DE3911602A1 - Gleichstrommotor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gleichstrommotor mit einem Dauermagnetanker und mit einem genuteten Stator, in dessen Nuten eine Wicklung mit mindestens einem Wicklungsstrang ange­ ordnet ist.

Elektronisch kommutierte Gleichstrommotoren enthalten Statorpa­ kete mit in Nuten angeordneten Wicklungen in Form von Wick­ lungssträngen. Die Wicklungen sind entsprechend bekannten Wicklungsgesetzmäßigkeiten ausgelegt, die bisher hauptsächlich bei Wechsel- oder Drehstrommotoren angewendet wurden. Nach den Regeln für Wechsel- oder Drehstrommotoren aufgebaute Wick­ lungen sind z.B. in einer geraden Zahl von Nuten angeordnet.

Bei Elektromotoren mit Dauermagnetankern und einer geraden Anzahl von Nuten entsteht durch eine symmetrische Polteilung im Anker ein relativ großes Reluktanzmoment, insbesondere beim Einsatz von Magnetwerkstoffen mit hoher Energiedichte, wie z.B. SECO-Magneten. Um dieses Reluktanzmoment zu vermindern, können Ankermagnete verwendet werden, die in axialer Richtung des Ankers geteilt und um bestimmte Winkel gegeneinander ver­ setzt sind. Hierdurch wird in gewissem Umfang eine Schrägung des Ankers nachgebildet. Es ist auch möglich, die Nuten im Ständer schräg zur Drehachse des Motors anzuordnen.

Anker mit gegeneinander versetzten Dauermagneten oder schräge Nuten im Stator erhöhen den Fertigungsaufwand. Beispielsweise ist für das Einziehen von Wicklungen in schräge Statornuten ein erheblicher Werkzeugaufwand notwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gleichstrommotor der eingangs beschriebenen Gattung derart weiterzuentwickeln, daß ohne gegeneinander versetzte, geteilte Ankermagnete und ohne schräge Statornuten das Reluktanzmoment wesentlich reduziert werden kann.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Wick­ lung im Stator in einer ungeraden Zahl von Nuten angeordnet ist. Der Gleichstromelektromotor kann ein oder mehrere Polpaare haben. In die Statornuten kann eine ein- oder mehrsträngige Wicklung eingelegt sein. Das Reluktanzmoment wird durch die vorstehend beschriebene Vorrichtung auf sehr geringe Werte vermindert. Es ergibt sich daher ohne großen Aufwand ein günstigeres Drehmomentverhalten des Gleichstromelektromotors. Durch die ungerade Nutzahl im Stator entfällt die definierte Vorzugsstellung des Ankers im Stillstand.

Vorzugsweise ist eine dreisträngige Wicklung in einem Stator mit 7, 13, 19, 25, 31, 37, 49, 55, 61, 73, 91, 97 oder 121 Nuten angeordnet. Dreisträngige Wicklungen werden für Elektromotoren häufig eingesetzt. Die vorstehend angegebenen Nutzahlen eignen sich für beliebige Polpaarzahlen des Elektromotors.

Für ein Polpaar wird zweckmäßigerweise ein Stator mit 7, 13, 19, 25 oder 31 Nuten eingesetzt. Für zwei Polpaare sind 13, 25, 37, 49 oder 61 Nuten im Stator günstig. Bei einem Elektromotor mit drei Polpaaren sind 19, 37, 55, 73 oder 91 Nuten im Stator zweck­ mäßig. Wenn ein Elektromotor vier Polpaare enthält, dann eignet sich insbesondere ein Stator mit 25, 49, 73, 97 oder 121 Nuten.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines in einer Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben, aus dem sich weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines in einer Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben, aus dem sich weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben. Es zeigt

Fig. 1 ein Wicklungsschema einer in einer ungeraden Anzahl von Nuten angeordneten, dreisträngigen Wicklung und

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Teils eines eine ungerade Nutzahl aufweisenden Stators eines Elektromo­ tors.

Ein in Fig. 1 nicht bezeichneter Stator eines Gleichstrommotors enthält dreizehn Nuten (1), (2), (3), (4), (5), (6), (7), (8), (9), (10), (11), (12), (13), in die eine Zweischichtwicklung (14) eingelegt ist, die drei Stränge aufweist. Die Zweischichtwicklung (14) ist für einen zweipoligen nicht näher dargestellten Dauerma­ gnetanker ausgelegt und in Fig. 1 in abgewickelter Form, also so dargestellt, als ob der Maschinendurchmesser unendlich wäre. Die Polteilung ist in Fig. 1 mit τ p bezeichnet. Die Wicklungsstränge der Zweischichtwicklung (14) bestehen aus Drahtwicklungen, die der Einfachheit halber so dargestellt sind, als ob in einer Nut nur zwei Leiter vorhanden wären. Die Wicklungsstränge sind als Schleifenwicklung ausgebildet und im Stern geschaltet. Die An­ schlüsse (15), (16), (17) der drei Wicklungsstränge, z.B. deren Anfänge, sind an einen Wechselrichter (18) angeschlossen, der z.B. an die Pole (19), (20) einer Gleichspannungsquelle gelegt ist. Der Wechselrichter (18) hat drei parallele Zweige, in denen jeweils zwei Schaltelemente (21), (22); (23), (24); (25), (26) angeordnet sind. Die Schaltelemente (21) bis (26) werden sechs­ pulsig angesteuert. Die Ansteuerschaltung ist nicht näher darge­ stellt. Zur Erleichterung des Verständnisses der Schaltung sind die in der Wicklung fließenden Ströme für drei Schalterstellungen des Wechselrichters (18) durch Pfeile gekennzeichnet. Ein einziger Pfeil in den einzelnen Spulenseiten bezieht sich auf die Strom­ richtung in Schließstellung der Schaltelemente (21) und (26). Zwei in kurzem Abstand hintereinander angeordnete Pfeile in der Wicklung beziehen sich auf die Stromrichtung in Schließstellung der Schaltelemente (21) und (24). Drei in kurzem Abstand hinter­ einander angeordnete Pfeile in den einzelnen Spulenseiten be­ ziehen sich auf die Stromrichtung in Schließstellung der Schalt­ elemente (25) und (24), während alle anderen Schaltelemente offen sind.

Wird mit 2p die Polzahl, mit N die Nutenzahl, mit m die Strang­ zahl und mit q die Anzahl der Nuten je Pol und Strang bezeich­ net, dann hat die in Fig. 1 dargestellte Wicklung folgende Daten: 2p=2, N=13, m=3, y=6.

Der Wickelschritt erfüllt die Bedingung y <N/2p. Es handelt sich bei der Wicklung (14) demnach um eine gesehnte Wicklung.

Die Fig. 2 zeigt in perspektivischer Ansicht einen Teil eines Stators (27), in dem die Nuten (1) bis (13) angeordnet sind. Der Stator (27) besteht aus einem Blechpaket, wie dies bei elek­ trischen Maschinen üblich ist. Der Stator (27) ist mit einer dreisträngigen Wicklung versehen, deren Wickelköpfe (28) darge­ stellt sind. Während die Fig. 1 eine Wicklung (14) für eine zweipolige Maschine zeigt, ist die Wicklung gemäß Fig. 2 für eine vierpolige Maschine ausgelegt. Die Wickelköpfe (28) sind relativ kurz, wodurch sich geringe Stromwärmeverluste ergeben. Außer­ dem sind die magnetischen Streufelder gering. Mit der oben beschriebenen Vorrichtung lassen sich die Reluktanzmomente bei elektronisch kommutierten Gleichstrommotoren entscheidend ver­ mindern, ohne daß komplizierte Rotorstrukturen notwendig sind. Im Stator (27) können Nuten (1) bis (13) verwendet werden, die parallel zu der Drehachse verlaufen. Hierdurch ergibt sich ein geringerer Fertigungsaufwand. Insbesondere ist das Einlegen der Spulen der Wicklung wesentlich einfacher als bei schrägen Nuten.

Für dreisträngige Wicklungen sind folgende Nutzahlen günstig: N=7; 13; 19; 25; 31; 37; 49; 55; 61; 73; 91; 97 und 121. Einige dieser Nutzahlen eignen sich insbesondere für bestimmte Polpaarzahlen p.

Für die Polpaarzahl p=1 sind folgende Nutzahlen N zweckmäßig:
N=7; 13; 19; 25; 31.
Für p=2 sind folgende Nutzahlen vorteilhaft:
N=13; 25; 37; 49; 61.
Für p=3 sind die folgenden Nutzahlen günstig:
N=19; 37; 55; 73; 91.
Für p=4 sind folgende Nutzahlen zweckmäßig:
N=25; 49; 73; 97; 121.

Claims (7)

1. Gleichstrommotor mit einem Dauermagnetanker und mit einem genuteten Stator, in dessen Nuten eine Wicklung mit mindestens einem Wicklungsstrang angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung (14) im Stator in einer ungeraden Zahl von Nuten (1 bis 13) angeordnet ist.

2. Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine dreisträngige Wicklung in einem Stator mit sieben, dreizehn, neunzehn, fünfundzwanzig, einunddreißig, siebenund­ dreißig, neunundvierzig, fünfundfünzig, einundsechzig, dreiundsiebzig, siebenundneunzig oder einhunderteinund­ zwanzig Nuten angeordnet ist.

3. Gleichstrommotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für ein Polpaar im Stator sieben, dreizehn, neunzehn, fünfundzwanzig oder einunddreißig Nuten vorgesehen sind.

4. Gleichstrommotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für zwei Polpaare im Stator dreizehn, fünfundzwanzig, siebenunddreißig, neunundvierzig oder einundsechzig Nuten vorgesehen sind.

5. Gleichstrommotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für drei Polpaare neunzehn, siebenunddreißig, fünfund­ fünfzig, dreiundsiebzig oder einundneunzig Nuten vorge­ sehen sind.

6. Gleichstrommotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für vier Polpaare fünfundzwanzig, neunundvierzig, dreiundsiebzig, siebenundneunzig oder einhunderteinund­ zwanzig Nuten vorgesehen sind.

7. Gleichstrommotor nach einem oder mehreren der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung eine Zweischichtwicklung ist.