DE8325441U1

DE8325441U1 - Brushless DC motor

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Publication number: DE8325441U1
Application number: DE19838325441
Authority: DE
Original assignee: Papst Motoren GmbH and Co KG
Current assignee: Ebm Papst St Georgen GmbH and Co KG
Priority date: 1983-09-05
Filing date: 1983-09-05
Publication date: 1985-06-27

Description

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DE-310DE-310

Papst-MotorenPope Motors Gabti A Co. KGGabti A Co. KG

7742 St .Georgen/Schviarzw.7742 St. Georgen / Schviarzw.

Kollektorloser GleichstrommotorBrushless DC motor

Die Erfindung betrifft einen dreiphasigen kollektorlosenThe invention relates to a three-phase brushless Gleichstrommotor Mit einer mindestens zwei Polpaare aufweisenden permanentmagnetischen Rotormagnetanordnung undDC motor With a permanent magnet rotor magnet arrangement with at least two pole pairs and einer in Stern geschalteten» dreisträngigen Statorwicklung»a star-connected »three-strand stator winding» deren Wicklungsstränge in Nuten eines geouteten Statorstheir winding phases in the slots of a routed stator nichtiiberlappend angeordnet sind und deren Ströme über mindestens drei Halbleiterelemente durch mindestens drei magnetfeidempfindliche Lagemeldesensoren gesteuert sind» dieare arranged non-overlapping and the currents of which are controlled via at least three semiconductor elements by at least three position sensors sensitive to magnetic fields ihrerseits durch die Rotormagnetanordnung gesteuert sind.are in turn controlled by the rotor magnet assembly.

Bei Motoren dieser Steuerungsart tritt» insbesondere beiFor motors of this type of control, »especially applies größeren Leistungen» das Problem einer Beeinflussung derlarger achievements »the problem of influencing the magnetfeldempfindlichen Lagemeldesensoren durch das FeldPosition sensors sensitive to magnetic fields through the field der Statorwicklungen auf. Durch eine solche Beeinflussungof the stator windings. By influencing it like that werden die Kommutierungszeitpunkte in unerwünschter Weisethe commutation times are undesirable aus der vorgesehenen optimalen Lage- herausverschoben, undshifted out of the intended optimal position, and zwar um so mehr» je größer der Wicklungsstrom ist.the greater the winding current, the more so.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher» einen Gleichstrommotor der genannten Art so auszugestalten, daß eine Verschiebung der Kommutierungszeitpunkte unter dem EinflußIt is therefore an object of the invention to design a direct current motor of the type mentioned in such a way that the commutation times are shifted under the influence

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der in der Statorwicklung fließenden Ströme weitgehend vermieden ist. the currents flowing in the stator winding are largely avoided.

Diese Aufgebe wird erfindungagemäß auf überraschend einfaehe Weise dadurch gelöst, daß die Lageaeldeaenaoren in Statorumfangariehtung Bit Bezug auf die Statorwicklungestränge derart verteilt angeordnet sind» daß jeweils derjenige La' gemeldesensor, welcher die Kommutierung des Wicklungsstromes von einem zu einem anderen Wicklungsstrang bewirkt» in dem Statorbereich angebracht ist, in dem weder vot noch nach dem K&mmutierungavorgang eine stromdurchflossene Spu·» Ie liegt* According to the invention, this problem is solved in a surprisingly simple manner in that the position indicators are distributed in the stator circumference direction in relation to the stator winding strands in such a way that the La ' reporting sensor which commutates the winding current from one to another winding strand is attached to the stator area is, in which there is neither before nor after the mutation process a coil through which current flows *

Bei dem Motor nach der Erfindung bleiben die magnetfeld'In the motor according to the invention, the magnetic field ' empfindlichen Lagemeldeaensoren während der Kommutierungsensitive position reporting sensors during commutation durch das Statorwicklungsfeld unbeeinflußt* Selbst beiunaffected by the stator winding field * Even at größeren Wicklungsströmen kommt es nicht zu einer unerwünschten Verlagerung der Kommutierungszeitp.inkte.larger winding currents, there is no undesired shift in the commutation timing.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung steht die AnzahlIn a further embodiment of the invention, the number is der Statorpole zu der Anzahl der Rotorpole im Verhältnisof the stator poles in relation to the number of rotor poles 3z4t wobei jeder der Statorpole eine Breite von im wesentlichen 180° el hat. Dadurch wird eine Sehnung vermieden.3z4t wherein each of the stator poles has a width of substantially 180 ° el. This will avoid a tendon. Es wird ein besonders hoher Wirkungsgrad erzielt. Das vomA particularly high level of efficiency is achieved. That from Motor entwickelte Drehmoment ist weitgehend konstant.Engine developed torque is largely constant.

Als besonders günstig erwies es sich» die Lagemeldesensoren in Umfangsrichtung jeweils im wesentlichen in dieIt has proven to be particularly favorable that the position reporting sensors in the circumferential direction are essentially in the Mitte zwischen diejenigen benachbarten Spulen zu legen,To put the middle between those neighboring coils, zwischen denen die Kommutierung des Wicklungsstromes unter dem Einfluß des betreffenden Lagemeldesensors erfolgt.between which the commutation of the winding current takes place under the influence of the relevant position sensor.

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Entsprechend einer abgewandelten Ausführungsform könnenAccording to a modified embodiment can die Lagemeldesensoren auch im wesentlichen auf der Radialsymmetrieachse des Statorpols liegen, der diejenigethe position reporting sensors also lie essentially on the axis of radial symmetry of the stator pole, which is the one Spule trägt, welche an dem von dem betreffenden Lagemeldesensor ausgelösten Kommutierungsvorgang unbeteiligt ist.Coil carries which is not involved in the commutation process triggered by the relevant position sensor.

Der Motor kann als dreipulsiger Motor oder auch als sechspulsiger Motor ausgelegt sein, wobei er im letztgenanntenThe motor can be designed as a three-pulse motor or as a six-pulse motor, in which case it is in the latter Fall vorzugsweise mit mindestens vier Magnetpolpaaren versehen ist.Case is preferably provided with at least four magnetic pole pairs.

Vorzugsweise ist der in Umfangsrichtung am Luftspalt verbleibende Raum zwischen jeweils zwei benachbarten, vorzugsweise 180° el breiten Statorpolen im wesentlichen vonPreferably, the space remaining at the air gap in the circumferential direction between two adjacent, preferably 180 ° el wide stator poles is essentially of einem unbewickelten Statorhilfspol ausgefüllt. Die Statorhilf spole vermeiden auf wirkungsvolle Weise ein magnetisches Rucken, weil über einen relativ großen Winkel einean unwound auxiliary stator pole. The stator auxiliary spole avoid magnetic jolting in an effective manner, because a relatively large angle näherungsweise gleichmäßige induzierte Spannung erhaltenapproximately uniform induced voltage obtained wird, was ein gleichmäßiges Drehmoment bei konstantembecomes what a steady torque at constant Strom bedeutet. Ohne solche Hilfspole zwischen 180° elElectricity means. Without such auxiliary poles between 180 ° el breiten Statorpolen würden bei einem Verhältnis der Statorpole zu den Rotorpolen von 3:4 die Statorpole funktionsmäßig breiter als 180° el werden, weil ein großer Teil deswide stator poles would be functionally wider than 180 ° el with a ratio of the stator poles to the rotor poles of 3: 4, because a large part of the in den Pollücken auftretenden magnetischen Rotorfeldes zusätzlich auf die Statorpole gezogen würde. Es würde sichThe magnetic rotor field occurring in the pole gaps would also be drawn onto the stator poles. It would auf unerwünschte Weise eine Sehnungswirkung einstellen.set a visual effect in an undesirable way.

Bei den vorstehend geschilderten Motoren, aber auch allgemein bei kollektorlosen Gleichstrommotoren mit einer permanentmagnetischen Rotormagnetanordnung und einem eineIn the motors described above, but also generally in brushless DC motors with a permanent magnet rotor magnet arrangement and a one nichtüberlappend gewickelte Statorwicklung tragenden, genuteten Stator, der eine Folge von untereinander einstückigNon-overlapping wound stator winding, grooved stator, which is a series of one-piece with one another

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verbundenen, z.B. in üblicher Weise aus Dynamoblech aus- '■connected, e.g. made of dynamo sheet in the usual way gestanzten, Polen aufweist, ist es erwünscht, einerseitsstamped, having poles, it is desirable on the one hand die Nutöffnungen klein zu halten, andererseits aber eineto keep the slot openings small, but on the other hand one fertigungsgerechte Bewickelbarkeit sicherzustellen. Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen die Pole eine Folge von Zusatzpolen eingefügt ist,to ensure production-ready windability. This problem is solved according to the invention in that a sequence of additional poles is inserted between the poles, die als gesonderte Teile nachträglich mit dem Stator verbindbar sind. Während des Wickelvorganges werden die Zusatzpole weggelassen. Dadurch läßt sich die Wicklungwhich can be subsequently connected to the stator as separate parts. The additional poles are omitted during the winding process. This allows the winding problemlos in die Statornuten einbringen. Erst wenn dieeasily insert into the stator slots. Only when the Statorwicklungen ausgebildet sind, werden die ZusatzpoleStator windings are formed, the additional poles eingebracht. Diese nachträglich anbringbaren Zusatzpolebrought in. These subsequently attachable additional poles können zweckmäßig die vorstehend genannten unbewickeltencan expediently the aforementioned unwound Hilfspole bilden.Form auxiliary poles.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Zusatzpole in Aussparungen des Statorwicklungskerns einsetzbar. Während es sich bei letzterem zweckmäßig in herkömmlicher Weise um ein Blechpaket handelt, ist jeder Zusatzpol vorzugsweise als einteiliger Polkörper ausgebildet. Insbesondere können die Zusatzpole aus massivem Material oder als Sinterkörper ausgebildet sein. Weil die Zusatzpole entsprechend ihrer relativ kleinen Umfangserstreckung nur einen relativ kleinen magnetischen Fluß aufnehmen, bleiben nämlich Wirbelstromverluste selbst bei massiven Zusatzpolen gering. Die Herstellung aus Sintereisen hat den Vorteil, daß auf pulvermetallurgischem Wege sehr genaue Formen hergestellt werden können, ohne daß es einer nachträglichen spanenden Bearbeitung bedarf. Im übrigen stehen für elektrotechnische Anwendungen auch vorliegend geeignete silicierte Eisensorten zur Verfügung, wie sie ZtB, von der Firma Vakuumschmelze unter der Handelsbe- In a further embodiment of the invention, the additional poles can be inserted in cutouts in the stator winding core. While the latter is conveniently a laminated core in a conventional manner, each additional pole is preferably designed as a one-piece pole body. In particular, the additional poles can be made from solid material or as a sintered body. Because the additional poles take up only a relatively small magnetic flux in accordance with their relatively small circumferential extent , eddy current losses remain low even with massive additional poles. The production from sintered iron has the advantage that very precise shapes can be produced by powder metallurgy without the need for subsequent machining. In addition, there are also suitable siliconized iron types available for electrotechnical applications , such as ZtB, from the company Vakuumschmelze under the trade name

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- 9 zeichnung "Trafop&rm* auf den Markt gebracht werden. - 9 drawing "Trafop & rm * will be launched on the market.

Die Zusatzpole können vorteilhaft mit Aussparungen ausgestattet werden» die sich zur Aufnahme von Lagemeldesensoren eignen, bei denen es sich insbesondere um Hallgeneratoren» Hall-ICs oder ähnliche Magnetsensoren handeln kann. Bei der Anwendung der Sintertechnik können solche Aussparungen besonders einfach ausgebildet werden.The additional poles can advantageously be equipped with cutouts which are suitable for receiving position reporting sensors, which can in particular be Hall generators, Hall ICs or similar magnetic sensors. When using the sintering technique, you can such recesses are particularly simple.

Die Erfindung ist im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:The invention is preferred in the following by means of Embodiments explained in more detail. In the accompanying drawings show:

Fig. 1 schematisch eine Teilansicht einesFig. 1 schematically shows a partial view of a

Gleichstrommotors nach der Erfindung,DC motor according to the invention,

Fig. 2 eine Ansicht ähnlich Fig. 1 für eineFig. 2 is a view similar to FIG. 1 for a

abgewandelte Ausführungsform der Erfindung undmodified embodiment of the invention and

Fig. 3 einen Teilschnitt durch einen Hilfspol3 shows a partial section through an auxiliary pole

entsprechend der Linie III-III der Fig. 2.corresponding to the line III-III of Fig. 2.

Der dreiphasige kollektorlose Gleichstrommotor der Fig. 1 weist einen in nicht näher veranschaulichter Weise drehbar gelagerten Rotor 10 mit einer permanentmagnetischen Rotormagnetanordnung 11 auf. Die Rotormagnetanordnung 11 wird vorzugsweise von einem Gummimagnetstreifen gebildet, d.h. einem einteiligen Streifen aus einer Mischung von Hart-The three-phase brushless direct current motor of FIG. 1 has a rotatable in a manner not illustrated in detail mounted rotor 10 with a permanent magnetic rotor magnet arrangement 11. The rotor magnet assembly 11 is preferably formed by a rubber magnetic strip, i. e. a one-piece strip made of a mixture of hard

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ferrit, z.B. Bariumferrit» und elastischem Material. Der Magnetstreifen ist über die Polteilung trapezförmig oder annähernd trapezförmig bei relativ kleiner Pollücke radial magnetisiert. Er bildet im veranschaulichten Aus- führungsbeispiel vier Polpaare, die an ihrer äußeren Um fangsflache abwechselnd magnetische Nordpole 12 und mag netische Südpole 13 darstellen. Es versteht sich, daß auch andere magnetische Werkstoffe benutzt werden kön~ nen und daß die Rot'.rmagnetanordnung alternativ auch aus einzelnen Magnetplatten zusammengesetzt sein kann. ferrite, for example barium ferrite »and elastic material. The magnetic strip is trapezoidal or approximately trapezoidal with a relatively small pole gap magnetized radially over the pole pitch. In the exemplary embodiment illustrated, it forms four pairs of poles, which alternately represent magnetic north poles 12 and magnetic south poles 13 on their outer circumferential surface. It goes without saying that other magnetic materials can also be used and that the red magnet arrangement can alternatively also be composed of individual magnetic plates.

Der Rotor 10 ist von einem Stator 15, vorzugsweise in Form eines lamellierten Blechpakets, unter Bildung eines zylindrischen Luftspalts 16 umfaßt. Von dem StatorThe rotor 10 is encompassed by a stator 15, preferably in the form of a laminated core, with the formation of a cylindrical air gap 16. From the stator 15 ist nur die eine Hälfte dargestelltt die andere Hälfte ist dazu entsprechend symmetrisch ausgebildet. Der Stator 15 weist sechs T-förmige Hauptpole 17 auf. Jede15 only one half is shown, the other half is correspondingly symmetrical for this purpose. Of the Stator 15 has six T-shaped main poles 17. Every

der dem Luftspalt 16 zugewendeten Pol flächen 18 der ι { Hauptpole 16 erstreckt sich über einen Winkel von 180° el,of the air gap 16 facing pole faces 18 of the ι {Main pole 16 extends over an angle of 180 ° el,

d.h. die Breite jedes der sechs Hauptpole am Luftspalt ist gleich der Breite jeder der acht Rotorpole 12, 13. Auf diese Weise entstehen zwischen den Hauptpolen 17 am Luftspalt 16 Lücken, die jeweils 60° el breit sind. Diese Lükken werden von Hilfspolen 19 im wesentlichen ausgefüllt, d.h. die Pol flächen 20 der Hilfspole 19 erstrecken sich über eine Breite von nahezu 60° ei} sie enden in Umfangsrichtung in kurzem Abstand von der jeweils benachbarten Hauptpolfläche 18. Jeder der Hauptpole 17 trägt eine Sta torspule, von denen in Fig. 1 die drei Statorspulen 22, ■ 23, 24 dargestellt sind. Entsprechende Statorspulen, die that is, the width of each of the six main poles at the air gap is equal to the width of each of the eight rotor poles 12, 13. In this way, between the main poles 17 at the air gap 16, gaps are created which are each 60 ° el wide. These gaps are essentially filled by auxiliary poles 19, ie the pole surfaces 20 of the auxiliary poles 19 extend over a width of almost 60 ° ei} they end in the circumferential direction at a short distance from the respective adjacent main pole surface 18. Each of the main poles 17 carries a Sta gate coil, of which in Fig. 1 the three stator coils 22, ■ 23, 24 are shown. Corresponding stator coils that

ι mit der jeweils diametral gegenüberliegenden Statorspuleι with each diametrically opposite stator coil

22 bzw. 23 bzw. 24 in Reihe geschaltet sein können, sitzen 22 or 23 or 24 can be connected in series, sit

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auf den drei nichtveranschaulichten Hauptpolen. Die Statorspulen bilden insgesamt eine in Stern geschaltetet dreisträngige Statorwicklung, deren Wicklungeteile sich nicht gegenseitig überlappen. Dadurch werden besonders kurze Wickelkopf» erhalten, was nicht nur aus Platzgründen vorteilhaft ist, sondern auch zu niedrigem Wicklungen widerstand führt. Der Sternpunkt der Statorwicklung ist bei der Anordnung nach Pig, 1 über eine Leitung 25 an die positive Seite +U_ß einer Versorgungspannungaquelle angeschlossen! er steht mit jeweils einem Ende der Spulen 22, 23t 24 in Verbindung, während das andere Ende dieser Spulen über jeweils einen Halbleiterschalter 26t 27 bzw, 28 mit der negativen Seite -f/_fl der Versorgungsspannungaquel-Ie verbunden werden kann. Jeder der Halbleiterschalter 26t 27t 28 wird für den Kommutierungsvorgang von jeweils einem magnetfeldempfindlichen Lagemeldesensor 30» 31, 32 angesteuert. Bei den Lagemeldesensoren kann es sich insbesondere um Hallgeneratoren oder Hall-ICs handeln, die ihrerseits von der Rotormagnetanordnung 11 gesteuert sind. on the three main poles not illustrated. The stator coils together form a star-connected three-strand stator winding, the winding parts of which do not overlap one another. As a result, particularly short winding heads are obtained, which is not only advantageous for reasons of space, but also leads to low winding resistance. In the arrangement according to Pig, 1, the star point of the stator winding is connected to the positive side + U _{ß of} a supply voltage source via a line 25! it is connected to one end of each of the coils 22, 23t 24, while the other end of these coils can be connected to the negative side -f / _{fl of} the supply voltage source-Ie via a semiconductor switch 26t 27 or 28. Each of the semiconductor switches 26t 27t 28 is actuated for the commutation process by a respective magnetic field-sensitive position reporting sensor 30 »31, 32. The position reporting sensors can in particular be Hall generators or Hall ICs, which in turn are controlled by the rotor magnet arrangement 11.

Aufgrund der geometrischen Gegebenheiten läßt sich derDue to the geometric conditions, the Lagemeldesensor 30 am Stator entlang dem Luftspalt 16Position reporting sensor 30 on the stator along the air gap 16 an acht unterschiedlichen Stellungen anordnen, von denen in Fig. 1 vier Stellungen mit 30a, 30b, 30c und 3Odarrange in eight different positions, of which in Fig. 1 four positions with 30a, 30b, 30c and 30d bezeichnet sind. Die vier weiteren möglichen Stellungenare designated. The four other possible positions liegen den veranschaulichten Stellungen jeweils diametralare diametrically opposed to the illustrated positions gegenüber. Es wurde gefunden, daß eine Beeinflussung deropposite to. It has been found that influencing the ||

Lagemeldesensoren durch das Feld der Statorspulen und ei- ?■■ ne dadurch verursachte unerwünschte Verschiebung der Position reporting sensors through the field of the stator coils and an undesired shift of the

Kommutierungszeitpunkte dadurch auf einfache Weise ver-Commutation times are thereby easily §§

mieden werden kann, daß die Lagemeldesensoren 30, 31, 32it can be avoided that the position reporting sensors 30, 31, 32 %%

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am Luftspalt 16 so angeordnet sind, daß jeweils derjenige Lagemeldesensor, welcher die Kommutierung des Wicklungsstromes von einem zu eine« anderen Wicklungsstrang bewirkt , dort angebracht ist, wo weder vor noch nach dem Kommutierungsvorgang eine sttomdurchflossene Spule liegt. Der Lagemeldesensor 30 bewirkt die Kommutierung von der Statorspule 22 zur Statorspule 23 durch Sperren des Halbleiterschalters 26 und Aufsteuern des Halbleiterschalters 27. Die vorstehend genannte Bedingung ist füt den Lage* meldesensor 30 erfüllt* wenn dieser an den Positionen 30a oder 30c angeordnet wirdt sie ist dagegen nicht erfüllt an den Positionen 30b und 3Od. Die Position 30a liegt auf der Radialsymmetrieachse des Hauptpols 1?» der die Spule 24 trägt* d.h. diejenige Spule, welche an dem von dem Lagemeldesensor 30 ausgelösten Kommutierungsvorgang unbeteiligt ist. Die zweite günstige Position 30c für den Lagemsldesensor 30 befindet sich unter demjenigen Hilfspol 19, der zwischen den benachbarten Statorspulen 22, 23 liegt, zwischen denen der Wicklungsstrom unter dem Einfluß des Lagemeldesensors 30 kommutiert wird. Dagegen scheiden nach der vorstehenden Bedingung die Positionen 30b und 3Od für den Lagemeldesensor 30 aus. An der Position 30b würde der Lagemeldesensor 30 nach dem Kommutierungsvorgang von dem Magnetfeld der Spule 23 beaufschlagt, während an der Position 3Od eine Beaufschlagung des Sensors 30 von der Spule 22 vor iem Kommutierungsvorgang erfolgen würde. are arranged at the air gap 16 in such a way that the position sensor which commutates the winding current from one to another winding phase is attached where there is no current-carrying coil either before or after the commutation process. The position reporting sensor 30 causes the commutation of the stator coil 22 to the stator coil 23 by blocking the semiconductor switch 26 and turning on the semiconductor switch 27. The above condition is fulfilled for the position reporting sensor 30 * if it is located at positions 30a or 30c, it is against it not fulfilled at positions 30b and 30d. The position 30a lies on the radial symmetry axis of the main pole 1? » that carries the coil 24 * ie that coil which is not involved in the commutation process triggered by the position reporting sensor 30. The second favorable position 30c for the position sensor 30 is located under that auxiliary pole 19 which lies between the adjacent stator coils 22, 23, between which the winding current is commutated under the influence of the position sensor 30. On the other hand, according to the above condition, positions 30b and 30d for position reporting sensor 30 are ruled out. At position 30b, position reporting sensor 30 would be acted upon by the magnetic field of coil 23 after the commutation process, while at position 30b, sensor 30 would be acted upon by coil 22 before the commutation process.

Entsprechendes gilt für die beiden anderen Lagemeldesensoren 31, 32, deren prinzipiell mögliche Stellungen innerhalb des veranschaulichten Bereiches von 180° mech mitThe same applies to the other two position reporting sensors 31, 32, whose possible positions in principle are within the illustrated range of 180 ° mech

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313, 31b, 31c, 31d bzw. 32a, 32b, 32c, 32d bezeichnet sind. Von diesen Positionen erfüllen wiederum nur die Stellungen 31a*' 31c und 32a, 32c die vorliegend vorgesehene Bedingung* 313, 31b, 31c, 31d and 32a, 32b, 32c, 32d, respectively . Of these positions, only positions 31a * '31c and 32a, 32c meet the condition provided here *

Die vorstehende Erläuterung der Fig» 1 geht von einem dreipulsigen Betrieb, d.h. dem Einschalten jeweils nur •ines der drei Wicklungsstränge, aus» wobei jeder Wick·' lungsstrang von Strom immer in gleicher Richtung durchflossen wird. Die Statorspulen 22« 23% 24 und die Halb" leiterschalter 26» 21, 28 bilden dabei eine Schaltungs· anordnung» die ale Halbbrücke bezeichnet werden kann. Die Erfindung ist jedoch darauf nicht beschränkt. Der erläuterte Motor kann vielmehr auch mit einer Vollbrükkenschaltung arbeiten* die eine Umkehrung der Richtung der Wicklungsströme erlaubt (eine solche Vollbrückenschaltung ist beispielsweise aus Fig. 6B der DE-OS 30 44 027 bekannt), und der Motor kann sechspulsig betrieben werden, wobei dann gleichzeitig jeweils zwei Wicklungsstränge bestromt werden. Anhand der Fig* I kann man sich klarmachen, daß bei einem sechspulslgen Betrieb jedoch nur noch die Positionen 30c* 31c, 32c den Bedingung genügen, daß der Lagemeldesensor * welcher die Kommutierung von einem zu einem anderen Wicklungsstrang bewirkt, in dem Statorbereich angebracht sein soll, in welchem weder vor noch nach dem Kommutierungsvorgang eine stromdurchflossene Spule liegt. The above explanation of FIG. 1 is based on three-pulse operation, ie switching on only one of the three winding phases, with current always flowing through each winding phase in the same direction. The stator coils 22, 23% 24 and the semi- conductor switches 26, 21, 28 form a circuit arrangement which can be referred to as a half bridge. However, the invention is not limited to this. The motor explained can also work with a full bridge circuit * which allows the direction of the winding currents to be reversed (such a full bridge circuit is known, for example, from Fig. 6B of DE-OS 30 44 027), and the motor can be operated with six pulses, with two winding phases being energized at the same time you can make it clear that with six-pulse operation, however, only positions 30c * 31c, 32c meet the condition that the position sensor *, which causes the commutation from one to another winding phase, should be installed in the stator area in which neither is before there is still a current-carrying coil after the commutation process.

Die Verwendung von mindestens acht Dauermagnetpolen hatHas the use of at least eight permanent magnet poles im übrigen den Vorteil, daß die auf die Rotorwelle einwirkenden Kräfte symmetrisch bezüglich der MotorachseMoreover, the advantage that the forces acting on the rotor shaft are symmetrical with respect to the motor axis sind.are.

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Die weitgehende Schließung der den zylindrischen Luftspelt 16 begrenzenden Statorfläche durch die Hilfspole , 19 let in hohem Maße etwünSGht, weil bei tfeglassung der The extensive closure of the stator surface delimiting the cylindrical air gap 16 by the auxiliary poles 19 is possible to a large extent , because if the

\, Hilfepole 19 ein großer Teil des bei \, Help pole 19 a large part of the at der the veranschaulich'illustrate '

ten Bauweise auf die Hilfspole übergehenden magnetischenth construction on the auxiliary poles merging magnetic

Rotorfeldes zusätzlich auf die Hauptpole 17 hingexogenThe rotor field is also exogenous to the main poles 17 würde» Diese würde funktionsmäßig so wirken_t ala wären die Polflächen 18 der Hauptpole 17 wesentlich breiterwould "These would act functionally as _t ala would be the pole faces 18 of the main poles 17 substantially wider

!'; als IBO" el» was einer Sehnung gleichkommen würde. Aus- ! '; as IBO " el" which would be tantamount to a longing.

' serdem würde starkes kucken auftreten. Beides wird durchIn addition, strong stare would occur. Both will go through

' die Hilfspole 19 vermieden* Andererseits behindern die ' the auxiliary poles 19 avoided * on the other hand, the hinder

Hilfspole 19 aber das Einbringen der einander nichtAuxiliary pole 19 but not bringing in each other

< überlappenden Spulen 22» 23» 24 in die betreffenden Sta- < overlapping coils 22 »23» 24 in the relevant sta-

^i: · tornuten 34, ^i: · slot 34,

Um einerseits die Nutöffnungen zwischen den Hauptpolflächen 18 klein zu halten» andererseits aber für eine fertigungsgerechte Bewickelbarkeit des Stators zu sorgen» sind bei dem dreiphasigen kollektorlosen Gleichstrommotor nach Fig. 2 (wo der Rotor der Einfachheit halber nicht dargestellt ist), die Hilfspole nicht zusammen mit den Hauptpolen aus den Blechen des Statorblechpakets ausgestanzt, sondern als gesonderte Polkörper 36 ausgebildet, die nachträglich in entsprechende Aussparungen 37 des Statorblechpakets 38 eingesetzt werden können. Die Hauptpole 17 werden bei dieser Aus fuhrungsform mit den Statorspulen 22· 22'» 23» 23' und 24, 24' bewickelt, während die die Hilfspole 19 bildenden Polkörper 36 noch nicht eingesetzt sind. Erst nach dem Bewickeln der Hauptpole werden die Polkörper 36 in die Aussparungen 37 eingesteckt, um die Nutöffnungen 39 In order to keep the slot openings between the main pole faces 18 small on the one hand, but on the other hand to ensure that the stator can be wound in accordance with production requirements, the auxiliary poles of the three-phase brushless DC motor according to FIG the main poles are punched out of the laminations of the stator lamination stack, but rather formed as separate pole bodies 36 which can be inserted into corresponding recesses 37 of the stator lamination stack 38 afterwards. In this embodiment, the main poles 17 are wound with the stator coils 22 · 22 '»23» 23' and 24, 24 ', while the pole bodies 36 forming the auxiliary poles 19 are not yet inserted. Only after the main poles have been wound are the pole bodies 36 inserted into the recesses 37 around the slot openings 39

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im wesentlichen zu schließen. Die Polkörper 36 bestehenessentially close. The pole bodies 36 are made vorzugsweise aus nichtgeblechtem, massivem Material. Dapreferably made of non-laminated, solid material. There die Bilfspole entsprechend ihrer relativ kleinen Umfangserstreckung von 60° el gegenüber der Umfangserstreckungthe Bilfspole according to its relatively small circumferential extent of 60 ° el compared to the circumferential extent von 180° el der Hauptpolflächen 18 nur einen relativof 180 ° el of the main pole faces 18 only one relative kleinen magnetischen Fluß aufnehmen, führen Polkörperabsorb small magnetic flux, lead polar bodies 36 aus massivem Material nicht zu wesentlichen Wirbelstromverlusten. Die Polkörper 36 können vorteilhaft36 made of solid material does not lead to significant eddy current losses. The pole bodies 36 can advantageously auch aus Sinterwerkstoff, insbesondere Sintereisen, gefertigt sein. Der Sintervorgang erlaubt die Herstellungalso be made of sintered material, in particular sintered iron. The sintering process allows production von maßgenauen Formen ohne nachträgliche Bearbeitung.of dimensionally accurate shapes without subsequent processing. Geeignet sind für die Polkörper 36 ferner silicierteAlso suitable for the pole bodies 36 are those that are siliconized Eisensorten, wie sie beispielsweise unter der Bezeichnung "Trafoperm' von der Firma Vakuumschmelze auf denTypes of iron, such as those under the name "Trafoperm" from the company Vakuumschmelze on the Markt gebracht werden.Market.

Die zur Bildung der unbewickelten Hilfspole 19 vorgesehenen Polkörper 36 können vorteilhaft mit AussparungenThe pole bodies 36 provided for forming the unwound auxiliary poles 19 can advantageously have recesses 40 (Fig. 3) zur Aufnahme der Lagemeldesensoren 30, 31,40 (Fig. 3) for receiving the position reporting sensors 30, 31, 32 versehen sein. Insbesondere bei der Fertigung der Polkörper 36 im Sinterverfahren erfordert dies praktisch keinen fertigungstechnischen Mehraufwand.32 be provided. In particular when manufacturing the pole bodies 36 in the sintering process, this requires practically no additional manufacturing effort.

Es versteht sich, daß bei der Anordnung nach Fig. 2 derIt goes without saying that in the arrangement of FIG Rotor in der gleichen Weise wie im Falle der Fig. 1 ausgebildet sein kann. Während die Fign. 1 und 2 Innenläufermotoren veranschaulichen, versteht es sich ferner, daß dieRotor can be designed in the same way as in the case of FIG. While FIGS. 1 and 2 illustrate internal rotor motors, it is also understood that the vorstehend erläuterten Maßnahmen in gleicher Weise auchthe measures explained above in the same way bei Außenläufermotoren mit Vorteil vorgesehen werden können.can be provided with advantage for external rotor motors.

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Claims

PATENTANWALT.DtPLViNGt GfelCftXRD SCHWAN ELFENSTRASSE 32 · D-8000 AAQNCHEN 83 DE-310 Papst-MotorenGmbH & Co. KG 7742 St.Georgen / Schwärzw. Expectations

1. Dreiphasiger kollektorloser Gleichstrommotor mit einer1. Three-phase brushless DC motor with a mindestens zwei Polpaare aufweisenden permanentmagnetischen Rotormagnetanordnung und einer in Stern geschalteten, dreisträngigen Statorwicklung, deren Wicklungsstränge in Nuten eines genuteten Stators nichtüberlappend angeordnet sind und deren Ströme über mindestensat least two pole pairs having permanent magnetic rotor magnet arrangement and a star-connected, three-strand stator winding, the winding strands of which are arranged in slots of a grooved stator in a non-overlapping manner and their currents over at least drei Halblriterelemente durch mindestens drei magnetfeldemptindJiche Lagemeldesensoren gesteuert sind, diethree half-liter elements are controlled by at least three magnetic field-sensitive position sensors that ihrerseits durch die Rotormagnetanordnung gesteuertin turn controlled by the rotor magnet arrangement sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagemeldesensoren (30, 31, 32) in Statorumfangsrichtung mit i>ezugare, characterized in that the position reporting sensors (30, 31, 32) in the circumferential direction of the stator with i> ezug auf die Statorwicklungsstränge derart verteilt angeordnet sind, daß jeweils derjenige Lagemeldesensor, welcher die Kommutierung des Wicklungsstromes von einemare arranged on the stator winding strands distributed in such a way that in each case that position reporting sensor, which the commutation of the winding current from a zu einem anderen Wicklungsstrang bewirkt, in dem Statorbereich (30a, 30c, 31a, 31c, 32a, 32c) angebrachtcauses to another winding phase, attached in the stator area (30a, 30c, 31a, 31c, 32a, 32c) ist, in dem weder vor noch nach dem Kommutierungsvorgang eine stromdurchflossene Spule (22, 23, 24) liegt.is in which there is no current-carrying coil (22, 23, 24) either before or after the commutation process.

2. Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Statorpole (17) zu der Anzahl2. DC motor according to claim 1, characterized in that the number of stator poles (17) to the number der Rotorpole (12, 13) im Verhältnis 3:4 steht undthe rotor poles (12, 13) has a ratio of 3: 4 and jeder der Statorpole eine Breite von im wesentlicheneach of the stator poles has a width of substantially 180° el hat.180 ° el has.

FERNSPRECHER: 0e9/60110ef, -'TfI₁IK, Sl tf Sf «Ipi« ■ K/KBEL: ELECTRICPATENT MÜNCHENTELEPHONE: 0e9 / 60110ef, -'TfI ₁ IK, Sl tf Sf «Ipi« ■ K / KBEL: ELECTRICPATENT MUNICH

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3. DC motor according to claim 1 or 2, characterized in »that the position sensors are in the circumferential direction essentially in the middle (at 30c, 31c, 32c) between the adjacent coils, between which the commutation of the winding current takes place under the influence of the relevant position sensor .

4. DC motor according to claim 1 or 2, characterized in that the position sensors (30, 31, 32) are substantially on the Radialsymmetrieaclfse (at 30a, 31a, 32a) of the stator pole (17) which carries the coil which is attached to the is not involved in the commutation process triggered by the relevant position signaling sensor.

5. Gleichstrommotor nach einem der vorhergehenden Ansprüehe, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor als dreipulsiger Motor ausgelegt ist.5. DC motor according to one of the preceding claims, characterized in that the motor is designed as a three-pulse motor.

6. Gleichstrommotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dei' Motor als sechspulsiger Motor mit mindestens vier Magnetpolpaaren (12, 13) ausgelegt ist.6. DC motor according to claim 3, characterized in that the motor is designed as a six-pulse motor with at least four magnetic pole pairs (12, 13).

7. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der in Umfangsrichtung an Luftspalt (16) verbleibende Raum zwischen jeweils zwei benachbarten, vorzugsweise 180° el breiten Statorpolen (17) von einem unbewickelten Statorhilfspol (19) im wesentlichen ausgefüllt ist.7. DC motor according to one of claims 2 to 6, characterized in that the in the circumferential direction at air gap (16) remaining space between each two adjacent, preferably 180 ° el wide stator poles (17) from an unwound auxiliary stator pole (19) is essentially completed.

8. Kollektorloser Gleichstrommotor mit einer permanentmagnetischen Rotormagnetanordnung und einem eine nichtüber8. Commutatorless DC motor with a permanent magnet rotor magnet arrangement and a non-over lappend gewickelte Statorwicklung tragenden* genutetenlobed stator winding bearing * grooved Stator* Stator* der the eine Folge von untereinander einstückig verbundenen Polen aufweist, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche* dadurch gekennzeichnet» daß zwischen die Pole (17) eine Folge von has a sequence of poles connected to one another in one piece, in particular according to one of the preceding claims * characterized in that between the poles (17) a sequence of Zusatzpolen (19) Additional poles (19) eingefügt inserted ist» die als is »the as gesonderte separate Teile nachträglich mit dem Stator verbindbar sind»Subsequently share with the Stator are connectable »

9* Gleichstrommotor nach Ansprüchen 7 und 8» dadurch ge kennzeichnet* 9 * DC motor according to claims 7 and 8 »thereby ge indicates * daß that die Zusatzpole (19) die unbewickelten Hilfspole bilden»the additional poles (19) form the unwound auxiliary poles »

10» Gleichstrommotor nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet* daß die Zusatzpole (19) in Aussparungen (37) des Stators (38) einsetzbar sind»10 »DC motor according to claim 8 or 9, characterized * that the additional poles (19) in recesses (37) of the stator (38) can be used »

11» Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 8 bis 10, da durch gekennzeichnet» 11 »DC motor according to one of claims 8 to 10, there marked by » daß that jeder Zusatzpol (19) als einteiliger Polkörper (36) ausgebildet ist.each additional pole (19) is designed as a one-piece pole body (36).

12. Gleichstrommotor nach Anspruch 11» dadurch gekennzeichnet* daß die Zusatzpole (19) aus massivem Material gefertigt sind»12. DC motor according to claim 11 »characterized * that the additional poles (19) are made of solid material»

13 * DC motor according to claim 12, characterized in that the additional poles (19) are designed as sintered bodies | det are. ' I.

14. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzpole (19) mit Aus-14. DC motor according to one of claims 8 to 13, characterized in that the additional poles (19) with Aus

sparungen (40) zur Aufnahme ve? Lagemeldesensoren (30, 31% 32) savings (40) for inclusion ve? Position sensors (30, 31% 32) versehen sind»are provided »