DE3821557C1

DE3821557C1 - Electronically commutated miniature DC motor

Info

Publication number: DE3821557C1
Application number: DE19883821557
Authority: DE
Inventors: Christof Dipl.-Ing. 7564 Forbach De Bernauer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1988-06-25
Filing date: 1988-06-25
Publication date: 1989-10-12

Abstract

In the case of an electronically commutated miniature DC motor, especially for driving fans in motor vehicles, which has a permanent-magnet-excited rotor (10) and a stator (12) which is located opposite this rotor (10), leaving free an axial air gap (13), and has a multi-phase armature winding (15), a stationary soft-iron ring (21) which coaxially surrounds the rotor (10) with a radial separation is provided as a starting aid. The soft-iron ring (21) is fitted on its inner circumference (211) facing the rotor (10) with teeth (22) which are arranged at equidistant intervals, consist of the same material, and whose number corresponds to the number of rotor poles. This starting aid has the additional effect that the operating rotation speed of the motor is reduced by eddy-current effects (Fig. 1). <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen elektronisch kommutierten Gleichstrom-Kleinstmotor, insbesondere zum Antrieb von Lüftern in Kraftfahrzeugen, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.The invention relates to an electronically commutated DC miniature motor, especially for driving fans in motor vehicles, the genus defined in the preamble of claim 1.

Solche sogenannten EC-Kleinstmotoren, die einen recht kleinen Durchmesser von ca. 2 cm aufweisen, werden trotz ihres relativ schlechten Wirkungsgrades wegen ihrer Robustheit und niedrigen Herstellungskosten in Fahrzeugen zum Antrieb verschiedener Hilfsaggregate, wie Lüfter, verwendet. Solche Kleinstmotoren laufen aus bestimmten Ruhepositionen nur schlecht oder gar nicht und nicht in einer definierten Drehrichtung an und werden daher mit Anlaufhilfen ausgerüstet.Such so-called EC miniature motors, which are quite small in diameter of about 2 cm, are despite their relatively poor Efficiency because of their robustness and low manufacturing costs in vehicles for driving various auxiliary units, such as fans, used. Such small motors run from certain rest positions only poorly or not at all and not in a defined direction of rotation and are therefore equipped with start-up aids.

Bei einem bekannten EC-Kleinstmotor dieser Art, werden im axialen Luftspalt Ferritteilchen vorgesehen, die räumlich z. B. in der meist als Luftspule gewickelten Ankerwicklung untergebracht werden. Diese Ferritteilchen werden so angebracht, daß der Rotor im Ruhezustand eine definierte Stellung einnimmt, aus welcher heraus er beim Anlegen einer Gleichspannung an die Ankerwicklung problemlos in die vorgegebene Drehrichtung anläuft. Solche Ferritteilchen erzeugen aber auch eine axial gerichtete Magnetkraft am Rotor, die zu einer zusätzlichen axialen Kraft im Rotorlager führt. Bei Einsatz von nur einem Anlaufsegment ist diese Kraftwirkung auch noch einseitig, wodurch Lagerreibung und Verschleiß erhöht werden, was insbesondere bei der üblichen kragenden Drehhalterung des Rotors im Stator besonders ins Gewicht fällt.In a known EC miniature motor of this type, the axial Air gap ferrite particles provided, the spatial z. B. in the most armature winding wound as an air coil. These Ferrite particles are attached so that the rotor is at rest occupies a defined position from which he creates a DC voltage to the armature winding easily in the given Direction of rotation starts. Such ferrite particles also produce one axially directed magnetic force on the rotor, which leads to an additional leads to axial force in the rotor bearing. When using only one start-up segment this force effect is also one-sided, causing bearing friction and wear can be increased, which is particularly the case with the usual cantilevered rotating bracket of the rotor in the stator particularly weight falls.

Aus der im Oberbegriff des Anspruchs 1 berücksichtigten DE 23 32 012 (2) ist ein kollektorloser Gleichstrommotor mit permanentmagnetischem Rotor bekannt, welcher zwischen Rotor und Stator ein Weicheisenteil in Form eines mehrfach abgewinkelten Bügels aufweist, bei welchem mindestens die vorspringenden Enden des Bügels mit dem Streufluß des permanentmagnetischen Rotors in Wechselwirkung stehen. Hierdurch soll das Drehmoment des Rotors erhöht und ein gleichmäßiger Rundlauf erzielt werden. Die Form dieses bekannten Weicheisenteils erfordert eine Mehrzahl von Biegevorgängen bei der Herstellung und eine definierte Einbaulage in entsprechenden Ausnehmungen des Stators, wodurch der Fertigungs- und Montageaufwand bei der Herstellung des Rotors erhöht werden.From the DE 23 32 012 (2) considered in the preamble of claim 1 is a collectorless DC motor with permanent magnetic rotor known between the rotor and stator has a soft iron part in the form of a multi-angled bracket, in which at least the projecting ends of the bracket with the leakage flux of the permanent magnetic rotor interacts stand. This should increase and turn on the torque of the rotor uniform concentricity can be achieved. The shape of this well-known Soft iron part requires a plurality of bending operations in the Production and a defined installation position in corresponding recesses of the stator, which reduces the manufacturing and assembly costs for the Production of the rotor can be increased.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen EC-Gleichstrom-Kleinstmotor zu schaffen, der ein gutes Anlaufverhalten aufweist bei geringer Lagerreibung und verringertem Lagerverschleiß.The invention has for its object an EC direct current micro motor to create that has a good start-up behavior at low bearing friction and reduced bearing wear.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1. Durch eine Mehrzahl von Zähnen am Weicheisenring wird das Rastmoment des Rotors kleiner, da der Drehwinkel zum Ausrichten des Rotors kleiner wird. Bereits bei vier Zähnen, bei welchen eine maximale Drehung des Rotors um 45° zum Ausrichten erforderlich ist, wird ein ausreichend sicherer Anlauf aus jeder Ruheposition gewährleistet. Durch die Ausbildung des Weicheisenteils als koaxialer Weicheisenring mit zum Rotor hin vorspringenden, im wesentlichen rechteckigen Zähnen, erhält man einerseits eine gleichmäßige Krafteinwirkung auf den Rotor und andererseits ein leicht herzustellendes, einfach zu montierendes, preiswertes Bauteil, dessen Einsatz die Herstellungskosten des Motors nur wenig verteuert.This object is achieved by the characterizing Features of claim 1. By a plurality of teeth on the soft iron ring the cogging torque of the rotor becomes smaller because of the angle of rotation for aligning the rotor becomes smaller. Already with four teeth, at which require a maximum rotation of the rotor of 45 ° for alignment is a sufficiently safe start from every rest position guaranteed. By designing the soft iron part as coaxial soft iron ring with essentially projecting towards the rotor rectangular teeth, you get a uniform force on the one hand on the rotor and on the other hand an easy to manufacture Easy to assemble, inexpensive component, the use of which costs manufacturing the engine is only slightly more expensive.

Der erfindungsgemäße Weicheisenring hat noch den zusätzlichen Vorteil, daß durch die Wirbelstromverluste eine Reduzierung der Betriebsdrehzahl erreicht wird. Durch den Wirbelstromeffekt ist es beispielsweise möglich, die erreichbare Drehzahl eines Kleinstmotors von ca. 5000/min ohne Weicheisenring auf ca. 4000/min mit Weicheisenring zu reduzieren. Eine niedrige Drehzahl wird aus Gründen der Geräuschreduzierung bei diesen Kleinstmotoren grundsätzlich angestrebt. Eine Drehzahlreduzierung über Wicklungsänderung wäre hingegen durch das beschränkte Wicklungsvolumen in diesem Umfang nicht erreichbar und auch wesentlich kostenungünstiger. Die durch den Wirbelstromeffekt dabei ebenfalls eintretende Wirkungsgradverschlechterung spielt bei den Kleinstmotoren keine Rolle. The soft iron ring according to the invention has the additional advantage that the eddy current losses reduce the operating speed is achieved. Because of the eddy current effect, for example possible, the achievable speed of a small motor of approx. 5000 / min without reducing the soft iron ring to approx. 4000 rpm with the soft iron ring. A low speed is due to noise reduction reasons fundamentally aimed at these small engines. A speed reduction would be about winding change, however, by the limited winding volume not achievable to this extent and also essential less expensive. The eddy current effect also Efficiency deterioration occurs in the smallest engines not matter.

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigtThe invention is based on one in the drawing illustrated embodiment in the following Description explained in more detail. It shows

Fig. 1 einen Längsschnitt eines EC-Kleinstmotors, Fig. 1 is a longitudinal section of an EC-miniature motor,

Fig. 2 eine Draufsicht eines Weicheisenrings im Kleinstmotor in Fig. 1, Fig. 2 is a plan view of a soft iron ring in the micro motor in Fig. 1,

Fig. 3 einen Ausschnitt gemäß III in Fig. 2 eines Weicheisenrings gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Fig. 3 shows a section according to III in Fig. 2 of a soft iron ring according to another embodiment.

Der in Fig. 1 im Längsschnitt dargestellte elektronisch kommutierte Gleichstrom-Kleinstmotor für den Antrieb eines Lüfters in einem Kraftfahrzeug weist einen Rotor 10, der drehfest auf einer Rotorwelle 11 sitzt, und einen Stator 12 auf, der unter Belassung eines axialen Luftspaltes 13 dem Rotor 10 gegenüberliegt. Die Rotorwelle 11 ist mittels eines Lagers 14 im Stator 12 drehgelagert und steht frei auskragend aus dem Stator 12 vor. Der Stator 12 weist eine Ankerwicklung 15 auf, die als Luftspule ausgeführt und auf einer Platine 16 befestigt ist. Die Ankerwicklung 15 ist hier als Zweiphasenwicklung ausgebildet, deren Wicklungsstränge räumlich um 90° gegeneinander verdreht angeordnet ist. Eine andere Phasenzahl, z. B. drei, ist jedoch möglich.The electronically commutated DC miniature motor for driving a fan in a motor vehicle, shown in longitudinal section in FIG. 1, has a rotor 10 , which is non-rotatably seated on a rotor shaft 11 , and a stator 12 , which leaves the rotor 10 with an axial air gap 13 opposite. The rotor shaft 11 is rotatably supported in the stator 12 by means of a bearing 14 and projects freely from the stator 12 . The stator 12 has an armature winding 15 , which is designed as an air coil and is attached to a circuit board 16 . The armature winding 15 is designed here as a two-phase winding, the winding strands of which are arranged spatially rotated by 90 ° with respect to one another. Another phase number, e.g. B. three, but is possible.

Der hier vierpolig ausgebildete Rotor 10 weist eine Scheibe 17 aus Permanentmagnetmaterial auf, die in Achsrichtung derart magnetisiert ist, daß insgesamt vier Rotorpole vorhanden sind, die zueinander äquidistant liegen. Eine andere geradzahlige Polzahl ist möglich. Die Permanentmagnet-Scheibe ist auf einem Träger 18 mit T-förmigem Querschnitt befestigt, der seinerseits drehfest auf der Rotorwelle 11 sitzt. Auf der von der Permanentmagnetscheibe 17 abgekehrten Seite des Trägers 18 ist ein Lüfterrad 19 befestigt, das eine Mehrzahl von Lüfterschaufeln 20 trägt. Die Permanentmagnetscheibe 17 ist von einem feststehenden koaxialen Weicheisenring 21 mit Radialabstand umschlossen, der in Fig. 1 im Längsschnitt und in Fig. 2 in Draufsicht zu sehen ist. Der Weicheisenring 21 trägt an seinem der Permanentmagnetscheibe 17 zugekehrten Innenumfang 211 vier äquidistant angeordnete, zum Rotor 10 hin vorspringende Zähne 22, die einstückig mit dem Weicheisenring 21 sind. Die Anzahl der Zähne 22 richtet sich nach der Zahl der vorhandenen Rotorzähne, bei dem vierpoligen Rotor 10 also vier. Die Zähne 22 erstrecken sich über die gesamte axiale Breite des Weicheisenrings 21. Die axiale Breite des Weicheisenrings 22 ist hingegen kleiner als die axiale Länge der Permanentmagnetscheibe 17. Der koaxiale Weicheisenring 21 ist feststehend angeordnet.The four-pole rotor 10 here has a disk 17 made of permanent magnet material which is magnetized in the axial direction in such a way that there are a total of four rotor poles which are equidistant from one another. Another even number of poles is possible. The permanent magnet disk is fastened on a carrier 18 with a T-shaped cross section, which in turn sits on the rotor shaft 11 in a rotationally fixed manner. A fan wheel 19 , which carries a plurality of fan blades 20, is fastened on the side of the carrier 18 facing away from the permanent magnet disk 17 . The permanent magnet disk 17 is enclosed by a fixed coaxial soft iron ring 21 with a radial spacing, which can be seen in longitudinal section in FIG. 1 and in plan view in FIG. 2. The soft iron ring 21 carries on its inner circumference 211 facing the permanent magnet disk 17 four equidistantly arranged teeth 22 projecting towards the rotor 10 , which are integral with the soft iron ring 21 . The number of teeth 22 depends on the number of rotor teeth present, ie four in the four-pole rotor 10 . The teeth 22 extend over the entire axial width of the soft iron ring 21 . In contrast, the axial width of the soft iron ring 22 is smaller than the axial length of the permanent magnet disk 17 . The coaxial soft iron ring 21 is fixed.

Der EC-Kleinstmotor mit Rotor 10 und Stator 12, der eine betriebsfertige Baueinheit darstellt, wird bei seiner Verwendung als Lüfterantrieb für ein Kraftfahrzeug in ein Lüftergehäuse 23 eingebaut, das in Fig. 1 strichpunktiert angedeutet ist. Dabei wird die Platine 16 des Stators 12 fest mit dem Lüftergehäuse 23 verbunden und der als Einlegeteil ausgebildete Weicheisenring 21 in eine vorbereitete Aufnahme im Lüftergehäuse 23 eingelegt. Das Lüftergehäuse 23 hat einen axialen Lufteintrittsstutzen 24 und eine nicht dargestellten tangentialen Luftaustrittsstutzen, so daß sich ein Axial-Radial-Gebläse ergibt, wie es z. B. aus der DE 27 18 428 A1 bekannt ist. The EC miniature motor with rotor 10 and stator 12 , which is a ready-to-use structural unit, is installed in a fan housing 23 when used as a fan drive for a motor vehicle, which is indicated by dash-dotted lines in FIG. 1. The circuit board 16 of the stator 12 is firmly connected to the fan housing 23 and the soft iron ring 21 designed as an insert is placed in a prepared receptacle in the fan housing 23 . The fan housing 23 has an axial air inlet nozzle 24 and a tangential air outlet nozzle, not shown, so that there is an axial-radial fan, as z. B. is known from DE 27 18 428 A1.

Die im Querschnitt im wesentlichen rechteckigen Zähne 22 am Weicheisenring 21 verursachen beim Lauf des Rotors sog. Rastergeräusche. Diese können durch eine entsprechende Zahngeometrie, wie diese beispielsweise in Fig. 3 dargestellt ist, minimiert werden. Dabei ist die dem Rotor 10 zugekehrte Stirnseite 221 der Zähne 22 asymmetrisch abgeschrägt, so daß sich zwei zueinander geneigte unterschiedlich breite Zahnflanken ergeben. Unter Umständen kann eine symmetrische Abschrägung der Stirnseite 221 von Vorteil sein.The teeth 22, which are essentially rectangular in cross section, on the soft iron ring 21 cause so-called raster noises when the rotor is running. These can be minimized by a corresponding tooth geometry, as is shown, for example, in FIG. 3. The end face 221 of the teeth 22 facing the rotor 10 is chamfered asymmetrically, so that two tooth flanks of different width are inclined to one another. Under certain circumstances, a symmetrical beveling of the end face 221 can be advantageous.

Zum Betrieb des EC-Kleinstmotors wird die Ankerwicklung 15 über eine elektronische Kommutierungsschaltung an eine Gleichspannungsquelle gelegt. Elektrische Kommutierungsschaltung sind z. B. aus der DE 30 42 819 A1 oder DE 26 29 269 A1 bekannt, so daß hierauf nicht näher eingegangen zu werden braucht.To operate the EC micro motor, the armature winding 15 is connected to a DC voltage source via an electronic commutation circuit. Electrical commutation circuits are e.g. B. from DE 30 42 819 A1 or DE 26 29 269 A1, so that it need not be discussed in more detail here.

Claims

1.Electronically commutated DC miniature motor, in particular for driving fans in motor vehicles, with a permanent magnet excited rotor, which has an even number of axially magnetized rotor poles, and with a stator opposite the rotor under load of an axial air gap, which carries a multi-phase armature winding, whereby the rotor ( 10 ) is surrounded by a fixed soft iron part with a radial spacing, which on its inner circumference ( 221 ) facing the rotor ( 10 ) has equidistant projections made of the same material, the number of which corresponds to the number of rotor poles, characterized in that the soft iron part as Coaxial soft iron ring ( 21 ) is formed with teeth ( 22 ) projecting towards the rotor ( 10 ) which have an approximately rectangular cross section.

2. Motor according to claim 1, characterized in that the axial width of the soft iron ring ( 21 ) is smaller than the axial length of the permanent magnet rotor poles.

3. Motor according to claim 1 or 2, characterized in that the rotor ( 10 ) facing end faces ( 221 ) of the teeth ( 22 ) are symmetrically or asymmetrically beveled to reduce the grid noise.

4. Motor according to one of claims 1-3, characterized in that the number of teeth on the soft iron ring ( 21 ) is at least four, so that the teeth are offset by 90 ° on the inner circumference ( 221 ) of the soft iron ring ( 21 ).

5. Motor according to one of claims 1-4, characterized in that the rotor ( 10 ) on the stator ( 12 ) is rotatably held in a projecting manner and the stator ( 12 ) is fastened in a housing ( 23 ) which also comprises the soft iron ring ( 21 ) rotatably.

6. Motor according to any one of claims 1-5, characterized in that on the end of the rotor ( 10 ) remote from the stator, a fan wheel ( 19 ) is attached and that the structural unit consisting of stator ( 12 ), rotor ( 10 ) and fan wheel ( 19 ) is installed in a fan housing ( 23 ) with an axial air inlet socket ( 24 ) and tangential air outlet socket.