EP2834909A2 - Elektromotor - Google Patents

Elektromotor

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Publication number
EP2834909A2
EP2834909A2 EP13716244.2A EP13716244A EP2834909A2 EP 2834909 A2 EP2834909 A2 EP 2834909A2 EP 13716244 A EP13716244 A EP 13716244A EP 2834909 A2 EP2834909 A2 EP 2834909A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electric motor
stator
asymmetry
motor according
pole
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP13716244.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Helmis
Michael Krappel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mahle International GmbH
Original Assignee
Mahle International GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mahle International GmbH filed Critical Mahle International GmbH
Publication of EP2834909A2 publication Critical patent/EP2834909A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/14—Stator cores with salient poles
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K21/22—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating around the armatures, e.g. flywheel magnetos
    • H02K21/222—Flywheel magnetos
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K29/00—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
    • H02K29/03—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with a magnetic circuit specially adapted for avoiding torque ripples or self-starting problems
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2201/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the magnetic circuits
    • H02K2201/03—Machines characterised by aspects of the air-gap between rotor and stator

Definitions

  • the present invention relates to an electric motor according to the preamble of claim 1.
  • the invention also relates to a hydraulic pump equipped with such an electric motor.
  • an electric motor with rotor and stator which has an outer part and an inner part, which are arranged concentrically to a rotation axis and are rotatable relative to each other about this axis of rotation.
  • the known electric motor is configured as an external rotor, so that the outer part forms an outer rotor and the inner part forms an inner stator.
  • the outer rotor is assembled from four permanent magnets.
  • the inner stator has four polar arms, each carrying an electric coil.
  • the known electric motor is designed symmetrically overall in the circumferential direction.
  • the present invention is concerned with the problem of providing for an electric motor of the aforementioned type or for a hydraulic pump equipped therewith with an improved embodiment, which is characterized by an improved starting behavior and / or by a simple structure.
  • the invention is based on the general idea, in the electric motor, only the stator, in particular in the circumferential direction, to make asymmetric, while the rotor, in particular in the circumferential direction, is designed symmetrically.
  • the asymmetry in the stator results in an improved starting behavior.
  • asymmetry on the stator is much easier to achieve than on the rotor. This results in a simplified and thus cheaper production for the electric motor presented here.
  • the respective symmetry or asymmetry in the circumferential direction designates a uniform, ie symmetrical, or non-uniform, ie asymmetric, distribution of the electromagnetic forces acting to drive the rotor in the circumferential direction.
  • an asymmetric stator may be point-symmetrical with respect to the axis of rotation, while a symmetrical rotor is in particular mirror-symmetrical.
  • An asymmetric rotor or stator is in particular not mirror-symmetrical.
  • the symmetries or asymmetries described here can therefore also be referred to as electromagnetic symmetry or asymmetry.
  • the electric motor presented here is preferably a single-phase motor. In principle, however, it may also be a two-phase motor.
  • the electric motor presented here is preferably a DC motor. Alternatively, it may in principle also be an AC motor.
  • the electric motor according to the invention is an electrically commutated motor.
  • the electric motor may be a brushless DC motor (BLDC).
  • the electric motor presented here is designed as an external rotor, so that the outer part is designed as an outer rotor, while the inner part is designed as an inner stator. Since, according to the invention, only the stator is asymmetrical, while the rotor is symmetrical, no imbalance in the external rotor can occur in the external rotor even at high speeds due to the asymmetry. Thus, a simplified start-up can be realized for the external rotor. In principle, however, the electric motor presented here can also be designed as an inner rotor, so that then the inner part forms an inner rotor, while the outer part forms an outer stator.
  • the asymmetry of the stator can be used in conjunction with a corresponding control, which monitors the current flow to the electric motor, to determine the current rotational position between the rotor and stator. In this way, the controller always knows the rotational position between the inner part and the outer part and can monitor in particular the current speed and possibly regulate.
  • the asymmetry of the inner part can be specifically chosen so that when energizing the electric motor for starting the electric motor, starting from an output relative position automatically adjusts itself between the inner part and outer part in the energized electric motor, a magnetic field is formed, the rotor in a predetermined rotati- onsraum drives.
  • the energization of the at least one coil of the inner part leads to a torque that drives the rotor in a predetermined direction of rotation from the starting position when the rotor is stationary in the predetermined initial position which the stationary rotor automatically assumes.
  • the start can be significantly easier.
  • it can also be ensured that the electric motor always starts with the predetermined direction of rotation, provided that a corresponding energization is applied.
  • At least one such pole arm of the inner part may have radially outside a pole piece which has an outer side radially outward. Radially between this outer side of the respective pole piece and an inner side of the respective permanent magnet facing the pole piece, an air gap may be formed.
  • the asymmetry of the inner part can now be formed at least partially by an asymmetrical course of the outer side of the respective pole piece, such that the respective air gap is asymmetrical in the circumferential direction.
  • the air gap in the circumferential direction may vary with respect to its radial dimension. It is conceivable, for example, a narrowing or tapering air gap in the circumferential direction, wherein the taper can be continuous or stepped.
  • the asymmetry can also be realized in the polar arms and / or pole shoes by recesses and / or material variations. Material variations are to be understood as the regional use of different materials. Thus, e.g. a pole arm or pole piece may be partially replaced or interspersed with another material.
  • At least one such pole arm may have, radially outward, a pole piece which has two pole piece sections, which in FIG the circumferential direction are arranged on both sides of the pole arm and extend in the circumferential direction opposite.
  • the asymmetry of the inner part can now be formed at least partially by an asymmetry of the pole piece sections.
  • the one pole piece portion in the circumferential direction and / or in the radial direction may be larger than the other pole piece portion.
  • the coil is formed of an electrically conductive wire.
  • the volume between the adjacent polar arms is referred to as a winding space.
  • This winding space is filled by electrically conductive material.
  • a copper filling factor can be influenced within the winding space, with a high copper fill factor is sought.
  • a material for the coil copper, aluminum or any other electrically conductive material can be used.
  • the asymmetry of the inner part can now be at least partially formed by an asymmetrical arrangement of the coils carrying the coils. For example, the coil carrying polarme with respect to the axis of rotation eccentrically from the inner part protrude radially.
  • At least two coils may be provided, wherein the asymmetry of the inner part may be at least partially formed by asymmetrically designed and / or arranged coils.
  • a winding of one coil may have a greater number of turns than a winding of the other coil.
  • identical coils can be designed asymmetrically by a different arrangement.
  • one coil may be disposed radially further out than the other coil.
  • the asymmetry of the inner part can be formed exclusively by the asymmetry of the air gap and the asymmetry of the coil-carrying polar magnets.
  • the asymmetry of the inner part may be formed solely by the asymmetry of the air gap and the asymmetry of the pole pieces.
  • a variant is conceivable in which the asymmetry of the inner part is formed exclusively by the asymmetry of the air gap and by the asymmetry of the pole pieces and by the asymmetry of the coil-carrying polar arms.
  • At least one pole arm with pole piece and at least one pole arm without pole piece can be provided.
  • the polschuh laminate polar arms are each equipped with a coil, while the pole piece having polar arms are provided without coil. It has been shown that the magnetic field generated with the aid of the coils passes via the pole shoe-free polar magnet into the polar arms with pole piece into the pole pieces in order to be able to interact intensely with the magnetic field of the permanent magnets.
  • Particularly advantageous is now an embodiment in which the respective coils are attached as a prefabricated component on such a pole-pole arm free. This measure considerably simplifies the assembly of the electric motor and reduces its manufacturing costs.
  • the electric motor preferably has a number of n-poles and a number of n / 2 coils.
  • the coils are then assigned in the circumferential direction to each second pole arm.
  • a number of n-permanent magnets are provided, which follow one another in the circumferential direction with alternating polarity (plus or minus).
  • exactly four polar arms can be provided, in which case exactly two coils are formed on two opposite polar arms.
  • two pole arms with pole shoe and two pole arms without pole shoe are then provided, which then carry the coils.
  • the two coils may be formed by separate windings or by a common winding.
  • the use of separate windings allows the use of prefabricated coils, which can be plugged onto the poleless pole pieces.
  • the outer part comprises a housing, in particular a rotor housing, which surrounds the inner part in the circumferential direction and which in particular has a cylindrical, preferably circular cylindrical shape.
  • the permanent magnets of the outer part are expediently arranged on an inner side of the housing, in the form of separate components.
  • niches may be formed on the inside of the housing, in which the permanent magnets, preferably partially or completely recessed, are arranged such that they form part of the inner contour of the housing.
  • a design is conceivable in which the permanent magnets are integrated into the housing, such that the respective permanent magnet forms a part of the housing and accordingly defines no separate component with respect to the housing.
  • the housing, in particular a rotor housing is made of a magnetically conductive material educated. As a result, the magnetic field can be guided between the permanent magnets.
  • the rotor may be formed from a magnetizable material, in particular a magnetizable plastic.
  • the permanent magnets are formed by magnetizable areas.
  • the asymmetry of the stator is formed by an asymmetrical air gap
  • the asymmetrical air gap is formed by a step in the respective outer side of the respective pole piece.
  • At least one such pole arm is spaced from the axis of rotation and has an end section which tapers with increasing distance from the axis of rotation. has.
  • Such a polar arm which tapers radially outwards, thus does not carry a spade but also contributes to the electromagnetic asymmetry of the stator.
  • the respective end portion may taper asymmetrically with respect to the designedsnchtung.
  • the respective end section in the circumferential direction is beveled on only one side. For example, the respective end portion taper on one side wedge-shaped.
  • the two above-mentioned polar arms are arranged with the asymmetrical pole pieces in the circumferential direction by 90 ° offset from the two aforementioned polar arms with the tapered end portions. This results in an efficient electromagnetic asymmetry in a geometrically simple structure.
  • the permanent magnets in the circumferential direction alternately form at least two positive poles and at least two negative poles, wherein the extension of the positive poles and the negative poles in the circumferential direction is unequal.
  • the plus poles in the circumferential direction can extend over a larger peripheral portion than the minus poles.
  • the negative poles can extend in the diligentsnchtung over a larger peripheral portion than the plus poles.
  • the electric motor according to the invention can be used as a drive for general regulators such as exhaust gas recirculation valves, EEC regulators, disk separators, centrifuges or valves / valves in a fresh air line of an internal combustion engine.
  • a hydraulic pump according to the invention which is suitable for conveying a liquid fluid, in particular a hydraulic medium, such as oil or water, is equipped with a conveyor and an electric motor of the aforementioned type for driving the conveyor.
  • the conveyor expediently has a stator housing, in which a conveyor rotor, for example an impeller or the like, is rotatably mounted.
  • the rotor of the electric motor is now drive-connected to the conveyor rotor of the conveyor.
  • the outer rotor of the electric motor can simultaneously form the conveyor rotor of the conveyor.
  • the stator of the electric motor may expediently be connected in a rotationally fixed manner to the stator housing of the conveying device.
  • Fig. 1 is a greatly simplified schematic diagram-like schematic representation of a
  • Fig. 7 and 8 further simplified cross-sections of electric motors of others
  • a hydraulic pump 1 by means of which a hydraulic medium, such as oil or water, can be conveyed, comprises a conveyor 2 and an electric motor 3. While the conveyor 2 drives the respective hydraulic medium, the electric motor 3 drives the conveyor 2 at. A corresponding drive connection is indicated in Fig. 1 by way of example by a drive shaft 4.
  • the conveyor 2 has a stator housing 5, in which a conveyor rotor 6 is rotatably mounted.
  • the electric motor 3 has an external rotor 7 and an internal stator 8, so that in FIG. 1 the electric motor 3 is designed as an external rotor.
  • the rotors 6 and 7 of the conveyor 2 and the electric motor 3 are drivingly connected together in the example of FIG. 1 via the drive shaft 4.
  • the electric motor 3 comprises an outer part 9 and an inner part 10, which are arranged concentrically to a rotation axis 1 1 with each other. Furthermore, outer part 9 and inner part 10 are rotatable relative to each other about this axis of rotation 1 1.
  • the electric motor 3 is preferably designed as an external rotor, in which the outer part 9 defines an outer rotor, while the inner part 10 forms an inner stator.
  • the stator is additionally denoted by 8 and the rotor additionally denoted by 7 in FIGS. 2-8.
  • the outer part 9 has at least two permanent magnets 12. In the examples of FIGS. 2-8, exactly four permanent magnets 12 are provided in each case, which are distributed in the circumferential direction 13 indicated by a double arrow and alternate in the circumferential direction 13 with respect to their polarity (north or south). It is clear that in another embodiment, more or less than four permanent magnets 12 may be provided.
  • the outer part 9 defines a cylindrical, preferably circular-cylindrical housing 14, on the inner side 15 of which the permanent magnets 12 are mounted in the form of separate components.
  • the inner part 10 has at least two polar arms 16, 17 and at least one electric coil 18.
  • each exactly four polar arms 16, 17 and exactly two coils 18 are provided, which are arranged substantially in a star shape. Again, it is clear that in principle, a different number of polar arms 16, 17 and a different number of coils 18 can be realized. However, preferably exactly twice as many polar arms 16, 17 are present as coils 18.
  • the two coils 18 are associated with a single phase, so that the electric motor 3 is a single-phase electric motor 3.
  • the two coils 18 can also be assigned to different phases, so that it is then a two-phase electric motor 3.
  • the coils 18 are preferably arranged on the polar arms 17 which do not carry pole shoes 19.
  • the respective pole shoe 19 has, radially outward, an outer side 20 which is radially opposite an inner side 21 of a permanent magnet 12. Radially between the outer side 20 of the respective pole piece 19 and the inner side 21 of the respective permanent magnet 12 facing this pole piece 19, an air gap 22 is formed.
  • the 10 is designed asymmetrically in the circumferential direction 13, respectively. Due to the asymmetry of the inner part 10, the starting behavior of the electric motor 3 can be significantly improved. In addition, the relative position between outer part 9 and inner part 10 can always be determined by the asymmetry of the inner part 10 in conjunction with corresponding electronics.
  • the asymmetry of the inner part 20 is due to an asymmetrical course of the outer side 20 of the respective pole piece
  • the asymmetry of the outer side 20 is designed so that the respective air gap 22 in the circumferential direction 13 is asymmetrical.
  • a radial dimension of the air gap 22 increases in the circumferential direction, namely clockwise.
  • a gap width 23 increases.
  • the change in the air gap 22 takes place continuously or continuously in the example.
  • the outside may be
  • the respective pole shoe 19 has two pole shoe sections 24, 25 which project in the circumferential direction 13 in opposite directions from the respective pole arm 16. Thus, one pole piece portion 24 extends counterclockwise while the other pole piece portion 25 extends clockwise.
  • the two pole piece sections 24, 25 are thus arranged on the respective pole arm 16 with respect to the circumferential direction 13 on both sides.
  • the asymmetry of the inner part 10 can now be formed by an asymmetry of the pole piece sections 24, 25.
  • the left pole shoe section 24 is larger in the circumferential direction 13 than the right pole shoe section 25.
  • the lower pole shoe 19 is constructed symmetrically with respect to its pole shoe sections 24, 25 , It is clear that in principle both pole pieces 19 can be designed asymmetrically.
  • the two pole shoe sections 24, 25 are designed differently with regard to their radial extent.
  • the left pole piece portion 24 is provided with a greater depth 26 in the radial direction than the right pole piece portion 25.
  • the radial depth 26 at the upper pole piece 19 is in the left pole piece portion 24
  • the pole shoe sections 24, 25 also differ from each other with regard to their extent in the circumferential direction 13.
  • the asymmetry of the inner part 10 is also determined by the fact that the Arme 18 provided with the coils 18 are arranged asymmetrically.
  • the left-hand pole arm 17 supporting the coil 18 is offset eccentrically upward with respect to the axis of rotation 1 1, while the right-hand pole arm 17 supporting the coil 18 is correspondingly offset eccentrically downwards relative to the axis of rotation 1 1. is orders.
  • the radial dimensions 26 of the pole piece sections 24, 25 are selected to compensate for the eccentric offset of the arms 18 provided with the coils 18.
  • the respective pole arm 17 carrying a coil 18 is in each case positioned centrally between the associated pole shoe sections 24, 25 of the two pole shoes 19. Due to the eccentric arrangement of the coil 18 provided with the polar arms 17 and the radially outer outer sides 27 of these polar arms 17 are designed asymmetrically.
  • the asymmetry of the inner part 10 is produced by designing the two coils 18 differently or asymmetrically.
  • the coils 18 can be realized by means of separate windings 28 as in the embodiments shown here.
  • the use of separate windings 28 makes it possible to prefabricate the coils 18 as separate components that can be plugged onto the respective poleless pole arm 17 before the inner part 10 is inserted into the outer part 9. This simplifies the assembly.
  • the two coils 18 are realized by means of a same winding, which is then to be attached directly to the inner part 10.
  • the coils 18 are the same size.
  • a higher copper filling factor is realized than in the case of the coil 18 shown in the right-hand half of the figure. This is realized in that the entire winding space is filled with the coil wire.
  • the Asynnnnie the stator 8 is again formed by an asymmetrical air gap 22.
  • the asymmetrical air gap 22 is formed by a step 29 in the respective outer side 20 of the respective pole piece 19.
  • the respective pole piece 19 is configured asymmetrically with respect to a mirror plane which runs parallel to the axis of rotation 1 1 of the rotor 9 and coaxially through the associated pole arm 16. Said mirror plane is perpendicular to the plane of the drawing.
  • At least one of the other polar arms 17 spaced from the axis of rotation 1 1 has a tapering with increasing distance from the axis of rotation 1 1 end portion 30.
  • Such a pole arm 17, which tapers radially outward, thus does not support a poschot 19, but also contributes to the electromagnetic asymmetry of the stator 8.
  • the respective end section 30 can taper asymmetrically with respect to the circumferential direction 13.
  • the respective end section 30 is beveled in the circumferential direction 13 only on one side.
  • the respective end section 30 has a wedge-shaped tapering on one side.
  • the two aforementioned polar arms 16 are arranged with the asymmetric pole pieces 19 in the circumferential direction by 90 ° to the two aforementioned polar arms 17 with the tapered end portions 30.
  • the permanent magnets 12 alternately form at least two positive poles and at least two negative poles in the circumferential direction 13, the extension of the positive poles and the negative poles being unequal in the circumferential direction.
  • the plus poles may extend in the circumferential direction over a larger peripheral portion than the minus poles.
  • the negative poles may extend in the circumferential direction over a larger peripheral portion than the plus poles.
  • a total of four magnets 12 are provided, wherein the two magnets 12, which are opposite in the vertical, that is above and below, in the circumferential direction 13 dimensioned smaller than the other two magnets 12, which in the horizontal, ie left and right, opposite.
  • this arrangement of the magnets 12 is symmetrical with respect to a vertical mirror plane containing the axis of rotation 1 1.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Elektromotor (3), mit einem Rotor (7) und einem Stator (8), die konzentrisch zu einer Rotationsachse (11) angeordnet sind und relativ zueinander um die Rotationsachse (11) drehverstellbar sind, wobei der Elektromotor (3) als Außenläufer, bei dem der Rotor einen Außenrotor (7) und der Stator einen Innenstator (8) bildet, oder als Innenläufer ausgestaltet ist, bei dem der Stator einen Außenstator (8) und der Rotor einen Innenrotor (7) bildet, wobei der Rotor (7) wenigstens zwei Permanentmagnete (12) aufweist und wobei der Stator (8) wenigstens zwei Polarme (16, 17) und wenigstens eine elektrische Spule (18) aufweist. Ein vereinfachtes Anfahren ergibt sich, wenn der Rotor (7) in der Umfangsrichtung (13) symmetrisch gestaltet ist und wenn der Stator (8) in der Umfangsrichtung (13) asymmetrisch gestaltet ist.

Description

Elektromotor
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Elektromotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 . Die Erfindung betrifft außerdem eine mit einem derartigen Elektromotor ausgestattete Hydraulikpumpe.
Aus der DE 10 2006 004 313 A1 ist ein Elektromotor mit Rotor und Stator bekannt, der ein Außenteil und ein Innenteil aufweist, die konzentrisch zu einer Rotationsachse angeordnet sind und relativ zueinander um diese Rotationsachse drehverstellbar sind. Der bekannte Elektromotor ist als Außenläufer ausgestaltet, so dass das Außenteil einen Außenrotor und das Innenteil einen Innenstator bildet. Der Außenrotor ist aus vier Permanentmagneten zusammengebaut. Der Innenstator weist vier Polarme auf, die jeweils eine elektrische Spule tragen. Der bekannte Elektromotor ist insgesamt in der Umfangsrichtung symmetrisch gestaltet.
Um das Anfahren eines Elektromotors zu erleichtern, ist es aus der US 7,345,440 B2 bekannt, einen Luftspalt, der sich bei einem derartigen Elektromotor radial zwischen dem Innenrotor und dem Außenstator bildet, in der Umfangsrichtung asymmetrisch zu gestalten. Beispielsweise kann sich der Luftspalt in der Umfangsrichtung kontinuierlich oder gestuft verjüngen. Ebenso kann ein statorseiti- ger Polschuh eine axiale Längsnut enthalten oder in der Umfangsrichtung ungleich bzw. asymmetrisch gestaltet sein. Die Asymmetrien werden beim bekannten Elektromotor dabei stets durch eine asymmetrische Gestaltung des Stators realisiert, während der Rotor symmetrisch ist.
Aus der FR 2 945 388 A1 ist ein weiterer Elektromotor bekannt, bei dem eine Asymmetrie dadurch realisiert wird, dass ein Innenrotor, der vier Permanentmag- nete trägt, mit einem Außenstator kombiniert wird, der drei oder sechs Spulen trägt.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für einen Elektromotor der vorstehend genannten Art bzw. für eine damit ausgestattete Hydraulikpumpe eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich durch ein verbessertes Anfahrverhalten und/oder durch einen einfachen Aufbau auszeichnet.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, beim Elektromotor nur den Stator, insbesondere in der Umfangsrichtung, asymmetrisch zu gestalten, während der Rotor, insbesondere in der Umfangsrichtung, symmetrisch gestaltet ist. Durch die Asymmetrie im Stator ergibt sich ein verbessertes Anfahrverhalten. Gleichzeitig lässt sich eine Asymmetrie am Stator sehr viel leichter realisieren als am Rotor. Somit ergibt sich für den hier vorgestellten Elektromotor eine vereinfachte und somit preiswertere Herstellung. Die jeweilige Symmetrie bzw. Asymmetrie in der Umfangsrichtung bezeichnet dabei eine in der Umfangsrichtung gleichmäßige, also symmetrische, bzw. ungleichmäßige, also asymmetrische, Verteilung der zum Antreiben des Rotors wirkenden elektromagnetischen Kräfte. Beispielsweise kann ein asymmetrischer Stator durchaus bezüglich der Rotationsachse punktsymmetrisch sein, während ein symmetrischer Rotor insbesondere spiegelsymmetrisch ist. Ein asymmetrischer Rotor oder Stator ist insbesondere nicht spiegelsymmetrisch. Die hier beschriebenen Symmetrien bzw. Asymmetrien können daher auch als elektromagnetische Symmetrie bzw. Asymmetrie bezeichnet werden. Der hier vorgestellte Elektromotor ist vorzugsweise ein Einphasenmotor. Grundsätzlich kann es sich dabei jedoch auch um einen Zweiphasenmotor handeln. Des Weiteren handelt es sich beim hier vorgestellten Elektromotor vorzugsweise um einen Gleichstrommotor. Alternativ kann es sich grundsätzlich auch um einen Wechselstrommotor handeln. Insbesondere handelt es sich beim erfindungsgemäßen Elektromotor um einen elektrisch kommutierten Motor. Hierbei kann der Elektromotor ein bürstenloser Gleichstrommotor (BLDC) sein.
Bevorzugt ist der hier vorgestellte Elektromotor als Außenläufer konzipiert, so dass das Außenteil als Außenrotor ausgestaltet ist, während das Innenteil als Innenstator ausgestaltet ist. Da erfindungsgemäß nur der Stator asymmetrisch ist, während der Rotor symmetrisch ist, können beim Außenläufer auch bei hohen Drehzahlen durch die Asymmetrie keine Unwuchten im Außenrotor entstehen. Somit kann für den Außenläufer ein vereinfachtes Anfahren realisiert werden. Grundsätzlich lässt sich der hier vorgestellte Elektromotor jedoch auch als Innenläufer konzipieren, so dass dann das Innenteil einen Innenrotor bildet, während das Außenteil einen Außenstator bildet.
Die Asymmetrie des Stators kann in Verbindung mit einer entsprechenden Steuerung, die den Stromfluss zum Elektromotor überwacht, dazu genutzt werden, die aktuelle Drehlage zwischen Rotor und Stator zu ermitteln. Auf diese Weise kennt die Steuerung stets die Drehlage zwischen Innenteil und Außenteil und kann daraus insbesondere die aktuelle Drehzahl überwachen und gegebenenfalls regeln.
Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Asymmetrie des Innenteils gezielt so gewählt sein, dass bei einer Bestromung des Elektromotors zum Anfahren des Elektromotors ausgehend von einer Ausgangsrelativlage, die sich bei unbestromtem Elektromotor zwischen Innenteil und Außenteil selbsttätig einstellt, ein Magnetfeld entsteht, das den Rotor in einer vorbestimmten Rotati- onsrichtung antreibt. Mit anderen Worten, die Bestromung der wenigstens einen Spule des Innenteils führt bei stehendem Rotor in der vorbestimmten Ausgangslage, die der stehende Rotor selbsttätig einnimmt, zu einem Drehmoment, das den Rotor in einer vorbestimmten Drehrichtung aus der Ausgangslage heraus antreibt. Somit lässt sich insbesondere das Anfahren deutlich erleichtern. Gleichzeitig kann dadurch auch sichergestellt werden, dass der Elektromotor stets mit der vorbestimmten Drehrichtung anfährt, sofern eine entsprechende Bestromung angelegt wird.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann zumindest ein solcher Polarm des Innenteils radial außen einen Polschuh aufweisen, der radial außen eine Außenseite besitzt. Radial zwischen dieser Außenseite des jeweiligen Polschuhs und einer dem Polschuh zugewandten Innenseite des jeweiligen Permanentmagneten kann ein Luftspalt ausgebildet sein. Die Asymmetrie des Innenteils kann nun zumindest teilweise durch einen asymmetrischen Verlauf der Außenseite des jeweiligen Polschuhs gebildet sein, derart, dass der jeweilige Luftspalt in der Um- fangsrichtung asymmetrisch gestaltet ist. Beispielsweise kann der Luftspalt in der Umfangsrichtung hinsichtlich seiner radialen Abmessung variieren. Denkbar ist beispielsweise ein sich in der Umfangsrichtung verengender oder verjüngender Luftspalt, wobei die Verjüngung stetig oder gestuft erfolgen kann.
Alternativ kann die Asymmetrie auch in den Polarmen und/oder Polschuhen durch Aussparungen und/oder Materialvariationen realisiert werden. Unter Materialvariationen ist die bereichsweise Verwendung unterschiedlicher Materialien zu verstehen. So kann z.B. ein Polarm oder ein Polschuh partiell durch ein anderes Material ersetzt oder durchsetzt sein.
Bei einer anderen Ausführungsform kann zumindest ein solcher Polarm radial außen einen Polschuh aufweisen, der zwei Polschuhabschnitte aufweist, die in der Umfangsrichtung beiderseits des Polarms angeordnet sind und sich in der Umfangsrichtung entgegengesetzt erstrecken. Die Asymmetrie des Innenteils kann nun zumindest teilweise durch eine Asymmetrie der Polschuhabschnitte gebildet sein. Beispielsweise kann der eine Polschuhabschnitt in der Umfangsrichtung und/oder in der Radialrichtung größer sein als der andere Polschuhabschnitt.
Wiederum eine andere Ausführungsform geht davon aus, dass zumindest zwei Polarme jeweils eine Spule tragen. Hierbei ist die Spule aus einem elektrisch leitfähigen Draht gebildet. Das Volumen zwischen den benachbarten Polarmen ist als Wickelraum bezeichnet. Dieser Wickelraum ist durch elektrisch leitfähiges Material gefüllt. Durch die Anzahl der Windungen und/ oder Drahtdurchmesser ist ein Kupferfüllfaktor innerhalb des Wickelraumes beeinflussbar, wobei ein hoher Kupferfüllfaktor angestrebt wird. Als Material für die Spule kann Kupfer, Aluminium oder ein anderes beliebiges elektrisch leitfähiges Material verwendet werden. Die Asymmetrie des Innenteils kann nun zumindest teilweise durch eine asymmetrische Anordnung der die Spulen tragenden Polarme gebildet sein. Beispielsweise können die Spulen tragenden Polarme bezüglich der Rotationsachse exzentrisch vom Innenteil radial abstehen.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform können zumindest zwei Spulen vorgesehen sein, wobei die Asymmetrie des Innenteils zumindest teilweise durch asymmetrisch gestaltete und/oder angeordnete Spulen gebildet sein. Beispielsweise kann eine Wicklung der einen Spule eine größere Anzahl an Windungen aufweisen als eine Wicklung der anderen Spule. Ebenso können identische Spulen durch eine unterschiedliche Anordnung asymmetrisch gestaltet sein. Beispielsweise kann die eine Spule radial weiter außen angeordnet sein als die andere Spule. Es ist klar, dass die vorstehend beschriebenen Maßnahmen, mit deren Hilfe die Asymmetrie des Innenteils vollständig oder teilweise realisierbar ist, auch quasi beliebig miteinander kombinierbar sind. Beispielsweise kann die Asymmetrie des Innenteils ausschließlich durch die Asymmetrie der Polschuhe und die Asymmetrie der spulentragenden Polarme gebildet sein. Alternativ kann die Asymmetrie des Innenteils ausschließlich durch die Asymmetrie des Luftspalts und die Asymmetrie der spulentragenden Polarme gebildet sein. Alternativ dazu kann die Asymmetrie des Innenteils ausschließlich durch die Asymmetrie des Luftspalts und die Asymmetrie der Polschuhe gebildet sein. Ferner ist auch eine Variante denkbar, bei der die Asymmetrie des Innenteils ausschließlich durch die Asymmetrie des Luftspalts und durch die Asymmetrie der Polschuhe sowie durch die Asymmetrie der spulentragenden Polarme gebildet ist. Des Weiteren ist denkbar, die vorstehenden Alternativen zusätzlich mit asymmetrisch gestalteten bzw. angeordneten Spulen zu kombinieren.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform können zumindest ein Polarm mit Polschuh und zumindest ein Polarm ohne Polschuh vorgesehen sein. Zweckmäßig sind bei dieser Bauform des Innenteils nur die polschuhfreien Polarme mit jeweils einer Spule ausgestattet, während die einen Polschuh aufweisenden Polarme ohne Spule vorgesehen sind. Es hat sich gezeigt, dass das mit Hilfe der Spulen generierte Magnetfeld über die polschuhfreien Polarme in die Polarme mit Polschuh bis in die Polschuhe gelangt, um mit dem Magnetfeld der Permanentmagneten intensiv in Wechselwirkung treten zu können. Besonders vorteilhaft ist nun eine Ausführungsform, bei der die jeweiligen Spulen als vorgefertigtes Bauteil auf einen solchen polschuhfreien Polarm aufgesteckt sind. Diese Maßnahme vereinfacht erheblich die Montage des Elektromotors und reduziert dessen Herstellungskosten. Der Elektromotor weist vorzugsweise eine Anzahl von n-Polarmen und eine Anzahl von n/2 - Spulen auf. Die Spulen sind dann in der Umfangsrichtung jedem zweiten Polarm zugeordnet. Vorzugsweise ist auch eine Anzahl von n- Dauermagneten vorgesehen, die in der Umfangsrichtung mit abwechselnder Polarität (Plus bzw. Minus) aufeinanderfolgen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform können genau vier Polarme vorgesehen sein, wobei dann genau zwei Spulen an zwei gegenüberliegenden Polarmen ausgebildet sind. Zweckmäßig sind dann zwei Polarme mit Polschuh und zwei Polarme ohne Polschuh vorgesehen, welche dann die Spulen tragen.
Bei einer anderen vorteilhaften Weiterbildung können die beiden Spulen durch separate Wicklungen oder durch eine gemeinsame Wicklung ausgebildet sein. Die Verwendung separater Wicklungen ermöglicht die Verwendung vorgefertigter Spulen, die auf die polschuhlosen Polarme aufgesteckt werden können.
Das Außenteil umfasst ein Gehäuse, insbesondere ein Rotorgehäuse, welches das Innenteil in der Umfangsrichtung umschließt und welches insbesondere eine zylindrische, vorzugsweise kreiszylindrische Form besitzt. Die Permanentmagnete des Außenteils sind zweckmäßig an einer Innenseite des Gehäuses angeordnet, und zwar in Form separater Bauteile. Zur Unterbringung der Permanentmagnete können an der Innenseite des Gehäuses entsprechende Nischen ausgebildet sein, in denen die Permanentmagnete, vorzugsweise teilweise oder vollständig versenkt, angeordnet sind, derart, dass sie einen Bestandteil der Innenkontur des Gehäuses bilden. Alternativ ist grundsätzlich auch eine Bauform denkbar, bei der die Permanentmagnete in das Gehäuse integriert sind, derart, dass der jeweilige Permanentmagnet einen Bestandteil des Gehäuses bildet und dementsprechend bezüglich des Gehäuses kein separates Bauteil definiert. Das Gehäuse, insbesondere ein Rotorgehäuse, ist aus einem magnetisch leitfähigen Material gebildet. Dadurch kann das Magnetfeld zwischen den Permanentmagneten geführt werden.
Alternativ kann der Rotor aus einem magnetisierbaren Material, insbesondere einem magnetisierbaren Kunststoff, gebildet werden. Hierbei werden die Permanentmagnete durch magnetisierbare Bereiche gebildet.
Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei der genau vier Permanentmagnete vorgesehen sind, die mit wechselnder Polarität in der Umfangsrichtung verteilt angeordnet sind. Somit liegen sich zwei Südpole diametral gegenüber und um 90° versetzt dazu liegen sich zwei Nordpole diametral gegenüber.
Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform, bei der die Asymmetrie das Stators durch einen asymmetischen Luftspalt gebildet ist, kann vorgesehen sein, dass der asymmetrische Luftspalt durch eine Stufe in der jeweiligen Außenseite des jeweiligen Polschuhs gebildet ist. Hierdurch ist der jeweilige Poslschuh bezüglich einer Spiegelebene, welche parallel zur Rotationsachse des Rotors und koaxial durch den zugehörigen Polarm verläuft, asymmetrisch ausgestaltet.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass genau zwei Polarme, die jeweils einen Polschuh mit Stufe in der Außenseite aufweisen, vorgesehen sind, die sich bezüglich der Rotationsachse diametral gegenüberliegen. Optional kann vorgesehen sein, dass diese beiden Polarme mit ihren gestuften Polschuhen bezüglich einer Drehung um die Rotationsachse um 180° punktsymmetrisch ausgestaltet sind.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass zumindest ein solcher Polarm beabstandet von der Rotationsachse einen sich mit zunehmendem Abstand von der Rotationsachse verjüngenden Endabschnitt auf- weist. Ein derartiger, sich nach radial außen verjüngender Polarm trägt somit keinen Poschuh, trägt jedoch auch zur elektromagnetischen Asymmetrie des Stators bei. Bei einer vorteilhaften Weiterbildung kann sich der jeweilige Endabschnitt bezüglich der Umfangsnchtung asymmetrisch verjüngen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der jeweilige Endabschnitt in der Umfangsnchtung nur an einer Seite abgeschrägt ist. Beispielsweise kann der jeweilige Endabschnitt einseitig keilförmig spitz zulaufen.
Bevorzugt ist dabei eine Weiterbildung, bei der genau zwei Polarme, die jeweils einen asymmetrisch verjüngten Endabschnitt aufweisen, vorgesehen sind, die sich bezüglich der Rotationsachse diametral gegenüberliegen. Zweckmäßig können die beiden Polarme mit ihren verjüngten Endabschnitten bezüglich einer Drehung um die Rotationsachse um 180° punktsymmetrisch ausgestaltet sind.
Bei einer anderen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die beiden vorstehend genannten Polarme mit den asymmetrischen Polschuhen in der Um- fangsrichtung um 90° versetzt zu den beiden vorgenannten Polarmen mit den verjüngten Endabschnitten angeordnet sind. Somit ergibt sich eine effiziente elektromagnetische Asymmetrie bei einem geometrisch einfachen Aufbau.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Permanentmagnete in der Umfangsnchtung abwechselnd wenigstens zwei Pluspole und wenigstens zwei Minuspole bilden, wobei die Erstreckung der Pluspole und der Minuspole in der Umfangsnchtung ungleich ist. Insbesondere können sich die Pluspole in der Umfangsnchtung über einen größeren Umfangsabschnitt erstrecken als die Minuspole. Alternativ können sich die Minuspole in der Umfangsnchtung über einen größeren Umfangsabschnitt erstrecken als die Pluspole. Der erfindungsgemäße Elektromotor kann als Antrieb für allgemeine Steller wie z.B. Abgasrückführventile, EWG-Steller, Tellerseparatoren, Zentrifugen oder Klappen/Ventile in einer Frischluftleitung einer Brennkraftmaschine verwendet werden.
Eine erfindungsgemäße Hydraulikpumpe, die sich zum Fördern eines flüssigen Fluids, insbesondere eines Hydraulikmittels, wie zum Beispiel Öl oder Wasser, eignet, ist mit einer Fördereinrichtung und einem Elektromotor der vorstehend genannten Art zum Antreiben der Fördereinrichtung ausgestattet. Die Fördereinrichtung weist zweckmäßig ein Statorgehäuse auf, in dem ein Förderrotor, zum Beispiel ein Flügelrad oder dergleichen, drehbar gelagert ist. Der Rotor des Elektromotors ist nun mit dem Förderrotor der Fördereinrichtung antriebsverbunden. Bei einem Außenläufer kann der Außenrotor des Elektromotors gleichzeitig den Förderrotor der Fördereinrichtung bilden. Der Stator des Elektromotors kann zweckmäßig drehfest mit dem Statorgehäuse der Fördereinrichtung verbunden sein.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch,
Fig. 1 eine stark vereinfachte schaltplanartige Prinzipdarstellung einer
Hydraulikpumpe,
Fig. 2 bis 6 stark vereinfachte Querschnitte eines Elektromotors bei verschiedenen Ausführungsformen
Fig. 7 und 8 weitere stark vereinfachte Querschnitte von Elektromotoren anderer
Ausführungsformen.
Entsprechend Fig. 1 umfasst eine Hydraulikpumpe 1 , mit deren Hilfe ein Hydraulikmittel, wie zum Beispiel Öl oder Wasser, gefördert werden kann, eine Fördereinrichtung 2 und einen Elektromotor 3. Während die Fördereinrichtung 2 das jeweilige Hydraulikmittel antreibt, treibt der Elektromotor 3 die Fördereinrichtung 2 an. Eine entsprechende Antriebsverbindung ist in Fig. 1 beispielhaft durch eine Antriebswelle 4 angedeutet. Die Fördereinrichtung 2 besitzt ein Statorgehäuse 5, in dem ein Förderrotor 6 drehbar gelagert ist. Der Elektromotor 3 besitzt im Beispiel der Fig. 1 einen außenliegenden Rotor 7 und einen innenliegenden Stator 8, so dass in Fig. 1 der Elektromotor 3 als Außenläufer ausgestaltet ist. Die Rotoren 6 und 7 der Fördereinrichtung 2 und des Elektromotors 3 sind im Beispiel der Fig. 1 über die Antriebswelle 4 miteinander antriebsverbunden. Ebenso ist denkbar, die beiden Rotoren 6, 7 direkt miteinander zu koppeln. Ferner ist auch eine weitergehende bauliche Integration denkbar, beispielsweise mit einem gemeinsamen Gehäuse. Entsprechend den Figuren 2 bis 8 umfasst der Elektromotor 3 ein Außenteil 9 und ein Innenteil 10, die konzentrisch zu einer Rotationsachse 1 1 ineinander angeordnet sind. Ferner sind Außenteil 9 und Innenteil 10 um diese Rotationsachse 1 1 relativ zueinander drehverstellbar. Bei den Beispielen der Figuren 2-8 ist der Elektromotor 3 bevorzugt als Außenläufer ausgestaltet, bei dem das Außenteil 9 einen Außenrotor definiert, während das Innenteil 10 einen Innenstator bildet. Analog zu Fig. 1 ist somit in den Figuren 2-8 der Stator zusätzlich mit 8 und der Rotor zusätzlich mit 7 bezeichnet.
Das Außenteil 9 weist zumindest zwei Permanentmagnete 12 auf. In den Beispielen der Figuren 2-8 sind jeweils genau vier Permanentmagnete 12 vorgesehen, die in der durch einen Doppelpfeil angedeuteten Umfangsrichtung 13 verteilt angeordnet sind und sich hinsichtlich ihrer Polarität (Nord bzw. Süd) in der Umfangsrichtung 13 abwechseln. Es ist klar, dass bei einer anderen Ausführungsform auch mehr oder weniger als vier Permanentmagnete 12 vorgesehen sein können. Das Außenteil 9 definiert ein zylindrisches, vorzugsweise kreiszylindrisches Gehäuse 14, an dessen Innenseite 15 die Permanentmagnete 12 in Form separater Bauteile angebaut sind.
Das Innenteil 10 weist zumindest zwei Polarme 16, 17 und wenigstens eine elektrische Spule 18 auf. Bei den hier gezeigten Beispielen sind jeweils genau vier Polarme 16, 17 und genau zwei Spulen 18 vorgesehen, die im Wesentlichen sternförmig angeordnet sind. Auch hier ist klar, dass grundsätzlich auch eine andere Anzahl an Polarmen 16, 17 sowie eine andere Anzahl an Spulen 18 realisierbar ist. Bevorzugt sind jedoch genau doppelt so viel Polarme 16,17 vorhanden wie Spulen 18.
Bei einer bevorzugten Anwendung sind die beiden Spulen 18 einer einzigen Phase zugeordnet, so dass der Elektromotor 3 ein Einphasenelektromotor 3 ist. Grundsätzlich können die beiden Spulen 18 auch verschiedenen Phasen zugeordnet sein, so dass es sich dann um einen Zweiphasenelektromotor 3 handelt.
Zwei Polarme 16, die einander diametral gegenüberliegen, sind jeweils mit einem Polschuh 19 ausgestattet. Die beiden anderen Polarme 17, die sich ebenfalls im Wesentlich diametral gegenüberliegen, sind dagegen ohne Polschuhe 19 ausgestattet. Die Spulen 18 sind bevorzugt an den Polarmen 17 angeordnet, die keine Polschuhe 19 tragen.
Gemäß den Figuren 2 bis 8 besitzt der jeweilige Polschuh 19 radial außen eine Außenseite 20, die einer Innenseite 21 eines Permanentmagneten 12 radial gegenüberliegt. Radial zwischen der Außenseite 20 des jeweiligen Polschuhs 19 und der diesem Polschuh 19 zugewandten Innenseite 21 des jeweiligen Permanentmagneten 12 ist ein Luftspalt 22 ausgebildet.
Bei den hier gezeigten Ausführungsformen des Elektromotors 3 ist das Außenteil
9 jeweils in der Umfangsrichtung 13 symmetrisch gestaltet, während das Innenteil
10 jeweils in der Umfangsrichtung 13 asymmetrisch gestaltet ist. Durch die Asymmetrie des Innenteils 10 lässt sich das Anfahrverhalten des Elektromotors 3 erheblich verbessern. Darüber hinaus lässt sich in Verbindung mit einer entsprechenden Elektronik durch die Asymmetrie des Innenteils 10 stets die Relativlage zwischen Außenteil 9 und Innenteil 10 bestimmen.
In einem unbestromten Zustand des Elektromotors 3, bei dem also keine elektrische Spannung an den Spulen 18 anliegt, nehmen Innenteil 10 und Außenteil 9 relativ zueinander die in den Figuren 2-8 gezeigte Ausgangsrelativlage ein. In dieser Ausgangsrelativlage sind die zwischen Innenteil 10 und Außenteil 9 herrschenden magnetischen Kräfte im Gleichgewicht. Die Asymmetrie des Innenteils 10 ist nun so gewählt, dass sich bei einer Bestromung des Elektromotors 3 zum Anfahren des Elektromotors 3 ein Magnetfeld ausbildet, das den Rotor, also hier den Außenrotor 7 bzw. das Außenteil 9 in einer vorbestimmten Rotationsrichtung antreibt. Eine derartige Asymmetrie des Innenteils 10, welche die vorstehend beschriebene Wirkung beim Anfahren des Elektromotors 3 zeigt, lässt sich auf unterschiedliche Weise realisieren, die nachfolgend anhand der Figuren 2-8 näher erläutert werden. Dabei werden in den Figuren 2 bis 8 unterschiedliche Maßnahmen zur Realisierung der gewünschten Asymmetrie des Innenteils 10 in den Varianten der Figuren 2 bis 8 jeweils weitgehend alternativ verwirklicht. Es ist klar, dass die einzelnen Maßnahmen auch kumulativ sowie in beliebiger Kombination realisierbar sind.
Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform ist die Asymmetrie des Innenteils 20 durch einen asymmetrischen Verlauf der Außenseite 20 des jeweiligen Polschuhs
19 gebildet. Die Asymmetrie der Außenseite 20 ist dabei so gestaltet, dass der jeweilige Luftspalt 22 in der Umfangsrichtung 13 asymmetrisch ist. Im Beispiel der Fig. 2 nimmt eine radiale Abmessung des Luftspalts 22 in der Umfangsrichtung, nämlich im Uhrzeigersinn zu. Mit anderen Worten, im Uhrzeigersinn nimmt eine Spaltbreite 23 zu. Die Veränderung des Luftspalts 22 erfolgt im Beispiel kontinuierlich bzw. stetig. Bei einer anderen Ausführungsform kann die Außenseite
20 des jeweiligen Polschuhs 19 auch gestuft oder mittels einer asymmetrisch angeordneten Längsnut realisiert sein.
Der jeweilige Polschuh 19 besitzt zwei Polschuhabschnitte 24, 25, die in der Umfangsrichtung 13 in entgegengesetzten Richtungen vom jeweiligen Polarm 16 abstehen. Somit erstreckt sich der eine Polschuhabschnitt 24 entgegen dem Uhrzeigersinn, während sich der andere Polschuhabschnitt 25 im Uhrzeigersinn erstreckt. Die beiden Polschuhabschnitte 24, 25 sind am jeweiligen Polarm 16 somit bezüglich der Umfangsrichtung 13 beiderseits angeordnet. Entsprechend den Figuren 3-5 kann nun die Asymmetrie des Innenteils 10 durch eine Asymmetrie der Polschuhabschnitte 24, 25 gebildet sein. Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform ist beim oberen Polschuh 19 der linke Polschuhabschnitt 24 in der Umfangsrichtung 13 größer als der rechte Polschuhabschnitt 25. Im Unterschied dazu ist beim Beispiel der Fig. 3 der untere Polschuh 19 hinsichtlich seiner Polschuhabschnitte 24, 25 symmetrisch aufgebaut. Es ist klar, dass grundsätzlich beide Polschuhe 19 asymmetrisch gestaltet sein können.
Bei den Ausführungsformen der Figuren 4 und 5 sind beim jeweiligen Polschuh 19 die beiden Polschuhabschnitte 24, 25 hinsichtlich ihrer radialen Erstreckung unterschiedlich gestaltet. So ist in Fig. 4 beim oberen Polschuh 19 der linke Polschuhabschnitt 24 in der Radialrichtung mit einer größeren Tiefe 26 ausgestattet als der rechte Polschuhabschnitt 25. Bei der Ausführungsform der Fig. 5 ist dagegen die radiale Tiefe 26 beim oberen Polschuh 19 im linken Polschuhabschnitt 24 kleiner als im rechten Polschuhabschnitt 25. Darüber hinaus ist bei den Varianten der Figuren 4 und 5 zusätzlich vorgesehen, dass sich die Polschuhabschnitte 24, 25 außerdem hinsichtlich ihrer Erstreckung in der Umfangsrichtung 13 voneinander unterscheiden. So ist bei Fig. 4 im oberen Polschuhabschnitt 19 der linke Polschuhabschnitt 24 in der Umfangsrichtung 13 größer oder länger als der rechte Polschuhabschnitt 25. Umgekehrt ist bei der Variante der Fig. 5 im oberen Polschuh 19 der linke Polschuhabschnitt 24 in der Umfangsrichtung 13 kleiner oder kürzer als der rechte Polschuhabschnitt 25.
Bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform ist die Asymmetrie des Innenteils 10 außerdem dadurch bestimmt, dass die mit den Spulen 18 versehenen Polarme 17 asymmetrisch angeordnet sind. So ist in der in Fig. 5 gezeigten Ausgangslage der linke, die Spule 18 tragende Polarm 17 bezüglich der Rotationsachse 1 1 exzentrisch nach oben versetzt, während der rechte, die Spule 18 tragende Polarm 17 entsprechend exzentrisch nach unten zur Rotationsachse 1 1 versetzt ange- ordnet ist. Um die Abstände zu den zugehörigen, benachbarten Polschuhabschnitten 24, 25 gleich zu lassen, sind bei dieser Ausführungsform die radialen Abmessungen 26 der Polschuhabschnitte 24, 25 entsprechend gewählt, um so den exzentrischen Versatz der mit den Spulen 18 versehenen Polarme 17 auszugleichen. Somit ist der jeweilige, eine Spule 18 tragende Polarm 17 bei der Variante der Fig. 5 jeweils mittig zwischen den zugehörigen Polschuhabschnitten 24, 25 der beiden Polschuhe 19 positioniert. Durch die exzentrische Anordnung der mit den Spulen 18 versehenen Polarme 17 sind auch die radial außenliegenden Außenseiten 27 dieser Polarme 17 asymmetrisch gestaltet.
Bei der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform wird die Asymmetrie des Innenteils 10 dadurch hergestellt, dass die beiden Spulen 18 unterschiedlich bzw. asymmetrisch gestaltet sind. So ist in Fig. 6 die linke Spule 18 bzw. 18' größer dimensioniert als die rechte Spule 18 bzw. 18".
Die Spulen 18 können wie bei den hier gezeigten Ausführungsformen mit Hilfe separater Wicklungen 28 realisiert sein. Die Verwendung separater Wicklungen 28 ermöglicht es, die Spulen 18 als separate Bauteile vorzufertigen, die auf den jeweiligen, polschuhlosen Polarm 17 aufgesteckt werden können, bevor das Innenteil 10 in das Außenteil 9 eingesetzt wird. Dies vereinfacht die Montage.
Alternativ ist grundsätzlich auch eine Ausführungsform denkbar, bei der die beiden Spulen 18 mit Hilfe einer gleichen Wicklung realisiert sind, die dann unmittelbar am Innenteil 10 anzubringen ist. Hierbei sind die Spulen 18 gleich groß ausgeführt. Bei der in der linken Bildhälfte dargestellten Spule 18 ist ein höherer Kupferfüllfaktor realisiert, als bei der in der rechten Bildhälfte dargestellten Spule 18. Dies ist dadurch realisiert, dass der gesamte Wickelraum mit dem Spulendraht ausgefüllt ist. Bei den Ausführungsformen der Fig. 7 und 8 ist die Asynnnnetrie das Stators 8 wieder durch einen asymmetischen Luftspalt 22 gebildet. Hierzu ist nun vorgesehen, dass der asymmetrische Luftspalt 22 durch eine Stufe 29 in der jeweiligen Außenseite 20 des jeweiligen Polschuhs 19 gebildet ist. Hierdurch ist der jeweilige Polschuh 19 bezüglich einer Spiegelebene, welche parallel zur Rotationsachse 1 1 des Rotors 9 und koaxial durch den zugehörigen Polarm 16 verläuft, asymmetrisch ausgestaltet. Besagte Spiegelebene steht dabei senkrecht auf der Zeichnungsebene.
Weiterhin ist hier vorgesehen, dass genau zwei Polarme 16, die jeweils einen Polschuh 19 mit Stufe 29 in der Außenseite 20 aufweisen, vorgesehen sind, die sich bezüglich der Rotationsachse 1 1 diametral gegenüberliegen. In diesem Fall sind diese beiden Polarme 16 mit ihren gestuften Polschuhen 19 bezüglich einer Drehung um die Rotationsachse 1 1 um 180° punktsymmetrisch ausgestaltet.
Außerdem ist hier vorgesehen, dass zumindest einer der anderen Polarme 17 beabstandet von der Rotationsachse 1 1 einen sich mit zunehmendem Abstand von der Rotationsachse 1 1 verjüngenden Endabschnitt 30 aufweist. Ein derartiger, sich nach radial außen verjüngender Polarm 17 trägt somit keinen Poschuh 19, trägt jedoch auch zur elektromagnetischen Asymmetrie des Stators 8 bei. Bei den hier gezeigten vorteilhaften Weiterbildungen kann sich der jeweilige Endabschnitt 30 bezüglich der Umfangsrichtung 13 asymmetrisch verjüngen. Insbesondere ist hier vorgesehen, dass der jeweilige Endabschnitt 30 in der Umfangsrichtung 13 nur an einer Seite abgeschrägt ist. Beispielsweise ist der jeweilige Endabschnitt 30 einseitig keilförmig spitz zulaufend ausgestaltet.
Bevorzugt ist dabei die hier in den Fig. 7 und 8 gezeigte Weiterbildung, bei der genau zwei solche Polarme 17, die jeweils einen asymmetrisch verjüngten Endabschnitt 30 aufweisen, vorgesehen sind, die sich bezüglich der Rotationsachse 30 diametral gegenüberliegen. Auch sind die beiden Polarme 17 mit ihren verjüngten Endabschnitten 30 hier bezüglich einer Drehung um die Rotationsachse 1 1 um 180° punktsymmetrisch ausgestaltet.
Bei den hier gezeigten bevorzugten Auführungsformen ist vorgesehen, dass die beiden vorstehend genannten Polarme 16 mit den asymmetrischen Polschuhen 19 in der Umfangsrichtung um 90° versetzt zu den beiden vorgenannten Polarmen 17 mit den verjüngten Endabschnitten 30 angeordnet sind.
Gemäß der in Fig. 8 gezeigten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Permanentmagnete 12 in der Umfangsrichtung 13 abwechselnd wenigstens zwei Pluspole und wenigstens zwei Minuspole bilden, wobei die Erstreckung der Pluspole und der Minuspole in der Umfangsrichtung ungleich ist. Insbesondere können sich die Pluspole in der Umfangsrichtung über einen größeren Umfangsab- schnitt erstrecken als die Minuspole. Alternativ können sich die Minuspole in der Umfangsrichtung über einen größeren Umfangsabschnitt erstrecken als die Pluspole. In Fig. 8 sind insgesamt vier Magnete 12 vorgesehen, wobei die beiden Magnete 12, die sich in der Vertikalen, also oben und unten, gegenüberliegen, in der Umfangsrichtung 13 kleiner dimensioniert als die beiden anderen Magnete 12, die sich in der Horizontalen, also links und rechts, gegenüberliegen. Diese Anordnung der Magnete 12 ist jedoch bezüglich einer vertikalen Spiegelebene, welche die Rotationsachse 1 1 enthält, symmetrisch.

Claims

Ansprüche
1 . Elektromotor mit Rotor (7) und Stator (8),
- wobei ein Außenteil (9) und ein Innenteil (10) konzentrisch zu einer Rotationsachse (1 1 ) angeordnet sind und relativ zueinander um die Rotationsachse (1 1 ) drehverstellbar sind,
- wobei der Elektromotor (3) als Außenläufer, bei dem das Außenteil (9) einen Außenrotor (7) und das Innenteil (10) einen Innenstator (8) bildet, oder als Innenläufer ausgestaltet ist, bei dem das Außenteil (9) einen Außenstator (8) und das Innenteil (10) einen Innenrotor (7) bildet,
- wobei das Außenteil (9) wenigstens zwei Permanentmagnete (12) aufweist,
- wobei das Innenteil (10) wenigstens zwei Polarme (16, 17) und wenigstens eine elektrische Spule (18) aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
- dass der Rotor (7) symmetrisch gestaltet ist,
- dass der Stator (8) asymmetrisch gestaltet ist.
2. Elektromotor nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet,
dass die Asymmetrie des Stators (8) so gewählt ist, dass sich bei einer Bestro- mung des Elektromotors (3) zum Anfahren des Elektromotors (3) in einer Ausgangsrelativlage, die sich bei unbestromten Elektromotor (3) zwischen Stator (8) und Rotor (7) selbsttätig einstellt, ein Magnetfeld ausbildet, das den Elektromotor (3) in einer vorbestimmten Rotationsrichtung antreibt.
3. Elektromotor nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
- dass zumindest ein solcher Polarm (16) radial außen einen Polschuh (19) aufweist, der radial außen eine Außenseite (20) besitzt,
- dass radial zwischen der Außenseite (20) des jeweiligen Polschuhs (19) und einer dem Polschuh (19) zugewandten Innenseite (21 ) des jeweiligen Permanentmagneten (12) ein Luftspalt (22) ausgebildet ist,
- dass die Asymmetrie des Stators (8) durch einen asymmetrischen Verlauf der Außenseite (20) des jeweiligen Polschuhs (19) gebildet ist, derart, dass der jeweilige Luftspalt (22) in der Umfangsrichtung asymmetrisch gestaltet ist.
4. Elektromotor nach Anspruch 3
dadurch gekennzeichnet,
dass der Verlauf der jeweiligen Außenseite (20) so gewählt ist, dass der asymmetrische Luftspalt (22) in der Umfangsrichtung (13) hinsichtlich seiner radialen Abmessung (23) variiert.
5. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
- dass zumindest ein solcher Polarm (16) radial außen einen Polschuh (19) aufweist, der zwei Polschuhabschnitte (24, 25) aufweist, die in der Umfangsrichtung (13) beiderseits des Polarms (16) angeordnet sind und sich in der Umfangsrichtung (13) entgegengesetzt erstrecken,
- dass die Asymmetrie des Stators (8) durch eine Asymmetrie der Polschuhabschnitte (24, 25) gebildet ist.
6. Elektromotor nach Anspruch 5
dadurch gekennzeichnet, dass der eine Polschuhabschnitt (24, 25) größer ist als der andere Polschuhabschnitt (25, 24).
7. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
- dass zumindest zwei Polarme (17) jeweils eine Spule (18) tragen,
- dass die Asymmetrie des Stators (8) durch eine asymmetrische Anordnung der Spulen (18) tragenden Polarme (17) gebildet ist.
8. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
- dass zumindest zwei Spulen (18) vorgesehen sind,
- dass die Asymmetrie des Stators (8) durch asymmetrisch gestaltete und/oder angeordnete Spulen (18) gebildet ist.
9. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
- dass die Asymmetrie des Stators (8) durch die Asymmetrie der Polschuhe (19) nach Anspruch 5 und die Asymmetrie der Spulen (18) tragenden Polarme (17) nach Anspruch 7 gebildet ist, oder
- dass die Asymmetrie des Stators (8) durch die Asymmetrie des Luftspalts (22) nach Anspruch 3 und die Asymmetrie der Spulen (18) tragenden Polarme (17) nach Anspruch 7 gebildet ist, oder
- dass die Asymmetrie des Stators (8) durch die Asymmetrie des Luftspalts (22) nach Anspruch 3 und die Asymmetrie der Polschuhe (19) nach Anspruch 5 gebildet ist.
10. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass die Asynnnnetne des Stators (8) durch die Asynnnnetrie des Luftspalts (22) nach Anspruch 3 und durch die Asynnnnetrie der Polschuhe (19) nach Anspruch 5 und durch die Asynnnnetrie der Spulen (18) tragenden Polarme (17) nach Anspruch 7 gebildet ist.
1 1 . Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
- dass zumindest ein Polarm (16) mit Polschuh (19) und zumindest ein Polarm (17) ohne Polschuh (19) vorgesehen sind,
- dass die jeweilige Spule (18) als vorgefertigtes Bauteil auf einen solchen pol- schuhfreien Polarm (17) aufgesteckt ist.
12. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
- dass genau vier Polarme (16, 17) vorgesehen sind,
- dass genau zwei Spulen (18) an zwei gegenüberliegenden Polarmen (17) ausgebildet sind.
13. Elektromotor nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
- dass die beiden Spulen (18) durch separate Wicklungen (28) oder durch eine gemeinsame Wicklung (28) ausgebildet sind, und/oder
- dass genau vier Permanentmagnete (12) vorgesehen sind, die mit wechselnder Polarität in der Umfangsrichtung (13) verteilt angeordnet sind.
14. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Anzahl (n) an Polarmen (16, 17) genau doppelt so groß ist wie eine Anzahl (n/2) an Spulen (18) und insbesondere genau gleich groß ist wie eine An- zahl (n) an Permanentmagneten (12), die sich in der Umfangsrichtung (13) hinsichtlich ihrer Polarität abwechseln, wobei die Spulen (18) in der Umfangsrichtung (13) jedem zweiten Polarm (16, 17) zugeordnet sind.
15. Elektromotor nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass der asymmetrische Luftspalt (22) durch eine Stufe (29) in der jeweiligen Außenseite (20) gebildet ist.
16. Elektromotor nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet,
dass genau zwei Polarme (16), die jeweils einen Polschuh (19) mit Stufe (29) in der Außenseite (20) aufweisen, vorgesehen sind, die sich bezüglich der Rotationsachse (1 1 ) diametral gegenüberliegen.
17. Elektromotor nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet,
dass die beiden Polarme (16) mit ihren gestuften Polschuhen (19) bezüglich einer Drehung um die Rotationsachse (1 1 ) um 180° punktsymmetrisch ausgestaltet sind.
18. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 17,
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest ein solcher Polarm (17) beabstandet von der Rotationsachse (1 1 ) einen sich mit zunehmendem Abstand von der Rotationsachse (1 1 ) verjüngenden Endabschnitt (30) aufweist.
19. Elektromotor nach Anspruch 18,
dadurch gekennzeichnet, dass sich der jeweilige Endabschnitt (30) bezüglich der Umfangsrichtung (13) asymmetrisch verjüngt.
20. Elektromotor nach Anspruch 19,
dadurch gekennzeichnet,
dass der jeweilige Endabschnitt (30) in der Umfangsrichtung (13) nur an einer Seite abgeschrägt ist.
21 . Elektromotor nach Anspruch 19 oder 20,
dadurch gekennzeichnet,
dass genau zwei Polarme (17), die jeweils einen asymmetrisch verjüngten Endabschnitt (30) aufweisen, vorgesehen sind, die sich bezüglich der Rotationsachse (1 1 ) diametral gegenüberliegen.
22. Elektromotor nach Anspruch 21 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die beiden Polarme (17) mit ihren verjüngten Endabschnitten (30) bezüglich einer Drehung um die Rotationsachse (1 1 ) um 180° punktsymmetrisch ausgestaltet sind.
23. Elektromotor nach Anspruch 16 oder 17 sowie nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet,
dass die beiden Polarme (16) mit den asymmetrischen Polschuhen (19) in der Umfangsrichtung um 90° versetzt zu den beiden Polarmen (17) mit den verjüngten Endabschnitten (30) angeordnet sind.
24. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 23,
dadurch gekennzeichnet, dass die Pernnanentnnagnete (12) in der Umfangsnchtung (13) abwechselnd wenigstens zwei Pluspole (31 ) und wenigstens zwei Minuspole (32) bilden, wobei eine Erstreckung der Pluspole (31 ) und der Minuspole (32) in der Umfangsnchtung (13) ungleich ist.
25. Elektromotor nach Anspruch 24,
dadurch gekennzeichnet,
- dass sich die Pluspole (31 ) in der Umfangsnchtung (13) über einen größeren Umfangsabschnitt erstrecken als die Minuspole (32), oder
- dass sich die Minuspole (32) in der Umfangsnchtung (13) über einen größeren Umfangsabschnitt erstrecken als die Pluspole (31 ).
26. Hydraulikpumpe zum Fördern eines Hydraulikmittels, zum Beispiel Öl oder Wasser, mit einer Fördereinrichtung (2) und mit einem Elektromotor (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 25 zum Antreiben der Fördereinrichtung (2).
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