DE102007020533A1

DE102007020533A1 - Electrical hand tool`s electric motor, has stator comprising stator teeth, which are encompassed by coil, and electronic control device connected with power source for providing commutation of winding cables of motor

Info

Publication number: DE102007020533A1
Application number: DE102007020533A
Authority: DE
Inventors: Hans Hermann Rottmerhusen; Robert Rottmerhusen; Silvia Rottmerhusen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-05-05
Filing date: 2007-05-02
Publication date: 2007-11-15

Abstract

The electric motor has stator (1) comprising stator teeth (5), which are encompassed by a coil (6). A rotor (2) has rotor teeth (3), where the ratio of the stator teeth to the rotor teeth amounts to 3:2. A permanent magnet (4) is provided in a drum arrangement. An electronic control device is connected with a power source for providing the commutation of the winding cables of the motor.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Elektromotor für ein Elektrohandwerkzeug, gemäß dem Patentanspruch 1.The The invention relates to an electric motor for an electric hand tool, according to the claim 1.

Elektrohandwerkzeuge beinhalten vorwiegend einen Elektromotor, der mittels Bürsten über einen Kollektor kommutiert wird. Solche Motoren finden sowohl bei akkubetriebenen als auch bei netzbetriebenen Elektrohandwerkzeugen Anwendung.Electric hand tools contain predominantly an electric motor, which by means of brushes over a Collector is commutated. Such engines can be found both in battery-powered as well as in mains powered electric hand tools application.

Es kommen auch elektronisch kommutierte Elektromotoren bei Elektrohandwerkzeugen zum Einsatz, bei denen der Läufer entweder mit einzelnen Permanentmagneten bestückt ist, oder am Läufer ist ein mehrpoliger Ringmagnet angeordnet, und bei einem Läufer mit einem kleinen Durchmesser besteht der Läufer oft selbst aus einem mehrpolig magnetisierten Permanentmagneten. Die Magnetisierungsrichtung der Magnete oder des Magneten solcher Läufer erfolgt überwiegend senkrecht zum Luftspalt des Motors.It Electronically commutated electric motors also come with electric hand tools used in which the runner is either equipped with individual permanent magnets, or on the runner is a arranged multipole ring magnet, and with a runner with a small diameter of the runner often consists of a multipole itself magnetized permanent magnets. The magnetization direction of Magnets or the magnet of such runners is predominantly perpendicular to the air gap of the engine.

DE 102 46 761 A1 und DE 10 2004 003 711 A1 beschreibt ein Elektrohandwerkzeug mit einem elektronisch kommutierten Elektromotor. DE 102 46 761 A1 and DE 10 2004 003 711 A1 describes an electric hand tool with an electronically commutated electric motor.

Auf die Gestaltung und Auslegung des Antriebsmotors wird kein Bezug genommen.On the design and design of the drive motor is not a reference taken.

Elektromotoren für Elektrohandwerkzeuge müssen von einer niedrigen bis zu einer hohen Drehzahl bei anliegender Last flexibel steuerbar und hoch belastbar und überlastbar sein. Ein elektronisch kommutierter permanentmagnetisch erregter Elektromotor der bekannten Art, der diesen Anforderungen entspricht, ist schwierig in einem Elektrohandwerkzeug unterzubringen, da hier zur Anordnung eines solchen Motors lediglich nur ein begrenzter Raum zur Verfügung steht, wodurch der Außendurchmesser des Elektromotors entsprechend eingeschränkt ist. Zur Erzielung hoher Drehzahlen ist es von Vorteil, wenn der permanentmagnetisch erregte Läufer eine niedrige Feldstärke und eine geringe Anzahl Pole zum Ständer aufweist. Der Nachteil einer niedrigen Feldstärke der Permanentmagnete des Läufers und einer geringen Anzahl von Feldpolen am Läufer besteht im besonderen darin, daß wegen der Gefahr einer Entmagnetisierung des permanentmagnetisch erregten Läufers die Leistungsaufnahme und somit auch das Drehmoment des Elektromotors hierdurch eingeschränkt ist.electric motors for electric hand tools must from a low to a high speed when the load is applied flexibly controllable and highly loadable and overloadable. An electronic Commutated permanent magnetically excited electric motor of the known Art that meets these requirements is difficult in one To accommodate electric hand tool, since here to the arrangement of a such engine only has limited space, whereby the outer diameter the electric motor is restricted accordingly. To achieve high Speeds it is advantageous if the excited permanent magnet runner a low field strength and a small number of poles to the stand. The disadvantage a low field strength the permanent magnets of the rotor and a small number of field poles on the rotor is in particular in that because of the risk of demagnetization of the permanent magnetically excited rotor the Power consumption and thus the torque of the electric motor thereby restricted is.

Zur Erzielung einer hohen Leistungsaufnahme und einer hohen Drehzahl des permanentmagnetisch erregten Elektromotors ist es von Vorteil, wenn die Magnetisierungsrichtung der Permanentmagnete des Läufer nicht senkrecht zum Luftspalt des Elektromotors ausgerichtet ist. Für eine solche Ausrichtung der Permanentmagnete zum Luftspalt des Motors sind bereits eine Anzahl von Lösungsvorschlägen bekannt.to Achieving a high power consumption and a high speed of the permanently magnetically excited electric motor, it is advantageous if the magnetization direction of the permanent magnets of the rotor is not is aligned perpendicular to the air gap of the electric motor. For such Orientation of the permanent magnets to the air gap of the engine are already a number of possible solutions known.

DE 197 23 302 A1 beschreibt eine derartige Lösung. Der Läufer ist mit einem reluktanzunterstützten Permanentmagnetsystem ausgebildet, wobei die Anordnung der Permanentmagnete im Läufer eine Sammleranordnung ist. Der Läufer besteht aus einem gebleckten Kern, der Läuferzähne und dazwischen liegende Nuten aufweist, und in den Nuten sind Permanentmagnete angeordnet, die tangential so magnetisiert sind, daß immer zwei Pole gleicher Polarität auf einen Läuferzahn wirken, wobei die Magnetisierungsrichtung der Permanentmagnete parallel zum Luftspalt des Motors ausgerichtet ist. DE 197 23 302 A1 describes such a solution. The rotor is formed with a reluctance-supported permanent magnet system, wherein the arrangement of the permanent magnets in the rotor is a collector arrangement. The rotor consists of a bladed core having rotor teeth and grooves therebetween, and in the grooves permanent magnets are arranged which are magnetized tangentially so that always two poles of the same polarity act on a rotor tooth, the magnetization direction of the permanent magnets parallel to the air gap of Motors is aligned.

US 6 847 149 B2 beschreibt einen Elektromotor, bei dem die Permanentmagnete des Läufers in Sammleranordnung längs der Welle des Läufers in einer jeweils senkrecht zur Welle verlaufenden Nut angeordnet sind. Die Nuten des Läufers werden durch Kernglieder (Läuferzähne) gebildet, und diese Kernglieder sind einzeln durch entsprechende Vorrichtungen mit der Welle des Läufers drehfest verbunden. Die Ständerzähne besitzen zum Luftspalt eine spezielle ausgebildete Polfläche. US Pat. No. 6,847,149 B2 describes an electric motor in which the permanent magnets of the rotor are arranged in a collector assembly along the shaft of the rotor in a respective groove extending perpendicular to the shaft. The grooves of the rotor are formed by core members (rotor teeth), and these core members are individually rotatably connected by respective devices with the shaft of the rotor. The stator teeth have a special trained pole face to the air gap.

Ein Läufer der hier beschriebenen Art ist für einen Elektromotor mit einem kleinen Durchmesser, und im besonderen für ein Elektrohandwerkzeug zu aufwendig und zu kostenintensiv, und der Wirkungsgrad eines solchen Motors ist eingeschränkt, wobei aber das Klebmoment gering ist.One runner The type described here is for one Electric motor with a small diameter, and in particular for an electric hand tool too costly and too expensive, and the efficiency of such Motors is restricted, but the adhesive moment is low.

US 6 097 126 A beschreibt einen bürstenlosen Gleichstrommotor, der einen permanentmagnetisch erregten Reluktanzläufer einer besonderen Art beinhaltet. Zwischen den überkreuz angeordneten Läuferelementen ist ein Permanentmagnet angeordnet, der an den Läuferelementen am Luftspalt zum Ständer die Polbildung erzeugt. Die Schaltfolge der Wicklungsstränge und der Läuferschritte erfolgen in bekannter Weise eines Reluktanzmotors, und somit ist das Drehmoment mit einer entsprechenden Welligkeit behaftet. US Pat. No. 6,097,126 describes a brushless DC motor incorporating a permanent magnetically excited reluctance rotor of a particular type. Between the cross-arranged rotor elements, a permanent magnet is arranged, which generates the pole formation on the rotor elements at the air gap to the stator. The switching sequence of the winding strands and the rotor steps are carried out in a known manner a reluctance motor, and thus the torque is associated with a corresponding ripple.

Ein solcher ausgebildeter Elektromotor findet bei einem Elektrohandwerkzeug keine Anwendung.One such trained electric motor takes place in an electric hand tool no use.

Akkubetriebene Elektrohandwerkzeuge bedürfen im besonderen einen Elektromotor, der bei einer kleinen Baugröße eine hohe Drehzahl und in allen Drehbereichen ein kontinuierliches Drehmoment und einen hohen Wirkungsgrad aufweist, wobei die Polfühligkeit und die Geräuschentwicklung des Elektromotors gering sein soll.battery powered Electric hand tools require in particular, an electric motor, the one with a small size high speed and in all turning ranges a continuous torque and has a high efficiency, wherein the Polfühligkeit and the noise the electric motor should be low.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen kostengünstigen elektronisch kommutierten Elektromotor für ein Elektrohandwerkzeug zu schaffen, der bei anliegender Last flexibel steuerbar und hoch belastbar und überlastbar ist, und der in Bezug zur Baugröße ein verhältnismäßig hohes Drehmoment und hohe Drehzahlen erzielt, wobei die Polfühligkeit und die Geräusch entwicklung sowie die Erwärmung des Elektromotors gering sein soll.The invention is based on a low cost electronically commutated task To provide electric motor for an electric hand tool, which is flexibly controllable and high load capacity and overloadable with applied load, and achieved in relation to the size of a relatively high torque and high speeds, the Polfühligkeit and noise development and the heating of the electric motor should be low ,

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung sind den übrigen Ansprüchen und der Beschreibung zu entnehmen.These The object is solved by the features of independent claim 1. advantageous Design features of the invention are the remaining claims and to take the description.

Durch den speziellen Aufbau des Ständers und des Läufers des Elektromotors bestehen die Vorteile darin, daß ein besonders weicher Übergang der Läuferschritte von dem einen Läuferschritt zum nächsten Läuferschritt erzielt wird, und somit die Drehmomentwelligkeit und die Geräuschentwicklung des Elektromotors reduziert ist, wobei das Drehmoment am Anfang und am Ende eines Läuferschrittes annähernd gleich ist, und die Leistungsaufnahme sowie die effektive Leistungsabgabe deutlich erhöht ist, und der Elektromotor hoch belastbar ist.By the special construction of the stand and of the runner the electric motor, the advantages are that a particular smooth transition the runner steps from the one run step to the next runners step is achieved, and thus the torque ripple and the noise of the Electric motor is reduced, with the torque at the beginning and At the end of a run step approximately the same is, and the power consumption as well as the effective power output clearly increased is, and the electric motor is highly resilient.

Außerdem ist durch den speziellen Aufbau des Elektromotors eine Nachsteuerung des Kommutierungszeitpunktes der Wicklungsstränge bei steigender Drehzahl nicht erforderlich, da der Kommutierungszeitpunkt sich bis zu einem Viertel einer Ständerzahnbreite nach vorne verschieben kann, ohne daß hierbei der Wirkungsgrad des Elektromotors nennenswert beeinflußt wird.Besides that is due to the special design of the electric motor, a readjustment the commutation time of the winding strands with increasing speed not necessary, since the commutation time is up to one Quarter of a stator tooth width can move forward without this, the efficiency of the electric motor is significantly affected.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.The Invention will be explained below with reference to the drawing.

Dabei zeigt:there shows:

1 u. 2 in axialer Draufsicht eine Darstellung vom Ständer und Läufer des Elektromotors, 1 u. 2 in axial plan view of a representation of the stator and rotor of the electric motor,

3 u. 4 in axialer Draufsicht eine alternative Darstellung vom Ständer und Läufer des Elektromotors, 3 u. 4 in axial plan view an alternative representation of the stator and rotor of the electric motor,

5 in axialer Draufsicht eine weitere alternative Darstellung vom Ständer und Läufer des Elektromotors, 5 in axial plan view, another alternative representation of the stator and rotor of the electric motor,

6 eine Schaltungsanordnung der elektronischen Steuereinrichtung zur Kommutierung der Wicklungsstränge des Elektromotors. 6 a circuit arrangement of the electronic control device for commutation of the winding strands of the electric motor.

1 zeigt in axialer Draufsicht eine Ansicht des Elektromotors als Innenläufer mit Wicklungssträngen am Ständer 1 und einen Läufer 2 mit Läuferzähnen 3 und Permanentmagneten 4. Der Ständer besitzt bei einer zweipoligen Auslegung der Wicklungsstränge sechs zum Läufer gerichtete Ständerzähne 5, wobei die Wicklungsstränge jeweils zwei Spulen beinhalten, und die Spulen 6 der Wicklungsstränge umgreifen jeweils einen Ständerzahn 5. Die Wicklungsstränge sind während des Motorbetriebes derart an eine Stromquelle gelegt, daß die am Ständer sich gegenüber liegenden Ständerzähne jeweils gleichnamige Pole, und zwei nebeneinander liegende Ständerzähne jeweils ungleichnamige Pole zueinander bilden. Diese Polbildung ist am Ständer mit N, S gekennzeichnet. 1 shows in axial plan view of a view of the electric motor as an internal rotor with winding strands on the stator 1 and a runner 2 with runner teeth 3 and permanent magnets 4 , The stator has in a two-pole design of the winding strands six directed to the rotor stator teeth 5 , wherein the winding strands each include two coils, and the coils 6 The winding strands each encompass a stator tooth 5 , The winding strands are placed during operation of the motor to a power source such that the stand on the stator opposite each pole of the same name, and two adjacent stator teeth each form unlike poles to each other. This Polbildung is marked on the stand with N, S.

Der Läufer 2 ist als ein permanentmagneterregter Reluktanz-Läufer ausgebildet. Die Läuferzähne 3 des Läufers 2 bilden zum Ständer die Polflächen 7 des PM erregten Läufers, wobei die Permanentmagnete 4 in Sammleranordnung längs der Welle des Läufers in einer jeweils senkrecht zur Welle verlaufenden Nut 8 angeordnet sind, und die jeweils zum Läuferzahn 3 weisende Polfläche der Permanentmagnete besitzen eine gleichnamige Polbildung zueinander, die am Luftspalt die Polfelder zum Ständer bilden. Die Breite der Nuten 8 des Läufers 2 entspricht der Höhe der Permanentmagnete 4, wobei die Nutöffnung 9 der Nuten 8 kleiner gehalten sein kann wie die Höhe der Permanentmagnete, und die Läuferzähne 3 Nasen 10 zur Nutöffnung aufweisen, um ein Herausschleudern der Permanentmagnete aus den Nuten zu verhindern. Das Verhältnis der Ständerzähne zu den Läuferzähnen beträgt 3:2.The runner 2 is designed as a permanent-magnet-excited reluctance rotor. The runner teeth 3 of the runner 2 form the poles to the stand 7 of the PM excited rotor, with the permanent magnets 4 in a collector arrangement along the shaft of the rotor in a respective groove extending perpendicular to the shaft 8th are arranged, and each to the rotor tooth 3 pointing pole face of the permanent magnets have a poling of the same name to each other, which form the polar fields to the stator at the air gap. The width of the grooves 8th of the runner 2 corresponds to the height of the permanent magnets 4 , wherein the groove opening 9 the grooves 8th can be kept smaller than the height of the permanent magnets, and the rotor teeth 3 nose 10 for slot opening to prevent ejection of the permanent magnets from the grooves. The ratio of the stator teeth to the rotor teeth is 3: 2.

Zur Erzielung eines hohen Wirkungsgrades des Motors, beträgt vorzugsweise die Breite der Nutöffnung 9 der Nuten 8 des Läu fers mindestens etwa die halbe Breite eines Ständerzahns 5, und höchstens plus etwa der Weite einer Ständer-Nutöffnung. Die Permanentmagnetbreite in der Richtung zur Welle wird bestimmt durch die zum Luftspalt gerichtete gewünschte Feldstärke, je breiter die Permanentmagnete ausgelegt sind, und je geringer der Zwischenraum der Permanentmagnete zueinander im Bereich der Welle gestaltet ist, desto höher ist die zum Luftspalt gerichtete Feldstärke an den Läuferzähnen. Die Läuferzähne 3 sind zusammenhängend an der Welle 11 des Läufers 2 angeordnet, und werden vorzugsweise aus aufgestapelten Blechen gebildet, somit besteht der Läuferkörper aus einem Blechlamellenpaket.To achieve a high efficiency of the motor, preferably the width of the slot opening 9 the grooves 8th der Läu fers at least about half the width of a stator tooth 5 , and at most plus about the width of a stator slot opening. The permanent magnet width in the direction of the shaft is determined by the desired field strength directed towards the air gap, the wider the permanent magnets are designed, and the smaller the spacing of the permanent magnets relative to one another in the region of the shaft, the higher the field strength directed to the air gap on the rotor teeth , The runner teeth 3 are connected to the wave 11 of the runner 2 arranged, and are preferably formed from stacked sheets, thus the rotor body consists of a lamination stack.

1 zeigt während des An- und Hochlaufs die Läuferstellung, bei der ein Läuferschritt vorzugsweise beendet wird, hierbei befindet sich der ablaufende und auflaufende Läuferzahn 3' jeweils etwa mittig zu den nebeneinander liegenden ungleichnamig erregten Ständerzähnen, und der nachfolgende auflaufende Läuferzahn 3'' befindet sich mit der auflaufenden Kante 12 in Bezug zur Drehrichtung des Läufers jeweils etwa an der Kante 13 des ersten Ständerzahns der nebeneinander liegenden ungleichnamig erregten Ständerzähne. Die Läuferschritte werden durch Umpolung der Wicklungsstränge beendet. 1 shows during run and run the runner position in which a runner step is preferably completed, here is the expiring and auflaufende rotor tooth 3 ' each about centrally to the adjacent unlike excited stator teeth, and the subsequent auflaufende rotor tooth 3 '' is located with the leading edge 12 in relation to the direction of rotation of the runner each about at the edge 13 of the first stator tooth of the adjacent unlike excited stator teeth. The rotor steps are by reversing the winding strands ge finished.

2 zeigt während des An- und Hochlaufs den beendeten Läuferschritt durch Umpolung der Wicklungsstränge, wobei gleichzeitig der nächste Läuferschritt eingeleitet ist. Die auflaufende Kante 12 des Läuferzahns 3'' befindet sich nun jeweils in Bezug zur Drehrichtung des Läufers etwa an der auflaufenden Kante 13' des zweiten Ständerzahns der nebeneinander liegenden ungleichnamig erregten Ständerzähne. 2 shows during startup and run-up the completed run step by reversing the polarity of the winding strands, at the same time the next run step is initiated. The leading edge 12 of the runner tooth 3 '' is now in each case in relation to the direction of rotation of the rotor as at the leading edge 13 ' of the second stator tooth of the adjacent stator teeth excited in opposite directions.

Durch diese Anordnung der Schaltvorgänge der Läuferschritte ist das Drehmoment am Anfang und am Ende eines Läuferschrittes annähernd gleich, und eine Nachsteuerung des Kommutierungs zeitpunktes der Wicklungsstränge ist bei einer steigenden Drehzahl nicht erforderlich, da der Kommutierungszeitpunkt sich bis zu einem Viertel einer Ständerzahnbreite nach vorne verschieben kann, ohne daß hierbei der Wirkungsgrad des Elektromotors nennenswert beeinflußt wird.By this arrangement of the switching operations of runners steps the torque is approximately the same at the beginning and at the end of a run step, and a follow-up of the commutation time of the winding strands is at a rising speed is not required, since the commutation time Move up to a quarter of a stator tooth width forward can, without this the efficiency of the electric motor is significantly affected.

Eine Läuferumdrehung kann sowohl mit zwölf Läuferschritten als auch mit sechs Läuferschritten erfolgen, indem ein Läuferschritt die Wegstrecke der Breite eines halben Ständerzahns entspricht, oder die Wegstrecke entspricht der Breite eines Ständerzahns plus jeweils der Weite einer Nutöffnung.A runner revolution can be with twelve runners steps as well as with six runner steps done by a runner step the distance corresponds to the width of half a stator tooth, or the distance corresponds to the width of a stator tooth plus each of the Width of a slot opening.

Elektrohandwerkzeuge besitzen in der Regel ein Getriebe mit einem zugeordneten Elektromotor. Um das Gewicht eines solchen Elektrohandwerkzeugs niedrig zu halten, und für eine gute Handhabung eine optimale Ergonomie zu erzielen, ist die Größe der Außenbemaßung des Elektrohandwerkzeug entsprechend eingeschränkt, daher steht für einen Elektromotor lediglich nur ein eingeschränkter Raum zur Verfügung. Um nun mit dem Läufer eines elektronisch kommutierten Elektromotors ein ausreichendes Drehmoment während des Anlaufs und in den niedrigen Drehzahlen zu erzielen, ist ein solcher Elektromotor entsprechend auszulegen.Electric hand tools usually have a gearbox with an associated electric motor. Around to keep the weight of such an electric hand tool low, and for good handling to achieve optimal ergonomics is the size of the exterior dimensions of the Electric hand tool accordingly restricted, therefore stands for one Electric motor only a limited space available. Around now with the runner an electronically commutated electric motor sufficient Torque during of startup and low revs is one to design such electric motor accordingly.

In 3 und 4 ist ein solcher Elektromotor dargestellt.In 3 and 4 is shown such an electric motor.

Das Blechpaket 14 des Ständers ist so gehalten, daß der Läufer 15 einen verhältnismäßig großen Durchmesser aufweist, hierfür sind die Ständerzähne derart gestaltet, daß die Ständerzähne lange schmale Polhörner 16 besitzen, und der Rückschluß 17 am Blechpaket 14 des Ständers ist auch sehr schmal ausgelegt, so daß jeweils zur Aufnahme der Spule am Ständerzahn ein hierfür erforderlicher Raum zur Verfügung steht. Der Fluß der Magnetfelder, der nicht über den Rückschluß 17 des Blechpakets 14 aufgenommen werden kann, wird durch den Eisenzylinder 18 des Ständers aufgenommen. Dieser Eisenzylinder 18 besitzt bei ei ner Anflanschung des Elektromotors an einem Getriebe Lagerschilde.The laminated core 14 the stand is held so that the runner 15 has a relatively large diameter, this is the stator teeth designed such that the stator teeth long narrow Polhörner 16 own, and the inference 17 on the laminated core 14 The stand is also designed to be very narrow, so that in each case a space required for receiving the coil on the stator tooth is available. The flux of the magnetic fields, which does not have the inference 17 of the laminated core 14 can be absorbed by the iron cylinder 18 of the stand. This iron cylinder 18 has at ei ner flanging the electric motor to a gearbox end shields.

Eine derartige Auslegung des Blechpakets des Ständers ist dadurch ermöglicht, daß die Spulen der Wicklungsstränge lediglich jeweils einen Ständerzahn umschlingen, und diese Spulen werden vorzugsweise maschinell eingespult.A Such a design of the laminated core of the stator is made possible by that the Coils of the winding strands only one stator tooth each wrap around, and these coils are preferably wound up by machine.

Zur Erzielung einer hohen Drehzahl und einer geringen Polfühligkeit ist das Volumen der Permanentmagnete entsprechend reduziert. Damit die zum Luftspalt gerichteten Nutöffnungen 19 des Läufers 15 von der einen Polfläche zu der benachbarten Polfläche, der zum Luftspalt gerichteten Polfläche 20 der Läuferzähne 21, mindestens etwa die halbe Breite eines Ständerzahns 5 aufweist, ist der Abstand der Permanentmagnete 22 zu den Ständerzähnen 5 entsprechend vergrößert, und die Läuferzähne 21 sind jeweils mit einer zu den Permanentmagneten 22 bildende Nase 23 entsprechend abgeschrägt, wodurch die Weite der Nutöffnung 19 am Luftspalt mindestens etwa auf die halbe Breite eines Ständerzahns, und höchstens plus etwa der Weite einer Ständer-Nutöffnung vergrößert ist, und hiermit eine Verminderung des Wirkungsgrades des Elektromotors, durch die Anordnung von Permanentmagneten mit einer geringen Höhe, verhindert wird. Die zu den Permanentmagneten Nase bildende Abschrägung 24 der Läuferzähne 21 ist in der 3 geradlinig ausgelegt.To achieve a high speed and a low Polfühligkeit the volume of the permanent magnets is reduced accordingly. So that the slot openings directed to the air gap 19 of the runner 15 from the one pole face to the adjacent pole face, the pole face directed towards the air gap 20 the runner teeth 21 , at least about half the width of a stator tooth 5 has, the distance between the permanent magnets 22 to the stator teeth 5 correspondingly enlarged, and the rotor teeth 21 are each with one of the permanent magnets 22 forming nose 23 Beveled accordingly, reducing the width of the slot opening 19 is increased at the air gap at least about half the width of a stator tooth, and at most plus about the width of a stator slot opening, and thus a reduction in the efficiency of the electric motor, by the arrangement of permanent magnets with a low height prevented. The chamfer forming the permanent magnets nose 24 the runner teeth 21 is in the 3 designed in a straight line.

Wie in 4 dargestellt, kann vorzugsweise sowohl die zum Luftspalt gerichtete Polfläche 20' der Läuferzähne 21, als auch die Nase bildende Abschrägung 24' variabel bogenförmig ausgelegt sein. Diese Auslegung besitzt den Vorteil, daß ein besonders weicher Übergang der Läuferschritte von dem einen Läuferschritt zum nächsten Läuferschritt erzielt werden kann, und somit auch die Drehmomentwelligkeit und die Polfühligkeit des Elektromotors weiter reduziert ist. Die Nuten 25 zur Aufnahme der Permanentmagnete 22 sind vorzugsweise am Nutengrund 26 halbkreisförmig ausgebildet. Durch eine solche Ausbildung der Nuten des Läufers, können die zuvor magnetisierten Permanentmagnete 22 sicher in die Nuten 25 kleberfrei eingepreßt werden. An den Stirnseiten des Läufers können Auswuchtscheiben angeordnet sein, die vorzugsweise zur Kühlung der Ständerwicklung mit Lüfterflügel versehen sind, und zur Sicherung der Permanentmagnete dienen können.As in 4 may preferably be both the pole face directed towards the air gap 20 ' the runner teeth 21 , as well as the nose-forming bevel 24 ' be designed variably arcuate. This design has the advantage that a particularly smooth transition of the rotor steps can be achieved by the one rotor step to the next rotor step, and thus the torque ripple and the pole sensitivity of the electric motor is further reduced. The grooves 25 for receiving the permanent magnets 22 are preferably at the bottom of the groove 26 semicircular. By such a design of the grooves of the rotor, the previously magnetized permanent magnets 22 safely in the grooves 25 be pressed adhesive-free. Balancing disks can be arranged on the end faces of the rotor, which disks are preferably provided with fan blades for cooling the stator winding, and can serve to secure the permanent magnets.

1 bis 4 zeigen einen Elektromotor, bei dem der Ständer sechs Ständerzähne aufweist und an jedem Ständerzahn ist eine Spule angeordnet, wobei der Läufer vierpolig ausgelegt ist. Für sehr hohe Drehzahlen kann der Läufer auch zweipolig ausgelegt sein. 1 to 4 show an electric motor in which the stator has six stator teeth and on each stator tooth, a coil is arranged, wherein the rotor is designed four-pole. For very high speeds, the rotor can also be designed with two poles.

5 zeigt einen Elektromotor, bei dem der Ständer sechs Ständerzähne aufweist, und der Läufer ist zweipolig ausgelegt, somit beträgt das Verhältnis der Ständerzähne zu den Läuferzähnen 3:1. Die Spulen der dreisträngigen Ständerwicklung umgreifen hier jeweils zwei Ständerzähne, mit einer durch N, S dargestellten Polbildung am Ständer. Die Läuferzähne 27 sind hier jeweils mit einer zu den Permanentmagneten 22' bildende Nase 23 derart abgeschrägt, daß die Weite der Nutöffnung 19' der Nuten 25' des Läufers 28 am Luftspalt etwa um die Breite eines Ständerzahns vergrößert ist. Bei Beginn eines Läuferschrittes ist die auflaufende Kante 12' der Läuferzähne 27 vorzugsweise in Bezug zur Drehrichtung des Läufers jeweils zur auflaufenden Kante 29 des jeweils ersten Ständerzahns der jeweiligen Polfelder am Ständer ausgerichtet. Eine Läuferumdrehung kann hier sowohl mit sechs Läuferschritten, als auch mit drei Läuferschritten erfolgen, indem ein Läuferschritt jeweils die Wegstrecke der Breite eines Ständerzahns entspricht, oder die Wegstrecke entspricht der Breite von jeweils zwei Ständerzähnen. 5 shows an electric motor in which the stator has six stator teeth, and the rotor is designed bipolar, so the behavior is nis of the stator teeth to the rotor teeth 3: 1. The coils of the three-stranded stator winding here encompass two stator teeth each, with a pole formation represented by N, S on the stator. The runner teeth 27 Here are each one with the permanent magnet 22 ' forming nose 23 bevelled so that the width of the slot opening 19 ' the grooves 25 ' of the runner 28 is enlarged at the air gap about the width of a stator tooth. At the beginning of a run step is the leading edge 12 ' the runner teeth 27 preferably in relation to the direction of rotation of the rotor in each case to the leading edge 29 of the respective first stator tooth of the respective pole fields aligned on the stator. A rotor rotation can take place here both with six rotor steps, as well as with three rotor steps, in that a rotor step corresponds in each case to the distance of the width of a stator tooth, or the distance corresponds to the width of two stator teeth in each case.

Zur Gewichtreduzierung des Läufers können die Läuferzähne 3, 21, 27 mit Aussparungen 30 versehen werden, diese Aussparungen bewirken auch eine geringere Erwärmung des Läufers.To reduce the weight of the rotor, the rotor teeth 3 . 21 . 27 with recesses 30 be provided, these recesses also cause less heating of the rotor.

Durch die Kombination des speziellen Aufbaus des Läufers und der speziellen Anordnung der Spulen der Wicklungsstränge am Ständer und das Zusammenwirken dieser Kombination durch die Steuerung des Drehfeldes am Ständer mittels einer elektronischen Steuereinrichtung und der Ausrichtung der Läuferpole zum Ständerfeld, wird bei jeder Läuferstellung ein annähernd gleiches Drehmoment erzielt, und die effektive Leistungsabgabe ist vergleichsweise deutlich erhöht, wobei der Elektromotor hoch belastbar ist, ohne daß hierbei die Gefahr einer Entmagnetisierung der Permanentmagnete besteht.By the combination of the special construction of the runner and the special arrangement the coils of the winding strands on the stand and the interaction of this combination by the control of the Rotating field on the stand by means of an electronic control device and the alignment the runner poles to the stator field, is at every runner position an approximate achieved the same torque, and the effective power output is comparatively significantly increased, wherein the electric motor is highly resilient, without this the danger of demagnetization of the permanent magnets exists.

Zur Anlegung der Wicklungsstränge an eine Stromquelle ist dem Elektromotor eine Ansteuerelektronik zugeordnet.to Application of the winding strands to a power source, the electric motor is a control electronics assigned.

6 zeigt eine Schaltungsanordnung der elektronischen Steuereinrichtung zur Kommutierung der Wicklungsstränge. Die Wicklungsstränge sind jeweils mit dem einen Ende an einer transistorbestückten Halbbrücke 31 angeschlossen und mit dem anderen Ende in Stern geschaltet, und den Transistoren 32; 32' ist eine Steuereinheit 33 zugeordnet. 6 shows a circuit arrangement of the electronic control device for commutation of the winding strands. The winding strands are each with one end to a transistor-equipped half-bridge 31 connected and starred at the other end, and the transistors 32 ; 32 ' is a control unit 33 assigned.

Die Erkennung der Läuferstellung kann mit den bekannten Mitteln erfolgen, oder die Ermittlung des Schaltzeitpunktes der Wicklungsstränge wird elektronisch ermittelt und erfolgt somit sensorlos.The Detection of runner position can be done with the known means, or the determination of the Switching time of the winding strands is determined electronically and thus takes place sensorless.

Für eine Schnellabbremsung des Motors wird ein Wicklungsstrang über ein Schaltglied zum Sternpunkt oder zu einem weiteren Wicklungsstrang kurzgeschlossen.For a quick stop of the motor is a winding strand via a switching element to the neutral point or shorted to another winding strand.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel kann der Elektromotor auch eine andere Polpaarzahl, und somit eine andere Anzahl von Ständerzähnen und Läuferzähnen besitzen, und die Bemaßung der Permanentmagnete eine andere sein.at the illustrated embodiment can the electric motor also a different number of pole pairs, and thus another Number of stator teeth and Have runner teeth, and the dimensioning of Permanent magnets be another.

Claims

Electric motor for an electric hand tool with a stand ( 1 ) with upright teeth ( 5 ), each of a coil ( 6 ) and a runner ( 2 ; 15 ) with runner teeth ( 3 ; 21 ) and with permanent magnets ( 4 ; 22 ) in a collector arrangement, wherein the ratio of the stator teeth to the rotor teeth is 3: 2, and with a power source connectable electronic control device for commutation of the winding strands of the electric motor, wherein the electric motor is a permanent magnet excited motor of a special kind, in whose runner ( 2 ; 15 ) from a belled core with rotor teeth ( 3 ; 21 ) and grooves ( 8th ; 25 ) with permanent magnets ( 4 ; 22 ) is formed, and the groove opening ( 9 ; 19 ) of the grooves of the rotor at the air gap in the region of the stator teeth at least about half the width of a stator tooth ( 5 ), and at most plus about the width of a stator slot opening, and that the commutation of the winding strands is selected such that the commutation can move forward with increasing speed of the rotor up to a quarter of a stator tooth width without a necessary Nachsteuerung by at Start of the electric motor, the commutation of the winding strands is set so that during the completion of a run step of the expiring and auflaufende rotor tooth ( 3 '; 21 ' ) is in each case approximately centrally to the adjacent unlike excited stator teeth, and the subsequent auflaufende rotor tooth ( 3 ''; 21 '' ) each with the leading edge ( 12 ), in relation to the direction of rotation of the rotor, approximately at the leading edge ( 13 ) of the first stator tooth of the adjacent unlike excited stator teeth is, and by reversing the polarity of the winding strands of the next run step is initiated, the leading edge ( 12 ) of the now running and running rotor tooth ( 3 ''; 21 '' ), in relation to the direction of rotation of the rotor, approximately at the leading edge ( 13 ' ) of the second stator tooth of the adjacent unlike excited stator teeth is located.

Electric motor according to claim 1, characterized in that the distance between the permanent magnets ( 22 ; 22 ' ) of the runner to the stator teeth ( 5 ) is increased by the rotor teeth ( 21 ; 27 ), towards the permanent magnets ( 22 ; 22 ' ), a bevel ( 24 ) with a nose ( 23 ) exhibit.

Electric motor according to Claims 1 and 2, characterized in that the pole face directed towards the air gap ( 20 ' ) of the rotor teeth ( 21 ) as well as the nose ( 23 ) forming bevel ( 24 ' ) is designed variably arcuate, wherein the rotor teeth are formed integrally from a laminated core.

Electric motor according to Claims 1 to 3, characterized in that the grooves ( 25 ) for receiving the permanent magnets ( 22 ) are formed such that the magnetized permanent magnets are pressed into the grooves of the rotor adhesive-free.

Electric motor according to Claims 1 to 4, characterized in that the stator teeth have narrow pole horns ( 16 ) and the inference ( 17 ) on the laminated core ( 14 ) of the stator is narrow, wherein the flux of the magnetic fields does not have the inference ( 17 ), over an iron cylinder ( 18 ) of the stand.

Electric motor according to claim 1 to 5, characterized that on the front sides of the rotor balancing discs are arranged, for cooling the Stand winding provided with fan blades are, and also serve to secure the permanent magnets of the rotor.

Electric motor according to Claims 1 to 6, characterized that the runners steps the distance of the width of a half-tooth, or the distance the width of a stator tooth plus each of the width of a slot opening equivalent.

Electric motor according to claim 1, characterized in that the rotor ( 28 ) is two-pole, and the ratio of the stator teeth to the rotor teeth is 3: 1, wherein the width of the slot opening ( 19 ' ) of the grooves ( 25 ' ) of the runner ( 28 ) corresponds approximately to the width of a stator tooth at the air gap, and the coils of the stator winding each encompass two stator teeth, wherein each stator tooth is field-excited, and the leading edge ( 12 ' ) of the rotor teeth ( 27 ) with respect to the direction of rotation of the rotor in each case to the leading edge ( 29 ) of the respective first stator tooth of the respective pole fields is aligned on the stator.

Electric motor according to claim 8, characterized in that that one runner revolution both with six runner steps, as well as with three runner steps can be done by a runner step in each case the distance of the width of a stator tooth, or the distance the width of each two stator teeth corresponds.

Electric motor according to Claims 1 to 9, characterized in that, to optimize the rotor, the rotor teeth ( 3 . 21 . 27 ) with a recess ( 30 ) or recesses are provided.