DE19725522A1

DE19725522A1 - Elektronisch kommutierter Motor

Info

Publication number: DE19725522A1
Application number: DE19725522A
Authority: DE
Inventors: Christof Bernauer; Wolfgang Krauth
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1997-06-17
Filing date: 1997-06-17
Publication date: 1998-12-24
Anticipated expiration: 2017-06-18
Also published as: JP2002508919A; KR20010013872A; JP4033917B2; TW411657B; WO1998058443A1; US6329736B1; DE19725522B4

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft einen elektronisch kommutierten Motor mit einem min destens zwei Wicklungsstränge tragenden Stator mit mehreren Magnetpolen und Nuten und einem Rotor, bei dem mittels einer Positions-Erfassungseinrichtung eine definierte Positionsstellung zwischen Rotor und Stator erkennbar ist.

Bei den bekannten elektronisch kommutierten Motoren dieser Art wird üblicher weise die Leistungsabstufung durch Variation der elektronischen Ansteuerung, z. B. durch Pulsweitenmodulation der Leistungsendstufe der Bestromungsein richtung durchgeführt. Dies bedingt beim Takten der Leistungsendstufe zusätz liche elektronische Verluste und damit eine Reduzierung des Motorwirkungs grades. Es ist auch schon versucht worden, die Leistungsabstufung durch spe zielle Wicklungsvarianten zu erreichen. Dies führt jedoch zur Verteuerung bei der Herstellung des Stators.

Vorteile der Erfindung

Es ist Aufgabe der Erfindung, bei einem elektronisch kommutierten Motor der eingangs erwähnten Art mit einem einfachen Motoraufbau des Stators und einer verlustarmen Bestromung eine Leistungsabstufung bzw. Drehzahlbeeinflussung zu erreichen.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Magnetpole Bereiche mit unterschiedlich hohem Luftspalt zum Rotor aufweisen und daß die Einsatz-Zeitpunkte der zeitlich nacheinander erfolgenden Bestromung der Wick lungsstränge bezogen auf die Positionsstellung zwischen Rotor und Stator und/oder die Dauer der Bestromung der Wicklungsstränge veränderbar sind.

Mit an sich bekanntem Wicklungsaufbau kann allein durch die Ausbildung der Magnetpole am Stator und die Variation des Bestromungs-Zeitpunktes und/oder der Bestromungs-Dauer eine unterschiedliche Arbeitskennlinie erhalten und/oder ein großes Arbeitsfeld abgedeckt werden.

Nach einer Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Bestromung der Wicklungs stränge periodisch erfolgt, wobei die Periodendauer, die Einsatz-Zeitpunkte der Bestromung und/oder die Dauer der Bestromung und/oder der Strom die Dreh zahl und/oder Leistungsabgabe des Motors bestimmt. Dabei kann für eine Bestromung über den gesamten Zeitraum vorgesehen sein, daß die Bestromung der Wicklungsstränge unmittelbar aufeinanderfolgend erfolgt, während für eine Teilbestromung die Ansteuerung der Wicklungsstränge mit einem zeitlichen Abstand zueinander vornehmbar ist.

Die Magnetpole des Stators können stufig abgesetzte Luftspalte zum Rotor bil den oder Bereiche aufweisen, in denen sich der Luftspalt zum Rotor kontinuier lich verändert.

Ist nach einer Ausgestaltung vorgesehen, daß die Nuten abwechselnd breite Ma gnetpole und schmale Rückflußpole abteilen, daß die Wicklungsstränge ab wechselnd ineinander verschachtelte Teilwicklungen aufweisen, die jeweils nur um einen Magnetpol gewickelt sind und von Teilwicklung zu Teilwicklung den Wicklungssinn ändern oder - bei unterschiedlicher Stromrichtung - gleichsinnig gewickelt sind, dann wird ein Wicklungsaufbau erreicht, bei dem sich die Wick lungsstränge nicht überlappen. Dadurch lassen sich an den axialen Enden des Stators Wicklungsköpfe vermeiden, was die Herstellung des Stators vereinfacht und verbilligt. Außerdem beansprucht der Motor einen kleineren Raum und hat einen höheren Wirkungsgrad.

Dabei kann der Motor als Außen- oder Innenläufer ausgebildet werden. Von Vor teil ist dabei, wenn der Rotor mit Dauermagneten versehen ist. Die unter schiedlichen Arbeitskennlinien - bedingt durch die unterschiedliche Höhe der Luftspalte im Bereich der Magnetpole - können auch bei einem elektrisch erreg ten Motor erreicht werden.

Die Erfindung wird anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungs beispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Motoraufbau mit einem Stator, der abwechselnd Magnetpole und Rückflußpole aufweist und dessen Magnetpole einen Bereich mit einem Luftspalt kleiner Höhe und einem Bereich mit einem Luft spalt großer Höhe aufweisen,

Fig. 2 unterschiedliche Bestromungs-Diagramme für die zwei Wicklungs stränge des Motors nach Fig. 1,

Fig. 3 die Arbeitskennlinien des Motors nach Fig. 1 unter Berück sichtigung der Luftspalte, der Einsatz-Zeitpunkte und der Dauer der Bestromung nach Fig. 2,

Fig. 4 das Arbeitsfeld des Motors, das allein durch Variation des Einsatz- Zeitpunktes der Bestromung abdeckbar ist,

Fig. 5 das Arbeitsfeld des Motors, das durch Variationen des Einsatz- Zeitpunktes und der Dauer der Bestromung abdeckbar ist, und

Fig. 6 unterschiedliche Ausgestaltungen der Magnetpole.

Wie der Motoraufbau nach Fig. 1 zeigt, wird bei einem Außenläufer ein Stator St von einem Rotor R umschlossen, der abwechselnd Nord- und Südpole N und S trägt. Diese Nord- und Südpole können vorzugsweise, jedoch nicht ausschließ lich, Dauermagnete sein, die mit konkaven Polflächen dem Stator St zugekehrt sind. Der Stator St selbst ist durch Nuten NT unterteilt, die T-förmige Magnet pole MP1, MP2, MP3, MP4, MP5, MP6, MP7 und MPn sowie Rückflußpole RP1, RP2, RP3, RP4, RP5, RP6, RP7 und RPn abteilen. Die Magnetpole MP1 bis MPn bilden, wie aus Fig. 6 ersichtlich, zu den Polflächen des Rotors R Bereiche B1 und B2 mit Luftspalten L1 und L2 kleiner und großer Höhe. Die Bereiche Höhe B1 und B2 erstrecken sich über denselben Winkelbereich des Stators St, d. h. sie sind etwa gleich breit. Beide Bereiche B1 und B2 überdecken auch den Winkelbereich der Polfläche der Dauermagnete. Die Polflächen der Rück flußmagnete RP1 bis RP8 erstrecken sich nur etwa über den halben Winkel bereich der Magnetpole MP1 bis MPn, sowie der Nord- und Südpole N und S.

Dem Rotor R ist eine Positions-Erfassungseinrichtung EF zugeordnet, die das Erreichen einer definierten Positionsstellung des Rotors R zum Stator St anzeigt, um eine Zeit-Bezugsgröße to für den Einsatz-Zeitpunkt t1 und t2 der Bestromung der Wicklungsstränge W1 und W2 des Stators St zu erhalten.

In Fig. 2 sind Bestromungs-Diagramme für die Wicklungsstränge W1 und W2 dargestellt. Dabei ist vorausgesetzt, daß der Nullpunkt mit to dem Zeitpunkt des Erreichens der definierten Positionsstellung zwischen Rotor R und Stator St ent spricht. Die jeweils zugeordneten Arbeitskennlinien sind in Fig. 3 dargestellt.

Wird zur Zeit t1 mit der Bestromung des Wicklungsstranges W1 begonnen und jeweils mit gleich großer Periode P die Bestromung impulsförmig wiederholt, dann ergeben sich die in Fig. 3 mit n1 und l1 bezeichneten Arbeitskennlinien des Motors, wenn die Bestromung dann erfolgt, wenn die Luftspalte L2 wirksam sind. Die Bestromungsdauer erfolgt dabei nur in einem Teilbereich, z. B. einem Viertel, der Periode P. Wie das Diagrammpaar I der Fig. 2 zeigt, erfolgt die Be stromung des Wicklungsstranges W2 um eine halbe Periode P versetzt und in gleicher Weise periodisch, so daß zwischen der Bestromung des Wicklungs stranges W1 und der Bestromung des Wicklungsstranges W2 ein stromloser Ab stand Ta vorhanden ist.

Setzt die Bestromung des Wicklungsstranges W1 erst zum Zeitpunkt t2 ein (Dia grammpaar II), dann werden unter Beibehaltung der Periode P und derselben Bestromungsverhältnisse für die beiden Wicklungsstränge W1 und W2 die mit n2 und l2 bezeichneten Arbeitskennlinien nach Fig. 3 erhalten. Die Bestromung fällt dann mit der Stellung von Rotor R und Stator St zusammen, wenn die Luft spalte L1 wirksam sind.

Werden die Wicklungsstränge W1 und W2 entsprechend dem Diagrammpaar III nach Fig. 2 bestromt, dann ergeben sich beim Einsatz-Zeitpunkt t1 für den Wick lungsstrang W1 und einer Dauer der Bestromung, die jeweils der halben Periode P entspricht, die mit n3 und l3 in Fig. 3 bezeichneten Arbeitskennlinien.

In Fig. 3 sind die anteiligen Drehmomente M1 und M2 und das Gesamtdreh moment Mges des Motors aufgezeichnet, die sich bei einer Bestromung der Wicklungsstränge W1 und W2 mit dem Einsatz-Zeitpunkt t1 und der Bestromung gemäß Diagrammpaar III ergeben.

In Fig. 4 sind die Arbeitskennlinien aufgezeichnet, die mit den Bestromungs- Diagrammpaaren I und II nach Fig. 2 erhalten werden. Diese beiden Bestro mungs-Diagrammpaare I und II für die Wicklungsstränge W1 und W2 unterschei den sich lediglich im Einsatz-Zeitpunkt t1 und t2, so daß sich bei einer Änderung des Einsatz-Zeitpunktes von t1 zu t2 das schraffierte Arbeitsfeld AF1 nach Fig. 4 abdecken läßt.

Übernimmt man in Fig. 5 auch noch die Arbeitskennlinien bei der Bestromung mit dem Diagrammpaar III nach Fig. 2, dann zeigt sich, daß mit der Variation des Einsatz-Zeitpunktes von t1 zu t2 und der Dauer der Bestromung von einer viertel zu einer halben Periode P für die Wicklungsstränge W1 und W2 das wesentlich größere schraffierte Arbeitsfeld AF2 abdecken läßt.

In Fig. 6 sind unterschiedliche Ausgestaltungen der Polflächen für Magnetpole MPn des Stators St gezeigt. Dabei können sich die Bereiche B1, B2 und B3 mit den unterschiedlich hohen Luftspalten L1, L2 und L3 über den gleichen Win kelbereich des Magnetpols oder auch über verschieden große Winkelbereich erstrecken. Die Bereiche können auch mehrstufig ausgebildet sein. Außerdem können sich die Luftspalte L4 über den Bereich B4 auch kontinuierlich ver größern oder verkleinern sowie kurvenförmig gestaltet sein. Die Bereiche können an den Magnetpolen MPn auch unterschiedlich groß und mit verschiedenen Luft spalten versehen sein.

Die Erfindung ist auch bei anders gewickelten Statoren St anwendbar und nicht auf den in Fig. 1 gezeigten Aufbau des Stators St und Rotors R beschränkt. Der Motor kann auch als Innenläufer aufgebaut und der Rotor elektrisch erregt wer den.

Claims

1. Elektronisch kommutierter Motor mit einem mindestens zwei Wicklungs stränge tragenden Stator mit mehreren Magnetpolen und Nuten und einem Rotor, bei dem mittels einer Positions-Erfassungseinrichtung eine definierte Positionsstellung zwischen Rotor und Stator erkennbar ist, dadurch gekennzeichnet,
daß die Magnetpole (MP1, MP2, MP3, MP4. . .) Bereiche (B1, B2, B3, B4) mit unterschiedlich hohem Luftspalt (L1, L2, L3, L4) zum Rotor (R) aufweisen und
daß die Einsatz-Zeitpunkte (t1, t2) der zeitlich nacheinander erfolgenden Bestromung der Wicklungsstränge (W1, W2) bezogen auf die Positions stellung (to) zwischen Rotor (R) und Stator (St) und/oder die Dauer (T1, T2) der Bestromung der Wicklungsstränge (W1, W2) veränderbar sind.

2. Elektronisch kommutierter Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestromung der Wicklungsstränge (W1, W2) periodisch erfolgt, wobei die Periodendauer (P), die Einsatz-Zeitpunkte (t1, t2) der Bestro mung und/oder die Dauer (T1, T2) der Bestromung und/oder der Strom (7) die Drehzahl (n1, n2, n3) und/oder Leistungsabgabe (11) des Motors be stimmt/bestimmen.

3. Elektronisch kommutierter Motor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestromung der Wicklungsstränge (W1, W2) mit zeitlichem Ab stand (Ta) zueinander erfolgt.

4. Elektronisch kommutierter Motor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestromung der Wicklungsstränge (W1, W2) unmittelbar aufein anderfolgend erfolgt.

5. Elektronisch kommutierter Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetpole (MPn) des Stators (St) stufig abgesetzte Luftspalte (L1, L2 bzw. L1, L2, L3) zum Rotor (R) bilden.

6. Elektronisch kommutierter Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetpole (MPn) des Stators (St) Bereiche (B4) mit sich kontinuierlich verändernden Luftspalten (L4) aufweisen.

7. Elektronisch kommutierter Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Nuten (NT) abwechselnd breite Magnetpole (MP1 bis MPn) und schmale Rückflußpole (RP1 bis RP8) abteilen,
daß die Wicklungsstränge (W1, W2) abwechselnd ineinander verschachtel te Teilwicklungen (TW11, TW21; TW12, TW22) aufweisen, die jeweils nur um einen Magnetpol (MP1, MP3. . . bzw. MP2, MP4. . .) gewickelt sind und von Teilwicklung zu Teilwicklung den Wicklungssinn ändern oder - bei un terschiedlicher Stromrichtung - gleichsinnig gewickelt sind.

8. Elektronisch kommutierter Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Außenläufer, der mit Dauermagneten (N, S) versehene Rotor (R), den Stator (St) umschließt.

9. Elektronisch kommutierter Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Innenläufer der Stator (St) den mit Dauermagneten (N, S) versehenen Rotor (R) umschließt.