DE3941102A1 - Buerstenloser gleichstrommotor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen bürstenlosen Gleich­ strommotor mit eine, ersten Motorteil, bei dem sich längs des magnetischen Luftspaltes in Umfangsrichtung dauer­ magnetische Nord- und Südpole abwechselnd aneinander­ reihen, und mit einem zweiten Motorteil, welches zum magnetischen Luftspalt hin ausgeprägte, elektrisch erregbare weichmagnetische Polstege aufweist.

Derartige Motoren sind beispielsweise aus der DE-GmS 73 10 863 bekannt. Problematisch ist bei derartigen Motoren, daß sie ein sogenanntes Klebemoment aufweisen, das in der Literatur teilweise auch als Einrastmoment oder Ruckmoment bezeichnet wird. Ein solches Klebemoment führt zu unerwünschten mechanischen Schwingungen, Geräuschen und Drehzahlschwankungen. Es ist bekannt, daß die Grund­ frequenz des Klebemomentes vorgegeben ist durch das Produkt aus der mechanischen Drehfrequenz des Motors und dem kleinsten gemeinsamen Vielfachen der dauermagnetischen Polpaare des dauermagnetischen Motorenteiles und der Zahl der Polstege des elektrisch erregten Motorteiles.

Aus der US-PS 38 60 843 ist es bekannt, das Klebemoment einer bürstenlosen Gleichstrommaschine dadurch zu verringern, daß die Polschuhe der ausgeprägten weich­ magnetischen Pole des elektrisch erregten Motorenteiles gegenüber dem Luftspalt eine stärkere Wölbung haben als der Luftspalt selbst. Die JP-OS 60-1 52 240 zeigt abweichend davon Polschuhe mit einem Polbogen, der am Luftspalt etwa die Krümmung des Luftspaltes hat, zusätzlich aber in der Polbogenmitte einen Vorsprung trägt, der den Luftspalt in seinem Wirkungsbereich deutlich verringert.

Die bekannten Polschuhgeometrien sind im Hinblick auf das Klebemoment des Motors sehr empfindlich bezüglich der Fertigungstoleranzen. Sehr kleine Änderungen der Geometrie haben bereits eine große Änderung des Klebemomentes zur Folge. Die Geometrie der Polschuhbögen ist üblicherweise so gewählt, daß im allgemeinen nur eine Fourierkomponente des Klebemomentes stark reduziert wird. Unter diesem Gesichtspunkt wählt man die Geometrie so, daß die Grund­ welle nahezu verschwindet. Es läßt sich jedoch nicht vermeiden, daß die höheren Harmonischen, die meistens noch in einem relevanten Frequenzbereich liegen, eine noch nicht vernachlässigbare Amplitude aufweisen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen bürstenlosen Gleich­ strommotor zu schaffen, bei dem Geometrieschwankungen der Polbögen der weichmagnetischen, elektrisch erregten Pol­ stege unbedeutender sind im Hinblick auf das Klebemoment des Motors, wodurch Massenfertigungen kleiner bürstenloser Gleichstrommotoren problemloser werden.

Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die weichmagnetischen Polstege mit dem Eisen­ querschnitt, der sich durch die Erregerspulen hindurch erstreckt, bis in die Nähe des magnetischen Luftspaltes geführt sind und daß die Polköpfe der Polstege zum Luft­ spalt hin querschnittsverkleinernd abgerundet sind.

Mit dem Wegfall von Polschuhen und dem Verrunden der weichmagnetischen Pole selbst läßt sich zunächst das Klebemoment verringern. Die Geometrie des Polbogens am Luftspalt ist deutlich unkritischer.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorge­ sehen, daß bei einer im Spulenbereich vorgesehenen Pol­ eisenbreite d die Abrundung den Radius d/2 aufweist. Bei einer derartigen Totalverrundung mit dem Radius d/2 ist außer einer Verringerung des Klebemomentes auch fest­ zustellen, daß sowohl die Grundwelle als auch die erste Oberwelle des Klebemomentes sehr klein werden. Die Breite des weichmagnetischen Poles geht dabei kaum in diese Klebemomentbeeinflussung ein.

Die Flußverkettung des Erregerfeldes mit dem dauermagneti­ schen Statorfeld zeigt zwar einen niedrigeren Wert. Ein derart niedrigerer Wert ist aber bei Kleinmotoren, wie sie beispielsweise für Trockenrasierapparate zum Einsatz kommen, durchaus vertretbar gegenüber dem Vorteil der besseren Beherrschung des Klebemomentes.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorge­ sehen, daß die Abrundungen bei einer im Spulenbereich vor­ gesehenen Poleisenbreite im mittleren Eisenbereich an den Bogenradius des Luftspaltes angepaßt und in den Rand­ bereichen mit einem kleineren Bogenradius versehen sind. Eine derartige Gestaltung hat den Vorteil, daß einerseits die Flußverkettung des Erregerfeldes mit dem dauermagneti­ schen Statorfeld einen höheren Wert aufweist und daß man andererseits für eine bestimmte Polstegbreite b und einen vorgegebenen effektiven Luftspalt die Geometrie der Pol­ köpfe mit dem Parameter d so verändern kann, daß das Klebemoment des Motors klein wird. Diese Zahnform ist dann zu empfehlen, wenn die Stegbreite sehr viel größer als der geforderte effektive Luftspalt ist.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen bürstenlosen Gleich­ strommotor mit einem festen weichmagnetischen Motorteil und einem darum umlauffähig hartmagnetischen Motorteil,

Fig. 2 eine abgewandelte Form der Endfläche eines Zahnes oder Poles, die im Luftspalt liegt.

Der in Fig. 1 schematisch geschnitten dargestellte bürstenlose Gleichstrommotor hat einen ersten Motorteil 1 mit in Umfangsrichtung abwechselnd radial dauermagnetisch erregten Nord- und Südpolstücken 3. Die Polstücke 3 bilden an der Innenwand 5 des Motorteiles 1 Pole wechselnder Polarität, also Nord- oder Südpole aus. Längs des Umfanges aneinander gereihte dauermagnetische Polstücke 3 wechseln­ der Polarisierungsrichtung bilden je ein Polpaar 6. Bei dem Ausführungsbeispiel in Fig. 1 sind vier Polpaare 6 vorgesehen. Um die dauermagnetischen Polstücke erstreckt sich ein weichmagnetischer Kurzschlußring 7.

Das erste Motorteil 1 ist drehbar ausgebildet um ein zweites feststehendes Motorteil 9. Dieses zweite fest­ stehende Motorteil 9 weist radial verlaufende, ausgeprägte magnetische Polstege 11 auf. Diese Polstege haben eine Breite d und sind umschlossen von Erregerspulen 15. Die damit elektrisch erregbaren Polstege 11, die in der Literatur auch häufig als Polzähne bezeichnet werden, sind um eine Motorachse 17 herum mittels Eisenrückschlüssen 19 weichmagnetisch verbunden.

Die Polstege 11 weisen am Luftspalt 17 keine Polschuhe auf. Die Stege 11 sind vielmehr mit dem Eisenquerschnitt, der sich durch die Erregerspulen 15 hindurch erstreckt, bis in die Nähe des magnetischen Luftspaltes 17 geführt und dort zum Luftspalt hin querschnittsverkleinernd abgerundet. Bei der Darstellung nach Fig. 1 sind die Polköpfe 19 bei einer im Spulenbereich 21 vorgesehenen Poleisenbreite d mit dem Radius d/2 abgerundet. Die Grundwelle und die erste Oberwelle des Klebemomentes sind dadurch deutlich unterdrückt. Die Breite d geht nur unwesentlich in die Berechnung ein. Deshalb eignet sich ein derartiger bürstenloser Gleichstrommotor besonders für den Antrieb kleiner Haushaltsgeräte, wie beispielsweise Trockenrasiergeräte.

Fig. 2 zeigt eine abgewandelte Form eines Polkopfes 19′. Bei einer Poleisenbreite b (b d) ist dabei vorgesehen, daß die Abrundungen im mittleren Eisenbereich 23 an den Bogenradius r_S des Luftspaltes 17 angepaßt und in den Randbereichen 25 mit einem kleinen Bogenradius von beispielsweise d/2 versehen sind.

Claims (3)

1. Bürstenloser Gleichstrommotor mit einem ersten Motor­ teil (1), bei dem sich längs des magnetischen Luftspaltes (17) in Umfangsrichtung dauermagnetische Nord- und Südpole abwechselnd aneinander reihen, und mit einem zweiten Motorteil (9), welches zum magnetischen Luftspalt (17) hin ausgeprägte, elektrisch erregbare weichmagnetische Pol­ stege (11) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die weichmagnetischen Polstege (11) mit dem Eisenquerschnitt, der sich durch die Erregerspulen (15) hindurch erstreckt, bis in die Nähe des magnetischen Luftspaltes (17) geführt sind und daß die Polköpfe (19) der Polstege (11) zum Luft­ spalt hin querschnittsverkleinernd abgerundet sind.

2. Bürstenloser Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer im Spulenbereich (21) vorge­ sehenen Poleisenbreite (d) die Abrundung den Radius (d/2) aufweist.

3. Bürstenloser Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abrundungen bei einer im Spulen­ bereich (21) vorgesehenen Poleisenbreite (b; b d) im mittleren Eisenbereich (23) an den Bogenradius (r_S) des Luftspaltes (17) angepaßt und in den Randbereichen (25) mit einem kleineren Bogenradius versehen sind.