DE4205255A1

DE4205255A1 - Permanently excited DC machine e.g. electric motor - has neighbouring poles of opposite polarity forming common magnet segment

Info

Publication number: DE4205255A1
Application number: DE4205255A
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl Ing Froehlich; Joerg Dipl Ing Albrecht
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1992-02-21
Filing date: 1992-02-21
Publication date: 1993-08-26

Abstract

The direct current machine includes at least four magnet poles, which have alternating polarity in the circumferential direction. The motor armature (14) is provided with n grooves. Two neighbouring poles (11a, 11b or 12a, 12b) of opposite polarity form a common magnet segment (11, 12). The magnet segments are arranged symmetrically with each other with equal distances between. Pref., the magnetic segments are formed integrally. ADVANTAGE - Considerably reduces sticking moment while achieving compact symmetrical arrangement and higher space factor.

Description

State of the art

Die Erfindung betrifft eine permanenterregte Gleichstrom maschine, insbesondere ein Elektromotor, mit wenigstens vier Magnetpolen, die in der Umfangsrichtung abwechselnde Polaritäten aufweisen, nach der Gattung des Hauptanspruchs.The invention relates to a permanently excited direct current machine, in particular an electric motor, with at least four magnetic poles that alternate in the circumferential direction Have polarities, according to the genus of the main claim.

Bei den meisten bekannten Gleichstrommaschinen dieser Art sind die als Magnetsegmente ausgebildeten Magnetpole symme trisch und mit gleichen Abständen zueinander angeordnet. Gleichstrommaschinen mit einer derartigen Magnetpolanordnung weisen jedoch in nachteiliger Weise ein großes Rastmoment auf, ein Effekt, welcher auch als Polfühligkeit oder Magnet kanten-Klebemoment bekannt ist. Da sich dieser Effekt durch die symmetrische Anordnung an allen Magnetpolen addiert, führt dies zu unerwünschten Klebemomentschwingungen.In most known DC machines of this type are the magnetic poles designed as magnetic segments symme arranged trically and at equal distances from each other. DC machines with such a magnetic pole arrangement however, have a large cogging torque disadvantageously on, an effect that also functions as a polarity or magnet edge adhesive torque is known. Because of this effect the symmetrical arrangement on all magnetic poles adds up, this leads to undesirable adhesive torque vibrations.

Um diesen Effekt zu vermeiden, wurde bereits in der DE-GM 88 14 775 oder in der DE-OS 37 36 519 vorgeschlagen, die Magnetpole unsymmetrisch mit unterschiedlichen Zwischen abständen anzuordnen, und zwar in der Weise, daß sich in Drehrichtung gesehen immer eine Ankernut an der hinteren Endkante des einen Magnetpols befindet, während sich ein Ankerzahn an der hinteren Endkante des anderen Magnetpols befindet. Hierdurch heben sich die Rastmomente weitgehend gegenseitig auf. Der Nachteil dieser bekannten Anordnung besteht jedoch insbesondere bei Außenläufermotoren darin, daß eine erhebliche Unwucht vorliegt, die wiederum die Betriebseigenschaften der Gleichstrommaschine in unerwünsch ter Weise beeinträchtigt.To avoid this effect, was already in the DE-GM 88 14 775 or proposed in DE-OS 37 36 519, the Magnetic poles asymmetrical with different intermediate to arrange distances, in such a way that in An anchor groove on the rear is always seen in the direction of rotation End edge of a magnetic pole is while a Armature tooth on the rear end edge of the other magnetic pole located. As a result, the cogging moments largely increase each other. The disadvantage of this known arrangement However, especially with external rotor motors, that there is a significant imbalance, which in turn is the Operating characteristics of the DC machine in undesirable ter affected.

Advantages of the invention

Die erfindungsgemäße Gleichstrommaschine mit den kennzeich nenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß sich einerseits die Klebemomente weitgehend gegenseitig aufheben und andererseits eine unwuchtfreie symmetrische Anordnung der Magnetsegmente erreicht werden kann. Schrägnuten sind nicht mehr erforderlich, so daß sich ein höherer Fullfaktor ergibt. Die magnetische Geräusch anregung ist stark unterdrückt. Durch Zusammenfassung von zwei Magnetpolen zu einem Magnetsegment ist insgesamt eine geringere Zahl von Magnetsegmenten erforderlich, und es muß bezüglich der Magnetbefestigung ein geringerer Aufwand betrieben werden.The DC machine according to the invention with the character features of the main claim has the Advantage that on the one hand the adhesive moments largely cancel each other out and on the other hand an unbalance-free symmetrical arrangement of the magnetic segments can be achieved can. Oblique grooves are no longer required, so that there is a higher full factor. The magnetic sound excitation is strongly suppressed. By summarizing a total of two magnetic poles to one magnetic segment is one fewer number of magnetic segments required, and it must be less effort with regard to the magnetic attachment operate.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Gleichstrommaschine möglich.By the measures listed in the subclaims are advantageous developments and improvements to DC machine specified in the main claim possible.

Die jeweils zwei Magnetpole enthaltenden Magnetsegmente sind zweckmäßigerweise einstückig ausgebildet, um den kon struktiven Aufwand möglichst klein zu halten. Die beiden Magnetpole werden dann jeweils aufmagnetisiert.The magnetic segments each containing two magnetic poles are expediently formed in one piece to the con to keep structural effort as small as possible. The two Magnetic poles are then magnetized in each case.

Eine optimale Kompensation der Klebemomente wird dann er reicht, wenn sich die Magnetsegmente jeweils im wesentlichen über einen WinkelbereichIt will then optimally compensate the adhesive moments is sufficient if the magnetic segments are essentially each over an angular range

erstrecken, wobei p die Polpaarzahl und n die Nutzahl des Ankers ist. Hierdurch wird erreicht, daß trotz symmetrischer Anordnung der Magnetsegmente wie beim eingangs angegebenen Stand der Technik jeweils gleichzeitig in Drehrichtung des Ankers gesehen die hintere Kante des einen Magnetpols über einer Ankernut und die hintere Kante des anderen Magnet pols über einem Ankerzahn liegt.extend, where p is the number of pole pairs and n is the number of the Anchor is. This ensures that despite symmetrical Arrangement of the magnetic segments as in the above State of the art at the same time in the direction of rotation seen from the armature the rear edge of one magnetic pole over an anchor groove and the rear edge of the other magnet pols lies over an anchor tooth.

Der in der Mitte des zweipoligen Magnetsegments auftretende Polübergang kann noch ein geringes Nutrasten erzeugen. Dies kann in vorteilhafter Weise dadurch vermieden werden, daß dieser Polübergang zwischen den beiden Polen in der Mitte des Magnetsegments durch eine schräge Magnetisierung schräg verläuft. Eine derartige schräge Aufmagnetisierung läßt sich ohne Mehraufwand durch eine geeignete Gestaltung des hierfür verwendeten Magnetisierkopfes erreichen.The one that occurs in the middle of the two-pole magnet segment Pole transition can still produce a slight notch. This can be avoided in an advantageous manner by that this pole transition between the two poles in the Center of the magnet segment due to an oblique magnetization runs obliquely. Such an oblique magnetization can be designed without any additional effort of the magnetizing head used for this.

Die erfindungsgemäße Anordnung eignet sich in gleicher Weise für Innenläufermotoren, wie auch für Außenläufer motoren (z. B. EC-Motor), wobei im zweiten Falle die Vorteile noch deutlicher hervortreten.The arrangement according to the invention is equally suitable Way for internal rotor motors as well as for external rotor motors (e.g. EC motor), in the second case the advantages stand out even more clearly.

drawing

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigtEmbodiments of the invention are in the drawing shown and in the description below explained. It shows

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer permanenterregten Gleichstrommaschine mit vier Permanentmagnet polen in zwei Magnetsegmenten als erstes Aus führungsbeispiel, Fig. 1 is a schematic representation of a permanently excited direct current machine with four permanent magnet poles in two magnetic segments from the first guide, for example,

Fig. 2 eine permanenterregte Gleichstrommaschine mit sechs Permanentmagnetpolen in drei Magnetsegmenten als zweites Ausführungsbeispiel und Fig. 2 is a permanent magnet DC machine with six permanent magnet poles in three magnet segments as a second embodiment and

Fig. 3 ein Magnetsegment in abgerollter Darstellung mit einer schräg verlaufenden Grenze zwischen den beiden Magnetpolen. Fig. 3 shows a magnetic segment in an unrolled representation with an oblique boundary between the two magnetic poles.

Description of the embodiments

Bei dem in Fig. 1 schematisch dargestellten ersten Aus führungsbeispiel einer Gleichstrommaschine ist ein Elektro motor mit einem zylindrischen Gehäuse 10 abgebildet, das auch als Rückschlußring oder Polrohr bezeichnet werden kann. An der Innenwandung des Gehäuses 10 sind zwei Magnet segmente 11, 12 befestigt, die als Permanentmagnete ausge bildet sind. Jedes dieser Magnetsegmente 11, 12 ist in zwei magnetische Bereiche 11a, 11b bzw. 12a, 12b unterteilt, die jeweils in radialer Richtung entgegengesetzt aufmagneti siert sind. Hierdurch wird ein 4-poliger Elektromotor ge bildet, obwohl nur zwei Magnetsegmente 11, 12 vorliegen. Diese beiden Magnetsegmente 11, 12 sind symmetrisch zuein ander angeordnet und umfassen jeweils einen Winkelbereich von 150°. Die beiden Winkelabstände zwischen den Magnet segmenten 11, 12 betragen jeweils 30°. Somit ergibt sich ein Abstand zwischen den mittleren Bereichen der Pole in einem Magnetsegment von 75°. Ein Motoranker 14 wird von den Magnetsegmenten 11, 12 umgriffen und weist zwölf Nuten 15 zur Aufnahme von nicht dargestellten Ankerwicklungen auf. Jeweils zwischen benachbarten Nuten 15 verbleiben sogenannte Ankerzähne 16.In the first exemplary embodiment shown schematically in FIG. 1, a direct current machine shows an electric motor with a cylindrical housing 10 , which can also be referred to as a return ring or pole tube. On the inner wall of the housing 10 , two magnet segments 11 , 12 are attached, which are formed as permanent magnets. Each of these magnetic segments 11 , 12 is divided into two magnetic areas 11 a, 11 b and 12 a, 12 b, respectively, which are magnetized in opposite directions in the radial direction. This forms a 4-pole electric motor ge, although there are only two magnet segments 11 , 12 . These two magnet segments 11 , 12 are arranged symmetrically to each other and each comprise an angular range of 150 °. The two angular distances between the magnet segments 11 , 12 are each 30 °. This results in a distance between the central areas of the poles in a magnet segment of 75 °. A motor armature 14 is encompassed by the magnet segments 11 , 12 and has twelve grooves 15 for receiving armature windings, not shown. So-called anchor teeth 16 each remain between adjacent grooves 15 .

Bei der beschriebenen Dimensionierung ist gewährleistet, daß sich beim Drehen des Ankers, beispielsweise in der Pfeilrichtung, immer gleichzeitig ein Ankerzahn 16 an der rückseitigen Kante eines magnetischen Bereichs und eine Nut 15 an der rückseitigen Kante des benachbarten magneti schen Bereichs im gleichen Magnetsegment 11 befindet. In der dargestellten Position befindet sich ein Ankerzahn an der rückseitigen Kante der magnetischen Bereiche 11b, 12b und eine Nut 15 an den rückseitigen Kanten der magneti schen Bereiche 11a, 12a. Dadurch ist gewährleistet, daß das Magnetkanten-Klebemoment weitgehend kompensiert wird und keine Klebemoment-Schwingungen entstehen können. Dreht sich der Motoranker 14 um einen Winkel von 15° weiter, was einer halben Nutteilung entspricht, so sind die Verhält nisse entsprechend umgekehrt.In the dimensioning described it is ensured that when the armature is rotated, for example in the direction of the arrow, there is always an armature tooth 16 on the rear edge of a magnetic area and a groove 15 on the rear edge of the adjacent magnetic area in the same magnet segment 11 . In the position shown, there is an armature tooth on the rear edge of the magnetic areas 11 b, 12 b and a groove 15 on the rear edges of the magnetic areas 11 a, 12 a. This ensures that the magnetic edge adhesive torque is largely compensated for and no adhesive torque vibrations can occur. If the motor armature 14 rotates through an angle of 15 °, which corresponds to half a groove pitch, the ratios are reversed accordingly.

Eine gute Auslegung von Gleichstrommaschinen mit wenig stens vier Polen gemäß den vorigen Ausführungen kann durch die folgende Formel für den Segmentwinkel der Magnetsegmente erreicht werden:A good design of DC machines with little at least four poles according to the previous explanations can pass through the following formula for the segment angle of the magnetic segments can be achieved:

Dabei ist p die Polpaarzahl und n die Nutzahl des Ankers. Unter Umständen ist, bedingt durch den Einfluß der Magnetfuß geometrie, ein geringfügig größerer Segmentwinkel geeig neter. In Fig. 1 liegen zwei Polpaare (also vier Pole) und zwölf Nuten des Motorankers 14 vor. Dies ergibt einen Winkel α von 150°.Here p is the number of pole pairs and n is the number of use of the armature. Under certain circumstances, due to the influence of the magnetic base geometry, a slightly larger segment angle is more suitable. In Fig. 1 there are two pairs of poles (ie four poles) and twelve slots of the motor armature 14 . This results in an angle α of 150 °.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel ist ein 6-poliger Elektromotor mit drei Magnetsegmenten 17, 19 dargestellt. Diese sind wiederum gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel jeweils in zwei magnetische Bereiche unterschiedlicher Polarität magnetisch unterteilt. Gemäß der obigen Formel ergibt dies für die Magnetsegmente 17-19 jeweils einen Winkel α von 90°, woraus sich wieder automa tisch wegen der geforderten Symmetrie Zwischenabstände von 30 zwischen den Magnetsegmenten 17-19 ergeben. Die Polabstände, also die Winkelabstände zwischen den Mittel linien der magnetischen Bereiche der Magnetsegmente 17-19, betragen jeweils 45°. Hierdurch ergibt sich wiederum die vorstehend beschriebene Wirkungsweise zur Kompensation bzw. deutlichen Verringerung des Klebemoments. In the second exemplary embodiment shown in FIG. 2, a 6-pole electric motor with three magnet segments 17 , 19 is shown. According to the first exemplary embodiment, these are in turn magnetically divided into two magnetic regions of different polarity. According to the above formula, this results for the magnetic segments 17 -19 in each case an angle α of 90 °, which automatically results in intermediate distances of 30 between the magnetic segments 17 -19 due to the required symmetry. The pole distances, that is, the angular distances between the center lines of the magnetic areas of the magnetic segments 17 -19, are each 45 °. This in turn results in the mode of operation described above for compensating or significantly reducing the adhesive torque.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Magnetsegmente 11, 12 bzw. 17, 19 sind jeweils einstückig ausgebildet und zur Erzielung von zwei unterschiedlich magnetisierten Polen entsprechend aufmagnetisiert. Prinzipiell ist es jedoch auch möglich, diese Magnetsegmente zweistückig auszubilden, wobei jedes Teilstück einen Pol darstellt. Zwei Teilstücke mit unterschiedlicher Polarität werden dann aneinander zur Bildung eines vollständigen Magnetsegments angeordnet, wodurch wiederum die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Kon stellation entsteht.The magnet segments 11 , 12 and 17 , 19 shown in FIGS . 1 and 2 are each formed in one piece and magnetized accordingly to achieve two differently magnetized poles. In principle, however, it is also possible to form these magnetic segments in two pieces, each partial piece representing a pole. Two sections with different polarity are then arranged together to form a complete magnetic segment, which in turn creates the constellation shown in FIGS. 1 and 2.

Die in den Fig. 1 und 2 oder 3 dargestellten magnetischen Trennlinien 20 werden bei einer solchen Ausführung dann noch zusätzlich zu körperlichen Trennlinien.The magnetic dividing lines 20 shown in FIGS. 1 and 2 or 3 then also become physical dividing lines in such an embodiment.

In Fig. 3 ist eines der beschriebenen Magnetsegmente, bei spielsweise das Magnetsegment 11, abgerollt dargestellt, wobei die in Fig. 3 sichtbare Fläche radial nach innen weist. Der magnetische Bereich 11a bildet zum Motoranker 14 hin einen Nordpol und der magnetische Bereich 11b einen Südpol. Bei einer derartigen Ausbildung wird beim Polüber gang über die magnetische Trennlinie 20 noch ein geringes Nutrasten erzeugt. Um dies zu vermeiden, kann eine schräge Magnetisierung im Bereich der Trennlinie 20 vorgenommen werden, so daß sich eine schräge magnetische Trennlinie 21 ergibt. Die optimale Schräge der magnetischen Trenn linie 21 wird so gewählt, daß sich der Bereich der schrägen Trennlinie über einen Winkelbereich von 30°, also über eine Nutteilung, erstreckt. Hierdurch wird das Nutrasten beim Polübergang an der magnetischen Trennlinie 21 praktisch Null.In Fig. 3 one of the described magnetic segments, for example the magnetic segment 11 , is shown rolled, the surface visible in Fig. 3 pointing radially inwards. The magnetic field 11a forms the motor armature 14 toward a north pole and a south pole magnetic field 11b. With such a design, a slight cogging is generated at the pole transition via the magnetic dividing line 20 . In order to avoid this, an oblique magnetization can be carried out in the region of the dividing line 20 , so that an oblique magnetic dividing line 21 results. The optimal slope of the magnetic dividing line 21 is chosen so that the area of the inclined dividing line extends over an angular range of 30 °, that is, over a groove division. As a result, the cogging at the pole transition on the magnetic dividing line 21 is practically zero.

Die beschriebenen Ausführungsbeispiele bezogen sich auf sogenannte Innenläufer-Elektromotoren, bei denen der Motor anker 14 im feststehenden Gehäuse 10 rotiert. Die Erfindung ist jedoch auch und bevorzugt auf Außenläufer-Elektromotoren anwendbar, z. B. auf EG-Motoren, bei denen der äußere Bereich um den feststehenden inneren Bereich rotiert.The exemplary embodiments described relate to so-called internal rotor electric motors, in which the motor armature 14 rotates in the fixed housing 10 . However, the invention is also and preferably applicable to external rotor electric motors, e.g. B. on EG motors in which the outer area rotates around the fixed inner area.

Gleichstrommaschinen mit noch höherer, ganzzahliger Pol zahl, z. B. 8- oder 10-polige Gleichstrommaschinen, können selbstverständlich ebenfalls entsprechend der vorstehenden Beschreibung realisiert werden, wobei die Zahl der Magnet segmente jeweils halb so groß wie die Zahl der Magnetpole ist, und jedes Magnetsegment zwei benachbarte Magnetpole mit entgegengesetzter Polarität aufweist. Die angegebene Formel ist auch für solche Gleichstrommaschinen mit höherer geradzahliger Polzahl anwendbar.DC machines with an even higher, integer pole number, e.g. B. 8- or 10-pole DC machines can of course also according to the above Description can be realized with the number of magnet segments each half the number of magnetic poles and each magnetic segment has two adjacent magnetic poles with opposite polarity. The specified Formula is also for such DC machines with higher ones even number of poles applicable.

Claims

1. Permanently excited DC machine, in particular electric motor, with at least four magnetic poles, which have alternating polarities in the circumferential direction, and with an n-slot motor armature, characterized in that two adjacent magnetic poles with opposite polarities ( 11 a, 11 b or 12 a, 12 b) form a common magnetic segment ( 11 , 12 ; 17 - 19 ) and that the magnetic segments ( 11 , 12 ; 17 - 19 ) are arranged symmetrically with each other with the same spacing.

2. DC machine according to claim 1, characterized in that the magnetic segments ( 11 , 12 ; 17 - 19 ) are each formed in one piece, the two magnetic poles being magnetized.

3. DC machine according to claim 1 or 2, characterized in that the magnet segments ( 11 , 12 ; 17 -19) each substantially over an angular range extend, where p is the number of pole pairs and n is the useful number of the armature.

4. DC machine according to one of the preceding claims, characterized in that the pole transition between the two magnetic poles ( 11 a, 11 b or 12 a, 12 b) in the middle of the magnet segment ( 11 , 12 ; 17 - 19 ) by a oblique magnetic dividing line ( 21 ) runs obliquely.

5. DC machine according to claim 4, characterized in that the inclined dividing line ( 21 ) extends over a groove division.

6. DC machine according to one of the preceding An sayings, characterized by the training as an inside rotor motor or external rotor motor, in particular EC motor.