DE102013109264A1

DE102013109264A1 - Bürstenloser Elektromotor mit einem Außenläufer

Info

Publication number: DE102013109264A1
Application number: DE102013109264.0A
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: Magna Powertrain Bad Homburg GmbH
Current assignee: Hanon Systems EFP Deutschland GmbH
Priority date: 2013-08-27
Filing date: 2013-08-27
Publication date: 2015-03-05
Also published as: CN105518974A; WO2015028466A3; US20160204662A1; WO2015028466A2

Abstract

Bürstenloser Elektromotor mit einem Außenläufer (Rotor), an welchem Permanentmagnetelement angeordnet sind, und einem Stator, welcher elektromagnetische Statorpole aufweist, wobei die elektromagnetischen Statorpole je einen Polfuß, einen Polzahn und einen Polschuh aus Eisenwerkstoffen aufweisen, und mit einer Isolationsschicht um die Eisenelemente der Statorpole, und mit einer elektrischen Spulenwicklung, welche auf der Isolationsschicht angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Polschuhe im Querschnitt, vorzugsweise in Richtung ihrer Endbereiche, eine Freiformrundung aufweisen und in einem Winkel > 90° zum Polzahn nach außen weglaufend zu den Enden hin schmaler werden an der Unterseite der Polschuhe, da wo die Isolationsschicht aufgebracht ist, wobei die Isolationsschicht am Polschuh sich an der Oberfläche für die Spulenwicklungsaufnahme, also auf der prinzipiell gegenüberliegenden Oberfläche der Isolationsschicht am Polschuh, rechtwinklig zum Polzahn erstreckt.

Description

Die Erfindung betrifft einen bürstenlosen Elektromotor mit einem Außenläufer, an welchem Permanentmagnetelemente angeordnet sind (Rotor), und mit einem Stator, welcher elektromagnetische Statorpole aufweist, wobei die elektromagnetischen Statorpole je einen Polfuß, einen Polzahn und einen Polschuh aus Eisenwerkstoffen ausweisen, mit einer Isolationsbeschichtung um die Eisenelemente der Pole und mit einer elektrischen Spulenwicklung, welche auf der Isolationsbeschichtung angeordnet ist.
Derartige Elektromotoren sind bekannt. So zeigt beispielsweise die Gebrauchsmusterschrift DE 20 2008 017 892 U1 ein Statorsegment für einen Stator eines Elektromotos, wobei dieses Statorsegment einen entsprechenden Statorpol bildet mit einem Polfuß, einem Polzahn 13 und einem Polschuh 12, welcher auf der Isolationsbeschichtungsseite rechtwinklig vom Polzahn 13 angeordnete Oberfläche aufweist, wobei auf dem Polzahn 13 und auf dem Polfuß 12 eine entsprechende Isolationsschicht aufgetragen ist. Der Polschuh 12 ist an seinen Endbereichen rechts und links relativ massiv ausgebildet.
Ein derartiger elektromagnetischer Statorpol beziehungsweise ein derartiges Statorsegment weist hinsichtlich des Materialaufwandes und des magnetischen Flusses Nachteile auf.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen elektromagnetischen Statorpol beziehungsweise ein Statorsegment dazustellen, welches diese Nachteile nicht aufweist.
Die Aufgabe wird gelöst durch einen bürstenlosen Elektromotor mit einem Außenläufer (Rotor), an welchem Permanentmagnetelemente angeordnet sind, und einem Stator, welcher elektromagnetische Statorpole aufweist, wobei die elektromagnetischen Statorpole je einen Polfuß, einen Polzahn und einen Polschuh aus Eisenwerkstoffen aufweisen, und mit einer Isolationsschicht um die Eisenelemente der Statorpole, und einer elektrischen Spulenwicklung, welche auf der Isolationsschicht angeordnet ist, wobei die Polschuhe im Querschnitt, vorzugsweise in Richtung ihrer Endbereiche, eine Freiformrundung aufweisen und in einem Winkel > 90° zum Polzahn nach Außen weglaufend zu den Enden hin schmaler werden an der Unterseite der Polschuhe, da wo die Isolationsschicht aufgebracht ist, wobei die Isolationsschicht am Polschuh sich an der Oberfläche für die Spulenwicklungsaufnahme, also auf der prinzipiell gegenüberliegenden Oberfläche der Isolationsschicht am Polschuh, rechtwinklig zum Polzahn erstreckt. Dadurch ergibt sich der Vorteil einer funktionalen Trennung der Führung der lagentreuen Wicklung und der Formung der Magnetpole, wobei durch die Wahl der Freiformrundung der magnetische Streufluss vermindert wird. Dadurch werden beim Elektromotor die rotatorischen Verluste entscheidend gemindert und die Leistung erhöht.
Weiterhin wird ein Elektromotor bevorzugt, bei welchem der Rotor 14 Rotorpole und der Stator 12 Statornuten aufweist, wobei die elektromagnetischen Pole des Stators eine 3-Phasen-Wicklung aufweisen.
Auch wird ein möglichst kompakter Aufbau des Elektromotors zur Reduktion der Spaltlänge und der Differenzgeschwindigkeit bevorzugt.
Die Erfindung wird nun an Hand der Figuren beschrieben.
1 zeigt einen Polschuh bzw. ein Statorsegment aus der vorab angeführten Gebrauchsmusterschrift nach dem Stand der Technik.
2 zeigt den erfindungsgemäß abgewandelten Statorpol bzw. das Statorsegment.
In 1 ist ein Statorsegment 1 bzw. ein elektromagnetischer Statorpol dargestellt, welcher einen Polschuh 2, einen Polzahn 3 und einen Polfuß 6 aufweist. Der entsprechende aus einem Eisenwerkstoff bzw. einem Eisenblechpaket bestehende Pol wird an der Stelle, an welcher später die Spulenwicklung aufgebracht wird, von einer Isolationsbeschichtung 4 abgedeckt.
In der 2 ist ein erfindungsgemäßes Statorsegment bzw. ein erfindungsgemäßer Statorpol 7 dargestellt. Der Statorpol 7 weist eine aus einem Eisenblechpaket bestehende Statorlamination 9 auf. Die Statorlamination 9 aus dem Eisenwerkstoff wird im Bereich, im welchem später die elektromagnetische Spulenwicklung aufgebracht wird, von einer Isolationsschicht 11 umgeben, welche eine isolierende Umspritzung für eine Wicklungsführung darstellt. Die Oberfläche der Isolierung in dem Bereich, in dem später die Wicklung aufgebracht wird, erstreckt sich von der Isolationsschicht 11 im Bereich 15, welche zur Führung der lagentreuen Wicklung auf dem Polzahn 12 dient, an der Unterseite des Polschuhs 16 in einem Winkel von 90°. Der Polschuh 16 selbst hat an seinen rechten und linken Enden eine Freiformrundung 13 zur Streuflussoptimierung. Da die Eisenwerkstoffenden auf der Unterseite des Polschuhs 16 in einem Winkel > 90° vom Polzahn 12 aus gesehen sich erstrecken und sich die Enden damit verdünnen und schmaler werden, wird der Bereich 18 durch die Isolationsschicht 11 entsprechend aufgefüllt. Der entsprechende Polschuh 16 wird auf der Luftspaltseite 20 zum Rotor, welcher Permanentmagnetpole aufweist, mit dem Luftspaltradius 19 abgeschlossen. Auf der anderen Seite des Polzahnes 12 ist der Polfuß 17 mit einem Innenradius 21 des Stators versehen, welcher die entsprechende Abtriebswelle des Elektromotors aufnimmt und mit dem Außenläuferrotor verbunden ist.
Durch die Erfindung wird ein Antrieb entwickelt, der einen kostengünstigen, massenfertigbaren Stator verwendet. Dieser ist in der Nutenführung für die Wicklung auf einem Flyer optimiert. Die funktionale Trennung aus Führung der lagentreuen Wicklung und Formung der Magnetpole mindert die rotatorischen Verluste entscheidend. Durch die konstruktive Ausgestaltung der Statorpole 7 wird bedingt durch die Wahl des Innenradius 21 (des Stators) der Streufluss vermindert und in der Anwendung die Leistung erhöht.
Die Nutzung von 14 Rotorpolen bei 12 Statornuten und eine 3-Phasen-Wicklung ist vorteilhaft. Die Minderung der Strömungsverluste erfordert einen möglichst kompakten Aufbau zur Reduktion der Spaltenlänge und der Differenzgeschwindigkeit.
Es können auch weitere Motorgeometrien als Außenläufer zum Einsatz kommen, wie zum Beispiel 18 Rotorpole und 12 Statornuten oder 18 Rotorpole und 20 Statornuten. Diese sind jedoch mit höherem fertigungstechnischem Aufwand verbunden.
Bezugszeichenliste

1: Statorsegment
2: Polschuh
3: Polzahn
4: Isolationsbeschichtung
5: Polfuß
7: StatorPol
9: Statorlamination
11: Isolationsschicht
12: Polzahn
13: Freiformrundung
14: Oberfläche
15: Bereich
16: Polschuh
17: Polfuß
18: Bereich
19: Luftspaltradius
20: Luftspaltseite
21: Innenradius

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202008017892 U1 [0002]

Claims

Bürstenloser Elektromotor mit einem Außenläufer (Rotor), an welchem Permanentmagnetelement angeordnet sind, und einem Stator, welcher elektromagnetische Statorpole 7 aufweist, wobei die elektromagnetischen Statorpole 7 je einen Polfuß 17, einen Polzahn 12 und einen Polschuh 16 aus Eisenwerkstoffen aufweisen, und mit einer Isolationsschicht 11 um die Eisenelemente der Statorpole 7, und mit einer elektrischen Spulenwicklung, welche auf der Isolationsschicht 11 angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Polschuhe 16 im Querschnitt, vorzugsweise in Richtung ihrer Endbereiche, eine Freiformrundung 13 aufweisen und in einem Winkel > 90° zum Polzahn 12 nach außen weglaufend zu den Enden hin schmaler werden an der Unterseite der Polschuhe 16, da wo die Isolationsschicht 11 aufgebracht ist, wobei die Isolationsschicht 11 am Polschuh 16 sich an der Oberfläche 14 für die Spulenwicklungsaufnahme, also auf der prinzipiell gegenüberliegenden Oberfläche der Isolationsschicht 11 am Polschuh 16, rechtwinklig zum Polzahn 12 erstreckt.
Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor 14 Rotorpole und 12 Statornuten aufweist, wobei der Stator eine 3-Phasen- Wicklung aufweist.
Elektromotor nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator einen kompakten Aufbau zur Reduktion der Spaltlänge (zwischen den einzelnen Polschuhen? Luftspalt zwischen Rotor und Stator?) aufweist.