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Title:
ELECTRONICALLY COMMUTATED MOTOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2001/045236
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an electronically commutated motor with a stator that carries at least two winding phases that can be subsequently exposed to a current, and a permanent-magnet rotor. The magnetic poles of the stator are subdivided in the circumferential direction into zones of different, magnetic properties. Different working characteristics of the motor can be selected by choosing the intervals and/or periods for which the winding phases are exposed to a current. The aim of the invention is to provide an improved stator with which the working characteristics of a motor can be adapted by varying the interval and the period of exposure to current. To this end, the zones differ in size and/or shape of the pole surfaces facing the permanent-magnet rotor while the height of the air gap remains constant.

Inventors:
KRAUTH WOLFGANG (DE)
SCHWENK WOLFGANG (DE)
Application Number:
PCT/DE2000/004229
Publication Date:
June 21, 2001
Filing Date:
November 28, 2000
Export Citation:
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Assignee:
BOSCH GMBH ROBERT (DE)
KRAUTH WOLFGANG (DE)
SCHWENK WOLFGANG (DE)
International Classes:
H02K1/14; H02K21/22; H02K29/00; (IPC1-7): H02K21/22; H02K1/14
Domestic Patent References:
WO1997045943A11997-12-04
Foreign References:
US5801463A1998-09-01
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 1996, no. 09 30 September 1996 (1996-09-30)
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 1996, no. 02 29 February 1996 (1996-02-29)
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Claims:
Ansprüche
1. Elektronisch kommutierter Motor mit einem mindestens zwei nachein ander bestrombare Wicklungsstränge tragenden Stator und einem Per manentmagnetRotor, bei dem die Magnetpole des Stators in Umfangs richtung in Bereiche mit unterschiedlichen, magnetischen Eigenschaften unterteilt sind und bei dem durch die BestromungsZeitpunkte und/oder die BestromungsDauer der Wicklungsstränge verschiedene Arbeitskenn linien des Motors wählbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Bereiche (A1, A2) bei gleich bleibender Höhe des Luftspaltes (LSP) in der Größe und/oder Form der zum PermanentmagnetRotor (R) hin gerichteten Polflächen (PF1, PF2 bzw. PF3) unterscheiden.
2. Elektronisch kommutierter Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tförmig ausgebildeten Magnetpole (MP1, MP2, MP3, MP4) zu beiden Seiten identische Wicl<elräume (WR11 und WR12 bzw. W21 und W22) begrenzen.
3. Elektronisch kommutierter Motor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wickelräume (WR12, W21 bzw. W22, W31 bzw. W32, W41) benachbarter Magnetpole (MP1, MP2 ; MP2, MP3 ; MP3, MP4) durch Rück f) ußpo) e (RP1, RP2, RP3) abgeteilt sind.
4. Elektronisch kommutierter Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Bereiche (A1, A2) der Polflächen (PF1, PF2, PF3) von der Mittelebene (MPME) der Magnetpole (MP) aus über gleiche Abmessungen in Umfangrichtung des Stators (ST) erstrecl<en.
5. Elektronisch kommutierter Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Bereich (z. B. A1) über die gesamte axiale Abmessung (SB) des Stators (ST), während sich andere Bereiche (z. B. A2) nur über einen Teil diese Abmessung (SB) erstrecken.
6. Elektronisch kommutierter Motor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bereich (z. B. A2) Uförmig gestaltet ist, wobei Teile (T1, T2) der Polfläche (PF2) den Abschnitt (A2) an den axialen Enden des Stators (ST) abschließen.
7. Elektronisch kommutierter Motor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bereich (A2) sich nur über einen mittleren Teil (To) der axialen Abmessung (SB) des Magnetpoles (MP) erstreckt.
8. Elektronisch kommutierter Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Größen der Polflächen (PF1, PF2, PF3) in einem vorgegebenen Verhältnis zueinander stehen.
9. Elektronisch kommutierter Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche (A1, A2) der Polflächen (PF1, PF2 bzw. PF3) in zwei Richtungenaxialer Richtung und Umfangsrichtung des Statorsunter schiedlich ausgebildet sind.
Description:
Elel<tronisch kommutierter Motor Stand der Technik Die Erfindung betrifft einen elel<tronisch kommutierten Motor mit einem min- destens zwei nacheinander bestrombare Wicl<lungsstränge tragenden Stator und einem Permanentmagnet-Rotor, bei dem die Magnetpole des Stators in Umfangs- richtung in Bereiche mit unterschiedlichen, magnetischen Eigenschaften unter- teilt sind und bei dem durch die Bestromungs-Zeitpunkte und/oder die Bestro- mungs-Dauer der Wicklungsstränge verschiedene Arbeitskennlinien des Motors wählbar sind.

Ein elektronisch kommutierter Motor dieser Art ist aus der DE 197 25 522.1-42 bekannt. Dabei weisen die zum Rotor gerichteten Polflächen unterschiedliche Höhen des Luftspaltes auf, um diese unterschiedlichen Arbeitskennlinien durch Variation der Bestromungs-Zeitpunicte und/oder der Bestromungs-Dauer zu erhal- ten. Bei großen Höhen des Luftspaltes muss dann ein entsprechend höherer Strom für die Bestromung gewählt werden, um die nötigen Betriebsdaten-Dreh- zahl und/oder Moment-für den Motor zu erhalten.

Darüber hinaus werden die Magnetpole zu ihren Mittelebenen unsymmetrisch, was sich in mögliche Wicl<elräume zu beiden Seiten der Magnetpole auswirkt.

Dies beeinträchtigt nicht nur das Bewicl<eln des Stators, auch der Wicl<elraum wird bei gegebener Baugröße des Stators kleiner.

Es ist Aufgabe der Erfindung, bei einem elektronisch kommutierten Motor der eingangs erwähnten Art die Anpassung an unterschiedliche Arbeitsl<ennlinien zu erreichen, ohne die Wicl<elräume des Stators zu verringern und die Magnetkreise der einzelnen Bereiche zu sehr zu verschlechtern.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelost, dass sich die Bereiche bei gleich bleibender Höhe des Luftspaltes in der Größe und/oder Form der zum Permanentmagnet-Rotor hin gerichteten Polflächen unterscheiden.

Bei gleich bleibender Höhe der Luftspalte werden die einzelnen Magnetl<reise zwischen den Magnetpolen des Stators und dem Permanentmagnet-Rotor nicht zu stark verschlechtert. Durch die Variation der Größe und/oder der Form der einzelnen Bereiche der Polflächen lassen sich unterschiedliche Arbeitskenntinien ebenfalls wieder durch Variation der Bestromungs-Zeitpunkte und/oder der Be- stromungs-Dauer einstellen. Das Bewickeln des Stators bleibt jedoch einfacher gegenüber dem Motor mit Bereichen der Polflächen, die sich in der Höhe der Luftspalte unterscheiden. Die Wickelbacken können beim Bewickeln des Stators auf gleicher Höhe der Magnetpole des Stators ansetzen. Die Magnetpole können zu ihren radialen Mittelebenen zumindest mit ihren die Wickelräume begren- zenden Seiten symmetrisch ausgebildet sein. Dadurch läßt sich der Wicl<eldraht einfacher in die Wickelräume einbringen.

Mit der neuen Ausgestaltung des Motors läßt sich eine einfache Anpassung der Drehzahl bzw. der Leistung des Motors bei einer verlustarmen Bestromung er- reichen. Mit den unterschiedlich wählbaren Arbeitsl<ennlinien läßt sich ein großes Arbeitsfeld abdecken.

Die Aufteilung der Magnetpole am Stator ist so gewählt, dass die T-förmig aus- gebildeten Magnetpole zu beiden Seiten identische Wickeiräume begrenzen und dass die Wicke ! räume benachbarter Magnetpole durch Rückflußpole abgeteilt sind.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, dass sich die Bereiche der Polflächen von der Mittelebene der Magnetpole aus über gleiche Abmessungen in Umfangsrichtung des Stators erstrecken.

Unterschiedliche Größen der Bereiche der Polflächen lassen sich einfach dadurch erreichen, dass sich ein Bereich über die gesamte axiale Abmessung des Stators, während sich andere Bereiche nur über einen Teil dieser Abmessung erstrecken.

Dabei ergeben sich zudem noch Variationsmöglichkeiten der Form in der Weise, dass ein Bereich U-förmig gestaltet ist, wobei Teile der Polfläche den Abschnitt an den axialen Enden des Stators abschließen oder dass ein Bereich sich nur über einen mittleren Teil der axialen Abmessung des Magnetpoles erstreckt.

Die Bereiche der Polflächen stehen vorteilhafterweise in einem vorgegebenen Verhältnis zueinander.

Ist zudem vorgesehen, dass die Bereiche der Polflächen in zwei Richtungen- axialer Richtung und Umfangsrichtung des Stators-unterschiedlich ausgebildet sind, dann kann die Kontur der Polfläche in zwei Richtungen variiert werden und damit eine Vielzahl unterschiedlicher Arbeitsl<ennlinien erhalten werden, die in einem großen Arbeitsfeld allein durch die Auswahl zugeordneter Bestromungs- Zeitpunkte und Bestromungs-Dauern ausgewählt werden können.

Die Erfindung wird anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungs- beispiels näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 einen elektronisch kommutierten Motor mit einem Perma- nentmagnet-Rotor als Außenläufer und einem Stator mit zwei Wicklungssträngen und acht Magnetpolen, Fig. 2 die Draufsicht auf einen Magnetpol des Stators und zwei in Größe und Form abweichenden Bereichen der Polfläche, Fig. 3 die stirnseitige Ansicht auf den Magnetpol nach Fig. 2, Fig. 4 und 5 entsprechende Ansichten eines anders ausgelegten Magnetpoles, Fig. 6 Bestromungsdiagramme der Wicklungsstränge mit Variation des Bestromungs-Zeitpunktes und der Bestromungs-Dauer,

Fig. 7 die den Bestromungen nach Fig. 6 zugeordneten Arbeitsl<ennlinien, Fig. 8 ein Diagramm mit dem durch Variation des Bestromungs-Zeit- punktes abdeckbaren Arbeitsfeld und Fig. 9 ein Diagramm mit dem durch Variation des Bestromungs-Zeit- punktes und der Bestromungs-Dauer abdecl<baren Arbeitsfeld.

In Fig. 1 ist ein elektronisch kommutierter Motor mit einem Permanentmagnet- Rotor R als Außenläufer und einem Stator ST mit zwei Wicklungssträngen W1 und W2 und acht Magnetpolen MP1, MP2, MP3, MP4... dargestellt. Die Wick- lungsstränge W1 und W2 sind mit Teilwicl<lungen gegensinnig über um einen Magnetpol versetzte Magnetpole geführt, wie am Beispiel des Wicklungsstran- ges W1 und den Magnetpolen MP1 und MP3 bzw. dem Wiciclungsstrang W 2 und den Magnetpolen MP2 und MP4 gezeigt ist. Die Räume zwischen benach- barten Magnetpolen MP1 und MP2 bzw. MP2 und MP3 bzw. MP3 und MP4... sind durch Rückflul3pole RP1, RP2, RP3... abgeteilt, so dass zwischen den Magnetpolen gleiche Wickelräume WR11 und WR12 ; W21 und W22 ; W31 und W32 ; W41 und WR42 für alle Magnetpole MP1 bis MP4 gebildet sind. Die Magnetpole MP1 bis MP4 stehen mit Luftspaiten LSP gleicher Höhe zum Rotor R.

Bezüglich ihrer radialen Mittelebene MP-ME sind die Magnetpole MP1 bis MP4 mit ihren Innenkonturen symmetrisch, so dass das Bewickeln des Stators ST

einfacher wie beim bekannten Motor mit sich in der Höhe veränderten Bereichen der Polflächen ist.

In den magnetischen Eigenschaften unterschiedliche Bereiche A1 und A2 der Magnetpole MP1 bis MP4 des Stators ST lassen sich durch Größe und/oder Form der dem Rotor R zugekehrten Polflächen erreichen, wie an den in Fig. 2 und 3 bzw. Fig. 4 und 5 dargestellten Ansichten zu erkennen ist.

Dabei zeigen die Fig. 2 und 4 Ansichten auf die Polfläche eines Magnetpoles MP und die Fig. 3 und 5 die Ansichten auf die Stirnseite eines Magnetpoles MP. In den Ausführungsbeispielen ist vorausgesetzt, dass sich die Bereiche A1 und A2, bezogen auf die radiale Magnetpol-Mittelebene MP-ME, über dieselbe Abmes- sung in Umfangsrichtung des Stators ST erstrecken. Der Bereich AI bildet in Fig. 2 und 4 eine rechteckförmige Polfläche PF1 mit der Größe A1 x SB, wobei mit SE die axiale Abmessung des Magnetpoles MP gegeben ist. Fig. 3 läßt deut- lich erl<ennen, dass dadurch die für das Bewicl<eln des Stators ST wesentliche Innenkontur des Magnetpoles MP unverändert symmetrisch ausgelegt werden kann, um beidseitig in gleicher Art Wicl<elräume WR11 und WR 12 zu begren- zen, wenn MP1 der Magnetpol MP ist. Der Bereich A2 des Magnetpoles MP ist durch eine Ausnehmung L in der Polfläche PF2 reduziert und zwar um eine Teil- fläche a x b. Die Teile T1 und T2 der Polfläche PF2 sind dabei an die axialen Enden des Stators ST gelegt.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 und 5 ist der Bereich A1 identisch wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 und 3 ausgelegt. Der in der Form und Größe abweisende Bereich A2 ergibt mit dem mittleren Teil To eine Polfläche

PF2 die durch (A2 x SB)-2 (cxd) gegeben ist, da das Teil To mittig in der Ab- messung SB angeordnet ist.

Mit den Polflächen PF1 und PF2 bzw. PF3 lassen sich bei entsprechend ein- setzender Bestromung zwei Arbeitsl<ennlinien festlegen. Eine dritte Arbeits- kennlinie ergibt sich dann, wenn sich die Dauer der Bestromung über beide Abschnitte AI und A2 erstreckt.

Fig. 6 zeigt in einem Bestromungs-Diagramm diese Abhängigkeiten. Werden die Wicklungsstränge W1 und W2 mit der Bestromung nach/beaufschlagt und zwar im Zeitpunkt bei dem die größere Polfläche PF1 wirl<sam ist, dann ergeben sich die mit n1 und 11 gel<ennzeichneten Kennlinien der Fig. 7. Wird der Bestromungs-Zeitpunkt so verschoben, dass bei der Bestromung//die Icleinere Polfläche PF2 und PF3 wirksam ist, dann ergeben sich die mit n2 und 12 bezeichneten Kennlinien nach Fig. 7. Sch ! ießiich kann, wie die Bestromung nach ///zeigt, die Bestromungs-Dauer so vergrößert werden, dass sie die Wirksamkeit bei den Polflächen PF1 und PF2 bzw. PF1 und PF 3 umfaßt, dann ergeben sich die Kennlinien n3 und 13 nach Fig. 6. Die dazu gehörigen Momente M 1, M2 und Mg des Motors sind im unteren Teil der Fig. 7 abzulesen, wenn nach///bestromt wird.

Die Kennlinien n1, 11 ; n2,12 und n3,13 sind in die Fig. 8 und 9 übernommen. Wird nur der Bestromungs-Zeitpunkt der Wicl<lungsstränge zwischen/und//nach Fig.

6 verändert, dann läßt sich eine Anpassung des Arbeitsfeldes über den in Fig. 8 schraffierten Bereich zwischen den Kennlinien n1 und n2 vornehmen. Wird dage- gen auch noch die Variation der Bestromungs-Dauer nach///mit einbezogen,

dann faßt sich das Arbeitsfeld im schraffierten Bereich nach Fig. 9 anpassen.

Das abdeckbare Arbeitsfetd ist dann durch die Kennlinien n1, n2 und n3 vorge- geben.

Der Vorteil der gleichbleibenden Höhe des Luftspaltes zwischen Rotor und Stator liegt auch in den magnetischen Eigenschaften des Motors, die bei der Variation des Bestromungseinsatzes und der Bestromungsdauer zur Anpasung der Abga- beleistung ausgenutzt werden kann. Durch relativ niedrige Ströme bei kleiner Abgabeleistung halten sich die Taktverluste in zulässigen Grenzen. Bei hohen Abgabeleistungen kann bei überlappender Bestromung zweier Phasen die Dreh- momentwelligkeit so gering wie möglich gehalten werden.