-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen bürstenlosen Elektromotor, bei
welchem der Rotor aus einer Anzahl von magnetischen Polen besteht,
erhalten mit Dauermagneten.
-
Auf
dem Fachgebiet sind Elektromotoren mit einem Dauermagnet-Rotor bekannt,
arbeitend im Synchronismus mit einem rotierenden Magnetfeld, das
durch einen kontinuierlichen elektrischen Strom erzeugt ist, der
durch die Windungen des Stators fliesst.
-
Bei
diesen bekannten Motoren sind die Stromimpulse des Stators entsprechend
durch einen elektronischen Regler gesteuert, Zerhacker genannt, welcher
diesen Strom an die verschiedenen Zweige der Windungen des Stators
verteilt, sowie die Stärke und
die Impulsdauer desselben regelt.
-
Der
elektronische Regler des Statorstroms (oder Zerhacker) wird wiederum
durch einen Drehphasenableser gesteuert, auch Encoder oder Resolver
genannt, welcher Informationen über
die genaue polare Position des Rotors im Verhältnis zu dem Stator liefert.
-
Bei
diesen bürstenlosen
Motoren (wie sie nun in der international angewandten Fachsprache genannt
werden) ist der Rotor von einem Typ mit Dauermagnet; in der bekannten
Tech nik besteht er aus einem zusammengesetzten Paket aus gestanzten
Blechen, die ein kreisförmiges äusseres
Profil haben, entsprechend erleichtert durch Bohrungen, so dass
die polare Trägheit
reduziert und der Fluss von induzierten Strömen und somit Wärmeverluste
durch den bekannten Joule-Effekt begrenzt werden.
-
Dauermagneten,
zum Beispiel in Form von magnetisierten Stäben mit einer hohen Fliessdichte, bestehend
generell aus eisenhaltigen Legierungen mit seltenen Erden (Neodymium,
Boron, Samarium, Kobalt usw.), sind in geeigneten umlaufenden Sitzen angeordnet,
die in die äussere
Oberfläche
der bekannten Bleche eingearbeitet sind.
-
Diese
magnetisierten Stäbe
sind eingesetzt (und verklebt) in spezielle Sitze des Rotorblechpaketes,
wobei die Zahl derselben immer ein Mehrfaches von zwei ist, je nach
der Zahl der für
den Rotor vorgesehenen Pole.
-
Diese
bekannten Motoren mit einem Rotor, bestehend aus einem Paket von
Blechen, weisen jedoch einige konstruktive Schwierigkeiten auf,
welche dazu führen,
sie in speziellen Bereichen einzusetzen, wo zum Beispiel eine niedrige
polare Trägheit,
eine hohe Winkelbeschleunigung oder eine hohe spezifische Leistung
gefordert ist.
-
Die
hauptsächliche
Begrenzung von Motoren mit einem Rotor, bestehend aus einem Paket
von gestanzten Blechen, besteht in der Starrheit der Abmessungen,
und zwar im den Sinne, dass es nicht möglich ist, leicht die Konstruktionsweisen
des Rotors zu verändern,
sei es in Bezug auf die Länge
des Rotorpaketes und die Zahl der Pole, sei es bezüglich des
polaren Trägheitsmomentes,
da alle diese Faktoren von der Stanzform der Bleche abhängen.
-
Daher
erfordert die Herstellung der verschiedenen Rotorgrössen bei
gleichem Luftspalt-Durchmesser im wesentlichen einen unterschiedlichen
Zusammenbau von magnetischen Komponenten für jede Grösse; auch die Herstellung eines
Motors mit einer anderen Zahl von Polen erlaubt nicht die Verwendung
derselben Rotorbleche.
-
Tatsächlich ist
die Herstellung der bekannten Motoren mit einem Rotor, der aus einem
Paket von Blechen besteht, nicht einfach, da während des gesamten Herstellungszyklus
spezielle produktbezogene mechanische und magnetische Bearbeitungsgänge bei
jeder individuellen Grösse
wiederholt werden müssen.
-
Schliesslich
können
auch die Motoren mit einem Rotor, bestehend aus einem Paket von
Blechen, während
des Betriebes unter Belastung Vibrationen unterliegen, sollte das
Zusammensetzen der verschiedenen Bleche und der Magneten nicht ausreichend
kompakt und zuverlässig
ausgeführt
sein.
-
Aus
JP-A-62012365 ist ein Schrittmotor vom Typ mit Dauermagneten bekannt,
und zwar mit einem Rotor, welcher zwei koaxial angeordnete identische Bauteile
enthält.
Jedes Bauteil hat eine im wesentlichen ringförmige Ausführung, erhalten durch das Drehen
einer geometrischen Form in die Form eines „I".
-
Aus
identischen Bauteilen erhaltene Rotore sind auch aus FR-A-2499326,
EP-A-0532769 und DE-U-89 07 902 bekannt. Aus EP-A-0043981 ist ein Rotor
mit einer polyedrischen Oberfläche
bekannt, um magnetisierte Stäbe
zu tragen, und in JP-A-8023664 ist ein Rotor gezeigt, der durch
Abstandszähne
getrennte magnetisierte Stäbe
aufweist.
-
Zweck
der vorliegenden Erfindung ist, die oben erwähnten Nachteile und Einschränkungen
zu vermeiden, indem ein synchroner, bürstenloser Elektromotor mit
Dauermagneten vorgesehen wird, welcher in der Lage ist, eine hohe
spezifische Leistung mit einer hohen Winkelbeschleunigung abzugeben, und
welcher gleichzeitig leicht zusammenzubauen ist und die mit der
Verwendung von Bauteilelementen zusammenhängenden Vorteile nutzen kann.
-
Diese
Zwecke werden erreicht mit einem Gleichstrom-Elektromotor wie er in Anspruch 1 festgelegt
ist.
-
Jedes
im wesentlichen ringförmig
ausgebildete Element kann als ein Rotationskörper von einer geometrischen
Form erhalten werden, im wesentlichen in Form eines „I", und kann am äusseren
Teil, wenigstens im Bereich gleichartiger Pole, mit einem erweiterten
Kopf versehen sein, welcher als Spur zum Tragen von magnetisierten
elementaren Stäben dient.
-
Die
Erfindung geht deutlicher aus der Beschreibung von zwei Ausführungsbeispielen
hervor, ausgeführt
mit Hilfe von drei beiliegenden Abbildungszeichnungen, von denen
-
1 eine Ansicht im Querschnitt
und entlang einer vertikalen Ebene, die durch die Motorachse verläuft, von
einem Motor zeigt, der nach der Erfindung hergestellt ist;
-
2 zeigt eine Ansicht im
Querschnitt von diesem Motor entlang einer lotrecht zu der Achse
verlaufenden Ebene;
-
3 zeigt ein Detail der 2, bestehend aus einem Quadranten
derselben;
-
4 zeigt ein Details nur
des Rotors, an welchem drei nach der Erfindung hergestellte Bauteile
montiert sind;
-
5 und 6 zeigen jeweils eine Frontansicht und
einen axialen Schnitt von einem dieser Bauteile, teilweise ohne
die magnetisierten Stäbe;
während
-
7 eine mögliche Konstruktionsvariante des
Bauteils zeigt, dargestellt im Detail in 8;
-
9 zeigt im Detail einen
magnetisierten Stab;
-
10 zeigt eine Querschnittsansicht
eines Motors, dessen Rotor nach einer zweiten Ausführungsform
hergestellt ist;
-
11 zeigt ein Detail eines
Quadranten im Querschnitt des nach dieser zweiten Ausführungsform
hergestellten Rotors;
-
12 zeigt schliesslich einen
axialen Querschnitt von einem der den Rotor bildenden Bauteile.
-
Unter
Bezugnahme auf diese Abbildungen ist mit 1 ein bürstenloser
Gleichstrom-Elektromotor bezeichnet, der nach der Erfindung hergestellt
ist; mit 2 ist der Stator dieses Motors bezeichnet, mit 3 die Statorwindungen
und mit 4 ein Sicherheitsflansch an einem Ende des Motors 1. 5 bezeichnet
den Rotor des Motors, 6 die Welle dieses Rotors und 7 ein
Rotorbauteil, welches in dem gezeigten Beispiel als Satz von drei
identischen Bauteilen montiert ist, die koaxial eins nach dem anderen
an der Welle 6 angeordnet sind.
-
Mit 8 ist
eine einteilige Spule aus ferromagnetischem Material bezeichnet,
welche das Bauteil 7 bildet; 9 ist ein magnetisierter
Stab mit einer hohen Dichte eines Dauermagnetflusses.
-
Die
Spule 8 besteht aus einer mittleren Buchse 10,
die dazu dient, nach einer bekannten Technologie mechanisch auf
die Welle 6 aufgezogen zu werden; aus einem Kern 11 von
einer geringeren Stärke und
aus einem erweiterten Kopf 12, der dazu bestimmt ist, an
seinem äusseren
umlaufenden Teil eine Anzahl von Stäben 9 zu tragen, welche
gleichmässig
auf der Trägerspur 13 angeordnet
und durch Verkleben an dieser selbst befestigt sind.
-
Eine
mögliche
Konstruktionsvariante der Spule 8 ist in 7 gezeigt, wo Abstandszähne 14 in
regelmässigen
Unterbrechungen an der umlaufenden Spur 13 montiert sind,
wobei die Zahl der genannten Zähne
gleich wie die Zahl der Pole des Rotors ist.
-
Mit 15 ist
ein Teil der Spur 13 bezeichnet, bestehend aus einer rechteckig
geformten Fläche,
welche als Trägerbasis
für einen
Stab 9 dient; es ist vorgesehen, dass die Spur 13 aus
einer Anzahl dieser flachen Flächen 15 geformt
ist, angeordnet eine neben der anderen entlang ihrer grösseren Seite
und geeignet angewinkelt, so dass sie eine gleichmässige polyedrische
Fläche
bilden.
-
10 zeigt eine Querschnittsansicht
entlang einer Ebene lotrecht zu dem Motor von einem zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung, angewandt an einem sechspoligen Motor und besser
dargestellt in 11, welche
im vergrösserten
Detail einen Quadranten dieses Querschnitts zeigt.
-
In
diesen Abbildungen ist mit 16 ein Polschuh des Rotors bezeichnet,
hergestellt in dem einteiligen Körper
einer jeden Spule 8 durch die Aufhöhung der Dicke des erweiterten
Kopfes 12; mit 17 sind entsprechende Öffnungen
bezeichnet, geeignet zur Gewichtsreduzierung in dem Polschuh 16 und bestehend
aus einer Anzahl von zylindrischen Bohrungen.
-
In
dem genannten Rotor ist vorgesehen, dass sich die Polschuhe 16 eines
jeden Bauteils in umlaufender Richtung mit gleichartigen magnetischen
Polaritäten
abwechseln, gebildet durch die Anbringung magnetisierter Stäbe 9 an
einer Trägerspur 13,
die sich an dem erweiterten Kopf 12 einer jeden, das Bauteil 7 bildenden
Spule 8 befindet.
-
12 zeigt im axialen Schnitt
eine Spule 8, die nach dem Ausführungsbeispiel hergestellt
ist.
-
Dargestellt
in den Ausführungsbeispielen
mit drei Bauteilen 7 zum Bilden des Rotors, kann die Erfindung auch
unter Verwendung einer Vielzahl dieser Bauteile verwirklicht werden,
so dass Motoren mit einer modular veränderbaren Länge erhalten werden können.
-
Bei
einer Konstruktionsvariante, welche beide oben gezeigten Ausführungsbeispiel
betrifft, ist vorgesehen, dass die Spur 13 zum Anbringen
der magnetisierten Stäbe 9 eine
gebogene Form mit einem gleichbleibenden Krümmungsradius anstatt einer
mehreckigen Form haben könnte;
in diesem Falle ist die Basis der magnetisierten Stäbe 9 ebenfalls vorzugsweise
gebogen, um sie der Oberfläche
der Spur 13 anzupassen.