DE4345599B4 - electric motor - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Elektromotor mit Reluktanz-Hilfsmoment, mit einem Stator und einem Rotor, welcher als Außenläufer mit einem topfartig geformten, ferromagnetischen Rückschlussteil und einem zylindrischen, mindestens 8-poligen, innerhalb des Rückschlussteils angebrachten Permanentmagneten ausgebildet ist, wobei der Stator wenigstens eine koaxiale Spule und einen koaxialen Eisenkern mit Flussleitstücken zu beiden Seiten der Spule umfasst; die Flussleitstücke jeweils äußere Randbegrenzungen aufweisen, welche über einen Umfangswinkel von 180 DEG el. dem Permanentmagneten des Rotors mit einem kleinen, im Wesentlichen konstanten Luftspalt gegenüberstehen und über weitere 180 DEG el. Ausnehmungen aufweisen, welche gegenüber dem Permanentmagneten einen wesentlich vergrößerten Luftspalt darstellen; die Ausnehmungen der beiden Flussleitstücke im Wesentlichen nicht gegeneinander verdreht angeordnet sind; der Permanentmagnet zwei axial benachbarte Polreihen gleicher Polzahl aufweist, wobei jeweils zwei axial benachbarte Pole dieser Polreihen entgegengesetzte Polarität aufweisen und auf dem dem Boden des Rotors zugewandten Flussleitstück wenigstens ein Permanentmagnet zur Erzeugung des Reluktanz-Hilfsmomentes angeordnet ist.The present invention relates to an electric motor with reluctance auxiliary torque, comprising a stator and a rotor, which is designed as an external rotor with a cup-shaped, ferromagnetic Rückschlussteil and a cylindrical, at least 8-pin, mounted inside the Rückschlussteils permanent magnet, wherein the stator at least one coaxial coil and a coaxial iron core with flux guides on both sides of the coil; the flux guides each have outer edge boundaries, which face over a circumferential angle of 180 ° el. the permanent magnet of the rotor with a small, substantially constant air gap and have over another 180 ° el. Recesses, which represent a substantially enlarged air gap with respect to the permanent magnet; the recesses of the two flux guides are not arranged substantially rotated against each other; the permanent magnet has two axially adjacent rows of poles having the same number of poles, with two axially adjacent poles of these rows of poles having opposite polarity and at least one permanent magnet for generating the reluctance auxiliary torque being arranged on the flux conductor facing the bottom of the rotor.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Elektromotor, dessen Gesamt-Drehmoment mindestens einen Reluktanzmoment-Anteil aufweist.The The present invention relates to an electric motor whose total torque has at least one Reluktanzmoment share.

Aus der US 4,775,812 A ist ein bürstenloser Gleichstrommotor bekannt, bei dem der Rotor durch ein im Bereich des Lagerschildes angebrachtes Magnetsystem in Zusammenwirken mit einem am gegenüberliegenden axialen Ende des Rotors angebrachten Magnetring in der Ruhestellung in eine Vorzugsposition gebracht wird.From the US 4,775,812 A a brushless DC motor is known in which the rotor is brought by a mounted in the region of the bearing plate magnet system in cooperation with a mounted on the opposite axial end of the rotor magnetic ring in the rest position in a preferred position.

Aus der DE 35 02 284 A1 ist ebenfalls ein bürstenloser Gleichstrommotor bekannt (15 und zugehöriger Text). Dieser weist einen Stator und einen Rotor, welcher als Außenläufer mit einem topfartig geformten, ferromagnetischen Rückschlussteil und einem 8-poligen, innerhalb des Rückschlussteils angebrachten Permanentmagneten ausgebildet ist. Der Stator umfasst zwei koaxiale Spulen und koaxiale Eisenkerne mit Flussleitstücken zu beiden Seiten der Spulen. Die Flussleitstücke weisen jeweils äußere Randbegrenzungen auf, welche über einen Umfangswinkel von ca. 180°el. dem Permanentmagneten des Rotors mit einem kleinen, im wesentlichen konstanten Luftspalt gegenüberstehen und über weitere ca. 180°el. Ausnehmungen aufweisen, welche gegenüber dem Magneten einen wesentlich vergrößerten Luftspalt darstellen. Im Gegensatz zum Gegenstand des Patentanspruchs 1 sind die Ausnehmungen der einzelnen Flussleitstücke um 120°el. gegeneinander versetzt angeordnet.From the DE 35 02 284 A1 is also a brushless DC motor known ( 1 - 5 and associated text). This has a stator and a rotor, which is designed as an external rotor with a cup-shaped, ferromagnetic return part and an 8-pole, mounted inside the return part permanent magnet. The stator comprises two coaxial coils and coaxial iron cores with flux guides on both sides of the coils. The flux guides each have outer edge boundaries, which over a circumferential angle of about 180 ° el. facing the permanent magnet of the rotor with a small, substantially constant air gap and over about 180 ° el. Have recesses, which represent a substantially enlarged air gap relative to the magnet. In contrast to the subject matter of claim 1, the recesses of the individual flux guide are by 120 ° el. arranged offset from one another.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Motor zu schaffen, der sich zum Antrieb für Ventilatoren eignet und sich durch besonders niedrige Fertigungskosten auszeichnet.It It is the object of the invention to provide an engine which is to the drive for Fans is suitable and characterized by particularly low production costs distinguished.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Elektromotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1.These Task is solved by an electric motor with the features of claim 1.

Die erfindungsgemäße Konstruktion geht von der Erkenntnis aus, dass beim derzeitigen Entwicklungsstand von Kleinmotoren eine Kostenreduktion vorteilhaft dadurch gelingt, dass durch eine doppelte Polanordnung durch Erhöhung der Wirksamkeit der jeweils verwendeten magnetischen Materialien eine effizientere Nutzung dieser magnetischen Materialien erfolgt, so dass für eine vorgegebene Leistung des Motors die Gesamtmenge an magnetischen Material vermindert werden kann.The inventive construction starts from the realization that at the current state of development of small engines a cost reduction advantageous thereby succeed that by a double pole arrangement by increasing the effectiveness of each used magnetic materials more efficient use of these Magnetic materials, so that for a given power of Motors are reduced the total amount of magnetic material can.

Dementsprechend betrifft die Erfindung die Schaffung und Ausgestaltung eines besonders kostengünstig herstellbaren einsträngigen, einpulsigen Motors.Accordingly The invention relates to the creation and design of a particular economical producible single-stranded, one-pulse motor.

Die Lösung nimmt Bezug auf folgende aufeinander abgestimmte Einzelmaßnahmen:The solution refers to the following concerted individual measures:

Statorkonstruktion:stator:

Es wird ein Stator vorgesehen, welcher aus einer Flachspule besteht, an deren Grundflächen flache Flußleitelemente angebracht sind. Deren Grundform ist im wesentlichen kreisförmig und besitzt eine Anzahl von Ausbrüchen an der Peripherie, welche in einem einfachen Falle etwa die Form eines Halbkreises aufweisen oder aber geradlinig sind.It a stator is provided, which consists of a flat coil, at their bases flat flux guide elements are attached. Their basic form is essentially circular and has a number of outbreaks on the periphery, which in a simple case about the shape have a semicircle or are rectilinear.

Die Flussleitelemente dienen der Verteilung des von der Flachspule erzeugten magnetischen Flusses in vorbestimmte Richtungen.The Flux guiding elements are used to distribute the generated by the flat coil magnetic flux in predetermined directions.

Ein ähnliches Prinzip wird bei der Konstruktion von sog. Klauenpolmotoren verwendet.A similar Principle is used in the construction of so-called claw pole motors.

Die Peripherie der Flußleitelemente wirkt auf ferromagnetische Bereiche des Stators ein, welcher sich bei bestromter Spule so bewegt, daß der magnetische Widerstand des zur Spule gehörigen Magnetkreises ein Minimum annimmt (Reluktanzprinzip).The Periphery of the flux guiding elements acts on ferromagnetic areas of the stator, which is at energized coil so moved that the magnetic resistance belonging to the coil Magnetic circuit assumes a minimum (reluctance principle).

Auf diese Weise kann ein positives oder negativ wirkendes Drehmoment für den Rotor erzeugt werden, je nach Rotorstellung. Diese Drehmomente sind unabhängig von der Polarität des Spulenstroms, so daß der Motor im Prinzip auch mit Wechselspannung betrieben werden kann.On this way can be a positive or negative torque for the Rotor can be generated, depending on the rotor position. These torques are independently from the polarity of the coil current, so that the Motor can be operated in principle with AC voltage.

Um eine einheitliche Drehrichtung für den Rotor zu bewirken, wird durch geeignete Schalt- bzw. Kommutierungsmittel dafür gesorgt, daß nur Drehmomentanteile mit einheitlichem Vorzeichen durch die Bestromung der Spule auf den Rotor einwirken.Around a uniform direction of rotation for to cause the rotor, by suitable switching or commutation ensured, that only Torque components with a uniform sign due to the current supply the coil act on the rotor.

Um einen sicheren Anlauf in die gewünschte Drehrichtung zu bewirken, ist für den Motor eine Vorrichtung vorhanden, welches ein Reluktanz-Hilfsmoment erzeugt. Dieses bewegt bei fehlendem Motorstrom den Rotor in eine Ruheposition, von der ein sicherer Motoranlauf stattfinden kann. Hierzu wird ein vorzugsweise scheibenförmiger Permanentmagnet verwendet, der auf eine kreisförmige Grundfläche des Rotors einwirkt. Die die genannten Reluktanz-Hilfsmomente werden also durch Einwirkung des Permanentmagneten erzeugt.Around a safe start in the desired direction of rotation to effect is for the engine has a device which has a reluctance auxiliary torque generated. This moves in the absence of motor current, the rotor in one Rest position from which a safe engine start can take place. For this purpose, a preferably disc-shaped permanent magnet is used, the on a circular Footprint of the Rotor interacts. The said reluctance auxiliary moments are thus generated by the action of the permanent magnet.

Rotorkonstruktion:Rotor design:

Die Rotorkonstruktion besteht aus einem ferromagnetischen Hohlzylinder, der als topfartig geformtes Rückschlussteil ausgebildet ist, an dessen Innenwand ein mindestens 8-poliger Permanentmagnet angeordnet ist.The rotor construction consists of a ferromagnetic hollow cylinder, which is designed as a pot-shaped return part, on the inner wall of an at least 8-pin Permanentmag net is arranged.

Für die Anwendung des Elektromotors in einem Ventilator besteht eine vorteilhafte Ausführungsform darin, daß der Rotor aus einem einzigen gestanztem und gebogenem Eisenblech gefertigt ist und zugehörige Luftschaufeln als integraler Bestandteil des Rotors zu betrachten sind.For the application the electric motor in a fan is an advantageous embodiment in that the Rotor made of a single stamped and bent sheet iron is and related See air blades as an integral part of the rotor are.

Diese und weitere Aspekte der Erfindung werden durch die Zeichnung detaillierter ersichtlich.These and further aspects of the invention will become more apparent from the drawing seen.

Es zeigt:It shows:

1 eine Explosionszeichnung von Rotor und Stator eines Elektromotors, der nach dem Reluktanzprinzip arbeitet; 1 an exploded view of the rotor and stator of an electric motor, which operates on the reluctance principle;

2 den Verlauf anteiliger Drehmomente über den Rotor-Drehwinkel beim Betrieb des Elektromotors; 2 the course of proportional torques on the rotor rotation angle during operation of the electric motor;

3 eine prinzipielle Anordnung für eine mechanische Kommutierungsvorrichtung für den Elektromotor; 3 a basic arrangement for a mechanical commutation device for the electric motor;

4 ein Schaltbild für einen Elektromotor; 4 a circuit diagram for an electric motor;

5 und 6 Rotor-Oberflächen des Motors mit Sicken; 5 and 6 Rotor surfaces of the engine with beads;

7 eine Aufsicht auf einen Stator und einen zugehörigen Rotor in Querschnittsansicht; 7 a plan view of a stator and an associated rotor in cross-sectional view;

8 in schematischer Darstellung einen Rotor eines erfindungsgemäßen Elektromotors; und 8th a schematic representation of a rotor of an electric motor according to the invention; and

9 in schematischer Darstellung eine Abwicklung der Magnetpolpaare des in 8 dargestellten Rotors. 9 in a schematic representation of a settlement of the magnetic pole pairs of in 8th represented rotor.

In 1 wird eine Ausführungsform eines Elektromotors dargestellt, wie sie insbesondere als Antrieb für einen Ventilator geeignet ist.In 1 an embodiment of an electric motor is shown, as it is particularly suitable as a drive for a fan.

Der Rotor 8 besteht aus einem gestanzten und gebogenen Eisenblechteil 20. Dieses weist optional Lüfterflügel 19 auf, ferner zylindrisch abgebogene Reluktanzbleche 9 mit den Berandungen 16 und 17. Die Anzahl der Reluktanzbleche ist nicht auf 4 beschränkt.The rotor 8th consists of a stamped and bent sheet iron part 20 , This optionally has fan blades 19 on, furthermore cylindrically bent Reluktanzbleche 9 with the borders 16 and 17 , The number of reluctance sheets is not up 4 limited.

Weiterhin weist der Rotor eine Anzahl Durchbrüche oder Sicken mit den Berandungen 18 auf. Diese sind ebenmäßig, wenn besonders niedrige Herstellkosten angestrebt werden. Für möglichst geräuscharme Motoren wird jedoch eine Berandung gewählt, die einen vordefinierten Verlauf des Reluktanzhilfsmomentes bereitstellt oder approximiert.Furthermore, the rotor has a number of openings or beads with the edges 18 on. These are even, if particularly low production costs are desired. For quiet engines, however, a boundary is selected, which provides or approximates a predefined course of the Reluktanzhilfsmomentes.

Die genannten Durchbrüche oder Sicken erzeugen im Zusammenspiel mit dem flachen, zylindrischen Permanentmagneten 11 ein alternierendes Reluktanzmoment (permanentmagnetisches Moment) M rel, prm.The mentioned breakthroughs or beads generate in interaction with the flat, cylindrical permanent magnet 11 an alternating reluctance torque (permanent magnetic moment) M rel, prm.

Dies beruht darauf, daß der Permanentmagnet 11 auf seiner Oberfläche eine Anzahl von Magnetpolen besitzt, welche im wesentlichen auf einzelne Sektoren des Perma nentmagneten verteilt sind. In 1 werden zum Beispiel zwei Nord- und zwei Südpole gezeigt.This is because the permanent magnet 11 has on its surface a number of magnetic poles, which are distributed substantially magnets on individual sectors of the permanent magnets. In 1 For example, two north and two south poles are shown.

Diese Pole orientieren sich vorteilhaft an der Kontur des Stators, wie dies in 1 gezeigt ist, so daß ein Pol sich in der Nähe einer Erweiterung 12 befindet. Der Rotor wird wegen des Zusammenspiels von Permanentmagnetpolen des Permanentmagneten 11 und der Durchbrüche 18 oder der Sicken 61 auf bestimmte Rastlagen gedreht. Diese zeichnen sich durch einen Magnetkreis für den Permanentmagneten aus, bei dem der magnetische Widerstand einen Minimalwert annimmt. Wird der Rotor durch externe Drehmomente verdreht, so bewirkt das Zusammenspiel von Permanentmagnet 11 mit den Durchbrüchen, Ausbrüchen oder Sicken des Rotorteils ein alternierendes Reluktanzmoment (permanentmagnetisches Moment).These poles are oriented advantageously to the contour of the stator, as in 1 is shown so that a pole is near an extension 12 located. The rotor is due to the interaction of permanent magnet poles of the permanent magnet 11 and the breakthroughs 18 or the beading 61 turned to certain locking positions. These are characterized by a magnetic circuit for the permanent magnet, in which the magnetic resistance assumes a minimum value. If the rotor is rotated by external torques, the interaction of permanent magnet causes 11 with the openings, breakouts or beads of the rotor part an alternating reluctance torque (permanent magnetic moment).

Dieses alternierende Reluktanzmoment ist im wesentlichen gegenphasig zu dem Drehmoment, welches bei Bestromung der Spule 15 mittels der Statorbleche 12 und 14 auf den Rotor einwirkt. Bei Bestromung der Spule 15 üben die Zungen der Statorbleche (Flußleitstücke) an den Peripheriebereichen 121 und 141 anziehende und tangentiale Kräfte auf die Reluktanzbleche 9 des Rotors aus. Hierdurch entsteht ein elektromagnetisch verursachtes Drehmoment.This alternating reluctance torque is substantially out of phase with the torque which is present when the coil is energized 15 by means of the stator laminations 12 and 14 acting on the rotor. When energizing the coil 15 practice the tongues of Statorbleche (flux guides) on the peripheral areas 121 and 141 attractive and tangential forces on the reluctance sheets 9 of the rotor. This creates an electromagnetically caused torque.

Die Spule 15 kann in einfachster Wickeltechnik auf den Stator aufgebracht werden. Spulenanfang bzw. -ende sind mit den Anschlußpunkten 13 versehen.The sink 15 can be applied to the stator in the simplest winding technique. Coil start or end are with the connection points 13 Mistake.

Die Spule umfaßt in vorteilhafter Ausgestaltung ein nicht näher gezeichnetes Lagerrohr zur Aufnahme von Kugel- oder Gleitlagern. Diese tragen eine drehbare Welle, welche mit dem Zentrum 64 des Rotors befestigt ist, wie dies nach dem Stande der Technik bekannt ist und in deswegen in der Zeichnung nicht näher ausgewiesen wird.The coil comprises in an advantageous embodiment, not shown in detail bearing tube for receiving spherical or plain bearings. These carry a rotatable shaft, which coincides with the center 64 is fixed to the rotor, as is known in the art and is therefore not specified in detail in the drawing.

Die Spule 15 wird zu geeigneten Kommutierungszeiten bzw. -phasen gespeist, um ein Drehmoment mit einheitlichem Vorzeichen auf den Rotor aufzubringen, damit dieser in eine gewünschte Drehrichtung läuft. Erfindungsgemäß wichtig ist es daher, durch eine geeignete einphasige Kommutierungseinrichtung 29 dafür zu sorgen, daß eine Bestromung der Spule 15 dem Rotor nur Drehmomente mit einheitlichem Vorzeichen erteilt. Rücktreibende elektromagnetisch erzeugte Drehmomente werden also dadurch verhindert, daß die Spule stromlos gemacht wird, d.h. abgeschaltet wird, wie dies z.B. aus 2 und 3 ersichtlich ist.The sink 15 is energized at appropriate commutation times to apply a uniform sign torque to the rotor for rotation in a desired direction of rotation. It is therefore important according to the invention by a suitable single-phase commutation device 29 to ensure that a current to the coil 15 only given torques with uniform sign to the rotor. Repetitive electromagnetically generated torques are thus prevented by the coil is de-energized, that is switched off, as for example 2 and 3 is apparent.

Eine einfache Lösung mit mechanischem Kommutator (Kollektor) zeigt 3 (abgewickelte Darstellung).A simple solution with mechanical commutator (collector) shows 3 (developed representation).

Ein Schaltkontakt 41 kontaktiert ein Reluktanzblech 9 genau dann, wenn dieses eine Winkellage eingenommen hat, bei der eine Spulenbestromung zu einem gewünschten Drehmoment führt.A switching contact 41 contacted a reluctance sheet 9 if and only if this has taken an angular position at which a Spulenbestromung leads to a desired torque.

Die Spulenbestromung durch den Schaltkontakt 41 wird unterbrochen, bevor sich ein entgegengesetztes Drehmoment einstellt.The coil energization through the switching contact 41 is interrupted before an opposite torque occurs.

2 zeigt den Zusammenhang der beteiligten Drehmomente des Motors über den Drehwinkel phi des Rotors. 2 shows the relationship of the involved torques of the motor over the rotation angle phi of the rotor.

Bei ununterbrochener Bestromung der Spule 15 mit einem konstanten Strom übt der Rotor über einen Winkelbereich, der größer als 180 deg. el. ist, ein positives Drehmoment aus. Dies wird durch den Abschnitt 1 des elektromagnetisch erzeugten Reluktanzmomentes dargestellt. Für den zu 360 deg. el. komplementären Winkelbereich wird bei bestromter Spule 15 ein negatives Moment erzeugt (Kurvenabschnitt 2). Durch die vorgesehene Kommutierungseinrichtung wird das elektromagnetisch erzeugte negative Reluktanzmoment jedoch zwischen den Nulldurchgängen 6 und 7 unterdrückt und besitzt dann keinen Anteil am Gesamtdrehmoment des Rotors.With uninterrupted energization of the coil 15 with a constant current, the rotor exerts over an angular range greater than 180 deg. el., is a positive torque. This is through the section 1 represented the electromagnetically generated reluctance torque. For the to 360 deg. el. complementary angle range is at energized coil 15 generates a negative moment (curve section 2 ). However, due to the provision of the commutation device, the electromagnetically generated negative reluctance torque becomes between the zero crossings 6 and 7 suppressed and then has no share of the total torque of the rotor.

Zur Überbrückung dieser Drehmomentlücke wird das oben beschriebene, permanentmagnetisch erzeugte Reluktanzmoment genutzt, welches durch Kurvenzüge 3 und 4 dargestellt wird. Dieser Moment-Anteil wirkt ständig auf den Rotor ein, weist aber wechselndes Vorzeichen auf. – In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich der positive Anteil des permanentmagnetisch erzeugten Reluktanzmomentes über einen Winkelbereich, der ebenfalls größer als 180 deg. el. ist. Permanentmagnetisch und elektromagnetisch erzeugte Drehmomentenanteile sind daher im wesentlichen gegenphasig. Das wirksame elektromagnetisch erzeugte Reluktanzmoment ist vom Betrag her etwa doppelt so groß wie das permanentmagnetisch erzeugte Reluktanzmoment.To bridge this torque gap, the above-described permanent magnetically generated reluctance torque is used, which is represented by curves 3 and 4 is pictured. This torque component is constantly acting on the rotor, but has changing sign. - In an advantageous embodiment of the invention, the positive portion of the permanent magnetically generated reluctance torque extends over an angular range, which is also greater than 180 °. el. is. Permanent magnetically and electromagnetically generated torque components are therefore essentially in phase opposition. The effective electromagnetically generated reluctance torque is about twice the magnitude of the permanent magnetically generated reluctance torque.

Unter Zuschaltung der Kommutierungseinrichtung 29 zur Spule 15 entsteht also ein Verlauf des Gesamt-Drehmomentes über den Drehwinkel des Rotors, wie er dem Wesen nach durch den Kurvenzug 5 (M ges) wiedergegeben wird.With connection of the commutation device 29 to the coil 15 Thus, a curve of the total torque on the rotation angle of the rotor, as he is in essence by the curve 5 (M tot) is played.

Die in 3 gezeigte Kommutierungsschaltung mit mechanischem Kommutatorkontakt wird im folgenden eingehender beschrieben.In the 3 shown commutation circuit with mechanical Kommutatorkontakt will be described in more detail below.

Die Stirnseiten 121 des Statorbleches 12 bilden bei Bestromung der Spule mit Gleichstrom z. B. Nordpole aus, während die Stirnseiten 141 des Statorblechs gemeinsame Südpole ausbilden. Der Kontakt 41 ist mechanisch so angeordnet, daß eine Kontaktgabe am Kontaktpunkt 42 erfolgt, sobald eine Zunge 9 des Reluktanzblechs sich im Wirkungsbereich der Stirnseiten 121 und 141 befindet.The front ends 121 of the stator plate 12 form when current is applied to the coil with direct current z. B. North Pole, while the front pages 141 of the stator plate form common south poles. The contact 41 is mechanically arranged so that a contact at the contact point 42 takes place once a tongue 9 of the reluctance sheet in the area of action of the end faces 121 and 141 located.

Hierdurch schließt sich ein Stromkreis, der von der ersten Anschlußklemme V1 ausgeht, über das Reluktanzblech 9 geleitet wird und am Dauerkontaktschleifer 43, an einer Kontaktstelle 44 zu einem Anschlußpunkt 13 der Spule 15 weitergeleitet wird.This closes a circuit, which starts from the first terminal V1, via the reluctance sheet 9 and at the permanent contact grinder 43 , at a contact point 44 to a connection point 13 the coil 15 is forwarded.

Der zweite Anschlußpunkt 13 der Spule ist mit der zweiten Anschlußklemme V o des Stromkreises verbunden. Während der Schließphase von Kontakt 41 erfahren die Reluktanzbleche 9 eine sowohl radial als auch tangential gerichtete Kraft, denn bei ihrer Bewegung in Richtung des gezeichneten Pfeils wird die Energie des Magnetkreises der Spule 15 reduziert.The second connection point 13 the coil is connected to the second terminal V o of the circuit. During the closing phase of contact 41 experience the reluctance sheets 9 a force directed both radially and tangentially, because when moving in the direction of the arrow, the energy of the magnetic circuit of the coil 15 reduced.

Nach einer Bewegung der Reluktanzbleche um 180 deg. el., was im gezeichneten Beispiel einer Blechbreite entspricht, wird Kontakt 41 geöffnet. Die Reluktanzbleche 9 bewegen sich zum einen aufgrund ihrer kinetischen Energie weiter. Außerdem wirkt an anderer Stelle das permanentmagnetisch erzeugte Reluktanzmoment in antreibender Weise weiter, bis eine nächste Kontaktgabe des Kontakts 41 mit dem nachfolgenden Reluktanzblech 9 erfolgt. Hierauf wiederholt sich das beschriebene Spiel von neuem.After a movement of the reluctance sheets by 180 °. el., which corresponds to a sheet width in the example shown, is in contact 41 open. The reluctance sheets 9 move on the one hand due to their kinetic energy on. In addition, elsewhere the permanently magnetically generated reluctance torque continues to drive in a driving manner until a next contact of the contact 41 with the subsequent reluctance sheet 9 he follows. Hereupon the described game repeats itself again.

Die beschriebene Einrichtung zur mechanischen Kontaktgabe ist besonders preisgünstig herstellbar. Die Erfindung sieht in einer anderen vorteilhaften Ausführungs form jedoch elektronische Schaltelemente vor. Der Kontaktverschleiß entfällt bei jener Lösung völlig.The described device for mechanical contact is special inexpensive produced. The invention provides in another advantageous Execution form However, electronic switching elements before. The contact wear is eliminated at that solution completely.

Eine solche Anordnung zeigt 4.Such an arrangement shows 4 ,

Anstelle des Kontaktes 41 ist ein elektronischer Schalter 26 vorhanden, der von einem Sensor-Element 29 angesteuert. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Lichtschranke handeln, welche durch die Reluktanzbleche 9 geöffnet bzw. unterbrochen wird. Ein bevorzugtes Sensorelement besteht aus einem Integrierten Schaltkreis mit Hall-Sensor (Hall-IC).Instead of contact 41 is an electronic switch 26 present, that of a sensor element 29 driven. This may be, for example, a light barrier passing through the reluctance sheets 9 is opened or interrupted. A preferred sensor element consists of an integrated circuit with Hall sensor (Hall IC).

Dieses wird durch einen Hilfs-Permanentmagneten 56 angesteuert, dessen Feldlinien durch die Reluktanzbleche 9 phasenrichtig umgeleitet werden. Nur bei vorübergehender Abwesenheit der Reluktanzbleche 9 wirken sie auf das Hall-IC ein, so daß die gewünschte phasenrichtige Bestromung der Spule 15 über den elektronischen Schalter 26 eintritt. Die Spule 15 wird vorteilhaft mit einer Freilaufdiode 25 überbrückt.This is done by an auxiliary permanent magnet 56 driven, whose field lines through the reluctance plates 9 be redirected in phase. Only in case of temporary absence of the reluctance sheets 9 they act on the Hall IC, so that the desired in-phase energization of the coil 15 via the electronic switch 26 entry. The sink 15 is advantageous with a freewheeling diode 25 bridged.

5 gibt die Oberfläche eines Rotors mit Sicken wieder. 5 gives the surface of a rotor with beads.

Dieser besitzt eine Zylinderbodenfläche 60 mit Durchbrüchen 53. Die Kontur des Zylinderbodens wird durch innere Durchmesser 51 und äußere Durchmesser 52 begrenzt. Dementsprechend weist der Zylindermantel des Rotors äußere Sicken 54 bzw. innere Sicken 55 auf. Eine Rotorform dieser Art kann in üblicher Weise durch Tiefziehen und Pressen hergestellt werden.This has a cylinder bottom surface 60 with breakthroughs 53 , The contour of the cylinder bottom is determined by inner diameter 51 and outer diameter 52 limited. Accordingly, the cylinder jacket of the rotor has outer beads 54 or inner beads 55 on. A rotor mold of this kind can be produced in the usual way by deep drawing and pressing.

In einer weiteren Ausführungsform des Rotors gemäß 6 werden anstelle von Ausbrüchen ebenfalls Sicken verwendet. Die Aufsicht auf den Zylinderboden weist zum einen den Durchstoßungspunkt Z, Bezugsziffer 64, der Drehachse durch die Papierebene auf.In a further embodiment of the rotor according to 6 also beads are used instead of breakouts. The top view of the cylinder base has on the one hand the piercing point Z, reference numeral 64 , the axis of rotation through the plane of the paper.

Tieferliegende Bereiche 60 des Zylinderbodens wechseln ab mit höherliegenden Bereichen 61. Die höherliegenden Bereiche werden durch Kanten 62 begrenzt, während Kanten 63 die tieferliegende Berandung der gezeigten Sicken wiedergibt.Lower lying areas 60 of the cylinder bottom alternate with higher lying areas 61 , The higher-lying areas are defined by edges 62 limited, while edges 63 the deeper border of the shown beads reflects.

Für besonders kostengünstige Motoren sind einfache Sicken oder Ausbrüche vorgesehen, während Motoren mit gleichmäßigerem Drehmomentverhalten, d.h. ver gleichsweise reduzierten Wechselmomentanteilen, speziell konturierte Sicken, Durchbrüche oder Ausbrüche aufweisen.For special inexpensive Motors are provided with simple beads or breakouts, while motors with more even Torque behavior, i. comparatively reduced alternating momentum components, have specially contoured beads, breakthroughs or breakouts.

Eine weitere Ausgestaltung des Elektromotors geht ebenfalls von der Erkenntnis aus, daß sogenannte Reluktanzmotoren mit permanentmagnetisch erzeugtem Hilfsmoment dieses und ein zugehöriges elektromagnetisches Nutzmoment nicht notwendigerweise kombiniert in einem entweder nur zylindrischen oder alternativ in einem nur flachen Luftspalt erzeugen müssen. Vielmehr ist es nützlich, die Erzeugung der genannten Momente, nämlich Nutzmoment und Hilfsmoment, zu separieren, und zwar so, daß das Nutzmoment unter Verwendung eines zylindrischen (genauer: eines hohlzylindrischen) Luftspaltes erzeugt wird, während zur Bereitstellung eines permanentmagnetischen Hilfsmomentes ein flacher, ebener Luftspalt herangezogen wird. Eine Konstruktion solcher Art ist insbesondere für solche Elektromotoren von Vorteil, die als Antrieb für einen Lüfter oder Ventilator vorgesehen sind, da diese nach Art eines Propellers eine mehr oder weniger ebene Stirnseite ohne weitere Lagervorrichtungen aufweisen. An der rückwärtigen Fläche dieser Stirnseite läßt sich mit einfachen Mitteln ein ebener Luftspalt zur Erzeugung eines Hilfsmomentes vorsehen.A Another embodiment of the electric motor also comes from the knowledge from that so-called Reluctance motors with permanently magnetically generated auxiliary torque this and an associated electromagnetic Useful moment not necessarily combined in one either only cylindrical or alternatively produce in a flat air gap have to. Rather, it is useful the generation of said moments, namely useful moment and auxiliary torque, to separate, in such a way that the Useful moment using a cylindrical (more precisely: a hollow cylindrical) air gap is generated while providing a permanent magnetic Aid moment a flat, plane air gap is used. A Construction of this kind is especially for such electric motors of Advantage that as drive for a fan or Fan are provided, since these in the manner of a propeller more or less flat front side without further storage devices exhibit. At the rear surface of this Front side can be with simple means a plane air gap for generating an auxiliary torque provide.

Ein Elektromotor gemäß einem solchen Aspekt ist in 7 dargestellt. Hierbei handelt es sich um eine Aufsicht auf einen Stator 70 und zugehörigen Rotor 69, welcher zur Erleichterung des Verständnisses in einer Querschnittsansicht dargestellt ist.An electric motor according to such aspect is in 7 shown. This is a view of a stator 70 and associated rotor 69 , which is shown in a cross-sectional view for ease of understanding.

Der Rotor 69 wird mittels einer üblichen Welle und üblichen Lagermitteln (beide nicht gezeichnet) um eine Achse gedreht, welche die Papierebene der Zeichnung im Durchstoßungspunkt 78 senkrecht schneidet.The rotor 69 is rotated by means of a conventional shaft and conventional bearing means (both not shown) about an axis which the paper plane of the drawing in the piercing point 78 vertical cuts.

Der Rotor 69 besteht aus einem hohlzylindrischen Eisenrückschluß 71, an welchen Permanentmagnete 72, 73 in an sich bekannter Weise angebracht sind. An den Hohlzylinder des Rotors schließt sich eine im wesentlichen kreisförmige, flächige Eisenrückschlußfläche (Rotordeckel) mit Ausnehmungen oder Sicken an, wie das in ähnlicher Form in 5 und 6 gezeigt wird.The rotor 69 consists of a hollow cylindrical iron yoke 71 , on which permanent magnets 72 . 73 are mounted in a conventional manner. At the hollow cylinder of the rotor is followed by a substantially circular, flat iron back surface (rotor lid) with recesses or beads, as in similar form in 5 and 6 will be shown.

Die Konstruktion des Stators 70 ähnelt der des Stators 10 aus 1, weist jedoch weitere Vereinfachungen auf. Anstelle eines einstückigen Permanentmagneten sind jetzt zwei kleinere, z.B. kreisförmige Permanentmagnete 77, 81 vorgesehen, die kostengünstiger sind. Auch das obere Flußleitblech des Stators weist eine einfachere Peripherie auf, die sich aus Kreisbogenstücken 75 und geraden Abschnitten 79 zusammensetzt, was ebenfalls kostengünstiger ist.The construction of the stator 70 similar to that of the stator 10 out 1 , but has further simplifications. Instead of a one-piece permanent magnet are now two smaller, such as circular permanent magnets 77 . 81 provided, which are cheaper. Also, the upper Flußleitblech the stator has a simpler periphery, consisting of circular arc pieces 75 and straight sections 79 composed, which is also cheaper.

Zur Vermeidung von Wirbelströmen weisen die Flußleitstücke mehrere Schlitze 74 auf. Die Permanentmagnete 77, 81 werden neben den Schlitzen 74 oder über diesen auf das Flußleitstück geklebt. An der Rückseite des genannten Flußleitstücks schließt sich ebenfalls, wie in 1 gezeigt, eine ein- oder mehrlagige Spule von im wesentlich kreisringförmiger bzw. hohlzylindrischer Gestalt an. Sie umfaßt ein ebenfalls nicht gezeichnetes Lagerrohr zur Aufnahme von Lagermitteln und vorzugsweise einen ferromagnetischen Spulenkern von hohlzylindrischer Form, der sich zwischen dem oberen Flußleitstück mit den Peripherielinien 75, 79 und dem unteren Flußleitstück mit der Peripherielinie 80 erstreckt. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, sind oberes und unteres Flußleitstück zwar von gleicher Form, aber im Stator unter einem Winkel von 90 deg. mech. verdreht angeordnet. Das untere Flußleitblech ist jedoch nicht mit Permanentmagneten bestückt, da es keiner Stirnfläche des Rotors gegenübersteht.To avoid eddy currents, the Flußleitstücke several slots 74 on. The permanent magnets 77 . 81 Be next to the slots 74 or glued over this on the Flußleitstück. At the back of said flux guide also closes, as in 1 shown, a single or multilayer coil of substantially annular or hollow cylindrical shape. It also includes a bearing tube, not shown, for receiving bearing means, and preferably a ferromagnetic coil core of hollow cylindrical shape extending between the upper flux guide and the peripheral lines 75 . 79 and the lower flux guide with the peripheral line 80 extends. As can be seen from the drawing, upper and lower flux guide are indeed of the same shape, but in the stator at an angle of 90 °. mech. arranged twisted. However, the lower Flußleitblech is not equipped with permanent magnets, since it faces no face of the rotor.

Die Peripherielinien 75, 80 definieren den zylindrischen Luftspalt zwischen Rotor 69 und Stator 70. Bei Bestromung der nicht gezeigten Spule zwischen den Flußleitstücken werden diese magnetisiert, und zwar gegenpolig. Ein Nordpol 72 des Rotors wird daher von einem Flußleitstück mit einem magnetischen Südpol angezogen und umgekehrt. Die gezeichnete Lage des Rotors 69 relativ zum Stator 70 ist – bei Abwesenheit der Permanentmagnete 77 und 81 – eine bevorzugte Rastlage, die jedoch bei Bestromung der Spule eine entweder stabile oder labile Momentenkonstellation bewirkt, so daß sich der Rotor unter Umständen trotz bestromter Spule nicht bewegen würde.The peripheral lines 75 . 80 define the cylindrical air gap between the rotor 69 and stator 70 , When energizing the coil, not shown between the flux guides they are magnetized, namely opposite polarity. A North Pole 72 Therefore, the rotor is attracted by a flux guide with a magnetic south pole and vice versa. The drawn position of the rotor 69 relative to the stator 70 is - in the absence of permanent magnets 77 and 81 - A preferred detent position, however, when energized the coil causes either a stable or unstable torque constellation, so that the rotor would not move under circumstances energized coil.

Um dieses Problem abzuwenden, sind die Permanentmagnete 77 und 81 vorgesehen, welche sich innerhalb des genannten ebenen Luftspaltes befinden und dank der Oberflächenform des Rotordeckels nicht nur axial gerichtete Kräfte auf den Rotor ausüben, sondern auch bei Drehung des Rotors 69 ein Hilfsmoment verursachen, welches wie oben beschrieben alternierendes Vorzeichen über den Drehwinkel besitz und nicht unterdrückt werden kann.To avert this problem, the permanent magnets 77 and 81 provided, which are located within said plane air gap and thanks to the surface shape of the rotor cover exert not only axially directed forces on the rotor, but also upon rotation of the rotor 69 cause an auxiliary torque, which as described above possesses alternating sign over the rotation angle and can not be suppressed.

Es ist darauf zu achten, daß wie in 1 auch, die richtige Winkellage der Ausbrüche bzw. Sicken des Rotordeckels in Relation zu der Position der Permanentmagnete 72, 73 eingehalten wird, damit das Hilfsmoment den Rotor 69 des stillstehenden, unbestromten Motors in eine Start-Winkellage drehen kann und Bestromung der Spule den Rotor in Drehung versetzt.It is important to note that as in 1 Also, the correct angular position of the openings or beads of the rotor lid in relation to the position of the permanent magnets 72 . 73 is maintained, so that the auxiliary torque the rotor 69 of the stationary, de-energized motor can rotate in a starting angular position and energizing the coil rotates the rotor.

Die Konstruktion gemäß 7 unterscheidet sich also zu der der 1 vom Wesen her darin, daß das Nutzmoment des Motors gemäß 1 als Reluktanzmoment in einem zylindrischen Luftspalt erzeugt wird, während das Nutzmoment eines Motors gemäß 7 durch ein elektromagnetisches Moment unter Verwendung von Permanentmagneten erzeugt wird, wobei sich die Permanentmagneten auf einer kreiszylindrischen Oberfläche befinden. Dies bedeutet gleichzeitig, daß im letzteren Fall die Stromrichtung durch die Spule je nach Rotorstellung vorgegeben (kommutiert) werden muß, oder die Spule in zwei Spulen aufgeteilt werden muß und die Spulenhälften je nach Rotorstellung mit Gleichstrom vorgegebener Polarität bestromt werden müssen, wie dies aus der Motortechnik vom Prinzip her bekannt ist.The construction according to 7 differs from that of the 1 in essence, that the useful torque of the engine according to 1 is generated as reluctance torque in a cylindrical air gap, while the useful torque of a motor according to 7 is generated by an electromagnetic moment using permanent magnets, wherein the permanent magnets are located on a circular cylindrical surface. This means at the same time that in the latter case, the current direction through the coil depending on the rotor position must be set (commutated), or the coil must be divided into two coils and the coil halves must be energized depending on the rotor position with DC predetermined polarity, as is known from Motor technology is known in principle.

Die Konstruktion gem. 7 ist deswegen im Vergleich zu bekannten Motoren deswegen vorteilhaft, weil bei Verwendung moderner, hochremanenter Magnetwerkstoffe die zylindrischen Magnete mit Polen 72, 73 vergleichsweise dünn gehalten werden. Hierdurch wird es jedoch erforderlich, den Luftspalt des Magnetkreises für das Nutzmoment möglichst klein zu halten. Es ist daher gemäß der Erfindung von Vorteil, auf die üblichen Konturen der Statorpole mit variabler Luftspaltdimension zu verzichten und den Luftspalt wie in der Zeichnung angegeben möglichst klein und von konstanter Größe zu halten.The construction acc. 7 is therefore advantageous in comparison to known motors, because when using modern, highly remanent magnetic materials, the cylindrical magnets with poles 72 . 73 be kept comparatively thin. As a result, however, it is necessary to keep the air gap of the magnetic circuit for the useful moment as small as possible. It is therefore advantageous according to the invention to dispense with the usual contours of the stator poles with variable air gap dimension and to keep the air gap as small as possible and of constant size as indicated in the drawing.

In einer speziellen Ausführungsform für kleinere Motoren mit einem Außendurchmesser von etwa 3 Zentimeter ist es günstig, den ferromagnetischen Eisenkern für die Motorspule aus gesintertem Eisenmaterial zu fertigen. Dies reduziert zum einen die sonst stets zu berücksichtigenden Wirbelstromverluste, die bei Bedarf durch radial gerichtete Schlitze reduziert werden müssen. Zum anderen ist ein solcher Kern gleichzeitig das Lager (Sinterlager) für die Rotorwelle, ohne weitere Vorrichtungen.In a special embodiment for smaller ones Motors with an outer diameter from about 3 inches it is cheap the ferromagnetic iron core for the motor coil of sintered iron material to manufacture. This reduces on the one hand the otherwise always to be considered Eddy current losses, if necessary through radially directed slots have to be reduced. On the other hand, such a core is at the same time the bearing (sintered bearing) for the Rotor shaft, without further devices.

In einer Ausgestaltung der Erfindung gemäß 8 wird für den Rotor ebenfalls ein zylindrischer Luftspalt zur Erzeugung eines Nutz-Drehmomentes vorgesehen, sowie eine zylindrisch orientierte Anordnung mehrerer Magnetpolpaare, wie dies in der Abwicklung gemäß 9 gezeigt ist.In one embodiment of the invention according to 8th is also provided for the rotor, a cylindrical air gap for generating a useful torque, and a cylindrically oriented arrangement of a plurality of magnetic pole pairs, as in the settlement according to 9 is shown.

Die Anordnung gemäß 8 besitzt also eine Statorkonstruktion gemäß derjenigen, wie in 1 gezeichnet und einen permanentmagnetbestückten Rotor. Die Permanentmagnete des Rotors gemäß 8 und 9 unterscheiden sich jedoch von denen der in 7 gezeigten dadurch, daß über einen Winkelbereich von 360 deg. el. eine Quadrupolanordnung gemäß 9 vorgesehen ist. Auch für die Lösung gemäß 8 und 9 ist vorgesehen, daß ein Reluktanz-Hilfsmoment mit zusätzlichen, am Stator befestigten Permanentmagneten im ebenen, stirnseitigen Luftspalt des Motors erzeugt wird.The arrangement according to 8th So has a stator construction according to those as in 1 drawn and a permanent magnetbestückten rotor. The permanent magnets of the rotor according to 8th and 9 However, they differ from those of 7 shown in that over an angular range of 360 °. el. a quadrupole arrangement according to 9 is provided. Also for the solution according to 8th and 9 is provided that a reluctance auxiliary torque is generated with additional, fixed to the stator permanent magnet in the flat, frontal air gap of the engine.

Claims (1)

Elektromotor mit Reluktanz-Hilfsmoment, mit einem Stator und einem Rotor, welcher als Außenläufer mit einem topfartig geformten, ferromagnetischen Rückschlussteil und einem zylindrischen, mindestens 8-poligen, innerhalb des Rückschlussteils angebrachten Permanentmagneten ausgebildet ist, wobei • der Stator wenigstens eine koaxiale Spule und einen koaxialen Eisenkern mit Flussleitstücken zu beiden Seiten der Spule umfasst; • die Flussleitstücke jeweils äußere Randbegrenzungen aufweisen, welche über einen Umfangswinkel von 180°el. dem Permanentmagneten des Rotors mit einem kleinen, im wesentlichen konstanten Luftspalt gegenüberstehen und über weitere 180°el. Ausnehmungen aufweisen, welche gegenüber dem Permanentmagneten einen wesentlich vergrößerten Luftspalt darstellen; • die Ausnehmungen der beiden Flussleitstücke im wesentlichen nicht gegeneinander verdreht angeordnet sind; • der Permanentmagnet zwei axial benachbarte Polreihen gleicher Polzahl aufweist, wobei jeweils zwei axial benachbarte Pole dieser Polreihen entgegengesetzte Polarität aufweisen; und • auf dem dem Boden des Rotors zugewandten Flussleitstück wenigstens ein Permanentmagnet zur Erzeugung des Reluktanz-Hilfsmomentes angeordnet ist.Electric motor with reluctance auxiliary torque, with a stator and a rotor, which is designed as an external rotor with a cup-shaped, ferromagnetic Rückschlussteil and a cylindrical, at least 8-pin, mounted inside the Rückschlussteils permanent magnet, wherein • the stator at least one coaxial coil and a coaxial iron core with flux guides on both sides of the coil; • The flux guides each have outer edge boundaries, which over a circumferential angle of 180 ° el. facing the permanent magnet of the rotor with a small, substantially constant air gap and over another 180 ° el. Having recesses, which represent a substantially enlarged air gap relative to the permanent magnet; • The recesses of the two flux guides are not arranged substantially rotated against each other; • The permanent magnet has two axially adjacent rows of poles of the same number of poles, with two each axially adjacent poles of these rows of poles have opposite polarity; and • at least one permanent magnet for generating the reluctance auxiliary torque is arranged on the flux guide piece facing the bottom of the rotor.
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