DE3546226C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine umlaufende elektrische Maschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die DE-PS 2 95 610 betrifft eine Lüftungsanordnung für elektrische Maschinen der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

In der US-PS 27 81 466 ist ein Induktionsmotor beschrieben, bei dem mehrere Schlitze im Stator vorgesehen sind, die zur Aufnahme der Kurzschlußwicklung dienen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine umlaufende elektrische Maschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, die eine verringerte Verkettungskraft, eine verkürzte Verkettungsperiode und eine verbesserte Wirkung des magnetischen Verkettungsflusses sowie einen gleichförmig sich drehenden Rotor aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Vorderansicht einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur Darstellung der Anordnung eines Feldmagneten und eines Ankerkerns,

Fig. 2 ein Diagramm des Verlaufs der Verkettungskräfte der Magnetpole des Feldmagneten in Fig. 1 und des Verlaufs der kombinierten Verkettungskraft,

Fig. 3 eine schematische Frontansicht einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur Darstellung der Anordnung eines Feldmagneten und eines Ankerkerns,

Fig. 4 eine schematische Frontansicht einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur Darstellung der Anordnung eines Feldmagneten und eines Ankers,

Fig. 5 ein Diagramm des Verlaufs der Verkettungskräfte der Magnetpole des Feldmagneten nach Fig. 4 und der kombinierten Verkettungskraft,

Fig. 6 (a) bis (c) Vektordiagramme, die jeweils die Größe des magnetischen Verkettungsflusses der Ankerwicklung einer Phase multipliziert mit der Anzahl der Windungen der Wicklung zeigen, (a) zeigt die Vektoren für konventionelle ausgeprägte Pole gleicher Teilung, (b) zeigt die Vektoren für ausgeprägte Pole erster und zweiter Teilungswinkel nach der vorliegenden Erfindung, wobei die Wicklungen mit gleicher Schlitzteilung vorgesehen sind, (c) zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem nur ausgeprägte Pole eines zweiten Teilungswinkels Windungen tragen, die die gleiche Gesamtzahl an Leitern aufweisen, wie zuvor,

Fig. 7 einen Schnitt durch einen bürstenlosen Motor nach einer fünften Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 8 eine schematische Frontansicht der Anordnung von Ankerkern und mehrpoligem Magnet von Fig. 7,

Fig. 9 eine Teilabwicklung der Art der Magnetisierung des Mehrpolmagneten nach Fig. 7,

Fig. 10 ein Diagramm der Verkettungscharakteristik des bürstenlosen Motors nach Fig. 7,

Fig. 11 eine schematische Frontansicht entsprechend Fig. 1 einer konventionellen Maschine und

Fig. 12 ein Diagramm entsprechend Fig. 2 der Charakteristik der konventionellen Maschine.

Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf einige der Zeichnungen erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch die Anordnung von Feldmagnet und Ankerkern einer umlaufenden elektrischen Maschine, die hier ein bürstenloser Außenläufer-Elektromotor ist. Diese Zeichnung entspricht Fig. 11, die eine bekannte Maschine zeigt, so daß gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen oder Symbolen in diesen Zeichnungen versehen sind. Ein Feldmagnet 1 dient als Außenläufer und hat acht Pole. Der Kern 3 eines Ankers 2 dient als Stator und hat zwölf Schlitze 4 und ausgeprägte Pole 6. Der Anker 2 trägt dreiphasige Ankerwicklungen, die zur Vereinfachung der Darstellung nicht gezeigt sind. Die dreiphasigen Wicklungen enthalten vier geteilte Wicklungen für jede Phase. Jede der geteilten Wicklungen ist um einen ausgeprägten Pol 6 angeordnet. In diesem Falle sind die geteilten Wicklungen derselben Phase in gleicher Richtung um die ausgeprägten Pole mit einer Teilung von drei Schlitzen gewickelt und sind miteinander in Serie geschaltet.

Die ausgeprägten Pole 6 sind in zwei Arten unterteilt: ausgeprägte Pole 6 A, die mit Schlitzen mit einem ersten Teilungswinkel von 18,75° (R 1) auf den gegenüberliegenden Seiten versehen sind, und ausgeprägte Pole 6 B mit einem zweiten Teilungswinkel von 33,75° (R 2). Die ersten ausgeprägten Pole 6 A, deren Zahl der Anzahl der Phasen entspricht, sind in gleichmäßigen Abständen um den Umfang des Ankerkerns 3 angeordnet. Drei zweite ausgeprägte Pole 6 B sind zwischen jeweils zwei benachbarten ersten ausgeprägten Polen 6 A angeordnet.

Wenn der Feldmagnet 1 entgegen dem Uhrzeigersinn aus der Position in Fig. 1 gegenüber dem Anker rotiert, dann erzeugen die magnetischen Pole N 1 bis N 4 und S 1 bis S 4 des Feldmagneten 1 dementsprechend Verkettungen (cogging) in den in Tabelle 1 aufgeführten Drehwinkelstellungen.

In bezug auf den Drehwinkel, bei welchem der Magnetpol N 1 Verkettung erzeugt, wird ein entsprechender Winkel des Poles S 1 benachbart dem Pol N 2, d. h. der Drehwinkel 7,5° desselben in Tabelle 1, Zeile 1 aus

R 1 + R 2 - 360 × 1/8 = 18,75 + 33,75 - 45

berechnet, da die zwei Pole um 45° (= 360 × 1/8) gegeneinander versetzt sind. In gleicher Weise können die Drehwinkel, die in Zeile 2 und folgenden angegeben sind, bestimmt werden.

Die auftretenden Verkettungsdrehwinkel können in gleicher Weise für die anderen Pole N 2 bis N 4 und S 2 bis S 4 bestimmt werden. Tabelle 1 zeigt die so bestimmten Verkettungsdrehwinkel.

Die Tabelle zeigt, daß Verkettung in Drehwinkeln auftritt, die auf 96 Positionen pro Umdrehung verteilt sind. Fig. 2 zeigt den Verlauf der Verkettungskräfte der Magnetpole und den Verlauf der kombinierten Verkettungskraft davon über eine Drittelumdrehung. Der Drehwinkel ist die Abszisse über der Stärke der Verkettungskraft als Ordinate. Wie aus dem Diagramm hervorgeht, sind die Drehwinkel, wo Verkettung auftritt (nachfolgend mitunter als "Verkettungswinkel" bezeichnet) über die Drehung der Pole so verteilt, daß die kombinierte Verkettungskraft ein Viertel des in Fig. 12 für die konventionelle Maschine gezeigten Wertes ist, wobei die Verkettungsperiode auf ein Viertel der konventionellen Periode reduziert ist. Die benachbarten Verkettungskräfte sind daher gegeneinander versetzt, um eine verringerte Kraft zu ergeben.

Während die oben beschriebene Ausführungsform einen Ankerkern enthält, der zwölf ausgeprägte Pole und dreiphasige Ankerwicklungen aufweist und einen achtpoligen Feldmagneten enthält, wird nun eine umlaufende elektrische Maschine betrachtet, die einen Ankerkern mit Z ausgeprägten Polen und N-phasige Ankerwicklungen und einen Feldmagneten mit 2P-Polen enthält, wobei Z/N ≠ einem ganzzahligen Vielfachen von N ist. Bei dieser Maschine sind der Teilungswinkel der Schlitze auf gegenüberliegenden Seiten des ersten ausgeprägten Poles, d. h. R 1, und der Teilungswinkel der Schlitze auf gegenüberliegenden Seiten des zweiten ausgeprägten Poles, d. h. R 2, durch folgende Gleichungen gegeben:

Wenn "+" als "±" der Gleichung (1) verwendet wird, dann wird in der Gleichung (2) "-"als "∓" verwendet. Wenn "-" in Gleichung (1) verwendet wird, dann wird "+" in Gleichung (2) verwendet.

In diesem Falle können die Positionen, wo Verkettung auftritt, auf 2P · Z Positionen pro Umdrehung des Feldmagneten gegenüber dem Anker verteilt werden.

Tabelle 2 zeigt die Verkettungspositionen als Drehwinkel in einer zweiten Ausführungsform aufgetragen, wobei N, P und Z der Gleichungen (1) und (2) in einer anderen Kombination vorliegen. In diesem Falle ist N = 3, 2P = 10, Z = 15, R 1 = 33,6° und R 2 = 21,6°. Verkettung an 150 verteilten Positionen ist die Folge.

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform der Erfindung mit einem Feldmagneten und einem Ankerkern. Diese Zeichnung entspricht Fig. 1, so daß einander entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen oder Symbolen versehen sind wie zuvor.

Der Feldmagnet 1 hat acht Pole und der Kern 3 des Ankers 2 hat zwölf Schlitze 4 und ausgeprägte Pole 6. Der Anker 2 hat dreiphasige Ankerwicklungen, die aus Vereinfachungsgründen nicht dargestellt sind. Die Wicklungen enthalten vier geteilte Wicklungen für jede Phase. Jede der geteilten Wicklungen ist um einen ausgeprägten Pol 6 angeordnet. In diesem Falle sind die geteilten Wicklungen der gleichen Phase in gleicher Richtung um die ausgeprägten Pole angeordnet mit einer Teilung von drei Schlitzen und sind miteinander in Serie geschaltet.

Die ausgeprägten Pole 11 sind in zwei Arten unterteilt: erste ausgeprägte Pole 6 A sind durch gegenüberliegende Schlitze mit einem Teilungswinkel von 41,25° (R 1) ausgebildet und zweite ausgeprägte Pole 6 B sind mit einem Teilungswinkel von 26,25° (R 2) ausgebildet. Drei erste ausgeprägte Pole 6 A sind in gleichmäßigen Abständen auf dem Umfang des Ankerkerns 3 angeordnet. Drei zweite ausgeprägte Pole 6 B sind zwischen jeweils 2 benachbarten ersten ausgeprägten Polen 6 A angeordnet.

Bezüglich des Verkettungswinkels des Magnetpols N 1, wie der Winkel des Magnetpols S 1 benachbart dem Pol N 1 als Beispiel, wird der Drehwinkel 22,5° desselben in Tabelle 3 Zeile 1 berechnet aus

R 1 + R 2 - 360 × 1/8 = 41,25 + 26,25 - 45,

da die zwei Pole gegeneinander um 45° (= 360 × 1/8) gegeneinander versetzt sind. In ähnlicher Weise können die Drehwinkel, die in Zeile 2 und folgenden angegeben sind, bestimmt werden. Die Verkettungswinkel können in gleicher Weise für die anderen Pole N 2 bis N 4 und S 2 bis S 4 bestimmt werden. Tabelle 3 zeigt die Verkettungswinkel, die man auf diese Weise erhält.

Die Tabelle zeigt, daß die Verkettungswinkel auf 96 Positionen pro Umdrehung verteilt sind.

Während die obige Ausführungsform eine dreiphasige Ankerwicklung und einen achtpoligen Feldmagneten aufweist, wird nun eine umlaufende elektrische Maschine betrachtet, die N-phasige (N ist eine ungerade Zahl von wenigstens 3) Ankerwicklungen und einen Feldmagneten mit 2P-Polen aufweist (P ist eine ganze Zahl nicht kleiner als N/2). Bei dieser Maschine sind der Teilungswinkel R 1 der Schlitze auf gegenüberliegenden Seiten des ersten ausgeprägten Poles und der Teilungswinkel R 2 der Schlitze auf gegenüberliegenden Seiten des zweiten ausgeprägten Poles durch folgende Gleichungen gegeben:

In diesem Falle können die Positionen, wo Verkettung auftritt, auf 2P · N · P Positionen pro Umdrehung des Feldmagneten gegenüber dem Anker verteilt sein.

Nachfolgend wird eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 4 erläutert.

Fig. 4 zeigt eine schematische Frontansicht der Anordnung von Feldmagnet und Anker einer umlaufenden elektrischen Maschine, die vorliegend ein bürstenloser Außenläufermotor ist. Die Zeichnung entspricht Fig. 1, so daß in dieser Zeichnung entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen oder Symbolen, wie zuvor verwendet, versehen sind.

Der Feldmagnet 1 dient als Außenläufer und hat 16 Pole, während der Kern 3 des Ankers 2 als Stator dient und zwölf Schlitze 4 und ausgeprägte Pole 6 aufweist.

Die ausgeprägten Pole 6 sind in zwei Arten unterteilt: ausgeprägte Pole 6 A, die durch gegenüberliegende Schlitze mit einem ersten Teilungswinkel von 35,625° (R 1) ausgebildet sind, und ausgeprägte Pole 6 B mit einem zweiten Teilungswinkel von 28,125° (R 2). Drei erste ausgeprägte Pole 6 A sind in gleichmäßigem Abstand um den Umfang des Ankerkerns 3 angeordnet. Drei zweite ausgeprägte Pole 6 B sind zwischen jeweils zwei benachbarten ausgeprägten Polen 6 A angeordnet.

Der Anker 2 hat dreiphasige Ankerwicklungen U, V und W, die dreigeteilten Wicklungen U 2, U 3, U 4 oder V 1, V 3, V 4 oder W 1, W 2, W 4 für jede Phase enthalten. Jede geteilte Wicklung ist um einen ausgeprägten Pol 6 B angeordnet. In diesem Falle sind die geteilten Wicklungen der gleichen Phase um ausgeprägte Pole 6 B mit dem zweiten Teilungswinkel ausgebildet, die in einer Teilung von drei Schlitzen angeordnet sind, wie in Fig. 4 dargestellt ist und die miteinander in Serie geschaltet sind. Wenn daher die ausgeprägten Pole, die in der Drei-Schlitz-Teilung angeordnet sind, einen ausgeprägten Pol 6 A mit dem ersten Teilungswinkel einschließen, dann ist die entsprechende Wicklung U 2, V 2 oder W 2 nicht auf den Pol 6 A gewickelt. Wenn daher die Ankerwicklungen, wie üblich, die gleiche Anzahl Leiter (im Ankerwiderstand) aufweisen, dann kann jede geteilte Wicklung 12/9mal die übliche einer Wicklung in bzw. bezüglich der Zahl von Windungen sein.

Wenn der Feldmagnet 1 entgegen dem Uhrzeigersinn aus der Position von Fig. 4 sich gegenüber dem Anker dreht, dann erzeugen die Magnetpole N 1 bis N 8 und S 1 bis S 8 des Feldmagneten 1 Verkettung (d. h. ein "cogging-Phänomen") an den in Tabelle 4 angegebenen Drehwinkeln.

In bezug auf den Verkettungswinkel des Magnetpols N 1, wie der Winkel des Magnetpols S 1 benachbart dem Pol N 1 als Beispiel, wird der Drehwinkel 13,125° desselben in Tabelle 4 Zeile 1 berechnet aus

R 1 - 360 × 1/16 = 35,625 - 22,5,

da die zwei Pole gegeneinander um 22,5° (= 360 × 1/16) versetzt sind. In gleicher Weise können die Drehwinkel in Zeile 2 und folgenden bestimmt werden. Die Drehwinkel, bei denen Verkettung auftritt, können für die anderen Pole N 2 bis N 8 und S 2 bis S 8 in gleicher Weise bestimmt werden. Tabelle 4 zeigt diese so bestimmten Winkel.

Tabelle 4 zeigt, daß die Verkettungswinkel auf 192 Positionen pro Umdrehung verteilt sind. Fig. 5 zeigt den Verlauf der Verkettungskräfte der Magnetpole und der kombinierten Verkettungskraft derselben während einer Drittel-Umdrehung. In dem Diagramm ist der Drehwinkel als Abszisse über der Stärke der Verkettungskraft als Ordinate aufgetragen. Wie man erkennt, sind die Drehwinkel, wo Verkettung während der Drehung der Pole auftritt, so verteilt, daß die kombinierte Verkettungskraft ein Viertel des Wertes für eine konventionelle Maschine (mit 16 Polen und 12 Schlitzen) ist, wobei die Periode der Verkettung auf ein Viertel der üblichen Periode reduziert ist. Die benachbarten Verkettungskräfte sind daher gegeneinander versetzt, um eine verminderte Kraft zu ergeben.

Die Fig. 6 (a) bis (c) sind Vektordiagramme. Der Vektor repräsentiert die Größe des magnetischen Flusses des Feldmagneten 1 verkettet mit der Ankerwicklung einer jeden Phase multipliziert mit der Anzahl der Wicklungswindungen. Fig. 6 (a) stellt den konventionellen Fall nach Fig. 11 dar. Fig. 6 (b) stellt den Fall dar, bei dem vier geteilte Wicklungen als Wicklungen für jede Phase dienen und auf den ausgeprägten Polen der Ankerkerne nach Fig. 4 in konventioneller Art ausgebildet sind. Fig. 6 (c) stellt die Ausführungsform nach Fig. 4 dar. In diesen Zeichnungen repräsentiert ein Pfeil das Produkt der Windungsanzahl einer geteilten Wicklung multipliziert mit der Größe des magnetischen Flusses des mit der Wicklung verketteten Feldmagneten 1. Jede der Fig. 6 (a) und (b) zeigt die Summe von vier Vektoren, da die Ankerwicklungen für jede Phase viergeteilte Wicklungen sind. Fig. 6 (c) zeigt die Summe von drei Vektoren, da die Ankerwicklungen für jede Phase dreigeteilte Wicklungen sind. Wenn viergeteilte Wicklungen als Ankerwicklungen jeder Phase dienen, dann wird das Produkt der Windungsanzahl der geteilten Wicklung multipliziert mit der Größe des magnetischen Flusses eines jeden Poles des Feldmagneten 1 als 1 angenommen und die Größe des Pfeiles repräsentiert ein Verhältnis gegenüber 1. Der numerische Wert unter jedem Pfeil zeigt das Verhältnis der effektiven Größe. Die Richtung des Pfeiles gibt eine Phasendifferenz an.

Die Zeichnungen zeigen im Falle von Fig. 6 (a), bei welchem die ausgeprägten Pole des Ankerkerns gleiche Teilung aufweisen, daß die Summe der Vektoren 3,464 ist, daß aber im Falle von Fig. 6 (b), in welchem die ausgeprägten Pole unterschiedliche Teilung aufweisen, wie in Fig. 1 dargestellt ist, und viergeteilte Wicklungen als Ankerwicklungen für eine Phase dienen und in gleicher Richtung um die betreffenden Pole gewickelt sind, die eine Drei-Schlitz-Teilung aufweisen, die Summe der Vektoren 3,318 ist und kleiner ist, als jene in Fig. 6 (a), um einen verringerten Wirkungsgrad anzuzeigen, während die Verkettungscharakteristika jene sind, die in Fig. 5 gezeigt sind.

Im Fall der vorliegenden Erfindung, der in Fig. 6 (c) dargestellt ist, ist, wenn die Ankerwicklungen der Zahl der Leiter nach mit der konventionellen Maschine übereinstimmen, die Zahl der geteilten Wicklungen kleiner, so daß die Windungsanzahl einer jeden geteilten Wicklung 12/9 der konventionellen ist. Die Summe der Vektoren ist daher 3,632 und ist um 4,8% größer als jene in Fig. 6 (a), es ergibt sich daher ein höherer Wirkungsgrad.

In diesem Falle sind die Teilungswinkel R 1 der gegenüberliegenden Schlitze, die den ersten ausgeprägten Pol ausbilden, und der Teilungswinkel R 2 der gegenüberliegenden Schlitze, die den zweiten ausgeprägten Pol ausbilden, im allgemeinen aus den Gleichungen (1) und (2) berechnet.

Fig. 7 zeigt eine Darstellung im senkrechten Schnitt eines bürstenlosen Motors gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung.

Ein Stator 15 hat ein Tragteil 16, das einen Ankermagnetkern 11 trägt. Der Kern 11 besteht aus einem hochmagnetischen Material. Wie aus Fig. 8 zu erkennen ist, sind längs des Umfangs des Kerns 11 ausgeprägte Pole 12 gleicher Breite ausgebildet. Ein Schlitz 13 ist zwischen jeweils benachbarten ausgeprägten Polen 12 vorhanden.

Der Ankerkern 11 hat dreiphasige Ankerwicklungen 17 (in Fig. 8 nicht dargestellt), die zwei geteilte Wicklungen für jede Phase enthalten. Jede geteilte Wicklung ist auf einem ausgeprägten Pol angeordnet. Die geteilten Wicklungen der gleichen Phase sind auf dem gegenüberliegenden Paar ausgeprägter Pole vorgesehen, die in einer Drei- Schlitz-Teilung angeordnet sind, um die gleiche Polarität zu ergeben, und sind miteinander in Serie geschaltet.

Ein Rotor 18 hat einen ringförmigen mehrpoligen Magnet 14, der die ausgeprägten Pole 12 unter Einhaltung eines Abstandes zwischen dem Magnet und den äußeren Enden des ausgeprägten Poles 12 umgibt. Der Rotor hat eine Rotorwelle 19, die von dem Tragteil 16 drehbar gelagert wird.

Der Stator 15 weist drei Positionssensoren 20, beispielsweise Hall-Effekt-Sonden, auf, die in gleichmäßigem Winkelabstand dem Magneten 14 gegenüberstehend angeordnet sind.

Der mehrpolige Magnet 14 enthält zwei Schichten, d. h. einen ersten und einen zweiten Polabschnitt 21 bzw. 22. Der erste Polabschnitt 21 ist über unterschiedliche Längen L 1, L 2, L 3 . . . magnetisiert und steht den Polen 12 gegenüber. Der zweite Polabschnitt 22, der den Positionssensoren 20 gegenübersteht, ist über gleiche Länge (Winkel) L 0 magnetisiert.

Wenn der bürstenlose Motor drei Phasen, sechs Schlitze und vier Pole hat, dann enthält der erste Polabschnitt 21 einen ersten Magnetpol N 1, der sich über einen Winkel von 90° erstreckt, einen zweiten Magnetpol S 2, der sich über 105° erstreckt, einen dritten Magnetpol N 2, der sich über 90° erstreckt und einen vierten Magnetpol S 2, der sich über 75° erstreckt.

Der zweite Polabschnitt 22 hat Magnetpole, die sich über gleiche Winkel von 90° erstrecken.

Wenn der Rotor 18 rotiert, indem die Ankerwicklungen 17 umgeschaltet werden, dann sind die Positionen, an denen Verkettung auftritt, sämtlich unterschiedlich, wie in Tabelle 5 aufgelistet. Die Ankerwicklungen werden auf der Grundlage von Detektorsignalen von den Positionssensoren 20 umgeschaltet. Ein solcher Drehantriebsmechanismus ist bereits bekannt und braucht hier nicht weiter beschrieben oder dargestellt zu werden.

Tabelle 5 zeigt, daß, wenn die Winkel, über die sich die ersten bis vierten Magnetpole N 1 bis S 2 erstrecken, in geeigneter Weise bestimmt sind, zwei oder mehr Verkettungsphänomene nicht gleichzeitig auftreten, sondern zeitversetzt sind, wenn der mehrpolige Magnet 14 rotiert.

Dies ist in Fig. 10 dargestellt, die die Verkettungscharakteristika zeigt. Obgleich die Magnetpole N 1, S 1, N 2 und S 2 die in den Fig. 10 (a) bis (d) dargestellten Verkettungen wie bei der bekannten Maschine erzeugen, können Verkettungsphänomene nicht gleichzeitig auftreten, so daß die kombinierte Verkettung einen geringeren Pegel und eine kürzere Periode aufweist, wie aus Fig. 10 (e) zu erkennen ist.

Darüber hinaus, wenn der mehrpolige Magnet 14 rotiert, wobei der zweite Polabschnitt 22 über gleiche Winkel magnetisiert ist, erzeugen die Positionssensoren 20 regelmäßige Detektorsignale, um die Rotation in geeigneter Weise zu steuern.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das gleichzeitige Auftreten von Verkettungsphänomena durch ungleichmäßige Magnetisierung des ersten Polabschnitts 21 des Magneten 14 in der folgenden Weise vermeidbar.

Es sei angenommen, der bürstenlose Motor habe sechs Schlitze 4 und einen vierpoligen Magnet 14. Der erste Magnetpol N 1 erstreckt sich über einen Winkel von R 1, die ersten und zweiten Pole N 1 und S 2 über einen Winkel von R 2, die ersten bis dritten Pole N 1, S 2 und N 2 über einen Winkel von R 3. Die Winkel T 1, bei welchen Verkettung zwischen dem ersten Magnetpol N 1 und den Schlitzen 13 bei Drehung des Magneten 14 auftritt, sind gegeben durch:

T 1 = (360°/6) × Kn,

wobei die Zahlen von 0 bis 5 für Kn nacheinander in entsprechender Beziehung zu den Schlitzzahlen eingesetzt werden.

Die Winkel T 2, bei welchen Verkettung zwischen dem zweiten Pol S 1 und den Schlitzen 13 auftreten, sind gegeben durch:

T 2 = (360°/6) × Kn + R 1

wobei die Zahlen von 0 bis 5 für Kn nacheinander eingesetzt werden.

Die Winkel T 3, bei denen Verkettung zwischen dem dritten Pol N 2 und den Schlitzen 13 auftreten, sind gegeben durch:

T 3 = (360°/6) × Kn + R 2.

Die Winkel T 4, bei denen Verkettung zwischen dem vierten Pol S 2 und den Schlitzen auftreten, sind in gleicher Weise gegeben durch:

T 4 = (360°/6) × Kn + R 3.

R m ist so bestimmt, daß die Winkel T 1 bis T 4, die man aus den obigen Gleichungen durch aufeinanderfolgendes Einsetzen der Schlitzanzahlen oder vorbestimmten Winkelwerte für Kn oder R m erhält unterschiedlich sind.

Die Werte in Tabelle 5 erhält man, wenn man die folgenden Werte für R 1 bis R 3 verwendet:

R 1 = 90°
R 2 = 195°
R 3 = 285°.

Man kann auf diese Weise erreichen, daß Verkettung mit gleichmäßiger Verteilung auftritt.

Wenn die Anzahl der Magnetpole des Feldmagneten 2P und die Anzahl der ausgeprägten Pole des Ankers Q ist, dann kann man eine gleichmäßige Verteilung der Verkettungsphänomena durch Veränderung jedes Magnetpoles des Feldmagneten um einen Winkel von 360/(2P · Q) multipliziert mit einem ganzzahligen von einem Winkel 360/2P erhalten.

Bei der Ausführungsform, bei der die Anzahl der Magnetpole gleich vier und die Anzahl der ausgeprägten Pole gleich sechs ist, sind die zweiten und vierten Magnetpole S 1 und S 2 so ausgebildet, daß sie sich um 15° voneinander unterscheiden.

Wenn die Anzahl der Magnetpole des Feldmagneten gleich sechs und die Anzahl der ausgeprägten Pole des Ankers gleich neun ist, dann sind die Magnetpole des Feldmagneten so dimensioniert, daß sie sich über Winkel von 60°, 53,3°, 73,4°, 60°, 46,6° und 66,7° in der angegebenen Folge erstrecken, wodurch die Verkettungsphänomena verteilt werden können, wenn sie kombiniert sind.

Wenn es jedoch lediglich gewünscht wird, die kombinierte Verkettungskraft zu verkleinern, dann braucht eine Verkettung nicht in gleichem Zeitintervall aufzutreten, sofern die Verkettungsphänomena nicht gleichzeitig auftreten.

Bei dem bürstenlosen Motor nach der vorliegenden Erfindung brauchen die ersten und zweiten Polabschnitte 21 und 22 nicht ein integrales Teil zu sein, sondern können als getrennte Teile hergestellt werden, die man aneinander befestigt.

Obgleich jede der zuvor erläuterten Ausführungsformen ein bürstenloser Motor ist, bei dem der Feldmagnet als Rotor dient, kann die Erfindung auch als Maschine verwirklicht werden, bei der der Feldmagnet als Stator dient und der Anker ein Rotor ist. Die Lage des Feldmagneten ist nicht darauf beschränkt, außerhalb des Ankers zu liegen, sondern kann auch innerhalb des inneren Umfangs des Ankers liegen.

Weiterhin kann die vorliegende Erfindung auch als Maschine ausgeführt sein, bei der der Anker und der Feldmagnet axial einander unter Ausbildung eines Spaltes gegenüberstehen.

Tabelle 1

Drehwinkel (°)

Tabelle 2

Drehwinkel (°)

Tabelle 3

Drehwinkel (°)

Tabelle 5

Drehwinkel (°)

Claims (9)

1. Umlaufende elektrische Maschine mit einem Ankerkern (3), der ausgeprägte Pole (6, 6 A, 6 B) enthält, die durch Schlitze (4) im Ankerkern (3) gebildet sind und auf einer Umfangsfläche verteilt vorgesehen sind,
mit einer Ankerwicklung, die wenigstens um einige der ausgeprägten Pole (6, 6 A, 6 B) verlaufend vorgesehen ist,
mit einem Feldmagneten (1), welcher eine Vielzahl unterschiedlicher Magnetpole (N 1 usw., S 1 usw.) aufweist, die permanentmagnetisiert und abwechselnd derart alternierend auf einem Umfang angeordnet sind, daß sie den ausgeprägten Polen (6, 6 A, 6 B) gegenüberliegen, und
mit einer Welle zur Lagerung des Ankers oder des Feldmagneten in relativ zueinander drehfähiger Anordnung,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schlitze (4) oder die Magnetpole (N 1 usw., S 1 usw.) mit ungleichen Abständen zueinander beabstandet sind, wobei diese Abstände so bestimmt sind, daß, wenn einer der Magnetpole (N 1 usw., S 1 usw.) einem der Schlitze (4) gegenüberliegt, die anderen Magnetpole von den anderen Schlitzen (4) entfernt gehalten sind.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei durch ungleiche Abstände zueinander beabstandeten Schlitzen (4) der Ankerkern (3) eine geradzahlige Anzahl von ersten und eine Vielzahl von zweiten ausgeprägten Polen (6, 6 A, 6 b) aufweist, die ersten ausgeprägten Polen zahlenmäßig gleich sind zu der Phasenzahl der Ankerwicklungen und auf dem Umfang mit gleichen Abständen verteilt sind, daß die zweiten ausgeprägten Pole mit gleichem Abstand zwischen jeweils zwei benachbarten ausgeprägten ersten Polen angeordnet sind, daß die Schlitze (4) auf den gegenüberliegenden Seiten jedes ersten ausgeprägten Poles im Teilungswinkel (R 1 usw.) unterschiedlich sind gegenüber den Schlitzen (4) auf den gegenüberliegenden Seiten jedes zweiten ausgeprägten Poles, daß die Ankerwicklungen um die ersten und zweiten ausgeprägten Pole (6, 6 A, 6 B) oder nur um die zweiten ausgeprägten Pole verlaufend vorgesehen sind, und daß der Feldmagnet (1) unterschiedliche Magnetpole aufweist, die alternierend unter Einhaltung gleicher Abstände auf dem Umfang angeordnet sind und den Enden der ersten und zweiten ausgeprägten Pole (6, 6 A, 6 B) gegenüberliegen.

3. Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetpole (N 1 usw., S 1 usw.) durch ungleiche Abstände voneinander beabstandet sind, daß die Schlitze (4) so ausgebildet sind, daß sie unter Einhaltung gleicher Abstände auf der Umfangsfläche verteilt sind und daß jeder ausgeprägte Pol (6, 6 A, 6 B) mit einer Ankerwicklung versehen ist.

4. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilungswinkel R 1 der Schlitze auf gegenüberliegenden Seiten des ersten ausgeprägten Poles beträgt: und daß der Teilungswinkel R 2 der Schlitze auf gegenüberliegenden Seiten des zweiten ausgeprägten Poles beträgt: wobei Z die kombinierte Anzahl der ersten ausgeprägten Pole und der zweiten ausgeprägten Pole ist, N die Anzahl der Phasen der Ankerwicklungen ist und 2P die Anzahl der Magnetpole des Feldmagneten ist.

5. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilungswinkel R 1 der Schlitze auf gegenüberliegenden Seiten des ersten ausgeprägten Poles beträgt: und daß der Teilungswinkel R 2 der Schlitze auf den gegenüberliegenden Seiten des zweiten ausgeprägten Poles beträgt: wobei 2P die Anzahl der Magnetpole des Feldmagneten ist und N die Anzahl der Phasen der Ankerwicklungen ist.

6. Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Phasen der Ankerwicklung drei ist, die Anzahl der Magnetpole des Feldmagneten acht ist, die kombinierte Anzahl der ersten und zweiten ausgeprägten Pole zwölf ist, der Teilungswinkel der Schlitze auf den gegenüberliegenden Seiten des ersten ausgeprägten Poles 41,25° ist und der Teilungswinkel der Schlitze auf den gegenüberliegenden Seiten des zweiten ausgeprägten Poles 26,25° ist.

7. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Phasen der Ankerwicklungen drei ist, die Anzahl der Magnetpole des Feldmagneten zehn ist, die kombinierte Anzahl der ersten und zweiten ausgeprägten Pole 15 ist, der Teilungswinkel der Schlitze auf den gegenüberliegenden Seiten des ersten ausgeprägten Poles 33,6° ist und der Teilungswinkel der Schlitze auf den gegenüberliegenden Seiten des zweiten ausgeprägten Poles 21,6° ist.

8. Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Drehung eines Magnetpoles des Feldmagneten von einer vorbestimmten Position zu jedem der Schlitze um einen Winkel T der Teilungswinkel R m zwischen der vorbestimmten Position und einem Magnetpol gerade vor dem genannten Magnetpol in Drehrichtung so gewählt ist, daß die Winkel T gegeben sind durch T = (360°/n) × Kn + R mwobei n die Anzahl der Schlitze ist, m die Anzahl der Magnetpole des Feldmagneten ist und Kn die Zahl ist, die jeder Schlitzzahl entspricht, und alle Winkel T voneinander verschieden sind.

9. Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Sensoren vorgesehen sind, die die Position des Feldmagneten durch Ermittlung des Magnetfeldes eines jeden Pols an dem magnetischen Teil ermitteln.