen Elektromotor erzeugt werden, d. h. ein Gegenstand soll hin- und herbewegt werden. Ein Beispiel für eine solche Anwendung ist ein elektrisch angetriebener Ventiltrieb (EVT) bei einem Kraftfahrzeugverbrennungsmotor. Bei diesen Anwendungen ist ein möglichst großes Verhältnis der Antriebsleistung des Elektromotors zu dessen Bauvolumen erwünscht oder erforderlich. Beispielsweise steht bei dem Kraftfahrzeugverbrennungsmotor insgesamt nur ein geringes Volumen zur Verfügung, in dem der Kraftfahrzeugverbrennungsmotor mit allen dazugehörigen Teilen untergebracht werden muss. Eine Möglichkeit besteht darin, einen Schrittmotor zu verwenden und ihn im Pendelbetrieb zu betreiben. Jedoch nehmen bekannte Schrittmotoren zu viel Raum ein.For numerous practical applications pendulum movements are to be generated by an electric motor, d. H. an object should go back and forth be moved. An example for one such application is an electrically driven valve train (EVT) in a motor vehicle internal combustion engine. In these applications is one possible great relationship the drive power of the electric motor to its construction volume desired or required. For example, in the automotive internal combustion engine overall, only a small volume is available in which the motor vehicle internal combustion engine with all associated parts must be accommodated. One way is to get one To use stepper motor and to operate it in shuttle mode. However, known stepper motors take up too much space.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Elektromotor anzugeben, der ein großes Verhältnis von Antriebsleistung zu Bauvolumen ermöglicht. Insbesondere soll der Elekt romotor auf möglichst einfache Weise als Schrittmotor und/oder im Pendelbetrieb betreibbar sein.The object of the invention is a Electric motor specify a large ratio of driving power to build volume enabled. In particular, the electric motor should be as simple as possible Stepper motor and / or can be operated in pendulum mode.

Es wird ein Elektromotor mit folgenden Merkmalen vorgeschlagen: Der Elektromotor hat einen Stator, der eine an drei Phasen einer elektrischen Stromversorgung anschließbare elektromagnetische Einrichtung aufweist, und einen Rotor, der eine Mehrzahl von magnetischen Rotorpolen aufweist,

– wobei die elektromagnetische Einrichtung bei Bestromung eine Anzahl von magnetischen Statorpolen aufweist, die in einer eine Drehachse des Elektromotors in sich geschlossen umlaufenden Umfangsrichtung des Elektromotors gleichmäßig über den Stator verteilt sind,
– wobei jeder Statorpol eindeutig einer der drei Phasen zugeordnet ist, so dass in der Umfangsrichtung eine gleichbleibende und periodisch wiederkehrende Reihenfolge der drei Phasen gebildet ist,
– wobei die magnetischen Rotorpole in der Umfangsrichtung gleichmäßig über den Rotor verteilt sind,
– wobei in der Umfangsrichtung unmittelbar aufeinanderfolgende Rotorpole jeweils eine bezogen auf die Drehachse entgegengesetzte Magnetfeldrichtung aufweisen und
– wobei das Verhältnis der Anzahl der Statorpole zu der Anzahl der Rotorpole 3:2 beträgt.

An electric motor with the following features is proposed: the electric motor has a stator which has an electromagnetic device which can be connected to three phases of an electrical power supply, and a rotor which has a plurality of magnetic rotor poles,

The electromagnetic device, when energized, has a number of magnetic stator poles which are uniformly distributed over the stator in a circumferential direction of the electric motor which is closed in a circumferential direction of rotation of the electric motor,
Each stator pole is uniquely assigned to one of the three phases, so that a constant and periodically recurring sequence of the three phases is formed in the circumferential direction,
The magnetic rotor poles being distributed uniformly over the rotor in the circumferential direction,
- In the circumferential direction, successive rotor poles each have an opposite magnetic field direction with respect to the axis of rotation and
- The ratio of the number of stator poles to the number of rotor poles is 3: 2.

Die elektromagnetische Einrichtung kann z. B. eine Vielzahl von Magnetspulen aufweisen, die insbesondere jeweils um ein sich in radialer Richtung erstreckendes magnetisierbares Material gewickelt sind. Die magnetischen Pole des Rotors können ebenfalls einen oder mehrere Elektromagneten aufweisen. Bevorzugt wird jedoch, dass die magnetischen Pole des Rotors unter Verwendung von Permanentmagneten gebildet werden. Diese Ausführungsform ist effektiv und kann auf einfa che Weise hergestellt und betrieben werden.The electromagnetic device can e.g. B. have a plurality of solenoids, in particular in each case around a magnetizable magnet which extends in the radial direction Material are wrapped. The magnetic poles of the rotor can also have one or more electromagnets. However, it is preferred that the magnetic poles of the rotor using permanent magnets be formed. This embodiment is effective and can be manufactured and operated in a simple manner become.

Durch die gleichmäßige Verteilung jeweils der Statorpole und der Rotorpole in der Umfangsrichtung des Elektromotors kann eine besonders kompakte Bauform mit hoher Antriebsleistung erzielt werden. Dabei bilden – steuerungstechnisch betrachtet – jeweils drei in Umfangsrichtung aufeinander folgende Statorpole, die wie beschrieben jeweils einer der drei Phasen zugeordnet sind, eine Gruppe. Weiterhin befinden sich in dem Winkelsegment um die Drehachse des Elektromotors, über das sich eine Gruppe der Statorpole erstreckt, jeweils zwei der Rotorpole.Due to the even distribution of each Stator poles and the rotor poles in the circumferential direction of the electric motor can be a particularly compact design with high drive power be achieved. Thereby form - control engineering considered - each three circumferentially successive stator poles, which like described one of the three phases are assigned, one Group. Furthermore, are located in the angular segment around the axis of rotation of the Electric motor, about that a group of stator poles extends, two each Rotor poles.

Um eine möglichst große Antriebsleistung zu erzielen sind insbesondere zumindest zwei, vorzugsweise mehr als zwei der Gruppen vorhanden. In diesem Fall wiederholt sich daher zumindest qualitativ die Struktur der zwischen den Statorpolen und den Rotorpolen wirkenden magnetischen Kräfte in dem oder den weiteren Winkelsegmenten.To achieve the greatest possible drive power are in particular at least two, preferably more than two of the Groups available. In this case, at least it repeats itself qualitatively the structure of the between the stator poles and the rotor poles acting magnetic forces in the other angle segment or segments.

In jedem Fall kann der für die Erzeugung der magnetischen Kräfte in dem Stator zur Verfügung stehende Platz auf Grund der gleichmäßigen Verteilung der Statorpole optimal ausgenutzt werden. Sind also weniger Statorpole vorhanden, können beispielsweise die Spulen mehr Wicklungen aufweisen.In any case, it can be used for generation of magnetic forces available in the stator Space due to the even distribution the stator poles can be optimally used. So there are fewer stator poles available, can for example, the coils have more windings.

Die Anzahl der Gruppen und damit die Anzahl der Statorpole bestimmt außerdem die Schrittweite, mit der der Elektromotor im Schrittbetrieb betrieben werden kann, wie noch anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert wird. Umgekehrt hängt daher die Anzahl der Gruppen von der gewünschten Schrittweite ab.The number of groups and thus the number of stator poles also determines the step size with which the electric motor can be operated in step mode, as will be explained in more detail with reference to the accompanying drawing. Conversely hangs hence the number of groups depending on the desired step size.

Durch das Verhältnis der Anzahl der Statorpole zu der Anzahl der Rotorpole von 3:2 und durch die gleichmäßige Verteilung jeweils der Statorpole und der Rotorpole in der Umfangsrichtung des Elektromotors ist gewährleistet, dass der Elektromotor in jeder Drehstellung durch eine geeignete Bestromung der elektromagnetischen Einrichtung in gewünschter Weise in Bewegung versetzt oder in Bewegung gehalten werden kann. Darüber hinaus bietet die für Schrittmotoren ungewöhnliche Ausgestaltung des Elektromotors als Dreiphasen-Motor besondere Steuer- und Betriebsmöglichkeiten, wie in der später folgenden Figurenbeschreibung noch beispielhaft näher erläutert wird, wobei ein Betrieb mit Gleichstrom möglich ist und lediglich die Richtung des Stromes in geeigneter Weise (d. h. zum richtigen Zeitpunkt) umgekehrt werden muss. Bei einer bestimmten Betriebsweise z. B. wird der Strom zumindest einmal dann umgekehrt, wenn während einer Drehung des Rotors um die Drehachse des Elektromotors ein Rotorpol einen Statorpol passiert. Dadurch wird der Einfluss der Wechselwirkung zwischen dem Statorpol und dem Rotorpol auf das Drehmoment qualitativ in gleicher Weise beibehalten. Insbesondere bedeutet dies, dass eine anziehende Kraft nach dem Passieren zu einer abstoßenden Kraft umgekehrt wird, aber nach wie vor zu einem Drehmoment in der momentanen Drehrichtung beiträgt.By the ratio of the number of stator poles to the number of rotor poles of 3: 2 and the even distribution each of the stator poles and the rotor poles in the circumferential direction of the electric motor is guaranteed that the electric motor in every rotary position by a suitable Current supply to the electromagnetic device in the desired manner can be set in motion or kept in motion. Furthermore offers those for stepper motors unusual Design of the electric motor as a three-phase motor special control and operating options, like in the later one Description of the figures will be explained in more detail by way of example, an operation possible with direct current and only the direction of the current in an appropriate manner (i.e. H. at the right time) must be reversed. At a certain Operation z. B. the current is reversed at least once, if during a rotation of the rotor about the axis of rotation of the electric motor, a rotor pole passes a stator pole. This will influence the interaction between the stator pole and the rotor pole on the torque qualitatively in maintained in the same way. In particular, this means that a attractive force after passing through to a repulsive force is reversed, but still to a torque in the current Direction of rotation contributes.

Insbesondere sind die Statorpole und die Rotorpole jeweils radial zu der Drehachse des Elektromotors ausgerichtet. Diese Ausrichtung ermöglicht einen symmetrischen Betrieb in beiden Drehrichtungen.In particular, the stator poles and the rotor poles each radially to the axis of rotation of the electric motor aligned. This alignment enables a symmetrical Operation in both directions.

Vorzugsweise weist jeder Rotorpol dieselbe Anzahl, insbesondere zumindest zwei, in Umfangsrichtung hintereinander liegender Magnete auf. Dadurch wird, insbesondere bei Verwendung von Permanentmagneten, das von dem Rotorpol ausgehende Magnetfeld verstärkt. Die Mehrzahl von Magneten pro Pol ermöglicht es außerdem, das von den Magneten ausgehende Magnetfeld über einen Winkelbereich um die Drehachse des Elektromotors annähernd homogen bzw. konstant auszugestalten. Dadurch wird wiederum die Steuerbarkeit des Elektromotors vereinfacht und es können spezielle zeitliche bzw. bewegungsabhängige Verläufe des Drehmoments, z. B. konstante Bereiche, erzielt werden.Each rotor pole preferably has the same number, in particular at least two, in the circumferential direction successive magnets. This will, in particular when using permanent magnets, the outgoing from the rotor pole Magnetic field strengthened. The plurality of magnets per pole also allows the magnetic field emanating from the magnets over an angular range the axis of rotation of the electric motor is approximately homogeneous or constant embody. This in turn makes the controllability of the electric motor simplified and it can special temporal or movement-dependent curves of the torque, e.g. B. constant areas.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des Elektromotors sind die Rotorpole so ausgestaltet und/oder betreibbar, dass sie in einer die Drehachse konzentrisch umhüllenden Hüllfläche jeweils gleich starke Magnetfelder erzeugen. Ferner sind die Statorpole so ausgestaltet und betreibbar, dass sie in der Hüllfläche jeweils gleich starke Magnetfelder erzeugen. Jede der oben genannten Gruppen von Statorpolen trägt somit in gleicher Weise und Stärke zum Drehmoment bei.In a preferred embodiment of the electric motor, the rotor poles are designed and / or can be operated, that they each have equally strong magnetic fields in an envelope surface concentrically enveloping the axis of rotation produce. Furthermore, the stator poles are designed and can be operated that they are in the envelope surface each generate equally strong magnetic fields. Any of the above groups of stator poles thus in the same way and strength to the torque.

Ferner wird ein Verfahren zum Betreiben des Elektromotors vorgeschlagen, wobei während einer ersten Betriebsphase die Stromrichtung von allen drei Phasen so eingestellt wird, dass alle Statorpole ein Drehmoment des Rotors in einer ersten Drehrichtung erzeugen, und wobei während einer darauf folgenden zweiten Betriebsphase die Stromrichtung der Phasen so eingestellt bleibt, dass die einer ersten und einer zweiten Phase zugeordneten Statorpole ein Drehmoment des Rotors in der ersten Drehrichtung erzeugen und der oder die der dritten Phase zugeordnete(n) Statorpol(e) ein Drehmoment in der entgegengesetzten, zweiten Drehrichtung erzeugt bzw. erzeugen. Diese Verfahrensweise ist mit einer Bestromung durch Gleichstrom sehr einfach durchzuführen und ermöglicht es, den Elektromotor (z. B. bis zum Stillstand) abzubremsen. Das Entgegenwirken des Beitrages der dritten Phase zu dem Gesamt-Drehmoment kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass die Stromrichtung der Phase nicht umgekehrt wird, wenn ein bzw. mehrere Rotorpole den bzw. die Statorpole der dritten Phase passiert bzw. passieren.Furthermore, a method of operation of the electric motor proposed, being during a first operating phase the current direction of all three phases is set so that all stator poles a torque of the rotor in a first direction of rotation generate, and being during a subsequent second operating phase the current direction of the phases remains set so that the first and second phases assigned stator poles a torque of the rotor in the first Generate the direction of rotation and the one or those assigned to the third phase Stator pole (e) a torque in the opposite, second direction of rotation generated or generate. This procedure is with energization very easy to carry out by direct current and enables brake the electric motor (e.g. to a standstill). Counteracting the contribution of the third phase to the total torque can in particular can be achieved in that the current direction of the phase is not is reversed if one or more rotor poles the stator or poles happens in the third phase or happen.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei wird auf die beigefügte schematische Zeichnung Bezug genommen. Die einzelnen Figuren der Zeichnung zeigen:The invention is described below of embodiments explained in more detail. there is attached to the schematic drawing referred. The individual figures of the Show drawing:

1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Elektromotors in einer Querschnittsdarstellung, 1 1 shows a first exemplary embodiment of an electric motor in a cross-sectional illustration,

2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Elektromotors in einer Querschnittsdarstellung, 2 2 shows a second exemplary embodiment of an electric motor in a cross-sectional illustration,

3 ein Beispiel für die Bestromung von Spulen des in 1 dargestellten Elektromotors, 3 an example for the energization of coils of the in 1 illustrated electric motor,

4 Diagramme mit einem Beispiel für elektrische Ströme durch Spulen z. B. des in 1 oder 2 dargestellten Elektromotors jeweils in Abhängigkeit von dem Drehwinkel eines Rotors und 4 Diagrams with an example of electrical currents through coils e.g. B. the in 1 or 2 Electric motor shown depending on the angle of rotation of a rotor and

5a bis 5c weitere Beispiele für elektrische Ströme durch die Spulen des Elektromotors jeweils in Abhängigkeit von dem Drehwinkel des Rotors. 5a to 5c further examples of electrical currents through the coils of the electric motor depending on the angle of rotation of the rotor.

Der in 1 dargestellte Elektromotor 10 weist einen Rotor 41 und einen Stator 51 auf, wobei der Rotor 41 den Stator 51 ringartig umfängt. D. h. der Stator 51 liegt innerhalb des Rotors 41. Der Rotor 41 ist durch nicht dargestellte Mittel drehbeweglich um eine den Stator 51 zentral durchstoßende Drehachse 42 ausgestaltet, die senkrecht zur Bildebene von 1 verläuft. Beispielsweise ist der Stator 51 von einer zentralen, axialen Aussparung durchdrungen, durch die sich eine Welle erstreckt.The in 1 shown electric motor 10 has a rotor 41 and a stator 51 on, with the rotor 41 the stator 51 encircled like a ring. That is, the stator 51 lies within the rotor 41 , The rotor 41 is rotatable by a means not shown to the stator 51 centrally penetrating axis of rotation 42 designed perpendicular to the image plane of 1 runs. For example, the stator 51 penetrated by a central, axial recess through which a shaft extends.

Der Stator 51 weist insgesamt zwölf Pole auf, von denen beispielhaft einer mit dem Bezugszeichen 11 bezeichnet ist. Die Pole sind bezogen auf die Drehachse 42 radial nach außen gerichtet und sind gleichmäßig über den Umfang des Stators 51 verteilt. Wie in 1 dargestellt ist, können die Pole jeweils nach außen hervorstehende Polzähne bilden. Es können jedoch auch jegliche andere an sich bekannte Gestaltungen der Pole und/oder eines den magnetischen Fluss beeinflussenden Materials gewählt werden. Jedem der Pole ist zur Erzeugung des Magnetfeldes eine elektromagnetische Einrichtung, insbesondere jeweils eine Spule, zugeordnet. Die Spulen sind mit den Bezugsziffern 1, 2 und 3 (sowie zur weiteren Unterscheidung mit keinem, einem, zwei oder drei Strichen) bezeichnet und sind in drei jeweils untereinander elektrisch verbundene oder verbindbare Gruppen eins, zwei und drei aufgeteilt. Das heißt die mit 1, 1', 1" und 1''' bezeichneten Spulen gehören zu derselben Gruppe, nämlich der Gruppe eins, usw.. Im Ergebnis handelt es sich daher um einen Dreiphasen-Elektromotor.The stator 51 has a total of twelve poles, one of which has an example with the reference symbol 11 is designated. The poles are related to the axis of rotation 42 directed radially outwards and are even over the circumference of the stator 51 distributed. As in 1 is shown, the poles can each Form pole teeth protruding outwards. However, any other known designs of the poles and / or of a material influencing the magnetic flux can also be selected. An electromagnetic device, in particular one coil each, is assigned to each of the poles to generate the magnetic field. The coils are with the reference numbers 1 . 2 and 3 (and for further distinction with none, one, two or three dashes) and are divided into three groups one, two and three which are electrically connected or connectable to one another. That means the with 1 . 1' . 1" and 1''' designated coils belong to the same group, namely group one, etc. As a result, it is a three-phase electric motor.

In Umfangsrichtung des Stators 51 wiederholt sich die Folge der Spulen der einzelnen Gruppen periodisch. Das heißt im Uhrzeigersinn von 1 folgt jeweils auf eine Spule der Gruppe eins eine Spule der Gruppe zwei und danach eine Spule der Gruppe drei usw.. Die Spulen der einzelnen Gruppen sind beispielsweise alle parallel zueinander oder alle in Reihe zueinander geschaltet. In jedem Fall sind die Anschlüsse und Wicklungsrichtungen der Spulen so verschaltet bzw. ausgestaltet, dass die durch die Spulen derselben Gruppe erzeugten Magnetfelder zu einem gegebenen Zeitpunkt entweder alle radial nach außen gerichtet sind oder alle radial nach innen gerichtet sind.In the circumferential direction of the stator 51 the sequence of the coils of the individual groups is repeated periodically. That means clockwise from 1 a coil from group one is followed by a coil from group one and then a coil from group three, etc. The coils of the individual groups are, for example, all connected in parallel to one another or all in series with one another. In any case, the connections and winding directions of the coils are connected or configured such that the magnetic fields generated by the coils of the same group are either all directed radially outwards at a given time or all are directed radially inwards.

Insbesondere sind alle Pole und die zugeordneten Spulen gleich aufgebaut bzw. dimensioniert. Auf diese Weise ist das durch den Stator 51 erzeugte Magnetfeld entsprechend der vier Pole pro Gruppe vierfach periodisch. Anders ausgedrückt kann das Magnetfeld durch eine imaginäre 90 Grad-Drehung um die Drehachse 42 oder durch ganzzahlige Vielfache einer solchen Drehung identisch auf sich selbst abgebildet werden.In particular, all poles and the associated coils are constructed or dimensioned identically. In this way it is through the stator 51 generated magnetic field corresponding to the four poles per group four times periodically. In other words, the magnetic field can be caused by an imaginary 90 degree rotation around the axis of rotation 42 or are mapped onto themselves identically by integer multiples of such a rotation.

Durch die mehrfache, hier vierfache Periodizität oder sogar eine höhere Periodizität können auf engem Raum große Magnetfelder und damit große Drehmomente erzeugt werden.By the multiple, here four times periodicity or even a higher one periodicity can great in a confined space Magnetic fields and therefore high torques be generated.

Der Rotor 41 weist insgesamt acht magnetische Pole 43 auf, die bezogen auf die Drehachse 42 radial ausgerichtet sind. Die Magnetfelder der Pole 43 sind ferner so ausgerichtet, dass die Magnetfeldrichtung zweier nächst benachbarter Pole 43 immer umgekehrt ist. Die Pole 43 werden jeweils durch Permanentmagnete gebildet, von denen insgesamt vier beispielhaft mit den Bezugszeichen 31, 32, 33 und 34 bezeichnet sind. Im dargestellten Fall weist jeder Pol 43 zwei Permanentmagnete 31, 32 bzw. 33, 34 auf, die parallel zueinander ausgerichtet sind. Bei alternativen Ausgestaltungen können die Pole eine andere Anzahl von Permanentmagnete aufweisen. Je größer die Anzahl der Permanentmagnete pro Pol ist desto stärker ist bei Verwendung des gleichen Materials das Magnetfeld. Es können somit stärkere Drehmomente erzeugt werden. Außerdem ist, wie aus der weiteren Beschreibung ersichtlich wird, eine Mehrzahl von Permanentmagneten pro Pol vorteilhaft für den Betrieb des Elektromotors. Insbesondere ermöglicht die gleichförmigere Verteilung des durch die Permanentmagnete eines Poles erzeugten magnetischen Flusses die Erzeugung eines über größere Drehwinkel-Bereiche in guter Näherung konstanten Drehmoments.The rotor 41 has a total of eight magnetic poles 43 on that related to the axis of rotation 42 are aligned radially. The magnetic fields of the poles 43 are also aligned so that the magnetic field direction of two adjacent poles 43 is always reversed. The poles 43 are each formed by permanent magnets, four of which are exemplified by the reference numerals 31 . 32 . 33 and 34 are designated. In the case shown, each pole 43 two permanent magnets 31 . 32 and 33, 34, which are aligned parallel to each other. In alternative configurations, the poles can have a different number of permanent magnets. The larger the number of permanent magnets per pole, the stronger the magnetic field when using the same material. Stronger torques can thus be generated. In addition, as can be seen from the further description, a plurality of permanent magnets per pole is advantageous for the operation of the electric motor. In particular, the more uniform distribution of the magnetic flux generated by the permanent magnets of a pole enables the generation of a torque that is constant over a larger range of angles of rotation in a good approximation.

Außenseitig der Permanentmagnete weist der Rotor 41 einen ringförmigen Rückschluss 4 auf. Die Permanentmagnete sind derart angeordnet, dass die Pole 43 gleichmäßig über den Umfang des Rückschlusses 4 bzw. des Rotors 41 verteilt sind.The rotor faces outside of the permanent magnets 41 a ring-shaped inference 4 on. The permanent magnets are arranged so that the poles 43 evenly over the scope of the inference 4 or the rotor 41 are distributed.

Somit beträgt das Verhältnis der Anzahl der Statorpole zu der Anzahl der Rotorpole 3:2. Vorzugsweise sind auch alle Pole des Rotors 41 gleich ausgestaltet, sodass der Elektromotor insgesamt vierfach magnetisch periodisch ist. Zur Beschreibung seiner Funktion reicht es daher aus, die magnetische Wechselwirkung für lediglich ein 90 Grad-Segment zu beschreiben.The ratio of the number of stator poles to the number of rotor poles is thus 3: 2. All poles of the rotor are preferably also 41 designed the same, so that the electric motor is magnetically periodic four times. To describe its function, it is therefore sufficient to describe the magnetic interaction for only a 90 degree segment.

2 zeigt eine alternative Ausgestaltung eines Elektromotors 20, bei dem der drehbewegliche Rotor 45 innerhalb des Stators 55 angeordnet ist. Dementsprechend sind die Permanentmagnete (z. B. 33 und 34) des Rotors 45 an dessen Außenumfang angeordnet. Sie werden vom einem Rückschluss 9 getragen, der im Querschnitt zahnradähnliche Aussparungen 47 zwischen Polschuhen 46 aufweist. Die Funktion und weitere Merkmale des Elektromotors 20 entsprechen denen des Elektromotors 10 gemäß 1. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen wie in 1 bezeichnet. 2 shows an alternative embodiment of an electric motor 20 where the rotatable rotor 45 inside the stator 55 is arranged. Accordingly, the permanent magnets (e.g. 33 and 34 ) of the rotor 45 arranged on its outer circumference. You will come to a conclusion 9 worn, the cross-section gear-like recesses 47 between pole pieces 46 having. The function and other features of the electric motor 20 correspond to those of the electric motor 10 according to 1 , The same and functionally identical elements have the same reference numerals as in 1 designated.

3 zeigt beispielhaft einen Betriebszustand des Elektromotors 10. Die Spulen 1 und 2 werden so bestromt, dass das Magnetfeld des zugehörigen Poles 11 bzw. 12 radial nach innen gerichtet ist. Die Spule 3 wird so bestromt, dass das Magnetfeld des zugehörigen Poles 13 radial nach außen gerichtet ist. Daher ist das Magnetfeld des Poles 11 entgegengesetzt zu dem Magnetfeld des gegenüberstehenden Rotorpoles mit den Permanentmagneten 31 und 32 gerichtet. Somit entsteht an dieser Stelle eine abstoßende Kraft. Da die abstoßende Kraft zwischen den Permanentmagneten 31, 32 und dem Pol 11 in der gezeigten Drehposition exakt in radialer Richtung wirkt, bewirkt die abstoßende Kraft kein Drehmoment. 3 shows an example of an operating state of the electric motor 10 , The spools 1 and 2 are energized so that the magnetic field of the associated pole 11 or 12 is directed radially inwards. The sink 3 is energized so that the magnetic field of the associated pole 13 is directed radially outwards. Hence the magnetic field of the pole 11 opposite to the magnetic field of the opposite rotor pole with the permanent magnets 31 and 32 directed. This creates a repulsive force at this point. Because the repulsive force between the permanent magnets 31 . 32 and the pole 11 acts exactly in the radial direction in the rotational position shown, the repulsive force causes no torque.

An der Stelle des im Uhrzeigersinn benachbarten Rotorpoles mit den Permanentmagneten 33 und 34 wirkt durch die annähernd gleich gerichteten Magnetfelder des Rotorpoles und des Statorpoles 12 eine anziehende Kraft und durch die einander entgegengesetzt gerichteten Magnetfelder des Rotorpoles und des Statorpoles 13 eine gleich große abstoßende Kraft. Da sich der Rotorpol zwischen den Statorpolen 12, 13 befindet, entsteht an ihm ein Drehmoment im Gegenuhrzeigersinn. Weiterhin wird das Drehmoment noch durch die abstoßende Kraft zwischen dem Statorpol 12 und den entgegengesetzt gerichteten Permanentmagneten 31, 32 sowie durch die anziehende Kraft zwischen dem Statorpol 13 und den gleich gerichteten Permanentmagneten 35, 36 verstärkt.At the location of the clockwise adjacent rotor pole with the permanent magnets 33 and 34 acts through the almost identical magnetic fields of the rotor pole and the stator pole 12 an attractive force and due to the opposing magnetic fields of the rotor pole and the stator pole 13 an equally great repulsive force. Because the rotor pole is between the stator poles 12 . 13 there is a counterclockwise torque. Furthermore, the torque is caused by the repulsive force between the stator pole 12 and the opposite directional permanent magnets 31 . 32 as well as the attractive force between the stator pole 13 and the same direction permanent magnet 35 . 36 strengthened.

Für die weitere Beschreibung wird der Wert des Drehwinkels a des Rotors 41 in dieser Drehposition auf null gesetzt, wobei die Drehrichtung entgegen dem Uhrzeigersinn gerichtet ist. Einer Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn entsprechen positive Werte des Drehwinkels a, wie durch einen Pfeil angedeutet ist.For the further description, the value of the angle of rotation a of the rotor 41 set to zero in this rotational position, the direction of rotation being counterclockwise. A counter-clockwise rotation corresponds to positive values of the angle of rotation a, as indicated by an arrow.

4 zeigt Ansteuerströme I1, I2 und I3 durch die Spulen der Gruppe eins, zwei bzw. drei jeweils in Abhängigkeit des Drehwinkels a für eine Betriebsweise, bei der der Rotor seine Drehrichtung nicht umkehrt. Dabei und auch in Bezug auf die weiteren Ausführungen anhand von 5 ist anzumerken, dass die dargestellten Funktionsverläufe Modellrechnungen zuzuordnen sind, die die Ansteuerung und das Verhalten des Elektromotors näherungsweise beschreiben. Bei den entsprechenden Funktionsgrafen, die im praktischen Betrieb vorkommen, werden insbesondere die Sprungstellen abgerundet sein. Das Funktionsprinzip lässt sich jedoch anhand von 4 und 5 gut erklären. Es gilt für Motoren, deren Rotorpole wie bei den Motoren 10, 20 gemäß 1 und 2 über einen Winkelbereich ein etwa homogenes Magnetfeld aufweisen, im Beispielfall etwa über einen Winkelbereich von jeweils mindestens 7,5 Grad. 4 shows control currents I1 . I2 and I3 by the coils of group one, two or three, depending on the angle of rotation a for an operating mode in which the rotor does not reverse its direction of rotation. Here and also in relation to the further explanations based on 5 It should be noted that the functional curves shown are to be assigned to model calculations that approximately describe the control and the behavior of the electric motor. In the case of the corresponding function graphs that occur in practical operation, the jump points in particular will be rounded off. The principle of operation can, however, be based on 4 and 5 explain well. It applies to motors whose rotor poles are the same as for motors 10 . 20 according to 1 and 2 Have an approximately homogeneous magnetic field over an angular range, in the example for example over an angular range of at least 7.5 degrees in each case.

Ausgehend von der Drehstellung bei dem Drehwinkel a = 0 wird anhand von 4 folgender Betriebsablauf beschrieben. Dabei entspricht jeweils einem positiven Ansteuerstrom 11, 12 und 13 ein nach innen gerichtetes Magnetfeld des zugehörigen Statorpols: Unmittelbar bei a = 0 und bis zu einem Drehwinkel von a = 3,75 Grad ist der Ansteuerstrom 11 null, d. h. bei z. B. dem Elektromotor 10 würde in der in 3 gezeigten Drehstellung zunächst keine abstoßende Kraft zwischen dem Statorpol 11 und den Permanentmagneten 31, 32 wirken. Die Ansteuerströme 12 und 13 sind wie beispielhaft in 3 dargestellt zunächst positiv bzw. negativ. Wie oben bereits beschrieben, ergibt sich daher ein Drehmoment in positiver Drehrichtung (Gegenuhrzeigersinn in 3).Starting from the rotational position at the rotational angle a = 0, using 4 the following operating procedure is described. Each corresponds to a positive control current 11 . 12 and 13 an inward magnetic field of the associated stator pole: The control current is immediately at a = 0 and up to an angle of rotation of a = 3.75 degrees 11 zero, ie at z. B. the electric motor 10 would in the in 3 shown rotational position initially no repulsive force between the stator pole 11 and the permanent magnet 31 . 32 Act. The control currents 12 and 13 are as exemplary in 3 initially shown positive or negative. As already described above, this results in a torque in the positive direction of rotation (counterclockwise in 3 ).

Mit dem Einschalten des Ansteuerstromes der Phase eins bei a = 3,75 Grad wird das Drehmoment M verstärkt. Nun tragen auch die Statorpole der Phase eins zum Drehmoment M bei.When the control current of the Phase one at a = 3.75 degrees, the torque M is increased. Now the stator poles of phase one also contribute to the torque M.

Bei a = 11,25 Grad haben die Statorpole der zweiten Phase jeweils einen Winkelbereich erreicht, in dem das zu einem in radialer Richtung gegenüberliegenden Rotorpol (in 3 mit den Permanentmagneten 33, 34) gehörende Magnetfeld homogen ist. Diese Statorpole tragen daher allenfalls noch geringfügig zu dem Drehmoment M bei. Bei dem Drehwinkel von 11,25 Grad wird der Strom 12 zunächst abgeschaltet und bei dem Drehwinkel 18,75 mit umgekehrter Stromrichtung wieder eingeschaltet. Über einen zu der Drehstellung, bei dem die Statorpole genau einem Rotorpol radial gegenüberstehen, symmetrischen Winkelbereich wird also die Stromrichtung der Phase umgekehrt. Diese Drehstellung ist bei einem Drehwinkel a = 15 Grad erreicht. Durch die Umkehrung der Stromrichtung wirken nun abstoßende Kräfte zwischen den Statorpolen der Phase zwei und den Rotorpolen, die während der Umkehrung passiert wurden. Die Statorpole der Phase zwei tragen daher wieder zum Drehmoment M im Gegenuhrzeigersinn bei.At a = 11.25 degrees, the stator poles of the second phase each have reached an angular range in which the rotor pole (in 3 with the permanent magnets 33 . 34 ) belonging magnetic field is homogeneous. These stator poles therefore only make a small contribution to the torque M. At the angle of rotation of 11.25 degrees, the current 12 first turned off and at the angle of rotation 18 . 75 switched on again with reverse current direction. The current direction of the phase is thus reversed over an angular range that is symmetrical to the rotational position in which the stator poles are exactly opposite one rotor pole. This rotational position is reached at an angle of rotation a = 15 degrees. By reversing the direction of the current, repulsive forces now act between the stator poles of phase two and the rotor poles, which were passed during the reversal. The stator poles of phase two therefore again contribute to the torque M in the counterclockwise direction.

Wird wie in 4 dargestellt jeweils bei einer weiteren Drehung um 15 Grad die Stromrichtung der in einen homogenen Rotor-Magnetfeldbereich eintretenden Statorpole umgekehrt, setzt sich dieser Ablauf fort. Jeweils nach einer weiteren Drehung um 15 Grad wirkt wieder dasselbe Drehmoment M im Gegenuhrzeigersinn.Will be like in 4 If the direction of current of the stator poles entering a homogeneous rotor magnetic field region is reversed each time it is rotated another 15 degrees, this process continues. After a further rotation of 15 degrees, the same torque M acts counterclockwise again.

Das beschriebene Verfahren der Umkehrung jeweils eines der Ansteuerströme, wenn der oder die entsprechenden Statorpole jeweils einem Rotorpol radial gegenüberstehen, kann unabhängig von der Anzahl der Statorpole bzw. Rotorpole durchgeführt werden. Allgemein formuliert findet jeweils nach einer Drehung um b = 180 Grad / n eine Stromumkehrung statt, wobei b der zurückgelegte Drehwinkel und n die Anzahl der Statorpole ist.The reverse procedure described in each case one of the drive currents, if the corresponding stator pole (s) each have a radial rotor pole face, can be independent on the number of stator poles or rotor poles. Generally formulated after a rotation of b = 180 Degree / n a current reversal takes place, where b is the distance traveled Angle of rotation and n is the number of stator poles.

Fest zu halten ist, dass durch die beschriebene Art der Umkehrung der Stromrichtung ein Elektromotor der erfindungsgemäßen Art mit konstanter Drehrichtung betrieben werden kann.It should be noted that through the described type of reversal of the current direction of an electric motor of the type according to the invention can be operated with constant direction of rotation.

Weiterhin ist ersichtlich, dass durch die Mehrzahl von Magneten pro Rotorpol eine einfache Betriebsweise mit Gleichstrom möglich ist und dass die Fernwirkung zwischen Statorpolen und entfernt gelegenen Rotorpolen aufgrund des starken, homogenen Magnetfeldes der nächst gelegenen Rotorpole zurücktritt, d.h. in guter Näherung vernachlässigbar ist.It can also be seen that by the majority of magnets per rotor pole an easy operation possible with direct current is and that the long-distance effect between stator poles and distant Rotor poles due to the strong, homogeneous magnetic field of the closest ones Rotor poles resigns, i.e. in good approximation is negligible.

Anhand von 5, mit den Teilfiguren 5a, 5b, 5c, wird nun erläutert, wie der erfindungsgemäße Elektromotor, z. B. in den anhand der 1 bis 3 beschriebenen Ausführungsformen, als Schrittmotor betrieben werden kann. Wie bei dem 4 zu Grunde liegenden Fall handelt es sich um einen Elektromotor mit zwölf Statorpolen und acht Rotorpolen. Es kann daher beispielhaft auf 3 Bezug genommen werden, um die auftretenden Kräfte zu veranschaulichen. Wieder werden ausschließlich Gleichströme zur Bestromung der elektromagnetischen Einrichtung verwendet, wobei jedoch wiederum die Stromrichtung umgekehrt werden kann.Based on 5 , with the sub-figures 5a . 5b . 5c , will now be explained how the electric motor according to the invention, for. B. in the based on the 1 to 3 described embodiments, can be operated as a stepper motor. Like that 4 the underlying case is an electric motor with twelve stator poles and eight rotor poles. It can therefore be exemplary 3 Reference is made to illustrate the forces that occur. Again, only direct currents are used to energize the electromagnetic device, but again the current direction can be reversed.

Bei a = 15 Grad ist der Strom I1 abgeschaltet. Die Ströme I2 und I3 sind negativ, d. h. die Magnetfelder der Statorpole der Phasen zwei und drei weisen radial nach außen. Im wesentlichen ausschließlich durch die Bestromung der Statorpole der Phase drei entsteht ein Drehmoment M im Gegenuhrzeigersinn. Im Beispiel von 3 wirken in dieser Drehstellung anziehende Kräfte zwischen dem Statorpol 13 und den Permanentmagneten 35, 36 sowie abstoßende Kräfte zwischen dem Statorpol 13 und den Permanentmagneten 33, 34.The current is at a = 15 degrees I1 off. The streams I2 and I3 are negative, ie the magnetic fields of the stator poles of phases two and three point radially outwards. A torque M in the counterclockwise direction arises essentially exclusively from the energization of the stator poles of phase three. In the example of 3 In this rotational position, attractive forces act between the sta TORPOL 13 and the permanent magnet 35 . 36 as well as repulsive forces between the stator pole 13 and the permanent magnet 33 . 34 ,

Mit fortschreitender Drehbewegung verlassen die Statorpole der Gruppe bzw. Phase zwei die Drehstellung, in der sie sich im homogenen Bereich gegenüberliegender Rotorpole befinden und tragen ebenfalls zum Drehmoment M im Gegenuhrzeigersinn bei. Andererseits treten die Statorpole der Phase drei in einen solchen homogenen Bereich ein. Bei a = 18,75 Grad wird der Strom durch die Statorpole der Phase eins in positiver Richtung eingeschaltet, d. h. das Magnetfeld der Statorpole weist radial nach innen. Auch die Statorpole der Phase eins tragen somit zum Drehmoment M im Gegenuhrzeigersinn bei. Im Beispiel von 3 wirken abstoßende Kräfte zwischen dem Statorpol 11 und den Permanentmagneten 31, 32 sowie anziehende Kräfte zwischen dem Statorpol 11 und den Permanentmagneten 33, 34.As the rotational movement progresses, the stator poles of the group or phase two leave the rotational position in which they are located in the homogeneous area of opposite rotor poles and also contribute to the torque M in the counterclockwise direction. On the other hand, the phase three stator poles enter such a homogeneous region. At a = 18.75 degrees, the current through the stator poles of phase one is switched on in a positive direction, ie the magnetic field of the stator poles points radially inwards. The stator poles of phase one thus also contribute to the torque M counterclockwise. In the example of 3 repulsive forces act between the stator pole 11 and the permanent magnet 31 . 32 as well as attractive forces between the stator pole 11 and the permanent magnet 33 . 34 ,

Mit weiter fortschreitender Bewegung erreichen die Statorpole der Phase drei einen homogenen Bereich gegenüberliegender Rotorpole. Im Beispiel von 3 ist dies etwa bei a = 26,25 Grad der Fall. Zu diesem Zeitpunkt wird der Strom 13 abgeschaltet. Gleichzeitig wird der Strom 12 abgeschaltet. Die Statorpole der Phase zwei sind in dieser Drehstellung gerade dabei, einen homogenen Bereich gegenüberliegender Rotorpole zu verlassen. Dagegen befinden sich die Statorpole der Gruppe eins bzw. Phase eins in einer Drehstellung zwischen zwei Rotorpolen und halten das Drehmoment M im Gegenuhrzeigersinn aufrecht.As the movement progresses, the stator poles of phase three reach a homogeneous area of opposite rotor poles. In the example of 3 this is the case at a = 26.25 degrees. At this point the current 13 off. At the same time the electricity 12 off. In this rotational position, the stator poles of phase two are just about to leave a homogeneous area of opposite rotor poles. In contrast, the stator poles of group one or phase one are in a rotational position between two rotor poles and maintain the torque M in the counterclockwise direction.

Im Ergebnis ist das Drehmoment M ausgehend von a = 15 Grad bis über a = 30 Grad hinaus in erster Näherung konstant. Ab einer Drehstellung jenseits von a = 30 Grad jedoch, im Beispiel bei a = 33,75 Grad, verlassen die Statorpole der Phase drei den homogenen Bereich gegenüberliegender Rotorpole (im Beispiel von 3 den homogenen Bereich der Permanentmagnete 35, 36) und die Stromrichtung von 13 wird umgekehrt, sodass die Statorpole der Phase drei weiterhin zum Drehmoment M im Gegenuhrzeigersinn beitragen. Außerdem treten die Statorpole der Phase eins in einen homogenen Bereich gegenüberliegender Rotorpole ein (im Beispiel von 3 in den homogenen Bereich der Permanentmagnete 33, 34). Dagegen bleibt im Falle von 5a der Strom 12 ausgeschaltet. Dadurch unterscheidet sich die Bestromung von derjenigen gemäß 4. Folglich nimmt das Drehmoment M im weiteren Verlauf der Drehbewegung zunehmend ab, da der Beitrag der Statorpole der Gruppe zwei wegfällt.As a result, the torque M is constant in a first approximation starting from a = 15 degrees to beyond a = 30 degrees. However, from a rotational position beyond a = 30 degrees, in the example at a = 33.75 degrees, the stator poles of phase three leave the homogeneous area of opposite rotor poles (in the example from 3 the homogeneous area of the permanent magnets 35 . 36 ) and the current direction of 13 is reversed so that the stator poles of phase three continue to contribute to the torque M in the counterclockwise direction. In addition, the stator poles of phase one enter a homogeneous area of opposite rotor poles (in the example of 3 in the homogeneous area of the permanent magnets 33 . 34 ). In the case of 5a The current 12 switched off. This differentiates the current supply from that according to 4 , As a result, the torque M decreases increasingly as the rotational movement continues, since the contribution of the stator poles of group two is eliminated.

Allgemein formuliert kann lediglich durch Steuerung des Stromes zumindest einer Phase in anderer Weise als bei dem oben beschriebenen Prinzip (4) der regelmäßigen Stromumkehrung erreicht werden, dass das Drehmoment M abnimmt oder auf null zurückgeht. Weiter ist es möglich, wie anhand von 5b und 5c beschrieben wird, die Stärke der Abnahme mit fortschreitender Drehbewegung zu steuern, indem eine zusätzliche Stromumkehr der zumindest einen Phase vorgenommen wird.Generally speaking, only by controlling the current of at least one phase in a different way than in the principle described above ( 4 ) the regular current reversal can be achieved that the torque M decreases or returns to zero. It is also possible, as with 5b and 5c it is described to control the strength of the decrease with the progressive rotary movement by performing an additional current reversal of the at least one phase.

Wie aus 5b und 5c erkennbar ist, wird der Strom I2 eingeschaltet und/oder eingeschaltet gelassen, wenn die Statorpole einer Phase, hier der Phase zwei, sich in einer Drehstellung zwischen zwei Rotorpolen befindet, wobei die Richtung des Stromes I2 so gewählt ist, dass der von den Statorpolen dieser Phase geleistete Beitrag zum Drehmoment bremsend wirkt, d. h. der momentanen Drehrichtung entgegengesetzt gerichtet ist. Im Beispiel von 3 treten bei der Drehstellung von etwa a = 35 Grad auf Grund des nach innen gerichteten Magnetfeldes der Statorpole der Gruppe zwei anziehende Kräfte zwischen dem Statorpol 12 und den Permanentmagneten 33, 34 sowie abstoßende Kräfte zwischen dem Statorpol 12 und den Permanentmagneten, 35, 36 auf.How out 5b and 5c is recognizable, the current I2 left on and / or left on when the stator poles of one phase, here phase two, are in a rotational position between two rotor poles, the direction of the current I2 is selected such that the contribution to the torque made by the stator poles of this phase has a braking effect, ie is directed in the opposite direction to the current direction of rotation. In the example of 3 At the rotating position of approximately a = 35 degrees, two attractive forces occur between the stator pole due to the inward magnetic field of the stator poles of the group 12 and the permanent magnet 33 . 34 as well as repulsive forces between the stator pole 12 and the permanent magnet, 35 . 36 on.

In 5c ist der Drehwinkelbereich, in dem die Statorpole der Phase zwei einen bremsenden Beitrag zum Drehmoment liefern, länger als in 5b. Dadurch wird die Drehbewegung länger und damit auf kleinere Geschwindigkeitswerte abgebremst.In 5c the angle of rotation range in which the stator poles of phase two make a braking contribution to the torque is longer than in 5b , As a result, the rotary movement is slowed down and thus slowed down to lower speed values.

Die beschriebene Verfahrensweise ermöglicht einen Schrittbetrieb, beispielsweise indem der Motor zum Stillstand gebracht wird und später wieder ein Drehmoment in derselben Drehrichtung erzeugt wird, wobei wiederum nach Zurücklegen der selben Drehwinkeldifferenz der Motor zum Stillstand gebracht wird. Bei dem zuvor beschriebenen Beispiel kann in wiederholt gleicher Verfahrensweise dadurch eine Schrittweite von 30 Grad erreicht werden. Es ist jedoch auch auf einfache Weise möglich, eine Schrittweite von nur 15 Grad, von 45 Grad oder mehr zu erzielen. Da allgemein alle b = 180 Grad / n (siehe oben) ein Rotorpol in eine Drehstellung gelangt, in der er einem Statorpol radial genau gegenüberliegt, und da zu diesem Zeitpunkt jeweils keine Kräfte zwischen diesen Polen wirken, kann die entsprechende Schrittweite bzw. ein ganzzahliges Vielfaches davon besonders einfach erzielt werden. Es ist jedoch auch möglich, andere Schrittweiten zu erzielen.The procedure described allows a step operation, for example by stopping the motor is brought and later again a torque is generated in the same direction of rotation, whereby again after replacement the same angle of rotation difference brought the motor to a standstill becomes. In the example described above, the same can be repeated repeatedly In this way, a step size of 30 degrees can be achieved. However, it is also possible in a simple manner to use an increment of only 15 degrees, 45 degrees or more. Because generally everyone b = 180 degrees / n (see above) a rotor pole in a rotating position arrives in which it is radially opposite a stator pole, and since there are no forces between these poles at this time, can be the corresponding step size or an integer multiple of which can be achieved particularly easily. However, it is also possible for others To achieve increments.

Weiterhin ist es nicht nur möglich, durch Steuerung des Stromes zumindest einer Phase in anderer Weise als bei dem anhand von 4 beschriebenen Prinzip eine Drehbewegung des Rotors abzubremsen oder zum Stillstand zu bringen, sondern die Drehbewegung umzukehren. Beispielsweise ist dies dadurch möglich, in dem Betriebszustand gemäß 5c im Drehwinkelbereich von etwa a = 35 Grad den Strom einer weiteren Phase auszuschalten und/oder umzukehren, etwa den Strom der Phase drei. Somit kann der Elektromotor auch im Pendelbetrieb betrieben werden.Furthermore, it is not only possible to control the current of at least one phase in a different way than in the case of FIG 4 described principle to brake or bring a rotary movement of the rotor to a standstill, but to reverse the rotary movement. For example, this is possible in the operating state according to 5c switch off and / or reverse the current of a further phase in the rotation angle range of approximately a = 35 degrees, approximately the current of phase three. This means that the electric motor can also be operated in a shuttle mode.

Zusammenfassend ist festzustellen, dass der erfindungsgemäße Elektromotor ein besonders hohes Verhältnis von Drehmoment bzw. Antriebsleistung zu Bauvolumen ermöglicht. Insbesondere bei den anhand von 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen kann das Verhältnis gegenüber dem aus der DE 199 09 227 A1 bekannten Schrittmotor um mehr als einen Faktor zwei gesteigert werden. Dies liegt zum einen daran, dass sowohl in dem Stator als auch in dem Rotor eine Vielzahl von Magnetspulen vorhanden sind. Bei der Bauart des in 1 dargestellten Motors mit innenliegendem Stator kommt hinzu, dass der Innenbereich des Motors für die Spulenwicklungen und ggf. Spulenkerne genutzt wird und außerhalb des Rotors kaum Platz benötigt wird. Da ein hohes Drehmoment auch entsprechende Abmessungen des Rotors in radialer Richtung erfordert, kann der Motor somit noch Platz sparender gebaut werden.In summary, it can be stated that the electric motor according to the invention enables a particularly high ratio of torque or drive power to construction volume. Especially in the case of 1 and 2 shown from the relationship can differ from that of the DE 199 09 227 A1 known stepper motor can be increased by more than a factor of two. On the one hand, this is due to the fact that a large number of magnetic coils are present both in the stator and in the rotor. In the design of the in 1 Motor shown with an internal stator is added that the interior of the motor is used for the coil windings and, if necessary, coil cores and hardly any space is required outside the rotor. Since a high torque also requires corresponding dimensions of the rotor in the radial direction, the motor can be built in an even more space-saving manner.

Weiterhin kann der Elektromotor im Dreiphasen-Gleichstrombetrieb in einfacher Weise lediglich durch geeignete Stromumkehrung so angesteuert werden, dass der Rotor kontinuierlich in einer Drehrichtung dreht, dass der Motor im Schrittbetrieb betrieben wird und/oder dass der Motor im Pendelbetrieb betrieben wird.Furthermore, the electric motor can Three-phase DC operation in a simple manner only suitable current reversal can be controlled so that the rotor is continuous rotates in one direction of rotation so that the motor operates in step mode and / or that the engine is operated in a shuttle mode.

Eine Einsatzmöglichkeit des Elektromotors (in insbesondere den anhand der Figuren beschriebenen Ausführungsformen) besteht darin, ihn als Antriebsmotor eines elektrischen Ventiltriebes (EVT) eines Kraftfahrzeugmotors zu verwenden.One possible application of the electric motor (in in particular the embodiments described with reference to the figures) consists of him as the drive motor of an electric valve train (EVT) to use an automotive engine.

Claims

Electric motor ( 10 ; 20 ) with a stator ( 51 ; 55 ), which is an electromagnetic device that can be connected to three phases of an electrical power supply ( 1 to 3 ), and with a rotor ( 41 ; 45 ), which has a plurality of magnetic rotor poles ( 43 ), - the electromagnetic device ( 1 to 3 ) when energized, a number of magnetic stator poles ( 11 to 13 ) which has an axis of rotation ( 42 ) of the electric motor in the closed circumferential direction of the electric motor evenly over the stator ( 51 ; 55 ) are distributed, - with each stator pole ( 11 to 13 ) is clearly assigned to one of the three phases, so that a constant and periodically recurring sequence of the three phases is formed in the circumferential direction, - the magnetic rotor poles ( 43 ) in the circumferential direction evenly over the rotor ( 41 ; 45 ) are distributed, - in the circumferential direction immediately successive rotor poles ( 43 ) one each related to the axis of rotation ( 42 ) have opposite magnetic field direction and - the ratio of the number of stator poles ( 11 to 13 ) to the number of rotor poles ( 43 ) 3: 2.

Electric motor according to claim 1, wherein the stator poles ( 11 to 13 ) and the rotor poles ( 43 ) each radial to the axis of rotation ( 42 ) of the electric motor are aligned.

Electric motor according to claim 1 or 2, wherein each rotor pole ( 43 ) the same number, in particular at least two magnets lying one behind the other in the circumferential direction ( 31 . 32 . 33 . 34 ) having.

Electric motor according to one of claims 1 to 3, wherein the rotor poles ( 43 ) are designed and / or can be operated in such a way that they 42 ) concentrically enveloping envelope surface, each with the same strong magnetic fields, and the stator poles ( 11 to 13 ) are designed and operable in such a way that they generate magnetic fields of the same strength in the envelope surface.

Method for operating an electric motor ( 10 ; 20 ) with the features according to one of claims 1 to 4, wherein the electromagnetic device ( 1 to 3 ) is supplied with a three-phase direct current and the current direction of a specific stator pole ( 11 to 13 ) is reversed at least once if during a rotation of the rotor ( 41 ; 45 ) around the axis of rotation ( 42 ) a rotor pole ( 43 ) the stator pole ( 11 to 13 ) happens.

Method according to claim 5, wherein during a first operating phase the current direction of all three phases is set such that all stator poles ( 11 to 13 ) a torque of the rotor ( 41 ; 45 ) in a first direction of rotation, and during a subsequent second operating phase the current direction of the phases remains set in such a way that the stator poles (1 and 2) assigned to a first phase 11 . 12 ) a torque of the rotor ( 41 ; 45 ) in the first direction of rotation and the stator pole (s) assigned to the third phase ( 13 ) generates a torque in the opposite, second direction of rotation.