DE202016104773U1

DE202016104773U1 - Einphasiger Permanentmagnetmotor und Ständerkern davon

Info

Publication number: DE202016104773U1
Application number: DE202016104773.0U
Authority: DE
Original assignee: Johnson Electric SA
Current assignee: Johnson Electric International AG
Priority date: 2015-09-01
Filing date: 2016-08-31
Publication date: 2016-11-29
Anticipated expiration: 2026-09-01
Also published as: JP2017060389A; CN106487188B; JP3209812U; KR20170028270A; US10530199B2; DE102016116184A1; MX364599B; CN106487188A; US20170063177A1; BR102016020151A2; MX2016011283A

Abstract

Ständerkern, umfassend: einen Endbereich (14); und zwei voneinander beabstandete Armbereiche (18), die sich von dem Endbereich (14) erstrecken, wobei jeder Armbereich (18) einen mit dem Endbereich (14) verbundenen Verbindungsarm (26) und eine an einem distalen Ende des Verbindungsarms (26) gebildete Polklaue (28) umfasst, wobei die beiden Polklauen (28) einen Raum für die Aufnahme eines Läufers (12) definieren, jede Polklaue (28) eine Polfläche (30) hat und eine lange Polspitze (34) und eine kurze Polspitze (36) bildet, die lange Polspitze (34) jeder Polklaue (28) mit der kurzen Polspitze (36) der anderen Polklaue (28) korrespondiert, wobei dazwischen eine Schlitzöffnung (38) gebildet ist, und die Polfläche (30) nach innen vertieft ist, um wenigstens eine Anlaufnut (40) zu bilden.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Vorliegende Erfindung betrifft einphasige Motoren und insbesondere einen Ständerkern eines einphasigen Permanentmagnetmotors.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Ein einphasiger Permanentmagnetmotor besteht gewöhnlich aus einem Ständerkern, Ständerwicklungen und einem Permanentmagnetläufer. Der Ständerkern ist allgemein U-förmig und hat zwei voneinander beabstandete 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 Bogenpolfläche gegenüber, wobei dazwischen ein allgemein einheitlicher Luftspalt gebildet ist.
Damit der Läufer leichter anlaufen kann, ist die Bogenpolfläche nach innen vertieft, um eine Anlaufnut zu bilden. Die Anlaufnut ist von einer zentralen Achse der Polklaue versetzt, so dass die Polachse des Läufers nach dem Abschalten des Läufers und dem Stoppen seiner Drehung von der zentralen Achse der Polklaue um einen Winkel versetzt ist, um einen Anlaufwinkel zu bilden. Der durch eine entsprechende Anlaufschaltung getriebene Läufer kann erfolgreich in der erforderlichen Richtung gestartet werden, wenn der Motor erregt wird. Der vorstehend beschriebene einphasige Permanentmagnetmotor ist für Bedingungen, die ein Anlaufen in zwei Richtungen erfordern, jedoch nicht geeignet. Die Nutzung des Motors ist daher eingeschränkt.
ÜBERSICHT
Aus diesem Grund wird ein einphasiger Permanentmagnetmotor gewünscht, der bidirektional anlaufen kann, sowie ein Ständerkern eines solchen Motors.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Ständerkern angegeben, umfassend einen Endbereich und zwei voneinander beabstandete Armbereiche, die sich von dem Endbereich erstrecken. Jeder Armbereich hat einen Verbindungsarm, der mit dem Endbereich verbunden ist, und eine Polklaue, die an einem distalen Ende des Verbindungsarms gebildet ist, wobei die beiden Polklauen einen Raum für die Aufnahme eines Läufers definieren, jede Polklaue eine Polbogenfläche aufweist, jede Polklaue eine lange Polspitze und eine kurze Polspitze bildet, die lange Polspitze jeder Polklaue mit der kurzen Polspitze der anderen Polklaue korrespondiert, wobei dazwischen eine Schlitzöffnung gebildet ist, und die Polfläche nach innen vertieft ist, um mindestens eine Anlaufnut zu bilden.
Vorzugsweise liegt die Anlaufnut an einer zentralen Achse der Polklaue.
Vorzugsweise ist die Anlaufnut bezüglich der zentralen Achse der Polklaue symmetrisch und hat eine Tiefe, die von zwei Umfangsseiten zu ihrer Mitte zunehmend größer wird.
Vorzugsweise haben die lange Polspitze und die kurze Polspitze jeweils eine Endfläche, die unter einem Winkel relativ zu der zentralen Achse der Polklaue geneigt ist.
Vorzugsweise liegen die Endflächen der langen Polspitze und der kurzen Polspitze derselben Polklaue auf der gleichen Ebene.
Vorzugsweise sind die Endflächen der beiden Polklauen zueinander parallel.
Vorzugsweise ist eine sich von dem Verbindungsarm erstreckende Länge der langen Polspitze größer als eine halbe Breite eines Zwischenraums zwischen den Verbindungsarmen.
Vorzugsweise sind der Endbereich und die Armbereiche jeweils durch Schichten einer Mehrzahl von Lamellen gebildet und mechanisch miteinander verbunden, wobei entweder der Armbereich oder der Endbereich eine Verriegelungsnut und der jeweils verbleibende Armbereich oder verbleibende Endbereich einen Verriegelungsblock bildet und jeder Verriegelungsblock mit einer korrespondierenden Nut im Eingriff ist, um den Armbereich und den Endbereich zu verbinden.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Ständerkern angegeben, umfassend einen Endbereich und zwei voneinander beabstandete Armbereiche, die sich von dem Endbereich erstrecken, wobei jeder Armbereich einen mit dem Endbereich verbundenen Verbindungsarm und eine an einem distalen Ende des Verbindungsarms gebildete Polklaue hat, wobei jede Polklaue eine Polfläche bildet, die beiden Polklauen zum Bilden von zwei Schlitzöffnungen voneinander beabstandet sind, eine die beiden Schlitzöffnungen verbindende Linie bezüglich einer die Mitten der beiden Polflächen verbindenden Linie geneigt ist und die Polfläche eine Anlaufnut hat, die näher zu einer zentralen Achse des Pols liegt als die Schlitzöffnung.
Vorzugsweise liegt die Anlaufnut an der zentralen Achse der Polklaue.
Vorzugsweise hat die Schlitzöffnung entlang einer axialen Richtung eine im Wesentlichen einheitliche Breite.
Vorzugsweise bildet jedes der beiden Umfangsenden der Polklaue eine Polspitze. Endflächen von einander gegenüberliegenden Polspitzen der beiden Polklauen definieren zwischen sich eine solche Schlitzöffnung, und die Endflächen sind bezüglich der Mittellinie der beiden Polklauen geneigt.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein einphasiger Permanentmagnetmotor angegeben, umfassend einen Ständerkern, Wicklungen, die um Armbereiche des Ständerkerns herumgeführt sind, und einen Permanentmagnetläufer, der in dem Ständerkern drehbar angeordnet ist. Der Ständerkern umfasst einen Endbereich und zwei voneinander beabstandete Armbereiche, die sich von dem Endbereich erstrecken. Jeder Armbereich hat einen Verbindungsarm, der mit dem Endbereich verbunden ist, und eine Polklaue, die an einem distalen Ende des Verbindungsarms gebildet ist, wobei die beiden Polklauen einen Raum für die Aufnahme eines Läufers definieren, jede Polklaue eine Polfläche und eine lange Polspitze und eine kurze Polspitze hat, die lange Polspitze jeder Polklaue mit der kurzen Polspitze der anderen Polklaue korrespondiert, wobei dazwischen eine Schlitzöffnung gebildet ist, und die Polfläche nach innen vertieft ist, um mindestens eine Anlaufnut zu bilden. Eine Innenfläche der Polklauen und der Läufer bilden zwischen sich einen Luftspalt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt einen einphasigen Permanentmagnetmotor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist ein Sprengbild des Motors von 1;
3 ist eine Ansicht des Motors von 1 von oben.
DETAILBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Es ist zu beachten, dass die Figuren nicht maßstabsgetreu sind und dass baugleiche oder funktionsgleiche Elemente zu Darstellungszwecken in den Figuren durchgehend gleich gekennzeichnet sind. Ebenso sollte beachtet werden, dass die Figuren lediglich die Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen erleichtern sollen und dass nicht jeder Aspekt der beschriebenen Ausführungsformen in den Figuren dargestellt ist. Darüber hinaus wird der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung durch die Figuren nicht eingeschränkt.
1 zeigt einen einphasigen Permanentmagnetmotor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Motor hat einen Ständerkern 10, um den Ständerkern 10 herumgeführte Wicklungen (nicht gezeigt) und einen Permanentmagnetläufer 12, der in dem Ständerkern 10 drehbar angeordnet ist. Der Übersichtlichkeit halber sind in den Figuren, die den Aufbau und die Merkmale des Ständerkerns 10 des erfindungsgemäßen Motors zeigen, einige Elemente des Motors nicht dargestellt, so zum Beispiel die Wicklungen, eine Steuerschaltung zum Steuern des Stroms der Wicklungen, ein Motorgehäuse oder dergleichen. Diese Elemente können in der für einen bekannten einphasigen Permanentmagnetmotor üblichen Weise ausgebildet sein. Eine Drehwelle kann für die Verbindung mit einer Last starr durch den Permanentmagnetläufer 12 hindurchgeführt sein. Nach Erregung der Wicklungen wird der Ständerkern 10 polarisiert, der mit dem Magnetfeld des Permanentmagnetläufers 12 zusammenwirkt, um den Permanentmagnetläufer 12 anzustoßen und in Drehung zu setzen, wodurch wiederum die Last getrieben wird.
Der Ständerkern 10 kann aus einem weichmagnetischen Material wie beispielsweise Ferrit bestehen. Wie in 2 gezeigt ist, ist der Ständerkern 10 in der vorliegenden Ausführungsform bevorzugt ein U-förmiger Ständerkern mit einem Endbereich 14 und einem sich von dem Endbereich 14 senkrecht nach außen erstreckenden Polarm 16. In dieser Ausführungsform umfasst der Polarm 16 zwei separate Armbereiche 18. Die beiden Armbereiche 18 sind voneinander beabstandet und parallel zueinander angeordnet und sind beide senkrecht mit dem Endbereich 14 verbunden. In dieser Ausführungsform sind der Endbereich 14 und die beiden Armbereiche 18 des Polarms 16 jeweils separat gebildet und durch mechanische Verbindungen miteinander verbunden. Dadurch kann der Wickelvorgang abgeschlossen werden, bevor die Armbereiche 18 mit dem Endbereich 14 verbunden werden. Der Wickelvorgang lässt sich auf diese Weise einfacher und bequemer bewerkstelligen. Vorzugsweise sind der Endbereich 14 und die beiden Armbereiche 18 durch das Schichten einer Mehrzahl von Kernlamellen wie Siliziumstahlbleche gebildet. Die Figuren zeigen lediglich die Form des Endbereichs 14 und der Armbereiche 18 insgesamt und nach dem Schichten der Kernlamellen, wohingegen die speziellen Ausbildungen dieser mehreren geschichteten Lagen nicht dargestellt sind. Um das Zusammensetzen der Kernlamellen zu erleichtern, ist jede Kernlamelle mit einer entsprechenden Montageöffnung 20 versehen. In dieser Ausführungsform ist die Montageöffnung 22 eine Blindöffnung, wobei die Lamelle einen mit der Blindöffnung korrespondierenden Vorsprung hat. Beim Schichten der Lamellen greift der Vorsprung einer Lamelle in die Montageöffnung einer benachbarten Lamelle, um eine mechanische Verbindung zwischen den Lamellen herzustellen. Der Endbereich 14 und der Armbereich 18 werden jeweils durch diese Vorgehensweisen gebildet.
In dieser Ausführungsform bildet der Endbereich 14 an Stellen, die seinen beiden Seiten benachbart sind, zwei Verriegelungsnuten 22. Endflächen der beiden Arme 18 bilden in Richtung auf den Endbereich 14 jeweils Verriegelungsblöcke 24. Die Verriegelungsblöcke 24 der beiden Armbereiche 18 sind entlang der axialen Richtung jeweils in die Verriegelungsnuten 22 eingefügt, um die Armbereiche mit dem Endbereich 14 zu verbinden und dadurch den Ständerkern 10 zu bilden. Vorzugsweise ist der Verriegelungsblock 24 schwalbenschwanzförmig, wobei die Verriegelungsnut 22 eine daran angepasste Form hat, so dass die Verbindung zwischen dem Verriegelungsblock 24 und der Verriegelungsnut 22 gefestigt wird und sich nicht lösen kann. In einer weiteren Ausführungsform können die Verriegelungsnuten 22 entsprechend in den Armbereichen 18 gebildet sein, wobei die Verriegelungsblöcke 24 dann entsprechend an dem Endbereich 14 gebildet sind. Die Armbereiche 18 und der Endbereich 14 sind ebenfalls miteinander verbunden, um den Ständerkern 10 zu bilden.
Die beiden Armbereiche 18 des Polarms 16 liegen einander gegenüber und sind im Wesentlichen symmetrisch ausgebildet. Jeder Armbereich 18 ist länglich und hat einen Verbindungsarm 26 und eine an einem distalen Ende des Verbindungsarms 26 gebildete Polklaue 28. Die Verbindungsarme 26 der beiden Armbereiche 18 sind parallel zueinander angeordnet und sind durch einen Zwischenraum voneinander beabstandet, so dass die Wicklungen ausgeführt werden können. Die beiden Polklauen 28 liegen einander gegenüber und sind voneinander beabstandet. Einander gegenüberliegende Innenwandflächen der beiden Polklauen 28 sind vertieft, um eine Bogenpolfläche 34 zu bilden. Die Bogenpolfläche 34 definiert einen Aufnahmeraum 32 für die Aufnahme des Läufers 12 in dem Aufnahmeraum. Der Aufnahmeraum 32 hat allgemein die Form eines nicht geschlossenen Zylinders und liegt koaxial zu dem Läufer 12. Der Aufnahmeraum 32 hat einen Durchmesser, der geringfügig größer ist als der Durchmesser des Läufers 12. Dadurch ist die Polfläche 30 durch einen geringen radialen Zwischenraum von einer Außenfläche des Läufers 12 beabstandet, wodurch ein allgemein einheitlicher Luftspalt gebildet wird, der eine Drehung des Läufers 12 erlaubt.
Es wird auf 3 Bezug genommen. In dieser Ausführungsform ist jede Polklaue 28 allgemein C-förmig, wobei ihre beiden Umfangsseiten relativ zu dem Verbindungsarm 26 seitlich nach außen und in Richtung auf die andere Polklaue 28 vorspringen, um jeweils eine lange Polspitze 34 und eine kurze Polspitze 36 zu bilden. Eine vorspringende Länge der langen Polspitze 34 relativ zu dem Verbindungsarm 26 ist größer als eine halbe Breite des Zwischenraums zwischen den Verbindungsarmen 26, wohingegen eine vorspringende Länge der kurzen Polspitze 36 relativ zu dem Verbindungsarm 26 weitaus kleiner ist als die Breite des Zwischenraums zwischen den Verbindungsarmen 26. Vorzugsweise liegt die kurze Polspitze 36 einer Polklaue 28 auf einer Innenseite, d. h. einer dem Endbereich 14 benachbarten Seite, und die lange Polspitze 36 einer Polklaue 28 liegt auf einer von dem Endbereich 14 entfernten Außenseite. Im Gegensatz dazu liegt die lange Polspitze 34 der anderen Polklaue 28 auf der Innenseite und die kurze Polspitze 36 der anderen Polklaue 28 auf der Außenseite.
Nach dem Zusammensetzen korrespondiert die kurze Polspitze 36 jeder Polklaue 28 mit der langen Polspitze 34 der anderen Polklaue 28. Vorzugsweise ist eine Summe der Längen der von dem Verbindungsarm 26 vorspringenden kurzen Polspitze 36 und langen Polspitze 34 geringfügig kleiner als die Breite des Zwischenraums zwischen den Verbindungsarmen 26. Nach dem Zusammensetzen bilden die korrespondierenden langen und kurzen Polspitzen 34, 36 eine Schlitzöffnung 38. Diese Schlitzöffnung 38 sorgt für eine Unterbrechung der Bogenpolfläche 30 entlang der Umfangsrichtung, um einen magnetischen Kurzschluss zu vermeiden. Die Schlitzöffnung 38 hat entlang der axialen Richtung bevorzugt eine im Wesentlichen einheitliche Breite, und die beiden Schlitzöffnungen 38, die zwischen den beiden Polklauen 28 gebildet sind, haben im Wesentlichen die gleiche Breite. Wegen des Längenunterschiedes zwischen der langen und kurzen Polspitze 34, 36 ist die jeweilige Lage der Schlitzöffnungen 38 von einer Mitte des Zwischenraums zwischen den beiden Verbindungsarmen 26 versetzt. Vorzugsweise ist die Breite der Unterbrechung in der Bogenpolfläche 30 in der Umfangsrichtung, d. h. die Breite der Schlitzöffnung 36, kleiner als das Vierfache der Breite eines einheitlichen Abschnitts des Luftspalts zwischen dem Ständer und dem Läufer. Weiter bevorzugt ist die Breite der Schlitzöffnung 38 kleiner als das Zweifache der Breite des einheitlichen Abschnitts des Luftspalts zwischen dem Ständer und dem Läufer, wodurch das Rastmoment reduziert und gleichzeitig ein magnetischer Streufluss so weit wie möglich verringert wird. Dadurch wird die Effizienz des Motors sichergestellt, während Geräusche verringert werden. Vorzugsweise verläuft eine die beiden Schlitzöffnungen 38 verbindende Linie durch eine Mitte einer Drehwelle des Läufers. Vorzugsweise sind die Endflächen 35, 37 der langen und der kurzen Polspitze 34, 36 relativ zu einer zentralen Achse X der Polklauen 28 unter einem Winkel geneigt. Vorzugsweise liegen die Endflächen 35, 37 der langen und der kurzen Polspitze 34, 36 derselben Polklaue 28 auf der gleichen Ebene, die parallel zu einer weiterer Ebene ist, auf welcher die Endflächen 35, 37 der langen und der kurzen Polspitze 34, 36 der anderen Polklaue 28 liegen. Das Ergebnis ist, dass die Mittellinien der beiden Schlitzöffnungen 38 miteinander koinzidieren und relativ zu der zentralen Achse X der Polklaue 28 geneigt sind, wodurch die Polklaue asymmetrisch ausgebildet ist. Diese Ausbildung kann die Induktivität des Motors wirksam verringern.
Die Bogenpolfläche 30 ist nach innen vertieft, so dass jeweils zwei Anlaufnuten 40 gebildet werden, die jeweils an den beiden Polklauen 28 liegen. Jede Anlaufnut 40 liegt auf der zentralen Achse X der Polklaue 28. Die Anlaufnut 40 ist achsensymmetrisch, wobei ihre zentrale Achse mit der zentralen Achse X der Polklauen 28 koinzidiert. Die Anlaufnut 40 hat eine Tiefe, die von den beiden Umfangsseiten in Richtung auf ihre Mitte allmählich zunimmt. Die maximale Tiefe der Anlaufnut 40 liegt an einer mit der zentralen Achse X korrespondierenden Stelle. Da die Bogenpolfläche 30 nach innen vertieft ist, um die Anlaufnuten 40 zu bilden, ist der Luftspalt zwischen dem Ständerkern 10 und dem Läufer 12 in den Bereichen der Anlaufnuten 40 uneinheitlich und hat die größte Breite an der Stelle der Anlaufnut 40, die mit der zentralen Achse X der Polklaue 28 korrespondiert.
In dieser Ausführungsform bildet die Polklaue 28 eine lange und eine kurze Polspitze 34, 36 auf ihren beiden Seiten, und die Endflächen 35, 37 der Polspitzen 34, 36 sind relativ zu der zentralen Achse X der Polklaue geneigt. Dies bewirkt eine Neigung der Mittellinie der Bogenpolfläche 30 bezüglich der zentralen Achse X unter einem Winkel, wodurch der Läufer 12 leichter anlaufen kann und die Induktivität wirksam verringert wird.
Die Erfindung wurde vorstehend mit Bezug auf eine oder mehrere bevorzugte Ausführungsformen beschrieben. Jedoch wird der Fachmann erkennen, dass verschiedene Modifikationen möglich sind, ohne den Schutzrahmen der Erfindung zu verlassen, der durch die anliegenden Ansprüche definiert ist.

Claims

Ständerkern, umfassend: einen Endbereich (14); und zwei voneinander beabstandete Armbereiche (18), die sich von dem Endbereich (14) erstrecken, wobei jeder Armbereich (18) einen mit dem Endbereich (14) verbundenen Verbindungsarm (26) und eine an einem distalen Ende des Verbindungsarms (26) gebildete Polklaue (28) umfasst, wobei die beiden Polklauen (28) einen Raum für die Aufnahme eines Läufers (12) definieren, jede Polklaue (28) eine Polfläche (30) hat und eine lange Polspitze (34) und eine kurze Polspitze (36) bildet, die lange Polspitze (34) jeder Polklaue (28) mit der kurzen Polspitze (36) der anderen Polklaue (28) korrespondiert, wobei dazwischen eine Schlitzöffnung (38) gebildet ist, und die Polfläche (30) nach innen vertieft ist, um wenigstens eine Anlaufnut (40) zu bilden.
Ständerkern nach Anspruch 1, wobei die Anlaufnut (40) an einer zentralen Achse der Polklaue (28) liegt.
Ständerkern nach Anspruch 2, wobei die Anlaufnut (40) bezüglich der zentralen Achse der Polklaue (28) symmetrisch ist und eine Tiefe hat, die von zwei Umfangsseiten in Richtung auf ihre Mitte zunehmend größer wird.
Ständerkern nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die lange Polspitze (34) und die kurze Polspitze (36) jeweils eine Endfläche (35, 37) aufweisen, die unter einem Winkel relativ zu der zentralen Achse der Polklaue (28) geneigt ist.
Ständerkern nach Anspruch 4, wobei die Endflächen (35, 37) der langen Polspitze (34) und der kurzen Polspitze (36) derselben Polklaue (28) auf der gleichen Ebene liegen.
Ständerkern nach Anspruch 5, wobei die Endflächen (35, 37) der beiden Polklauen (28) zueinander parallel sind.
Ständerkern nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine sich von dem Verbindungsarm (26) erstreckende Länge der Polspitze (34) größer ist als eine halbe Breite eines Zwischenraums zwischen den Verbindungsarmen (26).
Ständerkern nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Endbereich (14) und die Armbereiche (18) jeweils durch das Schichten einer Mehrzahl von Lamellen gebildet und mechanisch miteinander verbunden sind, wobei entweder der Armbereich (18) oder der Endbereich (14) eine Verriegelungsnut (22) und der jeweils verbleibende Armbereich (18) oder verbleibende Endbereich (14) einen Verriegelungsblock (24) bildet und wobei jeder Verriegelungsblock (24) mit einer korrespondierenden Verriegelungsnut (22) im Eingriff ist, um den Armbereich (18) und den Endbereich (14) zu verbinden.
Einphasiger Permanentmagnetmotor, umfassend: einen Ständerkern (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8; Wicklungen, die um Armbereiche (18) des Ständerkerns (10) herumgeführt sind, und einen Permanentmagnetläufer (12), der in dem Ständerkern (10) drehbar angeordnet ist, wobei die Polfläche (30) und der Läufer (12) zwischen sich einen Luftspalt bilden.