DE3108392A1

DE3108392A1 - Kollektorloser gleichstrommotor

Info

Publication number: DE3108392A1
Application number: DE19813108392
Authority: DE
Inventors: Helmut 7119 Dörzbach Lipp; Wilhelm 7187 Schrozberg Reinhardt
Original assignee: Elektrobau Mulfingen and Co EBM GmbH
Current assignee: Elektrobau Mulfingen and Co EBM GmbH
Priority date: 1981-03-05
Filing date: 1981-03-05
Publication date: 1982-09-23
Also published as: DE3108392C2

Description

Kollektorloser Gleichstrommotor
Die Erfindung betrifft einen kollektorlosen Gleichstrommotor, wie dieser im Oberbegriff von Anspruch 1 bzw. Anspruch 8 beschrieben ist.
Kollektorloser Gleichstrommotore sind in vielen Ausführungsformen bekannt; s. z.B. die DE-PS 23 46 380. Hier ist, über den Drehwinkel gesehen, der Luftspalt unterschiedlich breit. Es ist eine bekannte etwa trapezförmige Magnetisierung vorgesehen. Der Drehwinkelbereich, in dem der Rotor im Betrieb ein elektromagnetisches Antriebsmoment erhält, fällt etwa mit dem winkelbereich zusammen, in dem die Pollücken ein Gebiet in Drehrichtung abnehmenden magnetisch wirksamen Luftspalt durchlaufen. Der Drehwinkelbereich, in dem der Rotor in 3etrieb kein elektromagnetisches Antriebsmoment erhält, fällt etwa mit einem bestimmten winkelbereich zusammen, in dem die Follücken ein Gebiet in Drehrichtung zunehmenden magnetisch wirksamen Luftspaltes durchlaufen.
Man will erreichen, daß das Reluktanzmoment die Momentenlücken überwinden.
Mit der gleichen Problematik befassen sich weitere Veröffentlichungen wie die DE-AS 22 25 442, rE-OS 19 58 546 und DE-OS 23 14 259 sowie die FR-PS 13 Sj 54v, US-PS'en 33 83 574 und 32 64 538.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen kollektorlosen Gleichstrommotor zu schaffen, bei detnur für den Moment des Anlaufs ein sehr schmales Reluktanzmoment erforderlich ist, wodurch verschiedene Rotormagnetisierungen ancewandt werden können, und daß durch die Verwendung eines Hall-IC's eine billige Komnutierungsschaltung sowohl in Bauteilaufwand als auch in fertigungstechnischer Hinsicht verwendet werden kann. während des Betriebes soll kein antreibendes Reluktanzmoment erforderlich sein.
Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 8 sowie die der Unteransprüche.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung und Beschreibung, und zwar zeigt: Fig. 1 schematisch einen erfindungsgemäßen zweipoligen Außen läufermo tor mit in den beiden Nutöffnungen angeordneten Permanentmagneten, Fig. 2 in Abwicklung den vorgenannten Außenläufermotor, und zwar den Luftspaltverlauf über den beiden Polbogen, Fig. 3 schematisch ein Kunststoffspritzteil mit einem angesetzten (bzw. angespritzten) erfindungsgemäßen Permanentmagneten, Fig. 4 eine Aufsicht nach Fig. 3, Fig. 5 schematisch einen weiteren erfindungsgemäßen zweipoligen Außenläufermotor, hier mit je einem Hilfspol, der in den Nutöffnungen angeordnet ist, Fig. 6 eine der Fig. 5 zugeordnete Abwicklung des Außenläufermotors, und zwar betreffend den Luftspaltverlauf mit Pollücken über dem oberen Polbogen und Fig. 7 A bis E Darstellungen, um die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Anordnungen noch näher zu erläutern.
Fig. 1 und 2 zeigen eine Möglichkeit, um zu erreichen, daß auch in denjenigen winkelbereichen, in denen die Pollücken über die Nutöffnungen hinweglaufen, ein Reluktanzmoment diese Momentenlücke überwindet, Dies wire erfindungsgemäß dadurch erreicht, caß je ein Permanentmagnet 1, 2 vorzugsweise symmetrisch über den beiden rutöffnungen 3, 4 vorgesehen ist. Die beiden Magnetstreifen 1, 2 haben zu den Polen, die den Luftspalt bilden, oegenläufige (ungleiche) Polarität.
Zur Dämpfung der axialen Abstoßungskräfte ist zweckmäßig ein Permanentmagnet rotorseitig und ein anderer statorseitig angeordnet.
DasProblem der Anbringung der Permanentmagneten 1, 2 zwecks Überbrückung der Momentenlücke wird dadurch gelöst, daß Taschen für die Permanentmagnete 1, 2 im Stator vorgesehen (angespritzt) werden bzw. werden die Permanentmagnete 1, 2 mit einem Kunststoffspritzteil 5 versehen und in die Nutöffnung 3, 4 eingebracht und dort befestigt. Fertigungstechnisch hat dies den Vorteil, daß der Permanentmagnet 1, 2 im Spritzgußteil in einem separaten Arbeitsgang hergestellt werden kann. Dieses Teil braucht später nur in die Nutöffnung 3, 4 eingeschoben zu werden.
Eine weitere Möglichkeit, um eine sichere Anlaufstellung zu gewährleisten, zeigen die Fig. 5 und 6. In den Nutöffnungen 3, 4 sind Hilfspole 6, 7 angeordnet, die eDenfalls verhindern, daß der Rotornicht in einer Stellung stehen bleiben kann, in der er beim Anschalten kein eiektromagnetisches Antriebsmoment erhält.
Im gezeigten Beispiel (s.z.B. Fig. 6) sind die Hilfspole 6, 7 - im Querschnitt gesehen - etwa pilzförmig ausgebildet. Sie können aber auch jede andere beliebige geeignete Form aufweisen, beispielsweise Dreiecksform, wobei die Spitze in das Blechpaket 16 weist. Es ist auch nicht erforderlich, daß die Hilfspole 6, 7 bündig - wie hier gezeigt - mit dem Rotorblechpaket verlaufen.
Sie können zurückgesetzt sein; zweckmäßig sollten sie etwas vorstehen.
In Fig, 7Aist die Magnetisierung des Rotors 11 dargestellt. Die Induktion B ist annähernd rechteckförmig.
Dadurch, daß nur nadelimpulsförmige Stromlücken (z.B.
durch Verwendung eines Hall-IC's in der Kommutierungsschaltung) vorhanden sind, kann der Magnetisierungsverlauf von rechteckförmig bis sinusförmig gestaltet werden.
In Fig. 7B'ist der Stromverlauf erkennbar.
Da die Stromkennlinie unabhängig von der-Rotormagnetisierung ist, treten nur nadelimpulsförmioe Stromlücken auf. Damit vereinfacht sich der Aufwand des Motors erueblich.
In Fig. 7C ist das elektromagnetische Antriebsmoment zu sehen; hier gibt es schmale Bereiche, wobei Md = 0 nur punktförmig auftritt.
In Fig. 7D ist ein Hilfsmoment zur Erreichung einer pseudostabilen Lage im unerregten Zustand gezeigt, wie diese beispielsweise durch die Anordnung nach der Erfindung erreicht wird. Dieses sogenannte Hilfsmoment verhindert, daß sich der Rotor 11 nicht in eine stabile Lage einstellen kann, in der beim Einschalten keine Tangentialkraftkomponente entsteht. Der winkelbereich dieser kritischen Stellung, in der der Rotor 11 beim Anlauf nicht stehen bleiben darf, beträgt ca. 50 von Mitte Nutöffnung.
In Verbindung mit digitalschaltendem Hall-IC ist der Stromverlauf praktisch konstant. Damit ist das Reluktanzmoment (bei gleichgeformten LuStspaltverlauf) sowohl bei annähernd rechteckförmiger bis zur sinusförmigen Rotormagnetisierung ausreichend.
In Fig. 7E ist das an der Welle abgegebene Drehmoment gezeigt. Es setzt sich aus Mei und MH zusammen.
Es gehört auch zur Erfindung, daß man wenigstens zwei der hier aufgezeigten Lösungen in Kombinationen anwendet, z.B. die Merkmale von Anspruch 1 und Anspruch 8.
Stückliste 1 = Permanentmagnet zur Überbrückung der Momenten lücke 2 = Permanentmagnet zur Überbrückung cer Momenten lücke 3 = Nutöffnung 4 = Nutöffnung 5 = Kunststoffspritzteil 6 = Hilfspol 7 = Hilfspol 8 = Pollücke 9 = Pollücke 10 = Außenläufermotor 11 = Rotor z.B. zweipolig 12 = Stator z.B. Doppel-T-Anker 13 = oberer Pol z.B. S-Pol 14 = unterer Pol z.B. N-Pol 15 = Luftspalt 16 = Statorblechpaket Leerseite

Claims

Patentansprüche 1.Kollektorloser Gleichstrommotor mit einem zylindrischen Luftspalt und mit einem permanentmagnetischen Innen- oder Außenrotor, mit einer von einem Drehstellungsdetektor gesteuerten, im Betrieb ein Wechselfeld und damit ein Lücken aufweisendes, elektromagnetisches Antriebsmoment erzeugenden t.7icklung, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotormagnetpole jeweils eine bekannte etwa trapezförmige, sinusförmige oder rechteckförmige Magnetisierung mit schmalen Pollücken (8, 9) zwischen den Polen (13, 14) aufweisen, unc daß zur uberorückung der Momentenlücke Permanentmagnete (1, 2) über den Nutöffnuncen (3, 4) des Statorblechpaketes (16) angeordnet sind, die zu den Polen, die zwischen sich den Luftspalt bilden, eine gegenlaufige Polarität aufweisen.
2. Kollektorloser Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete (1, 2) sich nur über einen Teil der Nutöffnung (3, a) erstrecken.
3. Kollektorloser Gleichstrommotor nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete (1, 2) nach einer Seite versetzt zur Pollücke angeordnet sind.
4. Kollektorloser Gleichstrommotor nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete (1, 2) asymmetrisch zueinander liegen.
5. Kollektorloser Gleichstrommotor nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Permanentmagnet (1) oder (2) rotorseitig und der andere Permanentmagnet (2 oder 1) statorseitig angeordnet ist.
6. Kollektorloser Gleichstrommotor nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Taschen zur Aufnahme des Permanentmagneten (1, 2) im Stator (12) angeordnet sind.
7. Kollektor los er Gleichstrommotor nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (1, 2) mit einem Teil z.B. aus Kunststoff zu einer Einheit vereinigt ist, die in der Nutöffnung (3, a) ein-oder anbringbar ist.
8. Kollektorloser Gleichstrommotor mit einem zylindrischen Luftspalt und mit einem permanentmagnetischen Innen- oder Außenrotor, mit einer von einem Drehstellungsdetektor gesteuerten, im Betrieb ein wechselfeld und damit ein Lücken aufweisendes, elektromagnetisches Antriebsmoment erzeugenden r:ic-,lung, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise in ieder Nutöffnung (3, 4) des Statorblechpaketes (16) ein Hilfspol (6, 7) vorgesehen ist.
9. Kollektorloser Gleichstrommotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfspol (6, 7) - im Querschnitt gesehen - etwa pilz- oder T-förmig ausgeWAdet ist.
10. Kollektorloser Gleichstrommotor nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfspol (6, 7) über die Umfangsfläche des Statorblechpaketes (15) übersteht.
11. Kollektorloser Gleichstrommotor nach Anspruch 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfspol versetzt zur Mittellinie der Nutöffnung (3, 4) angeordnet ist.