DE4124425A1 - Stator pole construction for electric motor - Google Patents

Abstract

The commutatorless direct current motor has a substantially cylindrical, external permanent magnet rotor having north poles (2) and south poles (13). The rotor surrounds a substantially cylindrical stator (14) provided with main poles (10) between with auxiliary poles (15) are interspersed. An annular gap (20) is defined between the rotor and the stator. To reduce magnetic or reluctance caused fluctuation of the motor torque each main pole (10) of the stator has an angular extent which substantially corresponds to that of a rotor pole (12,13). Furthermore, the stator periphery is provided with protuberances (17) arranged such that permanently magnetically caused components of torque ripple are reduced. Contour corrections 16 are also provided.

Description

Die Erfindung betrifft kollektorlose Gleichstrommotoren, insbesonders solche zum Antrieb von Hartplattenspeichern (Hard-Disk-Drives).The invention relates to brushless DC motors, especially those for driving hard disk storage (Hard Disk Drives).

Existierende Motoren dieser Art werden bevorzugt als dauermagneterregte Dynamomaschinen mit zylindrischem Luftspalt und genutetem Blechpaket hergestellt. Sie besitzen gewöhnlich einen Außenläufer, können aber auch mit einem innenlaufenden Rotor versehen sein.Existing engines of this type are preferred as Permanent magnet dynamo machines with a cylindrical air gap and grooved laminated core produced. They usually own an external rotor, but also with an internal Rotor be provided.

Auf den mehrpoligen Stator, der zusätzlich Hilfspole besitzen kann, werden eine oder mehrere Spulen gewickelt. Diese Spulen werden über Halbleiterschalter, gewöhnlich Transistoren, sequentiell bestromt und bewirken über die Interaktion mit den Polen des Permanentmagneten eine Bewegung des Rotors. Zur definierten Umschaltung der Spulen ist eine Positionserfassung des Rotors erforderlich, die zweckmäßigerweise berührungslos erfolgt. Zu diesem Zwecke stehen z. B. magnetogalvanische Sensoren, insbesondere in Form von Hallgeneratoren, zur Verfügung. Es kann aber auch eine Rotorpositionserfassung ohne zusätzliche Sensoren, nur mit vorhandenen Motor-Elementen, erfolgen. Insbesondere kann bei bewegtem Rotor die in den Spulen induzierte Spannung zur Bestimmung der aktuellen Rotorposition benutzt werden. Für diese Art der Motorkommutierung ist allerdings eine zugehörige Auswerteelektronik erforderlich. On the multi-pole stator, the additional auxiliary poles can own one or more coils are wound. These coils are via semiconductor switches, usually Transistors, sequentially energized and effect over the Interaction with the poles of the permanent magnet one Movement of the rotor. For defined switching of Coils, a position detection of the rotor is required the expediently takes place without contact. For this purpose stand z. B. magneto-galvanic sensors, in particular in the form of Hall generators, available. But it can also be one Rotor position detection without additional sensors, only with existing engine elements, done. In particular, can when the rotor is moving, the voltage induced in the coils be used to determine the current rotor position. For this type of motor commutation, however, is a associated evaluation required.  

Eine Reduktion von periodischen Drehmomentschwankungen, die durch das Wechselspiel zwischen der Gestalt des ferromagnetischen Statormaterials und dem Verlauf der Rotor- Magnetfeldstärke über den Drehwinkel hervorgerufen werden, kann durch die Ausgestaltung des Stators gemäß der deutschen Patentschrift DE-OS 37 23 099 A1 bewirkt werden.A reduction of periodic torque fluctuations, the through the interplay between the figure of ferromagnetic stator material and the course of the rotor Magnetic field strength caused by the rotation angle, can by the configuration of the stator according to the German Patent DE-OS 37 23 099 A1 be effected.

Die dort beschriebene Vorgehensweise ermöglicht die Bereitstellung eines Gesamtdrehmomentes mit geringer Welligkeit. In der Startphase des Motors sind jedoch noch, je nach Winkelposition des Rotors, Abweichungen vom mittleren Anlaufdrehmoment zu verzeichnen.The procedure described there allows the Providing a total torque with low ripple. However, in the starting phase of the engine are still, depending on Angular position of the rotor, deviations from the mean Start-up torque recorded.

Eine weitere Methode zur Reduktion von Drehmomentschwankungen der eingangs genannten Motoren wird in EU-2 91 219 beschrieben.Another method for reducing torque fluctuations The above-mentioned engines in EU-2 91 219 described.

Gemäß der dort genannten Vorgehensweise wird für einen Mehrphasenmotor eine Statorpolzahl von 3(2n+1) und eine Rotor­ polzahl von 3(2n+1)+/-1 vorgesehen, d. h. die Zahl der Statorpole wird angenähert gleich groß gehalten wie die Zahl der Rotorpole. Dies führt ebenfalls zu einer Reduzierung der Drehmomentschwankungen im Anlauf bzw. Leerlauf und wird durch die obere einhüllende Kurve der Fig. 7 gezeigt.According to the procedure mentioned there, a stator pole number of 3 (2n + 1) and a rotor pole number of 3 (2n + 1) +/- 1 is provided for a polyphase motor, ie the number of stator poles is kept approximately the same size as the number of rotor poles , This also leads to a reduction in the torque fluctuations during start-up or idling and is shown by the upper enveloping curve of FIG .

Allerdings benötigt diese Methode gewöhnlich mindestens neun bewickelte Spulen pro Motor, während das erstgenannte Verfahren nur z. B. sechs Spulen benötigt und daher in diesem Punkt deutlich kostengünstiger ist. Darüberhinaus entstehen beim letztgenannten Verfahren gewöhnlich periodisch auftretende Radialkräfte, die unterschiedliche Richtung besitzen und störende Motor- oder Maschinengeräusche verursachen können. However, this method usually requires at least nine wound coils per engine, while the former Procedure only z. B. six coils needed and therefore in this Point is significantly cheaper. Beyond that arise in the latter method, usually periodically occurring radial forces, the different direction own and annoying engine or machine noise can cause.  

Beim letztgenannten Verfahren ist darüberhinaus in der bevorzugten Ausführungsform der Wickelsinn der Spulen nicht einheitlich, was zusätzlichen Aufwand für die Herstellung der Motoren bedeutet.In the latter method is also in the preferred embodiment of the winding sense of the coils not uniform, giving extra effort for the production the engines means.

Eine weitere Anordnung zur Verringerung der elektromagnetisch bedingten Drehmomentwelligkeit ist aus der DE-OS 34 32 372 bekannt, welche eine Statoranordnung mit sechs Hauptpolen und sechs Hilfspolen vorsieht sowie einen Rotor mit acht Magnetpolen. Dieses Momentverhalten wird auch ersichtlich aus der dort gezeigten Form der (verketteten) induzierten Spannung zweier Phasen. - Diese Anordnung erzeugt jedoch eine störende Welligkeit des permanentmagnetisch erzeugten Drehmoments.Another arrangement for reducing the electromagnetic Conditional torque ripple is known from DE-OS 34 32 372 known which a stator assembly with six main poles and six auxiliary poles and provides a rotor with eight Magnetic poles. This moment behavior is also evident the form of the (chained) shown there induced Voltage of two phases. However, this arrangement produces a disturbing ripple of the permanently magnetically generated Torque.

Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, bei Elektro­ motoren, insbesondere Motoren der eingangs genannten Art ein möglichst gleichmäßiges, d. h. winkelstellungsunabhängiges Gesamt-Drehmoment zu erzeugen, und zwar sowohl im Anlauf wie auch bei Nenndrehzahl. Dies bedeutet, daß auch das elektromag­ netisch erzeugte Drehmoment eine geringe Welligkeit, also wenig Schwankungen um einen Mittelwert in diesen beiden Betriebszuständen aufweisen soll.The invention is therefore based on the object at Elektro motors, in particular motors of the type mentioned as even as possible, d. H. angular position independent To generate total torque, both at startup and also at rated speed. This means that the electromag netic generated torque low ripple, so little Fluctuations around a mean in these two Operating conditions should have.

Des weiteren sollen die Motoren möglichst kostengünstig herstellbar sein und außerdem möglichst geräuscharm sein. Furthermore, the engines should be as inexpensive as possible be produced and also be as quiet as possible.  

Schließlich sollen bei der Bestromung des Stators nur Kräftepaare (Drehmomente) ohne überschüssige Radialkräfte generiert werden.Finally, when energizing the stator only Pairs of forces (torques) without excess radial forces to be generated.

Diese Aufgabe wird mit den Mitteln des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by the means of claim 1.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß eine wirksame Reduzierung der elektromagnetisch hervorgerufenen Drehmoment­ welligkeit durch geeignete modifizierte Ausgestaltung des Stators möglich ist. Dazu werden zum einen Stator-Hilfspole vorgesehen. Zum anderen ist das Verhältnis von Statorpolzahl zu Rotorpolzahl so zu wählen, daß sich eine sog. ungesehnte Wicklung des Motors ergibt.The invention is based on the recognition that an effective Reduction of electromagnetically induced torque Ripple through a suitable modified embodiment of Stators is possible. These are on the one hand stator auxiliary poles intended. On the other hand, the ratio of Statorpolzahl to Rotorpolzahl to choose so that a so-called Winding the motor results.

Allerdings wird mit dieser genannten Maßnahme der Stator-Ausgestaltung die unerwünschte Drehmomentwelligkeit, die durch permanentmagnetische Einflüsse hervorgerufen wird, noch nicht reduziert.However, with this mentioned measure the Stator design the unwanted torque ripple, the caused by permanent magnetic influences, not yet reduced.

Um diese permanentmagnetisch bedingten Anteile der Drehmoment­ welligkeit ebenfalls zu beseitigen, wird erfindungsgemäß zusätzlich eine besondere Ausgestaltung der Peripherie des Stators und damit des Luftspaltes vorgesehen, insbesondere eine solche mit nockenförmigen Überhöhungen der Statorpole.To these permanent magnetic parts of the torque Also eliminate ripple, according to the invention additionally a special configuration of the periphery of the Stators and thus provided the air gap, in particular such with cam-shaped elevations of the stator poles.

Weiterbildungen der Erfindung bzw. vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Zeichnungen sowie den Unteransprüchen. Further developments of the invention or advantageous embodiments emerge from the drawings and the dependent claims.  

In den Zeichnungen zeigtIn the drawings shows

Fig. 1 die geometrische Ausgestaltung der Statorbleche für einen Stator mit 6 Haupt- und 6 Hilfspolen sowie den zugehörigen Permanentmagnetrotor, Fig. 1, the geometric configuration of the stator laminations for a stator with six main and auxiliary poles 6, as well as the associated permanent magnet rotor,

Fig. 2 Einzelheiten zum Konturenverlauf der Statorperipherie, Fig. 2 shows details of the contour course of the Statorperipherie,

Fig. 3 das elektrische Ansteuerschema für einen Motor mit 8 Permanent­ magnetpolen und einem Stator nach Fig. 1, Fig. 3 shows the electrical drive scheme for an engine magnetic poles with 8 permanent and a stator according to FIG. 1,

Fig. 4 die Statorkontur mit geschrägter Statorüberhöhung ("Nocken"), Fig. 4, the stator contour with Splayed Statorüberhöhung ( "Cam"),

Fig. 5 die Grenzlinien der Magnetisierung des Rotors bei regulärer und geschrägter Magnetisierung, Fig. 5, the boundary lines of the magnetization of the rotor at regular and Splayed magnetization,

Fig. 6 eine Stator-Modifizierung in Form eines Stator- Erweiterungs­ blechs, Fig. 6 shows a stator modifier in the form of a stator extension sheet,

Fig. 7 den elektromagnetisch bedingten Drehmomentverlauf vs. Rotor­ winkelstellung nach dem Stand der Technik, Fig. 7 shows the electromagnetically induced torque curve vs. Rotor angular position according to the prior art,

Fig. 8 den elektromagnetisch bedingten Drehmomentverlauf vs. Rotor- Winkelstellung gemäß der Erfindung, Fig. 8 shows the electromagnetic torque curve vs. Rotor angular position according to the invention,

Fig. 9 das Verbindungsschema für solche Wicklungen, welche aus Spulen der Stator-Hauptpole und Spulen der Stator-Hilfspole zusammengesetzt sind. Fig. 9 shows the connection diagram for such windings, which are composed of coils of the stator main poles and coils of the stator auxiliary poles.

Im vorhergehenden wie auch im folgenden wird eine Terminologie bezüglich der Drehmomentanteile eines Elektromotors verwendet, wie sie in der DE-OS 39 41 553 erläutert wird. Diese Drehmomentanteile werden insbesondere als elektromagnetische, permanentmagnetische, reluktante und mechanische Komponenten unterschieden.In the preceding as well as in the following becomes a terminology used with respect to the torque components of an electric motor, as described in DE-OS 39 41 553. These Torque components are used in particular as electromagnetic, permanent magnetic, reluctant and mechanical components distinguished.

Das Zusammenwirken von Statorpolen und Magnetpolen eines erfindungsgemäßen Motors wird in Fig. 1 erläutert.The interaction of stator poles and magnetic poles of a motor according to the invention is explained in FIG .

Um den feststehenden Stator 14 von zylindrischer Grundform ist der mehrpolige Permanentmagnet mit Nordpolen 12 und Südpolen 13 sowie dem zugehörigen, außenliegenden Eisenrückschluß 11 angeordnet.To the fixed stator 14 of cylindrical basic shape of the multipole permanent magnet with north poles 12 and south poles 13 and the associated, external iron yoke 11 is arranged.

Zwischen Stator und Permanentmagneten befindet sich der Luft­ spalt 20. Der Stator selbst besitzt Hauptpole 10, Nebenpole 15 und Nuten 19. Die Hauptpole 10 weisen ferner Erhebungen 17 und Konturkorrekturen 16 auf. Die Hilfspole 15 können ebenfalls solche von der Kreisform abweichenden Konturmodifikationen aufweisen. Die Konturform eines bevorzugten Ausführungsbeispiels wird in Fig. 2 in vergrößerter Darstellung gezeigt. Between stator and permanent magnets is the air gap 20 . The stator itself has main poles 10 , side poles 15 and grooves 19 . The main poles 10 also have elevations 17 and contour corrections 16 . The auxiliary poles 15 may also have such deviating from the circular shape contour modifications. The contour shape of a preferred embodiment is shown in Fig. 2 in an enlarged view.

Zumindest die Hauptpole werden mit einer oder mehreren Spulen, auch in bifilarer Wicklungsweise versehen. Die Hilfspole können ebenfalls mit Spulen versehen werden.At least the main poles will be with one or more Coils, also provided in bifilar winding manner. The Auxiliary poles can also be provided with coils.

Ein Stator-Hauptpol 10 erstreckt sich im wesentlichen über einen gleich großen Winkel wie ein Magnetpol 12, 13, sodaß eine sogenannte ungesehnte Wicklung vorliegt.A stator main pole 10 extends substantially over an equal angle as a magnetic pole 12 , 13 , so that there is a so-called unrestrained winding.

Dies führt zu einem fast linearen Anstieg bzw. Abfall der induzierten Spannung vs. Winkelposition des Rotors. (Fig. 8, Bezugszeichen 83).This leads to an almost linear increase or decrease of the induced voltage vs. Angular position of the rotor. ( Fig. 8, reference numeral 83 ).

Diese Spannung ist bereits die verkettete Spannung von zwei Phasen des Stators, von denen insgesamt drei vorhanden sind und welche in Sternschaltung zusammengeschaltet sind.This voltage is already the chained voltage of two phases of the stator, of which a total of three exist are and which connected in star connection are.

Andererseits bewirkt die Anwesenheit der Hilfspole 15 den im wesentlichen trapezförmigen Verlauf 84 dieser Kurve der induzierten Spannung, die gleichzeitig ein Maß für das generierte Drehmoment vs. Winkel darstellt.On the other hand, the presence of the auxiliary poles 15 causes the substantially trapezoidal curve 84 of this induced voltage curve, which is also a measure of the generated torque vs. voltage. Represents angle.

Wie aus Fig. 8 ersichtlich, besitzt das elektromagnetisch generierbare Drehmoment von Kommutierungswinkel 85 zu Kommutierungswinkel 86 nur geringe Welligkeit, der Mittel­ wert beträgt etwa 98% vom Maximalmoment, während der Minimal­ wert ebenfalls bereits etwa 93% vom Maximalmoment beträgt. As can be seen from FIG. 8, the electromagnetically generatable torque from commutation angle 85 to commutation angle 86 has only slight ripple, the average value amounts to approximately 98% of the maximum torque, while the minimum value likewise already amounts to approximately 93% of the maximum torque.

Das beschriebene, elektromagnetisch generierbare Drehmoment des Motors wird nur bei Bestromung der Spulen erzeugt.The described, electromagnetically generated torque of Motors are only generated when the coils are energized.

Das wechselnde Moment des Nutruckens, welches permanent­ magnetischen Ursprungs ist, wirkt hingegen praktisch ständig.The alternating moment of grooving, which is permanent of magnetic origin, on the other hand, is practically permanent.

Bei der geringen Welligkeit des elektromagnetisch erzeugten Drehmoments erwies sich das zusätzliche Nutrucken, wie es in diesem Falle von einer üblichen Statorpolform generiert wurde, als unerwünschter Störfaktor.At the low ripple of electromagnetically generated Torque proved the additional grooving as it generated in this case by a conventional Statorpolform became, as unwanted disturbing factor.

Das angestrebte Ziel, den Motor aus allen Winkelpositionen mit möglichst gleichem Bewegungsablauf starten zu können, konnte in der gewünschten Weise noch nicht erreicht werden.The desired goal, the engine from all angular positions with could start as motion as possible, could not yet achieved in the desired manner.

Die Lösung dieses Problems wurde erfindungsgemäß darin gefunden, daß eine (vom Prinzip her bekannte) Konturveränderung 16, 17 des Stators die verbleibenden, permanentmagnetisch bedingten Drehmomentschwankungen minimierte, ohne den Motorwirkungsgrad des Motors in schäd­ licher Weise zu beeinflussen (Fig. 2).The solution to this problem was inventively found in that a (known in principle) contour change 16 , 17 of the stator minimized the remaining, permanent magnetically induced torque fluctuations, without affecting the motor efficiency of the engine in harmful manner Licher ( Fig. 2).

Durch dieses Zusammenspiel von Stator-Grundform 14 und Stator-Konturgebung gemäß Fig. 1, unter Nutzung einer nahezu rechteckförmigen Magnetisierung des Permanentmagneten des Rotors, (d. h. möglichst schnellem Wechsel des Induktions­ vorzeichens an den Polgrenzen des Rotors) wird also ein besseres elektromagnetisch generiertes Drehmoment zur Verfügung gestellt als dies bei ähnlichen Motoren vorher möglich war. By this interaction of stator basic shape 14 and stator contouring of FIG. 1, using a nearly rectangular magnetization of the permanent magnet of the rotor, (ie the fastest possible change of the induction sign at the pole boundaries of the rotor) so a better electromagnetically generated torque for Provided as was previously possible with similar engines.

Motor samt Last, z. B. eine zugehörige, fest verbundene oder wechselbare Magnetspeicherplatte, werden aus jeder Anfahrstellung heraus annähernd gleich gut beschleunigt. Trotz niedriger Motorströme, insbesondere Anlaufströme, wird die Gefahr eines Anlaufversagens deutlich verringert.Engine with load, z. B. an associated, firmly connected or removable magnetic storage disk, will be out of everyone Starting position out almost equally well accelerated. Despite low motor currents, in particular starting currents, is the risk of a startup failure significantly reduced.

Eine erfindungsmäßige Weiterbildung der Kontur-Formgebung des Stators verbessert die erfindungsmäßige Kombination von Stator-Grundform 14 und Stator-Korrekturform 16, 17 zusätzlich.An inventive refinement of the contour shaping of the stator improves the fiction combination of stator base mold 14 and stator correction mold 16 , 17 in addition.

Hierzu erfahren ein oder mehrere Statorpole 63 durch ein oder mehrere spezielle Statorbleche gemäß Fig. 6 an vorzugsweiser einer, ggf. auch an beiden Seitenflächen (Grundflächen) des Statorblechpaketes eine ausgreifende, hervortretende Ausgestaltung 64, 65.For this purpose, one or more stator poles 63 undergo an outreaching, protruding configuration 64 , 65 by one or more special stator laminations according to FIG. 6, preferably one, and possibly also at both side surfaces (base areas) of the stator lamination stack.

Diese Ausgestaltung ist insbesondere von solcher Form, daß sie auf den zu bewegenden, insbesondere hohlzylinderförmigen Rotormagneten an dessen unterer axiale weisender Stirnseite 58 einwirkt (Fig. 5, 6). Auf diese Weise kann die Zylindermantel- Fläche des Statorblechpaketes zu großen Teilen maximalen Durchmesser erhalten, was zu minimalen Luftspalt-Dimensionen und damit zu einem besseren Drehmoment bzw. besserer Leistung des Motors führt.This embodiment is particularly of such a form that it acts on the moving, in particular hollow-cylindrical rotor magnet at its lower axial-facing end face 58 ( Fig. 5, 6). In this way, the cylinder jacket surface of the laminated stator core can be largely obtained maximum diameter, which leads to minimum air gap dimensions and thus to a better torque or better performance of the engine.

Zum anderen verbessert sich der Motorwirkungsgrad auch dadurch, daß die Interaktionsfläche zwischen Permanent­ magnet 50 und Stator insgesamt durch die herauskragende zusätzliche Statoroberfläche 64 vergößert wird, als dies bei vorherigen Motoren üblich war.On the other hand, the engine efficiency also improved by the fact that the interaction area between the permanent magnet 50 and stator is increased in total by the protruding additional stator surface 64 , as was common in previous engines.

Die Auskragung kann nun mit beliebigen Oberflächenkonturen 65, 66 versehen werden, wie sie zur Reduzierung des Nutruckens erforderlich sind. Insbesondere kann pro Blechschicht der Auskragung eine andere Schnittlinie vorgesehen werden, um den gewünschten Verlauf des permanentmagnetisch bedingten Drehmomentanteils zu erhalten.The projection can now be provided with any surface contours 65 , 66 , as they are required to reduce the Nutruckens. In particular, a different cutting line can be provided per sheet metal layer of the projection, in order to obtain the desired profile of the permanently magnetic torque component.

Eine weitere Verbesserung des Motorwirkungsgrades gelingt erfindungsmäßig durch die zusätzliche Bewicklung und Beschaltung der Hilfspole 15. Die Beschaltung der Hilfspolwicklungen ergibt sich aus dem Schaltschema gemäß Fig. 9, wobei die Hilfspolwicklungen 94, 95 in Serie mit den Wicklungen 92, 93 der Hauptpole gelegt werden. Bei einem Stator mit 6 Haupt- und 6 Hilfspolen stehen die gemeinsam bestromten Hauptpole senkrecht zu den zugeschalteten Hilfspolen.A further improvement of the engine efficiency succeeds erfindungsmäßig by the additional winding and wiring of the auxiliary poles 15th The wiring of the auxiliary pole windings results from the circuit diagram of FIG. 9, wherein the auxiliary pole windings 94 , 95 are connected in series with the windings 92 , 93 of the main poles. In a stator with 6 main and 6 auxiliary poles, the common-energized main poles are perpendicular to the switched auxiliary poles.

Diese Maßnahme kann natürlich mit allen vorgenannten erfindungsmäßigen Maßnahmen kombiniert werden, um optimale Eigenschaften des Motors zu erzielen, insbesondere um möglichst geringe Welligkeit des elektromagnetischen Drehmoments als auch des permanentmagnetischen Drehmoments bereitzustellen.This measure can of course with all the above to be combined in accordance with the current measures to achieve optimal characteristics of the engine, in particular to minimize the ripple of the electromagnetic Torque as well as the permanent magnetic torque provide.

In einer weitergehenden Verbesserung können alle genannten Vorgehensweisen kombiniert werden mit weiteren, an sich bekannten Maßnahmen zur Egalisierung des Motordrehmomentes. Dies kann insbesondere dadurch erreicht werden, daß die Bestromung des Motors drehwinkelabhängig und leistungsabhängig vorgenommen wird.In a further improvement, all mentioned Procedures are combined with others, in themselves  Known measures to equalize the engine torque. This can be achieved in particular by the fact that the Current supply to the motor depending on the angle of rotation and power is made.

Hierbei wird die Korrekturgröße für den Strom z. B. durch eine Funktion oder durch eine in einem Speicher hinterlegten Tabelle beschrieben.Here, the correction value for the current z. B. by a function or by a stored in a memory Table described.

Diese Verfahren setzen zwar in der Regel zusätzliche elektronische Komponenten voraus, die aber möglicherweise bereits aus anderen Gründen vorhanden sind und dann keinen oder nur geringen Zusatzaufwand beim Einsatz der vorgenannten Betriebsweise hervorrufen.Although these methods usually add additional electronic components ahead, but possibly already exist for other reasons and then none or only minor additional effort when using the aforementioned Cause operation.

Ein Verfahren dieser Art ist. z. B. in der DE-OS 39 41 553 A1 genannt.A method of this kind is. z. B. in DE-OS 39 41 553 A1 called.

Darüberhinaus sind weitere Abänderungen der Erfindung möglich, wie sie dem Fachmann geläufig sind. So kann der Motor auch als Innenläufer oder Linearmotor ausgestaltet werden. Desgleichen kann die Anzahl von Stator- und Rotorpolen erhöht werden. Weiterhin ist die Erfindung nicht auf Motoren mit permanentmagnetischen Läufern beschränkt, sondern kann auch auf weichmagnetische Läufer angewendet werden. Desgleichen kann ein erfindungsgemäßer Motor natürlich auch als Generator betrieben werden, in einem entfernter liegenden Anwendungsbereich auch als Drehmelder zur Bestimmung von Winkellagen des Rotors, oder aber auch als Schrittmotor mit vergleichsweise kleiner Leistung. Moreover, further modifications of the invention are possible, as they are familiar to the expert. That's how the engine works be designed as an internal rotor or linear motor. Likewise, the number of stator and rotor poles can be increased become. Furthermore, the invention is not with motors limited to permanent magnetic runners, but can also be applied to soft magnetic rotor. Likewise, an engine according to the invention can of course also operated as a generator, in a more distant Scope of application also as resolver for the determination of Angular positions of the rotor, or as a stepper motor with comparatively low power.  

Fig. 10 zeigt eine genauere Darstellung der Ausführung gemäß Fig. 1 (oder 2), proportions- und maßgerecht, wenn man berücksichtigt, daß das zentrale Mittelloch 9 mm im Durchmesser hat. Die Dimensionen stellen durchaus vorteilhafte, eventuell erfindungs­ wesentliche Ausgestaltungen dar. So zeigt Fig. 10 zum Beispiel klar, daß der Hauptpolkern die 3fache Breite eines Kerns eines Nebenpols hat, und daß die Nebenpole nach außen konkave Kopfflächen zum Luftspalt hin zeigen, deren Krümmungsradius etwa das Dreifache der Radien beträgt, die für eine konvexe Krümmung beiderseits der Statornocken 47 vorgesehen sind. Diese Statornocken sind in Umfangsrichtung so breit wie die Öffnung der Statornuten, zu deren beiden Seiten, ähnlich wie auf den Nebenpol­ kopfflächen eine Konkavwölbung zum Luftspalt zeigt, deren Krümmung etwa den gleichen Radius hat wie die "Konvex"-Wölbungen beiderseits der Statornocken; dieser Radius beträgt etwa 20% des zylindrischen Luftspaltdurchmessers. Fig. 10 shows a more detailed representation of the embodiment according to Fig. 1 (or 2), proportionally and to scale, taking into account that the central center hole has 9 mm in diameter. For example, Fig. 10 clearly shows that the main pole core has 3 times the width of a minor pole core, and that the minor poles show outwardly concave head faces toward the air gap whose radius of curvature is approximately that Is three times the radii that are provided for a convex curvature on both sides of the stator 47 . These stator cams are in the circumferential direction as wide as the opening of the stator, on both sides, similar to the Nebenpol kopeflächen a concave curvature to the air gap shows the curvature has about the same radius as the "convex" bulges on both sides of the stator; this radius is about 20% of the cylindrical air gap diameter.

Der im wesentlichen zylindrische Luftspalt des achtpoligen Außenrotors wird von den 8 Rotorpolen begrenzt, deren radial gerichtete Magnetisierung annähernd rechteckförmig oder trapezförmig in Umfangsrichtung (Drehrichtung) verteilt ist und sich möglichst voll auf die geometrische Polteilung erstreckt, also sich über möglichst 180°_el ausdehnt.The substantially cylindrical air gap of the eight-pole outer rotor is bounded by the 8 rotor poles whose radially directed magnetization is distributed approximately rectangular or trapezoidal in the circumferential direction (direction of rotation) and extends as fully as possible to the geometric pole pitch, that extends over 180 ° _el .

Der radial sehr dünne Luftspalt erstreckt sich im wesentlichen axial und in Umfangsrichtung. Zwei diametral einander gegenüberliegende Hauptpole eine "Phase" werden so erregt, daß zum Luftspalt hin das erregende Feld die gleiche Polarität hat. Eventuell zusätzlich erregte Nebenpole liegen um 90°_mech dazu versetzt und haben auch diese gleiche Polarität zum Luftspalt hin. Es ist nur wichtig, daß die Pole einer "Phase" und eventuell die zugehörigen Nebenpole gleichzeitig erregt werden. Dazu kann man die Wicklungen in Serie schalten.The radially very thin air gap extends substantially axially and in the circumferential direction. Two diametrically opposed main poles of a "phase" are excited so that the exciting field has the same polarity towards the air gap. Possibly additionally excited secondary poles are offset by 90 ° _mech and also have this same polarity towards the air gap. It is only important that the poles of a "phase" and possibly the associated secondary poles are excited simultaneously. You can switch the windings in series.

Für den kombinatorischen Effekt der Erfindung ist die oben genannte trapezförmige Magnetisierung des Rotorpermanentmagneten wesentlich. Sie ist zum Beispiel in Fig. 11 dargestellt: eine an zwei Wicklungen gemessene verkettete sogenannte Back-EMF, das heißt, beim Ausführungsbeispiel sind die drei Wicklungen in Stern geschaltet und die bei rotierendem Rotor induzierte Spannung (Back-EMF) zwischen zwei Zuleitungen deutet an, daß die Magnetisierung des Rotors wie oben beschrieben eine trapezförmige Verteilung haben muß. Würde man die Spannung an einer Wicklung zwischen Stern­ punkt und Zuleitung abgreifen, wäre die Form des Spannungsverlaufs noch "strenger trapezförmig" oder unter Umständen angenähert rechteckförmig. Man hätte dann ein noch besseres Abbild der Rotormagnetisierung.For the combinatorial effect of the invention, the above-mentioned trapezoidal magnetization of the rotor permanent magnet is essential. It is illustrated, for example, in FIG. 11: a chained so-called back-EMF measured on two windings, that is, in the exemplary embodiment the three windings are connected in star and the voltage induced at a rotating rotor (back EMF) between two supply lines indicates in that the magnetization of the rotor must have a trapezoidal distribution as described above. If one were to pick up the voltage at a winding between the star point and the supply line, the shape of the voltage curve would still be "more strictly trapezoidal" or, under certain circumstances, approximately rectangular. One would then have an even better image of the rotor magnetization.

Weil erfindungsgemäß die Hauptpolbreite einer Rotorpolteilung (180°_el) entspricht, ist die induzierte Spannung in einem Strang das Abbild des magnetischen Flußverlaufs einer Rotormagnetteilung. Das damit verbundene Nutrucken (cogging torque) wird durch die Dimension und Konfiguration der Statornocken kompensiert (wie Fig. 10 im einzelnen für sechs Hauptpole und sechs Nebenpole im Stator bei acht Rotorpolen zeigt). Alle gleichartigen Pole sind äquidistant. Die Nebenpol-Teilung beträgt 60°_el. Die Nebenpole können als aktive Hilfspole drehmomentunterstützend in der angegebenen Weise bewickelt sein.Because, according to the invention, the main pole width corresponds to a rotor pole pitch (180 ° _el ), the induced voltage in a string is the image of the magnetic flux profile of a rotor magnet pitch. The associated cogging torque is compensated by the dimension and configuration of the stator cams (as shown in FIG. 10 in detail for six main poles and six minor poles in the stator at eight rotor poles). All similar poles are equidistant. The secondary pole pitch is 60 ° _el . The secondary poles can be wound as active auxiliary poles in order to support the torque in the manner indicated.

Fig. 12 zeigt ein Wickelschema bei bewickelten Nebenpolen des tatsächlichen Motors gemäß Fig. 10. Jeder Hauptpol hat 100, jeder Nebenpol 75 Windungen. MP ist der Sternpunkt dieser 3-Phasen-Wicklung des Innenstators; der eine relativ kleine Jochhöhe aufweist. Die Phase R zeigt deutlich die Serienschaltung bei gleichem Wickelsinn FIG. 12 shows a winding diagram with wound secondary poles of the actual motor according to FIG. 10. Each main pole has 100 turns and each secondary pole has 75 turns. MP is the neutral point of this 3-phase winding of the inner stator; which has a relatively small yoke height. Phase R clearly shows the series connection with the same winding sense

des Hauptpoles|1/2of the main pole | 1/2 dann des Nebenpolesthen the minor pole 4/54.5 dann des Hauptpolesthen the main pole 7/87.8 dann des Nebenpolesthen the minor pole 10/1110/11

zum Sternpunkt MP hin.towards the star point MP.

Sternschaltung ist bei ähnlichen Motoren mit drei Phasen nachteilig; die Erfindung vermeidet diesen Nachteil, welcher in vielen Anwendungsfällen nur die Anwendung einer Dreieckschaltung gestattet.Star connection is disadvantageous in similar three-phase motors; The invention avoids this disadvantage, which in many applications, only the application of a Delta connection allowed.

Die Erfindung führt zu relativ kleinem Anlaufstrom und besserem Wirkungsgrad bei Betriebsdrehzahl.The invention leads to relatively small starting current and better efficiency Operating speed.

Claims (16)

1. Elektromotor, vorzugsweise kollektorloser Gleichstrommotor, insbesondere zum Antrieb von magnetischen oder optischen Massen-Datenspeichern, mit einem permanentmagnetischen Rotor, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator Hauptpole und Hilfspole aufweist, welche in ihrer Kontur so ausgeformt sind, daß die permanentmagnetisch- oder reluktanzbedingte Schwankung des Motordrehmomentes als Funktion des Drehwinkels minimiert wird und ein Hauptpol des Stators sich winkelmäßig im wesentlichen so weit erstreckt wie ein Rotorpol.1. Electric motor, preferably brushless DC motor, in particular for driving magnetic or optical mass data storage, with a permanent magnetic rotor, characterized in that the stator main poles and auxiliary poles, which are contoured in such a way that the permanentmagnetisch- or reluctance-related fluctuation of the motor torque is minimized as a function of the angle of rotation and a main pole of the stator extends angularly substantially as far as a rotor pole. 2. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der vorhandenen Wicklungen weniger als vier und die Anzahl der vorhandenen Spulen weniger als sieben beträgt.2. Electric motor according to claim 1, characterized, that the number of existing windings less than four and the number of coils present is less than seven is. 3. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß die Wicklungen überlappungsfrei und konzentriert sind.3. Electric motor according to claim 1, characterized in that the windings are overlap-free and concentrated. 4. Elektromotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vorhandenen Spulen einheitlichen Wickelsinn aufweisen. 4. Electric motor according to one or more of the preceding Claims, characterized, that the existing coils have uniform winding sense.   5. Elektromotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftspalt zwischen Rotor und Stator aus einem oder mehreren Bereichen von im wesentlichen zylindrischer Gestalt besteht, welche(r) Bereich(e) sich in radialer oder axialer Richtung erstreckt.5. Electric motor according to one or more of the preceding Claims, characterized in that the air gap between rotor and stator from one or the other a plurality of areas of substantially cylindrical shape which region (s) is in radial or axial Direction extends. 6. Elektromotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nockenförmige Statorüberhöhungen 47 vorhanden sind, die z. B. bezüglich der Rotorachse geschrägt sind oder in Bezug zur Rotorachse parallel verlaufen.6. Electric motor according to one or more of the preceding claims, characterized in that cam-shaped Statorüberhöhungen 47 are present, the z. B. are skewed with respect to the rotor axis or parallel with respect to the rotor axis. 7. Elektromotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Pollücken 56, 57 des Rotors geschrägt sind oder in Bezug zur Rotorachse parallel verlaufen. 7. Electric motor according to one or more of the preceding claims, characterized in that the pole gaps 56 , 57 of the rotor are beveled or parallel with respect to the rotor axis. 8. Elektromotor, insbesondere kollektorloser Gleichstrommotor mit einem mehrpoligen permanentmagnetischen Rotor, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator im wesentlichen ebene Endflächen in Form von Zylindergrundflächen besitzt, wobei mindestens eine dieser Endflächen eine größere Fläche besitzt als eine Querschnittsfläche des Stators in der Mitte zwischen den Endflächen, und die Endfläche(n) von einer oder beiden Kreisringflächen 58 (Stirnflächen) des Rotormagneten magnetisch beeinflußt wird.8. An electric motor, in particular brushless DC motor with a multi-pole permanent magnet rotor, characterized in that the stator has substantially planar end surfaces in the form of cylinder base surfaces, at least one of these end surfaces has a larger area than a cross-sectional area of the stator in the middle between the end surfaces, and the end face (s) is magnetically influenced by one or both annular surfaces 58 (faces) of the rotor magnet. 9. Elektromotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Minimalwert zu Maximalwert des winkelabhängigen, elektromagnetisch oder reluktanzmäßig erzeugten Drehmoments bei konstanter Motorbestromung einen größeren Wert als 0,85 aufweist.9. Electric motor according to one or more of the preceding Claims, characterized in that the ratio of minimum value to maximum value of angle dependent, electromagnetic or reluctance torque generated at a constant motor current a greater than 0.85. 10. Elektromotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator einen Oberflächenbereich in Form eines Zylindermantels aufweist, welcher durch die zylindermantel­ förmige Oberfläche des permanentmagnetischen Rotors beeinflußt wird und der Stator weiterhin einen oder mehrere Oberflächenbereiche 64 in Form einer durchbrochenen Zylindergrundfläche aufweist, welche Bereiche im Magnetfeld des Rotors liegen, das von einer Zylindergrundfläche des Magneten ausgeht. 10. Electric motor according to one or more of the preceding claims, characterized in that the stator has a surface region in the form of a cylinder jacket, which is influenced by the cylinder jacket-shaped surface of the permanent magnetic rotor and the stator further comprises one or more surface regions 64 in the form of a perforated cylinder base has, which areas in the magnetic field of the rotor, which emanates from a cylinder base surface of the magnet. 11. Elektromotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenbereiche des Stators in Form einer durchbrochenen Zylindergrundfläche aus einer oder mehreren ferromagnetischen Blechschichten gebildet werden.11. Electric motor according to one or more of the preceding Claims, characterized in that the surface areas of the stator in the form of a perforated Cylinder base of one or more ferromagnetic Sheet metal layers are formed. 12. Elektromotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Berandung 65 eines auskragenden Bleches 64 mit mindestens einer Aussparung 66 oder Erweiterung versehen ist, welche den Radius dieser Berandung in kontinuierlicher und stetiger Weise unstetiger, Ecken aufweisender Art verändert.12. Electric motor according to claim 9, characterized in that the boundary 65 of a cantilevered plate 64 is provided with at least one recess 66 or extension, which changes the radius of this boundary in a continuous and continuous manner discontinuous, corners exhibiting type. 13. Elektromotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfspole des Stators durch eine oder mehrere, den Hilfspol umgreifende Wicklungen 94, 95 magnetisierbar sind.13. Electric motor according to one or more of the preceding claims, characterized in that the auxiliary poles of the stator by one or more, the auxiliary pole encompassing windings 94 , 95 are magnetizable. 14. Elektromotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Spule des Stators mit zweiadriger Bifilarwicklung gewickelt ist. 14. Electric motor according to one or more of the preceding Claims, characterized in that at least one coil of the stator with two-wire Bifilarwicklung is wound.   15. Elektromotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die induzierte Spannung 80, 83 von zwei miteinander verketteten Phasen über den Drehwinkel nahezu trapezförmig ist.15. Electric motor according to one or more of the preceding claims, characterized in that the induced voltage 80 , 83 of two phases chained together over the rotation angle is almost trapezoidal. 16. Dauermagneterregte Dynamomaschine mit zylindrischem Luftspalt und genutetem Blechpaket nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dynamomaschine als Generator oder Drehmelder betrieben wird.16. Permanent magnet dynamo with cylindrical Air gap and grooved laminated core after a or more of the preceding claims, characterized in that the dynamo machine as a generator or resolver is operated.