WO2008104156A2 - Electronically commutated electric motor - Google Patents

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WO2008104156A2
WO2008104156A2 PCT/DE2008/000320 DE2008000320W WO2008104156A2 WO 2008104156 A2 WO2008104156 A2 WO 2008104156A2 DE 2008000320 W DE2008000320 W DE 2008000320W WO 2008104156 A2 WO2008104156 A2 WO 2008104156A2
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permanent magnets
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Hans Hermann Rottmerhusen
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Metabowerke Gmbh
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K29/00Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
    • H02K29/03Motors 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
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706Inner rotors
    • H02K1/272Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/274Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753Inner 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
    • H02K1/276Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM]
    • H02K1/2766Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM] having a flux concentration effect
    • H02K1/2773Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM] having a flux concentration effect consisting of tangentially magnetized radial magnets

Definitions

  • the invention relates to an electronically commutated electric motor, according to claim 1.
  • Electronically commutated electric motors usually have a permanent magnet excited rotor, wherein the rotor is either equipped with individual permanent magnets, or on the rotor a multi-pole ring magnet is arranged, and in a rotor with a small diameter, the rotor is often itself from a multi-pole magnetized permanent magnet.
  • the magnetization direction of the magnets or the magnet of such rotor is predominantly perpendicular to the air gap of the motor.
  • the magnetization direction of the magnets can also be aligned transversely to the air gap by the permanent magnets on the rotor constitute a collector assembly.
  • the rotor is formed with a reluctance-supported permanent magnet system, wherein the arrangement of the permanent magnets in the rotor is a collector arrangement.
  • the rotor consists of a laminated core having rotor teeth and grooves therebetween, and in the grooves permanent magnets are arranged which are magnetized tangentially so that always two poles of the same polarity act on a rotor tooth, wherein the magnetization direction of the permanent magnets parallel to Air gap of the engine is aligned.
  • US 2006/0061228 A1 describes an electric motor in which the ratio of the rotor teeth to the stator teeth is 1: 0.75, and around each stator tooth is wound a coil which can be connected to a power source via an electronic control and between the rotor teeth in one ner collector assembly arranged permanent magnets, wherein the
  • Runner is designed such that the magnetic flux is predominantly via the permanent magnets and the stator, and does not escape to the center of the rotor.
  • the invention is therefore based on the object to provide an electronically commutated electric motor, which achieved at a small size high torques at each rotor position and has a high efficiency, and has a low heating in relation to the energy density.
  • the advantages are that with a small size high torques and high efficiency is achieved, and thus a low heating in relation to the energy density is achieved, the electric motor is highly resilient and overloadable, and by the dimensioning of the stator teeth and the special design of the rotor teeth, the electric motor is advantageously designed for a good draft ventilation.
  • the invention is explained below with reference to the drawing.
  • Fig. 1 u. 2 in an axial plan view of a representation of the stator and rotor of the electric motor
  • FIG. 3 u. 4 in an axial plan view an alternative representation of the stator and rotor of the electric motor
  • Fig. 5 in axial plan view another alternative representation of the stator and rotor of the electric motor
  • Fig. 6 shows a circuit arrangement of the electronic control device for commutation of the winding strands of the electric motor.
  • the stator has in a two-pole design of the winding strands six directed to the rotor stator teeth 3, wherein the winding strands each include two coils and the coils 4 of the winding strands each surround a stator tooth 3.
  • the winding strands are placed during operation of the motor to a power source that stand on the stator opposite stator teeth each poles, and two adjacent stator teeth each unequal poles to each other. This Pol Struktur is marked on the stand with N, S.
  • the stator teeth 3 are formed such that the width of the stator teeth to the air gap is at least about the width of the slot opening 5 from the one stator tooth to the adjacent stator tooth, and at most two thirds of the width, the width of a stator tooth plus the width of a slot opening of the stator equivalent.
  • the six standing on the stator 1 stator teeth 3 are at the air gap 6 eight permanent magnetically excited Lauferberge 7 opposite.
  • the ratio of the rotor teeth to the stator teeth is 1 to 0.75.
  • the rotor 2 is designed as a permanent-magnet-excited reluctance rotor.
  • the rotor teeth 7 of the rotor 2 form the stator pole faces of the PM excited rotor
  • the permanent magnets 8 are arranged in a collector assembly along the shaft of the rotor in a respective groove 9 extending perpendicular to the shaft, and each have the rotor tooth 7 facing pole face of the permanent magnets an eponymous polar formation to each other, which form the polar fields to the stator at the air gap.
  • the width of the grooves 9 of the rotor 2 corresponds to the height of the permanent magnets 8, wherein the groove opening 10 of the grooves 9 is kept smaller in the region of the permanent magnets as the height of the Permanentmagne- te by the rotor teeth 7 have lugs 11 to the slot opening to a spin out to prevent the permanent magnets from the grooves.
  • the width of the slot opening 10 of the grooves 9 of the rotor at the air gap in the region of the stator teeth is preferably about half the width of a stator tooth.
  • the permanent magnet width in the direction of the shaft is determined by the desired field strength directed towards the air gap, the wider the permanent magnets are designed, and the smaller the spacing of the permanent magnets relative to one another in the region of the shaft, the higher the field strength directed to the air gap on the rotor teeth ,
  • the rotor teeth 7 are arranged integrally on the shaft of the rotor 2, and are preferably formed from stacked sheets, thus the rotor body consists of a laminated disk set.
  • the volume of the permanent magnets is reduced accordingly. So that the slot openings directed to the air gap 10 of the rotor 2 of the one pole face to the adjacent pole face, which has the air gap directed pole face of the rotor teeth 7, at least about half the width of a stator tooth 3, the distance of the permanent magnets 8 to the stator teeth 3 is increased accordingly, and the rotor teeth 7 are each chamfered with a corresponding to the permanent magnet 8 nose 11, whereby the width of the slot openings 10 of the rotor at the air gap at least about half the width of a stator tooth is enlarged, and hereby a reduction in the efficiency of the electric motor, by the arrangement of permanent magnets with a low height, is prevented.
  • the chamfer 12 of the rotor teeth 7, which forms a nose to the permanent magnets, is designed in a straight line.
  • the number of rotor teeth on the rotor in each case by four, and on the stator to increase the number of stator teeth by three.
  • the stator may have 6, 9, 12, 15 stator teeth, with the rotor then having 8, 12, 16, 20 rotor teeth, and the phase windings each include two, three, four and five coils, and then the rotor steps will increase accordingly a rotor revolution by the factor of the stator teeth of the electric motor.
  • Fig. 1 shows the rotor position, in which a runner step is preferably completed, in each case the trailing edge 13 and the leading edge 14 of each juxtaposed unlike pole field of the rotor, with respect to the direction of rotation of the rotor, approximately centrally to the front stator tooth each adjacent unlike excited stator teeth.
  • Fig. 2 shows the completed runner step by reversing the
  • Winding strands wherein at the same time the next runner step is initiated, and now is the respective running edge 13 and the leading edge 14 of each adjacent unlike pole field of the rotor, with respect to the direction of rotation of the rotor, approximately centered to the rear stator tooth of each adjacent unequal names excited stator teeth.
  • a rotor revolution consists of four times the number of rotor steps as the number of stator teeth, and thus, with an array of six stator teeth on the stator, one rotor revolution 24 runner steps.
  • each field-leading a rotor step each field-excited stator tooth two adjacent unlike pole fields of the rotor are assigned , whereby an ideal flux of the magnetic fields is achieved, and thereby a maximum torque, and a very high efficiency is achieved, whereby a low heating of the electric motor is justified.
  • the electric motor has a rotor which has a relatively large diameter with respect to the outer diameter of the electric motor in order to achieve an even higher torque.
  • FIG. 3 and 4 such an electric motor is shown.
  • the laminated core 15 of the stator 1 is held so that the Runner 2 has a relatively large diameter, for this purpose, the stator teeth 3 are provided with narrow pole horns 16, and the inference 17 on the laminated core of the stator is also designed to be very narrow, so that in each case for accommodating the coil on the stator tooth a space required for this is available.
  • the slot openings 18 of the stator to the air gap 6 from the one stator tooth to the adjacent stator tooth are variably interpretable in this design of the stator, they can be designed as a small slot opening up to a very large slot opening.
  • the distance of the permanent magnets 8 of the rotor to the stator teeth 3 is also dependent on the width of the slot openings 18 on the stator and the slope of the chamfer 12 of the rotor teeth 7 to the permanent magnets. The farther the distance of the permanent magnets 8 to the stator teeth 3 is selected, the smaller should be the width of the slot openings 18 on the stator, since the steepness of the bevel 12 of the rotor teeth 7 to the permanent magnets should maintain a certain angle, so that the leakage flux can be kept low over the slot openings 10 of the rotor 2.
  • the groove openings 10 on the rotor form the shape of an equilateral trapezoid, wherein the small base of the trapezoid is built to the respective groove of the rotor and the width of this base is kept smaller in the circumferential direction of the rotor as the height of the permanent magnets, and the larger base of the trapezoid is directed to the stator teeth 3, this width in the circumferential direction of the rotor is dependent on the width of the slot openings 18 of the stator and thus the width of the stator teeth 3 in the circumferential direction of the air gap, wherein the width of the slots of the rotor at the air gap is to be selected in that the highest efficiency can be achieved with such an electric motor by, in a rotor position to the stator, in which a permanent magnet is aligned centrally to a stator tooth and thus directed to this stator tooth in equal proportions two unlike excited rotor teeth, the Polhorn dictate 16 'of the adjacent stator tooth with respect to the direction of rotation of the
  • the grooves 9 for receiving the permanent magnets 8 are preferably circular in shape at the bottom of the groove.
  • the previously magnetized permanent magnets 8 can be securely pressed into the grooves 9 without glue.
  • Balancing disks which are preferably provided with fan blades for cooling the stator winding, and can serve to secure the permanent magnets, can be arranged on the front sides of the rotor.
  • such a motor is particularly well suited for a draft ventilation, since the slot openings of the rotor and the gap from one coil to the respective adjacent coil of the stator winding is correspondingly large, and thus a very good cooling of the coil 4 can be done.
  • Fig. 3 shows a stand with a large width of the groove openings 18 of the grooves of the stator, wherein at a certain bevel 12 of the rotor teeth 7 to achieve a width of the groove openings 10 of the grooves of the rotor, which corresponds to half the width of a stator tooth 3, are Permanent magnets 8 corresponding sunk in the rotor, so that from this the distance between the permanent magnets 8 to the stator teeth 3 results.
  • FIG. 3 the rotor position is shown in FIG. 3, in which a rotor step is preferably ended, in each case the running edge 13 and the leading edge 14 of a respective adjacent pole field of the rotor, with respect to the direction of rotation of the rotor, approximately in the middle of the front stator tooth of the respectively adjacent unlike excited stator teeth.
  • Fig. 4 shows a stator with a reduced width of the slot openings 18 of the slots of the stator, wherein to achieve a width of the slot openings 10 of the grooves of the rotor, which corresponds to half the width of a stator tooth, the permanent magnets 8 are sunk so far in the rotor, that the required steepness of the chamfer 12 of the rotor teeth 7 to the permanent magnets, which is necessary for minimizing the leakage flux in the region of the slot openings 10 of the rotor is given.
  • FIG. 4 shows a stator with a reduced width of the slot openings 18 of the slots of the stator, wherein to achieve a width of the slot openings 10 of the grooves of the rotor, which corresponds to half the width of a stator tooth, the permanent magnets 8 are sunk so far in the rotor, that the required steepness of the chamfer 12 of the rotor teeth 7 to the permanent magnets, which is necessary for minimizing the leakage flux in the region of
  • the completed rotor step is represented by reversing the winding phases, wherein the next run step is simultaneously initiated, and now the trailing edge 13 and the leading edge 14 of a respective adjacent unlike pole field of the rotor, with respect to the direction of rotation Runner, each aligned approximately centrally to the rear stator tooth of each adjacent unlike excited stator teeth.
  • the groove opening 18 of the grooves on the stand is variably interpretable, wherein the width of the groove opening 10 of the grooves 9 of the rotor 2 at the air gap 6 can be up to half the width of a pole pitch on the stand so that the leakage flux can be kept low over the slot opening 10 of the grooves 9 of the rotor, and In each rotor position, a high torque, and a high efficiency is achieved, and thus a maximum performance can be achieved with such an electric motor.
  • the stand can also have only three stator teeth.
  • Fig. 5 shows such a design.
  • Each stator tooth 3 is wrapped by a coil 4, and thus each winding strand includes one coil each.
  • the winding strands are placed during operation of the motor to a power source such that two adjacent stator teeth form unlike poles to each other.
  • the stator teeth 3 are formed such that the width of the stator teeth to the air gap 6 is at least about three-fifths and at most about four-sixths of the width corresponding to the width of a stator tooth plus the width of a slot opening.
  • Such a design of the stator tooth width is also advantageous in a different interpretation of the number of stator teeth on the stand for use.
  • the pole face of the rotor teeth 7 directed towards the air gap, as well as the nose 12 forming the chamfer 12, can also be designed to be arcuate, wherein the chamfer 12 to the permanent magnets can be formed both arcuately inwardly and arcuately outward.
  • This design has the advantage that a particularly smooth transition of the rotor steps can be achieved by the one rotor step to the next rotor step, and thus the torque ripple and the pole sensitivity of the electric motor is further reduced.
  • a control electronics is associated with the electric motor.
  • Fig. 6 shows a circuit arrangement of the electronic control device for commutation of the winding strands.
  • the winding strands are each connected at one end to a transistor-equipped half-bridge 20 and connected in star with the other end.
  • the transistors 21 are associated with a control device 22.
  • the detection of the rotor position can be done with the known means, or the determination of the switching time of the winding strands is determined electronically and thus takes place sensorless.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Abstract

The invention relates to an electronically commutated electric motor, which comprises a stator and a special rotor having rotor teeth and permanent magnets in a collector arrangement, said rotor being formed by a laminated core with grooves, wherein the ratio of the rotor teeth to the stator teeth is 1 to 0.75, and the orientation of the rotor poles relative to the stator field during operation of the motor is aligned such that even torque is achieved for each position of the rotor.

Description

Elektronisch koππnutierter Elektromotor Electronically co-grooved electric motor
Die Erfindung bezieht sich auf einen elektronisch kommu- tierten Elektromotor, gemäß dem Patentanspruch 1.The invention relates to an electronically commutated electric motor, according to claim 1.
Elektronisch kommutierte Elektromotoren besitzen üblicherweise einen permanentmagneterregten Läufer, wobei der Läufer entweder mit einzelnen Permanentmagneten bestückt ist, oder am Läufer ist ein mehrpoliger Ringmagnet angeordnet, und bei einem Läufer mit einem kleinen Durchmesser besteht der Läufer oft selbst aus einem mehrpolig magnetisierten Permanentmagneten. Die Magnetisierungsrichtung der Magnete oder des Magneten solcher Läufer erfolgt überwiegend senkrecht zum Luftspalt des Motors. Die Magnetisierungsrichtung der Magnete kann auch quer zum Luftspalt ausgerichtet sein, indem die Permanentmagnete am Läufer eine Sammleranordnung darstellen.Electronically commutated electric motors usually have a permanent magnet excited rotor, wherein the rotor is either equipped with individual permanent magnets, or on the rotor a multi-pole ring magnet is arranged, and in a rotor with a small diameter, the rotor is often itself from a multi-pole magnetized permanent magnet. The magnetization direction of the magnets or the magnet of such rotor is predominantly perpendicular to the air gap of the motor. The magnetization direction of the magnets can also be aligned transversely to the air gap by the permanent magnets on the rotor constitute a collector assembly.
DE 197 23 302 Al beschreibt eine derartige Lösung. Der Läu- fer ist mit einem reluktanzunterstützten Permanentmagnetsystem ausgebildet, wobei die Anordnung der Permanentmagnete im Läufer eine Sammleranordnung ist. Der Läufer besteht aus einem geblechten Kern, der Läuferzähne und dazwischen liegende Nuten aufweist, und in den Nuten sind Permanentmagne- te angeordnet, die tangential so magnetisiert sind, daß immer zwei Pole gleicher Polarität auf einen Läuferzahn wirken, wobei die Magnetisierungsrichtung der Permanentmagnete parallel zum Luftspalt des Motors ausgerichtet ist.DE 197 23 302 A1 describes such a solution. The rotor is formed with a reluctance-supported permanent magnet system, wherein the arrangement of the permanent magnets in the rotor is a collector arrangement. The rotor consists of a laminated core having rotor teeth and grooves therebetween, and in the grooves permanent magnets are arranged which are magnetized tangentially so that always two poles of the same polarity act on a rotor tooth, wherein the magnetization direction of the permanent magnets parallel to Air gap of the engine is aligned.
US 2006/0061228 Al beschreibt einen Elektromotor, bei dem das Verhältnis der Läuferzähne zu den Ständerzähnen 1:0,75 beträgt, und um jeden Ständerzahn ist eine Spule gewickelt, die über eine elektronische Steuerung mit einer Stromquelle verbindbar sind, und zwischen den Läuferzähnen sind in ei- ner Sammleranordnung Permanentmagnete angeordnet, wobei derUS 2006/0061228 A1 describes an electric motor in which the ratio of the rotor teeth to the stator teeth is 1: 0.75, and around each stator tooth is wound a coil which can be connected to a power source via an electronic control and between the rotor teeth in one ner collector assembly arranged permanent magnets, wherein the
Läufer derart ausgebildet ist, daß der magnetische Fluß überwiegend über die Permanentmagnete und den Ständer erfolgt, und nicht zur Mitte des Läufers entweicht.Runner is designed such that the magnetic flux is predominantly via the permanent magnets and the stator, and does not escape to the center of the rotor.
Für die Anordnung eines elektronisch kommutierten Elektromotors steht oft nur ein begrenzter Raum zur Verfügung. Soll nun ein solcher Motor eine hohe Leistungsaufnahme aufweisen, so wird der Motor mit einer hohen Energiedichte be- legt. Eine hohe Energiedichte bewirkt aber auch eine hohe Erwärmung und somit eine Überhitzung des Motors.For the arrangement of an electronically commutated electric motor often only a limited space is available. If such a motor now has a high power consumption, the motor is loaded with a high energy density. However, a high energy density also causes high heating and thus overheating of the engine.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde einen elektronisch kommutierten Elektromotor zu schaffen, der bei ei- ner kleinen Baugröße hohe Drehmomente bei jeder Läuferstellung erzielt und einen hohen Wirkungsgrad aufweist, und der eine geringe Erwärmung in Bezug zur Energiedichte besitzt.The invention is therefore based on the object to provide an electronically commutated electric motor, which achieved at a small size high torques at each rotor position and has a high efficiency, and has a low heating in relation to the energy density.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Pa- tentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung sind den übrigen Ansprüchen und der Beschreibung zu entnehmen.This object is solved by the features of the independent patent claim 1. Advantageous design features of the invention are apparent from the remaining claims and the description.
Durch den speziellen Aufbau vom Ständer und Läufer des Elektromotors bestehen die Vorteile darin, daß bei einer kleinen Baugröße hohe Drehmomente und ein hoher Wirkungsgrad erzielt wird, und hierdurch eine geringe Erwärmung in Bezug zur Energiedichte erreicht ist, wobei der Elektromotor hoch belastbar und überlastbar ist, und durch die Bema- ßung der Ständerzähne und der speziellen Ausbildung der Läuferzähne ist der Elektromotor für eine gute Durchzugsbelüftung vorteilhaft ausgelegt. Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.Due to the special structure of the stator and rotor of the electric motor, the advantages are that with a small size high torques and high efficiency is achieved, and thus a low heating in relation to the energy density is achieved, the electric motor is highly resilient and overloadable, and by the dimensioning of the stator teeth and the special design of the rotor teeth, the electric motor is advantageously designed for a good draft ventilation. The invention is explained below with reference to the drawing.
Dabei zeigt:Showing:
Fig. 1 u. 2 in axialer Draufsicht eine Darstellung vom Ständer und Läufer des Elektromotors,Fig. 1 u. 2 in an axial plan view of a representation of the stator and rotor of the electric motor,
Fig. 3 u. 4 in axialer Draufsicht eine alternative Darstellung vom Ständer und Läufer des Elektromotors,Fig. 3 u. 4 in an axial plan view an alternative representation of the stator and rotor of the electric motor,
Fig. 5 in axialer Draufsicht eine weitere alternative Darstellung vom Ständer und Läufer des Elektromotors, Fig. 6 eine Schaltungsanordnung der elektronischen Steuereinrichtung zur Kommutierung der Wicklungsstränge des Elektromotors.Fig. 5 in axial plan view another alternative representation of the stator and rotor of the electric motor, Fig. 6 shows a circuit arrangement of the electronic control device for commutation of the winding strands of the electric motor.
Fig. 1 zeigt in axialer Draufsicht eine Ansicht des Elek- tromotors als Innenläufer mit Wicklungssträngen am Ständer 1 und einem permanentmagnetisch erregten Läufer 2. Der Ständer besitzt bei einer zweipoligen Auslegung der Wicklungsstränge sechs zum Läufer gerichtete Ständerzähne 3, wobei die Wicklungsstränge jeweils zwei Spulen beinhalten, und die Spulen 4 der Wicklungsstränge umgreifen jeweils einen Ständerzahn 3. Die Wicklungsstränge sind während des Motorbetriebes derart an eine Stromquelle gelegt, daß die am Ständer sich gegenüberliegenden Ständerzähne jeweils gleichnamige Pole, und zwei nebeneinander liegende Ständer- zahne jeweils ungleichnamige Pole zueinander bilden. Diese Polbildung ist am Ständer mit N, S gekennzeichnet. Die Ständerzähne 3 sind derart ausgebildet, daß die Breite der Ständerzähne zum Luftspalt mindestens etwa die Breite der Nutöffnung 5 von dem einen Ständerzahn zum benachbarten Ständerzahn beträgt, und höchstens zwei Drittel von der Breite, die der Breite eines Ständerzahns plus der Weite einer Nutöffnung des Ständers entspricht. Den sechs am Ständer 1 befindlichen Ständerzähnen 3 stehen am Luftspalt 6 acht Permanentmagnetisch erregte Lauferzahne 7 gegenüber. Somit beträgt das Verhältnis der Läuferzähne zu den Ständerzähnen 1 zu 0,75.1 shows in axial plan view a view of the electric motor as an internal rotor with winding strands on the stator 1 and a permanent magnetically excited rotor 2. The stator has in a two-pole design of the winding strands six directed to the rotor stator teeth 3, wherein the winding strands each include two coils and the coils 4 of the winding strands each surround a stator tooth 3. The winding strands are placed during operation of the motor to a power source that stand on the stator opposite stator teeth each poles, and two adjacent stator teeth each unequal poles to each other. This Polbildung is marked on the stand with N, S. The stator teeth 3 are formed such that the width of the stator teeth to the air gap is at least about the width of the slot opening 5 from the one stator tooth to the adjacent stator tooth, and at most two thirds of the width, the width of a stator tooth plus the width of a slot opening of the stator equivalent. The six standing on the stator 1 stator teeth 3 are at the air gap 6 eight permanent magnetically excited Lauferzahne 7 opposite. Thus, the ratio of the rotor teeth to the stator teeth is 1 to 0.75.
Der Läufer 2 ist als ein permanentmagneterregter Reluktanz- Läufer ausgebildet. Die Läuferzähne 7 des Läufers 2 bilden zum Ständer die Polflächen des PM erregten Läufers, wobei die Permanentmagnete 8 in Sammleranordnung längs der Welle des Läufers in einer jeweils senkrecht zur Welle verlaufenden Nut 9 angeordnet sind, und die jeweils zum Läuferzahn 7 weisende Polfläche der Permanentmagnete besitzen eine gleichnamige Polbildung zueinander, die am Luftspalt die Polfelder zum Ständer bilden. Die Breite der Nuten 9 des Läufers 2 entspricht der Höhe der Permanentmagnete 8, wobei die Nutöffnung 10 der Nuten 9 im Bereich der Permanentmagnete kleiner gehalten ist wie die Höhe der Permanentmagne- te, indem die Läuferzähne 7 Nasen 11 zur Nutöffnung aufweisen, um ein Herausschleudern der Permanentmagnete aus den Nuten zu verhindern.The rotor 2 is designed as a permanent-magnet-excited reluctance rotor. The rotor teeth 7 of the rotor 2 form the stator pole faces of the PM excited rotor, the permanent magnets 8 are arranged in a collector assembly along the shaft of the rotor in a respective groove 9 extending perpendicular to the shaft, and each have the rotor tooth 7 facing pole face of the permanent magnets an eponymous polar formation to each other, which form the polar fields to the stator at the air gap. The width of the grooves 9 of the rotor 2 corresponds to the height of the permanent magnets 8, wherein the groove opening 10 of the grooves 9 is kept smaller in the region of the permanent magnets as the height of the Permanentmagne- te by the rotor teeth 7 have lugs 11 to the slot opening to a spin out to prevent the permanent magnets from the grooves.
Zur Erzielung eines hohen Wirkungsgrades des Motors, beträgt die Weite der Nutöffnung 10 der Nuten 9 des Läufers am Luftspalt im Bereich der Ständerzähne vorzugsweise etwa die halbe Breite eines Ständerzahns 3.To achieve a high efficiency of the motor, the width of the slot opening 10 of the grooves 9 of the rotor at the air gap in the region of the stator teeth is preferably about half the width of a stator tooth. 3
Die Permanentmagnetbreite in der Richtung zur Welle wird bestimmt durch die zum Luftspalt gerichtete gewünschte Feldstärke, je breiter die Permanentmagnete ausgelegt sind, und je geringer der Zwischenraum der Permanentmagnete zueinander im Bereich der Welle gestaltet ist, desto höher ist die zum Luftspalt gerichtete Feldstärke an den Läuferzähnen. Die Läuferzähne 7 sind zusammenhängend an der Welle des Läufers 2 angeordnet, und werden vorzugsweise aus auf- gestapelten Blechen gebildet, somit besteht der Läuferkörper aus einem Blechlamellenpaket.The permanent magnet width in the direction of the shaft is determined by the desired field strength directed towards the air gap, the wider the permanent magnets are designed, and the smaller the spacing of the permanent magnets relative to one another in the region of the shaft, the higher the field strength directed to the air gap on the rotor teeth , The rotor teeth 7 are arranged integrally on the shaft of the rotor 2, and are preferably formed from stacked sheets, thus the rotor body consists of a laminated disk set.
Zur Erzielung einer hohen Drehzahl und eines geringen Rastmomentes ist das Volumen der Permanentmagnete entsprechend reduziert. Damit die zum Luftspalt gerichteten Nutöffnungen 10 des Läufers 2 von der einen Polfläche zu der benachbarten Polfläche, der zum Luftspalt gerichteten Polfläche der Läuferzähne 7, mindestens etwa die halbe Breite eines Ständerzahns 3 aufweist, ist der Abstand der Permanentmagnete 8 zu den Ständerzahnen 3 entsprechend vergrößert, und die Läuferzähne 7 sind jeweils mit einer zu den Permanentmagneten 8 bildende Nase 11 entsprechend abgeschrägt, wodurch die Weite der Nutöffnungen 10 des Läufers am Luftspalt mindestens etwa auf die halbe Breite eines Ständerzahns ver- größert ist, und hiermit eine Verminderung des Wirkungsgrades des Elektromotors, durch die Anordnung von Permanentmagneten mit einer geringen Höhe, verhindert wird. Die zu den Permanentmagneten Nase bildende Abschrägung 12 der Läuferzähne 7 ist geradlinig ausgelegt.To achieve a high speed and a low detent torque, the volume of the permanent magnets is reduced accordingly. So that the slot openings directed to the air gap 10 of the rotor 2 of the one pole face to the adjacent pole face, which has the air gap directed pole face of the rotor teeth 7, at least about half the width of a stator tooth 3, the distance of the permanent magnets 8 to the stator teeth 3 is increased accordingly, and the rotor teeth 7 are each chamfered with a corresponding to the permanent magnet 8 nose 11, whereby the width of the slot openings 10 of the rotor at the air gap at least about half the width of a stator tooth is enlarged, and hereby a reduction in the efficiency of the electric motor, by the arrangement of permanent magnets with a low height, is prevented. The chamfer 12 of the rotor teeth 7, which forms a nose to the permanent magnets, is designed in a straight line.
Für eine Auslegung des Elektromotors mit einer höheren Polzahl, ist die Anzahl der Läuferzähne am Läufer jeweils um vier, und am Ständer die Anzahl der Ständerzähne jeweils um drei zu erhöhen. Daher kann der Ständer beispielsweise 6,9,12,15 Ständerzähne aufweisen, wobei der Läufer dann 8,12,16,20 Läuferzähne aufweist, und die Wicklungsstränge beinhalten hierbei jeweils zwei, drei, vier und fünf Spulen, entsprechend erhöhen sich dann die Läuferschritte einer Läuferumdrehung um den Faktor der Ständerzähne des Elektromotors.For a design of the electric motor with a higher number of poles, the number of rotor teeth on the rotor in each case by four, and on the stator to increase the number of stator teeth by three. Thus, for example, the stator may have 6, 9, 12, 15 stator teeth, with the rotor then having 8, 12, 16, 20 rotor teeth, and the phase windings each include two, three, four and five coils, and then the rotor steps will increase accordingly a rotor revolution by the factor of the stator teeth of the electric motor.
Fig. 1 zeigt die Läuferstellung, bei der ein Läuferschritt vorzugsweise beendet wird, hierbei befindet sich jeweils die ablaufende Kante 13 und die auflaufende Kante 14 eines jeweiligen nebeneinander liegenden ungleichnamigen Polfeldes des Läufers, in Bezug zur Drehrichtung des Läufers, etwa mittig zum vorderen Ständerzahn der jeweils nebeneinander liegenden ungleichnamig erregten Ständerzähne. Fig. 2 zeigt den beendeten Läuferschritt durch Umpolung derFig. 1 shows the rotor position, in which a runner step is preferably completed, in each case the trailing edge 13 and the leading edge 14 of each juxtaposed unlike pole field of the rotor, with respect to the direction of rotation of the rotor, approximately centrally to the front stator tooth each adjacent unlike excited stator teeth. Fig. 2 shows the completed runner step by reversing the
Wicklungsstränge, wobei gleichzeitig der nächste Läuferschritt eingeleitet ist, und nun befindet sich jeweils die ablaufende Kante 13 sowie die auflaufende Kante 14 eines jeweiligen nebeneinander liegenden ungleichnamigen Polfeldes des Läufers, in Bezug zur Drehrichtung des Läufers, etwa mittig zum hinteren Ständerzahn der jeweils nebeneinander liegenden ungleichnamig erregten Ständerzähne.Winding strands, wherein at the same time the next runner step is initiated, and now is the respective running edge 13 and the leading edge 14 of each adjacent unlike pole field of the rotor, with respect to the direction of rotation of the rotor, approximately centered to the rear stator tooth of each adjacent unequal names excited stator teeth.
Durch die Anordnung der Anzahl von Läuferzähnen am Läufer zu der entsprechenden Anzahl von Ständerzähnen am Ständer, besteht eine Läuferumdrehung aus der vierfachen Anzahl von Läuferschritten wie die der Anzahl von Ständerzähnen, und somit besteht, bei einer Anordnung von sechs Ständerzähnen am Ständer, eine Läuferumdrehung aus 24 Läuferschritten.By arranging the number of rotor teeth on the rotor to the corresponding number of stator teeth on the stator, a rotor revolution consists of four times the number of rotor steps as the number of stator teeth, and thus, with an array of six stator teeth on the stator, one rotor revolution 24 runner steps.
Durch die Anordnung einer höheren Anzahl von Läuferzähnen am Läufer wie der Anzahl der Ständerzähne, und einer entsprechenden Bemaßung der Ständerzahnbreite sowie der Nutbreite am Luftspalt des Elektromotors, sind bei jeder Läu- ferstellung eines Läuferschrittes jedem felderregten Ständerzahn jeweils zwei nebeneinander liegende ungleichnamige Polfelder des Läufers zugeordnet, wodurch ein idealer Fluß der Magnetfelder erzielt ist, und hierdurch ein maximales Drehmoment, und ein sehr hoher Wirkungsgrad erreicht wird, womit eine geringe Erwärmung des Elektromotors begründet ist.Due to the arrangement of a higher number of rotor teeth on the rotor as the number of stator teeth, and a corresponding dimensioning of the stator tooth width and the groove width at the air gap of the electric motor, each field-leading a rotor step each field-excited stator tooth two adjacent unlike pole fields of the rotor are assigned , whereby an ideal flux of the magnetic fields is achieved, and thereby a maximum torque, and a very high efficiency is achieved, whereby a low heating of the electric motor is justified.
Es kann von Vorteil sein, wenn der Elektromotor einen Läufer besitzt, der einen verhältnismäßig großen Durchmesser in Bezug zum Außendurchmesser des Elektromotors aufweist, um ein noch höheres Drehmoment zu erzielen.It may be advantageous if the electric motor has a rotor which has a relatively large diameter with respect to the outer diameter of the electric motor in order to achieve an even higher torque.
In Fig. 3 und 4 ist ein solcher Elektromotor dargestellt. Das Blechpaket 15 des Ständers 1 ist so gehalten, daß der Läufer 2 einen verhältnismäßig großen Durchmesser aufweist, hierfür sind die Ständerzähne 3 mit schmalen Polhörnern 16 versehen, und der Rückschluß 17 am Blechpaket des Ständers ist auch sehr schmal ausgelegt, so daß jeweils zur Aufnahme der Spule am Ständerzahn ein hierfür erforderlicher Raum zur Verfügung steht. Die Nutöffnungen 18 des Ständers zum Luftspalt 6 von dem einen Ständerzahn zum benachbarten Ständerzahn sind bei dieser Auslegung des Ständers variabel auslegbar, sie können als eine kleine Nutöffnung bis hin zu einer sehr großen Nutöffnung ausgelegt sein.In Fig. 3 and 4, such an electric motor is shown. The laminated core 15 of the stator 1 is held so that the Runner 2 has a relatively large diameter, for this purpose, the stator teeth 3 are provided with narrow pole horns 16, and the inference 17 on the laminated core of the stator is also designed to be very narrow, so that in each case for accommodating the coil on the stator tooth a space required for this is available. The slot openings 18 of the stator to the air gap 6 from the one stator tooth to the adjacent stator tooth are variably interpretable in this design of the stator, they can be designed as a small slot opening up to a very large slot opening.
Der Abstand der Permanentmagnete 8 des Läufers zu den Ständerzähnen 3 ist auch abhängig von der Weite der Nutöffnungen 18 am Ständer und der Steilheit der Abschrägung 12 der Läuferzähne 7 zu den Permanentmagneten. Je weiter der Ab- stand der Permanentmagnete 8 zu den Ständerzähnen 3 gewählt ist, um so kleiner sollte die Weite der Nutöffnungen 18 am Ständer sein, da die Steilheit der Abschrägung 12 der Läuferzähne 7 zu den Permanentmagneten einen gewissen Winkel einhalten sollte, damit der Streufluß über die Nutöffnungen 10 des Läufers 2 gering gehalten werden kann. Die Nutöffnungen 10 am Läufer bilden die Form eines gleichseitigen Trapezes, wobei die kleine Grundfläche des Trapezes zu der jeweiligen Nut des Läufers errichtet ist und die Weite dieser Grundfläche ist in Umfangrichtung des Läufers kleiner wie die Höhe der Permanentmagnete gehalten, und die größere Grundfläche des Trapezes ist zu den Ständerzähnen 3 gerichtet, wobei diese Weite in Umfangrichtung des Läufers abhängig ist von der Weite der Nutöffnungen 18 des Ständers und somit von der Breite der Ständerzähne 3 in Umfangrichtung des Luftspaltes, wobei die Weite der Nuten des Läufers am Luftspalt so zu wählen ist, daß der höchste Wirkungsgrad mit einem solchen Elektromotor zu erzielen ist, indem bei einer Läuferstellung zum Ständer, bei der ein Permanentmagnet mittig zu einem Ständerzahn ausgerichtet ist und somit zu diesem Ständerzahn zu gleichen Anteilen zwei ungleichnamig erregte Läuferzähne gerichtet sind, die Polhornspitze 16' des benachbarten Ständerzahns in Bezug zur Drehrichtung des Läufers soweit von der auflaufenden Kante 14 ' des einen Läuferzahns der ungleichnamig erregten Läuferzähne entfernt ist, daß diese Entfernung in dem Bereich der doppelten Größe des Luftspaltes liegt.The distance of the permanent magnets 8 of the rotor to the stator teeth 3 is also dependent on the width of the slot openings 18 on the stator and the slope of the chamfer 12 of the rotor teeth 7 to the permanent magnets. The farther the distance of the permanent magnets 8 to the stator teeth 3 is selected, the smaller should be the width of the slot openings 18 on the stator, since the steepness of the bevel 12 of the rotor teeth 7 to the permanent magnets should maintain a certain angle, so that the leakage flux can be kept low over the slot openings 10 of the rotor 2. The groove openings 10 on the rotor form the shape of an equilateral trapezoid, wherein the small base of the trapezoid is built to the respective groove of the rotor and the width of this base is kept smaller in the circumferential direction of the rotor as the height of the permanent magnets, and the larger base of the trapezoid is directed to the stator teeth 3, this width in the circumferential direction of the rotor is dependent on the width of the slot openings 18 of the stator and thus the width of the stator teeth 3 in the circumferential direction of the air gap, wherein the width of the slots of the rotor at the air gap is to be selected in that the highest efficiency can be achieved with such an electric motor by, in a rotor position to the stator, in which a permanent magnet is aligned centrally to a stator tooth and thus directed to this stator tooth in equal proportions two unlike excited rotor teeth, the Polhornspitze 16 'of the adjacent stator tooth with respect to the direction of rotation of the rotor as far away from the leading edge 14' of a rotor tooth of the unlike excited rotor teeth, that this distance in the range of double the size of the air gap.
Die Nuten 9 zur Aufnahme der Permanentmagnete 8 sind vor- zugsweise am Nutengrund kreisförmig ausgebildet. Durch eine solche Ausbildung der Nuten des Läufers, können die zuvor magnetisierten Permanentmagnete 8 sicher in die Nuten 9 kleberfrei eingepreßt werden. An den Stirnseiten des Läufers können Auswuchtscheiben angeordnet sein, die vorzugs- weise zur Kühlung der Ständerwicklung mit Lüfterflügel versehen sind, und zur Sicherung der Permanentmagnete dienen können.The grooves 9 for receiving the permanent magnets 8 are preferably circular in shape at the bottom of the groove. By such a design of the grooves of the rotor, the previously magnetized permanent magnets 8 can be securely pressed into the grooves 9 without glue. Balancing disks, which are preferably provided with fan blades for cooling the stator winding, and can serve to secure the permanent magnets, can be arranged on the front sides of the rotor.
Durch eine Auslegung des Ständers nach Fig. 3 und 4, ist ein solcher Motor besonders, gut geeignet für eine Durchzugsbelüftung, da die Nutöffnungen des Läufers und der Zwischenraum von der einen Spule zu der jeweils benachbarten Spule der Ständerwicklung entsprechend groß ist, und somit eine sehr gute Kühlung der Spulen 4 erfolgen kann.By a design of the stator according to Fig. 3 and 4, such a motor is particularly well suited for a draft ventilation, since the slot openings of the rotor and the gap from one coil to the respective adjacent coil of the stator winding is correspondingly large, and thus a very good cooling of the coil 4 can be done.
Fig. 3 zeigt einen Ständer mit einer großen Weite der Nutöffnungen 18 der Nuten des Ständers, wobei bei einer bestimmten Abschrägung 12 der Läuferzähne 7 zur Erzielung einer Weite der Nutöffnungen 10 der Nuten des Läufers, die der halben Breite eines Ständerzahns 3 entspricht, sind die Permanentmagnete 8 entsprechend im Läufer versenkt, so daß sich hieraus der Abstand der Permanentmagnete 8 zu den Ständerzähnen 3 ergibt. _ Q —Fig. 3 shows a stand with a large width of the groove openings 18 of the grooves of the stator, wherein at a certain bevel 12 of the rotor teeth 7 to achieve a width of the groove openings 10 of the grooves of the rotor, which corresponds to half the width of a stator tooth 3, are Permanent magnets 8 corresponding sunk in the rotor, so that from this the distance between the permanent magnets 8 to the stator teeth 3 results. _ Q -
Außerdem ist in der Fig. 3 die Läuferstellung dargestellt, bei der ein Läuferschritt vorzugsweise beendet wird, hierbei befindet sich jeweils die ablaufende Kante 13 und die auflaufende Kante 14 eines jeweiligen nebeneinander liegen- den ungleichnamigen Polfeldes des Läufers, in Bezug zur Drehrichtung des Läufers, etwa mittig zum vorderen Ständerzahn der jeweils nebeneinander liegenden ungleichnamig erregten Ständerzähne.In addition, the rotor position is shown in FIG. 3, in which a rotor step is preferably ended, in each case the running edge 13 and the leading edge 14 of a respective adjacent pole field of the rotor, with respect to the direction of rotation of the rotor, approximately in the middle of the front stator tooth of the respectively adjacent unlike excited stator teeth.
Fig. 4 zeigt einen Ständer mit einer verringerten Weite der Nutöffnungen 18 der Nuten des Ständers, wobei zur Erzielung einer Weite der Nutöffnungen 10 der Nuten des Läufers, die der halben Breite eines Ständerzahns entspricht, sind die Permanentmagnete 8 derart weit im Läufer versenkt, daß die erforderliche Steilheit der Abschrägung 12 der Läuferzähne 7 zu den Permanentmagneten, die für eine Minimierung des Streuflusses im Bereich der Nutöffnungen 10 des Läufers notwendig ist, gegeben ist. Außerdem ist in der Fig. 4 der beendete Läuferschritt durch Umpolung der Wicklungsstränge dargestellt, wobei gleichzeitig der nächste Läuferschritt eingeleitet ist, und nun ist die ablaufende Kante 13 sowie die auflaufende Kante 14 eines jeweiligen nebeneinander liegenden ungleichnamigen Polfeldes des Läufers, in Bezug zur Drehrichtung des Läufers, jeweils etwa mittig zum hinteren Ständerzahn der jeweils nebeneinander liegenden ungleichnamig erregten Ständerzähne ausgerichtet.Fig. 4 shows a stator with a reduced width of the slot openings 18 of the slots of the stator, wherein to achieve a width of the slot openings 10 of the grooves of the rotor, which corresponds to half the width of a stator tooth, the permanent magnets 8 are sunk so far in the rotor, that the required steepness of the chamfer 12 of the rotor teeth 7 to the permanent magnets, which is necessary for minimizing the leakage flux in the region of the slot openings 10 of the rotor is given. In addition, in FIG. 4, the completed rotor step is represented by reversing the winding phases, wherein the next run step is simultaneously initiated, and now the trailing edge 13 and the leading edge 14 of a respective adjacent unlike pole field of the rotor, with respect to the direction of rotation Runner, each aligned approximately centrally to the rear stator tooth of each adjacent unlike excited stator teeth.
Aus den Fig. 3 und 4 ist zu ersehen, daß die Nutöffnung 18 der Nuten am Ständer variabel auslegbar ist, wobei die Weite der Nutöffnung 10 der Nuten 9 des Läufers 2 am Luftspalt 6 bis hin zu der halben Weite einer Polteilung am Ständer betragen kann, damit der Streufluß über die Nutöffnung 10 der Nuten 9 des Läufers gering gehalten werden kann, und bei jeder Läuferstellung ein hohes Drehmoment, und ein hoher Wirkungsgrad erreicht wird, und somit ein maximales Leistungsergebnis mit einem solchen Elektromotor erzielt werden kann.From Figs. 3 and 4 it can be seen that the groove opening 18 of the grooves on the stand is variably interpretable, wherein the width of the groove opening 10 of the grooves 9 of the rotor 2 at the air gap 6 can be up to half the width of a pole pitch on the stand so that the leakage flux can be kept low over the slot opening 10 of the grooves 9 of the rotor, and In each rotor position, a high torque, and a high efficiency is achieved, and thus a maximum performance can be achieved with such an electric motor.
Der Ständer kann auch lediglich nur drei Ständerzähne aufweisen.The stand can also have only three stator teeth.
Fig. 5 zeigt eine solche Auslegung. Jeder Ständerzahn 3 wird von einer Spule 4 umschlungen, und somit beinhaltet jeder Wicklungsstrang jeweils eine Spule. Die Wicklungsstränge sind während des Motorbetriebes derart an eine Stromquelle gelegt, daß jeweils zwei nebeneinander liegende Ständerzähne ungleichnamige Pole zueinander bilden. Die Ständerzähne 3 sind derart ausgebildet, daß die Breite der Ständerzähne zum Luftspalt 6 mindestens etwa drei Fünftel und höchstens etwa vier Sechstel von der Breite beträgt, die der Breite eines Ständerzahns plus der Weite einer Nutöffnung entspricht. Eine solche Auslegung der Ständerzahnbreite kommt auch vorteilhaft bei einer anderen Aus- legung der Anzahl von Ständerzähnen am Ständer zur Anwendung.Fig. 5 shows such a design. Each stator tooth 3 is wrapped by a coil 4, and thus each winding strand includes one coil each. The winding strands are placed during operation of the motor to a power source such that two adjacent stator teeth form unlike poles to each other. The stator teeth 3 are formed such that the width of the stator teeth to the air gap 6 is at least about three-fifths and at most about four-sixths of the width corresponding to the width of a stator tooth plus the width of a slot opening. Such a design of the stator tooth width is also advantageous in a different interpretation of the number of stator teeth on the stand for use.
Die zum Luftspalt gerichtete Polfläche der Läuferzähne 7, als auch die Nase bildende Abschrägung 12 kann auch varia- bei bogenförmig ausgelegt sein, wobei die Abschrägung 12 zu den Permanentmagneten sowohl bogenförmig nach innen als auch bogenförmig nach außen ausgebildet sein kann. Diese Auslegung besitzt den Vorteil, daß ein besonders weicher Übergang der Läuferschritte von dem einen Läuferschritt zum nächsten Läuferschritt erzielt werden kann, und somit auch die Drehmomentwelligkeit und die Polfühligkeit des Elektromotors weiter reduziert ist. Zur Anlegung der Wicklungsstränge an eine Stromquelle ist dem Elektromotor eine Ansteuerelektronik zugeordnet. Fig. 6 zeigt eine Schaltungsanordnung der elektronischen Steuereinrichtung zur Kommutierung der Wicklungsstränge. Die Wicklungsstränge sind jeweils mit dem einen Ende an einer transistorbestückten Halbbrücke 20 angeschlossen und mit dem anderen Ende in Stern geschaltet. Den Transistoren 21 ist eine Steuereinrichtung 22 zugeordnet.The pole face of the rotor teeth 7 directed towards the air gap, as well as the nose 12 forming the chamfer 12, can also be designed to be arcuate, wherein the chamfer 12 to the permanent magnets can be formed both arcuately inwardly and arcuately outward. This design has the advantage that a particularly smooth transition of the rotor steps can be achieved by the one rotor step to the next rotor step, and thus the torque ripple and the pole sensitivity of the electric motor is further reduced. To apply the winding strands to a power source, a control electronics is associated with the electric motor. Fig. 6 shows a circuit arrangement of the electronic control device for commutation of the winding strands. The winding strands are each connected at one end to a transistor-equipped half-bridge 20 and connected in star with the other end. The transistors 21 are associated with a control device 22.
Die Erkennung der Läuferstellung kann mit den bekannten Mitteln erfolgen, oder die Ermittlung des Schaltzeitpunktes der Wicklungsstränge wird elektronisch ermittelt und erfolgt somit sensorlos. The detection of the rotor position can be done with the known means, or the determination of the switching time of the winding strands is determined electronically and thus takes place sensorless.

Claims

Patentansprüche claims
1. Elektronisch kommutierter Elektromotor mit einem Ständer (1) mit Ständerzähnen (3), die jeweils von einer Spule (4) umschlungen sind, und mit einem aus einem mit Nuten (9) versehenden Blechlamellenpaket gebildeten Läufer (2) mit Läuferzähnen (7) und mit Permanentmagneten (8) in Sammleranordnung, und die Höhe der Permanentmagnete (8) kleiner wie die halbe Breite eines Ständerzahns (3) ausgelegt ist, wobei das Verhältnis der Ständerzähne zu den Läuferzähnen 0,75:1 entspricht, und mit einer Stromquelle verbindbaren elektronischen Steuereinrichtung zur Kommutierung der Wicklungsstränge des Elektromotors, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verringerung des Streuflus- ses über die Nutöffnung (10) der Nuten (9) des Läufers (2) die Weite der Nutöffnung (10) bis hin zu der halben Weite einer Polteilung am Ständer entspricht, und die Läuferzähne (7) am Luftspalt jeweils zu den Permanentmagneten (8) mit einer Abschrägung (12) versehen sind, so daß die Nutöffnung (10) der Nuten (9) des Läufers (2) jeweils die Form eines gleichseitigen Trapezes aufweist, wobei die Abschrägung (12) zu den Permanentmagneten (8) und der Abstand der Permanentmagnete (8) zu den Ständerzähnen (3) derart ausgebildet sind, daß die Weite der Nutöffnung (10) der Nuten (9) des Läufers (2) am Luftspalt in Abhängigkeit zu der Weite der Nutöffnung (18) der Nuten des Ständers und der Breite der Ständerzähne (3) steht, so daß bei einer Läuferstellung zum Ständer, bei der ein Permanentmagnet des Läufers und somit zu gleichen Anteilen zwei ungleichnamig erregte Läu- ferzähne mittig zu einem Ständerzahn ausgerichtet sind, die Polhornspitze 16' des benachbarten Ständerzahns vorzugsweise so weit von der auflaufenden Kante (14') des einen Läuferzahns entfernt ist, daß diese Entfernung in dem Bereich der doppelten Größe des Luftspaltes liegt. 1. Electronically commutated electric motor with a stator (1) with stator teeth (3), which are each looped by a coil (4), and with a rotor (2) with rotor teeth (7) formed by a plate (9) provided with laminations. and with permanent magnets (8) in a collector arrangement, and the height of the permanent magnets (8) is designed smaller than half the width of a stator tooth (3), wherein the ratio of the stator teeth to the rotor teeth corresponds to 0.75: 1, and connectable to a power source electronic control device for commutating the phase windings of the electric motor, characterized in that to reduce the stray flux via the slot opening (10) of the grooves (9) of the rotor (2) the width of the slot opening (10) up to half the width of a pole pitch corresponds to the stator, and the rotor teeth (7) at the air gap in each case to the permanent magnets (8) are provided with a chamfer (12), so that the slot opening (10) of the Grooves (9) of the rotor (2) each having the shape of an equilateral trapezoid, wherein the bevel (12) to the permanent magnets (8) and the distance of the permanent magnets (8) to the stator teeth (3) are formed such that the width the slot opening (10) of the grooves (9) of the rotor (2) at the air gap in dependence on the width of the slot opening (18) of the slots of the stator and the width of the stator teeth (3), so that in a rotor position to the stator, at in that a permanent magnet of the rotor and thus two unevenly excited rotor teeth are aligned in the middle to form a stator tooth, the pole tip 16 'of the adjacent stator tooth is preferably so far away from the leading edge (14') of one rotor tooth that this distance is in the range of twice the size of the air gap.
2. Elektronisch kommutierter Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Läuferzähne (7) mit einer zu den Permanentmagneten (8) bildende Nase (11) abgeschrägt sind, und die Weite der Nutöffnung (10) der Nuten (9) des Läufers (2) im Bereich der Permanentmagnete (8) kleiner wie die Höhe der Permanentmagnete gehalten ist.2. Electronically commutated motor according to claim 1, characterized in that the rotor teeth (7) with a permanent magnet to the (8) forming the nose (11) are chamfered, and the width of the slot opening (10) of the grooves (9) of the rotor ( 2) in the region of the permanent magnets (8) is kept smaller than the height of the permanent magnets.
3. Elektronisch kommutierter Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschrägung (12) der Läuferzähne (7) variabel bogenförmig ausgelegt sein kann, wobei die bogenförmige Abschrägung (12) nach innen oder nach außen gerichtet sein kann.3. Electronically commutated motor according to claim 1, characterized in that the chamfer (12) of the rotor teeth (7) may be variably arcuate, wherein the arcuate taper (12) may be directed inwardly or outwardly.
4. Elektronisch kommutierter Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Weite der Nutöffnung (18) der Nuten des Ständers variabel auslegbar ist, wobei je größer der Abstand der Permanentmagnete (8) zu den Ständerzähnen (3) gewählt ist, die Weite der Nutöffnung (10) der Nuten (9) des Läufers am Luftspalt um so größer bestimmt ist, und die Weite der Nutöffnung (18) der Nuten des Ständers um so kleiner gehalten ist.4. Electronically commutated motor according to claim 1, characterized in that the width of the slot opening (18) of the grooves of the stator is variably interpretable, wherein the greater the distance of the permanent magnets (8) is selected to the stator teeth (3), the width of Groove opening (10) of the grooves (9) of the rotor at the air gap is determined to be larger, and the width of the slot opening (18) of the grooves of the stator is kept smaller.
5. Elektronisch kommutierter Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (9) des Läufers zur Aufnahme der Permanentmagnete (8) vorzugsweise am Nutengrund kreisförmig ausgebildet sind, und durch die entsprechende Ausbildung der Nuten (9) die Permanentmagnete in die Nuten einpressbar sind.5. Electronically commutated motor according to claim 1, characterized in that the grooves (9) of the rotor for receiving the permanent magnets (8) are preferably formed circular on the groove base, and by the corresponding design of the grooves (9), the permanent magnets in the grooves einpressbar are.
6. Elektronisch kommutierter Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Stirnseiten des Läufers angeordneten Auswuchtscheiben auch zur Sicherung der Permanentmagnete dienen, und zur Kühlung der Ständerwicklung mit Lüfterflügel versehen sein können.6. Electronically commutated motor according to claim 1, characterized in that arranged on the end faces of the rotor balancing discs also for securing the Permanent magnets serve, and can be provided for cooling the stator winding with fan blades.
7. Elektronisch kommutierter Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für eine Durchzugsbelüftung des Elektromotors der Zwischenraum von der einen Spule zu der jeweils benachbarten Spule am Ständer und der Abstand der Permanentmagnete des Läufers zu den Ständerzähnen entsprechend groß gewählt ist.7. Electronically commutated motor according to claim 1, characterized in that for a draft ventilation of the electric motor, the gap is selected from the one coil to the respective adjacent coil on the stator and the distance of the permanent magnets of the rotor to the stator teeth correspondingly large.
8. Elektronisch kommutierter Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während der Beendigung eines Läuferschrittes die ablaufende Kante (13) und die auflaufende Kante (14) eines jeweiligen nebeneinander liegenden ungleichnamigen Polfeldes des Läufers (2) sich, in Bezug zur Drehrichtung des Läufers, etwa mittig zum vorderen Ständerzahn der jeweils nebeneinander liegenden ungleichnamig erregten Ständerzähne befindet, und durch Umpolung der Wicklungsstränge der nächste Läuferschritt eingeleitet ist, und die ablaufende Kante (13) sowie die auflaufende Kante (14) eines jeweiligen nebeneinander liegenden ungleichnamigen Polfeldes des Läufers (2), in Bezug zur Drehrichtung des Läufers, sich nun etwa mittig zum hinteren Ständerzahn der jeweils nebeneinander liegenden ungleichnamig erregten Ständerzähne befindet.8. electronically commutated motor according to claim 1, characterized in that during the completion of a rotor step, the trailing edge (13) and the leading edge (14) of a respective juxtaposed unlike pole field of the rotor (2), with respect to the direction of rotation of the rotor , approximately centered to the front stator tooth of each adjacent unlike excited stator teeth is, and by reversing the winding strands of the next run step is initiated, and the outgoing edge (13) and the leading edge (14) of a respective adjacent unlike pole field of the rotor (2 ), in relation to the direction of rotation of the rotor, is now approximately centrally located to the rear stator tooth of each adjacent unlike excited stator teeth.
9. Elektronisch kommutierter Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ständer drei Ständerzahne aufweist und jeder Wicklungsstrang jeweils eine Spule bein- haltet, wobei die Ständerzähne derart ausgebildet sind, daß die Breite der Ständerzähne am Luftspalt mindestens drei Fünftel und höchstens vier Sechstel von der Breite beträgt, die der Breite eines Ständerzahns plus der Weite einer Nutöffnung des Ständers entspricht. 9. Electronically commutated motor according to claim 1, characterized in that the stator has three stator teeth and each winding strand each include a coil, wherein the stator teeth are formed such that the width of the stator teeth at the air gap at least three-fifths and at most four-sixths of the width is equal to the width of a stator tooth plus the width of a slot opening of the stator.
10. Elektronisch kommutierter Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Blechpaket (15) des Ständers (1) so gehalten ist, daß der Läufer (2) einen verhält- nismäßig großen Durchmesser aufweist, und hierfür die Ständerzähne (3) mit schmalen Polhörnern (16) versehen sind, und der Rückschluß (17) am Blechpaket des Ständers sehr schmal ausgelegt ist, so daß jeweils zur Aufnahme der Spule (4) am Ständerzahn der erforderliche Raum zur Verfügung steht. 10. Electronically commutated motor according to claim 1, characterized in that the laminated core (15) of the stator (1) is held so that the rotor (2) has a moderately niesäßig large diameter, and for this purpose the stator teeth (3) with narrow Pole horns (16) are provided, and the yoke (17) is designed to be very narrow on the laminated core of the stator, so that in each case for receiving the coil (4) on the stator tooth, the required space is available.
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