DE102011116396A1

DE102011116396A1 - Elektromotor

Info

Publication number: DE102011116396A1
Application number: DE102011116396A
Authority: DE
Inventors: James Ching Sik Lau; Mao Xiong Jiang; Gang Li; Ke Lin Zhou; Hong Min Wei; Jie CHAI; Tao Zhang
Original assignee: Johnson Electric SA
Current assignee: Johnson Electric International AG
Priority date: 2010-10-21
Filing date: 2011-10-19
Publication date: 2012-04-26
Also published as: US8796896B2; CN201869071U; US20120098382A1

Abstract

Ein Elektromotor, insbesondere ein bürstenloser PMDC-Motor, hat einen Ständer und einen in dem Ständer drehbar gelagerten Läufer. Der Ständer hat ein Gehäuse mit einem offenen Ende, eine an dem offenen Ende des Gehäuses befestigte Endkappe, einen an einer Innenfläche des Gehäuses befestigten Ständerkern und Wicklungen an dem Ständerkern. Der Läufer hat eine Mehrzahl von Permanentmagnetpolen. Das Gehäuse hat einen Flansch, der von dem offenen Ende des Gehäuses nach innen gebogen ist und axial und nach innen an der Endkappe anliegt, um dadurch die Endkappe an dem Gehäuse festzulegen. Die Länge des Flansches ist gemessen entlang der Umfangsrichtung des Gehäuses größer als die halbe Länge des Gehäuses.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft einen Elektromotor und insbesondere einen Elektromotor mit einem becherförmigen Gehäuse.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Übliche Elektromotoren des Miniatur- und Mikromotortyps, die in der Industrie verwendet werden, insbesondere sogenannte PMDC-Motoren (Permanentmagnet-Gleichstrommotoren), BLDC-Motoren (bürstenlose Gleichstrommotoren) und BLAC-Motoren (bürstenlose Wechselstrommotoren) haben einen Ständer und einen an dem Ständer drehbar gelagerten Läufer. Der Ständer umfasst ein tiefgezogenes Gehäuse mit einem offenen Ende. Ein gewickelter Ständerkern oder Ständermagnete können an der Innenfläche des Gehäuses befestigt sein. Der Läufer hat eine durch den Ständer drehbar gelagerte Welle, einen an der Welle befestigten Läuferkern und Magnete, die an dem Läuferkern montiert sind, oder Läuferwicklungen an dem Läuferkern. Nach dem Einsetzen des Läufers in das Gehäuse wird an dem offenen Ende des Gehäuses eine Endkappe befestigt.
Aufgrund der Verbindung zwischen dem Gehäuse und der Endkappe, die eine geringfügige Bewegung zwischen diesen Elementen zulässt, ist die Stabilität dieser üblichen Elektromotoren gering. Dies führt zu starker Vibration und Lärm. Dies ist besonders bei bürstenlosen Motoren ein Problem.
Daher besteht der Wunsch, einen verbesserten Elektromotor und insbesondere einen verbesserten bürstenlosen Motor zu entwickeln, der über eine größere Stabilität verfügt, so dass Vibrationen und Geräusche, die durch den Motor verursacht werden, reduziert werden.
ÜBERSICHT DER ERFINDUNG
Demzufolge wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Elektromotor bereitgestellt, umfassend: einen Ständer das ein Gehäuse mit einem offenen Ende und einer Endkappe umfasst, die an dem offenen Ende des Gehäuses befestigt ist; und einen Läufer, der drehbar in dem Ständer gelagert ist, wobei das Gehäuse einen Flansch umfasst, der von dem offenen Ende des Gehäuses nach innen gebogen ist und an der Endkappe axial und nach innen anliegt, um dadurch die Endkappe an dem Gehäuse festzulegen, wobei die Länge des Flansches entlang der Umfangsrichtung des Gehäuses größer als die halbe Länge des Gehäuses ist.
Vorzugsweise beträgt die Länge des Flansches entlang der Umfangsrichtung des Gehäuses mehr als 80% der Länge des Gehäuses.
Vorzugsweise definiert das offene Ende des Gehäuses eine Mehrzahl von Verriegelungsausschnitten, und die Endkappe umfasst eine Mehrzahl von Fahnen, die von derer Außenseite nach außen vorstehen und in den jeweiligen Verriegelungsausschnitten verriegelt sind, um die Endkappe dadurch an einer Drehung relativ zu dem Gehäuse zu hindern.
Vorzugsweise ist der Motor ein bürstenloser Motor, der Ständer ist ein gewickelter Ständer der einen an einer Innenfläche des Gehäuses befestigten Ständerkern und Wicklungen an dem Ständerkern umfasst, und der Läufer ist ein Permanentmagnet-Läufer mit einer Mehrzahl von Permanentmagnetpolen.
Vorzugsweise hat der Ständerkern ein Joch und eine Mehrzahl von Zähnen, die sich von dem Joch nach innen erstrecken, wobei das Joch und die Zähne folgende Gleichung erfüllen: 1 < Wy/Wt < 1,3, wobei Wy die Breite des Jochs und Wt die Breite der Zähne angibt.
Vorzugsweise hat der Ständerkern ein Joch und eine Mehrzahl von Zähnen, die sich von dem Joch nach innen erstrecken, wobei das Joch und die Zähne folgende Gleichung erfüllen: 0,35 < Wt/Ws < 0,5, wobei Ws die Höhe der Zähne gemessen entlang der radialen Richtung des Ständers und Wt die Breite der Zähne angibt.
Vorzugsweise beträgt die Anzahl der Magnetpole 4 und die Anzahl der Zähne 6.
Vorzugsweise hat der Läufer einen Ringmagnet, der die Permanentmagnetpole bildet, und ein Skew-Winkel θ von Begrenzungslinien zwischen benachbarten Magnetpolen liegt gemessen an einer sich durch ein Ende des Magnets erstreckenden Endebene in dem Bereich von (θr, 2θr), wobei θr in elektrischen Grad definiert wird als θr = 180 × (Anzahl von Magnetpolen in dem Läufer)/(kleinste ganze Zahl, von welcher sowohl die Anzahl von Magnetpolen in dem Läufer als auch die Anzahl von Magnetpolen in dem Ständer Faktoren sind).
Vorzugsweise umfasst der Läufer ferner eine Welle und einen an der Welle befestigten Läuferkern, wobei der Magnet an der Außenumfangsfläche des Läuferkerns befestigt ist.
Vorzugsweise definiert der Läuferkern an seiner Außenumfangsfläche eine Mehrzahl von Nuten, wobei sich jede Nut von einem Ende des Läuferkerns zu dem anderen Ende des Läuferkerns axial erstreckt.
Vorzugsweise werden die Nuten von den Begrenzungslinien zwischen benachbarten Magnetpolen radial nicht überschnitten.
Vorzugsweise ist die Anzahl der Nuten gleich der Anzahl von Magnetpolen, und ein Anfangsmagnetisierungspunkt jedes Magnetpols ist zu einem entsprechenden Ende einer entsprechenden Nut versetzt.
Vorzugsweise liegt an einer sich durch ein Ende des Läuferkerns und ein entsprechendes Ende des Magnets erstreckenden Endebene ein Winkel β, der zwischen einer sich durch die Mitte des Läufers und den Anfangsmagnetisierungspunkt jedes Magnetpols erstreckenden Linie und einer weiteren, sich durch die Mitte der entsprechenden Nut und die Mitte des Läufers erstreckenden Linie gebildet wird, in einem Bereich von 10~20 mechanischen Grad.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nunmehr anhand eines Beispiels beschrieben, wobei auf die Figuren der anliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird. Identische Strukturen, Elemente oder Teile, die in mehr als einer Figur erscheinen, tragen in sämtlichen Figuren, in denen sie erscheinen, die gleichen Bezugszeichen. Die Abmessungen von Komponenten und Merkmalen, die in den Figuren dargestellt sind, sind allgemein im Hinblick auf eine übersichtliche Darstellung gewählt und sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Die Figuren sind im Folgenden aufgelistet.
1 zeigt einen bürstenlosen Motor gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine Schnittansicht des Motors von 1;
3 ist eine Ansicht eines Ständerkerns des Motors von 1;
4 zeigt einen Läuferkern des Motors von 1;
5 ist eine isometrische Darstellung eines Ringmagnets des Motors von 1;
6 zeigt den Läuferkern und den Ringmagnet im zusammengebauten Zustand, wobei ein einem Magnetpol entsprechender Teil des Ringmagnets weggeschnitten oder entfernt wurde, um den darunterliegenden Läuferkern offenzulegen; und
7 ist eine Ansicht der Läuferkern- und Ringmagnetbaugruppe von 6.
DETAILBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 zeigt einen bürstenlosen Motor gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2 ist eine Schnittansicht des Motors von 1. Der Motor umfasst einen Ständer und einen in dem Ständer drehbar gelagerten Läufer.
Der Ständer umfasst ein Gehäuse 10, einen Ständerkern 30, der an der Innenfläche des Gehäuses 10 eingebaut ist, und eine Mehrzahl von Spulen 40, die auf dem Ständerkern 30 gewickelt sind. Das Gehäuse 10 ist ein tiefgezogenes Stahlgehäuse mit einem geschlossenen Ende und einem offenen Ende. Eine Endkappe 20 ist an dem offenen Ende des Gehäuses 10 befestigt und bedeckt das offene Ende. Das Gehäuse 10 hat einen Flansch 12, der von dem offenen Ende des Gehäuses 10 radial und nach innen gebogen ist. Der Flansch 12 liegt entlang der Achsrichtung des Motors nach innen an der Außenfläche der Endkappe 20 an, um dadurch die Endkappe 20 an dem Gehäuse festzulegen. Vorzugsweise ist die Länge des Flansches 12 entlang der Umfangsrichtung des Gehäuses 10 größer als die halbe Länge des Gehäuses 10. In der Ausführungsform gemäß vorliegender Erfindung ist die Länge des Flansches 12 entlang der Umfangsrichtung des Gehäuses 10 größer als 80 Prozent der Länge des Gehäuses 10. Dadurch befindet sich die Endkappe 20 fest und sicher im Eingriff mit dem Gehäuse 10 und ist an dem Gehäuse fixiert, um dadurch die Stabilität des Motors zu verbessern und Motorgeräusche zu verringern. Bei der beschriebenen Ausführungsform wird das Motorgeräusch beim Betrieb des Motors mit maximaler Drehzahl auf 35 dB reduziert. Das sind 8 dB weniger als bei einem üblichen Motor, der unter den gleichen Bedingungen betrieben wird.
Vorzugsweise umfasst die Endkappe 20 eine Mehrzahl von Fahnen 22, die von derer Außenseite radial nach außen vorstehen. Das offene Ende des Gehäuses 10 definiert eine Mehrzahl von Verriegelungsausschnitten 14. Jede Fahne 22 ist in einem entsprechenden Verriegelungsausschnitt 14 verriegelt, um zu verhindern, dass sich die Endkappe 20 relativ zu dem Gehäuse 10 dreht. Die Fahnen bilden auch eine Halterung zur Fixierung der relativen axialen Position der Endkappe zu dem Gehäuse, und die Verriegelungsausschnitte bilden Sitze, gegen die der Flansch die Endkappe drückt. Alternativ kann an der Innenfläche des Gehäuses angrenzend an dessen offenes Ende eine Stufe gebildet sein, auf der die Endkappe sitzt, um die axiale Position der Endkappe gegenüber dem Gehäuse einzustellen und auf die der Flansch die Endkappe drückt.
Der Ständerkern 30 hat ein zylindrisches Joch 32 und eine Mehrzahl von voneinander beabstandeten Zähnen 34, die sich von dem Joch 32 radial nach innen erstrecken. Schlitze sind zwischen benachbarten Zähnen 34 gebildet, um die Spulen 40 aufzunehmen. Ein zylindrischer Raum ist zwischen den inneren Enden der Zähne 34 gebildet.
Der Läufer umfasst eine Welle 50, die durch den Ständer 30 drehbar gelagert ist, einen Läuferkern 60, der an der Welle 50 befestigt ist, und einen Ringmagnet 70, der an der radial äußeren Umfangsfläche des Läuferkerns 60 befestigt ist. Der Läuferkern 60 und der Magnet 70 sind in dem Raum des Läufers 30 aufgenommen, und der Magnet 70 liegt den inneren Enden der Zähne 34 über einen dazwischen gebildeten Luftspalt gegenüber, so dass der Läufer sich relativ zu dem Ständer drehen kann.
In 3 auf die nun Bezug genommen wird, hat das Joch 32 des Ständerkerns eine durch Wy angegebene Breite, und jeder Zahn 34 hat eine durch Wt angegebene Breite. Wy und Wt erfüllen folgende Gleichung: 1 < Wy/Wt < 1,3. Jeder Zahn 34 hat eine Höhe, die entlang der radialen Richtung des Ständers gemessen wird und die durch Ws angegeben ist. Wt und Ws erfüllen die folgende Gleichung: 0,35 < Wt/Ws < 0,5.
Wie 4 zeigt, definiert der Läuferkern 60 eine Mehrzahl von Positionierungsnuten 62, die bei der Herstellung des Läuferkerns 60 zur Positionierung des Läuferkerns 60 verwendet werden können. Die Nuten 62 erstrecken sich axial von einem Ende des Läuferkerns 60 zu dem anderen Ende und parallel zur Drehachse des Läufers. In dieser Ausführungsform ist die Anzahl der Nuten 62 gleich der Anzahl der Magnetpole des Magnets 70.
5 zeigt den Magnet 70, der eine Mehrzahl von Magnetpolen umfasst, die radial magnetisiert sind, so dass Nordpole und Südpole entlang der Umfangsrichtung alternierend angeordnet sind.
6 zeigt den Läuferkern 60 und den Ringmagnet 70, wobei ein einem Magnetpol entsprechender Teil des Ringmagnets weggeschnitten oder entfernt wurde, um den darunterliegenden Läuferkern offenzulegen. 7 ist eine vergrößerte Ansicht von 6. Die 6 und 7 zeigen einen Winkel θ, der als Skew-Winkel bekannt ist. Der Skew-Winkel ist der Winkel, der an einer Endebene des Magnets 70 mit einem Bogen der von einem Ende der Begrenzungslinie 72 zu dem vorspringenden Punkt des anderen Endes der Begrenzungslinie 72 an der Endebene entlang der Achsrichtung des Läufers einer Begrenzungslinie 72 zwischen Magnetpolen reicht, gebildet wird und der in einem Bereich von (θr, 2θr) liegt, wobei θ ein elektrischer Winkel ist und θr in Grad definiert wird als: θr = 180 × (Anzahl von Magnetpolen in dem Läufer)/(kleinste ganze Zahl, von der sowohl die Anzahl von Magnetpolen in dem Läufer als auch die Anzahl von Magnetpolen in dem Ständer Faktoren sind).
Zwei Endebenen erstrecken sich jeweils durch die gegenüberliegenden Enden des Magnets 70 und die gegenüberliegenden Enden des Läuferkerns 60. An einer Endebene ist ein Anfangsmagnetisierungspunkt (ein Ende einer Begrenzungslinie zwischen zwei benachbarten Magnetpolen) jedes Magnetpols zu dem Ende einer entsprechenden Positionierungsnut 62 versetzt, so dass die gesamte Begrenzungslinie 72 zwischen den Magnetpolen von der Nut 62 entfernt ist und kein Teil der Begrenzungslinie 72 die Nut 62 in der radialen Richtung des Läufers überschneidet. Dies ist deutlicher in 6 dargestellt, in der ein Abschnitt des Ringmagnets 70, der einem der Magnetpole entspricht, weggeschnitten oder entfernt wurde, um darzustellen, dass jede Nut 62 vollständig unter dem entsprechenden Magnetpol liegt und die Begrenzungslinie 72 zwischen den benachbarten Magnetpolen des Ringmagnets 70 nicht kreuzt.
Vorzugsweise liegt der Winkel β, der an der Endebene zwischen einer Linie, die sich durch den Anfangsmagnetisierungspunkt eines Magnetpols und die Mitte des Läufers erstreckt, und einer weiteren Linie, die sich durch die Mitte der entsprechenden Nut und die Mitte des Läufers erstreckt, gebildet wird, in einem Bereich von 10–20 Grad, wobei der Winkel β ein mechanischer Winkel ist.
Bei vorliegender Erfindung sind die Magnetpole Skew-Pole, die die harmonischen Anteile eines Rastmoments und dadurch das Rastmoment des Motors reduzieren können. Die gesamte Begrenzungslinie 72 zwischen den Magnetpolen ist von der Positionierungsnut 62 des Läuferkerns 60 entfernt, um zu vermeiden, dass der magnetisch schwächste Teil des Magnets 70 einem durch die Nut 62 gebildeten großen Luftspalt gegenüberliegt, wodurch das Rastmoment ebenfalls reduziert werden kann.
Verben wie ”umfassen”, ”aufweisen”, ”enthalten” und ”haben” sowie deren Abwandlungen in der Beschreibung und in den Ansprüchen der vorliegenden Anmeldung sind in einem einschließenden Sinne zu verstehen. Sie geben an, dass das genannte Element vorhanden ist, schließen jedoch nicht aus, dass noch weitere Elemente vorhanden sind.
Wenngleich die Erfindung mit Bezug auf eine oder mehrere bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wurde, wird der Fachmann erkennen, dass verschiedene Modifikationen möglich sind, weshalb der Schutzumfang der Erfindung durch die anliegenden Ansprüche definiert wird.
Zum Beispiel ist der Ringmagnet 70 als einteiliger Permanentmagnet beschrieben und dargestellt der als Ring ausgebildet ist und magnetisiert wird, um eine Anzahl von umfangsseitig angeordneten Magnetpolen zu erzeugen, die zur Läuferachse verdreht sind. Der Ringmagnet könnte jedoch auch aus einer Anzahl von Permanentmagnetstücken gebildet sein, die an dem Läuferkern montiert sind, um den Ringmagnet zu bilden, und die dann magnetisiert werden, um die verdrehten Magnetpole zu bilden.

Claims

Elektromotor, umfassend: einen Ständer, der mit einen Gehäuse (10) mit einem offenen Ende und eine befestigte Endkappe (20) umfasst, die an dem offenen Ende des Gehäuses befestigt ist und einen Läufer, der in dem Ständer drehbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (10) einen Flansch (12) aufweist, der von dem offenen Ende des Gehäuses nach innen gebogen ist und der an der Endkappe (20) axial und nach innen anliegt, um die Endkappe an dem Gehäuse festzulegen, wobei die Länge des Flansches entlang der Umfangsrichtung des Gehäuses gemessen größer ist als die halbe Länge des Gehäuses.
Motor nach Anspruch 1, wobei die Länge des Flansches (12) entlang der Umfangsrichtung des Gehäuses gemessen mehr als 80 Prozent der Länge des Gehäuses beträgt.
Motor nach Anspruch 1 oder 2, wobei das offene Ende des Gehäuses (10) eine Mehrzahl von Verriegelungsausschnitten (14) definiert und wobei die Endkappe (20) eine Mehrzahl von Fahnen (22) umfasst, die von derer Außenseite radial nach außen vorstehen und in den jeweiligen Verriegelungsausschnitten verriegelt sind, um die Endkappe dadurch an einer Drehung relativ zu dem Gehäuse zu hindern.
Motor nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei der Motor ein bürstenloser Motor ist, wobei der Ständer ein gewickelter Ständer ist, der einen an einer Innenfläche des Gehäuses (10) befestigten Ständerkern (30) und Wicklungen (40) an dem Ständerkern umfasst und wobei der Läufer ein Permanentmagnetläufer ist, der eine Mehrzahl von Permanentmagnetpolen umfasst.
Motor nach Anspruch 4, wobei der Ständerkern (30) ein Joch (32) und eine Mehrzahl von Zähnen (34) umfasst, die sich von dem Joch radial nach innen erstrecken, wobei das Joch und die Zähne folgende Gleichung erfüllen: 1 < Wy/Wt < 1,3, wobei Wy die Breite des Jochs und Wt die Breite der Zähne angibt.
Motor nach Anspruch 4 oder 5, wobei der Ständerkern (30) ein Joch (32) und eine Mehrzahl von Zähnen (34) umfasst, die sich von dem Joch nach innen erstrecken, wobei die Zähne folgende Gleichung erfüllen: 0,35 < Wt/Ws < 0,5, wobei Ws die Höhe der Zähne gemessen entlang der radialen Richtung des Ständers und Wt die Breite der Zähne angibt.
Motor nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Anzahl von Magnetpolen 4 und die Anzahl der Zähne (34) 6 beträgt.
Motor nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei der Läufer einen Ringmagnet (70) umfasst, der die Permanentmagnetpole bildet, und wobei ein Skew-Winkel θ der Begrenzungslinien (72) zwischen benachbarten Magnetpolen gemessen an einer sich durch ein Ende des Magnets erstreckenden Endebene in dem Bereich von (θr, 2θr) liegt, wobei θr in elektrischen Grad definiert wird als θr = 180 × (Anzahl von Magnetpolen)/(die kleinste ganze Zahl, von der sowohl die Anzahl von Magnetpolen in dem Läufer als auch die Anzahl von Magnetpolen in dem Ständer Faktoren sind).
Motor nach Anspruch 8, wobei der Läufer ferner eine Welle (50) und einen an der Welle befestigten Läuferkern (60) umfasst, wobei der Magnet (70) an einer Außenumfangsfläche des Läuferkerns befestigt ist.
Motor nach Anspruch 9, wobei der Läuferkern (60) in seiner Außenumfangsfläche eine Mehrzahl von Nuten (62) definiert, wobei jede Nut sich axial von einem Ende des Läuferkerns zu dem anderen Ende des Läuferkerns erstreckt.
Motor nach Anspruch 10, wobei die Begrenzungslinien (72) zwischen benachbarten Magnetpolen die Nuten (62) radial nicht überschneiden.
Motor nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Anzahl von Nuten (62) gleich der Anzahl von Magnetpolen ist und wobei ein Anfangsmagnetisierungspunkt jedes Magnetpols zu einem entsprechenden Ende einer entsprechenden Nut versetzt ist.
Motor nach Anspruch 12, wobei an einer sich durch ein Ende des Läuferkerns (60) und ein entsprechendes Ende des Magnets (70) erstreckenden Endebene ein Winkel β, der zwischen einer sich durch die Mitte des Läufers und den Anfangsladepunkt jedes Magnetpunkts erstreckenden Linie und einer weiteren, sich durch die Mitte der entsprechenden Nut (62) und die Mitte des Läufers erstreckenden Linie gebildet wird, in dem Bereich von 10–20 mechanischen Grad liegt.