DE4213376A1

DE4213376A1 - Brushless electric motor with magnet yokes between stator teeth - has arcuate section of internal surfaces of spaces accommodating windings with yoke thickness increasing in both directions from centre

Info

Publication number: DE4213376A1
Application number: DE19924213376
Authority: DE
Inventors: Werner Gakenholz
Original assignee: SWF Auto Electric GmbH
Current assignee: ITT Automotive Europe GmbH
Priority date: 1992-04-23
Filing date: 1992-04-23
Publication date: 1993-10-28

Abstract

The motor has an internal rotor (2) with its two radially magnetised permanent magnets (3, 4) bonded to a cylindrical core (6). The rotor is surrounded by an annular laminated stator (1) having four uniformly distributed teeth (8) on which the excitation coils (9) are wound. The yoke (10) for each coil is the section of the stator between adjacent teeth and is shaped to have min. thickness at its centre which lies in the plane of symmetry (11, 17) of each pair of opposite coils. USE/ADVANTAGE - As electronically commutated motor. Compact structure can be mfd. at favourable cost to develop max. power in relation to its size.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen bürstenlosen Elektromotor mit einem permanentmagentischen Innenläufer und mindestens einer Erregerwicklung des Stators, der einen kreisrunden Außendurchmesser und eine ringförmige Gestalt mit nach innen ragenden Zähnen aufweist, wobei die Ringabschnitte zwischen benachbarten Zähnen jeweils ein Joch bilden.The invention relates to a brushless electric motor with a permanent magnetic inner runner and at least an excitation winding of the stator, which is a circular Outside diameter and an annular shape with inside projecting teeth, the ring portions between form a yoke next to each other.

Solche bürsten- oder kommutatorlose, elektronisch kommutierte Elektromotoren sind an sich bekannt. Ihr Stator kann eine der Zahl der Erregerwicklungen entsprechende Anzahl von Zähnen aufweisen, jedoch ist dies nicht unbedingt notwendig. Es gibt auch Ausführungen, bei denen die Zahl der Zähne größer ist als diejenige der Spulen. Letztere müssen aber gleichmäßig am Statorumfang verteilt sein. Dasselbe gilt für die Pole des Rotors, deren Zahl nicht derjenigen der Erregerspulen entsprechen muß. So hat bspw. ein dreisträngiger bipolarer, bürstenloser Elektromotor drei Spulen und zwei Permanentmagnete. Anstelle von an einem Rotorträger angebrachten Permanentmagneten kann man auch den Rotor selbst unmittelbar magnetisieren.Such brushless or commutatorless, electronically commutated Electric motors are known per se. Your stator can be one of the Number of excitation windings corresponding number of teeth have, but this is not absolutely necessary. There is also versions in which the number of teeth is greater than that of the coils. The latter, however, have to Stator circumference should be distributed. The same applies to the poles of the Rotors whose number is not that of the excitation coils must correspond. For example, a three-stranded bipolar, brushless electric motor three coils and two Permanent magnets. Instead of on a rotor carrier attached permanent magnet you can also the rotor itself magnetize immediately.

Solche bürstenlose Elektromotoren sollen möglichst einfach im Aufbau und dadurch preiswert in der Herstellung sein. Andererseits wird aber bei geringer Baugröße eine möglichst hohe Leistung verlangt, wie dies bei allen Elektromotoren angestrebt wird. Hierin wird auch die Aufgabe der vorliegenden Erfindung gesehen.Such brushless electric motors should be as simple as possible Structure and therefore inexpensive to manufacture. On the other hand, with a small size, one is possible high performance demands, as with all electric motors is sought. This is also the task of the present Seen invention.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der bürstenlose Elektromotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gekennzeichnet ist, daß die Breite jedes Jochs in radialer Richtung gemessen von der Jochmitte nach beiden Seiten hin zunimmt.To solve this problem, the invention proposes that the brushless electric motor according to the preamble of Claim 1 is characterized in that the width of each Yokes measured in the radial direction from the center of the yoke increases on both sides.

Im Gegensatz zu den bisher bekannt gewordenen Ausführungen, bei welchen die Jochbreite über deren gesamte Umfangslänge konstant ist, nimmt, gerechnet von einem Zahn die Jochbreite bis zur Jochmitte hin zunächst ab und anschließend gegen den nächsten Zahn hin wieder zu. Dadurch erhält man eine für die Wicklungsherstellung günstige Form der Nuten. Der Motor kann außen weiterhin eine kreiszylindrische Form behalten. Bei gleicher Baugröße ist aber eine größere Kupferfläche unterzubringen und dadurch eine Leistungssteigerung möglich.In contrast to the previously known versions, in which the yoke width over their entire circumferential length constant, takes the yoke width calculated from one tooth up to the middle of the yoke and then against the next tooth again. This gives you one for the Winding manufacture favorable form of the slots. The engine can keep a cylindrical shape on the outside. At the same size is a larger copper surface to accommodate and thereby an increase in performance possible.

Der magnetische Kreis bzw. die magnetische Ausnutzung des Motors wird durch diese Jochform nicht wesentlich verändert. In der Mitte des Jochs erhält man zwar eine höhere Induktion, jedoch ist dies nicht störend, weil die Länge des Bereichs in Richtung der Feldlinien gering ist. Der gesamte magnetische Spannungsabfall des Jochs ist nur geringfügig höher, da in beiden Bereichen diesseits und jenseits des mittleren Bereichs die Induktion zurückgeht und wegen der stark gekrümmten Magnetisierungskennlinie von Eisen selbst bei der relativ großen Länge der magnetische Spannungsabfall klein bleibt.The magnetic circuit or the magnetic utilization of the Motors is not significantly changed by this yoke shape. In the middle of the yoke you get a higher induction, however, this is not annoying because the length of the area is in Direction of the field lines is low. The entire magnetic Voltage drop of the yoke is only slightly higher, because in both areas on this side and beyond the middle area the induction is declining and because of the strongly curved Magnetization curve of iron even at the relative large length the magnetic voltage drop remains small.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Breite jedes Jochs von der Jochmitte nach beiden Seiten hin konstant, sowie im selben Maße, zunimmt.A further development of the invention provides that the width each yoke constant from the center of the yoke to both sides, as well as increasing to the same extent.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung kennzeichnet sich dadurch, daß die Innenkontur jedes Jochs durch einen Kreisbogen gebildet ist, dessen Mittelpunkt gegenüber der geometrischen Achse des Läufers auf einem Radius durch die jeweilige Jochmitte gegen das Joch hin verschoben ist. Diese Formgestaltung bietet herstellungsmäßig Vorteile.Another embodiment of the invention is characterized in that the inner contour of each yoke by a Arc is formed, the center of which is opposite to the geometric axis of the rotor on a radius through the respective yoke center is shifted towards the yoke. These Form design offers advantages in terms of production.

Es ist insbesondere vorgesehen, daß der Stator aus ausgestanzten Blechen gebildet ist. Vom Prinzip her ist ein solcher Statoraufbau bekannt.It is particularly provided that the stator is made of punched sheet metal is formed. In principle there is one such a stator structure is known.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt schematisch einen Radialschnitt durch den erfindungsgemäßen Elektromotor.The invention will now be described with reference to the drawing explained. The drawing schematically shows a radial section by the electric motor according to the invention.

Der Motor des Ausführungsbeispiels besitzt einen außen kreiszylindrischen Stator 1 und einen, zumindest im wesentlichen, ebenfalls kreiszylindrischen Innenläufer 2. Dieser ist mit zwei Permanentmagneten 3 und 4 mit radialer Magnetisierung ausgestattet. Die Permanentmagnete 3 und 4 sind beim Ausführungsbeispiel an einem kreiszylindrischen Träger 6 des Rotors oder Innenläufers 2 angebracht, insbesondere angeklebt. Die geometrischen Verhältnisse von Rotor und Magneten sind nicht maßstäblich, sondern eher schematisch.The motor of the exemplary embodiment has an externally circular-cylindrical stator 1 and an, at least essentially, likewise circular-cylindrical inner rotor 2 . This is equipped with two permanent magnets 3 and 4 with radial magnetization. In the exemplary embodiment, the permanent magnets 3 and 4 are attached, in particular glued, to a circular-cylindrical carrier 6 of the rotor or inner rotor 2 . The geometric relationships between rotor and magnet are not to scale, but rather schematic.

Der Stator besteht beim Ausführungsbeispiel aus einer Vielzahl von gestanzten Blechen. Er besitzt dort vier radial nach innen ragende, gleichmäßig am Umfang verteilte Zähne 8. In bevorzugter Weise trägt jeder dieser Zähne eine Spule bzw. Erregerwicklung 9. Die Funktionsweise eines derartigen kollektor- oder bürstenlosen elektronisch kommutierten Elektromotors ist für sich bekannt, weswegen hier nähere Ausführungen entbehrlich sind.In the exemplary embodiment, the stator consists of a large number of stamped sheets. There it has four radially inwardly projecting teeth 8 which are evenly distributed on the circumference. Each of these teeth preferably carries a coil or excitation winding 9 . The mode of operation of such a collector or brushless electronically commutated electric motor is known per se, which is why detailed explanations are unnecessary here.

Erfindungsgemäß ist nun die Breite jedes Jochs 10, welches sich von Zahn zu Zahn erstreckt, von der Jochmitte 11 ausgehend gegen beide Zähne 8 hin zunehmend. Anders ausgedrückt, ist die Breite in der Jochmitte am geringsten. Die Zunahme erfolgt konstant und von der Mitte aus gesehen nach beiden Seiten hin in gleichem Maße. Man erreicht dies dadurch, daß sowohl die Außenkontur 12 als auch die Innenkontur 13 jedes Jochs durch einen Kreisbogen begrenzt ist, wobei selbstverständlich der Radius des äußeren Kreisbogens größer ist als der Innenradius 14. Der Mittelpunkt 15 des letzteren ist, bezogen auf die geometrische Achse 16 des Rotors 2 auf einem Radius 17 durch die Jochmitte gegen das betreffende Joch 10 hin verschoben. Man erreicht auf diese Weise, daß der Kreisbogen der Innenjochkontur optimal rechtwinklig auf die Flanken der zugeordneten Zähne 9 trifft.According to the invention, the width of each yoke 10 , which extends from tooth to tooth, is increasing from the yoke center 11 towards both teeth 8 . In other words, the width is the smallest in the middle of the yoke. The increase is constant and from the center to the same extent on both sides. This is achieved in that both the outer contour 12 and the inner contour 13 of each yoke are delimited by a circular arc, the radius of the outer circular arc being of course larger than the inner radius 14 . The center 15 of the latter is displaced with respect to the geometric axis 16 of the rotor 2 on a radius 17 through the center of the yoke towards the yoke 10 in question. It is achieved in this way that the circular arc of the inner yoke contour optimally meets the flanks of the associated teeth 9 at right angles.

Claims

1. Brushless electric motor with a permanent magnetic inner rotor ( 2 ) and at least one excitation winding ( 9 ) of the stator ( 1 ), which has a circular outer diameter ( 12 ) and an annular shape with inwardly projecting teeth ( 8 ), the ring sections between adjacent Teeth ( 8 ) each form a yoke ( 10 ), characterized in that the width of each yoke increases in the radial direction, measured from the center of the yoke ( 17 ) on both sides.

2. Electric motor according to claim 1, characterized in that the width of each yoke ( 10 ) from the yoke center ( 17 ) increases constantly on both sides and increases to the same extent.

3. Electric motor according to claim 2, characterized in that the inner contour ( 13 ) of each yoke ( 10 ) is formed by a circular arc, the center ( 15 ) relative to the geometric axis ( 16 ) of the rotor ( 2 ) on a radius ( 17 ) is displaced towards the yoke ( 10 ) through the respective center of the yoke.

4. Electric motor according to at least one of the preceding claims, characterized in that the stator ( 1 ) is formed from punched sheets.