Beschreibung

Elektromotor

Die Erfindung bezieht sich auf einen Elektromotor, insbesondere Gleichstrommotor, mit einem Anker, der eine Anzahl von Nutschlitzen zur Aufnahme von Leitern einer Ankerwicklung aufweist .

Ein Elektromotor wandelt üblicherweise mit Hilfe von magnetischen Feldern hauptsächlich elektrische in mechanische Arbeit um. Die Kraft, die von einem Magnetfeld auf eine Anzahl von Leitern einer Spule ausgeübt wird, wird in Bewegung umgesetzt. Elektromotoren erzeugen meist rotierende Bewegungen, sie können aber auch translatorische ausführen.

Ein Elektromotor umfasst typischerweise ein bewegliches und ein feststehendes Hauptelement . In besonderen Ausführungen können sich diese beiden Hauptelemente gegeneinander um einen festen Bezugspunkt bewegen. Eines der beiden Hauptelemente übernimmt dann als Träger einer Anzahl von Permanentmagneten oder einer Wicklung den Aufbau eines Erregerfeldes, während in dem anderen Hauptelement, auch als Anker bezeichnet, der Energieumsatz stattfindet. Der Anker besteht üblicherweise aus einem Blechpaket, das aus Einzelblechen gebildet ist und in das die Ankerwicklung ein- oder aufgebracht ist.

Bei der Ausführung des Elektromotors als Gleichstrommotor besteht der Stator aus Hauptpolen mit Polkernen und Polschu- hen, der Erregerwicklung, die auf den Polkernen sitzt, und dem Jochring, dem Gehäuse. Bei permanent erregten Gleichstrommotoren wird die Erregerwicklung oft von Permanentmagneten ersetzt. Zudem können in den Polschuhen der Hauptpole Kompensationswicklungen angebracht sein.

Bei Gleichstrommotoren ohne ausgeprägte Pole besteht der Stator aus einem Bauteil mit gleichmäßig verteilten Muten. Die

Erregerwicklungen und Wendepolwicklungen befinden sich dann in den Nuten. Der Rotor besteht aus Läuferblechpaketen, die auf einer Stahlwelle aufgepresst sind. Darauf befinden sich in Nuten Ankerwicklungen und ein Stromwender, an dem die An- kerwicklungen angebracht sind.

Gleichstrommotoren unterliegen in bestimmten Stellungen "von Anker zum Magneten besonders starken Anziehungskräften. Da die Ankerpole um so stärker von den Magneten angezogen wer- den, je näher ^' sie ihnen sind, bleibt der Rotor nur in bestimmten Stellungen stehen und ergibt sich insbesondere bei niedrigen Betriebsspannungen, d. h. geringen Drehzahlen, ein ruckelnder Lauf.

Das so genannte Rastmoment kommt bei allen Gleichstrommotoren vor. Es wirkt sich negativ auf das Geräuschverhalten und auf die Schwingungserregung aus und führt in tastsensiblen Anwendungen zu merkbarer, oft als störend empfundener Polfühlig- keit.

Einer der bisherigen Ansätze, diese Probleme zu verringern, ist beispielsweise eine möglichst schmale Ausführung der Nutschlitze sowie eine Schrägung des Ankerpaketes oder des PoI- übergangs im erregenden Hauptelement des Motors bei technolo- gisch notwendiger minimaler Nutschlitzbreite.

Auch das Einfügen von Hilfsnuten parallel zum Nutschlitz in den Zahnkopf des Stators am Luftspalt ist üblich. Blechschnitte mit einer Hilfsnut in der Zahnmitte oder mehreren Hilfsnuten, gleichmäßig über den Zahn verteilt, sind bekannt. Diese bewirken zusätzliche Rastmomente, die bei verschiedenen Kombinationen des Verhältnisses von der Nutzahl des Ankers zur Polzahl zu einer Verringerung der Amplitude des Rastmomentes bei einer Vervielfachung der Rastfrequenz führen kön- nen. Allerdings können sie keine vollständige Auslöschung des Rastmomentes bewirken.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, geeignete Maßnahmen zu ergreifen, um das Rastmoment besonders gering zu halten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem den Nut- schlitzen Hilfsnuten zugeordnet sind, deren Positionierung sich nach, der Formel

gegenüber der Mitte des jeweils zugeordneten Nutschlitzes auf einem Zahn, der den Hauptrastpunkt kennzeichnet, berechnet, wobei K eine ganze Zahl ist und der Rastungswinkel Tm. sich nach der Formel

F _NR = 2π / X _R

berechnet und die Zahl der Rastungen X _R pro Umdrehung dem kleinsten gemeinsamen Vielfachen KGV aus der Polzahl 2p und der Nutzahl des Ankers N _N entspricht.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche .

Die Erfindung geht von der überlegung aus, dass die Nutschlitze ein Rastmoment erzeugen und dass durch das Anbringen weiterer Nuten ebenfalls ein Rastmoment erzeugt wird. Wenn diese zusätzlichen Nuten geeignet positioniert sind, beispielsweise gegenüber dem Rastmoment der Nutschlitze um 180° verschoben, könnte das bestehende Rastmoment nahezu ausgelöscht werden.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass die Geräuschentwicklung sowie die Schwingungs- anregungen, die beim Betrieb eines Gleichstrommotors durch das Rastmoment der Nutschlitze des Ankers entstehen, stark

verringert oder ausgelöscht werden und dadurch ein störungsfreier Betrieb möglich ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

PIG. 1 und 2 einen Elektromotor in schematischer Darstellung und

FIG. 3 einen Stator im Querschnitt.

Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.

Die FIG. 1 zeigt eine Hälfte eines Elektromotors 1, der als

Außenläufer ausgeführt ist, wobei auch eine hier nicht dargestellte Ausführung als Innenläufer denkbar ist. Dabei umschließt der bewegte Teil des Elektromotors 1, der so genannte Läufer oder Rotor 2, weshalb diese Bauform des Elektromo- tors 1 als Außenläufer bezeichnet wird, den ruhenden Teil des Elektromotors 1, den so genannten Stator 4, der sich im Inneren des Rotors 2 befindet. Am Rotor 2 sind die Permanentmagnete 6 angebracht, wobei die jeweils benachbarten Permanentmagnete 6 magnetisch unterschiedlich gepolt sind, wie anhand der Richtungspfeile erkennbar ist, die die jeweilige Richtung des Magnetflusses anzeigen.

Die Statorzähne 8 des Stators 4 sind auf dem Joch 10 angebracht . Der Zwischenraum zwischen den Statorzähnen 8 , der für die Einbringung der hier nicht dargestellten Wicklung in die Nut 12 notwendig ist, wird als Nutschlitz 14 bezeichnet, wobei diese Nutschlitze 14 für die Erzeugung des Rastmomentes verantwortlich sind.

Die Statorzähne 8 sind jeweils von der Wicklung 16 umschlossen, wie die FIG. 2 zeigt. Der Magnetfluß zwischen der Wick-

lung 16 und den Permanentmagneten 6 sorgt bei entsprechender Bestromung für die Bewegung des Elektromotors 1.

Die FIG. 3 zeigt den Ausschnitt eines Blechpaketes 18 mit Nu- ten 12 zur Aufnahme der Wicklung 16 und mit einem Zahnkopf 20 des Statorzahns 8, an dessen Umfang am Luftspalt Hilfsnuten 22 positioniert sind. Deren Positionierung errechnet sich nach der Formel aus dem Patentanspruch 1. Damit der Erregerfluß auch durch die Wicklung 16 führt und um im Zuge der Fer- tigung des Elektromotors 1 und des Stators 4 die Leiter der Wicklung 16 in die Nut 12 einzubringen, verengt sich die Nut 12 zu schmalen Nutschlitzen 14 zwischen den Statorzähnen 8 des Stators 4.

Durch die Nutung des Ankers 4 ändert sich bei Bewegung beider Hauptelemente zueinander der magnetische Widerstand des magnetischen Kreises. Dabei entstehen wechselnde Kräfte zwischen den Hauptelementen Rotor 2 und Stator 4, so genannte Reluktanzkräfte,, oder bei rotationssymmetrischen Maschinen als Re- luktanzmomente bezeichnet.

Diese Reluktanzmomente werden als Nutenrastung der Nuten 12 mit den Nutzschlitzen 14 wahrgenommen und tragen als Pendelmomente nicht zur Wirkleistung des Elektromotors 1 bei. Diese Nutenrastung führt im Betrieb des Elektromotors 1 zu Schwingungsanregungen und damit verbundener Geräuschentwicklung und in tastsensiblen Anwendungen zu merkbarer und oft als störend empfundener Polfühligkeit .

Durch das Einbringen einer Anzahl von- Hilfsnuten 22 in den Zahnkopf 20 des Stators 4 mit einem Offnungswinkel 24 der Hilfsnut 22 erzeugen diese ein weiteres Rastmoment, das gegenüber dem ursprünglichen, durch den Stator 4 und seine Nut- schlitze 14 erzeugten Rastmoment um 180° phasenverschoben ist. Dazu wird die Positionierung 26 der Hilfsnut 22 auf dem Zahnkopf 20 nach der Formel

berechnet .

Bezugs zeichenliste

1 Elektromotor

2 Rotor

4 Stator

6 Permanentmagnete

8 Statorzahn

10 Joch

12 Nut

14 Nutschlitz

16 Wicklung

18 Blechpaket

20 Zahnkopf

22 Hilfsnut

24 öffnungswinkel der Hilfsnut

26 Positionierung der Hilfsnut

28 öffnungswinkel des Nutzschlitzes 14