-
GEBIET DER ERFINDUNG
-
Die vorliegende Erfindung betrifft Permanentmagnetmotoren und insbesondere einen Permanentmagnetmotor, der in einem Air Multiplier verwendet wird.
-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
Für Permanentmagnetmotoren gibt es zahlreiche Anwendungen, zum Beispiel bei Ventilatoren ohne Rotorflügel, für die im Hinblick auf ein leichteres oder besseres Endprodukt kleinere, leichtere und leistungsfähigere Motoren erwünscht sind. Bei diesen Motoren ist wiederum eine höhere Leistungsdichte erwünscht, das heißt eine höhere Ausgangsleistung je Einheit des Volumens, das von dem Motor belegt wird. Um diese Anforderung zu erfüllen, werden bei solchen Motoren normalerweise Seltenerdmagnete verwendet. Durch den Preisanstieg bei Seltenerdmaterialen verteuert sich auch der Motor. Da diese Motoren außerdem häufig in Haushaltsgeräten verwendet werden, sollte der Motor geräuscharm sein, d. h. niedrige Pegel mechanischer Geräusche erzeugen. Bei einem Permanentmagnetmotor gemäß dem Stand der Technik, der in einem Ventilator ohne Rotorflügel zum Einsatz kam, wurden Seltenerdmagnete in einer Konfiguration mit sechs Polen und neun Schlitzen verwendet. Das Geräusch dieses Motortyps ist weniger als zufriedenstellend. Aus diesem Grund wurde es nach und nach ein Anliegen, die Kosten des Motors unter Beibehaltung der Leistung zu senken und das Geräusch des Motors zu reduzieren.
-
Es wird daher ein Permanentmagnetmotor gewünscht, der preiswert ist, eine gute Leistung hat und niedrige Geräuschpegel erzeugt.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
-
Dementsprechend wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Permanentmagnetmotor angegeben, umfassend: einen Ständer mit einem Ständerkern, der zwölf Zähne und Spulen hat, die um die Zähne herumgewickelt sind; einen Läufer, der von dem Ständer umschlossen ist und eine Welle und eine an der Welle befestigte Magnetkerngruppe umfasst, wobei die Magnetkerngruppe acht Läuferkernsegmente und acht Ferrit-Permanentmagnete umfasst, jeder Magnet zwischen zwei benachbarten Läuferkernsegmenten aufgenommen und in der Umfangsrichtung des Läufers polarisiert ist und benachbarte Läuferkernsegmente entgegengesetzte Polaritäten aufweisen.
-
Vorzugsweise ist jeder Zahn relativ zur axialen Richtung des Läufers geneigt.
-
Vorzugsweise ist eine Krümmung einer dem Ständer zugewandten radial äußeren Fläche jedes Läuferkernsegments stärker als die Krümmung einer dem Läufer zugewandten Fläche jedes Zahns.
-
Vorzugsweise umfasst die Magnetkerngruppe an ihren beiden axialen Enden zwei Klemmplatten und eine Anzahl von Verbindungsstäben, die die beiden Klemmplatten verbinden, und jedes Läuferkernsegment umfasst eine axiale Durchgangsöffnung, durch welche der entsprechende Verbindungsstab hindurchtritt, um in das entsprechende Läuferkernsegment einzugreifen.
-
Vorzugsweise hat jedes Läuferkernsegment zwei Fahnen, die sich von zwei einander in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Seiten seines radial äußeren Bereichs erstrecken, und eine der Welle abgewandte Fläche jedes Permanentmagnets liegt an zwei benachbarten Fahnen an.
-
Vorzugsweise umfasst die Magnetkerngruppe ferner eine Hülse, die an der Welle befestigt ist, jedes Läuferkernsegment ist an der Hülse befestigt, und die Hülse besteht aus einem Material mit hoher Reluktanz.
-
Vorzugsweise ist die Hülse oktaederförmig und hat an ihren Ecken acht schwalbenschwanzförmige Nuten, die sich in der axialen Richtung erstrecken, und ein radial innerer Endbereich jedes Läuferkernsegments ist schwalbenschwanzförmig und ist mit der entsprechenden schwalbenschwanzförmigen Nut in der Hülse formschlüssig verbunden.
-
Vorzugsweise umfasst der Läufer zwei Magnetkerngruppen, die an der Welle befestigt sind, und die beiden Magnetkerngruppen sind in Umfangsrichtung zueinander versetzt.
-
Vorzugsweise sind die beiden benachbarten Magnetkerngruppen um 7,5 Grad zueinander versetzt.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nunmehr anhand eines Beispiels erläutert, 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 Dimensionen 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 Permanentmagnetmotor gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
-
2 zeigt einen Ständer des Permanentmagnetmotors von 1, ohne Spulen;
-
3 ist eine Schnittansicht eines Läufers des Permanentmagnetmotors von 1;
-
4 ist eine zum Teil auseinandergezogene Darstellung des Läufers von 3;
-
5 zeigt einen Läufer eines Permanentmagnetmotors gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
-
6 zeigt einen Ständer eines Permanentmagnetmotors gemäß einer noch weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
-
DETAILBESCHREIBUNG VERSCHIEDENER AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
1 zeigt einen Permanentmagnetmotor 10 gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Motor ist ohne Endkappen dargestellt, um die Läufer- und Ständeranordnung offenzulegen. Der Motor hat einen Ständer 20 und einen in dem Ständer 20 aufgenommenen Läufer 40. Spulen 24, die die Ständerwicklung bilden, sind um Zähne des Ständers herumgewickelt dargestellt. Der Ständer ist deutlicher in 2 gezeigt, wenngleich die Spulen weggelassen wurden, um die Konstruktion des Ständerkerns deutlicher zu zeigen.
-
Der Ständer 20 hat einen Ständerkern 22 mit einem ringförmigen Joch 26 und mit zwölf Zähnen 28, die sich von einer Innenfläche des Jochs 26 radial nach innen erstrecken. Das heißt durch die Zähne 28 werden zwölf Schlitze 30 gebildet. Jeder Zahn 28 erstreckt sich auch in der axialen Richtung des Ständers 20 und hat eine Fläche 32, die dem Läufer 40 gegenüberliegt, d. h. in Richtung auf die Achse (nicht gezeigt) des Motors zeigt. Die Fläche 32 jedes Zahns 28 ist in der Umfangsrichtung des Ständers 20 gekrümmt. Jede Spule 24 (1) ist um einen entsprechenden Zahn 28 herumgewickelt.
-
Es wird auf die 3 und 4 Bezug genommen. Der Läufer 40 hat eine Welle 42 und eine an der Welle 42 befestigte Magnetkerngruppe 44. Die Magnetkerngruppe 44 hat eine Hülse 46, acht Läuferkernsegmente 48, acht Permanentmagnete 50 aus einem Ferritmagnet, acht Verbindungsstäbe 52 und zwei Klemmplatten 54, die sich an den axialen Enden der Magnetkerngruppe befinden.
-
Die Hülse 46 ist oktaederförmig und besteht aus einem Material mit hoher Reluktanz, zum Beispiel Kunststoff oder Aluminium. Die Hülse 46 definiert in ihrem Mittelbereich eine Wellenöffnung 56 für die feste Aufnahme der Welle 42 und acht schwalbenschwanzförmige Nuten 58 an ihren Ecken. Die Wellenöffnung 56 und die schwalbenschwanzförmigen Nuten 58 erstrecken sich in der axialen Richtung der Hülse 46. Die Welle 42 kann mit der Hülse 46 umspritzt sein oder eine Presspassung mit derselben bilden.
-
Jedes Läuferkernsegment 48 ist im Wesentlichen fächerförmig und hat einen radial inneren Bereich 60 und einen radial äußeren Bereich. Der radial innere Bereich 60 ist schmaler als der radial äußere Bereich. Der radial innere Bereich 60 ist schwalbenschwanzförmig und wird in einer entsprechenden schwalbenschwanzförmigen Nut 58 der Hülse 46 aufgenommen, wodurch das Läuferkernsegment 48 an der Hülse 46 gesichert wird. Eine dem inneren Bereich 60 abgewandte Fläche 62 des radial äußeren Bereichs ist in der Umfangsrichtung des Läufers 40 gekrümmt, und ihre Krümmung ist stärker als die der Fläche 32 des Zahns 28. Das heißt der Krümmungsradius der radial äußeren Fläche der Läuferkernsegmente ist kleiner als der nominale Radius des Läufers, gemessen an einer umfangsseitigen Mitte der Außenfläche eines Läuferkernsegments. Dieses Merkmal reduziert das Rastmoment und verringert die hörbaren oder mechanischen Geräusche des Läufers 40. Jedes Läufersegment 48 definiert ferner eine axiale Durchgangsöffnung 64 in ihrem mittleren Bereich. Zwei Fahnen 66 erstrecken sich jeweils von den einander gegenüberliegenden Seiten des radial äußeren Bereichs in dessen Umfangsrichtung. Jedes Läuferkernsegment 48 besteht aus einem magnetisch leitenden Material, zum Beispiel Eisen oder Stahl, und ist vorzugsweise aus einer Vielzahl von gestanzten und geschichteten Lamellen aus Elektroblech gebildet.
-
Jeder Permanentmagnet 50 ist ein Rechteckprisma. Jeder Permanentmagnet 50 ist zwischen zwei benachbarten Läuferkernsegmenten 48 gesichert, wobei er an zwei benachbarten Fahnen 66 anliegt, und die Hülse 46 ist zwischen zwei Klemmplatten 54 aufgenommen. Jeder Permanentmagnet 50 befindet sich in Kontakt mit der Seitenfläche eines entsprechenden Läuferkernsegments 48. Jeder Permanentmagnet 50 ist entlang einer zu seiner kurzen Seite parallelen Richtung polarisiert, d. h. im Wesentlichen in der Umfangsrichtung des Läufers 40. Dabei haben benachbarte Permanentmagnete 50 entgegengesetzte Polaritäten.
-
Jeder Verbindungsstab 52 ist durch die Durchgangsöffnung 64 in dem entsprechenden Läuferkernsegment 48 hindurchgeführt, für den Eingriff mit dem Läuferkernsegment 48. Die Klemmplatten 54 sind jeweils an den axialen Enden jedes Magnets 50 angeordnet und durch eine Presspassung oder durch Klebstoff mit den Verbindungsstäben 52 verbunden. Es versteht sich, dass die Verbindungsstäbe 52 und die Klemmplatten 54 zum Beispiel durch ein Spritzgussverfahren integral ausgebildet sein können.
-
Dadurch wird der Magnetfluss von benachbarten Permanentmagneten 50 in dem dazwischenliegenden Läuferkernsegment 48 konzentriert, wobei die acht Läuferkernsegmente 48 durch Magnetflusskonzentration acht Magnetpole bilden. Da die Hülse 46 aus einem Material mit hoher Reluktanz gebildet ist, wird verhindert, dass der Magnetfluss zwischen zwei benachbarten Permanentmagneten 50 durch die Hülse 46 verläuft, was den magnetischen Leckfluss reduziert. Auf diese Weise verfügt der Läufer über einen dichten Magnetfluss und ist preiswert, da ein Ferritmagnet weniger teuer ist als ein Seltenerdmagnet wie zum Beispiel ein NdFeB-Magnet. Auch hat der Motor acht Pole und zwölf Schlitze. Bei dieser Anordnung konzentriert der Motor gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung den Magnetfluss derart wirksam, dass die Leistungsdichte und die Effizienz des Motors verbessert werden.
-
Darüber hinaus wurde beim Test festgestellt, dass das durch den Permanentmagnetmotor 10, der wie vorstehend beschrieben acht Pole und zwölf Schlitze hat, erzeugte Geräusch 30 Db beträgt, was wesentlich unter den 49 Db eines Permanentmagnetmotors mit gleichem Aufbau, jedoch mit sechs Polen und neun Schlitzen, oder den 55 Db eines Permanentmagnetmotors mit gleichem Aufbau, jedoch mit acht Polen und neun Schlitzen, liegt. Aus diesem Grund kann der Permanentmagnetmotor 10 der ersten bevorzugten Ausführungsform den Anforderungen hinsichtlich Geräuscharmut, hoher Leistungsdichte und hoher Effizienz gerecht werden.
-
In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform, die auf der vorstehenden ersten Ausführungsform basiert, können bei dem Läufer 41 zwei Magnetkerngruppen 204 verwendet werden, wie in 5 gezeigt, um die Ausgangsleistung des Motors zu erhöhen. Zur Reduzierung des Rastmoments können die beiden Magnetkerngruppen 44 zueinander versetzt sein. In dieser Ausführungsform sind die beiden Magnetkerngruppen 44 um 7,5 Grad zueinander versetzt. Beim Test wurde festgestellt, dass das Rastmoment eines Motors gemäß dieser zweiten bevorzugten Ausführungsform auf ein Fünftel des Rastmoments eines Motors gemäß der ersten Ausführungsform reduziert war.
-
In einer dritten Ausführungsform, die auf der vorstehenden ersten Ausführungsform basiert, sind die Zähne 28 des Ständers 21 relativ zur Welle geneigt, wie in 6 gezeigt, um das Rastmoment zu reduzieren. Das heißt die Zähne sind abgeschrägt durch eine leichte Drehung einer oder mehrerer Lamellen des Ständerkerns im Zuge ihrer Schichtung.
-
Wenngleich die Erfindung unter Bezugnahme auf eine oder mehrere bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wurde, wird der Fachmann erkennen, dass verschiedenen Modifikationen möglich sind, ohne den Schutzrahmen der Erfindung zu verlassen, der durch die anliegenden Ansprüche definiert ist.
-
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.
