DE102018132060A1

DE102018132060A1 - Motor

Info

Publication number: DE102018132060A1
Application number: DE102018132060.4A
Authority: DE
Inventors: Yue Li; Jie CHAI; Tao Zhang; Jing Chen
Original assignee: Johnson Electric International AG
Current assignee: Johnson Electric International AG
Priority date: 2017-12-15
Filing date: 2018-12-13
Publication date: 2019-06-19
Also published as: CN109936229A

Abstract

Ein Motor (100) hat einen Stator (10) und einen Rotor (50), der sich bezüglich des Stators (10) drehen kann. Der Rotor (50) hat eine Drehwelle, einen Rotorkern (51), der um die Drehwelle herum sicher angeordnet ist, und eine Mehrzahl von Permanentmagneten (52), die in dem Rotorkern (51) angeordnet sind. Die Magnete (52) bilden eine Mehrzahl von Magnetpolen. Der Rotorkern (51) hat eine Umfangsfläche, die eine nichtzylindrische Fläche ist und eine Mehrzahl von ersten Flächen (501) und zweiten Flächen (502), die miteinander verbunden sind, umfasst. Jede der ersten Flächen (501) entspricht einem der Permanentmagnete (52), und jeweils zwei benachbarte erste Flächen (501) sind durch eine zweite Fläche (502) verbunden.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft Elektromotoren, insbesondere einen Motor mit hoher Leistungsdichte.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Ein bürstenloser Motor hat üblicherweise einen Stator und einen bezüglich des Stators drehbaren Rotor. Der Rotor hat einen Rotorkern und einen oder mehrere Permanentmagnete, die mit dem Rotorkern verbunden sind. Der Rotorkern bildet eine Anzahl von Magnetpolen. Wenn der Motor bestromt wird, entsteht eine Magnetflussstreuung, die sich negativ auf die Leistung des Motors auswirkt und die Leistungsdichte des Motors verringert.
ÜBERSICHT
Durch vorliegende Erfindung wird ein Motor mit einem Stator und einem bezüglich des Stators drehbaren Rotor bereitgestellt. Der Rotor hat eine Drehwelle, einen Rotorkern, der um die Drehwelle herum sicher angeordnet ist, und eine Anzahl von Permanentmagneten, die in dem Rotorkern angeordnet sind. Die Magnete bilden eine Anzahl von Magnetpolen. Der Rotorkern hat eine Umfangsfläche. Diese ist eine nichtzylindrische Fläche mit einer Anzahl von ersten Flächen und zweiten Flächen, die miteinander verbunden sind. Jede der ersten Flächen entspricht einem Permanentmagnet, und jeweils zwei benachbarte erste Flächen sind durch eine zweite Fläche verbunden.
Figurenliste

1 zeigt einen Stator und einen Rotor eines Elektromotors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Draufsicht;
2 zeigt den Rotor von 1 in Draufsicht;
3 zeigt einen einem Magnet entsprechenden Polbogen, eine Länge eines Umfangsbereichs eines Brückenbereichs und eine Länge eines radialen Bereichs des Brückenbereichs des Rotors von 2 in Draufsicht.

DETAILBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nunmehr im Zusammenhang mit den anliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es sollte beachtet werden, dass die Zeichnungsfiguren lediglich Darstellungszwecken dienen und nicht als Einschränkung zu verstehen sind. Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu und zeigen auch nicht jeden Aspekt der beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung. Der Schutzumfang der Erfindung wird durch die Zeichnungen nicht eingeschränkt.
Es wird auf 1 Bezug genommen. Ein Motor 100 gemäß einer Ausführungsform ist ein bürstenloser Gleichstrommotor, der in Vorrichtungen verwendet werden kann, die eine hohe Drehzahl erfordern, wie zum Beispiel Schlagschrauber, Hochgeschwindigkeitsgebläse und dergleichen. Der Motor 100 hat einen Stator 10 und einen Rotor 50. Der Rotor 50 kann sich bezüglich des Stators 10 drehen.
Der Stator 10 hat einen Statorkern 11 und Wicklungen, die um den Statorkern 11 herumgeführt sind. Der Statorkern 11 hat ein ringförmiges Joch 12 und eine Anzahl von Zähnen 13, die sich von dem Joch 12 radial nach innen erstrecken. Die Wicklungen sind jeweils rund um die Zähne 13 ausgeführt.
Der Rotor 50 hat eine Drehwelle, einen Rotorkern 51, der um die Drehwelle herum sicher angeordnet ist, und eine Anzahl von Permanentmagneten 52, die in dem Rotorkern 51 angeordnet sind. Die Magnete 52 bilden eine Anzahl von Magnetpolen. Der Rotorkern 51 ist in einem durch die Zähne 13 des Stators 10 definierten Raum aufgenommen. Der Rotorkern 51 und der Statorkern 11 definieren zusammenwirkend einen Luftspalt 14. Der Luftspalt 14 erlaubt eine Drehung des Rotorkerns 51 bezüglich des Statorkerns 11. Der Rotorkern 51 hat eine unregelmäßige Umfangsfläche, was bedeutet, dass ein Abstand zwischen der Mitte des Rotorkerns 51 und einem beliebigen Punkt an der Umfangsfläche des Rotors 51 nicht konstant ist. Wie 2 zeigt, ist der Abstand zwischen der Mitte des Rotorkerns 51 und dem Schnittpunkt einer durch die Mitte des Rotorkerns 51 und die Mitte eines entsprechenden Permanentmagnets 52 verlaufenden Geraden mit dem Umriss des Rotors 51 gleich dem maximalen Radius des Rotorkerns 51. Der Abstand zwischen der Mitte des Rotorkerns 51 und dem Schnittpunkt einer Geraden, die durch die Mitte des Rotorkerns 51 verläuft und in Bezug auf welche zwei benachbarte Permanentmagnete 52 symmetrisch sind, mit dem Umriss des Rotors 51 ist gleich dem maximalen Radius des Rotorkerns 51. Der Luftspalt 14 hat eine maximale radiale Dicke an Positionen, die dem minimalen Radius des Rotorkerns 51 entsprechen, und eine minimale radiale Dicke an Positionen, die dem maximalen Radius des Rotorkerns 51 entsprechen. Eine derartige Anordnung ermöglicht die Verringerung eines magnetischen Streuflusses.
Der maximale Außendurchmesser d des Rotorkerns 51 beträgt etwa das 0,55- bis 0,65-fache und bevorzugt das 0,55-fache des Außendurchmessers D des Statorkerns 11. In der Ausführungsform beträgt die Anzahl der Magnete 52 sechs, und die Magnete sind entlang der Umfangsrichtung des Rotorkerns 51 angeordnet.
In der Ausführungsform ist das Verhältnis der ausgeprägten Pole (d.h. das Verhältnis der Querachseninduktivität Lq zur Direktachseninduktivität Ld) des Motors 100 größer als 1,5 und kleiner als 3, wodurch das Ausgangs-Reluktanzdrehmoment des Motors 100 vergrößert wird. Im Vergleich zu einigen der konventionellen Motoren kann das Ausgangs-Reluktanzdrehmoment des Motors 100 um 16% vergrößert werden, wodurch die Drehzahl des Motors 100 erheblich vergrößert wird. Das Verhältnis der ausgeprägten Pole beträgt vorzugsweise zwei.
Es wird auf die 2 und 3 Bezug genommen. Die Umfangsfläche des Rotorkerns 51 ist eine nichtzylindrische Fläche, die gebildet wird durch eine Anzahl von ersten Flächen 501 und zweiten Flächen 502, die miteinander verbunden sind. Jede der ersten Flächen 501 entspricht einem Permanentmagnet 52, und jeweils zwei benachbarte erste Flächen 501 sind durch eine zweite Fläche 502 verbunden. In der Ausführungsform ist die erste Fläche 501 eine Bogenfläche. Die zweite Fläche 502 ist im Wesentlichen eben. Der Radius der ersten Flächen 501 ist gleich dem maximalen Radius R des Rotorkerns 51. Der Radius der zweiten Flächen 502 ist gleich dem minimalen Radius r des Rotorkerns 51. Da die Dicke des den Bereichen zwischen den beiden benachbarten Permanentmagneten 52 entsprechenden Luftspalts 14 groß ist (siehe 1), ist der magnetische Widerstand der Bereiche groß, wodurch ein ungewollter magnetischer Streufluss verringert wird, wenn der Motor 100 bestromt wird. Eine verbesserte Leistung des Motors 100 und eine verbesserte Ausgangsleistungsdichte des Motors 100 sind das Ergebnis.
Der Rotorkern 51 hat einen Hauptkörper 53, eine Anzahl von Polbereichen 54 und eine Anzahl von Brückenbereichen 55. Der Hauptkörper 53 definiert eine Durchgangsöffnung 531 derart, dass der Hauptkörper rund um die Drehwelle fest angeordnet werden kann. Die Polbereiche 54 umgeben den Außenumfang des Hauptkörpers 53 und sind von dem Körper 53 beabstandet.
Der einem jeweiligen Magnetpol entsprechende Polbogen hat einen elektrischen Winkel von etwa 120 bis 130 Grad. Dieser ist in 3 mit A angegeben. Der Polbogen bezieht sich hier auf einen elektrischen Winkel eines dem jeweiligen Magnetpol des Rotors 50 entsprechenden Zentriwinkels, d.h. auf einen elektrischen Winkel entsprechend einem Zentriwinkel, der einer radial äußeren Fläche des dem jeweiligen Magnetpol entsprechenden Permanentmagnets 52 entspricht.
Zwei benachbarte Polbereiche 54 sind durch einen Brückenbereich 55 verbunden, und die Brückenbereiche 55 sind mit dem Hauptkörper 53 verbunden. Dadurch sind die gegenüberliegenden Enden jedes Polbereichs 54 durch zwei Brückenbereiche 55 jeweils mit dem Hauptkörper 53 verbunden. Ein Hohlraum für die Aufnahme eines Permanentmagnets 52 ist zwischen den jeweiligen Polbereichen 54 und dem Hauptkörper 53 gebildet. Die Permanentmagnete 52 sind in den Hohlräumen aufgenommen. In einer Ausführungsform ist jeder Permanentmagnet 52 ein Flachstabmagnet. Jeder der Polbereiche 54 hat eine Innenfläche, die sich mit einem der Permanentmagnete 52 und einer der ersten Flächen 501 in Kontakt befindet. Die erste Fläche 501 jedes der Polbereiche 54 ist eine Bogenfläche, so dass sich die Dicke des Luftspalts 14 sanft ändert.
Jeder der Brückenbereiche 55 weist an seiner Außenseite eine der zweiten Flächen auf. Jeder der Brückenbereiche 55 hat einen Umfangsbereich 551 und einen radialen Bereich 552. Jeweils zwei benachbarte Polbereiche 54 sind über einen der Umfangsbereiche 551 miteinander verbunden. Jeder der Umfangsbereiche 551 ist über einen entsprechenden radialen Bereich der radialen Bereiche 552 mit dem Hauptkörper 53 verbunden. In der Ausführungsform ist jeder umfangsseitige Brückenbereich 551 senkrecht zu dem mit ihm verbundenen radialen Brückenbereich 552.
Die Länge L1 des Umfangsbereichs 551 entspricht der drei- bis vierfachen, vorzugsweise der dreifachen Länge L2 des radialen Bereichs 552. Mit einer derartigen Konfiguration kann der magnetische Streufluss von benachbarten Magnetpolen durch die Umfangsbereiche verringert werden.
Die Hohlräume 553 sind zwischen einem radialen Bereich 552 und zwei den radialen Bereichen 552 benachbarten Permanentmagneten 52 gebildet. Diese Konfiguration ermöglicht eine weitere Verringerung des magnetischen Streuflusses.

Claims

Motor (100), umfassend: einen Stator (10); und einen bezüglich des Stators (10) drehbaren Rotor (50), wobei der Rotor (50) eine Drehwelle, einen um die Drehwelle herum sicher angeordneten Rotorkern (51) und eine Mehrzahl von in dem Rotorkern (51) angeordneten Permanentmagneten (52) umfasst, wobei die Magnete (52) eine Mehrzahl von Magnetpolen bilden; dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorkern (51) eine Umfangsfläche hat, dass die Umfangsfläche eine nichtzylindrische Fläche mit einer Mehrzahl von miteinander verbundenen ersten Flächen (501) und zweiten Flächen (502) ist, dass jede der ersten Flächen (501) einem der Permanentmagnete (52) entspricht und dass jeweils zwei benachbarte erste Flächen (501) durch eine zweite Fläche (502) verbunden sind.
Motor (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorkern (51) einen Hauptkörper (53), eine Mehrzahl von Polbereichen (54) und eine Mehrzahl von Brückenbereichen (55) aufweist, wobei der Hauptkörper (53) um die Drehwelle herum angeordnet ist, die Polbereiche (54) eine Umfangsfläche des Hauptkörpers (53) umgeben, jeweils zwei benachbarte Polbereiche (54) über einen der Brückenbereiche (55) miteinander verbunden sind und die Brückenbereiche (55) mit dem Hauptkörper (53) verbunden sind.
Motor (100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Brückenbereiche (55) einen Umfangsbereich (551) und einen radialen Bereich (552) aufweist, dass jeweils zwei benachbarte Polbereiche (54) über einen der Umfangsbereiche (551) miteinander verbunden sind und dass jeder der Umfangsbereiche (551) über einen entsprechenden radialen Bereich der radialen Bereiche (552) mit dem Hauptkörper (53) verbunden ist.
Motor (100) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Umfangsbereiche (551) eine Länge aufweist, die einer drei- bis vierfachen Länge jedes der radialen Bereiche (552) entspricht.
Motor (100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Polbereiche (54) und der Hauptkörper (53) zusammenwirkend eine Mehrzahl von Hohlräumen für die jeweilige Aufnahme der Permanentmagnete (52) definieren.
Motor (100) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Polbereiche (54) eine Innenfläche hat, die an einem entsprechenden Permanentmagnet der Permanentmagnete (52) und an einer der ersten Flächen anliegt.
Motor (100) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein jedem der Permanentmagnete (52) entsprechender Polbogen einen elektrischen Winkel in einem Bereich von 120 bis 130 Grad aufweist.
Motor (100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Brückenbereiche (55) an seiner Außenfläche eine der zweiten Flächen aufweist.
Motor (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator einen Statorkern (11) mit einem ringförmigen Joch (12) und einer Mehrzahl von sich von dem Joch (12) radial nach innen erstreckenden Zähnen (13) umfasst, dass der Rotorkern (51) in einem durch die Zähne (13) definierten Raum aufgenommen ist und dass der Rotorkern (51) einen maximalen Außendurchmesser hat, der dem 0,55- bis 0,65-fachen eines Außendurchmessers des Statorkerns (11) entspricht.