-
GEBIET DER ERFINDUNG
-
Vorliegende Erfindung betrifft Motoren und insbesondere einen einphasigen Permanentmagnet-Außenläufermotor mit niedrigem Rastmoment und ein Gerät, in welchem der einphasige Permanentmagnet-Außenläufermotor verwendet wird.
-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
Ein einphasiger bürstenloser Außenläufermotor hat üblicherweise einen Ständer und einen um den Ständer drehbaren Läufer. Der Ständer hat einen Ständerkern und eine Mehrzahl von Zähnen, die sich von dem Ständerkern erstrecken. Die Zähne sich mit Wicklungen versehen. Wenn die Wicklungen bestromt werden, erzeugen sie ein alternierendes Magnetfeld. Der Läufer ist so angeordnet, dass er den Ständer umschließt, und hat üblicherweise eine Drehwelle, ein Läuferjoch, das an der Drehwelle fest montiert ist, und eine Mehrzahl von Permanentmagnetpolen, die an dem Läuferjoch befestigt sind, um ein Magnetfeld zu bilden. Die Interaktion zwischen dem Läufermagnetfeld und dem alternierenden Magnetfeld des Ständers bewirkt die Drehung des Läufers. Um zu vermeiden, dass der Läufer am Totpunkt rastet, haben die Außenflächen der Zähne des Ständers normalerweise eine asymmetrische Struktur. Der Motor einer solchen Bauform hat normalerweise ein hohes Rastmoment. Dies beeinträchtigt die gleichmäßige Drehung des Motors und führt zu einer Drehzahlwelligkeit, zu Vibrationen und zu Geräuschen.
-
ÜBERSICHT
-
Aus diesem Grund werden ein einphasiger Motor mit einem niedrigeren Rastmoment und Gerät gewünscht, in welchem der einphasige bürstenlose Außenläufermotor verwendet wird.
-
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein einphasiger bürstenloser Außenläufermotor angegeben, der einen Ständer und einen Läufer hat. Der Ständer hat einen Ständerkern und Wicklungen, die um den Ständerkern herumgeführt sind. Der Ständerkern hat ein Joch und eine Mehrzahl von Zähnen, die sich von dem Joch radial nach außen erstrecken. Jeder der Zähne hat einen Zahnkörper und eine Zahnspitze, die sich in einer Umfangsrichtung von einem distalen Ende des Zahnkörpers erstreckt. Der Läufer hat ein Läuferjoch, das rund um den Ständerkern angeordnet ist, und ein Permanentmagnet ist an einer Innenwandfläche des Läuferjochs angeordnet, um eine Mehrzahl von Magnetpolen zu bilden. Eine Innenfläche des Permanentmagnets und eine Außenfläche der Zahnspitze liegen einander gegenüber und definieren zwischen sich einen Spalt, um eine Drehung des Läufers relativ zu dem Ständer zu ermöglichen. Wenn der Motor außer Strom gesetzt wird, kann der Läufer durch ein Streumagnetfeld, das durch den mindestens einen mit den Zahnspitzen des Ständerkerns wirkenden Permanentmagnet erzeugt wird, in einer Ausgangsposition positioniert werden.
-
Vorzugsweise ist zwischen zwei benachbarten Zahnspitzen eine Schlitzöffnung gebildet, und eine Breite der Schlitzöffnung in der Umfangsrichtung ist kleiner oder gleich dem Fünffachen einer minimalen radialen Breite des Spalts ist. Weiterhin bevorzugt ist die Breite der Schlitzöffnung in der Umfangsrichtung kleiner oder gleich dem Dreifachen der minimalen radialen Breite des Spalts.
-
Vorzugsweise ist der Spalt ein ungleichmäßiger Spalt, wobei eine radiale Breite des jedem Magnetpol zugeordneten Spalts von einem mittleren Bereich in Richtung auf Umfangsenden des Magnetpols fortschreitend zunimmt.
-
Vorzugsweise ist ein Verhältnis einer maximalen radialen Breite zu einer minimalen radialen Breite des Spalts größer als 1,5.
-
Vorzugsweise ist eine radiale Breite des jedem Magnetpol zugeordneten Spalts bezüglich einer Mittelachse des Magnetpols entlang der Umfangsrichtung symmetrisch.
-
Vorzugsweise liegen die Außenflächen der Zahnspitzen an derselben zylindrischen Fläche, und eine Mittelachse der zylindrischen Fläche stimmt mit einer Mittelachse des Läufers überein.
-
Vorzugsweise ist die Innenfläche des Permanentmagnetpols eine ebene Fläche oder eine Bogenfläche mit einem Polbogenkoeffizienten größer als 0,75.
-
Vorzugsweise hat der Ständer eine isolierende Isolierhalterung, die rund um den Ständerkern angebracht ist, und die Wicklungen sind um die isolierende Isolierhalterung herumgeführt. Die Isolierhalterung hat einen oberen Halterungsbereich und einen unteren Halterungsbereich. Der obere Halterungsbereich und der untere Halterungsbereich decken den Ständerkern von seinen einander gegenüberliegenden axialen Enden ab. Der obere Halterungsbereich und untere Halterungsbereich haben jeweils einen Ringbereich, der rund um das Joch des Ständerkerns befestigt ist, Hülsenbereiche, die rund um die Zahnkörper befestigt sind, und Widerstandsbereiche, die Innenflächen der Zahnspitzen einen Widerstand entgegenbringen.
-
Vorzugsweise ist eine gebogene Platte an einem axialen Ende des Widerstandsbereichs angeordnet, und bedeckt eine Endfläche eines axialen Endbereichs der Zahnspitze zumindest teilweise.
-
Vorzugsweise ist zumindest in einem Verbindungseckbereich zwischen der Zahnspitze und dem Zahnkörper ein Schlitz gebildet.
-
Vorzugsweise sind die Zähne des Ständerkerns separat ausgebildet und werden anschließend zur Bildung des Ständerkerns miteinander verbunden.
-
Vorzugsweise ist mindestens ein Zahn des Ständerkerns separat ausgebildet und wird anschließend mit dem Joch verbunden.
-
Vorzugsweise enthält der Läufer eine Mehrzahl von Permanentmagneten, und die Permanentmagnete sind durch eine Umspritzung mit Kunststoff zu einem ganzen Körper zusammengeschlossen.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein einphasiger Permanentmagnetmotor angegeben. Der Motor hat einen Anker mit einem Kern und Wicklungen, die um den Kern herumgeführt sind, wobei der Kern einen ringförmigen Bereich hat und eine Mehrzahl von Zähnen, die sich von dem ringförmigen Bereich nach außen erstrecken, wobei jeder der Zähne einen Zahnkörper und eine sich in der Umfangsrichtung von einem distalen Ende des Zahnkörpers erstreckende Zahnspitze hat, wobei zwischen jeweils zwei benachbarten Zahnspitzen eine Schlitzöffnung gebildet ist; und ein Joch, das den Anker umschließt, und mindestens einen Permanentmagnet, der an einer Innenfläche des Läuferjochs angeordnet ist, um eine Mehrzahl von Magnetpolen zu bilden, wobei Innenflächen der Magnetpole Außenflächen der Zahnspitzen zugewandt sind und dazwischen ein Spalt gebildet ist. Eine Breite der Schlitzöffnung in der Umfangsrichtung ist kleiner oder gleich dem Fünffachen einer minimalen radialen Breite des Spalts. Eine radiale Breite des Spalts, der jedem Magnetpol zugeordnet ist, nimmt von einem zentralen Bereich in Richtung auf Umfangsenden des Magnetpols fortschreitend zu.
-
Vorzugsweise ist eine Breite der Schlitzöffnung in der Umfangsrichtung kleiner oder gleich dem Dreifachen einer minimalen Breite des Spalts.
-
Vorzugsweise ist der Spalt ein ungleichmäßiger Spalt, und ein Verhältnis einer maximalen radialen Breite zu einer minimalen radialen Breite des Spalts ist größer als 1,5.
-
Vorzugsweise ist eine radiale Breite des Spalts, der jedem Magnetpol zugeordnet ist, bezüglich einer Mittelachse des Magnetpols entlang der Umfangsrichtung symmetrisch.
-
Vorzugsweise ist die Zahnspitze des Zahns bezüglich eines Radius des Motors, der durch eine Mitte des Zahnkörpers des Zahns verläuft, symmetrisch.
-
Vorzugsweise sind die Zähne des Ständerkerns separat ausgebildet und werden anschließend miteinander verbunden, um den Ständerkern zu bilden.
-
Vorzugsweise ist mindestens ein Zahn des Ständerkerns separat ausgebildet und wird anschließend mit dem ringförmigen Bereich verbunden.
-
Vorzugsweise enthält der Läufer eine Mehrzahl von Permanentmagneten, und die Permanentmagnete sind durch eine Umspritzung mit Kunststoff zu einem ganzen Körper zusammengeschlossen.
-
Gemäß einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein einphasiger Außenläufermotor angegeben, der einen Ständer und einen Läufer hat. Der Ständer hat einen Ständerkern und Wicklungen, die um den Ständerkern herumgeführt sind. Der Ständerkern hat ein Joch und eine Mehrzahl von Zähnen, die sich von dem Joch nach außen erstrecken. Jeder der Zähne hat einen Zahnkörper und eine Zahnspitze, die sich in einer Umfangsrichtung von einem distalen Ende des Zahnkörpers erstreckt. Der Läufer hat ein Läuferjoch, das rund um den Ständerkern angeordnet ist, und einen Permanentmagnet, der an einer Innenwandfläche des Läuferjoches angeordnet ist, um eine Mehrzahl von Magnetpolen zu bilden. Eine Innenfläche des Permanentmagnets und eine Außenfläche der Zahnspitze liegen einander gegenüber und definieren zwischen sich einen Spalt, um eine Drehung des Läufers relativ zu dem Ständer zu ermöglichen. Wenn der Motor außer Strom gesetzt wird, hält der Rotor in einer Ausgangsposition an, in der eine Mittellinie der Zahnspitze des Ständers näher zu einer Mittellinie eines Neutralbereichs zwischen zwei benachbarten Magnetpolen liegt als Mittellinien der zwei benachbarten Magnetpole.
-
Es wird ferner ein Elektrogerät angegeben, in welchem der vorstehende einphasige Außenläufermotor verwendet wird. Das Elektrogerät enthält ein Antriebsrad oder eine Geschwindigkeitsreduziervorrichtung, die durch den Motor angetrieben werden.
-
Bei dem vorstehenden einphasigen Motor sind eine Magnetbrücke oder kleine/schmale Schlitzöffnungen zwischen benachbarten Zähnen des Ständerkerns definiert. Die Außenfläche der Zahnspitze des Ständerzahns und die Innenfläche des Permanentmagnetpols definieren zwischen sich den Spalt. Die Breite der Schlitzöffnung in der Umfangsrichtung ist kleiner oder gleich dem Fünffachen einer minimalen radialen Breite des Spalts, und ein Verhältnis einer maximalen radialen Breite zu einer minimalen radialen Breite des Spalts ist größer als 1,5. Dadurch kann der Läufer durch ein Streumagnetfeld, das durch die Läufermagnetpole erzeugt wird, in der Ausgangsposition positioniert werden, die von der Totpunktposition abweicht, und das Rastmoment lässt sich wirksam unterdrücken.
-
Es folgt eine Beschreibung der vorliegenden Erfindung anhand von Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen.
-
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 zeigt einen einphasigen bürstenlosen Außenläufermotor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
-
2 ist eine Schnittansicht des einphasigen bürstenlosen Außenläufermotors von 1 entlang einer radialen Richtung;
-
3 ist eine Schnittansicht des einphasigen bürstenlosen Außenläufermotors von 1 entlang einer axialen Richtung;
-
4 ist eine vergrößerte Ansicht des anhand der gestrichelten Linie eingekreisten Bereichs von 2;
-
5 zeigt einen Ständerkern des einphasigen bürstenlosen Außenläufermotors von 1;
-
6 zeigt eine Isolierhalterung des einphasigen bürstenlosen Außenläufermotors von 1;
-
7 ist eine Ansicht des Ständerkerns von 5 und der Isolierhalterung von 6 im zusammengefügten Zustand;
-
8 zeigt den Läufer, der in einer Totpunktposition rastet, wenn der einphasige bürstenlose Außenläufermotor nicht bestromt wird;
-
9 zeigt den Läufer in der Ausgangsposition, wenn der einphasige bürstenlose Außenläufermotor nicht bestromt wird;
-
10 zeigt einen Ständerkern eines Motors gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
-
11 zeigt einen Ständerkern eines Motors gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
-
12 und 13 zeigen einen Läufer eines Motors gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
-
14 zeigt einen Läufer gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
-
15 zeigt einen Läufer gemäß einer weiteren, alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
-
16 zeigt einen Motor gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
-
17 zeigt eine Ausführungsform eines Gebläses, in welchem der erfindungsgemäße Motor verwendet wird;
-
18 zeigt eine elektrische Maschine, in welcher der erfindungsgemäße Motor verwendet wird.
-
DETAILBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Ausführungsformen der Erfindung werden nunmehr anhand eines Beispiels beschrieben, wobei auf die anliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird. Identische Strukturen, Elemente oder Teile, die in mehr als einer Zeichnungsfigur erscheinen, sind in sämtlichen Figuren, in denen sie erscheinen, grundsätzlich identisch gekennzeichnet. Die Dimensionen von Komponenten und Merkmalen sind im Hinblick auf eine übersichtliche Darstellung gewählt und sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu dargestellt.
-
Es wird auf 1, 2 und 3 Bezug genommen. Ein einphasiger Permanentmagnetmotor 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat einen Ständer 10 und einen den Ständer 10 umschließenden Läufer 20. Der einphasige Permanentmagnetmotor 1 ist bevorzugt ein einphasiger bürstenloser Permanentmagnetmotor.
-
Der Ständer 10 hat einen Ständerkern 11, der aus einem magnetisch leitenden Material besteht, eine Isolierhalterung 13, die an dem Ständerkern 11 befestigt ist, und Wicklungen 15, die um die Isolierhalterung 13 herumgeführt sind.
-
Es wird auch auf 2, 4 und 5 Bezug genommen. Der Ständerkern 11 hat einen ringförmigen Bereich 110, d. h. ein Ständerjoch, das in der Mitte des Ständerkerns 11 angeordnet ist, und eine Mehrzahl von Zähnen, die sich von dem ringförmigen Bereich 110 radial nach außen erstrecken. Ein Wicklungsschlitz ist zwischen jeweils zwei benachbarten Zähnen gebildet. Jeder Zahn hat einen Zahnkörper 112 und eine Zahnspitze 114, die sich entlang einer Umfangsrichtung des Ständers von einem distalen Ende des Zahnkörpers 111 erstreckt. Jeweils zwei benachbarte Zahnspitzen 114 definieren zwischen sich eine Schlitzöffnung 11, die mit einem korrespondierenden Wicklungsschlitz in Verbindung steht. Vorzugsweise hat jede Schlitzöffnung 115 in der Umfangsrichtung die gleiche Breite. Das heißt, die Zahnspitzen sind entlang der Umfangsrichtung gleichmäßig angeordnet. Vorzugsweise ist jeder Zahn bezüglich eines Radius des Motors, der durch eine Mitte des Zahnkörpers des Zahns verläuft, symmetrisch. Die Zahnspitzen haben bevorzugt die gleiche Umfangsbreite. Alternativ können die Zahnspitzen unterschiedliche Umfangsbreiten aufweisen, und jeder Zahn kann bezüglich eines Radius des Motors, der durch eine Mitte des Zahnkörpers des Zahns verläuft, symmetrisch sein.
-
Der ringförmige Bereich 110 ist allgemein hohlzylinderförmig. Eine Durchgangsöffnung 111 ist entlang einer axialen Richtung durch einen zentralen Bereich des ringförmigen Bereichs 110 hindurch definiert. Wie in 1, 2 und 3 gezeigt ist, hat der Ständer 10 ferner eine Basis 16 und einen an der Basis 16 gebildeten Lagerhalter 17. Die Basis 16 ist allgemein kreisscheibenförmig. Der Lagerhalter 17 erstreckt sich senkrecht von einem zentralen Bereich der Basis 16, für eine feste Montage des Ständerkerns 11 an demselben. Insbesondere ist der Lagerhalter 17 durch die Durchgangsöffnung 111 des ringförmigen Bereichs 110 des Ständerkerns 11 eingesetzt. In dem Lagerhalter 17 ist eine Durchgangsöffnung definiert, für die drehbare Lagerung einer Drehwelle 21 des Läufers 20 in der Durchgangsöffnung.
-
Der Zahnkörper 112 erstreckt sich radial von einer Außenwandfläche des ringförmigen Bereichs 110, und die Zahnkörper 112 sind entlang der Umfangsrichtung des ringförmigen Bereichs 110 gleichmäßig angeordnet. An dem radialen distalen Ende jedes Zahnkörpers 112 ist die Zahnspitze 114 gebildet. Vorzugsweise ist die Zahnspitze 114 bezüglich eines Radius des Motors, der durch eine Mitte des Zahnkörpers 112 verläuft, ein symmetrisches Gebilde. Es wird auf 4 Bezug genommen. Eine Außenfläche 117 der Zahnspitze 114, d. h. eine dem ringförmigen Bereich 110 gegenüberliegende Fläche, ist eine Bogenfläche. Vorzugsweise liegen die Außenflächen 117 der Zahnspitzen 114 an derselben zylindrischen Fläche, deren Mittelachse mit einer Mittelachse der Drehwelle 21 übereinstimmt. Eine Innenfläche 118 der Zahnspitze 114, d. h. eine in Richtung auf den ringförmigen Bereich 110 weisende Fläche, ist eine allgemein ebene Fläche.
-
In manchen Ausführungsformen sind in Verbindungseckbereichen zwischen der Zahnspitze 114 und dem Zahnkörper 112 Schlitze 116 gebildet. Das Vorsehen der Schlitze 116 verhindert Falten beim Biegen der Zahnspitzen 114 des Ständerkerns 11 relativ zu dem Zahnkörper 112. Insbesondere erstrecken sich zwei Bereiche/Flügel der Zahnspitze 114 an gegenüberliegenden Seiten des Zahnkörpers 112 in einem Ausgangszustand radial nach außen, so dass die Breite des Wicklungsschlitzes und der Schlitzöffnung 115 vergrößert werden kann, um das Ausführen der Wicklungen zu erleichtern. Nach dem Ausführen der Wicklungen werden die beiden Bereiche der Zahnspitze 114 mit einem Werkzeug um die Schlitze 116 nach innen in eine endgültige Position gebogen. Es versteht sich, dass in manchen Ausführungsformen der Schlitz 116 nur in einem Verbindungseckbereich zwischen dem Zahnkörper 112 und dem Bereich der Zahnspitze 112 auf einer Seite des Zahnkörpers 112 gebildet sein kann.
-
Es wird auf 6 und 7 Bezug genommen. Die Isolierhalterung 13 hat einen oberen Halterungsbereich 131 und einen unteren Halterungsbereich 133. Der obere Halterungsbereich 131 und der untere Halterungsbereich 133 bedecken den Ständerkern 11 von seinen einander gegenüberliegenden axialen Enden.
-
Der obere Halterungsbereich 131 und der untere Halterungsbereich 133 sind im Wesentlichen form- und baugleich und sind einander gegenüberliegend angeordnet. Der obere Halterungsbereich 131 und der untere Halterungsbereich 133 haben jeweils einen Ringbereich 130, der rund um den Ringbereich 110 des Ständerkerns 11 befestigt ist, Hülsenbereiche 132, die rund um die Zahnkörper 112 befestigt sind, und Widerstandsbereiche 134, die den Innenflächen der Zahnspitzen 114 einen Widerstand entgegenbringen. Der Ringbereich 130 ist allgemein rundrohrförmig und umschließt den Außenwandbereich des ringförmigen Bereichs 110 des Ständerkerns. Ein ringförmiger Endflansch 136 erstreckt sich von einem oberen axialen Ende des Ringbereichs 130 nach innen. Der Endflansch 136 bedeckt eine obere Endfläche des ringförmigen Bereichs 110 des Ständerkerns. Eine Seitenwand des Ringbereichs 130 bildet eine Mehrzahl von Öffnungen (nicht gekennzeichnet), an denen die Hülsenbereiche 132 angeordnet sind. Die Öffnungen lassen den Zahnkörper 112 hindurchtreten. Der Hülsenbereich 132 hat ebenfalls Endflächen und Seitenflächen, die den Endflächen und den Seitenflächen des Zahnkörpers 112 entsprechen. Der Hülsenbereich 132 bedeckt die Endflächen und die beiden Seitenflächen des Zahnkörpers 112. Wie vorliegend beschrieben, beziehen sich die Endflächen des Zahnkörpers 112 auf eine Oberfläche und auf eine Unterfläche des Zahnkörpers 112 in der axialen Richtung des Motors, und die Seitenflächen des Zahnkörpers 112 beziehen sich auf die beiden zur radialen Richtung parallelen Flächen. Es versteht sich, dass der Hülsenbereich 132 des oberen Halterungsbereichs 131 die Oberfläche und die beiden Seitenflächen des Zahnkörpers 112 bedeckt und dass der Hülsenbereich 132 des unteren Halterungsbereichs 133 die Unterfläche und die beiden Seitenflächen des Zahnkörpers 112 bedeckt. Der obere Halterungsbereich 131 und der untere Halterungsbereich 133 bedecken im Wesentlichen die ganzen Seitenflächen und Endflächen des Zahnkörpers 112, um den Ständerkern 11 von den Wicklungen 15 zu isolieren.
-
Der Widerstandsbereich 134 wird gebildet, indem ein radiales distales Ende des Hülsenbereichs 132 entlang der Umfangsrichtung gebogen wird und der Innenfläche 118 einer entsprechenden Zahnspitze 114 einen Widerstand entgegenbringt.
-
Ferner ist eine gebogene Platte 135, 137 an einem axialen Ende des Widerstandsbereichs 134 angeordnet. Die gebogene Platte 135, 137 bedeckt eine Endfläche des axialen Endbereichs der Zahnspitze 114 zumindest teilweise. Insbesondere ist die gebogene Platte 135 an einem oberen axialen Ende des Widerstandsbereichs 134 des oberen Halterungsbereichs 131 angeordnet und bedeckt eine obere axiale Endfläche einer entsprechenden Zahnspitze 114 zumindest teilweise; die gebogene Platte 137 ist an einem unteren axialen Ende des Widerstandsbereichs 134 des unteren Halterungsbereichs 133 angeordnet und bedeckt eine untere axiale Endfläche einer entsprechenden Zahnspitze 114 zumindest teilweise.
-
Es wird auf 1 bis einschließlich 3 Bezug genommen. Der Läufer 20 hat eine Drehwelle 21, die durch den ringförmigen Bereich 110 hindurchgeführt ist, ein Läuferjoch 22, das mit der Drehwelle 21 fest verbunden ist, und einen Permanentmagnet 24, der an einer Innenwandfläche des Läuferjochs 22 angeordnet ist, um eine Mehrzahl von Magnetpolen 24 zu bilden. In dieser Ausführungsform umfasst der Permanentmagnet 24 mehrere geteilte Magneten, deren jeder einen Magnetpol 24 bildet. In einer alternativen Ausführungsform kann der Permanentmagnet als einteiliger Ringmagnet ausgebildet sein, wie in 15 gezeigt. Der Ringmagnet hat eine Mehrzahl von Abschnitten, deren jeder einen Permanentmagnetpol 24 bildet. Vorzugsweise ist eine Innenfläche 241 des Permanentmagnets 24 eine ebene Fläche, so dass die Herstellung des Permanentmagnets 24 vereinfacht werden kann. Es versteht sich jedoch, dass die Innenfläche des Permanentmagnets auch eine Bogenfläche sein kann. Vorzugsweise ist der Polbogenkoeffizient des Permanentmagnets, d. h. das Verhältnis des tatsächlichen Winkels des Permanentmagnets 24 entlang der Umfangsrichtung zu dem Quotient von 360 Grad geteilt durch die Anzahl von Läuferpolen, größer als 0,75, wodurch die Rastmomentcharakteristik verbessert und der Motorwirkungsgrad vergrößert werden kann.
-
Es wird auf 3 Bezug genommen. Die Drehwelle 21 ist in der Durchgangsöffnung des Lagerhalters 12 drehbar angeordnet. Zum Beispiel ist die Drehwelle 21 in dem Lagerhalter 17 durch ein Lager drehbar gelagert. Das Läuferjoch 22 ist allgemein trommelförmig und bedeckt den Ständerkern 11. Das Läuferjoch 22 hat eine Endplatte 221, die mit der Drehwelle 21 verbunden ist, und eine ringförmige Seitenwand 222, die sich von der Endplatte 221 erstreckt. Die Endplatte 221 ist der Basis 16 gegenüberliegend angeordnet, wobei zwischen einem axialen Ende der Seitenwand 222 und der Basis 16 ein Spalt gebildet ist. In der Endplatte 221 sind eine Mehrzahl von Fenstern gebildet, durch welche Luft von außen einströmen und einen Innenraum des Motors kühlen kann. Während des Betriebs des Motors drehen sich das Läuferjoch 22 und der Permanentmagnet 24 unter Interaktion zwischen den Magnetfeldern des Permanentmagnets 24 und des Ständers relativ zu dem Ständer.
-
In manchen Ausführungsformen kann die Anzahl der Permanentmagnetpole 24 die gleiche sein wie die Anzahl der Zähne oder ein Vielfaches derselben. Zum Beispiel entspricht die Anzahl der Zähne dem Zwei- oder Dreifachen der Anzahl der Permanentmagnetpole. In dieser Ausführungsform hat der Läufer 20 acht Permanentmagnete, die jeweils acht Permanentmagnetpole bildet, der Ständer 10 hat acht Ständerzähne, und zwischen benachbarten Zähnen sind insgesamt acht Wicklungsschlitze gebildet, wodurch ein Motor mit 8 Polen und 8 Schlitzen gebildet wird. Vorzugsweise sind die Ständerwicklungen durch einen einphasigen bürstenlosen Gleichstrommotortreiber mit einphasigem Gleichstrom verbunden und werden mit diesem versorgt, wodurch ein einphasiger bürstenloser Gleichstrommotor gebildet wird. Es versteht sich, dass vorliegende Erfindung als einphasiger Permanentmagnet-Synchronmotor verwendet werden kann, wenn die Ständerwicklungen mit einer einphasigen Wechselstromquelle verbunden sind.
-
Wie 4 zeigt, sind die Innenflächen 241 der Permanentmagnetpole 24 den Außenflächen 117 der Zahnspitzen 114 zugewandt, wobei dazwischen ein Luftspalt 119 gebildet ist. Eine radiale Breite des Spalts 119 variiert entlang einer Umfangsrichtung des Permanentmagnetpols 24, wodurch ein ungleichmäßiger Spalt gebildet wird. Die radiale Breite des Spalts 119 nimmt von einer Umfangsmitte in Richtung auf gegenüberliegende Umfangsenden einer Innenfläche 117 des Permanentmagnetpols 24 fortlaufend zu. Dadurch ist ein radialer Abstand zwischen einem Umfangsmittelpunkt der Innenfläche des Permanentmagnetpols 24 und einer zylindrischen Fläche, in der sich die Außenfläche der Zahnspitze 114 befindet, die minimale radiale Breite G1 des Spalts 119, und ein radialer Abstand zwischen einem Umfangsendpunkt der Innenfläche des Permanentmagnetpols 24 und der zylindrischen Fläche, in der sich die Außenfläche der Zahnspitze 114 befindet, ist die maximale radiale Breite G2 des Spalts 119. Vorzugsweise ist ein Verhältnis der maximalen radialen Breite zur minimalen radialen Breite des Spalts 119 größer als 1,5 und weiter vorzugsweise größer als 2, d. h. G2:G1 > 2.
-
Eine Breite D (die sich normalerweise auf die minimale Breite der Schlitzöffnung 115 in der Umfangsrichtung bezieht) der Schlitzöffnung 115 ist gleich oder größer 0, doch kleiner oder gleich dem Fünffachen der minimalen radialen Breite des Spalts 119, d. h. 0 < D ≤ 5G1. Vorzugsweise ist die Breite D der Schlitzöffnung 115 gleich der oder größer als die minimale radiale Breite des Spalts 119, jedoch kleiner oder gleich dem Dreifachen der minimalen radialen Breite des Spalts 119, d. h. G1 ≤ D ≤ G1. Alternativ können benachbarte Zahnspitzen 114 durch eine schmale Brücke 115a mit einem hohen Magnetwiderstand miteinander verbunden sein, wie in 14 gezeigt.
-
Es wird auch 8 und 9 Bezug genommen. Wenn der Motor nicht mit Strom versorgt wird, erzeugt der Permanentmagnet 24 des Läufers 20 eine Anziehungskraft, die die Zähne des Ständers 10 anzieht. 8 und 9 zeigen den Läufer 20 in verschiedenen Positionen. Insbesondere zeigt 8 den Läufer 20 in einer Totpunktposition (d. h. eine Mitte des Magnetpols des Läufers ist auf eine Mitte der Zahnspitze des Ständers ausgerichtet). 9 zeigt den Läufer 20 in einer Ausgangsposition (d. h. in der Stopp-Position des Läufers, wenn der Motor nicht bestromt wird oder abgeschaltet wird). Wie in 8 und 9 gezeigt ist, entspricht der Magnetfluss des Magnetfeldes, das durch den Magnetpol des Läufers 20 erzeugt wird und durch den Ständer 10 verläuft, ϕ1, wenn sich der Läufer 20 in einer Totpunktposition befindet, der Magnetfluss des Magnetfeldes, das durch den Magnetpol des Läufers 20 erzeugt wird und durch den Ständer 10 verläuft, beträgt ϕ2, wenn sich der Läufer 20 in der Ausgangsposition befindet, und ϕ1 > ϕ2 und der Weg von ϕ2 ist kürzer als der Weg von ϕ1 und der Magnetwiderstand des Magnetkreises ϕ2 deshalb kleiner als der von ϕ1. Aus diesem Grund kann der Läufer 20 in der Ausgangsposition positioniert werden, wenn der Motor nicht bestromt wird, wodurch ein Anhalten in der Totpunktposition vermieden wird und damit auch, dass der Läufer nicht anläuft, wenn der Motor angeschaltet wird. In dieser Ausführungsform hält der Läufer 20 in der Ausgangsposition an, die in 9 gezeigt ist, wenn der Motor nicht bestromt wird oder abgeschaltet wird. In dieser Ausgangsposition ist die Mittellinie der Zahnspitze 114 des Ständerkerns vorzugsweise auf eine Mittellinie des Neutralbereichs zwischen zwei benachbarten Läufermagnetpolen 24 ausgerichtet. Diese Position weicht am weitesten von der Totpunktposition ab, wodurch sich wirksam verhindern lässt, dass der Läufer nicht anläuft, wenn der Motor aktiviert wird. Aufgrund von weiteren Faktoren in der Praxis kann die Mittellinie der Zahnspitze 114 des Ständers von der Mittellinie des Neutralbereichs zwischen zwei benachbarten Läufermagnetpolen 24 um einen Winkel von beispielsweise 0 bis 30 elektrischen Grad abweichen, doch ist die Stopp-Position immer noch weit von der Totpunktposition entfernt. Das heißt, wenn der Motor nicht mit Strom versorgt wird, hält der Läufer in einer Ausgangsposition an, in der die Mittellinie der Zahnspitze 114 des Ständerkerns näher zur Mittellinie des Neutralbereichs zwischen zwei benachbarten Magnetpolen liegt als Mittellinien der beiden benachbarten Magnetpole 24.
-
In den vorstehenden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann der Läufer durch das Streumagnetfeld, das durch den Läufermagnetpol 24 erzeugt wird, der sich selbst mit den Zahnspitzen des Ständerkerns 11 gegenseitig anzieht, in der von der Totpunktposition abweichenden Ausgangsposition positioniert werden. Der Streumagnetkreis, der durch den Läufermagnetpol 24 gebildet wird, verläuft nicht durch die Zahnkörper und die Wicklungen. Das Rastmoment des solchermaßen ausgebildeten einphasigen bürstenlosen Permanentmagnetmotors kann dadurch wirksam unterdrückt werden, so dass der Motor über einen besseren Wirkungsgrad und eine bessere Leistung verfügt. Versuche haben gezeigt, dass eine Spitze des Rastmoments eines einphasigen bürstenlosen Gleichstrom-Außenläufermotors, der wie vorstehend beschrieben ausgebildet ist (Nenndrehmoment 1 Nm, Nenndrehzahl 1000 U/min und Stapelhöhe des Ständerkerns 30 mm), weniger als 80 mNm beträgt. Je nach Notwendigkeit kann der erfindungsgemäße Motor mit einer Startmöglichkeit in zwei Richtungen ausgebildet sein. Die Drehung in zwei Richtungen lässt sich beispielsweise erreichen, indem zwei Positionssensoren wie Hall-Sensoren und eine zugeordnete Steuereinheit verwendet werden. Der Motor kann auch für einen Start in nur einer Richtung ausgebildet sein. In diesem Fall wird nur ein Positionssensor benötigt.
-
10 zeigt einen Ständerkern 40 eines Motors gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Ständerkern 40 unterscheidet sich von dem Ständerkern 11 der vorstehenden Ausführungsform dadurch, dass der Ständerkern 40 der vorliegenden Ausführungsform eine Mehrzahl von individuellen Zahnabschnitten 41 aufweist, die miteinander verbunden sind. Jeder Zahnabschnitt 41 hat einen Jochbereich 410, einen Zahnkörper 412, der sich von dem Jochbereich 410 radial nach außen erstreckt, und eine Zahnspitze 414, die sich in einer Umfangsrichtung von einem distalen Ende des Zahnkörpers 414 erstreckt. Die Zahnabschnitte 41 sind entlang der Umfangsrichtung derart angeordnet, dass sie zusammen den Ständerkern 40 bilden. Die Jochbereiche 410 der Zahnabschnitte 410 bilden zusammen ein ringförmiges Joch. Die Jochbereiche 410 können durch eine konvex-konkave Eingriffsstruktur zwischen sich miteinander verriegelt werden. In dieser Ausführungsform ist an einer Umfangsseite des Jochbereichs 410 ein Vorsprung 415 gebildet, und eine Ausnehmung 417 ist an der anderen Umfangsseite jedes Jochbereichs 410 gebildet. Der Vorsprung 415 jedes Jochbereichs 410 rastet in der Ausnehmung 417 eines weiteren angrenzenden Jochbereichs 410 ein, und die Ausnehmung 417 jedes Jochbereichs 410 nimmt den Vorsprung 415 eines weiteren angrenzenden Jochbereichs 410 auf, so dass sämtliche Zahnabschnitte 41 zu einem ganzen Körper verbunden sind. Alternativ können die Jochbereiche 410 ebene Kontaktflächen aufweisen, die miteinander verschweißt sind. Da sich der Ständerkern 40 durch die gegenseitige Verbindung von einzelnen Zahnabschnitten 41 bilden lässt, kann die Wicklung ausgeführt werden, bevor die Zahnabschnitte 41 zu einem ganzen Körper zusammengeschlossen werden. Aus diesem Grund kann die Schlitzöffnung zwischen den Zahnspitzen 414 kleiner sein, ohne dass hierdurch der Wicklungsvorgang beeinträchtigt wird.
-
11 zeigt einen Ständerkern 50 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Ständerkern 50 unterscheidet sich von dem Ständerkern 11 der ersten Ausführungsform dadurch, dass der Ständerkern 50 der vorliegenden Ausführungsform erste Zähne 51 hat, die mit dem Joch 510 einstückig ausgebildet sind, und zweite, separat ausgebildete Zähne 52. Die zweiten Zähne 52 rasten an dem Joch 510 ein, und die ersten Zähne 51 und die zweiten Zähne 52 sind entlang der Umfangsrichtung alternierend angeordnet. Vorzugsweise sind die zweiten Zähne 52 in den Jochbereich 510 eingefügt. Der Jochbereich 510 hat eine Mehrzahl von Einfügeschlitzen 511. Ein radial inneres Ende des zweiten Zahns 52 hat einen Einfügebereich 522, dessen Form dem Einfügeschlitz 511 angepasst ist. Der Einfügeschlitz 511 ist bevorzugt ein schwalbenschwanzförmiger Schlitz. Der Ständerkern 50 dieser Ausführungsform hat individuelle zweite Zähne 52, die nach dem Ausführen der Wicklung in das Joch 510 eingefügt werden können. Aus diesem Grund kann die Schlitzöffnung zwischen den Zahnspitzen kleiner sein, ohne dass hierdurch der Wicklungsvorgang beeinträchtigt wird.
-
12 und 13 zeigen einen Läufer 60 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Läufer 60 unterscheidet sich von dem Läufer 20 der ersten Ausführungsform dadurch, dass der Läufer 60 ferner einen Umspritzungsbereich 65 aufweist. Insbesondere wird der Läufer 60 umspritzt, indem das Läuferjoch 62 und die Permanentmagnete 64 in einem Formenhohlraum angeordnet werden und Kunststoff in den Formenhohlraum eingespritzt wird.
-
16 zeigt einen Motor gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform hat der Läufer 70 Permanentmagnete 26 und Magnetelemente 24, die alternierend und voneinander beabstandet in der Umfangsrichtung angeordnet sind. Die Permanentmagnete 26 sind in der Umfangsrichtung des Läufers magnetisiert. Benachbarte Permanentmagnete 26 haben entgegengesetzte Polarität. Die Magnetelemente 24 können aus hartmagnetischem Material wie ferromagnetischem Material oder aus weichmagnetischem Material wie Eisen bestehen. Das Magnetelement 24 hat eine Dicke, die von seiner Umfangsmitte zu seinen beiden Umfangsseiten fortlaufend kleiner wird. Eine minimale Dicke des Magnetelements 24 d. h. die Dicke an seinen Umfangsseiten, ist im Wesentlichen die gleiche wie die Dicke des Permanentmagnets 26. Die dem Ständer zugewandte Innenumfangsfläche des Magnetelements 24 ist eine ebene Fläche, die sich parallel zu einer tangentialen Richtung einer Außenfläche des Ständers erstreckt. Solchermaßen bilden die inneren Umfangsflächen des Permanentmagnets und die inneren Umfangsflächen der Magnetelemente zusammen die Innenfläche des Läufers, die in einem radialen Querschnitt des Läufers 70 ein symmetrisches Vieleck ist. Die Innenflächen der Permanentmagnete und die Innenflächen der Magnetelemente bilden zusammen eine polygonale Innenfläche des Läufers 70. Der Ständer 10 und der Läufer 70 bilden zwischen sich einen symmetrischen ungleichmäßigen Spalt, dessen Größe von einer Umfangsmitte zu zwei Umfangsseiten des Magnetelements 24 fortschreitend kleiner wird und die maximale Breite Gmax an der Position erreicht, die dem Permanentmagnet 26 entspricht. Wenn der Motor außer Strom gesetzt wird, kann der Läufer 70 durch ein Streumagnetfeld, das durch die Permanentmagnete 26 erzeugt wird und durch benachbarte Magnetelemente 24 und eine entsprechende Zahnspitze des Ständers verläuft, in einer Ausgangsposition positioniert werden.
-
Der erfindungsgemäße Motor ist insbesondere für Gebläse wie Dunstabzugshauben-Gebläse, Fahrzeugkühlgebläse, Lüftungsgebläse oder dergleichen geeignet. 17 zeigt den erfindungsgemäßen Motor 1 bei Anwendung in einem Gebläse 2 gemäß einer Ausführungsform. Das Gebläse 2 hat ferner ein Antriebsrad 3, das mit dem Motor 1 verbunden ist und daher durch den Motor 1 angetrieben wird, um Luftströme zu erzeugen.
-
18 zeigt den erfindungsgemäßen Motor 1 bei Anwendung in einem Elektrogerät 4 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Das Elektrogerät 4 kann eine Dunstabzugshaube, ein Fahrzeug oder eine Klimaanlage mit dem Gebläse 2 von 17 sein. Das Elektrogerät 4 kann auch eine Waschmaschine oder eine Trockenmaschine mit einer durch den Motor 1 angetriebenen Geschwindigkeitsreduziervorrichtung 3 sein.
-
Es versteht sich, dass der einphasige Permanentmagnetmotor ein einphasiger Permanentmagnetmotor mit einem Anker sein kann, der einen Kern und an dem Kern ausgeführte Wicklungen und ein Joch mit Permanentmagneten hat, die an den Innenflächen des Jochs befestigt sind.
-
Verben wie ”umfassen”, ”aufweisen”, ”enthalten” und ”haben” sowie deren Synonyme, die in der Beschreibung und in den Ansprüchen der vorliegenden Anmeldung verwendet werden, drücken aus, dass das genannte Element oder Merkmal vorhanden ist, sie schließen jedoch nicht aus, dass auch weitere Elemente oder Merkmale vorhanden sind.
-
Die Erfindung wurde vorstehend anhand einer oder mehrerer Ausführungsformen beschrieben. Der Fachmann wird jedoch erkennen, dass verschiedene Modifikationen möglich sind. Zum Beispiel können die Läufermagnetpole auch vom einteiligen Typ sein und nicht vom geteilten Typ, wie in den vorstehenden Ausführungsformen beschrieben. Die Anzahl der Schlitze und Pole kann von 2 Polen, 2 Schlitzen bis zu N Polen, N Schlitzen variieren, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen, weshalb der Schutzumfang der Erfindung durch die anliegenden Ansprüche bestimmt wird.
