DE2324504A1 - COMPACT ELECTRIC MOTOR - Google Patents
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Description
Elektromotor kompakter BauartCompact electric motor
■Die Erfindung "betrifft einen Elektromotor kompakter Bauart, bei dem ein als Permanentmagnet ausgebildeter Läufer innerhalb des magnetischen Feldes eines Ständers angeordnet ist, und der Ständer dem Läufer gegenüberliegende, durch ein Joch magnetisch miteinander verbundene Magnetpole enthält.■ The invention "relates to an electric motor of compact design, at a rotor designed as a permanent magnet is arranged within the magnetic field of a stator, and the stator contains magnetic poles opposite the rotor and magnetically connected to one another by a yoke.
Bei bekannten Elektromotoren dieser Art sind die Wicklungen auf radialen Verlängerungen der Magnetpole aufgebracht und die radialen Verlängerungen sind an einem sich um den Läufer erstreckenden Joch befestigt. Der magnetische Kreis verläuft zwischen den Polen und schließt sich in Umfangsrichtung über das Joch. Soll bei dem bekannten Elektromotor die magnetomotorische Kraft erhöht werden, so ist es erforderlich, entweder die Eingangsleistung oder aber die Windungszahl der Wicklungen zu erhöhen. Im ersten IPaIl bedingt dies eine zusätzliche Wärmeentwicklung in den Spulen und im zweitenIn known electric motors of this type, the windings are applied to radial extensions of the magnetic poles and the radial extensions Extensions are attached to a yoke that extends around the rotor. The magnetic circuit runs between the poles and closes in the circumferential direction over the yoke. Should with the known Electric motor the magnetomotive force can be increased, so it is necessary to increase either the input power or the number of turns of the windings. In the first IPaIl conditionally this generates additional heat in the coils and in the second
309848/0949309848/0949
Pall eine Vergrößerung des Durchmessers des Motors« Letzteres hat eine Zunahme des Widerstandes im magnetischen Er eis und damit eine Verschlechterung des Wirkungsgrades zur Folge. .Pall an increase in the diameter of the motor «The latter has an increase in the resistance in the magnetic ice and thus an Deterioration in efficiency result. .
Bei dem Elektromotor der genannten Art verursacht auch, das Anbringen der Wicklungen auf den Magnetpolen Schwierigkeiten. Es werden zu diesem Zweck in einem Jail die mit Keilansätzen versehenen radialen Verlängerungen der Magnetpole durch die Wicklungen hindurchgesteckt, wobei die Keilansätze durch die Wicklung hindurchgeführt werden müssen, und es werden dann die Verlängerungen unter Verwendung der Keilansätze oder mittels Schrauben am Joch "befestigt. In einem anderen Fall werden die Magnetpole zunächst am Joch "befestigt und die Wicklungen mittels eines besonderen Werkzeuges um die Magnetpole gewickelt. In beiden Fällen ist die Montage nicht nur aufwendig, sondern auch verhältnismäßig teuer. Die Magnetpole bestehen üblicherweise aus dünnen, mittels Stiften oder auf andere Weise paketierten Polblechen. Es "bereitet Schwierigkeiten, derartige Pole so am Joch zu befestigen, daß der gewünschte Luftspalt zwischen den Magnetpolen und dem Läufer eingehalten wird.In the case of the electric motor of the type mentioned, the attachment also causes the windings on the magnetic poles difficulties. For this purpose, the radial ones with wedge extensions are used in a jail Extensions of the magnetic poles pushed through the windings, whereby the wedge lugs have to be passed through the winding, and the extensions are then attached to the yoke using the wedge lugs or screws. In one In other cases, the magnetic poles are first attached to the yoke "and the windings around the magnetic poles using a special tool wrapped. In both cases, the assembly is not only complex, but also relatively expensive. The magnetic poles exist usually made of thin pole sheets packaged by means of pins or in some other way. Poles like that are difficult to be attached to the yoke so that the desired air gap between the Magnet poles and the rotor is observed.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Elektromotor der einleitend genannten Art unter Beibehaltung der kompakten Bauweise, d.h. eines kleinen Durchmessers, die magnetomotorische Kraft und damit die Ausgangsleistung zu vergrößern und die Anlaufzeit zu verkürzen. Die Vergrößerung der magnetomotorischen Kraft soll ohne Erhöhung der Eingangsleistung möglich sein. Ferner soll Φ _ch Verringerung der Anzahl und durch Vereinfachung der Teile eine Vereinfachung des konstruktiven Aufbaus und der Montage ermöglicht werden.The invention is based on the object of increasing the magnetomotive force and thus the output power and shortening the start-up time in an electric motor of the type mentioned in the introduction, while maintaining the compact design, ie a small diameter. It should be possible to increase the magnetomotive force without increasing the input power. Further, Φ should _ch reduction in the number and simplification of parts to simplify the structural design and assembly are possible.
309848/0949 _ 5 _309848/0949 _ 5 _
Der erfindungsgemäße Elektromotor ist dadurch gekennzeichnet, daß sich von den Magnetpolen aus jeweils ein eine Wicklung tragender erster Jochteil in einer zur Welle des Läufers parallelen Eichtung erstreckt und die ersten Jochteile an den von den Magnetpolen abgewandten Enden durch einen zweiten Jochteil magnetisch verbunden sind.The electric motor according to the invention is characterized in that A first yoke part carrying a winding extends from the magnetic poles in a direction parallel to the shaft of the rotor extends and the first yoke parts magnetically connected at the ends facing away from the magnetic poles by a second yoke part are.
Vorzugsweise sind die von den ersten Jochteilen abgewandten Enden der Magnetpole an einem Verbindungsteil aus nichtmagnetischem Material befestigt.The ends facing away from the first yoke parts are preferably of the magnetic poles on a connecting part made of non-magnetic material attached.
Die Erfindung wird anhand von neun Figuren näher erläutert. Es zeigenThe invention is explained in more detail with reference to nine figures. Show it
Fig. 1 eine Schnittansicht eines bekannten Motors der erfindungsgemäßen ArtFig. 1 is a sectional view of a known motor according to the invention Art
Fig. 2 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen MotorsFig. 2 shows an embodiment of a motor according to the invention
Fig. 3 in einer vereinfachten Darstellung den magnetischen Kreis des Motors nach Fig. 23 shows the magnetic circuit in a simplified representation of the engine according to FIG. 2
Fig. 4- eine perspektivische Ansicht einer · Ausführungsform eines MagnetpolesFigure 4- is a perspective view of an embodiment of a Magnetic poles
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Magnetpoles 3 shows a perspective view of a further embodiment of a magnetic pole
Fig. 6 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Jochs6 is a perspective view of an embodiment of a yoke
Fig. 7 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgeaäßen Motors7 shows a further embodiment of a device according to the invention Engine
Fig. 8 eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Motors8 is a schematic sectional view of an inventive Engine
309848/0949 -*-309848/0949 - * -
_4_ 232Λ504 ._ 4 _ 232Λ504.
J1Ig. 9 eine perspektivische Ansicht eines Magnetpols des Motors nach ]fig. 8.J 1 Ig. 9 is a perspective view of a magnetic pole of the motor of FIG. 8th.
Der in Hg. 1 im Schnitt dargestellte bekannte Motor enthält einen Läufer 1 aus permanentmagnetischeni Material, sowie der Peripherie des Läufers 1 gegenüberliegende Magnetpole 2. Um radiale Verlängerungen der Magnetpole 2 sind Wicklungen 3 gewickelt. Die Verlängerungen und somit die Magnetpole 2 sind an einem Joch 4- befestigt, das den Läufer 1 umgibt. Die strichpunktierten Linien 7 deuten den Verlauf eines durch die obere Erregerwicklung 3 erzeugten Magnetflusses an. Der vom Magnetpol 2 ausgehende S1IuB teilt sich auf die beiden anderen Magnetpole auf und kehrt in Umfangsrichtung über das Joch 4 wieder zum oberen Pol zurück. Der magnetische Kreis verläuft also teilweise in Umfangsrichtung. Dies bedingt die einleitend genannten Nachteile des bekannten Elektromotors. The known motor shown in section in Hg. 1 contains a rotor 1 made of permanent magnetic material, as well as magnetic poles 2 opposite the periphery of the rotor 1. Windings 3 are wound around radial extensions of the magnetic poles 2. The extensions and thus the magnetic poles 2 are attached to a yoke 4 - which surrounds the rotor 1. The dash-dotted lines 7 indicate the course of a magnetic flux generated by the upper excitation winding 3. The S 1 IuB emanating from the magnetic pole 2 is divided between the two other magnetic poles and returns in the circumferential direction via the yoke 4 to the upper pole. The magnetic circuit therefore runs partially in the circumferential direction. This causes the disadvantages of the known electric motor mentioned in the introduction.
Bei der in I1Ig. 2 dargestellten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Elektromotors bzw. Drehstrom-Synchronmotors sind ebenfalls um einen Läufer 11 aus permanentmagnetischem Material und diesem gegenüberliegend Magnetpole 12 angeordnet. Die Magnetpole 12 weisen hier jedoch axiale Verlängerungen auf, die erste Jochteile bilden und mit Wicklungen .14 versehen sind. Die Teile der Magnetpole, auf denen die Wicklungen befestigt sind, d.h. die ersten Jochteile, sind durch einen zweiten Jochteil 15 zusammengefaßt, und dieser ist in senkrechter Lage an der Welle 13 des Läufers , befestigt.In the case of I 1 Ig. 2 shown embodiment of an electric motor or three-phase synchronous motor according to the invention are also arranged around a rotor 11 made of permanent magnetic material and magnet poles 12 opposite it. The magnetic poles 12 here, however, have axial extensions which form first yoke parts and are provided with windings .14. The parts of the magnetic poles on which the windings are fastened, ie the first yoke parts, are combined by a second yoke part 15, and this is fastened in a vertical position on the shaft 13 of the rotor.
- 5 309848/0949 - 5 309848/0949
Fig. 3 zeigt eine Schnittansicht der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform längs der Welle 13· In dieser Fig. ist auch, durch eine strichpunktierte Linie 10 der magnetische Kreis dargestellt. Der durch die Erregerwicklung 14 erzeugte Magnetfluß nimmt den folgenden Weg: Magnetpol 12 > Luftspalt > Läufer 11 ^ LuftspaltFIG. 3 shows a sectional view of the embodiment shown in FIG. 2 along the shaft 13 · In this figure, the magnetic circuit is also shown by a dash-dotted line 10. The magnetic flux generated by the excitation winding 14 takes the following route: magnetic pole 12> Air gap> rotor 11 ^ air gap
> anderer Magnetpol—> erster Jochteil * zweiter Jochteil> other magnetic pole—> first yoke part * second yoke part
> erster Jochteil. Der magnetische Fluß verläuft somit im Bereich der Magnetpole 12 parallel zur Welle 13 und im Bereich des zweiten Jochteils 15 senkrecht zur Welle 13·> first yoke part. The magnetic flux thus runs in the Area of the magnetic poles 12 parallel to the shaft 13 and in the area of the second yoke part 15 perpendicular to the shaft 13
Diese Ausbildung des magnetischen Kreises ermöglicht es, einen ■Elektromotor für den Antrieb eines Druckers,einer Platte etc. zu schaffen, bei dem kleine Abmessungen, eine kurze Anlauf zeit und eine große Ausgangsleistung gefordert werden.This formation of the magnetic circuit makes it possible to use an electric motor for driving a printer, a plate, etc. create where small dimensions, a short start-up time and a large output power are required.
Um die Anlaufzeit möglichst klein zu halten, ist es erforderlich, die {Trägheit des Läufers 11 so klein wie möglich auszubilden. Bei dem bekannten Elektromotor ist mit einer Verkleinerung des Durchmessers zwangsläufig eine Verringerung der Größe des magnetischen Flusses verbunden. Es ist deshalb erforderlich, die magnetomotorische Kraft zu vergrößern. Dies setzt eine Vergrößerung des Volumens der Wicklungen 14 voraus. Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung, bei der die Wicklungen auf den ersten Jochteilen angeordnet sind und dem Läufer 11 nicht gegenüberliegen, ist es möglich, ohne Verzicht auf die Kompaktheit das Wicklungsvolumen größer als bei dem bekannten Elektromotor auszubilden. Außerdem kann bei der erfindungsgemäßen Lösung zur Erhöhung der magnetomotorischen KraftIn order to keep the start-up time as short as possible, it is necessary to make the inertia of the rotor 11 as small as possible. at In the known electric motor, a reduction in the diameter inevitably means a reduction in the size of the magnetic Connected to the river. It is therefore necessary to increase the magnetomotive force. This implies an increase in volume of the windings 14 ahead. In the embodiment according to the invention, in which the windings are arranged on the first yoke parts and are not opposite the rotor 11, it is possible without Foregoing compactness, the winding volume must be larger than in the known electric motor. In addition, in the invention Solution to increase magnetomotive force
- 6 3 0 9848/0949- 6 3 0 9848/0949
der Elektromotor so ausgebildet werden, daß an "beiden axialen Enden der Magnetpole 12 axiale Verlängerungen vorgesehen sind, auf denen sich Wicklungen 14 befinden. Da bei der erfindungsgemäßen Lösung der magnetische Kreis nicht langer als der des bekannten Elektromotors ist, ist mit der Vergrößerung der magnetomotorischen Kraft keine Vergrößerung des magnetischen Widerstandes verbunden· Es ist auch möglich, durch Verringerung des ßtreuflusses den magnetischen Widerstand zu verringern, indem erste Jochteile, Wicklungen und zweite Jochteile an beiden axialen Enden der Magnetpole 12 vorgesehen sind, die die magnetischen Kreise schließen. Der magnetische Kreis des erfindungsgemäßen Elektromotors hat zufolge einer ausreichenden magnetomotorischen Kraft eine Zunahme der Ausgangsleistung zur Folge. Der Motor hat kleine Außenabmessungen, eine verringerte Trägheit und eine verkürzte Anlaufzeit. Außerdem ist die erforderliche Eingangsleistung niedrig.the electric motor can be designed so that at "both axial ends of the magnetic poles 12 axial extensions are provided on which there are windings 14. Since in the solution according to the invention magnetic circuit no longer than that of the well-known electric motor there is no increase in magnetic reluctance associated with the increase in magnetomotive force · It is also possible to reduce the magnetic resistance by reducing the leakage flux by adding first yoke parts, windings and second Yoke parts are provided at both axial ends of the magnetic poles 12, which close the magnetic circuits. The magnetic circuit the electric motor according to the invention has, according to a sufficient magnetomotive force results in an increase in output power. The engine has small external dimensions, a reduced one Inertia and a shortened start-up time. In addition, the required Input power low.
Fig. 4 stellt den flach ausgebildeten Magnetpol 12 der Ausführungsform nach I"ig. 2 gesondert dar. Es soll durch diese 3?ig. veranschaulicht werden, daß sich bei einer derartigen Ausbildung der Magnetpole der Motor einfach zusammensetzen und die Teile einfach bearbeiten lassen. An den Magnetpol 12 schließt sich der erste Jochteil 17 an, auf welchem sich die Wicklung befindet. Der erste Jochteil 17 ist stirnseitig mit einem Ansatz 18 versehen. Die den einzelnen ersten Jochteilen und damit den einzelnen Magnetpolen zugeordneten Ansätze 18 sind in den zweiten Jochteil 15 eingepaßt und eingestemmt. Auf der dem ersten Jochteil gegenüberliegenden Seite des Magnetpols 12 ist ein Ansatz 19 vorgesehen, der in einer4 shows the flat magnetic pole 12 of the embodiment according to FIG. 2 separately. It is intended to be illustrated by this FIG. 3 be that with such a design of the magnetic poles, the motor is easy to assemble and the parts are simple let edit. The first yoke part 17, on which the winding is located, connects to the magnetic pole 12. The first Yoke part 17 is provided with a shoulder 18 on the front side. The individual first yoke parts and thus the individual magnetic poles associated lugs 18 are fitted into the second yoke part 15 and caulked. On the opposite of the first yoke part Side of the magnetic pole 12 is a projection 19 is provided in a
• - 7 -848/0949 • - 7 - 848/0949
Abdeckplatte 20 oder dergleichen aus unmagnetischem Material "befestigt ist. Hierdurch wird in Verbindung mit den Ansätzen 18 auf einfache Veise eine genaue Einstellung des Luftspaltes zwischen dem Magnetpol 12 und dem Läufer 11, sowie zwischen den Magnetpolen untereinander ermöglicht. Zum Befestigen der Ansätze 19 sind in der Abdeckplatte 20 Ausschnitte 21 vorgesehen, in die die Ansätze 19 eingepaßt werden. Die Abdeckplatte 20 weist außerdem eine Öffnung zum Hindurchführen der Welle 13» bzw. zum Einsetzen eines Lagers für diese Welle auf. Wenn an beiden axialen Enden der Magnetpole 12 mit Wicklungen versehene erste Jochteile 17 vorgesehen sind, die jeweils durch zweite Jochteile 15 verbunden sind, kann die Ausgangsleistung bei Verringerung des Durchmessers des Motors erhöht werden. Die Wicklungen dürfen hierbei nicht im Bereich des Läufers 11 liegen.Cover plate 20 or the like made of non-magnetic material "attached is. In this way, in conjunction with the approaches 18, a precise setting of the air gap between the Magnet pole 12 and the rotor 11, as well as between the magnetic poles with each other. To attach the lugs 19 are in the cover plate 20 is provided with cutouts 21 into which the lugs 19 are fitted. The cover plate 20 also has an opening for passing the shaft 13 »or for inserting a bearing for this shaft. When at both axial ends of the magnetic poles 12 provided with windings first yoke parts 17 are provided, which are each connected by second yoke parts 15, the output power can be increased by reducing the diameter of the motor. The windings must not be in the area of the runner 11 lie.
Obwohl der in S1Ig. 4 dargestellte Magnetpol 12 aus einer Anzahl von Polblechen gebildet ist, die durch Stifte 16 zu einer Einheit zusammengefaßt sind, kann statt dessen auch eine billigere Polplatte verwendet werden, obgleich hierdurch der Wirkungsgrad verschlechtert wird. Eine weitere Ausführungsform eines Magnetpols, der sich durch einen niedrigen Preis auszeichnet, ist in Fig. 5 dargestellt. Hier ist für den Magnetpol 12 anstelle einer gekrümmten SOrm eine flache Porm gewählt. Der zweite Jochteil 15 ist als ebene Platte aus weichmagnetischem Material ausgebildet und dient dazu, mit den eingepaßten Ständerteilen einen Eahmen zu bilden und außerdem als Lager für die Welle 13· Gleichzeitig bildet die Platte zusammen mit den Magnetpolen und dem LäuferAlthough the in S 1 Ig. 4 is formed from a number of pole sheets which are combined to form a unit by pins 16, a cheaper pole plate can be used instead, although this reduces the efficiency. Another embodiment of a magnetic pole, which is characterized by a low price, is shown in FIG. Here, instead of a curved SOrm, a flat shape is selected for the magnetic pole 12. The second yoke part 15 is designed as a flat plate made of soft magnetic material and serves to form a frame with the fitted stator parts and also as a bearing for the shaft 13. At the same time, the plate forms together with the magnetic poles and the rotor
- 8 9848/0949 - 8 9848/0949
den magnetischen Kreis.the magnetic circuit.
In Fig. 6 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, bei der sich erste Jochteile 31» auf denen Wicklungen vorgesehen sind, an einer Seite des Joches befinden. Die ersten Jochteile 31 weisen Ansätze 32 auf, an denen Ansätze 18 der Magnetpole befestigt sind. Die Magnetpole haben die in Fig. 4- dargestellte Form, wobei jedoch das erste Jochteil 17 nicht vorhanden ist. Eine öffnung 33 dient dazu, die Welle 13 entweder unmittelbar oder über ein Lager aufzunehmen. Auf den ersten Jochteilen 17 und 31 können die zuvor auf Spulenkörper aufgewickelten Wicklungen befestigt werden, so daß *-der Zusammenbau des Motors einfach und billig durchgeführt werden kann.In Fig. 6 a further embodiment is shown in which first yoke parts 31 'on which windings are provided, are on one side of the yoke. The first yoke parts 31 have lugs 32 to which lugs 18 of the magnetic poles are attached are. The magnetic poles have the shape shown in Fig. 4-, wherein however, the first yoke part 17 is not present. An opening 33 serves to the shaft 13 either directly or via a To include stock. On the first yoke parts 17 and 31 can the windings previously wound on the bobbin are attached so that * -assembly of the engine simple and cheap can be carried out.
Bei der in Fig. 7 dargestellten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Elektromotors ist die Form des Läufers 11 abgeändert. 11 stellt einen aus permanentmagnetischem Material hergestellten Außenläufer dar. Die Magnetpole 12 sind in den Läufer 11 eingesetzt. In the embodiment shown in FIG. 7 of an inventive Electric motor, the shape of the rotor 11 is modified. 11 represents an external rotor made of permanent magnetic material. The magnetic poles 12 are inserted into the rotor 11.
Fig. 8 stellt einen erfindungsgemäßen Elektromotor dar, bei dem sowohl im zweiten Jochteil 15 als auch in dem Verbindungsteil aus Isoliermaterial Lager 23 zur Aufnahme der Welle 13 vorgesehen sind. Fig. 9 veranschaulicht einen aus einer massiven gekrümmten Platte bestehenden Magnetpol 12 mit erstem Jochteil 17 und Ansätzen 18 und 19. Pole dieser Art sind besonders billig herstellbar, wenngleich sie den Wirkungsgrad des Elektromotors verschlechtern.Fig. 8 shows an electric motor according to the invention, in which both in the second yoke part 15 and in the connecting part Bearing 23 for receiving the shaft 13 are provided from insulating material. Fig. 9 illustrates one of a massive curved Plate existing magnetic pole 12 with first yoke part 17 and lugs 18 and 19. Poles of this type are particularly cheap can be produced, although they degrade the efficiency of the electric motor.
' - 9 309 8 48/0949'- 9 309 8 48/0949
- 9 - .
Obgleich ein Meßorgan zum Erfassen der Lage des Läufers 1, das dazu dient, die zu erregenden Magnetpole auszuwählen, in der
Zeichnung nicht dargestellt ist, kann ein solches an einer Stelle
vorgesehen werden, wo es sich synchron zur Welle 13 dreht, um die Position dieser Welle zu erfassen. Die Anzahl der Magnetpole
des Ständers bzw. des Läufers ist nicht auf die beschriebenen Fälle begrenzt.- 9 -.
Although a measuring element for detecting the position of the rotor 1, which is used to select the magnetic poles to be excited, is not shown in the drawing, such a device can be provided at a point where it rotates synchronously with the shaft 13 about the position of the latter Capture wave. The number of magnetic poles of the stator or the rotor is not limited to the cases described.
- 10 309848/0949- 10 309848/0949
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