-
GEBIET DER ERFINDUNG
-
Die Erfindung betrifft einen Einphasenpermanentmagnetmotor und insbesondere einen Einphasenpermanentmagnetmotor mit Innenläufer.
-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
Ein Einphasenpermanentmagnetmotor hat allgemein einen Ständerkern, Ständerwicklungen und einen Permanentmagnetläufer. Der Ständerkern bildet Klauenpole, und die Ständerwicklungen sind um die Klauenpole herumgeführt. Wenn die Wicklungen bestromt werden, werden die Klauenpole polarisiert. Jeder der Klauenpole wirkt als ein Magnetpol des Ständerkerns und wirkt mit Permanentmagnetpolen des Permanentmagnetläufers zusammen, so dass der Läufer zu einer kontinuierlichen Drehung angetrieben wird, wodurch wiederum die Last drehend oder translatorisch angetrieben wird, wie zum Beispiel bei einer Fahrzeuganwendung ein Fenster, das geöffnet oder geschlossen wird.
-
Im Allgemeinen ist die Anzahl der Magnetpole des Ständerkerns des Einphasenpermanentmagnetmotors die gleiche wie die Anzahl von Magnetpolen des Permanentmagnetläufers. Das Ergebnis ist, dass die Permanentmagnetpole des Permanentmagnetläufers entlang der radialen Richtung des Motors auf die Magnetpole des Ständers ausgerichtet werden, wenn der Motor außer Strom gesetzt und angehalten wird, wodurch ein Totpunkt gebildet wird, der es unmöglich macht, dass der Läufer anläuft, wenn der Motor erneut mit Strom gespeist wird.
-
ÜBERSICHT
-
Aus diesem Grund wird ein Einphasenpermanentmagnetmotor gewünscht, bei dem sich wirksam vermeiden lässt, dass beim Abschalten des Motors ein Totpunkt gebildet wird, so dass der Motor erfolgreich anlaufen kann, wenn er erneut mit Strom gespeist wird.
-
Ein Einphasenpermanentmagnetmotor hat einen Ständer und einen Läufer. Der Ständer hat einen Ständerkern und um den Ständerkern herumgeführte Wicklungen. Der Ständerkern hat ein Joch und mindestens zwei Klauenpole, die sich von dem Joch erstrecken. Jeder der Klauenpole bildet eine Bogenpolfläche. Die Bogenpolflächen der Klauenpole definieren zusammenwirkend einen Raum. Der Läufer ist in dem Raum des Ständers drehbar angeordnet. Der Läufer hat mindestens zwei Permanentmagnetpole. Die Bogenpolfläche jedes Klauenpols ist eine gekrümmte Evolventenfläche, so dass zwischen den Bogenpolflächen und dem Läufer ein ungleichmäßiger Luftspalt gebildet wird.
-
Vorzugsweise hat jeder der Permanentmagnetpole eine Magnetpolfläche, die der Bogenpolfläche des Ständers zugewandt ist, wobei zwischen den Bogenpolflächen und den Magnetpolflächen ein ungleichmäßiger Luftspalt definiert wird.
-
Vorzugsweise ändert sich ein radialer Abstand zwischen jeder Bogenpolfläche und einer zentralen Achse des Läufers entlang einer Umfangsrichtung der Bogenpolfläche allmählich von einem Ende der Bogenpolfläche zu dem anderen Ende der Bogenpolfläche, wobei sich der ungleichmäßige Luftspalt zwischen jeder Bogenpolfläche und dem Läufer von dem einen Ende zu dem anderen Ende allmählich ändert.
-
Vorzugsweise sind die Klauenpole voneinander beabstandet, wobei die distalen Enden von jeweils zwei benachbarten Klauenpolen zwischen sich einen Spalt definieren und wobei die Bogenpolflächen in der Umfangsrichtung nicht kontinuierlich sind und an den Spalten zwischen den Klauenpolen unterbrochen sind.
-
Vorzugsweise beträgt der Spalt zwischen den benachbarten Klauenpolen das 0~6-fache eines Maximalwerts des Luftspalts.
-
Vorzugsweise ist der Luftspalt zwischen den benachbarten Klauenpolen größer als das Zweifache des Maximalwerts des Luftspalts und kleiner als das Vierfache des Maximalwerts des Luftspalts.
-
Vorzugsweise beträgt eine Breite des Luftspalts zwischen den Klauenpolen im Wesentlichen das Zweifache der maximalen Breite des Luftspalts zwischen dem Ständer und dem Läufer.
-
Vorzugsweise ist der Ständerkern ein U-förmiger Kern, und die beiden Schenkel erstrecken sich von zwei Enden des Jochs, liegen parallel zueinander und sind voneinander beabstandet. Jeder der Schenkel bildet an seinem distalen Ende einen der Klauenpole, und eine Innenfläche jedes Klauenpols, die dem anderen Klauenpol zugewandt ist, ist konkav ausgebildet, um die Bogenpolfläche zu bilden.
-
Vorzugsweise ist jeder Klauenpole C-förmig, wobei zwei Enden jedes der Klauenpole in Richtung auf die anderen Klauenpole vorspringen, um Polspitzen zu bilden.
-
Vorzugsweise ist der Ständerkern ein im Wesentlichen θ-förmiger Kern und hat zwei zueinander parallele und voneinander beabstandete Joche, wobei zwei Schenkel jeweils einander gegenüberliegende Enden der beiden Joche miteinander verbinden. Die Anzahl der Klauenpole beträgt zwei. Die beiden Klauenpole erstrecken sich von der jeweiligen Mitte der beiden Joche senkrecht zueinander, und eine dem anderen Klauenpol zugewandte Innenfläche jedes Klauenpols ist konkav ausgebildet, um die Bogenpolfläche zu bilden.
-
Vorzugsweise ist das Joch ringförmig. Eine Mehrzahl von Schenkeln erstreckt sich von einer Innenfläche des Jochs radial und nach innen. Die Klauenbereiche sind jeweils an radial inneren Enden der Schenkel gebildet, und jeder Klauenpol ist bogenförmig, und eine radiale Innenfläche jedes Klauenpols wirkt als Bogenpolfläche des Klauenpols.
-
Vorzugsweise wird der Kern gebildet, indem eine Mehrzahl von Segmenten gespleißt wird, wobei jedes der Segmente einen bogenförmigen Jochbereich und einen sich von einer radialen Innenfläche des Jochbereichs erstreckenden Schenkel aufweist. Die Klauenpole sind jeweils an distalen Enden der Schenkel gebildet. Ein Ende jedes Jochbereichs springt in der Umfangsrichtung nach außen vor, um eine Nase zu bilden, und das andere Ende jedes Jochbereichs ist konkav ausgebildet, um eine Vertiefung zu definieren. Die Nase jedes Jochbereichs befindet sich im Eingriff mit der Vertiefung eines benacharten Jochbereichs, um das ringförmige Joch zu bilden.
-
Vorzugsweise ist das Joch im Wesentlichen rechteckig. Zwei Schenkel erstrecken sich von Innenflächen von zwei einander gegenüberliegenden Seiten des Jochs. Die Anzahl der Klauenpole beträgt zwei. Die beiden Klauenpole sind jeweils an distalen Enden der Schenkel gebildet. Zwei Hilfsklauenpole sind an Innenflächen der anderen beiden gegenüberliegenden Seiten des Jochs verbunden. Die beiden Klauenpole und die beiden Hilfsklauenpole sind entlang der Umfangsrichtung alternierend angeordnet. Eine radiale Größe jedes Hilfsklauenpols ist kleiner als die jedes Klauenpols, und eine Innenfläche jedes der Klauenpole und der Hilfsklauenpole ist konkav ausgebildet, um die Bogenpolflächen zu bilden.
-
Vorzugsweise ist das Joch länglich. Die beiden Schenkel erstrecken sich einstückig von einem Paar kürzerer Seiten des Jochs, und die beiden Hilfsklauenpole werden separat gebildet und dann jeweils mit einem Paar längerer Seiten des Jochs verbunden.
-
Vorzugsweise ist die Bogenpolfläche jedes Hilfsklauenpols eine gekrümmte Evolventenfläche, und der Luftspalt zwischen der Polbogenfläche jedes Hilfsklauenpols und des Läufers ist ungleichmäßig.
-
Vorzugsweise erstreckt sich die Polfläche jedes der Klauenpole und der Hilfsklauenpole entlang derselben Umfangsrichtung spiralförmig nach außen.
-
Vorzugsweise sind die Wicklungen nur um Schenkel herumgeführt, die mit den Klauenpolen verbunden sind.
-
Im Vergleich zum Stand der Technik bildet der Kern des Einphasenpermanentmagnetmotors gemäß vorliegender Erfindung bogenförmige Evolventen-Polflächen, und der Ständer und der Läufer bilden einen ungleichmäßigen Luftspalt, der bewirkt, dass die Polachse des Läufers von der zentralen Achse der Klauenpole um einen bestimmten Winkel versetzt ist, wenn der Motor abgeschaltet wird und anhält, so dass der Läufer des Motors daran gehindert wird, an der Totpunktposition anzuhalten. Dadurch kann der Motor beim nächsten Start leichter anlaufen.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 zeigt schematisch einen Einphasenpermanentmagnetmotor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
-
2 ist eine Vorderansicht des Motors von 1;
-
3 ist eine schematische Darstellung des Ständerkerns des Motors von 1;
-
4 ist eine schematische Ansicht eines Einphasenpermanentmagnetmotors gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
-
5 ist eine Vorderansicht des Motors von 4;
-
6 zeigt schematisch den Ständerkern des Motors von 4;
-
7 ist eine schematische Ansicht eines Einphasenpermanentmagnetmotors gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
-
8 ist eine Vorderansicht des Motors von 7;
-
9 ist eine vergrößerte Ansicht einer Hälfte des Motors von 7;
-
10 ist eine schematische Darstellung eines Ständers des Motors von 7;
-
11 ist eine Vorderansicht des Ständers von 10;
-
12 ist eine zum Teil auseinandergezogene Darstellung des Ständers von 11;
-
13 ist eine schematische Ansicht des Kerns des Ständers von 11;
-
14 ist eine schematische Ansicht eines Läufers des Motors von 7;
-
15 ist eine schematische Ansicht eines Motors gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
-
16 ist eine Vorderansicht des Motors von 15;
-
17 ist eine schematische Ansicht des Ständers des Motors von 15;
-
18 ist eine Vorderansicht des Ständers von 17;
-
19 ist eine schematische Ansicht des Kerns des Ständers von 18;
-
20 ist eine schematische Ansicht des Läufers des Motors von 15;
-
21 ist eine Vorderansicht des Läufers von 20.
-
DETAILBESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Der einphasige Permanentmagnetmotor gemäß vorliegender Erfindung kann für den direkten Antrieb oder den indirekten Antrieb (über einen Getriebemechanismus wie ein Zahnrad, ein Schneckenrad, eine Schnecke und dergleichen) von externen Elementen wie Fahrzeugfenster, Räder von Spielzeugen oder Laufräder für deren Drehung oder Translation verwendet werden. Technische Lösungen und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen eines Einphasenpermanentmagnetmotors im Zusammenhang mit den Zeichnungen. Die Zeichnungen dienen lediglich Darstellungszwecken und stellen keine Einschränkung der Erfindung dar. Dimensionen von Komponenten und Merkmalen in den Zeichnungen sind im Hinblick auf eine übersichtliche Darstellung gewählt und sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu.
-
1 zeigt eine Ausführungsform eines Einphasenpermanentmagnetmotors gemäß vorliegender Erfindung. Vorzugsweise ist der Motor ein Innenläufermotor und hat einen Ständer 40 mit einem Ständerkern 10 aus leitendem weichmagnetischen Material und einen Permanentmagnetläufer 12, der in dem Ständerkern 10 drehbar angeordnet ist. Es wird auf die 2 und 3 Bezug genommen. In dieser Ausführungsform ist der Ständerkern 10 ein U-förmiger Kern und hat ein blockförmiges Joch 14 und zwei Schenkel 16, die sich von den beiden Enden des Jochs 14 jeweils senkrecht und nach außen erstrecken. Die Schenkel 16 können bewickelt werden. Ein distales Ende jedes Schenkels 16 bildet einen Klauenpol 18. Wenn der Motor startet, werden die Wicklungen rund um die Schenkel 16 bestromt und erzeugen ein induziertes Magnetfeld, das eine Polarisierung der Klauenpole 18 bewirkt. Die polarisierten Klauenpole 18 wirken als Magnetpole des Kerns 10. Die beiden Klauenpole 18 haben stets entgegengesetzte Polarität. Einige elektrische Elemente wie beispielsweise Wicklungen, eine elektrische Schaltung zum Steuern des jeweiligen Wicklungsstroms und ein Motorgehäuse sind nicht dargestellt und können jeweils entsprechende Elemente des Standes der Technik sein.
-
Vorzugsweise werden das Joch 14 und die beiden Schenkel 16 des Kerns 10 jeweils aus einer Mehrzahl von geschichteten Lamellen gebildet, und die Lamellen werden durch mechanische Verbindungen zu dem Ständerkern 10 zusammengefügt. Es können daher die Wicklungen zunächst an jedem der Schenkel 16 ausgeführt und die bewickelten Schenkel 16 anschließend mit dem Joch 14 verbunden werden. Das Wickeln ist schneller und einfacher möglich und unterliegt keinen konstruktions- und größenbedingten Einschränkungen durch den Kern 10. Vorzugsweise ist das Joch 14 nach innen konkav ausgebildet, um in der Nähe der beiden Enden des Jochs 14 Verriegelungsschlitze 20 zu bilden. Jeder der Schenkel 16 springt nach außen vor, um an seinem dem Joch 14 zugewandten Ende einen Verriegelungsblock 22 zu bilden. Beim Zusammensetzen wird der Verriegelungsblock 22 jedes Schenkels 16 in einem entsprechenden Verriegelungsschlitz 20 des Jochs 14 in Eingriff gebracht, um die Schenkel 16 und das Joch 14 zu dem Ständerkern 10 zu verbinden. Vorzugsweise bilden die Verriegelungsschlitze 20 und die Verriegelungsblöcke 22 eine Schwalbenschwanzverbindung, wodurch verhindert wird, dass sich die Verbindung nach dem Zusammenbau löst. In anderen Ausführungsformen können die Verriegelungsschlitze 20 auch in den Schenkeln 16 gebildet sein, wobei die Verriegelungsblöcke 22 entsprechend in dem Joch 14 gebildet sind.
-
Die beiden Schenkel 16 sind länglich, liegen parallel zueinander und sind voneinander beabstandet. Die Klauenpole 18 sind an den von dem Joch 14 entfernten Enden der Schenkel 16 gebildet. Zwischen den Klauenpolen 18 ist ein Raum 24 für die Aufnahme des Läufers 12 definiert. Eine dem Raum 24 zugewandte Innenfläche jedes Klauenpols 18 wirkt als Bogenpolfläche 26 jedes Klauenpols 18 und ist eine konkave, sanft gekrümmte Fläche. In dieser Ausführungsform sind die Klauenpole 18 im Wesentlichen C-förmig, und die Bogenpolfläche 26 jedes der Klauenpole 18 ist eine gekrümmte Evolventenfläche. Jede Polbogenfläche 26 erstreckt sich bei Betrachtung von der in 3 dargestellten Seite in der Gegenuhrzeigerrichtung fortschreitend spiralförmig nach außen. Mit anderen Worten: der Durchmesser jeder Bogenpolfläche 26 wird entlang der Gegenuhrzeigerrichtung allmählich größer. Der von den Bogenpolflächen 26 der Klauenpole 18 umschlossene Raum 24 ist unregelmäßig und ist im Wesentlichen kreissäulenförmig. Ein Abstand zwischen jeder der Bogenpolflächen 26 und einer zentralen Achse des Raums 24, d. h. einer zentrale Achse des Läufers 12, wird entlang einer Spiralrichtung der Bogenpolflächen 26, d. h. in der Gegenuhrzeigerrichtung, allmählich größer.
-
Wie in 2 gezeigt ist, hat der Läufer 12 in dieser Ausführungsform einen unrunden Querschnitt, und eine Drehwelle (nicht gezeigt) ist für die Verbindung mit einer Last und für den Antrieb der Last durch das Innere des Läufers 12 eingesetzt. Der Läufer 12 hat Permanentmagnetpole 28, die in der gleichen Anzahl vorgesehen sind wie die Bogenpolklauen 18 des Ständerkerns 10. Eine Außenfläche jedes Permanentmagnetpols 28 wirkt als dessen Magnetpolfläche 30, die der Bogenpolfläche 26 des Klauenpols 18 gegenüberliegt. Vorzugsweise liegen die Magnetpolflächen 30 der Permanentmagnetpole 28 an einer zylindrischen Fläche, deren zentrale Achse mit jener des Läufers 12 zusammenfällt. Vorzugsweise ist der Außendurchmesser der zylindrischen Fläche kleiner als ein Minimalwert des Durchmessers der Bogenpolflächen 26 der Klauenpole 18 des Ständerkerns 10. Bei der Montage deckt sich die zentrale Achse des Läufers 12 gleichbleibend mit der zentralen Achse des Raums 24 zwischen den Klauenpolen 18. Die Magnetpolflächen 30 der Permanentmagnetpole 28 des Läufers 12 sind den Bogenpolflächen 26 der Klauenpole 18 des Kerns 10 entlang der radialen Richtung zugewandt und von diesen beabstandet, wobei dazwischen ein Luftspalt 32 definiert wird, der verhindert, dass der Läufer 12 und der Kern 10 während der Drehung einander behindern. Auf diese Weise wird eine stabile Drehung des Läufers 12 sichergestellt.
-
Durch die Evolventen-Bogenpolflächen 26 der Klauenpole 18 des Kerns 10 hat der zwischen jeder Bogenpolfläche 26 und der entsprechenden Magnetpolfläche 30 des Läufers 12 definierte Luftspalt 32 eine radiale Breite, die entlang der Spiralrichtung der Bogenpolfläche 26, d. h. in der Gegenuhrzeigerrichtung, allmählich zunimmt. Dadurch definieren der Ständer 40 und der Läufer 12 zwischen sich den sich allmählich ändernden ungleichmäßigen Luftspalt 32, so dass die Polachse des Läufers 12 beim Abschalten und Anhalten des Motors um einen bestimmten Winkel von der zentralen Achse jedes Klauenpols 18 versetzt ist, das heißt, es wird die Totpunktposition vermieden und dadurch sichergestellt, dass der Motor erfolgreich anläuft, wenn der Motor erneut mit Strom gespeist wird. Es versteht sich, dass in anderen Ausführungsformen jede Bogenpolfläche 26 der Klauenpole 18 als gekrümmte Evolventenfläche ausgebildet sein kann, die sich entsprechend der Drehrichtung des Motors entlang der Uhrzeigerrichtung spiralförmig nach außen erstreckt, wobei die Bogenpolflächen ähnlich mit den Magnetpolflächen 30 der Permanentmagnetpole 28 des Läufers 12 zusammenwirken, um dazwischen einen ungleichmäßigen Luftspalt zu bilden und dadurch sicherzustellen, dass der Läufer 12 den Totpunkt meidet, wenn der Motor anhält.
-
Vorzugsweise erstrecken sich zwei Enden des Klauenpols 18 jedes Schenkels 16 entlang der Umfangsrichtung nach außen in Richtung auf den anderen Schenkel 16, um Polspitzen 34 zu bilden, die dafür sorgen, dass jeder Klauenpol 18 eine größere Bogenlänge hat, die annähernd einem Halbkreis entspricht. Dadurch definieren die einander gegenüberliegenden Polspitzen 34 der beiden Klauenpole 18 zwischen sich einen schmalen Spalt 36, so dass die Bogenpolflächen 26 der beiden Klauenpole 18 keine durchgehende Umfangsfläche bilden, sondern stattdessen in der Umfangsrichtung durch den schmalen Spalt unterbrochen sind, um einen magnetischen Streufluss und ein Rastmoment zu verhindern und dadurch einen effizienten und stabilen Betrieb des Motors zu erzielen. Weiterhin vorzugsweise beträgt eine Breite der Unterbrechung der Bogenpolflächen 26 in der Umfangsrichtung, d. h. eine Breite des Spalts 36 zwischen den Klauenpolen 18, im Wesentlichen das Zweifache der maximalen Breite des Luftspalts 32 zwischen dem Ständer 40 und dem Läufer 12.
-
Die 4 bis 6 zeigen eine weitere Ausführungsform des Einphasenpermanentmagnetmotors gemäß vorliegender Erfindung, der sich im Wesentlichen dadurch unterscheidet, dass der Ständerkern 10 des Motors dieser Ausführungsform ein θ-förmiger Kern ist und zwei längliche Joche 14 hat, die zueinander parallel liegen und voneinander beabstandet sind, sowie zwei Schenkel 16, die die einander gegenüberliegenden Enden der Joche 14 jeweils miteinander verbinden, und einen Klauenpol 18, der sich von einer Mitte jedes Jochs 14 senkrecht erstreckt. Die beiden Klauenpole 18 liegen einander gegenüber und sind voneinander beabstandet. Eine Innenfläche jedes Klauenpols 18, die dem anderen Klauenpol 18 zugewandt ist, ist konkav ausgebildet, um eine Bogenpolfläche 26 zu bilden. Die Bogenpolflächen 26 der beiden Klauenpole 18 definieren zwischen sich einen Raum 24 für die Aufnahme des Läufers 12. Wie in den 5 und 6 gezeigt ist, ist die Bogenpolfläche 26 jedes Klauenpols 18 ähnlich eine gekrümmte Evolventenfläche und wirkt mit den Magnetpolflächen 30 des Läufers 12 zusammen, um einen ungleichmäßigen Luftspalt 32 zu bilden, der sicherstellt, dass die Polachse des Läufers 12 von der zentralen Achse der Klauenpole 18 versetzt ist, um dadurch eine Totpunktposition zu vermeiden, wenn der Motor abgeschaltet wird und anhält. Außerdem sind die beiden Klauenpole 18 voneinander beabstandet und die Bogenpolflächen 26 an den Spalten 36 zwischen den Klauenpolen 18 unterbrochen und sind in der Umfangsrichtung nicht durchgehend, wodurch ein magnetischer Streufluss wirksam verringert wird.
-
Die 7 bis 14 zeigen eine dritte Ausführungsform des Einphasenpermanentmagnetmotors gemäß vorliegender Erfindung, der sich in erster Linie dadurch unterscheidet, dass der Ständerkern 10 des Motors dieser Ausführungsform ein ringförmiger Kern ist, der, wie in 13 gezeigt, ein ringförmiges Joch 14 und eine Mehrzahl von Schenkeln 16 (in den Zeichnungen vier Schenkel 16) hat, die sich von einer Innenseite des Jochs 14 radial und nach innen erstrecken. Die Wicklungen 38 sind um die Schenkel 16 des Kerns 10 herumgeführt und bilden zusammenwirkend den Ständer 40 des Motors, wie in den 10 bis 11 gezeigt. Jeder der Schenkel 16 bildet einen bogenförmigen Klauenpol 18 an seinem radialen inneren Ende. Distale Enden von benachbarten Klauenpolen 18 definieren zwischen sich einen Spalt 36. Eine radiale Innenfläche jedes Klauenpols 18 ist konkav ausgebildet und wirkt als Bogenpolfläche 26 des Klauenpols 18. Wie in 13 gezeigt ist, ist jede Bogenpolfläche 26 eine gekrümmte Evolventenfläche und erstreckt sich bei Betrachtung von der in der Figur dargestellten Seite entlang der Uhrzeigerrichtung spiralförmig nach außen. Die Bogenpolflächen 26 definieren zusammenwirkend den im Wesentlichen säulenförmigen Raum 24 für die Aufnahme des Läufers 12.
-
Wie in 12 gezeigt ist, wird der Kern 10 vorzugsweise durch Spleißen einer Mehrzahl von Segmenten 42 gebildet. Jedes der Segmente 42 hat einen bogenförmigen Jochbereich 44, einen sich von einer Mitte einer radialen Innenfläche des Jochbereichs 44 erstreckenden Schenkel 16 und einen Klauenpol 18, der an einem distalen Ende des Schenkels 16 gebildet ist. Ein Ende des Jochbereichs 44 springt in der Umfangsrichtung nach außen vor, um eine Nase 46 zu bilden, und das andere Ende ist konkav ausgebildet, um eine Vertiefung 48 zu bilden. Wie in 12 gezeigt ist, wird die Nase 46 jedes Jochbereichs 44 bei der Montage mit der Vertiefung 48 des benachbarten Jochbereichs 44 in Eingriff gebracht, so dass die Jochbereiche 44 Ende an Ende zu dem ringförmigen Joch 14 verbunden sind und der Kern 10 damit fertiggestellt ist. Dadurch, dass das Joch 14 durch mehrere gespleißte Segmente 42 gebildet ist, können die Wicklungen 38 an den Schenkeln 16 der jeweiligen Segmente 42 ausgeführt werden, bevor die Segmente 42 gespleißt werden. Dadurch unterliegt die Herstellung der Wicklungen 38 keinerlei Einschränkungen durch die Konstruktion und Größe des Kerns 10. Um einen Kurzschluss der Wicklungen 38 zu vermeiden, kann rund um jedes der Segmente 42 eine Isolierhalterung 50 vorgesehen sein, so dass die Segmente 42 von den Wicklungen 38 getrennt sind.
-
Wie 14 zeigt, hat der Läufer 12 in dieser Ausführungsform ferner einen Läuferkern 52. Der Läuferkern 52 ist säulenförmig und ist rund um die Welle 54 fest montiert und koaxial zu der Welle 54 angeordnet. Die Permanentmagnetpole 28 sind an einer Außenfläche des Läuferkerns 52 befestigt, wobei die Anzahl der Permanentmagnetpole 28 die gleiche ist wie die Anzahl der Klauenpole 18 und in dieser Ausführungsform vier beträgt. Jeder der Permanentmagnetpole 28 wirkt als ein Magnetpol des Läufers 12. Benachbarte Permanentmagnetpole 28 haben entgegengesetzte Polarität. Außenflächen der Permanentmagnetpole 28 wirken als deren Magnetpolflächen 30, die den Bogenpolflächen 26 der Klauenpole 18 des Ständers 40 direkt zugewandt sind. Vorzugsweise liegen die Magnetpolflächen 30 der Permanentmagnetpole 28 gemeinsam an einer zylindrischen Fläche, deren Achse mit jener der Welle 54 zusammenfällt. Für die Verbindung mit einer Last erstrecken sich zwei Enden der Welle 54 nach außen. Vorzugsweise sind rund um die Welle 54 Lager 56 zum drehbaren Stützen der Welle 54 montiert.
-
Wenn der Läufer 12 und der Ständer 40 zusammengesetzt werden, um den Motor zu bilden, wie in den 7 bis 9 gezeigt, wirken die Bogenpolflächen 26 der Klauenpole 18 des Ständers 40 aufgrund ihrer Ausbildung als gekrümmte Evolventenflächen 26 mit den Magnetpolflächen 30 der Permanentmagnetpole 28 des Läufers 12 zusammen, um zwischen sich einen ungleichmäßigen Luftspalt 32 zu definieren. Der Luftspalt 32 hat eine radiale Breite, die entlang der Spiralrichtung der Bogenpolfläche 26 (bei Betrachtung in 9 entlang der Uhrzeigerrichtung) allmählich zunimmt, wodurch sichergestellt wird, das die Polachse des Läufers 12 von der zentralen Achse des Klauenpole 18 versetzt ist, um die Totpunktposition zu vermeiden, wenn der Motor abgeschaltet wird und anhält. Außerdem sind zwischen den Klauenpolen 18 des Ständers 40 die Spalten 36 definiert, wodurch die Bogenpolflächen 26 der Klauenpole 18 an den Spalten 36 zwischen den Klauenpolen 18 unterbrochen sind. Aus diesem Grund sind die Bogenpolflächen 26 der Klauenpole 18 in der Umfangsrichtung nicht durchgehend, wodurch der magnetische Streufluss wirksam verringert und die Leistung des Motors sichergestellt wird.
-
Die 15 bis 21 zeigen den Einphasenpermanentmagnetmotor gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, der sich in erster Linie dadurch unterscheidet, dass der Ständer 10 des Motors dieser Ausführungsform ein rechteckiger Kern ist, der, wie in 19 gezeigt, ein rechteckiges Joch 14 hat, zwei Schenkel 16, die sich von den einander gegenüberliegenden Seiten des Jochs 14 erstrecken, einen Klauenpol 18, der an einem distalen Ende jedes Schenkels 16 gebildet ist, und zwei Hilfsklauenpole 58, die auf den anderen beiden einander gegenüberliegenden Seiten des Jochs 14 gebildet sind. In dieser Ausführungsform ist das Joch 14 länglich. Die beiden Schenkel 16 erstrecken sich einstückig von Innenflächen der einander gegenüberliegenden kürzeren Seiten des Jochs 14 in Richtung zueinander. Der Klauenpol 18 ist an einem radial inneren Ende jedes Klauenpols 18 gebildet und ist bogenförmig. Die Wicklungen 38 sind um die Schenkel 16 herumgeführt und liegen an Außenseiten der Klauenpole 18. Die beiden Hilfsklauenpole 58 werden separat gebildet und mit den Innenflächen der einander gegenüberliegenden längeren Seiten des Jochs 14 verbunden, um magnetisch zu leiten und die Klauenpole 18 bei der Bildung von Magnetflussschleifen zu unterstützen. Die beiden Klauenpole 18 und die beiden Hilfsklauenpole 58 sind entlang der Umfangsrichtung alternierend angeordnet, wobei zwischen benachbarten Klauenpolen 18 und Hilfsklauenpolen 58 schmale Spalten 36 gebildet sind. Innenflächen sämtlicher Klauenpole 18 und Hilfsklauenpole 58 sind konkav ausgebildet, um die Bogenpolflächen 26 zu bilden. Jede Bogenpolfläche 26 ist eine gekrümmte Evolventenfläche und wendelt sich entlang der Uhrzeigerrichtung nach außen, wie bei Betrachtung von der in 19 dargestellten Seite zu sehen ist. In dieser Ausführungsform wird eine Magnetflussschleife zwischen einem Klauenpol 18 und einem benachbarten Hilfsklauenpol 58 gebildet, nachdem die Wicklungen mit Strom gespeist wurden, weshalb die Anzahl der Magnetflussschleifen das Zweifache der Anzahl der Klauenpole 18 beträgt.
-
Wie die 20 bis 21 zeigen, ist der Läufer 12 in dem Raum 24, der durch die Bogenpolflächen 26 der Klauenpole 18 und der Hilfsklauenpole 58 definiert wird, drehbar aufgenommen. Der Läufer 12 hat eine Welle 54, einen Läuferkern 52, eine Mehrzahl von Permanentmagnetpolen 28 und ein Läufergehäuse 60. Der Läuferkern 52 ist rund um die Welle 54 fest montiert. Die Permanentmagnetpole 28 sind an der Außenfläche des Läuferkerns 52 befestigt. Das Läufergehäuse 60 ist rund um die Permanentmagnetpole 28 montiert und festgelegt. Vorzugsweise ist die Anzahl der Permanentmagnetpole 28 gleich der Gesamtanzahl der Klauenpole 18 und Hilfsklauenpole 58. Eine dem Läuferkern 52 gegenüberliegende Außenfläche jedes Permanentmagnetpols 28 wirkt als Magnetpolfläche 30 des Permanentmagnetpols 28 und liegt an einer zylindrischen Fläche, deren Achse mit der Achse des Läufers 12 zusammenfällt. Durch die als Evolventenflächen ausgebildeten Bogenpolflächen 26 des Ständers 40 ist der Luftspalt 32 zwischen dem Ständer 40 und dem Läufer 12 nach der Montage ungleichmäßig. Eine radiale Breite des Luftspalts 32 nimmt entlang der Spiralrichtung der Polflächen 26 des Ständers 40 (bei Betrachtung von der in 19 gezeigten Fläche in Uhrzeigerrichtung) allmählich zu, wodurch wirksam verhindert wird, dass der Läufer 12 an der Totpunktposition anhält, wenn der Motor abgeschaltet wird, und sichergestellt wird, dass der Läufer 12 erfolgreich anläuft, wenn der Motor erneut mit Strom gespeist wird. Ferner kann das Läufergehäuse 60 aus einem leitenden magnetischen Material hergestellt sein, wobei in diesem Fall eine äußere Umfangsfläche des Läufergehäuses 60 als Magnetpolfläche 30 des Läufers 12 wirkt, wodurch der Luftspalt 32 zwischen dem Ständer 40 und dem Läufer 12 wirksam verringert und die Leistung des Motors verbessert wird.
-
In der vorstehenden Ausführungsform beträgt der Spalt zwischen den benachbarten Klauenpolen das 0~6-fache eines Maximalwerts des Luftspalts. Vorzugsweise ist der Spalt zwischen den benachbarten Klauenpolen größer als das Zweifache des Maximalwerts des Luftspalts und kleiner als das Vierfache des Maximalwerts des Luftspalts.
-
Obwohl der Ständer 40 und der Läufer 12 des Motors in Konstruktion und Form einige Unterschiede aufweisen, ist ihr Funktionsprinzip gleich. Wenn der Motor mit Strom gespeist wird, fließt ein periodischer Wechselstrom durch die Wicklungen 38 und erzeugt ein induziertes Magnetfeld. Dadurch werden die Klauenpole 18 des Ständerkerns 10 polarisiert und interagieren mit den Magnetpolen 28 des Läufers 12, um den Läufer 12 anzutreiben, der wiederum die Last antreibt. In den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bilden alle Kerne 10 der Ständer die Bogenpolflächen 26, die Evolventenflächen sind und die in der Umfangsrichtung nicht durchgehend sind, und der Ständer 40 und der Läufer 12 definieren zwischen sich einen ungleichmäßigen Luftspalt 32. Dadurch wird wirksam verhindert, dass der Läufer 12 an der Totpunktposition stoppt, wenn der Motor abgeschaltet wird, und der Motor kann beim nächsten Start leichter anlaufen. Außerdem kann dadurch der magnetische Streufluss verringert und die Effizienz des Motors sichergestellt werden.
-
Die vorstehenden Ausführungsformen dienen lediglich Darstellungszwecken und stellen keine Einschränkung der Erfindung dar. Der Fachmann wird erkennen, dass verschiedene Modifikationen möglich sind, ohne den Schutzrahmen der Erfindung zu verlassen, wobei diese Modifikationen sämtlich in den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung fallen.