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GEBIET DER ERFINDUNG
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Vorliegende Erfindung betrifft einphasige Motoren und insbesondere einen Ständerkern eines einphasigen Permanentmagnetmotors.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Ein einphasiger Permanentmagnetmotor besteht normalerweise aus einem Ständerkern, aus Ständerwicklungen und aus einem Permanentmagnetläufer. Der Ständerkern ist allgemein U-förmig und hat zwei voneinander beabstandet Polarme. Eine Polklaue ist an einem distalen Ende jedes Polarms gebildet. Eine Innenwandfläche jeder Polklaue ist nach innen vertieft, um eine Bogenpolfläche zu bilden. Die Wicklungen sind um die Polarme herumgeführt. Der Läufer ist zwischen den beiden Polklauen angeordnet und liegt der Polbogenfläche gegenüber. Bei diesem Motortyp sind die Polarme des Ständers voneinander beabstandet, wobei zwischen den beiden Polklauen große Öffnungen gebildet sind. Die Öffnungen führen zu einem großen Rastmoment zwischen dem Ständer und dem Läufer. Der Betrieb des Motors wird dadurch instabil und verursacht Geräusche.
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ÜBERSICHT
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Aus diesem Grund werden ein einphasiger Permanentmagnetmotor und ein Ständerkern gewünscht, womit sich die Stabilität des Motorbetriebs verbessern lässt und die Geräusche verringern werden können.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Ständerkern angegeben, umfassend einen Endbereich; einen ersten Polarm, der mit dem Endbereich verbunden ist; und einen zweiten Polarm, der mit dem Endbereich verbunden und in einer axialen Richtung des Ständerkerns mit dem ersten Polarm geschichtet ist, wobei der erste Polarm eine andere Form oder Struktur als der zweite Polarm aufweist.
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Vorzugsweise bildet der erste Polarm eine erste Bogenpolfläche, die entlang einer Umfangsrichtung diskontinuierlich ist, und der zweite Polarm bildet eine zweite Polfläche, die entlang einer Umfangsrichtung diskontinuierlich ist.
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Vorzugsweise ist die erste Bogenpolfläche an einer Stelle zwischen den beiden ersten Verbindungsarmen unterbrochen.
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Vorzugsweise ist eine Breite der Unterbrechung in der Bogenpolfläche im Wesentlichen gleich einem Abstand zwischen zwei Verbindungsarmen.
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Vorzugsweise hat der Ständerkern einen ersten Polarm und zwei zweite Polarme, und der erste Polarm ist zwischen den beiden zweiten Polarmen aufgenommen.
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Vorzugsweise hat der Ständerkern zwei erste Polarme und einen zweiten Polarm, und der zweite Polarm ist zwischen den beiden ersten Polarmen aufgenommen.
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Vorzugsweise umfasst der Ständerkern eine Mehrzahl von ersten Polarmen und eine Mehrzahl von zweiten Polarmen, die entlang der Umfangsrichtung abwechselnd geschichtet sind.
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Vorzugsweise sind der jeweilige Endbereich, erste Polarm und zweite Polarm durch eine Mehrzahl von geschichteten Kernlamellen gebildet und sind mechanisch miteinander verbunden.
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Vorzugsweise bildet der erste Polarm eine Verriegelungsnut und der Endbereich einen Verriegelungsblock oder umgekehrt der Endbereich eine Verriegelungsnut und der erste Polarm einen Verriegelungsblock; der zweite Polarm bildet eine Verriegelungsnut und der Endbereich einen Verriegelungsblock oder umgekehrt der Endbereich eine Verriegelungsnut und der zweite Polarm einen Verriegelungsblock; jeder Verriegelungsblock greift mit einem korrespondierenden Verriegelungsblock ineinander, um den ersten Polarm, den zweiten Polarm und den Endbereich miteinander zu verbinden.
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Vorzugsweise ist die erste Bogenpolfläche nach innen vertieft, um zwei Anlaufnuten zu bilden, und die Anlaufnuten sind von einer zentralen Achse der Polklauen versetzt.
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Vorzugsweise ist an einem Verbindungsbereich zwischen den beiden zweiten Polklauen eine Magnetbrücke gebildet.
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Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein einphasiger Permanentmagnetmotor angegeben, umfassend einen Ständerkern, Wicklungen, die um den Ständerkern herumgeführt sind, und einen Permanentmagnetläufer, der sich relativ zu dem Ständerkern drehen kann. Der Ständerkern hat einen Endbereich; einen ersten Polarm, der mit dem Endbereich verbunden ist; und einen zweiten Polarm, der mit dem Endbereich verbunden und mit dem ersten Polarm in einer axialen Richtung des Ständerkerns geschichtet ist, wobei der erste Polarm eine andere Form oder Struktur als der zweite Polarm aufweist.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt einen einphasigen Permanentmagnetmotor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 ist eine auseinandergezogene Darstellung des Motors von 1;
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3 zeigt den Motor von 1 in einer Ansicht von oben;
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4 zeigt den Motor von 1 in einer Ansicht von unten;
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5 zeigt einen Ständerkern eines einphasigen Permanentmagnetmotors gemäß einer zweiten Ausführungsform;
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6 zeigt einen Ständerkern eines einphasigen Permanentmagnetmotors gemäß einer dritten Ausführungsform.
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DETAILBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die Figuren sind nicht maßstabsgetreu dargestellt, und gleiche oder ähnliche Strukturen, Elemente oder Funktionen sind in den Figuren durchgehend gleich oder ähnlich gekennzeichnet. Die Figuren sollen lediglich die Beschreibung der Ausführungsformen erleichtern. Sie zeigen weder jeden einzelnen Aspekt der Erfindung noch schränken sie den Schutzbereich der Erfindung ein.
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Die 1 bis 2 zeigen einen einphasigen Permanentmagnetmotor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Motor hat einen Ständerkern 10, Wicklungen (nicht gezeigt), die um den Ständerkern 10 herumgeführt sind, und einen Permanentmagnetläufer 12, der in dem Ständerkern 10 drehbar angeordnet ist. Der Übersichtlichkeit halber sind in den Figuren, in denen die Struktur und die Merkmale des Ständerkerns 10 des erfindungsgemäßen Motors dargestellt sind, einige Elemente des Motors nicht gezeigt, so zum Beispiel die Wicklungen, eine Steuerschaltung zum Steuern des Stroms der Wicklungen, ein Motorgehäuse oder dergleichen. Diese Elemente können der bekannten Konstruktion in einem einphasigen Permanentmagnetmotor entsprechen. Eine Drehwelle kann den Permanentmagnetläufer 12 zur Verbindung mit einer Last feststehend durchgreifen. Nach Erregung der Wicklungen wird der Ständerkern 10 polarisiert und wirkt mit dem Magnetfeld des Permanentmagnetläufers 12 zusammen, um den Permanentmagnetläufer 12 in Drehung zu setzen, der die Last für deren Betrieb antreibt.
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Der Ständerkern 10 kann aus einem weichmagnetischen Material wie Ferrit gebildet sein. Der Ständerkern 10 ist in der vorliegenden Ausführungsform bevorzugt ein U-förmiger Ständerkern mit einem Endbereich 14 und einem Polarm 16, der sich von dem Endbereich 14 senkrecht nach außen erstreckt. In dieser Ausführungsform umfasst der Polarm 16 mindestens einen ersten Polarm 18 und einen zweiten Polarm 20. Der erste Polarm 18 und der zweite Polarm 20 sind in der axialen Richtung des Läufers 12 geschichtet und sind mit derselben Seite des Endbereichs 14 verbunden. In dieser Ausführungsform sind der Endbereich 14, der erste Polarm 18 und der zweite Polarm 20 separat ausgebildet und durch mechanische Verbindungen miteinander verbunden. Dadurch kann der Wickelvorgang vor der Verbindung des ersten Polarms 18 und des zweiten Polarms 20 mit dem Endbereich 14 abgeschlossen werden, wodurch sich der Wickelvorgang einfacher und bequemer bewerkstelligen lässt.
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Vorzugsweise sind der jeweilige Endbereich 14, erste Polarm 18 und zweite Polarm 20 aus geschichteten Lamellen wie Siliziumstahlbleche hergestellt. Die Figuren zeigen lediglich die Gesamtform des Endbereichs 14, des ersten Polarms 18 und des zweiten Polarms 20 nach dem Schichten der Lamellen, ohne jeweils die spezielle Struktur der mehreren geschichteten Lagen darzustellen. Jede Lamelle ist mit einer entsprechenden Montageöffnung 22 versehen, die das Zusammensetzen der Lamellen vereinfacht. In dieser Ausführungsform ist die Montageöffnung 22 eine Blindöffnung, und die Lamelle hat einen mit der Blindöffnung korrespondierenden Vorsprung. Beim Schichten der Lamellen greift der Vorsprung einer Lamelle in die Montageöffnung einer benachbarten Lamelle ein, wodurch eine mechanische Verbindung zwischen den Lamellen hergestellt wird. Der Endbereich 14, der erste Polarm 18 und der zweite Polarm 20 werden jeweils durch diese Vorgehensweisen gebildet.
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In dieser Ausführungsform bildet der Endbereich 14 an zwei Stellen, die an die beiden Seiten des Endbereichs angrenzen, zwei Verriegelungsnuten 24. Die Verrieglungsnuten 24 erstrecken sich entlang der axialen Richtung durch den Endbereich 14. Der Polarm 16, der den ersten Polarm 18 und den zweiten Polarm 20 umfasst, bildet mit den Verriegelungsblöcken 26 korrespondierende Verriegelungsnuten 24. Die Verriegelungsblöcke 26 sind entlang der axialen Richtung in die Verriegelungsnuten 24 eingefügt, um den Polarm 16 mit dem Endbereich 14 zu verbinden und dadurch den Ständerkern 10 zu bilden. Vorzugsweise ist der Verriegelungsblock 26 schwalbenschwanzförmig, und die Verriegelungsnut 24 hat eine zu dem Verriegelungsblock 26 passende Form, so dass die Verbindung zwischen dem Verriegelungsblock 26 und der Verriegelungsnut 24 gefestigt und ein Lösen der Verbindung verhindert wird. In einer weiteren Ausführungsform können die Verriegelungsnuten 24 in dem ersten Polarm 18 und in dem zweiten Polarm 20 gebildet sein. Die Verriegelungsblöcke 26 sind korrespondierend an dem Endbereich 14 gebildet, und der Endbereich 14, der erste Polarm 18 und der zweite Polarm 20 sind miteinander verbunden und bilden zusammenwirkend den Ständerkern 10.
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Der erste Polarm 18 hat zwei separate Armbereiche 28. Die beiden Armbereiche 28 sind im Wesentlichen konstruktionsgleich, sind voneinander beabstandet und liegen parallel zueinander. Jeder Armbereich 28 ist länglich, hat einen ersten Verbindungsarm 30 und eine erste Polklaue 32, die an einem distalen Ende des ersten Arms 30 von dem Endbereich 14 entfernt gebildet ist. Eine Endfläche des anderen distalen Endes des ersten Verbindungsarms 30, die dem Endbereich 14 zugewandt ist, springt nach außen vor, um den Verriegelungsblock 26 für die Verbindung mit der Verriegelungsnut 24 des Endbereichs 14 zu bilden. Die ersten Polklauen 32 der beiden Armbereiche 28 liegen einander gegenüber und sind voneinander beabstandet und definieren zusammenwirkend zwischen sich einen Aufnahmeraum für den Läufer 12. Einander gegenüberliegende Innenwandflächen der beiden ersten Polklauen 32 sind vertieft, um eine erste Bogenpolfläche 34 zu bilden. Die erste Bogenpolfläche 34 liegt einer Außenfläche des Läufers 12 gegenüber und ist von derselben beabstandet, wobei zwischen der ersten Bogenpolfläche 34 und dem Läufer 12 ein Luftspalt gebildet ist.
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Da die beiden ersten Polklauen 32 des ersten Polarms 18 voneinander getrennt sind, sind die ersten Bogenpolflächen 34 in einer Umfangsrichtung diskontinuierlich, wobei in einem Umfang der ersten Bogenpolfläche 34 zwei Zwischenräume definiert sind und eine Breite des Zwischenraums im Wesentlichen gleich einem Abstand zwischen den ersten Verbindungsarmen 30 ist, der groß ist. Da die ersten Bogenpolflächen 34 entlang der Umfangsrichtung diskontinuierlich sind und die Breite zwischen den Polbogenflächen 34 groß ist, entsteht in dem Unterbrechungsraum ein großer magnetischer Widerstand, der die magnetische Streuung reduziert und die Effizienz des Motors verbessert. Andererseits wird in dem Unterbrechungsraum ein großes Rastmoment gebildet, das die Drehung des Läufers 12 beeinflusst und Geräusche verursacht.
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Vorzugsweise ist in der ersten Polbogenfläche 34 eine nach innen vertiefte Anlaufnut 36 gebildet. Die Anlaufnut 36 ist von einer zentralen Achse X (3) der ersten Polklaue 32 um einen Winkel versetzt. In dieser Ausführungsform sind zwei Anlaufnuten 36 vorgesehen, die entlang der Umfangsrichtung um 180 Grad voneinander beabstandet sind und die bezüglich der Drehachse des Läufers 12 symmetrisch angeordnet sind. Eine Anlaufnut 36 erstreckt sich von einem Ende einer von dem ersten Verbindungsarm 30 entfernten korrespondierenden Klaue 32 mit allmählich zunehmender Tiefe entlang einer Uhrzeigerrichtung nach innen, und die andere Anlaufnut 36 erstreckt sich von einem Ende der dem ersten Verbindungsarm benachbarten Polklaue 32 mit allmählich zunehmender Tiefe entlang einer Gegenuhrzeigerrichtung nach innen. Durch die vorhandenen Anlaufnuten 36 wird der Luftspalt zwischen der ersten Bogenpolfläche 34 und dem Läufer 12 uneinheitlich, so dass, wenn der Motor abgeschaltet wird und die Drehung stoppt, eine Polachse des Läufers 12, d. h. eine durch die Mitten der Magnetpole verlaufende Achse, von der zentralen Achse X der ersten Polklaue 32 um einen Winkel versetzt ist, so dass verhindert wird, dass der Läufer an einem Totpunkt stoppt, wodurch sichergestellt wird, dass der Motor bei Erregung erfolgreich anlaufen kann.
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Der zweite Polarm 20 ist allgemein U-förmig und hat zwei zweite Verbindungsarme 38 und zwei zweite Polklauen 40, die an distalen Enden der beiden zweiten Verbindungsarme 38 gebildet sind. Die beiden zweiten Verbindungsarme 38 sind voneinander beabstandet und sind parallel zueinander angeordnet. Eine Endfläche jedes zweiten Verbindungsarms 38 springt nach außen vor, um einen Verriegelungsblock 26 für die Verbindung mit der Verriegelungsnut 24 des Endbereichs 14 zu bilden. Die beiden Polklauen 40 sind von dem Endbereich 14 entfernt angeordnet und sind miteinander verbunden. Eine kreisförmige Öffnung 42 für die Aufnahme des Läufers 12 ist in einer Mitte der verbundenen Polklauen 40 definiert. Ein Durchmesser der kreisförmigen Öffnung 42 ist geringfügig größer als ein Außendurchmesser des Läufers 12. In dieser Ausführungsform erstreckt sich die kreisförmige Öffnung 42 entlang der axialen Richtung durch die zweiten Polklauen 40, wobei der Umfang um die kreisförmige Öffnung 42 geschlossen ist. Die zweiten Polklauen 40 umschließen die kreisförmige Öffnung 42 und bilden eine zweite Bogenpolfläche 44, die dem Läufer 12 gegenüberliegt. Die zweite Bogenpolfläche 44 ist eine entlang der Umfangsrichtung kontinuierliche Bogenpolfläche. Vorzugsweise bildet die zweite Bogenpolfläche 44 der beiden zweiten Polklauen 40 eine im Wesentlichen standardmäßige zylindrische Fläche, die zu dem Läufer 12 koaxial ist, wobei dazwischen ein im Wesentlichen einheitlicher Luftspalt gebildet wird.
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Anders als die ersten Polklauen 32 des ersten Polarms 18 sind die zweiten Polklauen 40 des zweiten Polarms 20 miteinander verbunden, wobei zwischen den beiden zweiten Verbindungsarmen 38 Querstreben 46 gebildet sind. Die Querstreben 46, der zweite Verbindungsarm 38 und der Endbereich 14 bilden zusammen einen Magnetpfad, der nicht durch den Läufer 12 verläuft, wodurch bis zu einem gewissen Grad ein magnetischer Streufluss verursacht wird und die Leistungsdichte des Motors herabgesetzt wird. Vorzugsweise ist an einem Verbindungsbereich zwischen den beiden zweiten Polklauen 40, bevorzugt eine Mitte der Querstrebe 46, eine Magnetbrücke 48 gebildet. Verglichen mit dem restlichen Bereich der Polklauen 40 hat die Magnetbrücke 48 die kleinste Dicke, um den magnetischen Widerstand zu vergrößern und den magnetischen Streufluss zu verringern. Weiterhin vorzugsweise sind eine oder mehrere Nuten 49 in einer Außenwandfläche der Magnetbrücke 48 gebildet. Die Nuten 49 erstrecken sich axial durch die Magnetbrücke 48.
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Anders als die ersten Polklauen 32 des ersten Polarms 18 sind die zweiten Polklauen 40 des zweiten Polarms 20 miteinander verbunden. Nach dem Zusammensetzen mit dem Läufer 12 bilden die zweite Bogenpolfläche 44 des zweiten Polarms 20 und die Außenwandfläche des Läufers 12 zwischen sich den durchgehenden Luftspalt, der das Rastmoment wirksam reduziert. Dadurch kann sich der Läufer 12 gleichmäßiger drehen, wodurch auch das Geräusch während des Betriebs des Motors verringert wird. Da die zweite Bogenpolfläche in dieser Ausführungsform eine zylindrische Fläche ist, ist ein radialer Abstand zwischen der zweiten Bogenpolfläche und der Außenwandfläche des Läufers 12 konstant. Aus diesem Grund wird zwischen der zweiten Bogenpolfläche und der Außenwandfläche des Läufers 12 ein einheitlicher Luftspalt gebildet, der das Rastmoment und das Geräusch während des Betriebs des Motors maximal reduzieren kann.
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Es wird auf die 3 und 4 Bezug genommen. Der erste Polarm 18 und der zweite Polarm 20 sind in der axialen Richtung geschichtet, wobei der jeweilige erste Verbindungsarm 30 auf einen entsprechenden zweiten Verbindungsarm 38 geschichtet ist, um mit diesem zusammenwirkend einen Verbindungsarm des Polarms 16 zu bilden. In dieser Ausführungsform sind die beiden Verbindungsarme des Polarms 16 voneinander beabstandet und parallel zueinander angeordnet, wobei dazwischen ein Raum für die Wicklung gebildet ist. Die Wicklungen sind um die beiden Verbindungsarme herumgeführt. Üblicherweise sind zwei Wicklungen in Reihe geschaltet. Jede der beiden ersten Polklauen 32 ist mit einer zweiten Polklaue 40 geschichtet, um zusammenwirkend eine Polklaue des Polarms 16 für die Interaktion mit dem Läufer 12 zu bilden. Die erste Bogenpolfläche 34 und die zweite Bogenpolfläche 44 sind im Wesentlichen koaxial, haben im Wesentlichen den gleichen Durchmesser und bilden zusammenwirkend eine Bogenpolfläche des Polarms 16.
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Bei dem Motor gemäß vorliegender Erfindung wird der Polarm 16 des Ständerkerns 10 durch den ersten Polarm 18 und den zweiten Polarm 20 gebildet, die geschichtet sind. Die Bogenpolfläche hat einen ersten axialen Bereich, der in Umfangsrichtung kontinuierlich ist, und einen zweiten axialen Bereich, der entlang der Umfangsrichtung diskontinuierlich ist. Der kontinuierliche Bereich ist die zweite Bogenpolfläche 44, und der diskontinuierliche Bereich ist die erste Bogenpolfläche 34. Solchermaßen wirken der erste Polarm 18 und der zweite Polarm 20 zusammen, um eine bessere Balance zwischen Effizienz und Geräusch zu erzielen, welche zwei wesentlichen Faktoren sind. Dadurch wird die Leistung des Motors insgesamt verbessert.
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Außerdem bilden die Polbogenfläche und der Läufer 12 einen uneinheitlichen Luftspalt in dem Bereich der Anlaufnut 36 und bilden einen einheitlichen Luftspalt in dem Bereich ohne die Anlaufnut 36, wodurch sichergestellt wird, dass der Motor zuverlässig anläuft. In der vorstehenden Ausführungsform sind die Anlaufnuten 36 nur in der ersten Bogenpolfläche 34 der ersten Polklauen 32 gebildet. In einigen anderen Ausführungsformen können die Anlaufnuten 36 in der zweiten Bogenpolfläche 44 der zweiten Polklauen 40 oder in der ersten und in der zweiten Bogenpolfläche 34, 44 gebildet sein. Es versteht sich, dass eine Treiberschaltung entsprechend der jeweils geforderten Anlaufrichtung des Motors ausgelegt sein kann. Ferner kann die Anlaufnut 36 für verschiedene Längen und Tiefen modifiziert werden, um den jeweiligen Anforderungen zu genügen, und ist nicht auf die dargestellten speziellen Ausführungen beschränkt.
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In der vorstehenden Ausführungsform ist ein einzelner erster Polarm 18 mit einem einzelnen zweiten Polarm 20 kombiniert, um den Ständerkern 10 zu bilden. In einigen anderen Ausführungsformen können der erste Polarm 18 und der zweite Polarm 20 nach verschiedenen Mustern kombiniert sein. In 5 ist ein einzelner erster Polarm 18 mit zwei zweiten Polarmen 20 kombiniert, wobei der erste Polarm 18 zwischen den beiden zweiten Polarmen 20 aufgenommen ist. Alternativ und wie in 6 dargestellt, ist ein einzelner Polarm mit zwei ersten Polarmen 18 kombiniert, wobei der zweite Polarm 20 zwischen den beiden ersten Polarmen 18 aufgenommen ist. In einer weiteren alternativen Ausführungsform sind mehrere erste Polarme 18 und mehrere zweite Polarme 20 abwechselnd geschichtet.
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Die Erfindung wurde anhand einer oder mehrerer bevorzugter Ausführungsformen beschrieben. Der Fachmann wird jedoch erkennen, dass verschiedene Modifikationen möglich sind. Der Schutzrahmen der Erfindung wird daher durch die anliegenden Ansprüche definiert.
