DE102008039194A1 - electric motor - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Elektromotor (01) mit einem magnetischen Kreis (09) beschrieben, wobei zumindest ein Teil des magnetischen Kreises (09) ein eine Flussbahn magnetischer Feldlinien (07) bündelndes Material umfasst. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass der magnetische Kreis (09) zumindest durch Anpassung des Querschnitts der Flussbahn zumindest des statorseitigen Teils des magnetischen Kreises (09) an den bei bestimmungsgemäßem Betrieb des Elektromotors (01) in diesem Teil des magnetischen Kreises (09) lokal maximal auftretenden magnetischen Fluss (07) durch Anpassung der lokalen Querschnittsabmessungen eines zumindest einen Teil der statorseitigen Flussbahn bündelnden und/oder eines zumindest einen Teil des statorseitigen magnetischen Kreises (09) bildenden Materials (05, 06) optimiert ist.An electric motor (01) with a magnetic circuit (09) is described, wherein at least part of the magnetic circuit (09) comprises a material bundling a flow path of magnetic field lines (07). According to the invention, it is provided that the magnetic circuit (09) at least locally by the adaptation of the cross section of the flow path of at least the stator side of the magnetic circuit (09) to the maximum during normal operation of the electric motor (01) in this part of the magnetic circuit (09) occurring magnetic flux (07) by adjusting the local cross-sectional dimensions of at least a portion of the stator-side flux path bundling and / or at least a part of the stator-side magnetic circuit (09) forming material (05, 06) is optimized.
Description
Die Erfindung betrifft einen Elektromotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to an electric motor according to the preamble of the claim 1.
Elektromotoren bestehen im Wesentlichen aus einem Stator sowie einem gegenüber dem Stator drehbar gelagerten Rotor. Rotor und Stator umfassen jeweils eine magnetische Quelle, deren magnetische Felder so geschaltet sind, dass der Rotor ein Drehmoment erfährt.electric motors consist essentially of a stator and one opposite the Stator rotatably mounted rotor. Rotor and stator each include a magnetic source whose magnetic fields are switched so are that the rotor experiences a torque.
Bei einem Gleichstrommotor ist eine der beiden magnetischen Quellen, typischerweise die magnetische Quelle des Stators, so ausgebildet, dass sie ein statisches Magnetfeld erzeugt, wohingegen die andere magnetische Quelle, typischerweise die magnetische Quelle des Rotors, mittels eines auch als Stromwender oder Kollektor genannten Kommutators synchron mit der Drehung des Rotors umgeschaltet wird. Zur Erzeugung des statischen Magnetfelds kommen sowohl Permanentmagnete, als auch Elektromagnete als magnetische Quellen zum Einsatz. Letztere erlauben beispielsweise auch eine Ausgestaltung von Elektromotoren als so genannte Allstrommotoren.at a DC motor is one of the two magnetic sources, typically the magnetic source of the stator, so formed that it generates a static magnetic field, whereas the other magnetic source, typically the magnetic source of the rotor, by means of a commutator, also referred to as current inverter or collector is switched in synchronism with the rotation of the rotor. To produce of the static magnetic field come both permanent magnets, as well as electromagnets used as magnetic sources. The latter allow, for example also an embodiment of electric motors as so-called all-electric motors.
Die magnetischen Quellen sind Teil eines magnetischen Kreises, welcher in einem Elektromotor auch einen oft als Eisenkreis bezeichneten magnetischen Rückschluss aus ferromagnetischen Flussleitstücken, sowie Arbeitsluftspalte umfasst.The Magnetic sources are part of a magnetic circuit which in an electric motor also often called iron circle magnetic inference from ferromagnetic flux guides, as well as working air gaps includes.
Die Arbeitsluftspalte stellen den eigentlichen Sitz der magnetischen Energie dar. Auch wenn diese Arbeitsluftspalte sehr klein sind, ist der erforderliche Durchflutungsbedarf für diesen Teil des magnetischen Kreises wegen der geringen Permeabilität der Luft sehr hoch.The Working air gaps represent the actual seat of the magnetic Energy. Even though these working air gaps are very small, is the required flooding requirement for this part of the magnetic Circle because of the low permeability of the air very high.
Um eine hohe Luftspaltinduktion für leistungsstarke Elektromotoren zu erhalten, ist es notwendig bei Elektromagneten die Durchflutung hoch zu wählen, oder bei permanent erregten Elektromotoren eine hohe Remanenz der Permanentmagnete sicherzustellen.Around a high air gap induction for To get powerful electric motors, it is necessary at Electromagnets to select the high flooding, or permanently energized Electric motors ensure a high remanence of the permanent magnets.
Hierzu ist es erforderlich, den von der auch als Erregerquelle bezeichneten magnetischen Quelle erzeugten Fluss weitgehend verlustlos zum Arbeitsluftspalt zu transportieren, um dort eine maximale Luftspaltinduktion zu erzeugen.For this it is necessary, from that also called as source of excitation magnetic source produced largely lossless to the working air gap to transport, there to produce a maximum air gap induction.
Die magnetische Quelle generiert eine endliche Anzahl an magnetischen Feldlinien, die in sich geschlossen sind und welche die vorgegebenen ferromagnetischen Flussleitstücke des Eisenkreises bzw. des magnetischen Rückschlusses benutzen bzw. von diesen geführt bzw. geleitet werden.The magnetic source generates a finite number of magnetic Field lines that are self-contained and which are the given ones ferromagnetic flux guides use of the iron circle or the magnetic yoke or of led this or be directed.
Die ferromagnetischen Flussleitstücke des Stators sind typischerweise geschlossene Polrohre oder Poltöpfe aus Weicheisen deren Querschnitt an jeder Steile des Umfanges gleich ist. Dies ist nach dem Stand der Technik dadurch begründet, dass sich wegen des nicht linearen Zusammenhanges zwischen Flussdichte und Feldstärke grundsätzlich der magnetische Widerstand bei Querschnittsveränderungen im Flussleitstück verändert.The ferromagnetic flux guides of the stator are typically closed pole tubes or pole pots Soft iron whose cross section at each point of the circumference equal is. This is due to the state of the art in that because of the non-linear relationship between flux density and field strength in principle the magnetic resistance changes with cross-sectional changes in the flux guide.
Innerhalb der Flussbahn des magnetischen Kreises ist die Feldliniendichte im die Flussbahn bündelnden Material, typischerweise Eisen, aber nicht gleichmäßig verteilt. Z. B. wird der Querschnitt des Eisens an einigen Stellen nicht optimal ausgenutzt, wohingegen das Eisen an anderen Stellen in die Sättigung getrieben wird.Within The flux path of the magnetic circuit is the field line density in the river rail bundling Material, typically iron, but not evenly distributed. For example, the cross section of the iron does not become optimal in some places exploited, whereas the iron in other places in the saturation is driven.
Von Sättigung wird gesprochen, wenn die Flussdichte an bestimmten Stellen der ferromagnetischen Flussbahn zu hoch ist. So wächst beispielsweise der magnetische Widerstand überproportional an und die Motorverluste steigen, wenn die Flussdichte 1,5 Tesla übersteigt.From saturation is spoken when the flux density at certain points of the ferromagnetic flow path is too high. So for example, the magnetic grows Resistance disproportionately and engine losses increase when the flux density exceeds 1.5 Tesla.
Bei den in Elektromotoren nach dem Stand der Technik eingesetzten Poltöpfen und magnetischen Quellen, wie etwa Permanentmagnete, ist an exponierten Stellen des magnetischen Kreises dieser zuvor beschriebene Verlustbereich vorhanden, was zu einer Einschränkung der Motorleistung solcher Elektromotoren führt, beziehungsweise ist an anderen Stellen der Querschnitt der Flussbahn bzw. des die Flussbahn bildenden Materials zur Führung bzw. Leitung des magnetischen Flusses überdimensioniert, was zu einem höheren Gewicht als nötig solcher Elektromotoren führt.at the Poltöpfen used in electric motors according to the prior art and magnetic sources, such as permanent magnets, is exposed to Positions of the magnetic circuit of this previously described loss range present, causing a restriction the engine power of such electric motors leads, or is on other places the cross section of the river or the river forming material for guidance or line of the magnetic flux oversized, resulting in a higher Weight as needed such electric motors leads.
Als eine Aufgabe der Erfindung kann es deshalb angesehen werden, die Motorleistung eines Elektromotors zu steigern und/oder das Motorgewicht zu verringern.When An object of the invention can therefore be considered, the To increase engine power of an electric motor and / or the engine weight to reduce.
Erfindungsgemäß ist zur Lösung der Aufgabe vorgesehen, den magnetischen Kreis eines Elektromotors zumindest durch Anpassung des Querschnitts der Flussbahn zumindest des Stator-seitigen Teils des magnetischen Kreises an den in bestimmungsgemäßem Betrieb des Elektromotors lokal im magnetischen Kreis auftretenden bzw. zu erwartenden magnetischen Fluss durch Anpassung der Querschnittsabmessungen eines zumindest einen Teil der Flussbahn bzw. des magnetischen Kreises bildenden Materials zu optimieren, um die Motorleistung zu steigern und um gleichzeitig das Motorgewicht zu minimieren.According to the invention is for solution the task provided, the magnetic circuit of an electric motor at least by adjusting the cross section of the flow path at least of the stator-side part of the magnetic circuit to the intended operation of the electric motor occurring locally in the magnetic circuit or expected magnetic flux by adjusting the cross-sectional dimensions an at least part of the flow path or of the magnetic circuit optimizing the material used to increase the engine power and to simultaneously minimize engine weight.
Eine lokale Anpassung des Querschnitts der Flussbahn kann beispielsweise durch lokale Anpassung des Querschnitts des ferromagnetischen Kreises erfolgen. Dadurch kann zumindest ein Auftreten von lokaler Sättigung an exponierten Stellen des ferromagnetischen Kreises vermieden und damit die Motorverluste bei gleichzeitiger Gewichtseinsparung gesenkt werden. Damit steigt die Motorleistung und das Gewicht z. B. des magnetischen Rückschlusses wird verringert.A local adaptation of the cross section of the flow path, for example, by local adaptation of the cross section of the ferromagnetic Krei ses done. As a result, at least an occurrence of local saturation at exposed points of the ferromagnetic circuit can be avoided and thus the engine losses can be reduced while at the same time saving weight. This increases the engine power and the weight z. B. the magnetic return is reduced.
Den mit der Erfindung erzielten Vorteilen geringeres Gewicht bei höherer Motorleistung kommt eine besondere Bedeutung zu beispielsweise bei Anwendungen in autarken Fahrzeugen, d. h. in Fahrzeugen die ihre zum Antrieb benötigte Energie aus einer selbst mitgeführten Energiequelle, beispielsweise aus einer Batterie oder einem Brennstofftank schöpfen. Z. B. bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor, unabhängig davon, ob es sich um Land-, See- oder Luftfahrzeuge handelt, wird auch die elektrische Energie für die z. B. für Stellantriebe verwendeten Elektromotoren, beispielsweise für direkte oder indirekte Stellantriebe für Fenster, Türen, Sitze, Spiegel, Leuchten, Fahrwerksfunktionen und dergleichen, meist mittels eines Generators direkt vom Fahrantrieb erzeugt. Ein geringeres Gewicht bei gleichzeitig höherer Motorleistung bzw. höherem Motorwirkungsgrad der verwendeten Elektromotoren bedeutet hierbei eine geringere zu beschleunigende Gesamtmasse des Fahrzeugs, einen geringeren Bauraumbedarf sowie einen geringeren Strombedarf, was wiederum eine kleinere bzw. leistungsschwächere Auslegung des elektrischen Bordnetzes und damit eine weitere Gewichtseinsparung erlaubt. Somit ermöglicht die Erfindung unter anderem auch z. B. der Erfüllung der im Kraftfahrzeugbereich verbreiteten Forderung nach einem geringeren Energieverbrauch nachzukommen.The achieved with the invention advantages lower weight with higher engine power is of particular importance for applications, for example in self-sufficient vehicles, d. H. in vehicles theirs to drive needed Energy from a self-carried Source of energy, for example from a battery or a fuel tank. Z. For example, in vehicles with an internal combustion engine, regardless of whether it is land, Sea or air vehicles, is also the electrical energy for the z. For example Actuators used electric motors, for example for direct or indirect actuators for Windows, doors, Seats, mirrors, lights, landing gear functions and the like, mostly generated directly from the drive by means of a generator. A lesser one Weight at the same time higher Engine power or higher Motor efficiency of the electric motors used here means a lower to be accelerated total mass of the vehicle, a lower space requirement and a lower power consumption, what again a smaller or less powerful interpretation of the electrical On-board network and thus a further weight saving allowed. Consequently allows the invention among others also z. B. the fulfillment of the automotive sector widespread demand for lower energy consumption.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine lokale Anpassung der Querschnittsabmessungen zumindest in Bezug auf einen Drehwinkel um die Drehachse des Rotors des Elektromotors vorgesehen.According to one advantageous embodiment of the invention is a local adaptation the cross-sectional dimensions at least in relation to a rotation angle provided about the axis of rotation of the rotor of the electric motor.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine Anpassung der Querschnittsabmessungen zumindest in einer senkrecht zur Drehachse des Rotors des Elektromotors gegebenen radialen Richtung vorgesehen, so dass abhängig vom lokalen magnetischen Fluss das Material lokal unterschiedliche radiale Abmessungen aufweist. Ein erfindungsgemäßer Elektromotor bzw. dessen magnetischer Kreis kann Stator-seitig z. B. mindestens eine z. B. als Permanentmagnet ausgeführte magnetische Quelle mit radialer Veränderung des Innen- und Außendurchmessers des Permanentmagneten um die Drehachse und/oder mindestens einen z. B. als Polrohr oder Poltopf ausgeführten magnetischen Rückschluss mit einem Polrohr- bzw. Poltopfquerschnitt mit um die Drehachse unterschiedlichen radialen Abmessungen aufweisen.According to one Another advantageous embodiment of the invention is an adaptation the cross-sectional dimensions at least in a direction perpendicular to the axis of rotation provided the rotor of the electric motor given radial direction, so that depends from the local magnetic flux the material is locally different has radial dimensions. An inventive electric motor or its magnetic circuit can be stator-side z. B. at least one z. B. designed as a permanent magnet magnetic Source with radial change of the Inside and outside diameter of the permanent magnet about the axis of rotation and / or at least one z. B. designed as a pole tube or pole pot magnetic return with a Polrohr- or Poltopfquerschnitt with about the axis of rotation have different radial dimensions.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der magnetische Kreis Stator-seitig zumindest eine magnetische Quelle sowie ein Material zur Führung bzw. Leitung des magnetischen Flusses umfasst, wobei zumindest im Stator-seitigen Teil des magnetischen Kreises die Querschnittsabmessungen des Materials der magnetischen Quelle und/oder des Materials zur Führung bzw. Leitung des magnetischen Flusses an den in dem Material bei bestimmungsgemäßem Betrieb des Elektromotors maximal lokal auftretenden und/oder maximal lokal zu führenden bzw. zu leitenden und für einen bestimmungsgemäßen Betrieb des Elektromotors erforderlichen, magnetischen Fluss angepasst sind.A advantageous embodiment of the invention provides that the magnetic Circle stator-side at least one magnetic source as well Material for guidance or conduction of the magnetic flux comprises, at least in Stator side Part of the magnetic circle, the cross-sectional dimensions of the material the magnetic source and / or the material for guiding or Direction of the magnetic flux to that in the material during normal operation the electric motor maximum locally occurring and / or maximum local leading to or for a manager and for a intended operation the electric motor required, magnetic flux are adjusted.
Erfindungsgemäß werden so zumindest im Stator-seitigen Teil des magnetischen Kreises die Querschnittsabmessungen des Materials der magnetischen Quelle und/oder des Materials zur Führung bzw. Leitung des magnetischen Flusses lokal an den in diesem Material lokal bestimmungsgemäß auftretenden bzw. zu erwartenden maximalen magnetischen Fluss derart angepasst, dass die Flussdichte in dem Material weder eine lokale Sättigung erreicht, noch dass die Flussdichte lokal derart gering ist, dass eine Überdimensionierung des Materials vorliegt und so dass vorzugsweise zumindest das Material zur Führung oder Leitung des magnetischen Flusses mechanisch ausreichend stabil ist.According to the invention so at least in the stator-side part of the magnetic circuit, the cross-sectional dimensions the material of the magnetic source and / or the material for Leadership or Directing the magnetic flux locally to that in this material locally occurring as intended or expected maximum magnetic flux adapted in such a way, that the flux density in the material is neither a local saturation reached, nor that the local flux density is so low that an oversizing the material is present and so that preferably at least the material to the leadership or conduction of the magnetic flux mechanically sufficiently stable is.
Es ist ersichtlich, dass dieser Teil der Erfindung zumindest dann verwirklicht ist, wenn der Stator-seitige Teil des magnetischen Kreises durch Anpassung der Querschnittsabmessungen des zur Erzeugung und/oder Führung bzw. Leitung der magnetischen Feldlinien verwendeten Materials an den in diesem Material lokal auftretenden bzw. zu erwartenden Fluss angepasst ist. In diesem Material, bei dem es sich z. B. um das Material eines Permanentmagneten und/oder eines Eisenkerns eines Elektromagneten und/oder um das Material eines magnetischen Rückschlusses, z. B. um ferromagnetische Flussleitstücke handeln kann, wird die Flussbahn der magnetischen Feldlinien gebündelt. Bei Elektromotoren nach dem Stand der Technik weist z. B. das Material der verwendeten Permanentmagneten und das Material der verwendeten Poltöpfe in radialer Richtung zur Drehachse des Rotors konstante Abmessungen, d. h. Querschnittsabmessungen auf. Dadurch kommt es bei Elektromotoren nach dem Stand der Technik an manchen Stellen zu einer lokalen Sättigung, wohingegen an anderen Stellen eine lokale Überdimensionierung dieses Materials bezogen auf die lokale Flussdichte innerhalb des Materials vorliegt. Die lokale Sättigung schränkt die Motorleistung bzw. den Motorwirkungsgrad ein, wohingegen die lokale Überdimensionierung ein höheres als notwendiges Motorgewicht zur Folge hat. Durch die Erfindung wird demgegenüber ein Elektromotor mit höherer Motorleistung, geringeren Verlusten im Magnetfeld und damit höherem Motorwirkungsgrad bei geringerem Gewicht als beim Stand der Technik geschaffen.It can be seen that this part of the invention is at least realized when the stator-side part of the magnetic circuit by adapting the cross-sectional dimensions of the material used to generate and / or leadership of the magnetic field lines to the locally occurring in this material or is adapted to the expected flow. In this material, which is z. Example, the material of a permanent magnet and / or an iron core of an electromagnet and / or the material of a magnetic yoke, z. B. can act to ferromagnetic flux guides, the flux path of the magnetic field lines is bundled. In electric motors according to the prior art, for. B. the material of the permanent magnets used and the material of the pole wells used in the radial direction to the axis of rotation of the rotor constant dimensions, ie cross-sectional dimensions. As a result, local electromotors sometimes experience local saturation at some locations, whereas at other locations there is a local over-dimensioning of this material relative to the local flux density within the material. Local saturation restricts engine performance and engine efficiency, whereas local oversizing results in higher than necessary engine weight. By contrast, an electric motor with a higher engine noise is achieved by the invention tion, lower losses in the magnetic field and thus higher engine efficiency at a lower weight than created in the prior art.
Vorzugsweise sind die Querschnittsabmessungen des Materials eines eine magnetische Quelle des Stators bildenden Permanentmagneten lokal an den in diesem Permanentmagnet bei bestimmungsgemäßem Betrieb maximal lokal auftretenden bzw. zu erwartenden magnetischen Fluss angepasst. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, die Geometrie des Permanentmagneten, z. B. dessen Dicke in radialer Richtung, im Vergleich zu einem Elektromotor nach dem Stand der Technik in den Bereichen zu vergrößern, wo viele Feldlinien die Motorwicklung senkrecht oder quasi senkrecht durchsetzen und wo sich die generierten Feldlinien der magnetischen Quelle nicht unmittelbar im Bereich der neutralen Zone, also im Kommutierungsbereich der Rotor- bzw. Ankerwindungen befinden. Eine derart erzeugte Verdickung des Permanentmagneten führt zu einer Flusserhöhung.Preferably The cross-sectional dimensions of the material are one magnetic Source of the stator forming permanent magnet locally to the in this Permanent magnet in normal operation at maximum locally occurring or expected magnetic flux adapted. According to the invention is provided, the geometry of the permanent magnet, for. B. its thickness in the radial direction, compared to an electric motor after State of the art to enlarge in areas where many field lines the Pass the motor winding vertically or almost vertically and where the generated field lines of the magnetic source are not immediate in the area of the neutral zone, ie in the commutation area of the Rotor or armature windings are located. Such a thickening of the Permanent magnet leads to a river elevation.
Der
Permanentmagnet ist dabei vorzugsweise an den magnetischen Polen
des Stators am dicksten und weist beidseitig der Pole vorzugsweise
kontinuierliche Verjüngungen
zum Bereich der neutralen Zone, also zum Kommutierungsbereich der
Rotor- bzw. Ankerwindungen
hin auf. Die größte Effizienz
in Bezug auf das Drehmoment wird dort erreicht, wo die Feldlinien
ohne Krümmung
die Motorwicklung senkrecht durchsetzen, weil der Sinus von 90°, entsprechend
dem Austritts- und Eintrittswinkel der Feldlinien in diesem Fall,
seinen Maximalwert 1 annimmt (
Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Querschnittsabmessungen des Materials eines Eisenkerns eines eine magnetische Quelle des Stators bildenden Elektromagnets lokal an den in diesem Eisenkern maximal lokal auftretenden bzw. zu erwartenden magnetischen Fluss angepasst sind. Damit kann es sich bei dem erfindungsgemäßen Elektromotor um einen mit Gleich- oder Wechselstrom betriebenen Elektromotor handeln.A Another advantageous embodiment of the invention provides that the cross-sectional dimensions of the material of an iron core of a a magnetic source of the stator forming electromagnet locally at the maximum locally occurring or expected in this iron core magnetic flux are adjusted. This can be the electric motor according to the invention around a DC or AC electric motor act.
Eine zusätzliche vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Querschnittsabmessungen eines das Material des Stators zur Führung bzw. Leitung des magnetischen Flusses bildenden magnetischen Rückschlusses lokal an den in diesem magnetischen Rückschluss maximal lokal zu erwartenden zu führenden bzw. zu leitenden magnetischen Fluss angepasst sind. Besonders bevorzugt ist demnach zumindest der Eisenquerschnitt des magnetischen Rückschlusses an jeder Stelle des Elektromotors, zumindest an jeder Umfangsposition, an den lokal vorliegenden magnetischen Fluss angepasst. Vorzugsweise weist diese lokale Anpassung der Querschnittsabmessungen einen kontinuierlichen Verlauf auf.A additional advantageous embodiment of the invention provides that the cross-sectional dimensions one of the material of the stator for guiding or conducting the magnetic Flow forming magnetic inference locally local to the maximum in this magnetic inference expected to lead or adapted to conductive magnetic flux. Especially preferred is therefore at least the iron cross-section of the magnetic yoke at each point of the electric motor, at least at each circumferential position, adapted to the local magnetic flux. Preferably This local adaptation of the cross-sectional dimensions has a continuous course on.
Vorzugsweise wird als magnetischer Rückschluss ein Polrohr mit angepasster Wandstärke verwendet. Durch die Verwendung von z. B. gezogenen Polrohren, anstelle von Poltöpfen ist der Aufwand zur Herstellung von Rohren mit angepasster Wandstärke für unterschiedliche lokale magnetische Flussstärken technisch und ökonomisch überschaubar im Gegensatz zu herkömmlicher Weise im Rahmen von mehrstufigen Tiefziehprozessen hergestellten Poltöpfen.Preferably is called magnetic inference a pole tube used with adapted wall thickness. By use from Z. B. drawn pile tubes, instead of Poltöpfen is the cost of production of tubes with adapted wall thickness for different local magnetic Flow strengths technically and economically manageable unlike conventional Manufactured in the context of multi-stage deep drawing processes Poltöpfen.
Als magnetischer Rückschluss kann auch ein Poltopf mit angepasster Wandstärke verwendet werden.When magnetic inference also a pole pot with adapted wall thickness can be used.
Das z. B. als magnetischer Rückschluss in Form eines Poltopfs oder Polrohrs ausgeführte Material des Stators zur Führung bzw. Leitung des magnetischen Flusses ist vorzugsweise im Bereich der neutralen Zone bzw. im Kommutierungsbereich zwischen den Polen der magnetischen Quelle am dicksten und an den Polen am dünnsten.The z. B. as magnetic inference in the form of a pole pot or pole tube running material of the stator for guide or conduction of the magnetic flux is preferably in the range the neutral zone or in the commutation between the poles thickest at the magnetic source and thinnest at the poles.
Vorzugsweise ist das Material des Stators zur Führung bzw. Leitung des magnetischen Flusses an den Polen so dünn bzw. noch dick genug, dass es mechanisch noch stabil ist.Preferably is the material of the stator for guiding or guiding the magnetic River at the poles so thin or even thick enough that it is still mechanically stable.
Vorzugsweise sind die Querschnittsabmessungen des Materials des Stators zur Führung bzw. Leitung des magnetischen Flusses derart angepasst, dass in dem in seinen Querschnittsabmessungen angepassten Material überall dieselbe Flussdichte auftritt bzw. zu erwarten ist. Hierdurch tritt innerhalb des Materials in jedem Querschnitt derselbe magnetische Fluss je Querschnittsflächenelement hindurch.Preferably are the cross-sectional dimensions of the stator material for guiding the magnetic flux adapted in that in his Cross-section dimensions matched material everywhere the same flux density occurs or is expected. This occurs within the material in each cross-section, the same magnetic flux per cross-sectional area element therethrough.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Geometrie zumindest einer einen Stator-seitigen Teil des magnetischen Kreises bildenden magnetischen Quelle an eine bevorzugte Drehrichtung des Rotors des Elektromotors angepasst ist. Dies ist erfindungsgemäß deshalb vorgesehen, weil sich ein durch den Ankerstrom hervorgerufenes Ankerquerfeld mit dem stationären Hauptfeld überlagert und zu einer Feldverzerrung um einen Drehwinkel in einer Drehrichtung entgegen der bevorzugten Drehrichtung des Rotors des Elektromotors führt. Zur weiteren Wirkungsgradverbesserung und damit Gewichtseinsparung bei gleichzeitiger Leistungssteigerung ist demnach vorgesehen, die Geometrie der magnetischen Quelle bzw. die Magnetgeometrie derart einer bevorzugten Drehrichtung anzupassen, dass die Lage von zwischen beidseits der Pole der magnetischen Quelle angeordneten Enden der magnetischen Quelle liegenden Lücken an eine Verschiebung bzw. Verdrehung der neutralen Zone bzw. des Kommutierungsbereichs durch das Ankerquerfeld um die Drehachse des Rotors des Elektromotors entgegen dessen Drehrichtung angepasst ist.An advantageous embodiment of the invention provides that the geometry of at least one stator-side part of the magnetic circuit forming magnetic source is adapted to a preferred direction of rotation of the rotor of the electric motor. This is inventively therefore provided because a caused by the armature current anchor transverse field superimposed on the stationary main field and a field distortion by a rotation angle in a direction opposite to the preferred direction of rotation of the rotor of the electromobility gate leads. In order to further improve the efficiency and thus to save weight while at the same time increasing the performance, it is provided to adapt the geometry of the magnetic source or the magnet geometry to a preferred direction of rotation such that the position of gaps lying between both ends of the poles of the magnetic source lies with a displacement or displacement Rotation of the neutral zone or of the commutation region is adjusted by the armature transverse field about the axis of rotation of the rotor of the electric motor counter to its direction of rotation.
Diese Anpassung der Lage der Lücke kann beispielsweise durch eine Verdrehung der magnetischen Quelle um die Drehachse des Rotors des Elektromotors erfolgen.These Adjusting the location of the gap can, for example, by a rotation of the magnetic source take place about the axis of rotation of the rotor of the electric motor.
Zusätzlich oder alternativ hierzu kann die Anpassung der Lage der Lücke auch durch eine asymmetrische Verlängerung bzw. Verkürzung der vorzugsweise durch Verjüngungen gebildeten Enden der magnetischen Quelle erfolgen.Additionally or Alternatively, adjusting the location of the gap can also by an asymmetric extension or shortening preferably by rejuvenation formed ends of the magnetic source.
Die Anpassung der Lage der Lücke durch Verdrehen der z. B. als Permanentmagnet ausgeführten magnetischen Quelle des Stators bzw. durch asymmetrisches Verlängern und Verkürzen deren Enden erfolgt vorzugsweise soweit, bis in der bevorzugten Drehrichtung die maximale Motorleistung erzielt wird. Vorzugsweise entspricht dabei die Lage der Pole bei angepasster Lage der Lücke der Lage der Pole bei nicht angepasster Lage der Lücke. Dabei erfolgt von Vorteil die Anpassung der Querschnittsabmessung der an die Lücke reichenden Enden der Verlängerung bzw. Verkürzung lokal an den bei bestimmungsgemäßem Betrieb maximal auftretenden magnetischen Fluss.The Adjusting the location of the gap by twisting the z. B. designed as a permanent magnet magnetic Source of the stator or by asymmetric lengthening and Shorten whose ends are preferably as far as in the preferred Direction of rotation maximum engine power is achieved. Preferably corresponds to the position of the poles with adapted position of the gap Position of the poles in the unmatched position of the gap. This is advantageous the adaptation of the cross-sectional dimension of the reaching to the gap Ends of the extension or shortening locally to the intended use maximum occurring magnetic flux.
Weitere Vorteile, Besonderheiten und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen oder deren Unterkombinationen.Further Advantages, special features and expedient developments of the invention emerge from the other dependent claims or their sub-combinations.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:The Invention will be described below with reference to the drawings embodiments explained in more detail. It demonstrate:
Die in der Figur gleichen Bezugsziffern bezeichnen gleiche oder gleich wirkende Elemente.The like numerals in the figure designate the same or the same acting elements.
Die
in den
Der
Stator
Die
magnetische Quelle des Rotors
Um
bei einem Elektromotor
Eine
lokale Anpassung des Querschnitts der Flussbahn kann beispielsweise
wie in
Diese
Anpassung kann z. B. dadurch erreicht werden, indem ausgehend von
einem Elektromotor nach dem Stand der Technik im Bereichen hoher Feldlinienkonzentration,
also hoher Flussdichte im im Eisenkreis gebündelten magnetischen Kreis
Weiterhin
kann ausgehend von einem Elektromotor nach dem Stand der Technik
an bestimmten Stellen, an denen eine geringe Feldlinienkonzentration
vorliegt, der Eisenquerschnitt des magnetischen Rückschlusses
Wichtig
ist hervorzuheben, dass die Anpassung der Querschnittsabmessungen
des zur Führung
bzw. Leitung des magnetischen Flusses verwendeten Materials
Dabei
ist denkbar, dass der Eisenquerschnitt des magnetischen Rückschlusses
Vorzugsweise
wird als magnetischer Rückschluss
Wiederum
ausgehend von einem Elektromotor nach dem Stand der Technik kann
alternativ oder zusätzlich
die Geometrie eines die magnetische Quelle
Die
Dickenvergrößerung des
Permanentmagneten
Die
kontinuierlichen Verjüngungen
Als
Permanentmagnete
Zusätzlich wird
vorgeschlagen, die Geometrie der magnetischen Quelle
Vorteile der Erfindung ergeben sich unter anderem durch eine hohe Funktionalität als mechatronische Systemlösung, z. B. bei einem Einsatz in Aktuatoren bzw. Stellantrieben z. B. im Kraftfahrzeugbereich, z. B. in einem elektrischen Fensterheber. Diese hohe Funktionalität wird beispielsweise durch eine besonders kompakte Bauform bei gleichzeitig hoher Motorleistung und geringem Gewicht erreicht. Weitere Vorteile sind eine Leistungssteigerung, eine Wirkungsgradverbesserung, eine Gewichts- und Materialeinsparung, eine Bauraum- bzw. Volumeneinsparung sowie einer Qualitätsverbesserung, insbesondere durch eine Akustikverbesserung, d. h. durch eine geringere Geräuschentwicklung, z. B. aufgrund der kleineren Abmessungen.advantages The invention results inter alia by a high functionality as mechatronic System solution z. B. when used in actuators or actuators z. B. in the automotive field, z. B. in an electric window. This high functionality For example, by a particularly compact design at the same time high engine power and low weight achieved. Other advantages are an increase in performance, an improvement in efficiency, a Weight and material savings, a space or volume savings and a quality improvement, in particular by an acoustics improvement, d. H. by a lower one Noise, z. B. due to the smaller dimensions.
Die Erfindung ist insbesondere im Bereich der Herstellung von Elektromotoren, vorzugsweise von Gleichstrom-Elektromotoren, wie sie z. B. für elektrische Stellantriebe in Kraftfahrzeugen vorgesehen sind, gewerblich anwendbar.The Invention is particularly in the field of production of electric motors, preferably of DC electric motors, as z. B. for electrical Actuators are provided in motor vehicles, industrially applicable.
- 0101
- Elektromotorelectric motor
- 0202
- Statorstator
- 0303
- Rotorrotor
- 0404
- Ankeranchor
- 0505
- magnetische Quellemagnetic source
- 0606
- Material zur Führung bzw. Leitung des magnetischen Flussesmaterial to the leadership or conduction of the magnetic flux
- 0707
- magnetischer Flussmagnetic River
- 0808
- Polpole
- 0909
- Magnetischer Kreismagnetic circle
- 1010
- neutrale Zoneneutral Zone
- 1111
- Verjüngungrejuvenation
- 1212
- AnkerquerfeldArmature transverse field
- 1313
- Effizienzbereichefficiency area
- 1414
- Lückegap
- NN
- NordpolNorth Pole
- SS
- SüdpolSouth Pole
- PP
- Drehrichtung des Rotorsdirection of rotation of the rotor
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