DE4213373A1 - Bürstenloser Motor mit Stromspitzenabbau in Wickl. - Google Patents
Bürstenloser Motor mit Stromspitzenabbau in Wickl.Info
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K29/00—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
- H02K29/03—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with a magnetic circuit specially adapted for avoiding torque ripples or self-starting problems
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen kollektorlosen
Gleichstrommotor mit einem Wicklungen aufweisenden Stator und
einem mit wenigstens zwei Magnetpolen versehenen inneren
Rotor.
Kollektorlose Gleichstrommotore sind dem Prinzip nach bekannt.
Sie besitzen einen Stator mit mehreren Wicklungen sowie einen
Rotor, der entweder Permanentmagnete aufweist oder
dementsprechend magnetisiert ist. Weil die Spulen des Stators
feststehen, müssen sie mittels elektronischer Schalter
umgeschaltet werden. Hierzu werden vom sich drehenden Rotor
Signale abgeleitet, mittels der die Schalter für die Spulen
angesteuert werden. Als Drehmelder für die jeweilige Drehlage
der Magnete des Rotors kommen bspw. Hallsonden o. dgl. bekannte
Elemente in Frage.
Damit solche Motoren mit herkömmlichen Gleichstrommotoren
konkurrieren können, sind eine optimale Auslegung hinsichtlich
ihrer Leistung, eine kleine Bauform und eine wirtschaftliche
Herstellung notwendig. Hierin wird auch die Aufgabe der
vorliegenden Erfindung gesehen.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen,
daß der kollektorlose elektronisch kommutierte
Gleichstrommotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch
gekennzeichnet ist, daß der Stator mit mindestens drei,
jeweils eine Wicklung aufweisenden Zähnen ausgestattet ist und
sich die Zahl der Zähne zur Zahl der Magnetpole wie 3:2
verhält, wobei drei Wicklungen dreier gleichmäßig in
Umfangsrichtung gegeneinander versetzter Zähne jeweils zu
einem Stern zusammengeschaltet sind, während bei mehreren
Polpaaren deren Wicklungen zu einem Stern oder parallel zu
einem Strang zusammengeschaltet sind. Es ist leicht
einzusehen, daß mit zunehmender Polpaarzahl die elektronische
Kommutierung immer kritischer wird. Insofern ist also der
Motor mit drei Wicklungen und zwei Magnetpolen sehr
vorteilhaft. Er kann auch vergleichsweise kompakt gebaut
werden und erfordert großen Herstellungsaufwand,
weswegen er in finanzieller Hinsicht mit herkömmlichen
Gleichstrommotoren konkurrieren kann.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß bei drei, um
jeweils 120° gegeneinander versetzten Zähnen der Magnetwinkel
jeweils ungefähr 90° und der Nutwinkel zwischen benachbarten
Zähnen jeweils etwa 30° betragen, und daß die Ansteuerung
bipolar erfolgt. Zweckmäßigerweise sollte man die Polbreite
etwa gleich dem Magnetwinkel wählen. Für die Zahnbreite kann
man einen Winkel von etwa 90° vorsehen und die Pollücke ist
bei einem Magnetwinkel von 90° automatisch auch jeweils 90°.
Bei diesem wirtschaftlich optimal zu fertigenden Motor werden
die durch die Kommutierung entstehenden Stromspitzen in der
Wicklung abgebaut, so daß der Netzstrom auch ohne
elektronische Strombegrenzung weitgehend stromspitzenfrei ist.
Im Gegensatz zu einem Drehstrommotor wird bei diesem
kollektorlosen Gleichstrommotor, wie gesagt, keine
Dreieckschaltung vorgesehen, vielmehr sind die drei Spulen
bzw. Stränge des Stators in einer Sternschaltung
zusammengeschaltet.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung kennzeichnet sich
dadurch, daß in Reihe mit wenigstens zwei Wicklungen des
Stators bzw. zwischen zumindest zwei Stränge jeweils ein
kleiner Widerstand geschaltet ist. Addiert man bei einem
zweipoligen dreisträngigen Motor die drei, jeweils um 120°
versetzten Spannungen, so ist die Summe stets ungleich Null.
Dies ist der Grund, weswegen die drei Stränge nicht zu einem
Dreieck zusammengeschaltet werden dürfen. Bei der
Sternschaltung liegen die einzelnen Spannungen parallel. Durch
das Parallelschalten werden die bei der Kommutierung
entstehenden hohen Stromspitzen abgebaut und sie gehen im
Motor als Stromwärme verloren. Das Netz bleibt dadurch
weitgehend von den Stromspitzen verschont. Betrachtet man
gemäß der nachstehenden Zeichnungsbeschreibung die Funktion
der Umschaltung in einem Ersatzschaltbild, so erkennt man, daß
jeder Strang seine induzierte EMK, seinen Widerstand R und
seine Induktivität L hat. Wegen der hohen Stromänderung und
der hieraus resultierenden hohen Spannung ist es zweckmäßig,
zwei oder drei kleinere Widerstände zwischen den Strängen
vorzusehen, welche die hohe Spannung leicht abbauen können, so
daß sie nicht schädlich wirken. Im übrigen ergibt sich aus den
diesbzgl. theoretischen Überlegungen, daß diese
Motorausführung nur bipolar zu realisieren ist.
Deshalb sieht auch eine weitere Variante der Erfindung vor,
daß der Rotor durch einen bipolaren Alnico-Magneten gebildet
ist. Es handelt sich also um einen Magneten in Zweikantform.
Eine andere Ausführungsform der Erfindung ist dadurch
gekennzeichnet, daß der Rotor auf einem Tragkörper zwei um
180° versetzte kreisringschalenförmige Permanentmagnete trägt,
deren Außenmantel sich über etwa 90° erstreckt.
Denkbar ist auch eine weitere Ausgestaltung der Erfindung, die
sich aus Anspruch 6 ergibt.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher
erläutert. Die Zeichnung zeigt verschiedene
Ausführungsbeispiele der Erfindung, teilweise stark
schematisiert und in ihrer Darstellung verkürzt, und zwar
Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch eine
erste Ausführungsform eines kollektorlosen
Gleichstrommotors;
Fig. 2 bis 4 schematisiert drei verschiedene
Querschnittsformen des Rotors mit
unterschiedlicher Magnetausbildung;
Fig. 5 in vergrößertem Maßstab, bei abgebrochener
Darstellung, eine der Fig. 1 entsprechende
Darstellung einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung;
Fig. 6 bis 8 verschiedene Ersatzschaltbilder mit
zugehörigen Angaben.
Die Motoren der Fig. 1 und 4 haben einen Stator 1 und einen
Rotor 2. Es handelt sich jeweils um zweipolige dreisträngige
Ausführungen, wobei in Fig. 1 lediglich eine der drei
Wicklungen 3 gezeichnet ist. Der Stator ist bei beiden Motoren
außen kreiszylinderförmig. Jeder besitzt drei Zähne 4, 5 und 6,
deren Innenflächen 7 auf einem gemeinsamen gedachten
Kreiszylinder liegen. Der Rotor 2 hat in Fig. 1 die Gestalt
eines Zweikants, während in Fig. 5 eine insgesamt
kreiszylindrische Außenkontur 8 vorgesehen ist. Der Rotor 2
trägt dort zwei um 180° gegeneinander versetzte
Permanentmagnete 9, die sich beim Ausführungsbeispiel über
einen Winkel 10 von vorzugsweise etwa 90° erstrecken, wobei im
Falle der besonderen Querschnittsform dieser Magnete deren
Außenkontur maßgeblich ist. Im übrigen stimmt bei dieser
Variante der Umfangswinkel jedes Zahns mit dem Magnetwinkel
überein, d. h. er beträgt auch etwa 90°.
Auch in Fig. 1 sind diese 90°-Winkel vorhanden. Gemäß Fig. 1
ist ein Alnico-Magnet vorgesehen. Die Fig. 2 bis 4 zeigen
verschiedene Varianten, bei welchen an einem Träger 11 jeweils
zwei Permanentmagnete 12 bzw. 13 bzw. 14 angebracht sind. Die
Permanentmagnete 12 und 13 sitzen außen auf dem
kreiszylindrischen Träger 11, während die Permanentmagnete 14
aufgrund ihrer ebenen Gestalt auf einen im Querschnitt
rechteckigen Träger 11 aufgebracht sind. Darüber tragen diese
Magnete 14 noch ein Rotorstück 15, damit auch bei dieser
Variante außen eine durch zwei Kreiszylinderteilflächen
begrenzte Form entsteht. Die Kanten der Magnete 13 der Fig. 3
verlaufen gemäß der Zeichnung radial, während sie sich in
Fig. 2 hinsichtlich ihres äußeren Teils parallel zueinander
erstrecken. In allen Fällen ist aber der Magnetwinkel jeweils
etwa 90°, wie die eingezeichneten Magnetwinkel 10 dieser drei
Figuren ausweisen. Der Zahnlückenwinkel 16 zwischen
benachbarten Zähnen ist bei allen Ausführungsbeispielen
bevorzugterweise etwa 30°. Der Rotor 2 besitzt somit außen
einen Nordpol und um 180° versetzt dazu einen Südpol. Die
Magnetisierung der Permanentmagnete 12 bis 14 erfolgt
demzufolge in radialer Richtung. Die Motor-Antriebswelle 17
ist in allen Figuren nur schematisch eingezeichnet. Die
Lagerung erfolgt in bekannter Weise im Stator 1.
Gemäß Fig. 6 sind die drei Stränge A, B, C der Wicklungen
dieses Motors zu einem Stern zusammengeschaltet. Die
zugehörigen drei Klemmen sind mit I, II und III bezeichnet. In
Abhängigkeit von den verschiedenen Rotorstellungen a bis f der
Fig. 6 ergeben sich die dort angegebenen Polaritäten. In
Rotorstellung a ist der Strang A in Reihe mit den zueinander
parallelen Strängen B und C geschaltet. Nach Wechsel der
Polarität von Strang C gemäß Rotorstellung b liegen jetzt die
Stränge A und C parallel und sie sind mit dem Strang B in
Reihe. Alles Weitere ergibt sich ohne weiteres aus den Fig.
6 und 7.
Diese Funktion der Umschaltung ist in Fig. 8 als
Ersatzschaltbild dargestellt. Jeder Strang hat seine
induzierte EMK, seinen Widerstand R (Innenwiderstand der
Spule) und seine Induktivität L. Strang C und Strang B haben
im Schaltzustand A die gleiche Stromrichtung. Im Schaltzustand
B ist noch eine Reihenschaltung der Stränge A und B vorhanden.
Strang C hängt frei und kann wegen der hohen Stromänderung
eine sehr hohe Spannung aufbauen. Mit zwei oder drei kleineren
Widerständen zwischen den Strängen kann diese aber leicht
abgebaut werden, so daß sie nicht schädlich wirkt.
Beim Umschalten in die Schaltstellung C ändert die EMK E des
Stranges C entsprechend Strang A die Richtung. Die Spannung an
der Induktivität L des Stranges C ist aber momentan
entgegengerichtet zu der von Strang A und kann erst durch
einen Stromfluß abgebaut werden. Es ergibt sich zwischen den
Strängen A und C ein Ausgleichsstrom, der hohe Werte annehmen
kann, aber keinen oder nur einen sehr geringen Einfluß auf den
Netzstrom hat. Diese Motorausführung ist nur bipolar zu
realisieren.
Claims (6)
1. Kollektorloser Gleichstrommotor mit einem Wicklungen (3)
aufweisenden Stator (1) und einem mit wenigstens zwei
Magnetpolen versehenen inneren Rotor (2), dadurch
gekennzeichnet, daß der Stator (1) mit mindestens drei
jeweils eine Wicklung (3) aufweisenden Zähnen (4 bis 6)
ausgestattet ist und sich die Zahl der Zähne zur Zahl der
Magnetpole wie 3:2 verhält, wobei drei Wicklungen (3)
dreier gleichmäßig in Umfangsrichtung gegeneinander
versetzter Zähne (4 bis 6) jeweils zu einem Stern
zusammengeschaltet sind, während bei mehreren Polpaaren
deren Wicklungen (3) zu einem Stern oder parallel zu einem
Strang zusammengeschaltet sind.
2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei
drei um jeweils 120° gegeneinander versetzten Zähnen (4
bis 6) der Magnetwinkel (10) jeweils ungefähr 90° und der
Nutwinkel (16) zwischen benachbarten Zähnen (4 bis 6)
jeweils etwa 30° betragen, und daß die Ansteuerung bipolar
erfolgt.
3. Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
in Reihe mit wenigstens zwei Wicklungen (3) des Stators
(1) bzw. zwischen zumindest zwei Stränge (A, B, C) jeweils
ein kleiner Widerstand geschaltet ist.
4. Motor nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (2) durch einen
bipolaren Alnico-Magneten gebildet ist.
5. Motor nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Rotor (2) auf einem Tragkörper
(11) zwei um 180° versetzte kreisringschalenförmige
Permanentmagnete (12, 13) trägt, deren Außenmantel sich
über etwa 90° erstreckt.
6. Motor nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Rotor (2) einen durch zwei sich
über etwa 90° erstreckende Kreisbogen und zwei parallele
Flächen gebildeten Mantel aufweist und sich in dessen
Innerem zwei plattenartige, symmetrisch zur geometrischen
Achse angeordnete Permanentmagnete (14) befinden, deren
Ebenen senkrecht zu den parallelen Flächen verlaufen.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19924213373 DE4213373A1 (de) | 1992-04-23 | 1992-04-23 | Bürstenloser Motor mit Stromspitzenabbau in Wickl. |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19924213373 DE4213373A1 (de) | 1992-04-23 | 1992-04-23 | Bürstenloser Motor mit Stromspitzenabbau in Wickl. |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4213373A1 true DE4213373A1 (de) | 1993-10-28 |
Family
ID=6457326
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19924213373 Ceased DE4213373A1 (de) | 1992-04-23 | 1992-04-23 | Bürstenloser Motor mit Stromspitzenabbau in Wickl. |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4213373A1 (de) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2065086A1 (de) * | 1969-06-10 | 1972-10-26 | Anvar Agence Nationale pour la Valorisation de la Recherche, Puteaux, Hauts-de-Seine (Frankreich) | Vielphasenwechselstromgenerator mit änderbarer Frequenz. Ausscheidung aus: 2028228 |
DE3329887A1 (de) * | 1982-08-19 | 1984-02-23 | Rotron Inc., 12498 Woodstock, N.Y. | Selbstanlaufender gleichstrommotor mit permanentmagnet |
US4950932A (en) * | 1989-05-30 | 1990-08-21 | General Electric Company | Axial flow fan integral with electronically commutated motor |
-
1992
- 1992-04-23 DE DE19924213373 patent/DE4213373A1/de not_active Ceased
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DE-Z: Schritt für Schritt in Position. In: elek- trotechnik,1973, H.7, S.20 * |
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MOCZALA, Helmut * |
u.a.: Elektrische Kleinmotoren. expert verlag Ehningen, 1987, S.187 * |
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