DE19530918A1 - Motor mit gegeneinander bewegbaren Motorteilen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Motor mit gegeneinander bewegbaren Motorteilen, von denen das erste Motorteil in einem Luftspalt mittels eines Permanentmagneten mit 2p Magnetpolen ein mehrpoliges Erregerfeld bildet und von denen das zweite Motorteil ein Joch mit einer Anzahl T in Richtung auf den Luftspalt vorstehenden Polzahnen ist, die mit Erregerspulen umwickelt und durch Pollücken getrennt sind.

Derartige Motoren sind als Rotationsmotoren beispielsweise aus der DE 28 23 208 C2 und aus der DE 31 22 049 C2 bekannt. Bei derartigen Motoren tritt ein Klebemoment auf, welches durch Wechselwirkung zwischen den magnetisierten Polen der Permanentmagneten und den Polzähnen des Joches entsteht. Dieses Klebemoment ist in der Regel unerwünscht, da es zu schädlichen Schwingungen führen kann. Die Ordnungszahl der Grundfrequenz des Klebemomentes ergibt sich aus dem kleinsten gemeinsamen Vielfachen der Zahl der Magnetpole 2p und der Zahl der Zähne T und soll möglichst groß sein, da die Amplitude dieses unerwünschten Momentes mit steigender Ordnungszahl abnimmt. Demgemäß gibt es Motoren, welche aufgrund der Magnetpolzahl 2p der Permanentmagneten und der Zahl T der Polzähne große Klebemomente aufweisen, und solche, welche kleine Klebemomente aufweisen. Ein Motor mit der Polpaarzahl 2p = 2 und der Zähnezahl T = 3 weist eine Ordnungszahl der Grundfrequenz des Klebemomentes von 6 auf. Dementsprechend ist die Amplitude des Klebemomentes relativ groß. In der DE 28 23 208 C2 ist beschrieben, wie man derartige Klebemomente durch in den Polzähnen vorgesehene Einschnitte reduzieren kann.

Es gibt jedoch auch Motoren, die aufgrund ihrer Magnetpolzahl 2p und Zähnezahl T bereits ohne derartige Hilfsmaßnahmen ein geringes Klebemoment aufweisen. So weist beispielsweise ein Motor mit der Magnetpolzahl 2p = 8 und der Zähnezahl T = 9 eine Ordnungszahl der Grundfrequenz des Klebemomentes von 72 auf. Daher ist die Amplitude des Klebemomentes eines derartigen Motors sehr gering. Bei einem derartigen Motor tritt jedoch das Problem auf, daß er nicht symmetrisch ist, d. h. daß das Magnetfeld im Luftspalt keine Symmetrie aufweist. Dies hat zur Folge, daß auf das rotierende Motorteil des Motors Radialkräfte einwirken. Steht z. B. ein Magnetpol eines derartigen Motors einem Polzahn am Luftspalt direkt gegenüber, so steht der um 180° in Umfangsrichtung versetzte Magnetpol einer Pollücke gegenüber, wodurch sich die Radialkräfte zwischen den beiden Motorteilen nicht mehr aufheben.

Es ist Aufgabe der Erfindung, Motoren der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß Radialkräfte, welche aufgrund unsymmetrischer Magnetfelder im Luftspalt auftreten, verringert bzw. beseitigt werden.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei Motoren, bei denen die Anzahl 2p der Magnetpole und die Anzahl T der Polzähne keinen gemeinsamen ganzzahligen Teiler größer als t haben, die Polzähne an der dem Luftspalt zugewandten Seite in ihrer Mitte jeweils mit einer Hilfsnut versehen sind.

Radialkräfte treten immer dann auf, wenn das Magnetfeld im Luftspalt keine Symmetrie aufweist. Das Magnetfeld im Luftspalt ist unsymmetrisch, wenn sich das Magnetfeld, in Umfangsrichtung gesehen, erst nach 360° periodisch wiederholt. Dies ist der Fall, wenn die Zahl der Magnetpole und die Zahl der Polzähne keinen gemeinsamen ganzzahligen Teiler größer als 1 haben, da die Periodizität gerade gleich 360° dividiert durch den größten gemeinsamen Teiler ist.

Paktische Beispiele für diese Art von Motoren sind Motoren mit drei Polzähnen und zwei Magnetpolen, drei Polzähnen und vier Magnetpolen sowie neun Polzähnen und acht Magnetpolen.

Da die Magnetpolzahl 2p immer gerade ist, können gemäß obigen Ausführungen Radialkräfte nur dann auftreten, wenn die Zahl T der Polzähne ungerade ist. Wird jeder Zahn an der dem Luftspalt zugewandten Seite in seiner Mitte mit einer Hilfsnut versehen, so verdoppelt sich dadurch die Zahl der Öffnungen des Joches in Richtung des Luftspaltes, welche sich aus T Pollücken und T Hilfsnuten zusammensetzt. Dadurch wird eine Symmetrierung des Magnetfeldes im Luftspalt bewirkt. Steht ein Magnetpol einer Pollücke gegenüber, so steht der um 180° in Umfangsrichtung versetzte Magnetpol einer Hilfsnut gegenüber, wodurch sich eine Reduzierung der Radialkräfte zwischen den beiden Motorteilen ergibt.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsnuten so ausgeformt sind, daß jede von ihnen magnetisch die gleiche Wirkung aufweist wie die Pollücken zwischen den Polzähnen.

Wird jeder Polzahn mit einer Hilfsnut versehen die in ihrer Wirkung bezüglich der Ausbildung des Magnetfeldes im Luftspalt einer Pollücke entspricht, so wird eine vollständige Symmetrierung des Magnetfeldes im Luftspalt erreicht und die Radialkräfte werden vollständig beseitigt.

Die Kompensationswirkung der Hilfsnuten läßt sich auch anhand nachfolgender Überlegungen erklären: Wird jeder Polzahn mit einer Hilfsnut versehen, die in ihrer Wirkung bezüglich der Ausbildung des Magnetfeldes im Luftspalt einer Pollücke entspricht, so verdoppelt sich dadurch die effektiv wirksame Zahl von Zähnen. Da die effektive Zahl von Zähnen dadurch gerade wird, haben nun Zahl der Zähne und Zahl der Magnetpole einen gemeinsamen Teiler, und die Radialkräfte sind beseitigt.

Die Ordnungszahl der Grundwelle des Klebemomentes ist, wie bereits oben ausgeführt, gleich dem kleinsten gemeinsamen Vielfachen von Zähnezahl und Magnetpolzahl. Hierauf hat die oben beschriebene Maßnahme keinen Einfluß weil bei gerader Magnetpolzahl die Multiplikation der ungeraden Zähnezahl mit dem Faktor 2, wodurch sich eine Verdoppelung der effektiv wirksamen Zahl von Zähnen ergibt, dieses kleinste gemeinsamen Vielfache nicht verändert wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der einzigen Figur der Zeichnung näher erläutert.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt schematisch einen Schnitt durch einen Motor mit gegeneinander bewegbaren Motorteilen. Der Motor weist ein erstes Motorteil 10 mit einem mehrpolig magnetisierten Permanentmagneten 11 auf, der in ein ihn umschließendes Weicheisenjoch 12 eingepaßt ist. Der Permanentmagnet 11 weist acht Magnetpole 13 auf, die gleichmäßig auf dem Umfang verteilt sind und deren Polarität in Umfangsrichtung alternierend wechselt. Das erste Motorteil 10 und ein zweites Motorteil 20 sind drehbar gegeneinander gelagert. Zwischen dem ersten Motorteil 10 und dem zweiten Motorteil 20 befindet sich ein Luftspalt 1. Das zweite Motorteil 20 weist ein Weicheisenjoch 21 mit neun in Richtung auf den Luftspalt 1 vorstehenden Polzähnen 22 auf, welche mit Erregerspulen 23 umwickelt sind. Zwischen den neun Polzähnen 22 des zweiten Motorteiles 20 befinden sich, in Umfangsrichtung gesehen, neun Pollücken 24. Die Zähne 22 des zweiten Motorteiles 20 weisen an der dem Luftspalt 1 zugewandten Seite in ihrer Mitte jeweils Hilfsnuten 25 auf, welche etwa gleich groß wie die Pollücken 24 sind.

Die Ordnungszahl der Grundwelle des Klebemomentes des in diesem Ausführungsbeispiel beschriebenen Motors ergibt sich aus dem kleinsten gemeinsamen Vielfachen der Zähnezahl T = 9 und der Magnetpolzahl 2p = 8 zu 72. Daher ist die Amplitude des Klebemomentes welche mit steigender Ordnungszahl abnimmt, sehr gering, wodurch dieser Motor für vielfältige Anwendungen bevorzugt eingesetzt wird. Da dieser Motor eine ungerade Zähnezahl T = 9 aufweist, stellt sich ohne zusätzliche Maßnahmen ein unsymmetrisches Magnetfeld im Luftspalt ein, wodurch Radialkräfte zwischen dem ersten Motorteil 10 und dem zweiten Motorteil 20 auftreten. Die Symmetrierung des Luftspaltfeldes und damit die Vermeidung von Radialkräften wird durch die Hilfsnuten 25 erreicht.

Um die Funktionsweise dieser Hilfsnuten 25 näher zu erläutern, werden im folgenden der Polzahn 31 mit der Hilfsnut 32, der Magnetpol 33 sowie, diesen gegenüberliegend die Pollücke 35 und der Magnetpol 34 näher betrachtet. Diese Elemente sind genauso ausgebildet wie die übrigen Magnetpole 13, Pollücken 24, Polzähne 22 und Hilfsnuten 25 und sind nur zur Erläuterung der Funktionsweise der Hilfsnuten 25 gesondert beziffert. In der in der einzigen Figur der Zeichnung dargestellten Position der Motorteile 10 und 20 befindet sich der die Hilfsnut 32 aufweisende Polzahn 31, in Umfangsrichtung gesehen, mittig gegenüber dem Magnetpol 33 des Permanentmagneten 11. Der in Umfangsrichtung gegenüber dem Magnetpol 33 um 180° versetzt angeordnete Magnetpol 34 befindet sich mittig gegenüber der Pollücke 35. Da die Pollücke 35 und die Hilfsnut 32 etwa gleich groß sind, haben sie auch magnetisch die gleiche Wirkung bezüglich der Ausbildung des Magnetfeldes im Luftspalt 1. Der magnetische Widerstand des zweiten Motorteiles 20 gegenüber dem Magnetpol 34 des ersten Motorteiles 10 ist gleich dem magnetischen Widerstand des zweiten Motorteiles 20 gegenüber dem Magnetpol 33 des ersten Motorteiles 10. Dadurch heben sich die radialen Kräfte zwischen den Motorteilen 10 und 20 in Richtung der Magnetpole 33 und 34 auf. Analoge Betrachtungen lassen sich auch für die anderen Magnetpole 13 des Permanentmagneten 11 durchführen. Daraus ergibt sich, daß infolge der magnetischen Wechselwirkung zwischen den Motorteilen 10 und 20 keine Radialkräfte zwischen diesen auftreten.

Die Ausführungsform des Motors mit einer Polpaarzahl 2p = 8 und einer Zähnezahl T = 9 ist ein Beispiel für einen Motor mit einem ohne Hilfsnuten 25 unsymmetrischen Magnetfeld im Luftspalt. Die Symmetrierung des Luftspaltfeldes und damit die Beseitigung von Radialkräften mittels der Hilfsnuten 25 läßt sich bei allen Motoren mit unsymmetrischem Luftspaltfeld durchführen. Entscheidend für die symmetrierende Wirkung der Hilfsnuten 25 ist, daß sie in der Mitte der Polzähne 22 angeordnet sind. Die Ordnungszahl der Grundfrequenz des Klebemomentes wird durch diese in der Mitte der Polzähne 22 angeordneten Hilfsnuten 25 nicht verändert.

Claims (3)

1. Motor mit gegeneinander bewegbaren Motorteilen (10, 20), von denen das erste Motorteil (10) in einem Luftspalt (1) mittels eines Permanentmagneten (11) mit 2p Magnetpolen (13) ein mehrpoliges Erregerfeld bildet und von denen das zweite Motorteil (20) ein Joch (21) mit einer Anzahl T in Richtung auf den Luftspalt (1) vorstehenden Polzähnen (22) ist, die mit Erregerspulen (23) umwickelt und durch Pollücken (24) getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, daß bei Motoren, bei denen die Anzahl 2p der Magnetpole (13) und die Anzahl T der Polzähne (22) keinen gemeinsamen ganzzahligen Teiler größer als 1 haben, die Polzähne (22) an der dem Luftspalt (1) zugewandten Seite in ihrer Mitte jeweils mit einer Hilfsnut (25) versehen sind.

2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsnuten (25) so ausgeformt sind, daß jede von ihnen magnetisch die gleiche Wirkung aufweist wie die Pollücken (24) zwischen den Polzähnen (22).

3. Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsnuten (25) eine den Pollücken (24) ähnliche oder identische Form haben.