DE9102750U1 - Elektromotor, insbesondere bürstenloser Gleichstrommotor - Google Patents

Description

Elektromotor, insbesondere bürstenloser Gleichstrommotor

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf einen Elektromotor, insbesondere bürstenlosen Gleichstrommotor, mit einem mehrpoligen Rotor und einem mehrpoligen Stator mit von Statorwicklungen umgebenen, radial zum Rotor weisenden Statorpolen, wobei sich sowohl die Rotorpole als auch die Statorpole in Richtung der Rotorachse in Radialebenen der Rotorachse erstrecken, wobei die Rotorpole in axialer Richtung des Rotors geteilt und um einen bestimmten Winkel gegeneinander versetzt sind.

In der DE-OS 39 11 602 ist bereits beschrieben, daß man das Rastmoment vermindern könne, indem man Ankermagnete verwendet, die in axialer Richtung des Ankers geteilt und um bestimmte Winkel gegeneinander versetzt sind. Hierdurch werde in gewissem Umfang eine Schrägung des Ankers nachgebildet. Es sei auch möglich, die Nuten im Ständer schräg zur Drehachse des Motors anzuordnen. In der gleichen Offenlegungsschrift ist als weiteres Mittel zur Herabsetzung des Rastmomentes vorgeschlagen, eine ungerade Anzahl von Nuten im Stator vorzusehen. Wenngleich es durch solche, teilweise baulich aufwendigen Maßnahmen möglich ist, das Rastmoment zu verringern, haben diese Maßnahmen in aller Regel zur Folge, daß auch das Motormoment zurückgeht.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Elektromotor der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß bei möglichst geringer Abnahme des Motordrehmomentes das Rastmoment beträchtlich verringert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jeder Pol genau zwei gegeneinander versetzte Polhälften aufweist, die in Umfangsrichtung um 1/8 bis 3/8 der in Umfangsrichtung gemessenen Polbreite eines Rotorpols gegeneinander versetzt angeordnet sind.

Auf diese Weise läßt sich das Rastmoment beträchtlich verringern, ohne daß zwangsläufig ein hoher Drehmomentverlust einhergeht. Sehr wesentlich ist hierbei, daß die Pole nur in zwei Polhälften aufgeteilt werden, obwohl prinzipiell auch eine Teilung der Pole in drei oder mehr Abschnitte denkbar wäre. Eine solche weitere Aufteilung würde jedoch einen starken Drehmomentverlust bedeuten, ohne daß das Rastmoment noch wesentlich weiter gesenkt werden könnte.

Es ist zwar aus dem Bereich der Schrittmotoren bekannt, die Rotorpole in axialer Richtung aufzuteilen und gegeneinander zu versetzen. Dort dient der Versatz jedoch nur dazu, eine feinere Sehritteilung des Schrittmotors zu erreichen. Eine Verringerung des Rastmomentes wird damit nicht erreicht und soll auch nicht erreicht werden, da bei den Schrittmotoren ein hohes Rastmoment erwünscht ist, um ausreichende Haltekräfte aufzubringen.

In bevorzugter Weise wählt man einen Versatz von 1/4 der Polbreite. Versuche haben hierzu ergeben, daß bei einem Versatz von 1/4 der Polbreite eine Verringerung des Rastmomentes auf weniger als 30% erreicht werden kann, während das Drehmoment nur um weniger als 5% zurückgeht. Bei einem größeren Versatz als 1/4 der Polbreite steigt das Rastmoment wieder an, so daß ein Versatz von 1/4 der Polbreite als Optimum angesehen werden kann. Eine weitere Verdrehung liefert zwar bei 3/4 der Polbreite ein weiteres Minimum, dann ist allerdings auch das Drehmoment auf einen

wesentlich schlechteren Wert abgesunken.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weisen die hintereinander liegenden Polhälften in ümfangsrichtung die gleiche Breite auf.

Besonders einfach läßt sich der Motor herstellen, wenn die Rotorpole durch Permanentmagnete gebildet sind.

Hierbei hat es sich als günstig herausgestellt, wenn die Permanentmagnete auf einem rohrförmigen Träger befestigt sind, wodurch die Trägheitsmomente des Rotors gering gehalten werden können.

Im folgenden wird anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung einen Querschnitt durch den Motor,

Fig. 2 in perspektivischer Ansicht den Rotor des Motors aus Fig. 1,

Fig. 3 in einem Längsschnitt den Stator des Motors aus Fig. 1, und

Fig. 4 eine grafische Darstellung des Zusammenhangs zwischen Rastmoment und Versatz der Polhälften des Rotors aus Fig. 2.

In der Zeichnung ist ein elektrischer Servomotor dargestellt, der als bürstenloser Gleichstrommotor betrieben wird. Winkelgeber und andere für die Ansteuerung erforderliche Bauteile sind der Übersichtlichkeit halber

nicht dargestellt.

Fig. 1 zeigt in schematischer Ansicht einen Schnitt durch einen solchen Motor. Es ist zu erkennen, daß der Servomotor einen Stator 1 und einen darin drehbar angeordneten Rotor 2 umfaßt. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel umfaßt der Stator insgesamt zwölf radial nach innen gerichtete Statorpole 3, die in Richtung der Rotorachse 4 in Radialebenen zur Rotorachse 4 verlaufen, wie auch aus dem Längsschnitt aus Fig. 3 hervorgeht. Die Statorpole 3 sind von Statorwicklungen 5 umgeben.

Der Rotor 2 besteht aus einem rohrförmigen Grundkörper 6, auf welchem Permanentmagnete als Pole 7 aufgeklebt sind. Die Rotorpole 7 erstrecken sich ebenso wie die Statorpole 3 in Achsrichtung des Rotors. Insgesamt sind acht Rotorpole 7 vorhanden, die sich in ihrer Polung stets abwechseln.

Wie besonders gut aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist der Rotor

2 etwa in seiner Längsmitte geteilt, wobei die beiden Rotorhälften um einen bestimmten Betrag gegeneinander versetzt sind, wonach der Rotor 2 dann wieder zusammengesetzt ist. Daraus ergibt sich, daß die Rotorpole 7 aus jeweils zwei Polhälften 8 und 9 bestehen, die in axialer Richtung hintereinander angeordnet und in ümfangsrichtung des Rotors 2 gegeneinander versetzt sind. Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt der gewählte Versatz zwischen der vorderen und der hinteren Polhälfte 8 bzw. 9 ein Viertel der in Umfangsrichtung gemessenen Breite B eines Rotorpols 7.

Die in Umfangsrichtung gemessene Polbreite b der Statorpole

3 beträgt etwa die Hälfte der Breite B der Rotorpole. Der Abstand zwischen den jeweiligen Statorpolen entspricht betragsmäßig dem Abstand zwischen zwei Rotorpolen 7 und

beträgt ebenfalls b.

Die Auswirkung der versetzten Anordnung der Polhälften 8 und 9 des Rotors 2 auf das Rastmoment des Motors wird im folgenden anhand des in Fig. 4 dargestellten Diagramms beschrieben. Dargestellt ist das Verhältnis des aktuellen Rastmomentes bezogen auf das Rastmoment bei einem Null-Versatz gegenüber dem Versatz der beiden Polhälften 8 und 9 bezogen auf die Polbreite der Rotorpole 7. Aus dem Diagramm ist somit zu erkennen, daß bei einem Null-Versatz das Rastmoment 100% beträgt, während es bei einem Versatz von 1/8 der Polbreite B bereits auf ca. 70% zurückgeht. Völlig überraschend ist, daß das Rastmoment bei einem Versatz von 1/4 der Polbreite B auf einen Betrag unter 25% zurückgeht. Bei einem größeren Versatz steigt hingegen das Rastmoment wieder in dem gleichen Maße an, wie es vorher abgenommen hat. Diese Beziehung gilt nicht nur, wenn die beiden hintereinander angeordneten Polhälften, wie in Fig. 4 dargestellt, gleichgepolt sind; die Beziehung gilt vielmehr auch dann, wenn die Polhälften 8 und 9 eines Poles 7 entgegengesetzt gepolt sind. Anzumerken ist an dieser Stelle, daß das Motordrehmoment, bezogen auf ein Motormoment bei einem Null-Versatz weit weniger abnimmt als das Rastmoment. Bei einem Versatz von 1/4 der Polbreite B beträgt die Abnahme des Motormomentes lediglich ca. 5%.

Nachzutragen bleibt noch, daß ein weiteres Minimum des Rastmomentes bei einem Versatz der Polhälften 8 und 9 bei 3/4 der Polbreite B zu erwarten ist.

Claims (6)

Elektromotor, insbesondere bürstenloser Gleichstrommotor Schutzansprüche

1. Elektromotor, insbesondere bürstenloser

Gleichstrommotor, mit einem mehrpoligen Rotor (2) und einem mehrpoligen Stator (1) mit von Statorwicklungen (5) umgebenen, radial zum Rotor weisenden Statorpolen (3), wobei sich sowohl die Rotorpole (7) als auch die Statorpole 1,3) in Richtung der Rotorachse (4) in Radialebenen der Rotorachse (4) erstrecken, wobei die Rotorpole in axialer Richtung des Rotors geteilt und um einen bestimmten Winkel gegeneinander versetzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Pol (7) genau zwei gegeneinander versetzte Polhälften (8, 9) aufweist, die in Umfangsrichtung um 1/8 bis 3/8 der in Umfangsrichtung gemessenen Polbreite (B) eines Rotorpols (7) gegeneinander versetzt angeordnet sind.

2. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß der Versatz 1/4 der Polbreite (B) beträgt.

3. Elektromotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die hintereinander liegenden Polhälften (8, 9) gleiche Polung aufweisen.

4. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die hintereinander liegenden Polhälften (8, 9) in Umfangsrichtung die gleiche Breite (B) aufweisen.

5. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorpole (7) durch Permanentmagnete gebildet sind.

6. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete auf einem rohrförmigen Träger (6) befestigt sind.