DE3941709A1

DE3941709A1 - Buerstenloser gleichstrommotor

Info

Publication number: DE3941709A1
Application number: DE3941709A
Authority: DE
Inventors: Bernd Dr Ackermann
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1989-12-18
Filing date: 1989-12-18
Publication date: 1991-06-20
Also published as: US5099165A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen bürstenlosen Gleich strommotor mit einem ersten Motorteil mit in Umfangsrich tung abwechselnden dauermagnetisch erregten Nord- und Süd polen, wobei jeweils ein Nord- und ein Südpol ein dauer magnetisches Polpaar bilden, und mit einem zweiten weich magnetischen Motorenteil, welches ausgeprägte, elektrisch erregbare Pole aufweist.

Derartige Motoren sind beispielsweise aus der DE-GmS 73 10 863 bekannt. Problematisch ist bei derartigen Motoren, daß sie ein sogenanntes Klebe- oder Ruckmoment aufweisen, das zu unerwünschten mechanischen Schwingungen, Geräuschen und Drehzahlschwankungen führt. Solche Ruck momente beruhen auf dem ständig wechselnden Rückstell moment zwischen den dauermagnetisch erregten und den ausgeprägten Polen. Es ist bekannt, daß die Grundfrequenz des Ruckmomentes gegeben ist durch das Produkt aus der mechanischen Drehfrequenz des Motors und dem kleinsten gemeinsamen Vielfachen der Zahl der dauermagnetischen Pole des einen und der Zahl der ausgeprägten Pole des anderen Motorteils. Zur Reduzierung des Ruckmomentes ist es wünschenswert, seine Grundfrequenz möglichst groß zu machen, weil die Amplitude des Ruckmomentes mit zunehmen der Grundfrequenz kleiner wird, und Schwankungen des Dreh momentes in ihren Auswirkungen durch das Trägheitsmoment umso besser kompensiert werden, je höher ihre Frequenz ist.

Aus der DE-PS 28 23 208 ist es zur Verkleinerung des Ruck momentes bekannt, in den Polschuhen der ausgeprägten Pole Einschnitte derart vorzusehen, daß jeder von ihnen eine magnetische Wirkung aufweist, die mit der einer jeden beabstandeten Pollücke vergleichbar ist. Dabei soll die Zahl der Einschnitte mindestens so groß wie die Zahl der Pollücken sein und sollen die Einschnitte unter einem Winkel zu den entsprechenden Pollücken in den Polschuhen vorgesehen sein, der ungleich einem ganzzahligen Viel fachen der Polteilung ist. Durch die Einschnitte wird jeder ausgeprägte Einzelpol in mehrere ausgeprägte Teil pole unterteilt und so die Zahl der bezüglich der Entstehung des Ruckmomentes wirksamen ausgeprägten Pole erhöht. Bezüglich der Verkettung des von den dauermagneti schen Polen erregten Magnetfeldes mit den Spulen, die zur elektrischen Erregung der ausgeprägten Pole dienen, sammelt jeder der ursprünglich vorhandenen ausgeprägten Einzelpole den Fluß mehrerer ausgeprägter Teilpole und insbesondere auch die entsprechenden Streuflüsse auf.

Bei Kleinmotoren tritt nun das Problem auf, daß das Ruck moment durch die geschilderten Maßnahmen nicht im not wendigen Umfang reduziert werden kann, weil aus konstruktiven Gründen die Zahl der ausgeprägten Pole nicht beliebig erhöht werden kann und die Anbringung von Einschnitten auf kleinen Polschuhen problematisch ist.

Es ist Aufgabe der Erfindung, das Klebe- oder Ruckmoment von bürstenlosen Gleichstrommotoren weiter zu verringern.

Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß

- die ausgeprägten Pole des zweiten Motorteiles am Luft spalt frei von Einschnitten sind,
- das Verhältnis der Zahl der dauermagnetischen Polpaare des ersten Motorteiles zur Zahl der ausgeprägten Pole des zweiten Motorteiles größer als 1 ist,
- gemessen in mechanischen Winkelgraden das Verhältnis der Breite der ausgeprägten Pole des zweiten Motorteiles zu der Breite der Pole der dauermagnetischen Polpaare des ersten Motorteiles am Luftspalt größer als 0,2, jedoch nicht größer als 1,2 ist.

Bei Kleinmotoren ist es aus konstruktiven Gründen günstig, die ausgeprägten Pole ohne Einschnitte auszuführen.

Wenn das Verhältnis der Zahl der dauermagnetischen Pol paare des ersten Motorteils zur Zahl der ausgeprägten Pole des zweiten Motorteils größer als 1 ist, dann kann damit auch bei einer aus konstruktiven Gründen erwünschten kleinen Zahl von ausgeprägten Polen des zweiten Motor teiles eine hohe Grundfrequenz des Ruckmomentes erreicht werden. Die hierzu notwendige große Zahl von dauermagneti schen Polpaaren des ersten Motorteiles kann durch einen entsprechend magnetischen Permanentmagneten ohne weiteres realisiert werden.

Wenn zusätzlich das Verhältnis der Breite der ausgeprägten Pole zur Breite der Pole der dauermagnetischen Polpaare größer als 0,2, jedoch nicht größer als 1,2 ist, dann ist die Verkettung des von den dauermagnetischen Polen erregten Magnetfeldes mit den ausgeprägten Polen optimal, und für das Ruckmoment stellt sich ein minimaler Wert ein.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorge sehen, daß das Verhältnis der Zahl der dauermagnetischen Polpaare zur Zahl der ausgeprägten Pole 4 : 3 ist, wobei das Verhältnis der Breite eines ausgeprägten Poles am Luft spalt zur Breite eines dauermagnetisch erregten Poles 0,26 ist. Damit erhält man mit einer minimalen Anzahl von Zähnen einen Motor mit kleinem Ruckmoment, der mit einer Dreiphasenwicklung versehen werden kann.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorge sehen, daß das Verhältnis der Zahl der dauermagnetischen Polpaare zur Zahl der ausgeprägten Pole 5 : 4 ist, wobei das Verhältnis der Breite eines ausgeprägten Poles am Luft spalt zur Breite eines dauermagnetisch erregten Poles 1 ist. Damit erhält man mit einer minimalen Anzahl von Zähnen einen Motor mit kleinem Ruckmoment, der mit einer Zweiphasenwicklung versehen werden kann.

Die Erfindung wird anhand zweier Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Schnittbild eines bürstenlosen Gleichstrom motors mit acht dauermagnetischen Polen im Außenläufer und drei ausgeprägten erregbaren Polen im Ständer,

Fig. 2 ein Schnittbild des Motors mit zehn dauermagneti schen Polen und vier ausgeprägten Polen.

Die Fig. 1 und 2 zeigen jeweils einen schematischen Schnitt durch einen bürstenlosen Gleichstrommotor. Der Motor hat einen ersten Motorteil 1 mit in Umfangsrichtung abwechselnden dauermagnetisch erregten Nord- und Südpol stücken 3, die in ein sie umschließendes Eisenjoch 4 eingepaßt sind. Die Südpol- und Nordpolstücke 3 bilden an der Innenwand 5 des Motorteiles 1 Nordpole N und Südpole S aus. Jeweils zwei längs des Umfanges aneinander gereihte dauermagnetische Polstücke 3 bilden ein Polpaar 5. Das erste Motorteil 1 ist beispielsweise drehbar um ein zweites feststehendes Motorteil 9 ausgebildet. Dieses zweite Motorteil 9 weist am Luftspalt 10 ausgeprägte magnetische Pole 11 auf. Die Pole 11 sind mittels Spulen 15 elektrisch magnetisierbar. Alle elektrisch erregbaren Pole 11 sind um die Motorachse 17 herum mittels Eisenrück schlüssen 19 magnetisch verbunden.

Fig. 1 zeigt eine Motorausführung mit acht dauermagnetisch erregten Polstücken 3 und drei ausgeprägten Polen 11. Das Verhältnis der Zahl der dauermagnetischen Polpaare 6 zur Zahl der ausgeprägten Pole 11 entspricht damit 4 : 3. Das Verhältnis der Breite eines ausgeprägten Poles 11 zur Breite eines dauermagnetisch erregten Poles 3 ist hier auf ca. 0,26 festgelegt.

Fig. 2 zeigt einen Motor mit zehn dauermagnetisch erregten Polstücken 3 und vier ausgeprägten Polen 11. Das Verhält nis der Zahl der dauermagnetischen Polpaare 6 zur Zahl der ausgeprägten Pole 11 entspricht damit 5 : 4. Das Verhältnis der Breite eines ausgeprägten Poles 11 zur Breite eines dauermagnetisch erregten Poles 3 ist dabei unter Zuhilfe nahme von Polschuhen 11a an den ausgeprägten Polen 11 auf 1 festgelegt.

Claims

1. Bürstenloser Gleichstrommotor mit einem ersten Motor teil (1) mit in Umfangsrichtung abwechselnden dauer magnetisch erregten Nord- und Südpolen (N; S), wobei jeweils ein Nord- und ein Südpol ein dauermagnetisches Polpaar (6) bilden, und mit einem zweiten weichmagneti schen Motorteil (9), welches ausgeprägte, elektrisch erregbare Pole (11) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß

- die ausgeprägten Pole (11) des zweiten Motorteiles (9) am Luftspalt frei von Einschnitten sind,
- das Verhältnis der Zahl der dauermagnetischen Polpaare (6) des ersten Motorteiles (1) zur Zahl der ausgeprägten Pole (11) des zweiten Motorteiles (9) größer als 1 ist,
- gemessen in mechanischen Winkelgraden das Verhältnis der Breite der ausgeprägten Pole (11) des zweiten Motor teiles (9) zu der Breite der Pole (3) des ersten Motor teiles (1) am Luftspalt (10) größer als 0,2, jedoch nicht größer als 1,2 ist.

2. Bürstenloser Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Zahl der dauer magnetischen Polpaare (6) zur Zahl der ausgeprägten Pole (11) 4 : 3 ist, wobei das Verhältnis der Breite eines ausgeprägten Poles (11) am Luftspalt (10) zur Breite eines dauermagnetisch erregten Poles (3) 0,26 ist.

3. Bürstenloser Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Zahl der dauer magnetischen Polpaare (6) zur Zahl der ausgeprägten Pole (11) 5 : 4 ist, wobei das Verhältnis der Breite eines ausgeprägten Poles (11) am Luftspalt (10) zur Breite eines dauermagnetisch erregten Poles (3) 1 ist.