EP3218990A1 - Bürstenloser gleichstrommotor - Google Patents
Bürstenloser gleichstrommotorInfo
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- EP3218990A1 EP3218990A1 EP15794551.0A EP15794551A EP3218990A1 EP 3218990 A1 EP3218990 A1 EP 3218990A1 EP 15794551 A EP15794551 A EP 15794551A EP 3218990 A1 EP3218990 A1 EP 3218990A1
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- H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
- H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
- H02K1/2706—Inner rotors
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- H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
- H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
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- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
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Definitions
- the invention relates to a brushless DC motor, in particular for driving an electrically-operated Kompres ⁇ sors of a motor vehicle, having a coil Sta ⁇ tor and a radially disposed within the stator and a plurality of permanent magnets comprising the rotor and with a Trä ⁇ gerelement of the rotor for holding the permanent magnets.
- Such brushless DC motors are used in Kraftfahrzeu ⁇ gen for different drives and are known from Pra ⁇ tice.
- the permanent magnets of the rotor are encapsulated in the prior art with plastic. Furthermore, it is known from practice to fasten the permanent magnets with a sleeve on the support element.
- a disadvantage of the known DC motors is that an encapsulation or a sleeve leads to an increase in the distance between the permanent magnets of the coils.
- a large distance leads to a high magnetic dispersion and thus to a low efficiency of the DC motor.
- the sliding over a sleeve on the permanent magnets also leads to a very high installation cost of the DC motor.
- the invention is based on the problem to form a Gleichstrommo ⁇ tor of the type mentioned so on that he ei ⁇ ne reliable attachment of the permanent magnets allows and allows particularly small distances between the permanent magnet of the rotor and the coils of the stator.
- the permanent magnets can be arranged immediately in front of the coils of the stator.
- the particularly narrow dimensioning of the air gap is therefore limited almost exclusively by thermal expansion and manufacturing tolerances of the angren ⁇ collapsing components of the stator and the rotor.
- the DC motor according to the invention has a high efficiency.
- Components for holding the permanent magnets ⁇ need no longer be placed in front of the permanent magnets ⁇ thanks to the invention.
- the bias can be chosen so that the centrifugal force is counteracted. So ge ⁇ guaranteed preload a reliable fastening of the permanent magnets at high speeds. Therefore, the invention shown SSE brushless DC motor is particularly suitable to drive an electric-powered compressor of an internal combustion engine of the motor vehicle.
- the rotor can be mounted particularly cost-effective thanks to the invention.
- the bias of the permanent magnets designed according to another advantageous embodiment of the invention is particularly simple when connected to the carrier element spring elements arranged parallel to the rotational axis of the rotor, a Ver ⁇ broadening edge of the permanent magnets hintergrei ⁇ fen.
- An air gap between the permanent magnets of the rotor and the coils of the stator can be kept particularly low, according to another advantageous development of the invention, when the permanent magnets have at each of their parallel to the axis of rotation being ⁇ arranged edges arranged recesses for receiving a portion of the spring elements.
- the spring elements can be according to another advantageous embodiment of the invention particularly simple connect with the carrier ⁇ element when the spring elements engage a parallel to the axis of rotation of the rotor arranged edge of the support element ⁇ out.
- the rotor is according to another advantageous Wei ⁇ ter Struktur of the invention a particularly simple construction, if the support element has several parallel to the rotational axis of the rotor at ⁇ minor grooves for receiving an end of the spring elements.
- the spring elements can be produced particularly cost-effective according to another advantageous embodiment of the invention, when the spring elements are designed in cross-section C-shaped.
- the spring elements are held in accordance with another advantageous Wei ⁇ teroeuvre reliably in position when two spring ⁇ elements are supported against each other for supporting mutually adjacent permanent magnets. With this configuration, the spring elements are supported on the permanent magnet, the support member and the adjacent spring element in total at three points. Thus, the rotor has a high stability. This leads to ⁇ a particularly small space of the holder of the Perma ⁇ nentmagnete.
- the number of components of the brushless DC motor can be kept particularly low according to another advantageous embodiment of the invention, when the number of spring ⁇ elements is equal to the number of permanent magnets and when the spring elements are each arranged between two adjacent permanent magnets.
- the brushless DC motor according to another part Cling ⁇ development of the invention especially for high rotation pay suitable when the spring elements are each held in a mitt ⁇ leren section in the groove of the support member and supported with each of the outer sections each Benach ⁇ bearded permanent magnets.
- the bias of the permanent magnets on the handling of the Trä ⁇ gerimplantations is particularly uniform. This prevents strong Be ⁇ loads the edges of the permanent magnets.
- the manufacture of the permanent magnets and of the support element ges ⁇ talten particularly cost according to another advantageous development of the invention, when the permanent magnets and the carrier element having plane contact surfaces.
- Fig. 1 shows schematically a cross section through a bürstenlo ⁇ sen DC motor
- Fig. 2 greatly enlarged a portion of a rotor of the
- Fig. 3 shows a further embodiment of the rotor.
- FIG. 4 shows a cross section through a further embodiment of the rotor.
- Figure 1 schematically shows a cross section through a bürs ⁇ tenhom DC motor with a fixed stator 1 and a rotatable around a vertically arranged to the plane of the axis of rotation 2 mounted rotor 3.
- the stator 1 has a plurality of coils 4, 4 '.
- the rotor 3 has a plurality of, attached ⁇ arranged on a carrier element 5, permanent magnets 6, 6 '.
- the carrier element 5 is formed as a laminated core. Between the permanent magnets 6, 6 'and the coils 4, 4' there is an air gap 7.
- the Perma ⁇ nentmagnete 6, 6 ' thus directly limiting the air gap 7.
- the permanent magnets 6, 6' and the carrier element 5 have planar abutment surfaces 8 on ,
- the rotor 3 has spring elements 9, 9 'for biasing the permanent magnet 6, 6' against the carrier element 5.
- Figure 2 shows greatly enlarged an adjacent Be ⁇ rich two permanent magnets 6, 6 'and the support member 5 of the rotor 3.
- the spring elements 9, 9' are each C-shaped and engage behind each edge 10, 10 'of the permanent magnets ⁇ 6th , 6 '.
- the carrier element 5 has a groove 11, which engage behind the spring elements 9, 9 '.
- the hollow ⁇ throat 11 and the edges 10, 10 'of the permanent magnets 6, 6' are perpendicular to the plane and thus arranged parallel to the axis of rotation 2 of the rotor 3.
- the edges 10, 10 'each have a recess 12, 12' for receiving a portion of the spring ⁇ elements 9, 9 '.
- Figure 2 shows that each be ⁇ neighboring spring elements 9, 9 are supported 'to each other.
- FIG. 3 shows a further embodiment of the rotor 3 in two at ⁇ each adjacent area permanent magnets 6, 6 ', WEL che from that of Figure 2 differs only in that the spring elements 10, 10' in the adjacent area of extrusion coating 13 of plastics material having , The encapsulation 13 fi xed ⁇ the spring elements 10, 10 'in its illustrated position.
- FIG. 4 shows a rotor 14 for the brushless DC motor illustrated in FIG. 1, which differs from that of FIG. 1 in that the number of permanent magnets 15, 15 'is equal to the number of spring elements 16.
- the spring elements 16 are held in a middle section 17 in fillets 18 of a carrier element 19 and engage behind edges 20, 20 'of the permanent magnets 15, 15'.
- the central portion 17 of the Federele ⁇ Mentes 16 has the shape of a turn.
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Abstract
Ein bürstenloser Gleichstrommotor, insbesondere zum Antrieb eines elektrisch betriebenen Kompressors eines Kraftfahrzeuges, hat von Federelementen (9, 9') gegen ein Trägerelement (5) vorgespannte Permanentmagnete (6, 6'). Die Federelemente (9, 9') hintergreifen einen Rand (10, 10') der Permanentmagnete (6, 6') und greifen in eine Hohlkehle (11) des Trägerelementes (5) ein. Hierdurch werden die Permanentmagnete (6, 6') zuverlässig auch bei Hochdrehzahlanwendungen gehalten.
Description
Beschreibung
Bürstenloser Gleichstrommotor
Die Erfindung betrifft einen bürstenlosen Gleichstrommotor, insbesondere zum Antrieb eines elektrisch betriebenen Kompres¬ sors eines Kraftfahrzeuges, mit einem Spulen aufweisenden Sta¬ tor und einem, radial innerhalb des Stators angeordneten und mehrere Permanentmagnete aufweisenden Rotor und mit einem Trä¬ gerelement des Rotors zur Halterung der Permanentmagnete.
Solche bürstenlosen Gleichstrommotoren werden in Kraftfahrzeu¬ gen für verschiedene Antriebe eingesetzt und sind aus der Pra¬ xis bekannt. Die Permanentmagnete des Rotors werden nach dem Stand der Technik mit Kunststoff umspritzt. Weiterhin ist aus der Praxis bekannt, die Permanentmagnete mit einer Hülse auf dem Trägerelement zu befestigen.
Nachteilig bei den bekannten Gleichstrommotoren ist jedoch, dass eine Umspritzung oder eine Hülse zu einer Vergrößerung des Abstandes der Permanentmagnete von den Spulen führt. Ein großer Abstand führt jedoch zu einer hohen magnetischen Streuung und damit zu einem geringen Wirkungsgrad des Gleichstrommotors. Das Überschieben einer Hülse über die Permanentmagnete führt zudem zu einem sehr hohen Montageaufwand des Gleichstrommotors.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen Gleichstrommo¬ tor der eingangs genannten Art so weiter zu bilden, dass er ei¬ ne zuverlässige Befestigung der Permanentmagnete ermöglicht und besonders geringe Abstände zwischen den Permanentmagneten des Rotors und den Spulen des Stators ermöglicht.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Permanentmagnete unmittelbar einen Luftspalt gegenüber dem Ro-
tor begrenzen und gegen den Umfang des Trägerelementes vorge¬ spannt sind.
Durch diese Gestaltung können die Permanentmagnete unmittelbar vor den Spulen des Stators angeordnet sein. Die besonders enge Bemessung des Luftspalts wird daher nahezu ausschließlich durch eine Wärmeausdehnung und durch Fertigungstoleranzen der angren¬ zenden Bauteile des Stators und des Rotors begrenzt. Durch die¬ se Gestaltung weist der erfindungsgemäße Gleichstrommotor einen hohen Wirkungsgrad auf. Bauteile zur Halterung der Permanent¬ magnete müssen dank der Erfindung nicht mehr vor den Permanent¬ magneten angeordnet werden. Die Vorspannung kann so gewählt werden, dass der Fliehkraft entgegen gewirkt wird. Damit ge¬ währleistet die Vorspannung eine zuverlässige Befestigung der Permanentmagnete auch bei hohen Drehzahlen. Der erfindungsgemä¬ ße bürstenlose Gleichstrommotor eignet sich daher insbesondere zum Antrieb eines elektrisch betriebenen Kompressors einer Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeuges. Zudem lässt sich der Rotor dank der Erfindung besonders kostengünstig montieren.
Die Vorspannung der Permanentmagnete gestaltet sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besonders einfach, wenn mit dem Trägerelement verbundene Federelemente einen parallel zur Drehachse des Rotors angeordneten, eine Ver¬ breiterung aufweisenden Rand der Permanentmagnete hintergrei¬ fen .
Ein Luftspalt zwischen den Permanentmagneten des Rotors und den Spulen des Stators lässt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besonders gering halten, wenn die Permanentmagnete jeweils an ihren parallel zur Drehachse ange¬ ordneten Rändern angeordnete Vertiefungen zur Aufnahme eines Teilbereichs der Federelemente haben.
Die Federelemente lassen sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besonders einfach mit dem Träger¬ element verbinden, wenn die Federelemente einen parallel zur Drehachse des Rotors angeordneten Rand des Trägerelementes hin¬ tergreifen .
Der Rotor gestaltet sich gemäß einer anderen vorteilhaften Wei¬ terbildung der Erfindung konstruktiv besonders einfach, wenn das Trägerelement mehrere parallel zur Drehachse des Rotors an¬ geordnete Hohlkehlen zur Aufnahme eines Endes der Federelemente hat .
Die Federelemente lassen sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besonders kostengünstig fertigen, wenn die Federelemente im Querschnitt C-förmig gestaltet sind.
Die Federelemente sind gemäß einer anderen vorteilhaften Wei¬ terbildung zuverlässig in ihrer Lage gehalten, wenn zwei Feder¬ elemente zur Halterung einander benachbarter Permanentmagnete gegeneinander abgestützt sind. Durch diese Gestaltung sind die Federelemente an dem Permanentmagnet, dem Trägerelement und dem benachbarten Federelement insgesamt an drei Stellen abgestützt. Damit weist der Rotor eine hohe Stabilität auf. Dies führt zu¬ dem zu einem besonders kleinen Bauraum der Halterung der Perma¬ nentmagnete .
Die Anzahl an Bauteilen des bürstenlosen Gleichstrommotors lässt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besonders gering halten, wenn die Anzahl der Feder¬ elemente gleich der Anzahl der Permanentmagnete ist und wenn die Federelemente jeweils zwischen zwei einander benachbarten Permanentmagneten angeordnet sind.
Der bürstenlose Gleichstrommotor ist gemäß einer anderen vor¬ teilhaften Weiterbildung der Erfindung besonders für hohe Dreh-
zahlen geeignet, wenn die Federelemente jeweils in einem mitt¬ leren Abschnitt in der Hohlkehle des Trägerelements gehalten sind und mit den äußeren Abschnitten jeweils einander benach¬ barte Permanentmagnete abstützen. Durch diese Gestaltung ist die Vorspannung der Permanentmagnete über den Umgang des Trä¬ gerelementes besonders gleichmäßig. Dies verhindert starke Be¬ lastungen der Ränder der Permanentmagnete.
Die Fertigung der Permanentmagnete und des Trägerelementes ges¬ talten sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besonders kostengünstig, wenn die Permanentmagnete und das Trägerelement plane Anlageflächen aufweisen.
Eine zusätzliche Lagefixierung der Federelemente und damit auch der Permanentmagnete lässt sich gemäß einer anderen vorteilhaf¬ ten Weiterbildung der Erfindung einfach erreichen, wenn die Fe¬ derelemente und ein die Federelemente halternder Teilbereich des Trägerelementes von Kunststoff umspritzt ist.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weite- ren Verdeutlichung ihres Grundprinzips sind zwei davon in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in
Fig. 1 schematisch einen Querschnitt durch einen bürstenlo¬ sen Gleichstrommotor,
Fig. 2 stark vergrößert einen Teilbereich eines Rotors des
Gleichstrommotors aus Figur 1,
Fig. 3 eine weitere Ausführungsform des Rotors.
Fig. 4 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform des Rotors.
Figur 1 zeigt schematisch einen Querschnitt durch einen bürs¬ tenlosen Gleichstrommotor mit einem feststehenden Stator 1 und einem um eine senkrecht zur Zeichenebene angeordnete Drehachse 2 drehbar gelagerten Rotor 3. Der Stator 1 hat mehrere Spulen 4, 4' . Der Rotor 3 hat mehrere, auf einem Trägerelement 5 ange¬ ordnete Permanentmagnete 6, 6'. Das Trägerelement 5 ist als Blechpaket ausgebildet. Zwischen den Permanentmagneten 6, 6' und den Spulen 4, 4' befindet sich ein Luftspalt 7. Die Perma¬ nentmagnete 6, 6' begrenzen damit unmittelbar den Luftspalt 7. Die Permanentmagnete 6, 6' und das Trägerelement 5 weisen plane Anlageflächen 8 auf. Der Rotor 3 hat Federelemente 9, 9' zur Vorspannung der Permanentmagnet 6, 6' gegen das Trägerelement 5.
Figur 2 zeigt stark vergrößert einen aneinandergrenzenden Be¬ reich zweier Permanentmagnete 6, 6' und des Trägerelementes 5 des Rotors 3. Die Federelemente 9, 9' sind jeweils C-förmig gestaltet und hintergreifen jeweils einen Rand 10, 10' der Per¬ manentmagnete 6, 6'. Das Trägerelement 5 weist eine Hohlkehle 11 auf, welche die Federelemente 9, 9' hintergreifen. Die Hohl¬ kehle 11 und die Ränder 10, 10' der Permanentmagnete 6, 6' sind senkrecht zur Zeichenebene und damit parallel zur Drehachse 2 des Rotors 3 angeordnet. Die Ränder 10, 10' haben jeweils eine Vertiefung 12, 12' zur Aufnahme eines Teilbereichs der Feder¬ elemente 9, 9' . Weiterhin zeigt Figur 2, dass sich einander be¬ nachbarte Federelemente 9, 9' aneinander abstützen.
Figur 3 zeigt eine weitere Ausführungsform des Rotors 3 im an¬ einandergrenzenden Bereich zweier Permanentmagnete 6, 6', wel- che sich von der aus Figur 2 nur dadurch unterscheidet, dass die Federelemente 10, 10' im aneinandergrenzenden Bereich eine Umspritzung 13 mit Kunststoff aufweisen. Die Umspritzung 13 fi¬ xiert die Federelemente 10, 10' in ihrer dargestellten Lage.
Figur 4 zeigt einen Rotor 14 für den in Figur 1 dargestellten bürstenlosen Gleichstrommotor, welcher sich von dem aus Figur 1 dadurch unterscheidet, dass die Anzahl an Permanentmagneten 15, 15' gleich der Anzahl an Federelementen 16 ist. Die Federele- mente 16 sind in einem mittleren Abschnitt 17 in Hohlkehlen 18 eines Trägerelementes 19 gehalten und hintergreifen Ränder 20, 20' der Permanentmagnete 15, 15'. Zur Formschlüssigen Halterung in der Hohlkehle 18 hat der mittlere Abschnitt 17 des Federele¬ mentes 16 die Form einer Windung.
Claims
Bürstenloser Gleichstrommotor, insbesondere zum Antrieb eines elektrisch betriebenen Kompressors eines Kraftfahr¬ zeuges, mit einem Spulen (4, 4') aufweisenden Stator (1) und einem, radial innerhalb des Stators (1) angeordneten und mehrere Permanentmagnete (6, 6', 15, 15') aufweisenden Rotor (3, 14) und mit einem Trägerelement (5, 19) des Ro¬ tors (3, 14) zur Halterung der Permanentmagnete (6, 6', 15, 15'), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Permanentmagnete (6, 6', 15, 15') unmittelbar einen dem Stator (1) zugewandten Luftspalt (7) begrenzen und ge¬ gen den Umfang des Trägerelementes (5, 19) vorgespannt sind .
Bürstenloser Gleichstrommotor nach Anspruch 1, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass mit dem Trä¬ gerelement (5, 19) verbundene Federelemente (9, 9', 16) einen parallel zur Drehachse (2) des Rotors (3, 14) ange¬ ordneten, eine Verbreiterung aufweisenden Rand (10, 10', 20, 20') der Permanentmagnete (6, 6', 15, 15') hintergrei¬ fen .
Bürstenloser Gleichstrommotor nach Anspruch 2, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Permanent¬ magnete (6, 6') jeweils eine an ihren parallel zur Dreh¬ achse (2) angeordneten Rändern (10, 10') angeordnete Ver¬ tiefung (12, 12') zur Aufnahme eines Teilbereichs der Fe¬ derelemente (9, 9') haben.
Bürstenloser Gleichstrommotor nach Anspruch 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Feder¬ elemente (9, 9') einen parallel zur Drehachse (2) des Ro¬ tors (3) angeordneten Rand des Trägerelementes (5) hinter¬ greifen .
Bürstenloser Gleichstrommotor nach zumindest einem der An Sprüche 2 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h ¬ n e t , dass das Trägerelement (5, 19) mehrere parallel zur Drehachse (2) des Rotors (3, 14) angeordnete Hohlkeh¬ len (11, 18) zur Aufnahme eines Abschnitts (17) der Feder elemente (9, 9', 16) hat.
Bürstenloser Gleichstrommotor nach zumindest einem der An Sprüche 2 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h ¬ n e t , dass die Federelemente (9, 9') im Querschnitt ei¬ förmig gestaltet sind.
Bürstenloser Gleichstrommotor nach zumindest einem der An Sprüche 2 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h ¬ n e t , dass zwei Federelemente (9,
9') zur Halterung ein ander benachbarter Permanentmagnete (6, 6') gegeneinander abgestützt sind.
Bürstenloser Gleichstrommotor nach zumindest einem der An Sprüche 2 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h ¬ n e t , dass die Anzahl der Federelemente (16) gleich der Anzahl der Permanentmagnete (15, 15') ist und dass die Fe derelemente (16) jeweils zwischen zwei einander benachbar ten Permanentmagneten (15, 15') angeordnet sind.
Bürstenloser Gleichstrommotor nach Anspruch 8, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Federele¬ mente (16) jeweils in einem mittleren Abschnitt (17) in der Hohlkehle (18) des Trägerelements (19) gehalten sind und mit den äußeren Abschnitten jeweils einander benach¬ barte Permanentmagnete (15, 15') abstützen.
10. Bürstenloser Gleichstrommotor nach zumindest einem der An- sprüche 2 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -
n e t , dass die Permanentmagnete (9, 9', 15, 15') und das Trägerelement (5) plane Anlageflächen (8) aufweisen.
Bürstenloser Gleichstrommotor nach zumindest einem der An¬ sprüche 2 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h ¬ n e t , dass die Federelemente (9, 9') und ein die Feder¬ elemente (9, 9') halternder Teilbereich des Trägerelemen¬ tes (5) von Kunststoff umspritzt ist.
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