DE4124425B4 - Collectorless DC motor with improved torque ripple - Google Patents

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K29/00—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
    • H02K29/03—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with a magnetic circuit specially adapted for avoiding torque ripples or self-starting problems

Abstract

Elektromotor mit einem mehrpoligen, hohlzylinderförmigen und permanentmagnetischen Rotor (12) und mit einem Pole (10, 15) aufweisenden Stator (14), wobei der Stator (14) stirnseitig mindestens ein ferromagnetisches Statorteil (64) aufweist, welches über die im Wesentlichen zylinderförmige Außenkontur des Stators (14) greift, und wobei der Rotor (12) koaxial um die Außenkontur des Stators (14) angeordnet ist unter Bildung eines Luftspaltes zwischen einer seiner Stirnseiten (58) und dem mindestens einem Statorteil (64), dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Statorteil (64) Statorpole (10, 15) aufweist, deren Berandung (65) mit mindestens einer Aussparung (66) oder Erweiterung (65) versehen ist, welche den Radius der Berandung in kontinuierlicher und stetiger Weise oder in mindestens annähernd unstetiger, eckenaufweisender Art verändert.electric motor with a multi-pole, hollow cylindrical and permanent magnetic Rotor (12) and with a pole (10, 15) having stator (14), wherein the stator (14) has at least one ferromagnetic stator part at the end (64) which over the essentially cylindrical outer contour of the stator (14) engages, and wherein the rotor (12) coaxially around the outer contour the stator (14) is arranged to form an air gap between one of its end faces (58) and the at least one Stator part (64), characterized in that the at least one Stator part (64) Statorpole (10, 15), the boundary (65) provided with at least one recess (66) or extension (65) is what the radius of the boundary in a continuous and steady way or at least approximately discontinuous, corner-bearing kind changed.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft einen kollektorlose Gleichstrommotoren insbesonders solche zum Antrieb von Hartplattenspeichern (Hard-Disk-Drives).The The invention relates to a brushless DC motors in particular those for driving hard disk drives (hard disk drives).

Existierende Motoren dieser Art werden bevorzugt als dauermagneterregte Dynamomaschinen mit zylindrischem Luftspalt und genutetem Blechpaket hergestellt. Sie besitzen gewöhnlich einen Außenläufer, können aber auch mit einem innenlaufenden Rotor versehen sein.existing Motors of this type are preferred as a permanent magnet dynamo with cylindrical air gap and grooved laminated core produced. she usually own an external rotor, but can also be provided with an internal rotor.

Auf den mehrpoligen Stator, der zusätzlich Hilfspole besitzen kann, werden eine oder mehrere Spulen gewickelt. Diese Spulen werden über Halbleiterschalter, gewöhnlich Transistoren, sequentiell bestromt und bewirken über die Interaktion mit den Polen des Permanentmagneten eine Bewegung des Rotors. Zur definierten Umschaltung der Spulen ist eine Positionserfassung des Rotors erforderlich, die zweckmäßigerweise berührungslos erfolgt. Zu diesem Zwecke stehen z.B. magnetogalvanische Sensoren, insbesondere in Form von Hallgeneratoren, zur Verfügung. Es kann aber auch eine Rotorpositionserfassung ohne zusätzliche Sensoren, nur mit vorhandenen Motor-Elementen, erfolgen. Insbesondere kann bei bewegtem Rotor die in den Spulen induzierte Spannung zur Bestimmung der aktuellen Rotorposition benutzt werden. Für diese Art der Motorkommutierung ist allerdings eine zugehörige Auswerteelektronik erforderlich.On the multi-pole stator, the additional auxiliary poles can own one or more coils are wound. These Coils are over Semiconductor switches, usually Transistors, energized sequentially and interact via the interaction with the Poland of the permanent magnet movement of the rotor. To the defined Switching of the coils, a position detection of the rotor is required which expediently contactless he follows. For this purpose, e.g. magnetogalvanic sensors, especially in the form of Hall generators available. It but can also be a rotor position detection without additional Sensors, only with existing engine elements, done. Especially can with the rotor moving the voltage induced in the coil to Determination of the current rotor position can be used. For this Type of motor commutation is, however, an associated evaluation required.

Eine Reduktion von periodischen Drehmomentschwankungen, die durch das Wechselspiel zwischen der Gestalt des ferromagnetischen Statormaterials und dem Verlauf der Rotor-Magnetfeldstärke über den Drehwinkel hervorgerufen werden, kann durch die Ausgestaltung des Stators gemäß der deutschen Patentschrift DE 37 23 099 A1 bewirkt werden.A reduction of periodic torque fluctuations, which are caused by the interplay between the shape of the ferromagnetic stator material and the course of the rotor magnetic field strength over the angle of rotation, by the configuration of the stator according to German Patent DE 37 23 099 A1 be effected.

Die dort beschriebene Vorgehensweise ermöglicht die Bereitstellung eines Gesamtdrehmomentes mit geringer Welligkeit. In der Startphase des Motors sind jedoch noch, je nach Winkelposition des Rotors, Abweichungen vom mittleren Anlaufdrehmoment zu verzeichnen.The described therein allows the provision of a Total torque with low ripple. In the starting phase of the engine are still, depending on the angular position of the rotor, deviations from the medium starting torque.

Eine weitere Methode zur Reduktion von Drehmomentschwankungen der eingangs genannten Motoren wird in EP 0 291 219 A2 beschrieben.Another method for reducing torque fluctuations of the aforementioned engines is in EP 0 291 219 A2 described.

Gemäß der dort genannten Vorgehensweise wird für einen Mehrphasenmotor eine Statorpolzahl von 3(2n + 1) und eine Rotorpolzahl von 3(2n + 1) + –1 vorgesehen, d. h. die Zahl der Statorpole wird angenähert gleich groß gehalten wie die Zahl der Rotorpole. Dies führt ebenfalls zu einer Reduzierung der Drehmomentschwankungen im Anlauf bzw. Leerlauf und wird durch die obere einhüllende Kurve der 7 gezeigt.According to the procedure mentioned there, a stator pole number of 3 (2n + 1) and a rotor pole number of 3 (2n + 1) + -1 are provided for a polyphase motor, ie the number of stator poles is kept approximately the same as the number of rotor poles. This also leads to a reduction in the torque fluctuations during start-up or idling and is characterized by the upper enveloping curve of 7 shown.

Allerdings benötigt diese Methode gewöhnlich mindestens neun bewickelte Spulen pro Motor, während das erstgenannte Verfahren nur z.B. sechs Spulen benötigt und daher in diesem Punkt deutlich kostengünstiger ist. Darüberhinaus entstehen beim letztgenannten Verfahren gewöhnlich periodisch auftretende Radialkräfte, die unterschiedliche Richtung besitzen und störende Motor- oder Maschinengeräusche verursachen können.Indeed need this method usually at least nine wound coils per engine, while the former method only e.g. six coils needed and therefore much cheaper in this respect. Furthermore arise in the latter method usually periodically occurring Radial forces, have the different direction and cause annoying engine or machine noise can.

Beim letztgenannten Verfahren ist darüber hinaus in der bevorzugten Ausführungsform der Wickelsinn der Spulen nicht einheitlich, was zusätzlichen Aufwand für die Herstellung der Motoren bedeutet.At the the latter method is beyond in the preferred embodiment the winding sense of the coils is not uniform, which additional Effort for the production of the motors means.

Eine weitere Anordnung zur Verringerung der elektromagnetisch bedingten Drehmomentwelligkeit ist aus der DE 34 32 372 A1 bekannt, welche eine Statoranordnung mit sechs Hauptpolen und sechs Hilfspolen vorsieht sowie einen Rotor mit acht Magnetpolen. Diesem Momentverhalten wird auch ersichtlich aus der dort gezeigten Form der (verketteten) induzierten Spannung zweier Phasen. Diese Anordnung erzeugt jedoch eine störende Welligkeit des permanentmagnetisch erzeugten Drehmoments.Another arrangement for reducing the electromagnetic torque ripple is from the DE 34 32 372 A1 known, which provides a stator assembly with six main poles and six auxiliary poles and a rotor with eight magnetic poles. This moment behavior is also evident from the form of the (linked) induced voltage of two phases shown there. However, this arrangement produces a disturbing ripple of the permanent magnetically generated torque.

Zur Verminderung von Drehmomentschwankungen ist aus der JP 63-302752 A ein bürstenloser Motor mit Rotor und Stator bekannt, bei dem ein ferromagnetisches Teil angebracht ist, das mit dem stirnseitigen Feld des Permanentmagneten des Rotors zusammenwirkt. Das ferromagnetische Teil hat dazu in regelmäßigen Abständen Nocken angeformt.to Reduction of torque fluctuations is known from JP 63-302752 A a brushless motor known with rotor and stator, in which a ferromagnetic part is attached, with the frontal field of the permanent magnet of the rotor cooperates. The ferromagnetic part has to in regular intervals cam formed.

Ein weiterer Ansatz zur Verringerung von permanentmagnetisch oder reluktanzbedingten Schwankungen des Motordrehmoments als Funktion des Drehwinkels des Rotors ist der EP 0 182 702 B1 zu entnehmen. Diese beschreibt einen kollektorlosen Gleichstrommotor mit einem permanentmagnetischen Rotor, dessen Stator Hauptpole und Hilfspole aufweist, welche in der Kontur so ausgeformt sind, dass permanentmagnetisch oder reluktanzbedingte Schwankungen des Motordrehmoments als Funktion des Drehwinkels des Rotors minimiert werden. Dabei erstreckt sich jeder Hauptpol des Stators winkelmäßig soweit wie ein Rotorpol. Neben dieser Offenbarung einer Modifikation des Stators und der Er höhung von Statorpolen an ihren Außenflächen, wie sie durch die vorstehend bereits erwähnte DE 37 23 099 A1 offenbart werden, beschreibt die US 4,804,873 einen kollektorlosen Gleichstrommotor, bei dem der Stator im Wesentlichen ebene Endflächen in Form von Zylindergrundflächen besitzt, wobei die untere Endfläche eine größere Endfläche besitzt als die Querschnittsfläche des Stators in dessen mittleren Bereich und wobei die Endfläche von der Stirnseite des Rotormagneten magnetisch beeinflusst wird. Die Merkmale dieser Offenbarung bilden den Oberbegriff, von dem der Patentanspruch 1 ausgeht.Another approach to reduce permanent magnet or reluctance induced variations in motor torque as a function of the rotational angle of the rotor is the EP 0 182 702 B1 refer to. This describes a brushless DC motor with a permanent magnet rotor, whose stator has main poles and auxiliary poles, which are contoured in such a way that permanent magnetic or reluctance-related fluctuations of the motor torque are minimized as a function of the rotational angle of the rotor. In this case, each main pole of the stator extends angularly as far as a rotor pole. In addition to this disclosure of a modification of the stator and the He increase of stator poles on their outer surfaces, as indicated by the above-mentioned DE 37 23 099 A1 be disclosed describes the US 4,804,873 a brushless DC motor in which the stator has substantially flat end surfaces in the form of cylinder base surfaces, the lower end surface having a larger end surface than the transverse sectional area of the stator in its central region and wherein the end surface is magnetically influenced by the end face of the rotor magnet. The features of this disclosure form the preamble from which the claim 1 proceeds.

Der Erfindung liegt also die Aufgabe zu Grunde, bei Elektromotoren, insbesondere Motoren der eingangs genannten Art ein möglichst gleichmäßiges, d. h. winkelstellungsunabhängiges Gesamt-Drehmoment zu erzeugen, und zwar sowohl im Anlauf wie auch bei Nenndrehzahl. Dies bedeutet, dass auch das elektromagnetisch erzeugte Drehmoment eine geringe Welligkeit, also wenig Schwankungen um einen Mittelwert in diesen beiden Betriebszuständen aufweisen soll.Of the The invention is therefore based on the object, in electric motors, in particular engines of the type mentioned a possible uniform, d. H. angular position independent To produce total torque, both at startup and as well at rated speed. This means that even the electromagnetic generated torque low ripple, so little variation to have an average value in these two operating states should.

Des Weiteren sollen die Motoren möglichst kostengünstig herstellbar sein und außerdem möglichst geräuscharm sein.Of Furthermore, the engines are to be produced as inexpensively as possible be and besides preferably noise be.

Schließlich sollen bei der Bestromung des Stators nur Kräftepaare (Drehmomente) ohne überschüssige Radialkräfte generiert werden.Finally, should During energization of the stator only pairs of forces (torques) generated without excess radial forces become.

Diese Aufgabe wird mit den Mitteln des Anspruchs 1 gelöst.These Task is solved by the means of claim 1.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß eine wirksame Reduzierung der elektromagnetisch hervorgerufenen Drehmomentwelligkeit durch geeignete modifizierte Ausgestaltung des Stators möglich ist. Dazu werden zum einen Stator-Hilfspole vorgesehen. Zum anderen ist das Verhältnis von Statorpolzahl zu Rotorpolzahl so zu wählen, daß sich eine sog. ungesehnte Wicklung des Motors ergibt.The Invention is based on the recognition that an effective reduction the electromagnetically induced torque ripple by suitable modified embodiment of the stator is possible. These are for provided a stator auxiliary poles. Second, the ratio of Statorpolzahl to Rotorpolzahl to choose so that a so-called Winding the motor results.

Allerdings wird mit dieser genannten Maßnahme der Stator-Ausgestaltung die unerwünschte Drehmomentwelligkeit, die durch permanentmagnetische Einflüsse hervorgerufen wird, noch nicht reduziert.Indeed will measure with this the stator configuration the unwanted torque ripple, which is caused by permanent magnetic influences, nor not reduced.

Um diese permanentmagnetisch bedingten Anteile der Drehmomentwelligkeit ebenfalls zu beseitigen, wird erfindungsgemäß zusätzlich eine besondere Ausgestaltung der Peripherie des Stators und damit des Luftspaltes vorgesehen, insbesondere eine solche mit nockenförmigen Überhöhungen der Statorpole.Around these permanent magnetic components of the torque ripple also to be eliminated, according to the invention additionally a special embodiment the periphery of the stator and thus the air gap provided in particular, one with cam-shaped elevations of the stator poles.

Weiterbildungen der Erfindung bzw. vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Zeichnungen sowie den Unteransprüchen.further developments The invention or advantageous embodiments will become apparent the drawings and the dependent claims.

In den Zeichnungen zeigtIn the drawings shows

1 die geometrische Ausgestaltung der Statorbleche für einen Stator mit 6 Haupt- und 6 Hilfspolen sowie den zugehörigen Permanentmagnetrotor 1 the geometric design of the stator laminations for a stator with 6 main and 6 auxiliary poles and the associated permanent magnet rotor

2 Einzelheiten zum Konturenverlauf der Statorperipherie 2 Details of the contours of the stator periphery

3 das elektrische Ansteuerschema für einen Motor mit 8 Permanentmagnetpolen und einem Stator nach 1 3 the electrical driving scheme for a motor with 8 permanent magnet poles and a stator after 1

4 die Statorkontur mit geschrägter Statorüberhöhung ("Nocken") 4 the stator contour with beveled stator cant ("cams")

5 die Grenzlinien der Magnetisierung des Rotors bei regulärer und geschrägter Magnetisierung 5 the marginal lines of the magnetization of the rotor with regular and beveled magnetization

6 eine Stator-Modifizierung in Form eines Stator-Erweiterungsblechs 6 a stator modification in the form of a stator expansion plate

7 den elektromagnetisch bedingten Drehmomentverlauf vs. Rotor-Winkelstellung nach dem Stand der Technik 7 the electromagnetic torque curve vs. Rotor angular position according to the prior art

8 den elektromagnetisch bedingten Drehmomentverlauf vs. Rotor-Winkelstellung gemäß der Erfindung 8th the electromagnetic torque curve vs. Rotor angular position according to the invention

9 das Verbindungsschema für solche Wicklungen, welche aus Spulen der Stator-Hauptpole und Spulen der Stator-Hilfspole zusammengesetzt sind. 9 the connection diagram for such windings, which are composed of coils of the stator main poles and coils of the stator auxiliary poles.

Im vorhergehenden wie auch im folgenden wird eine Terminologie bezüglich der Drehmomentanteile eines Elektromotors verwendet, wie sie in der DE 39 41 553 A1 erläutert wird. Diese Drehmomentanteile werden insbesondere als elektromagnetische, permanentmagnetische, reluktante und mechanische Komponenten unterschieden.In the foregoing and in the following, a terminology with respect to the torque components of an electric motor is used, as described in the DE 39 41 553 A1 is explained. These torque components are distinguished in particular as electromagnetic, permanent magnetic, reluctant and mechanical components.

Das Zusammenwirken von Statorpolen und Magnetpolen eines erfindungsgemäßen Motors wird in 1 erläutert.The interaction of stator poles and magnetic poles of a motor according to the invention is in 1 explained.

Um den feststehenden Stator 14 von zylindrischer Grundform ist dar mehrpolige Permanentmagnet mit Nordpolen 12 und Südpolen 13 sowie dem zugehörigen, außenliegenden Eisenrückschluß 11 angeordnet.Around the fixed stator 14 of cylindrical basic shape is multipolar permanent magnet with north poles 12 and southern Poland 13 and the associated, external iron yoke 11 arranged.

Zwischen Stator und Permanentmagneten befindet sich der Luftspalt 20. Der Stator selbst besitzt Hauptpole 10, Nebenpole 15 und Nuten 19. Die Hauptpole 10 weisen ferner Erhebungen 17 und Konturkorrekturen 16 auf. Die Hilfspole 15 können ebenfalls solche von der Kreisform abweichenden Konturmodifikationen aufweisen. Die Konturform eines bevorzugten Ausführungsbeispiels wird in 2 in vergrößerter Darstellung gezeigt.Between the stator and permanent magnets is the air gap 20 , The stator itself has main poles 10 , Side poles 15 and grooves 19 , The main poles 10 also have surveys 17 and contour corrections 16 on. The auxiliary poles 15 may also have such deviating from the circular shape contour modifications. The contour shape of a be preferred embodiment is in 2 shown in an enlarged view.

Zumindest die Hauptpole werden mit einer oder mehreren Spulen, auch in bifilarer Wicklungsweise versehen. Die Hilfspole können ebenfalls mit Spulen versehen werden.At least The main poles are made with one or more coils, also in bifilar Wicklungsweise provided. The auxiliary poles can also be provided with coils become.

Ein Stator-Hauptpol 10 erstreckt sich im wesentlichen über einen gleich großen Winkel wie ein Magnetpol 12, 13, sodaß eine sogenannte ungesehnte Wicklung vorliegt.A stator main pole 10 extends substantially over an equal angle as a magnetic pole 12 . 13 so that there is a so-called unrestrained winding.

Dies führt zu einem fast linearen Anstieg bzw. Abfall der induzierten Spannung vs. Winkelposition des Rotors.
(8, Bezugszeichen 83).This leads to an almost linear increase or decrease of the induced voltage vs. Angular position of the rotor.
( 8th , Reference number 83 ).

Diese Spannung ist bereits die verkettete Spannung von zwei Phasen des Stators, von denen insgesamt drei vorhanden sind und welche in Sternschaltung zusammengeschaltet sind.These Voltage is already the chained voltage of two phases of the Stators, of which a total of three are present and which in star connection are interconnected.

Andererseits bewirkt die Anwesenheit der Hilfspole 15 den im wesentlichen trapezförmigen Verlauf 84 dieser Kurve der induzierten Spannung, die gleichzeitig ein Maß für das generierte Drehmoment vs. Winkel darstellt.On the other hand, the presence of the auxiliary poles causes 15 the substantially trapezoidal course 84 This curve of the induced voltage, which is also a measure of the generated torque. Represents angle.

Wie aus 8 ersichtlich, besitzt das elektromagnetisch generierbare Drehmoment von Kommutierungswinkel 85 zu Kommutierungswinkel 86 nur geringe Welligkeit, der Mittelwert beträgt etwa 98% vom Maximalmoment, während der Minimalwert ebenfalls bereits etwa 93% vom Maximalmoment beträgt.How out 8th can be seen, has the electromagnetically generated torque of commutation 85 to commutation angle 86 only slight ripple, the mean value is about 98% of the maximum torque, while the minimum value is also already about 93% of the maximum torque.

Das beschriebene, elektromagnetisch generierbare Drehmoment des Motors wird nur bei Bestromung der Spulen erzeugt.The described, electromagnetically generated torque of the motor is only generated when the coils are energized.

Das wechselnde Moment des Nutruckens, welches permanentmagnetischen Ursprungs ist, wirkt hingegen praktisch ständig.The changing moment of grooving, which permanent magnetic Origin, on the other hand, is practically constant.

Bei der geringen Welligkeit des elektromagnetisch erzeugten Drehmoments erwies sich sich das zusätzliche Nutrucken, wie es in diesem Falle von einer üblichen Statorpolform generiert wurde, als unerwünschter Störfaktor.at the low ripple of the electromagnetically generated torque proved the extra Grooving, as it generates in this case from a conventional Statorpolform was considered undesirable Disturbing factor.

Das angestrebte Ziel, den Motor aus allen Winkelpositionen mit möglichst gleichem Bewegungsablauf starten zu können, konnte in der gewünschten Weise noch nicht erreicht werden.The aspired goal, the engine from all angular positions with possible the same sequence of movements could start in the desired Way yet to be achieved.

Die Lösung dieses Problems wurde darin gefunden, das eine (vom Prinzip her bekannte) Konturveränderung 16, 17 des Stators die verbleibenden, permanentmagnetisch bedingten Drehmomentschwankungen minimierte, ahne den Motorwirkungsgrad des Motors in schädlicher Weise zu beeinflussen. (2)The solution to this problem was found in the one (known in principle) contour change 16 . 17 the stator minimized the remaining, permanent magnetic torque fluctuations, without affecting the engine efficiency of the engine in a harmful manner. ( 2 )

Durch dieses Zusammenspiel von Stator-Grundform 14 und Stator-Konturgebung gemäß 1, unter Nutzung einer nahezu rechteckförmigen Magnetisierung des Permanentmagneten des Rotors, (d. h. möglichst schnellem Wechsel des Induktionsvorzeichens an den Polgrenzen des Rotors) wird also ein besseres elektromagnetisch generiertes Drehmoment zur Verfügung gestellt als dies bei ähnlichen Motoren vorher möglich war.Through this interaction of stator basic form 14 and stator contouring according to 1 , Using a nearly rectangular magnetization of the permanent magnet of the rotor, (ie the fastest possible change of the induction sign at the pole boundaries of the rotor) so a better electromagnetically generated torque is available than was previously possible with similar engines.

Motor samt Last, z.B. eine zugehörige, fest verbundene oder wechselbare Magnetspeicherplatte, werden aus jeder Anfahrstellung heraus annähernd gleich gut beschleunigt. Trotz niedriger Motorströme, insbesondere Anlaufströme, wird die Gefahr eines Anlaufversagens deutlich verringert.engine with load, e.g. an associated, permanently attached or exchangeable magnetic storage disk will turn off approaching each approach position accelerated equally well. Despite low motor currents, in particular Starting currents, the risk of a start-up failure is significantly reduced.

Eine erfindungsmäßige Weiterbildung der Kontur-Formgebung des Stators verbessert die erfindungsmäßige Kombination von Stator-Grundform 14 und Stator-Korrekturform 16, 17 zusätzlich.An inventive refinement of the contour shaping of the stator improves the fiction combination of stator basic shape 14 and stator correction form 16 . 17 additionally.

Hierzu erfahren ein oder mehrere Statorpole 63 durch ein oder mehrere spezielle Statorbleche gemäß 6 an vorzugsweiser einer, ggf. auch an beiden Seitenflächen (Grundflächen) des Statorblechpaketes eine ausgreifende, hervortretende Ausgestaltung 64, 65.For this purpose, learn one or more stator poles 63 by one or more special stator laminations according to 6 preferably one, possibly also on both side surfaces (base surfaces) of the laminated stator core, a spreading, protruding configuration 64 . 65 ,

Diese Ausgestaltung ist insbesondere von solcher Form, daß sie auf den zu bewegenden, insbesondere hohlzylinderförmigen Rotormagneten an dessen unterer axiale weisender Stirnseite 58 einwirkt (5, 6). Auf diese Weise kann die Zylindermantel-Fläche des Statorblechpaketes zu großen Teilen maximalen Durchmesser erhalten, was zu minimalen Luftspalt-Dimensionen und damit zu einem besseren Drehmoment bzw. besserer Leistung des Motors führt.This embodiment is in particular of such a shape that it is to be moved, in particular hollow-cylindrical rotor magnet at the lower axial facing end side 58 acts ( 5 . 6 ). In this way, the cylinder jacket surface of the laminated stator core can be largely obtained maximum diameter, which leads to minimal air gap dimensions and thus to a better torque or better performance of the engine.

Zum anderen verbessert sich der Motorwirkungsgrad auch dadurch, daß die Interaktionsfläche zwischen Permanentmagnet 50 und Stator insgesamt durch die herauskragende zusätzliche Statoroberfläche 64 vergößert wird, als dies bei vorherigen Motoren üblich war.On the other hand, the motor efficiency also improves by the fact that the interaction surface between the permanent magnet 50 and stator in total through the protruding additional stator surface 64 is larger than was usual with previous engines.

Die Auskragung kann nun mit beliebigen Oberflächenkonturen 65, 66 versehen werden, wie sie zur Reduzierung des Nutruckens erforderlich sind. Insbesondere kann pro Blechschicht der Auskragung eine andere Schnittlinie vorgesehen werden, um den gewünschten Verlauf des permanentmagnetisch bedingten Drehmomentanteils zu erhalten.The cantilever can now with any surface contours 65 . 66 be provided as they are required to reduce the grooving. In particular, a different cutting line can be provided per sheet metal layer of the projection, in order to obtain the desired profile of the permanently magnetic torque component.

Eine weitere Verbesserung des Motorwirkungsgrades gelingt erfindungsmäßig durch die zusätzliche Bewicklung und Beschaltung der Hilfspole 15. Die Beschaltung der Hilfspolwicklungen ergibt sich aus dem Schaltschema gemäß 9, wobei die Hilfspolwicklungen 94, 95 in Serie mit den Wicklungen 92, 93 der Hauptpole gelegt werden. Bei einem Stator mit 6 Haupt- und 6 Hilfspolen stehen die gemeinsam bestromten Hauptpole senkrecht zu den zugeschalteten Hilfspolen.A further improvement of the engine efficiency succeeds erfindungsmäßig by the additional winding and wiring of the auxiliary poles 15 , The wiring of the auxiliary pole windings results from the circuit diagram according to 9 , where the auxiliary pole windings 94 . 95 in series with the windings 92 . 93 the main poles are laid. In a stator with 6 main and 6 auxiliary poles, the common-energized main poles are perpendicular to the switched auxiliary poles.

Diese Maßnahme kann natürlich mit allen vorgenannten erfindungsmäßigen Maßnahmen kombiniert werden, um optimale Eigenschaften des Motors zu erzielen, insbesondere um möglichst geringe Welligkeit des elektromagnetischen Drehmoments als auch des permanentmagnetischen Drehmoments bereitzustellen.These measure can of course be combined with all the abovementioned measures according to the invention, to achieve optimal characteristics of the engine, in particular to preferably low ripple of the electromagnetic torque as well to provide the permanent magnetic torque.

In einer weitergehenden Verbesserung können alle genannten Vorgehensweisen kombiniert werden mit weiteren, an sich bekannten Maßnahmen zur Egalisierung des Motordrehmomentes. Dies kann insbesondere dadurch erreicht werden, daß die Bestromung des Motors drehwinkelabhängig und leistungsabhängig vorgenommen wird.In A further improvement can be found in all the above-mentioned procedures be combined with other, known measures for Equalization of the engine torque. This can be done in particular be achieved that the Current supply of the motor depending on the angle of rotation and power becomes.

Hierbei wird die Korrekturgröße für den Strom z.B. durch eine Funktion oder durch eine in einem Speicher hinterlegten Tabelle beschrieben.in this connection becomes the correction quantity for the current e.g. by a function or by a stored in a memory Table described.

Diese Verfahren setzen zwar in der Regel zusätzliche elektronische Komponenten voraus, die aber möglicherweise bereits aus anderen Gründen vorhanden sind und dann keinen oder nur geringen Zusatzaufwand beim Einsatz der vorgenannten Betriebsweise hervorrufen.These Although methods usually set additional electronic components ahead, but possibly already exist for other reasons are and then no or little additional effort when using cause the above operation.

Ein Verfahren dieser Art ist, z.B. in der DE 3941553 A1 genannt.A method of this kind is, for example in the DE 3941553 A1 called.

Darüberhinaus sind weitere Abänderungen der Erfindung möglich, wie sie dem Fachmann geläufig sind. So kann der Motor auch als Innenläufer oder Linearmotor ausgestaltet werden. Desgleichen kann die Anzahl von Stator- und Rotorpolen erhöht werden. Weiterhin ist die Erfindung nicht auf Motoren mit permanentmagnetischen Läufern beschränkt, sondern kann auch auf weichmagnetische Läufer angewendet werden.Furthermore are other modifications of the Invention possible, as they are familiar to the expert are. So the engine can also be designed as an internal rotor or linear motor become. Likewise, the number of stator and rotor poles can be increased. Furthermore, the invention is not limited to motors with permanent magnetic runners limited, but can also be applied to soft magnetic rotor.

Desgleichen kann ein erfindungsgemäßer Motor natürlich auch als Generator betrieben werden, in einem entfernter liegenden Anwendungsbereich auch als Drehmelder zur Bestimmung von Winkellagen des Rotors, oder aber auch als Schrittmotor mit vergleichsweise kleiner Leistung.Similarly may be an engine according to the invention Naturally also be operated as a generator, in a more distant Scope of application also as resolver for the determination of angular positions of the rotor, or as a stepping motor with comparatively small power.

Claims (14)

Elektromotor mit einem mehrpoligen, hohlzylinderförmigen und permanentmagnetischen Rotor (12) und mit einem Pole (10, 15) aufweisenden Stator (14), wobei der Stator (14) stirnseitig mindestens ein ferromagnetisches Statorteil (64) aufweist, welches über die im Wesentlichen zylinderförmige Außenkontur des Stators (14) greift, und wobei der Rotor (12) koaxial um die Außenkontur des Stators (14) angeordnet ist unter Bildung eines Luftspaltes zwischen einer seiner Stirnseiten (58) und dem mindestens einem Statorteil (64), dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Statorteil (64) Statorpole (10, 15) aufweist, deren Berandung (65) mit mindestens einer Aussparung (66) oder Erweiterung (65) versehen ist, welche den Radius der Berandung in kontinuierlicher und stetiger Weise oder in mindestens annähernd unstetiger, eckenaufweisender Art verändert.Electric motor with a multi-pole, hollow cylindrical and permanent magnetic rotor ( 12 ) and with a pole ( 10 . 15 ) having stator ( 14 ), wherein the stator ( 14 ) at least one ferromagnetic stator part ( 64 ), which over the substantially cylindrical outer contour of the stator ( 14 ), and wherein the rotor ( 12 ) coaxially around the outer contour of the stator ( 14 ) is arranged to form an air gap between one of its end faces ( 58 ) and the at least one stator part ( 64 ), characterized in that the at least one stator part ( 64 ) Stator poles ( 10 . 15 ) whose boundary ( 65 ) with at least one recess ( 66 ) or extension ( 65 ), which changes the radius of the boundary in a continuous and continuous manner or in at least approximately discontinuous, corner-pointing manner. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Statorteil (64) ein Statorblech ist.Electric motor according to claim 1, characterized in that the stator part ( 64 ) is a stator plate. Elektromotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der vorhandenen Wicklungen des Stators (14) weniger als 4 und die Anzahl der vorhandenen Spulen weniger als 7 beträgt.Electric motor according to claim 1 or 2, characterized in that the number of existing windings of the stator ( 14 ) is less than 4 and the number of coils present is less than 7. Elektromotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungen des Stators (14) überlappungsfrei und konzentriert sind.Electric motor according to claim 1 or 2, characterized in that the windings of the stator ( 14 ) are non-overlapping and concentrated. Elektromotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vorhandenen Spulen des Stators (14) einheitlichen Wickelsinn aufweisen.Electric motor according to one or more of the preceding claims, characterized in that the existing coils of the stator ( 14 ) have uniform winding sense. Elektromotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftspalt zwischen Rotor (12) und Stator (14) aus einem oder mehreren Bereichen von im Wesentlichen zylindrischer Gestalt besteht, welche(r) Bereich(e) sich in radialer oder axialer Richtung erstreckt/erstrecken.Electric motor according to one or more of the preceding claims, characterized in that the air gap between rotor ( 12 ) and stator ( 14 ) consists of one or more regions of substantially cylindrical shape, which region (s) extend in the radial or axial direction. Elektromotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nockenförmige Statorüberhöhungen (47) vorhanden sind, die bezüglich der Rotorachse geschrägt sind oder in Bezug zur Rotorachse parallel verlaufen.Electric motor according to one or more of the preceding claims, characterized in that cam-shaped Statorüberhöhungen ( 47 ) are present, which are beveled with respect to the rotor axis or parallel with respect to the rotor axis. Elektromotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pollücken (56, 57) des Rotors (12) geschrägt sind oder in Bezug zur Rotorachse parallel verlaufen.Electric motor according to one or more of the preceding claims, characterized in that the pole gaps ( 56 . 57 ) of the rotor ( 12 ) are slanted or parallel in relation to the rotor axis. Elektromotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Minimalwert zu Maximalwert des winkelabhängigen, elektromagnetisch oder reluktanzmäßig erzeugten Drehmoments bei konstanter Motorbestromung einen größeren Wert als 0,85 aufweist.Electric motor according to one or more of the preceding Claims, characterized in that the ratio of minimum value to maximum value the angle-dependent, Electromagnetically or reluctantly generated torque at a constant Motor energizing a greater value than 0.85. Elektromotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbereiche des Stators (14) in Form einer durchbrochenen Zylindergrundfläche aus einer oder mehreren ferromagnetischen Blechschichten gebildet werden.Electric motor according to one or more of the preceding claims, characterized in that the surface areas of the stator ( 14 ) are formed in the form of a perforated cylinder base of one or more ferromagnetic sheet metal layers. Elektromotor nach einem der mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfspole des Stators (14) durch eine oder mehrere, den Hilfspol umgreifenden Wicklungen (94, 95) magnetisierbar sind.Electric motor according to one of the preceding claims, characterized in that the auxiliary poles of the stator ( 14 ) by one or more, the auxiliary pole enclosing windings ( 94 . 95 ) are magnetizable. Elektromotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Spule des Stators (14) mit zweiadriger Bifilarwicklung gewickelt ist.Electric motor according to one or more of the preceding claims, characterized in that at least one coil of the stator ( 14 ) is wound with two-wire bifilar winding. Elektromotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die induzierte Spannung (80, 83) von zwei miteinander verketteten Phasen über den Drehwinkel nahezu trapezförmig ist.Electric motor according to one or more of the preceding claims, characterized in that the induced voltage ( 80 . 83 ) is nearly trapezoidal over the angle of rotation of two phases linked together. Dauermagneterregte Dynamomaschine mit zylindrischem Luftspalt und genutetem Blechpaket nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dynamomaschine als Generator oder Drehmelder betrieben wird.Permanent magnet dynamo with cylindrical Air gap and grooved laminated core after one or more of the previous claims, characterized in that the dynamo machine as a generator or Resolver is operated.
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