DE4126137C2

DE4126137C2 -

Info

Publication number: DE4126137C2
Application number: DE4126137A
Authority: DE
Inventors: Shinichi Saitama Jp Ohi
Original assignee: Zexel Corp
Current assignee: Valeo Thermal Systems Japan Corp
Priority date: 1990-08-07
Filing date: 1991-08-07
Publication date: 1992-12-03
Also published as: DE4126137A1; JPH0443379U; US5220227A; JPH0756616Y2

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1. Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zum Magneti sieren eines Permanentmagneten für einen Elektromotor gemäß Anspruch 1.

Elektromotoren der in Rede stehenden Art werden manchmal in Klimaanlagen einge setzt, um ein Gebläse anzutreiben. In Fig. 5a der Zeichnung ist die Magnetisie rung der in Umfangsrichtung mit Abstand aufeinanderfolgenden Magnete auf dem Ro tor eines solchen Elektromotors dargestellt (JP 61-1 14 979 U). Die zugehörige Kurve der magnetischen Induktion (Fig. 5b) weist die Form einer Rechteckwelle auf. Die einzelnen Permanentmagnete sind nämlich so magnetisiert, daß ihre mag netische Kraft über den Querschnitt des Permanentmagneten konstant ist. Neben einander liegende Permanentmagnete sind entgegengesetzt gepolt, die fehlende Magnetisierung in der Lücke zwischen zwei benachbarten Permanentmagneten schlägt sich stark nieder.

Bei einem weiteren aus dem Stand der Technik bekannten Elektromotor (JP 62-1 52 695 U) sind die Permanentmagnete so magnetisiert (Fig. 6a), daß deren magneti sche Feldstärke in der Mitte am größten ist und zu den einander gegenüberlie genden Randabschnitten der Permanentmagnete hin abnimmt. Dadurch verläuft die magnetische Induktion sinuswellenförmig, jedoch nicht kontinuierlich (Fig. 6b).

Beiden zuvor erläuterten Elektromotoren ist gemeinsam, daß beim Drehen des Ro tors die Lücken zwischen jeweils zwei benachbarten Permanentmagneten zu Schwin gungen des Elektromotors und seines Gehäuses führen, wodurch die Motorgeräusche sich erhöhen.

Elektromotoren der im Oberbegriff des Anspruch 1 genannten Art sind häufig bürstenlose Gleichstrom motoren. Ein solcher ist bekannt (GB 20 05 482 A), bei dem die Feldstärke von der Polmitte der Permanentmagneten ausgehend zu den Randbereichen hin allmählich ansteigt. In der Polmitte selbst befindet sich ein Feldstärkeminimum, das von der dort realisierten Magnetmateriallücke und damit Magnetisierungslücke her rührt.

Für sich ist es bekannt, die Luftspaltinduktion durch unterschiedliche Dicke des Luftspalts zu beeinflussen, sei es durch die Kontur der Permanentmagneten (JP 61-1 77 148 A), sei es durch die Kontur des Stator-Blechpakets (US 40 97 754 und EP 01 69 569 A2).

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, den Elektromotor mit den Merkma len des Oberbegriffs von Anspruch 1 hinsichtlich des Verlaufs der magnetischen Induktion zu verbessern, so daß beim Übergang von einem Permanentmagneten zum benachbarten Permanentmagneten der Verlauf der magnetischen Induktion möglichst wenig verzerrt ist, so daß insgesamt die Motorgeräusche verringert werden.

Die zuvor aufgezeigte Aufgabe ist bei einem Elektromotor mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß weisen die Permanentmagnete die Bereiche minimaler magnetischer Feldstärke nahe ihren in Umfangsrichtung einander ge genüberliegenden Randabschnitten, jedoch nicht an diesen Randabschnitten auf. Die leichte Feldstärkeerhöhung an den Randabschnitten kompensiert die fehlende Magnetisierung in der Lücke zwischen zwei benachbarten Permanentmagneten. Da durch verläuft die magnetische Induktion in einer kontinuierlichen, sinuswel lenförmigen Kurve und die Schwingungsneigung des Elektromotors ist wesentlich verringert, so daß auch die Motorgeräusche wesentlich verringert sind.

Eine Vorrichtung zum Magnetisieren eines Permanentmagneten für den zuvor be schriebenen, erfindungsgemäßen Elektromotor ist im Patentanspruch 2 beschrie ben.

Im folgenden wird die Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten Aus führungsbeispiels erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Elektromotors im Schnit,

Fig. 2 den Bereich des Rotors des Elektromotors aus Fig. 1 in einem horizon tal liegenden Schnitt,

Fig. 3 eine Abwicklung des Rotors und des Stators des erfindungsgemäßen Elek tromotors,

Fig. 3b den Verlauf der magnetischen Feldstärke zweier nebeneinander liegender Permanentmagnete des Rotors bei stillstehendem Rotor,

Fig. 3c den Verlauf der magnetischen Induktion bei rotierendem Rotor,

Fig. 4 in prinzipieller Darstellung eine Vorrichtung zum Magnetisieren eines Permanentmagneten für einen Elektromotor gemäß Fig. 1 und

Fig. 5, 6 Darstellungen zum Stand der Technik, wie eingangs beschrieben.

Die Fig. 1 und 2 zeigen einen erfindungsgemäßen Elektromotor 1 in Form eines bürstenlosen Gleichstrommotors, wie er beispielsweise das Gebläse einer Klima anlage antreiben kann. Zum Elektromotor 1 gehört ein mittig angeordneter Sta tor 3 sowie ein um diesen herum angeordneter und diesen umschließender Rotor 5. Unterhalb ist eine Schaltungsplatine 7 angeordnet.

Zu dem Stator 3 gehören ein aus einer Mehrzahl von aufeinandergeschichteten Siliciumstahlblechen bestehender Kern 10 und eine Erregerspule 12. Die Erregerspule 12 ist in Wicklungsschlitzen in dem Kern 10 angeordnet und so um den Kern 10 herumgewickelt, daß sie eine Mehrphasen-Wick lung, beispielsweise eine Dreiphasen-Wicklung bildet. Für die Schaltungspla tine 7 ist ein Gehäuse 14 vorgesehen, an dem ein Zylinder 16 befestigt ist. Mit dem Zylinder 16 ist der Stator 3 mittig fest verbunden. Der Stator 3 er zeugt ein auf den Rotor 5 wirkendes rotierendes Magnetfeld, wenn die Wick lungen der Erregerspule 12 entsprechend erregt werden.

Das Gehäuse 14 ist an seiner offenen Unterseite durch eine Deckplatte 18 ge schlossen und weist an einer seiner Seitenwände eine Durchgangsöffnung 22 auf, durch die ein Kabel 20 zur Verbindung der Schaltungsplatine 7 mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten Energiequelle gesteckt ist. Zur Befestigung sind drei Tragarme 24 am Gehäuse 14 angeordnet.

Zu der Schaltungsplatine 7 gehört ein Erregerstromkreis zum Magnetisieren des Stators 3. Im dargestellten Ausführungsbeispiel eines bürstenlosen Gleichstrom motors sind an der Schaltungsplatine 7 Hallelemente 26 angeordnet. Diese stel len die Lage der magnetischen Pole eines an einer Welle 34 befestigten Perma nentmagneten 42 fest. Auf Ausgangssignale der Hallelemente 26 hin werden die Wicklungen der Erregerspule 12 des Stators 3 entsprechend im Wechsel erregt, wo bei stets eine bestimmte Phasendifferenz eingehalten wird.

Der Rotor 5 weist ein Joch 28 auf, an dem in Umfangsrichtung eine Mehrzahl von Permanentmagneten 40 angeordnet sind. Das Joch 28 weist mittig einen Vorsprung 32 auf, in den die Welle 34 eingepreßt ist. Die Welle 34 ist drehbar im Zylin der 16 angeordnet. Dazu sind an der Innenseite des Zylinders 16 endseitig La ger 36 vorgesehen. In Axialrichtung sind die Lager 36 durch Sicherungsringe 38 gehalten, um so die Axiallage der Welle 34 bezüglich des Zylinders 16 festzu legen.

Der Rotor 5 weist mehrere in Umfangsrichtung mit Abstand aufeinanderfolgende Permanentmagnete 40 auf, wobei die jeweils nebeneinanderliegenden Permanentmag nete 40 entgegengesetzt gepolt sind. Zwischen den jeweils benachbarten Perman nentmagneten 40 befinden sich Lücken, in die am Joch 28 an der inneren Umfangs wand verteilt angeordnete, radial nach innen ragende Nasen 41 hineinragen. Die se Nasen 41 fixieren die jeweils benachbarten Permanentmagnete 40, die an der Innenwand des Jochs 28 mit einem Kleber befestigt sein können. Der am unteren Ende der Welle 34 befestigte Permanentmagnet 42 ist entsprechend wie der Rotor 5 magnetisiert, so daß mit Hilfe der Hallelemente 26 die Lage der magnetischen Pole leicht feststellbar ist.

Wie die Fig. 3a, 3b und 3c im Zusammenhang erkennen lassen, ist die magnetische Feldstärke jedes Permanentmagneten 40 in der Mitte am größten und fällt zu den im Umfangsrichtung liegenden Randabschnitten hin ab. Dabei ist wesentlich, daß die magnetische Feldstärke der Permanentmagnete 40 in geringer Entfernung von den Randabschnitten ein Minimum hat und zu den Randabschnitten selbst hin wie der etwas ansteigt, was Fig. 3b gut zeigt. Fig. 3c läßt erkennen, daß die mag netische Induktion der Permanentmagnete 40 bei rotierendem Rotor 5 kontinuier lich sinusförmig verläuft, dadurch die wieder ansteigende Feldstärke an den Randabschnitten der Permanentmagnete 40 die fehlende Magnetisierung in der Lücke zwischen zwei benachbarten Permanentmagneten 40 kompensiert wird.

Fig. 4 zeigt, wie der zuvor erläuterte Verlauf der magnetischen Feldstärke ei nes Permanentmagneten 40 hergestellt wird. Der noch nicht aufmagnetisierte Per manentmagnet 40′ wird dazu vor einem magnetisierenden Pol 43 angeordnet, wo bei der andere magnetisierende Pol ein ferromagnetischer Metallkörper 44 mit mehreren Bereichen ist. Fig. 4 zeigt folgende Bereiche:

a) einem der Mitte des Permanentmagneten (40′) gegenüberliegenden ersten Be reich, der den geringsten Abstand vom Permanentmagneten (40′) hat,
b) ein Paar von den den Randabschnitten des Permanentmagneten (40′) nahen Be reichen gegenüberliegenden zweiten Bereichen, die den größten Abstand vom Permanentmagneten (40′) haben, sowie
c) ein Paar von den Randabschnitten des Permanentmagneten (40′) unmittelbar gegenüberliegenden dritten Bereichen, die einen zwischen dem geringsten und dem größten Abstand liegenden Abstand von dem Permanentmagneten (40′) aufweisen.

Realisiert ist dies durch eine im wesentlichen umgekehrt T-förmige Form des Metallkörpers 44 mit zylindrischem Mittelteil und halbkreisförmiger Grundfläche und einem Paar von an gegenüberliegenden Seiten des Mittelteils angeformten seit lichen Fortsätzen. In der Mitte der bogenförmigen Oberfläche des halbkreisför migen Mittelteils ist der Abstand zwischen Metallkörper 44 und Permanentmagne ten 40′ am kleinsten, von der Mitte der bogenförmigen Oberfläche zu den einander gegenüberliegenden Enden des halbkreisförmigen Bereichs steigt der Abstand an und ist an den einander gegenüberliegenden Enden maximal. Von dort aus nimmt der Abstand zu den Enden der seitlich abragenden Fortsätze des Metallkörpers 44 allmählich wieder ab. Bei dieser Anordnung ist der magnetische Fluß durch den mittleren Teil und die einander gegenüberliegenden Randabschnitte des Permanent magneten 40′ relativ dicht und magnetisiert diese Bereiche entsprechend inten siv. In den Bereichen, die nahe den einander gegenüberliegenden Randabschnitten, also im Bereich der einander gegenüberliegenden Enden des halbkreisförmigen Be reichs des Metallkörpers 44 liegen, ist der magnetische Fluß relativ schwach, so daß diese Bereiche auch nur schwach magnetisiert werden. So wird die zuvor erläuterte magnetische Feldstärkeverteilung im Permanentmagneten 40′ festgelegt.

Sind die Permanentmagnete 40 entsprechend magnetisiert, weisen also die zuvor erläuterte und in Fig. 3b dargestellte Feldstärkeverteilung auf, so entsteht bei Erregung der entsprechenden Wicklungen des Stators 3 und der damit verbundenen Drehung des Rotors 5 eine sinuswellenförmig verlaufende magnetische Induktion wie sie in Fig. 3c dargestellt ist. Dadurch verläuft der Wechsel von einem Per manentmagneten 40 zum nächsten, entgegengesetzt gepolten Permanentmagneten 40 ruhig, ohne daß Vibrationen erzeugt werden. Dadurch wird der Betriebslärm des Elektromotors 1 verringert.

Claims

1. Elektromotor mit einem Rotor (5) mit mehreren in Umfangsrichtung mit Ab stand aufeinanderfolgenden Permanentmagneten (40), wobei die jeweils neben einander liegenden Permanentmagnete (40) entgegengesetzt gepolt sind und wobei die magnetische Feldstärke der Permanentmagnete (40) in der Mitte am größten ist und zu den in Umfangsrichtung liegenden Randabschnitten hin ab fällt, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Feldstärke der Permanent magnete (40) in geringer Entfernung von den Randabschnitten ein Minimum hat und zu den Randabschnitten hin wieder ansteigt, derart, daß die magnetische Induktion der Permanentmagnete (40) bei rotierendem Rotor (5) kontinuier lich sinusförmig verläuft.

2. Vorrichtung zum Magnetisieren eines Permanentmagneten (40) für einen Elek tromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer der magnetisieren den Pole ein ferromagnetischer Metallkörper (44) mit mehreren Bereichen ist: