DE60204965T2

DE60204965T2 - Bürstenloser verniereffektmotor

Info

Publication number: DE60204965T2
Application number: DE60204965T
Authority: DE
Inventors: Hiroyasu Fujinaka
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2001-08-08
Filing date: 2002-08-05
Publication date: 2005-12-01
Anticipated expiration: 2022-08-06
Also published as: CN1537354A; DE60204965D1; US7064468B2; US20040245887A1; CN100444503C; JP4250878B2; WO2003028192A1; EP1402617A1; JP2003061326A; EP1402617B1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen als Antriebsquelle einer Vorrichtung zu verwendenden Motor, insbesondere betrifft sie einen bürstenlosen Motor, bei dem für den Stator eine Vernier-Anordnung eingesetzt wird.
Stand der Technik
Motoren werden als Antriebsquelle verschiedener Vorrichtungen wie etwa Video- und Audiovorrichtungen, Büroautomatisierungsvorrichtungen, Haushaltsgeräte und Transportvorrichtungen, Produktionsautomatisierungsvorrichtungen eingesetzt. Diese Vorrichtungen und Geräte sind von Jahr zu Jahr mit mehr Funktionen ausgestattet worden, so dass sich die Anzahl der Motoren, die in diesen Vorrichtungen und Geräten eingesetzt werden, dementsprechend erhöht hat. Gleichzeitig sind die Vorrichtungen und Geräte verkleinert worden, und erledigen ihre Aufgaben mit einer höheren Geschwindigkeit. Der Markt hat folglich verlangt, dass Motoren eine größere Leistung mit einer kleineren Abmessung ausgeben.
Verschiedene Arten von Motoren werden verwendet, wie z. B. ein Induktionsmotor, ein DC-Motor mit einer Bürste, ein Schrittmotor, und ein bürstenloser Motor. Die vorliegende Erfindung betrifft den bürstenlosen Motor.
31A und 31B zeigen ein erstes Beispiel eines herkömmlichen bürstenlosen Motors. In 31A, enthält ein Stator einen Kern 103 und Spulen 104, die auf Schenkelpole des Kerns 103 gewickelt sind. Ein Anker (auch Rotor oder Läufer genannt) enthält Magneten 101 und eine Welle 112 an welche die Magneten 101 befestigt sind. Kerne 103 sind gegenüber den Magneten 101 mit einem vorbestimmten Zwischenraum angeordnet. Beide Enden der Welle 112 sind durch Lager 113 gelagert.
In 31B sind die Magnete 101 magnetisiert, um acht Pole zu bilden. Der Kern 103, der den Magneten 101 gegenübersteht, hat sechs gleichmäßig beabstandete Schenkelpole und ist mit Spulen 104 umwickelt. Angrenzende Schenkelpole haben eine Phasendifferenz von 120 Grad in den elektrischen Winkeln. Die Schenkelpole 105-1 und 105-4, die beide in der gleichen Phase sind, werden der Phase U zugeordnet, die Schenkelpole 105-2, 105-5, die sich auch in der gleichen Phase befinden, werden der Phase V zugeordnet, und die Schenkelpole 105-3, 105-6, die in Phase sind, werden der Phase W zu geordnet. Die Spulen 104, die auf jeden Schenkelpol gewickelt sind, nämlich die Spule der Phase U, die Spule der Phase V und die Spule der Phase W, werden angetrieben und gesteuert, indem eine Ankerposition erfasst wird, so dass der Anker angetrieben wird.
Wie in diesem ersten Beispiel des herkömmlichen bürstenlosen Motors gezeigt, sind die Ränder der jeweiligen Schenkelpole im allgemeinen flach.
Andererseits ist ein Motor, bei dem ein Rand von jedem der Schenkelpole gezahnt ist, d. h. eine Vielzahl kleiner Zähne am Rand eines Pols (Vernier-Anordnung) zur Verfügung gestellt ist, in Form ein hybriden (HB-Typ) Schrittmotors verfügbar, und dieser Motor vom HB-Typ ist im Handel und ist zum allgemeinen Gebrauch zur Verfügung gestellt.
Ein Schrittmotor vom HB-Typ, der im allgemeinen verwendet wird, wird im folgenden beschrieben. 32A und 32B zeigen eine Anordnung eines zweiten Beispiels, d. h. einen herkömmlichen Schrittmotor vom HB-Typ. In beiden Figuren wird der Magnet 201 mit zwei Polen (N- und S-Pol) entlang einer Drehwelle magnetisiert. Der Eisenkern 211 des Ankers ist als N-Pol oder S-Pol an einer gesamten oberen Seite oder an einer gesamten unteren Seite magnetisiert. Eine äußere Wand des Anker-Eisenkerns 211 ist mit einem konstanten Abstand gezahnt, und folglich ist die äußeren Wand mit kleinen Zähnen versehen. Die Position der kleinen Zähne des oberen Anker-Eisenkerns ist von der des unteren Eisenkerns in den Winkeln so verschoben, dass die Gipfel der Zähne des oberen den Tälern der Zähne des unteren entsprechen.
Ein Stator enthält einen Statorkern 203 und Spulen 204, die auf die Schenkelpole des Kerns 203 gewickelt sind. Ein Anker enthält einen Magnet 201, obere und untere Anker-Eisenkerne 211 und eine Welle 212, die sich durch den Magnet 201 erstreckt. Der Statorkern 203 ist gegenüber dem Anker-Eisenkern 211 mit einem gegebenen Freiraum angeordnet. Beide Enden der Welle 212 werden durch Lager 213 gelagert.
In 32B ist die Vielzahl von Schenkelpolen 205, die auf der inneren Wand des Statorkerns 203 bereitgestellt sind, auch mit dem gleichen Abstand wie der Anker-Eisenkern 211 gezahnt. Diese Schenkelpole 205 sind um einen gegebenen Winkel in Bezug auf die kleinen Zähne, mit denen die äußere Wand der Anker-Eisenkerne 211 jeder Phase versehen ist, verschoben. Das Versorgen der Spulen, die auf den jeweiligen Schenkelpolen gewickelt sind, mit Strom, magnetisiert die kleinen Zähne auf den angetriebenen Schenkelpolen. Dadurch ziehen sich die kleinen Zähne auf den Schenkelpolen an und stoßen andere kleine Zähne, die durch den Magnet 201 magnetisiert werden, auf dem Anker-Eisenkern ab, so dass ein Drehmoment erzeugt wird, um zu versuchen, den Anker in einer gegebenen Position zu fixieren. In diesem Status wird das Versorgen einer Phase der Spulen mit Strom nacheinander geändert, wodurch das Anker angetrieben wird.
Ein kleinerer Winkelabstand der Verzahnung des Anker-Eisenkerns 211 und des Statorkerns 203 verringert einen Drehwinkel des Ankers pro Phasenänderung, so dass eine Positionierung mit einem feineren Teilungswinkel erwartet werden kann. Als solche, sind der Stator und der Anker jeweils in feinen Abständen gezahnt, wodurch sie eine Winkelauflösung einer Ausgabewelle des Motors erhöhen. Infolgedessen kann eine Positionierung mit einer feinen Teilung verwirklicht werden.
Eine Ausführung eines Schrittmotors der gleichen Art, wie der oben besprochenen, hat einen Aufbau eines gezahnten Anker-Eisenkernes und einen Magneten, der zwei entlang einer Welle magnetisierte Pole hat, durch einen zylinderförmigen Magneten mit magnetisierten Multipolen ersetzt. Diese Idee ist für Schrittmotoren mit Dauermagneten entwickelt worden, und jene Motoren werden in der japanischen Patent-Zeitschrift Nr. 3140814, 3071064 und 2740893 offenbart. Diese Idee ist auch für eine Magnet-Rotationsmaschine in der japanischen Patentanmeldung H10-80124 und für einen Zweiphasenmotor mit Dauermagneten entwickelt worden, und ist in der japanischen Patent-Zeitschrift Nr. 2733824 offenbart worden. Ein Dreiphasen-Schrittmotor ist eines der Produkte, die aus dieser Idee entwickelt wurden und es wurde in Japanese Electric Acadamy Research Papers, Sektion D, Volume 115, zweite Ausgabe, erschienen 1995, offenbart.
33A und 33B zeigen die Anker-Anordnung eines Motors (ein drittes Beispiel der herkömmlichen Motoren) ähnlich zu dem oben diskutierten Dreiphasen-Schrittmotor. 34 zeigt die Anker-Anordnung (ein viertes Beispiel der herkömmlichen Motoren), die in den vorangehenden Forschungsartikeln beschrieben ist.
Dieser Artikel erläutert, dass die Anker-Anordnung, die in 33A und in 33B gezeigt ist, die folgenden Vorteile bewirkt: (1) Die magnetische Flussverteilung ist annähernd einer Sinuswelle. (2) Eine axiale Länge eines Magnetpols kann bis zu zweifach verlängert werden.(3) Ein magnetischer Weg wird zweidimensional, so dass ein kleinerer magnetischer Widerstand erzeugt wird. Diese Vorteile bewirken, dass der Motor, der in 33A und 33B gezeigt ist, eine gleichwertige Leistung zu der des Motors, der in 34 gezeigt ist, erzeugt, und dennoch eine genauere Zwischenpositionierung im Winkel ermöglicht, als der Motor der in 34 gezeigt ist, wenn Mikroschritte aktiviert sind.
Andererseits hat es nur wenige Fälle gegeben, in denen die Vernier-Anordnung auf bürstenlose Motoren angewendet wurde. Jedoch sind verschiedene Techniken entwickelt worden, um die Leistung des bürstenlosen Motors zu erhöhen, z. B. die Leistung der Magneten zu verbessern, ein verlustärmeres Material für den Eisenkern zu entwickeln, den Raumfaktor der Wicklungen zu verbessern, um den Kupferverlust zu reduzieren. Vor kurzem ist ein leistungsstarker orientierter Seltene-Erden-Magnet entwickelt worden, der aus Neodym-Eisen-Bor (Nd-Fe-B) oder aus Sm-Fe-N gebildet wird. Der Gebrauch dieses Magneten lässt den Eisen-Kern magnetisch gesättigt werden, weil eine magnetische Sättigungs-Flussdichte des Eisenkerns in Bezug auf einen solchen Hochleistungsmagneten niedrig ist, der eine weiter verbesserte magnetische Flussdichte hat. Infolgedessen kann der Motor die verbesserte Leistung des Magneten nicht vollständig genug ausnutzen, so dass der Motor an sich seine Leistung nur in einem gewissen Maß verbessert.
Der zuvor diskutierte Stand der Technik ist im Hinblick auf Schrittmotoren entwickelt worden, und die Vernier-Anordnung trägt hauptsächlich zu einer Verbesserung einer Winkelauflösung bei. Dieser Stand der Technik ist folglich nicht für eine Leistungsdichte optimiert, die eine Leistung pro Volumeneinheit darstellt, oder für eine Volumeneffizienz, die angibt, um wie viel ein Motor verkleinert werden kann, wobei seine Eigenschaften beibehalten werden, so dass dieser Stand der Technik, so wie er ist, nicht auf den bürstenlosen Motor anwenden werden kann.
Weiterhin benötigt ein Schrittmotor wegen seines stromführenden Verfahrens immer einen konstanten Strom, während ein bürstenloser Motor keinen Strom in einer Phasenspule trägt, was kein Drehmoment erzeugt. Folglich hat im allgemeinen das stromführende Verfahren des Schrittmotors im Betrieb eine niedrigere Effizienz als das des bürstenlosen Motors.
Mehr noch, ist der Schrittmotor gut bei der Positionierungssteuerung aber er ist bei der Drehmomentsteuerung schlecht. Ein bürstenloser Motor, der zur Drehmomentsteuerung geeignet ist, wird folglich im allgemeinen zur Drehmomentsteuerung eingesetzt.
Das Reluktanzdrehmoment, das bei Motoren beteiligt ist, wird durch periodische Änderungen der magnetischen Energie zwischen dem Kern und dem Magneten erzeugt, wenn der Anker sich dreht. Im Fall des bürstenlosen Motors vom Vernier-Typ kann eine größeres Reluktanzdrehmoment erzeugt werden, weil ein kleinerer Drehwinkel größere Änderungen der magnetischen Energie erzeugt als ein konventioneller bürstenloser Motor, weil die Anzahl der magnetischen N-Pol erhöht ist.
Die Druckschrift US-A-5 532 218 offenbart einen bürstenlosen Motor, der einen Anker umfasst, welcher einen Magneten enthält, der in Drehrichtung alternierend als N-Pol und S-Pol magnetisiert ist, und einen Kern, der eine Velzahl von Schenkelpolen enthält, die mit Spulen umwickelt sind und dem Magneten in radialer Richtung gegenüber stehen, worin die Schenkelpole auf einem dem Magneten gegenüber stehenden Abschnitt mit Zahnabschnitten versehen sind, die einen Abstand haben, der im wesentlichen dem von zwei Magnetpolen entspricht.
Die Druckschrift US-A-5 239 218 beschreibt einen Schrittmotor mit hohem Drehmoment, der mit einer konstant niedrigen Geschwindigkeit betreibbar ist, was die Polzähne eines Ankers genau erfassen kann, wobei eine Minderung der Leitungsfähigkeit mit hohem Drehmoment, die dem Schrittmotor anhaftet, verhindert wird, und ein Austauschsignal erzeugen kann, das aufgrund der genauen Polzahnerfassung für eine Phasenwicklung optimal ist, und sie beschreibt ebenfalls ein Verfahren zur Aufzeichnung eines Positionssignals eines Ankers in dem Schrittmotor.
Die vorliegende Erfindung widmet sich den Problemen, die oben diskutiert wurden und zielt darauf ab, einen in hohem Maße effizienten bürstenlosen Motor zur Verfügung zu stellen, der eine optimierte Vernier-Anordnung einsetzt, so dass das Reluktanz-Drehmoment verringert wird und ein Durchbruch der Begrenzung der Volumeneffizienz eines konventionellen bürstenlosen Motors erzielt werden kann.
Die Erfindung wird durch die Merkmale in den unabhängigen Ansprüchen definiert. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Der bürstenlose Motor der vorliegenden Erfindung umfasst die folgenden Elemente:

(a) einen Anker, der einen Magneten hat, der abwechselnd magnetisierte N- und S-Pole in einer Drehrichtung hat; und
(b) einen Kern, der eine Vielzahl von Schenkelpolen hat, auf denen Spulen gewickelt sind, die den Magneten in einer Radialrichtung gegenüber stehen.

Ein gegenüberliegender Abschnitt von jedem der Schenkelpole ist mit einem Abstand gezahnt, der im wesentlichen der gleiche ist, wie der von zwei Polen des Magneten, so dass kleine Zähne gebildet werden. Eine Spule wird selektiv in Entsprechung zu einer Anker Position betrieben, wodurch der Anker angetrieben wird.
Kleine Zähne, die auf dem Rand von jedem Schenkelpol bereitgestellt sind, bewirken, dass magnetischer Fluss der Magnetpole, welche den kleinen Zähnen gegenüber stehen selektiv in die Schenkelpole aufgenommen wird. Folglich schränkt die Erhöhung einer Anzahl von kleinen Zähnen anstelle der Erhöhung einer Anzahl von Schenkelpolen das Verringern einer Anzahl von effektiven magnetischen Flüssen ein, und eine Anzahl von Magnetpolen kann willkürlich erhöht werden, was die Volumeneffizienz des Motors verbessert. Infolgedessen kann ein Motor verkleinert werden, wobei die gleichen Eigenschaften beibehalten werden, oder ein Motor kann seine Leistung erhöhen, wobei die gleiche Größe beibehalten wird.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Ansicht, die eine Anordnung eines magnetischen Kreises eines bürstenlosen Motors gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht.
2 ist eine Vergleichstabelle, die den bürstenlosen Motor der ersten Ausführungsform mit einem herkömmlichen bürstenlosen Motor vergleicht (eine fünftes und ein sechstes Beispiel von herkömmlichen bürstenlosen Motoren.)
3 ist eine schematische Ansicht, die Flüsse des magnetischen Flusses in dem bürstenlosen Motor gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
4 ist ein Diagramm, das eine Relation zwischen einem maximalen Energieprodukt und einer volumetrischen Effizienz eines Magneten gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
5 ist eine schematische Ansicht, die eine Anordnung eines magnetischen Kreises eines weiteren bürstenlosen Motors gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht.
6 ist ein Diagramm, das eine Relation zwischen einem Längenverhältnis und einer volumetrischen Effizienz des Motors gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
7 zeigt eine geschichtete Anordnung eines Magneten gemäß der ersten Ausführungsform.
8 zeigt eine Anordnung unter Verwendung von verbundenen Magneten gemäß der ersten Ausführungsform.
9 zeigt eine Anordnung unter Verwendung von Innenmagneten gemäß der ersten Ausführungsform.
10 ist eine schematische Ansicht, die eine Anordnung eines magnetischen Kreises eines bürstenlosen Motors veranschaulicht, der eine innere Ankeranordnung gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform hat.
11 zeigt die Verteilung der Magnetisierung eines Magneten eines bürstenlosen Motors gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform.
12A ist ein Diagramm, das eine Relation zwischen dem Schrägheitswinkel der Magnetisierung und dem Reluktanz-Drehmoment gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt.
12B ist ein Diagramm, das eine Relation zwischen dem Schrägheitswinkel der Magnetisierung und der volumetrischen Effizienz des Motors gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt.
13 ist eine schematische Ansicht, die eine Form eines Kerns eines bürstenlosen Motors gemäß einer dritten beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht.
14A zeigt eine Wellenform des Reluktanz-Drehmoments, wenn kleine Zähne gemäß der dritten Ausführungsform einen Öffnungswinkel von 120 Grad in den elektrischen Winkeln haben.
14B zeigt eine Wellenform des Reluktanz-Drehmoments, wenn kleine Zähne gemäß der dritten Ausführungsform einen Öffnungswinkel von 150 Grad in den elektrischen Winkeln haben.
14C zeigt eine Wellenform des Reluktanz-Drehmoments, wenn kleine Zähne gemäß der dritten Ausführungsform einen Öffnungswinkel von 180 Grad in den elektrischen Winkeln haben.
15 ist eine schematische Ansicht, die veranschaulicht, wie das Reluktanz-Drehmoment an den kleinen Zähnen gemäß der dritten Ausführungsform auftritt.
16A zeigt eine Drehmomentwellenform, die an dem kleinen Zahnrand 6-1 gemäß der dritten Ausführungsform auftritt.
16B zeigt eine Drehmomentwellenform, die an dem kleinen Zahnrand 6-2 gemäß der dritten Ausführungsform auftritt.
16C zeigt eine Wellenform, die aus den Wellenformen zusammengesetzt ist, die in 16A und in 16B gezeigt sind.
16D zeigt eine zusammengesetzte Wellenform des gesamten Motors gemäß der dritten Ausführungsform.
17A veranschaulicht eine Kernform, in der Ränder der kleinen Zähne in einem anderen bürstenlosen Motor gemäß der dritten Ausführungsform abgerundet sind.
17B veranschaulicht eine Kernform, in der Ränder der kleinen Zähne in einem anderen bürstenlosen Motor gemäß der dritten Ausführungsform abgeschrägt werden.
18A bis 18C sind schematischen Ansichten, die Kernformen von bürstenlosen Motoren gemäß einer vierten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
19A zeigt eine Wellenform des Reluktanz-Drehmoments, das im Kern 3-1 gemäß der vierten Ausführungsform auftritt.
19B zeigt eine Wellenform des Reluktanz-Drehmoments, das im Kern 3-2 gemäß der vierten Ausführungsform auftritt.
19C zeigt eine Wellenform das Reluktanz-Drehmoment, das in einem Kern gemäß der vierten Ausführungsform auftritt.
20A bis 20C sind schematische Ansichten, die Kernformen anderer bürstenloser Motoren gemäß der vierten Ausführungsform veranschaulichen.
21A bis 21C sind schematische Ansichten, die Kernformen von weiteren bürstenlosen Motoren gemäß der vierten Ausführungsform veranschauli chen.
22A bis 22C sind schematischen Ansichten, die Kernformen von weiteren bürstenlosen Motoren gemäß der vierten Ausführungsform veranschaulichen.
23A bis 23C sind schematische Ansichten, die Kernformen von weiteren bürstenlosen Motoren gemäß der vierten Ausführungsform veranschaulichen.
24A bis 24C sind schematischen Ansichten, die Kernformen der noch anderen bürstenlosen Motoren gemäß der vierten Ausführungsform veranschaulichen.
25A zeigt eine Kernform eines bürstenlosen Motors gemäß einer fünften beispielhaften Ausführungsform.
25B ist eine Schnittansicht entlang der Linien x-x' und z-z' in 25A.
25C ist eine Schnittansicht entlang der Linie y-y' in 25A.
25D und 25E zeigen grundlegende Kernformen des bürstenlosen Motors, der in 25A gezeigt ist.
26 ist eine Schnittansicht eines Schenkelpols eines Kernes gemäß einer fünften beispielhaften Ausführungsform.
27A bis 27E sind schematische Ansichten der Kernformen von bürstenlosen Motoren gemäß einer sechsten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
28A bis 28D sind schematische Ansichten der Kernformen von bürstenlosen Motoren gemäß einer siebenten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
29A zeigt eine Wellenform des Reluktanz-Drehmoments, die in Kern 3-1 gemäß der siebenten Ausführungsform auftritt.
29B zeigt eine Wellenform des Reluktanz-Drehmoments, die in Kern 3-2 gemäß der siebenten Ausführungsform auftritt.
29C zeigt eine Wellenform des Reluktanz-Drehmoments, die in Kern 3-3 gemäß der siebenten Ausführungsform auftritt.
29D zeigt eine Wellenform des Reluktanz-Drehmoments, die in einem Kern gemäß der vierten Ausführungsform auftritt.
30 ist eine schematische Ansicht von verschiedenen Vorrichtungen gemäß einer achten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
31A ist eine Schnittansicht eines ersten herkömmlichen Beispiels eines bürstenlosen Motors entlang einer axialen Linie.
31B ist eine Schnittansicht des bürstenlosen Motors, der in 31A gezeigt ist, entlang einer vertikalen Linie in Bezug zur axialen Richtung.
32A ist eine Schnittansicht eines zweiten herkömmlichen Beispiels eines Schrittmotor vom HB-Typ entlang einer axialen Linie.
32B ist eine Schnittansicht des Schrittmotor vom HB-Typ entlang einer vertikalen Linie in Bezug zur axialen Richtung.
33A ist eine schematische Ansicht, die eine Anordnung eines magnetischen Kreises eines Dreiphasenschrittmotors gemäß einem dritten herkömmlichen Beispiel veranschaulicht.
33B zeigt eine Ankeranordnung des Dreiphasenschrittmotors, der in 33A gezeigt ist.
34 zeigt eine Ankeranordnung eines Schrittmotors vom HB-Typ gemäß einem vierten herkömmlichen Beispiel.
35 ist eine schematische Ansicht, die eine Anordnung eines magnetischen Kreises eines bürstenlosen Motors gemäß einem fünften herkömmlichen Beispiel veranschaulicht.
36 ist eine schematische Ansicht, die eine Anordnung eines magnetischen Kreises eines bürstenlosen Motors gemäß einem sechsten herkömmlichen Beispiel veranschaulicht.
37 zeigt eine Schnittansicht von Schenkelpolen eines Kernes gemäß einem siebenten herkömmlichen Beispiel.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Beispielhafte Ausführungsformen werden im folgenden mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen aufgeführt.
Beispielhafte Ausführungsform 1
1 ist eine schematische Ansicht, die einen magnetischen Kreis der Anordnung eines bürstenlosen Motors gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht. In 1 ist der zylinderförmige Magnet 1 abwechselnd und gleichmäßig an seiner inneren Wand als N- und S-Pol magnetisiert, um insgesamt 20 Pole zu bilden. Das rückseitige Joch 2 wird an einer äußeren Wand des Magneten 1 befestigt. Der Kern 3 wird aus Silizium-Stahlplatten gebildet, der durch eine Presse gelocht und axial lamelliert worden ist. Der Kern 3 enthält sechs Schenkelpole 5 (Pole 5-1 bis 5-6) mit gleichem Abstand voneinander. Die Spulen 4 sind auf jeden Schenkelpol 5 gewickelt. Jeder Schenkelpol 5 ist gezahnt und hat zwei kleine Zähne 6 an seinen Rändern, die dem Magneten 1 gegenüberstehen, so dass insgesamt 12 kleine Zähne 6 mit einem Abstand gebildet werden, der dem von zwei Polen (N- und S-Pol d. h. 360 Grad in den elektrischen Winkeln) des Magneten 1 entspricht.
Eine innovative Eigenschaft dieser ersten Ausführungsform sind die zwei kleinen Zähne, mit denen ein Rand von jedem Schenkelpol versehen ist, mit einem Abstand, der zwei Polen des Magneten entspricht. Diese kleinen Zähne ermöglicht es jedem Schenkelpol selektiv magnetischen Fluss von den Polen aufzunehmen, welche den kleinen Zähne gegenüberstehen.
In der vorangehenden Anordnung, sind die Schenkelpole 5-1 und 5-4 (Phase U), Schenkelpole 5-2 und 5-5 (Phase n und Schenkelpole 5-3 und 5-6 (Phase W) jeweils in den gleichen Phasenpositionen. Die jeweiligen Phasen jener drei Gruppen unterscheiden sich voneinander in den elektrischen Winkeln um 12 Grad. Jede Gruppe wird wie oben beschrieben einer Phase zugewiesen, und Dreiphasenstrom wird den Spulen 4 zugeführt, und zwar entsprechend einer Rotationsposition des Ankers 10, an den der Magnet 1 befestigt ist. Infolgedessen wird ein Drehmoment erzeugt und der Anker 10 wird angetrieben.
Der bürstenlose Motor gemäß der ersten Ausführungsform wird mit einem herkömmlichen bürstenlosen Motor der gleichen Größe verglichen. 35 veranschaulicht einen magnetischen Kreis eines fünften herkömmlichen Beispiels von bürstenlosen Motoren, und 6 zeigt einen magnetischen Kreis eines sechsten herkömmlichen Beispiels.
In 35 ist der zylinderförmige Magnet 501 abwechselnd und gleichmäßig an seiner inneren Wand als N- und S-Pol magnetisiert, um insgesamt acht Pole zu bilden. Das rückseitige Joch 502 wird an einer äußeren Wand des Magneten 501 befestigt. Der Kern 503 enthält sechs Schenkelpole 505, die untereinander einen gleichen Abstand haben, und die Spulen 504 werden auf die Pole 505 gewickelt. Daher hat der bürstenlose Motor des fünften herkömmlichen Beispiels sechs Schenkelpole, was der ersten Ausführungsform entspricht, die in 1 gezeigt ist; jedoch ist der Magnet 501 mit 8 Polen magnetisiert, was sich von den 20 Polen der ersten Ausführungsform unterscheidet.
Bei dem herkömmlichen bürstenlosen Motor, der in 35 gezeigt ist, wird, wenn der Magnet mit einer höheren Anzahl von Polen magnetisiert wird, wobei die Form des Schenkelpols beibehalten wird, die Randbreite jedes Schenkelpols breiter als ein entsprechender Magnetpol. Der magnetische Fluss vom Pol windet sich folglich am Rand des Schenkelpol, wodurch magnetischer Fluss wesentlich verringert wird, der zum Erzeugen von Drehmoment beiträgt. Infolgedessen gibt der Motor wesentlich weniger Leistung aus. Dies beweist, dass eine Zunahme einer Anzahl von Polen, eine Zunahme einer Anzahl von Schenkelpolen begleiten sollte.
Im sechsten herkömmlichen Beispiel, das in 6 gezeigt ist, ist der Magnet des bürstenlosen Motors, der in 35 gezeigt ist, mit einer größeren Anzahl von Polen magnetisiert, wobei ein Verhältnis einer Anzahl von Polen zu einer Anzahl von Schenkelpolen (4 : 3) beibehalten wird. In 6 ist der zylinderförmige Magnet 601 abwechselnd als N- und S-Pol und gleichmäßig an seiner inneren Wand magnetisiert, um insgesamt 20 Pole zu bilden. Das rückseitige Joch 602 ist an einer äußeren Wand des Magneten 601 befestigt. Der Kern 603 enthält 15 Schenkelpole 605, die gleichen Abstand voneinander haben, und die Spulen 604 werden auf die Pole 605 gewickelt. Deshalb hat der bürstenlose Motor des sechsten herkömmlichen Beispiels 15 Schenkelpole, was sich von dem der ersten Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist, unterscheidet; jedoch wird der Magnet 601 mit 20 Polen magnetisiert, was der ersten Ausführungsform entspricht.
Damit wird eine Anzahl von Schenkelpolen erhöht, indem die Ränder des Schenkelpols mit kleinen Zähnen versehen werden, wie in dieser ersten Ausführungsform demonstriert, die in 1 veranschaulicht ist, d. h. die Vernier-Anordnung wird im bürstenlosen Motor eingesetzt. In Bezug auf das sechste herkömmliche Beispiel, das in 36 gezeigt ist, kann jedoch anstatt eine Anzahl der Schenkelpole zu erhöhen, eine Anzahl von Polen durch die Erhöhung einer Anzahl von kleinen Zähnen erhöht werden.
Eigenschaften des bürstenlosen Motors der ersten Ausführungsform, der in 1 gezeigt ist, und der herkömmlichen bürstenlosen Motoren, die in 35 und in 36 gezeigt sind, werden im folgenden miteinander verglichen.
Zuerst wird eine volumetrische Effizienz des Motors betrachtet. Ein Kehrwert einer Geschwindigkeitsveränderungsrate eines Motors wird häufig als volumetrische Effizienz verwendet. Die volumetrische Effizienz n wird durch folgende Gleichung ausgedrückt: η = 1/μ ~ (Φ*t*m*z)2/Rworin „μ" eine Geschwindigkeitsveränderungsrate ist;
„R" ein Phasenwiderstand zwischen Phasen des Motors ist;
"Φ" eine Zahl des wirksamen magnetischen Flusses pro Schenkelpol ist;
"t" eine Anzahl von Spulenwicklungen ist;
„m" eine Anzahl von Ankerpolen ist; und
„z" eine Anzahl von Schenkelpolen des Kerns ist.
Der magnetische Kreis des bürstenlosen Motors gemäß der ersten Ausführungsform und diejenigen der herkömmlichen bürstenlosen Motoren, die in 35 und in 6 gezeigt sind, werden auf die obige Gleichung zum Vergleich angewendet. 2 zeigt eine Vergleichstabelle, in der für die drei Motoren, d. h. jener der ersten Ausführungsform und die zwei der herkömmlichen Beispiele, die jeweiligen Parametern berechnet sind, wobei die des herkömmlichen bürstenlosen Motors, der in 35 gezeigt ist, als „1" angenommen worden sind.
Erstens, betreffend die Zahl des wirksamen magnetischen Flusses „Φ", enthält die herkömmliche Anordnung, die in 35 gezeigt ist, die Schenkelpole, von denen jeder eine größere den Magnetpolen gegenüberliegende Fläche hat, als jene der ersten Ausführungsform. Deshalb hat die herkömmliche Anordnung eine größere Zahl der wirksamen magnetischen Flüsse. Im Fall der ersten Ausführungsform, hat jeder des Schenkelpole eine kleinere den Magnetpolen gegenüberliegende Fläche als die der herkömmlichen, die in 35 gezeigt sind, und hat folglich wirksame magnetische Flüsse, die 0,8 mal so klein sind wie jene der herkömmlichen, die in 35 gezeigt sind, wobei Streuflüsse oder unwirksame magnetische Flüsse vernachlässigt werden. Im Fall der herkömmlichen Anordnung, die in 6 gezeigt ist, ist eine Zahl der wirksamen magnetischen Flüsse pro Schenkelpol auf so wenig wie 0,4 mal jene der herkömmlichen, die in 35 gezeigt ist, abgesenkt, weil eine Anzahl von Schenkelpolen erhöht ist.
Zweitens, betreffend die Anzahl der Spulenwicklungen „t", haben die drei Fälle, die in der Tabelle von 2 gezeigt sind, die gleiche Zahl von Wicklungen. Betreffend die Zahl der Ankermagnetpole „m" hat die herkömmliche, die in 35 gezeigt ist, acht Magnetpole, während die herkömmliche, die in 36 gezeigt ist, sowie der Motor der ersten Ausführungsform, 20 Pole. Die letzten zwei haben 2,5 mal so viele wie jene, die in 35 gezeigt ist.
Drittens, betreffend die Zahl der Schenkelpole „z", hat der Motor der ersten Ausführungsform sechs Schenkelpole, äquivalent zu dem herkömmlichen, der in 35 gezeigt ist, und ein anderer herkömmlicher, der in 36 gezeigt ist, hat 15 Pole.
Weiterhin, betreffend den Spulenwiderstand „R" zwischen den Phasen, hat die Anordnung der ersten Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist, einen größeren Rand des Schenkelpols als der des herkömmlichen, der in 35 gezeigt ist. So wird ein Raum für die Wicklung kleiner, was eine Leitung mit kleinem Durchmesser erfordert, um die gleiche Zahl von Wicklungen zu erhalten. Infolgedessen nimmt ein Spulenwiderstand zu. Im Fall der ersten Ausführungsform erhöht sich der Spulenwiderstand um das ca. 1,25-fache. Die herkömmliche Anordnung, die in 36 gezeigt ist, hat eine größere Zahl von Schenkelpolen als andere, so dass sich eine Anzahl von Spulen, die in Reihe verbunden sind, und ein Raum zwischen angrenzenden Schenkelpolen verringert, und zudem ein Raum für das Wickeln einer Spule abnimmt und der Widerstand pro Spule zunimmt. Infolgedessen erhöht sich der Spulenwiderstand der herkömmlichen, die in 36 gezeigt ist, auf ca. das 4-fache der herkömmlichen, die in 35 gezeigt ist.
Das Anwenden jener Zahlen, die oben diskutiert wurden, auf die vorangehende Gleichung, beweist, dass die volumetrische Effizienz η des bürstenlosen Motors der ersten Ausführungsform theoretisch das 3,2-fache bzw. das 2-fache von jenen der herkömmlichen wird, die in 35 und in 6 gezeigt sind. In der Tat verbessert die Erhöhung einer Anzahl von Polen „m" im herkömmlichen bürstenlosen Motor eine volumetrische Effizienz in gewissem Maße; jedoch erhöht sich der Spulenwiderstand „R" weitgehend, und infolgedessen kann die volumetrische Effizienz nicht bemerkenswert verbessert werden.
Andererseits, kann im Fall des bürstenlosen Motors gemäß der ersten Ausführungsform, worin die Vernier-Anordnung eingesetzt wird, die Zahl der Pole „m" mit nur einer moderaten Zunahme des Spulenwiderstands „R" erhöht werden. Infolgedessen kann die volumetrische Effizienz wesentlich verbessert werden, obwohl eine Zahl der wirksamen magnetischen Flüsse „Φ" ein wenig sinkt.
Bis dahin kann der bürstenlose Motor der ersten Ausführungsform, in der die Vernier-Anordnung eingesetzt wird, theoretisch eine volumetrische Effizienz vom zweifachen der herkömmlichen erzielen. Jedoch sind einige Bedingungen beteiligt, um vollständigen Nutzen von der volumetrischen Effizienz dieses bürstenlosen Motors zu erzielen, der die Vernier-Anordnung einsetzt.
Erstens ist die Zahl der wirksamen magnetischen Flüsse „Φ" nicht mathematisch, um spezifischer zu sein, die Zahl der wirksamen magnetischen Flüsse „Φ" des bürstenlosen Motors vom Vernier-Typ ist mathematisch das 0,8-fache vom herkömmlichen, der in 35 gezeigt ist; jedoch wird sie tatsächlich kleiner als das 0,8-fache.
Hier ist der Grund, warum die kleineren Zahlen die tatsächlichen sind: Im allgemeinen verringert sich eine durchschnittliche magnetische Flussdichte eines Magneten bei einer größeren Zahl von magnetisierten Polen, weil die Nähe eines Randes zwischen unterschiedlichen Polen nicht vollkommen magnetisiert werden kann. Mit anderen Worten, existieren nicht magnetisierte Teile und schlecht magnetisierte Teile in der Nähe. Folglich wird eine durchschnittliche magnetische Flussdichte des Magneten des bürstenlosen Motors vom Vernier-Typ niedriger sein als die vom herkömmlichen, der in 35 gezeigt ist.
Der magnetische Kreis vom Vernier-Typ, der in 1 gezeigt ist, erzeugt Zahlen von unwirksamen magnetischen Flüssen, die nicht zur Drehmomenterzeugung beitragen.
3 veranschaulicht den Verlauf des magnetischen Flusses in dem bürstenlosen Motor gemäß der ersten Ausführungsform. In 3 zeigen Pfeilmarkierungen den Verlauf des magnetischen Flusses. Der magnetische Fluss, der zur Drehmomenterzeugung beitragen kann, tritt vom Schenkelpol 5 in einen Magnetpol ein, z. B. den S-Pol des Magneten, und geht durch das rückseitige Joch 2 und den anderen Magnetpol, z. B. den N-Pol, hindurch, und kehrt dann zu einem anderen Schenkelpol 5 zurück. Jedoch gibt es, wie in 3 gezeigt, eine Zahl von magnetischen Flüssen, wie etwa der magnetischer Fluss 7-1, die zwischen den angrenzenden N- und S-Polen Schleifen bilden, und Streufluss 7-2, der dennoch durch einen Teil (eine Ecke des Schenkelpols 5) des Kerns 3 geht.
Das Absenken der mittleren magnetischen Flussdichte und der unwirksamen magnetischen Flüsse, die oben diskutiert wurden, senkt weiterhin den errechneten Faktor, d. h. das 0,8-fache einer Zahl des wirksamen magnetischen Flusses „Φ", auf tatsächlich ca. die Hälfte der herkömmlichen. Der Vorteil der Anordnung, die in der ersten Ausführungsform eingesetzt wird, wird folglich im Hinblick auf die volumetrische Effizienz verringert.
Dann ist die Verbesserung der Magnetleistung untersucht worden. 4 veranschaulicht eine Relation eines max. Energieproduktes des Magneten gegen eine volumetrische Effizienz des bürstenlosen Motors vom Vernier-Typ der ersten Ausführungsform und des herkömmlichen.
In 4 stellt die seitliche Mittellinie ein maximales Energieprodukt (MGOe) dar, das die Leistungen eines Magneten anzeigt. Im Fall des herkömmlichen bürstenlosen Motors, kann ein Motor, der einen leistungsschwachen Magneten hat, seine volumetrische Effizienz mit besserer Leistung des Magneten fast linear erhöhen. Um MGOe = 10 wird die Zunahme verlangsamt, und über MGOe = 15 kann keine Zunahme mehr erwartet werden. Dieses ist deshalb so, weil die Silizium-Stahlplatten, die im Kern verwendet werden, eine gesättigte magnetische Dichte von 1,6–2,0 (T) haben, die es nicht erlauben, dass die magnetische Flussdichte, die durch einen Magneten erzeugt wird, in der Leistung verbessert wird. Deshalb wird eine Dicke des Magneten extrem verringert, und eine Flussdichte an einem Arbeitspunkt sollte unterdrückt werden. Infolgedessen kann, selbst wenn die Leistung des Magneten verbessert worden ist, die volumetrische Effizienz nicht erhöht werden, ausgenommen das Volumen wird aufgrund des Verdünnens des Magneten etwas kleiner. Die maximalen Energieprodukte, die jetzt erzielt werden können, erreichen etwa 45–50 MGOe in einem gerichtet gesinterten Nd-Fe-B Magneten; jedoch können die herkömmlichen bürstenlosen Motoren nicht vollen Nutzen durch diesen Magneten erzielen. Tatsächlich setzen einige der herkömmlichen bürstenlosen Motoren einen gerichteten Nd-Fe-B Harzmagneten ein, der im allgemeinen ca. 10 MGOe hat, weil die Kosten ein anderer kritischer Faktor sind.
Andererseits verringert sich im Fall des bürstenlosen Motors, der die Vernier-Anordnung einsetzt, seine Zahl des wirksamen magnetischen Flusses auf so wenig wie ca. die Hälfte des herkömmlichen, weil die durchschnittliche Flussdichte gesenkt wird, indem eine Anzahl von magnetisierten Polen erhöht und unwirksame Flüsse produziert werden. Deshalb hat der Kern noch genügend Raum für die Flussdichte, bevor er gesättigt wird. Folglich kann die Erhöhung der Flussdichte des Magneten, indem sie die Leistung des Magneten verbessert, die volumetrische Effizienz wesentlich verbessern.
Wie in 4 gezeigt, hat der bürstenlose Motor vom Vernier-Typ gemäß der ersten Ausführungsform in dem Bereich über MGOe = 10 eine vorteilhaft höhere volumetrische Effizienz als der herkömmliche.
5 zeigt eine Anordnung eines magnetischen Kreises eines anderen bürstenlosen Motors gemäß der ersten Ausführungsform. In 5 haben Elemente ähnliche zu denen in 1 die gleichen Bezugszeichen, und die Beschreibungen davon werden hier weggelassen.
In der ersten Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist, wird jeder Schenkelpol des Kerns 3 mit zwei kleinen Zähnen 6 versehen, und wenn sich die Leistung des Magneten über ein bestimmtes Niveau verbessert, kann der Kern magnetisch gesättigt werden. In solch einem Fall wird eine Anzahl von kleinen Zähnen auf drei oder mehr als drei erhöht, so dass die volumetrische Effzienz mit der Verbesserung der Magnetleistung weiter proportional erhöht werden kann.
Eine andere Bedingung, um vollen Nutzen aus der volumetrischen Effizienz des bürstenlosen Motors vom Vernier-Typ zu erzielen, ist, eine Zahl von Schenkelpolen und der von Magnetpolen geeignet einzustellen. Im Fall der ersten Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist, werden sechs Schenkelpole und 20 Magnetpole des Anker-Magneten verwendet.
Im Fall von bürstenlosen Dreiphasen-Motoren, werden die folgenden Parameter eingestellt, damit die unten angegebene Gleichung erfüllt werden kann: P = (2n – 2/3)zwobei „P^„ eine Anzahl von Polen des Magneten darstellt;
„z" eine Zahl von Schenkelpolen des Kerns darstellt; und
„n" eine Anzahl von kleinen Zähnen darstellt.
Dann wird ein Raum zwischen angrenzenden Schenkelpolen minimiert, so dass ein gegenüberliegende Fläche zwischen den kleinen Zähnen auf einem Rand eines Schenkelpols und dem Magneten maximiert wird. Dieser Zustand maximiert eine Zahl von wirksamen magnetischen Flüssen des Magneten und erzielt vollen Nutzen der Kapazität des Magneten. Infolgedessen kann die volumetrische Effizienz des Motors verbessert werden.
Die erste Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist, verwendet den Motor, bei dem der Kern sechs Schenkelpole hat und der Anker 20 Magnetpole hat; jedoch können drei Schenkelpole und zehn Magnetpole, neun Schenkelpole und 30 Magnetpole oder 12 Schenkelpole und 40 Magnetpole verwendet werden.
6 zeigt Relationen zwischen Längenverhältnissen (Länge/äußerer Durchmesser) der magnetischen Kreise und der volumetrischen Effizienzen in bürstenlosen Motoren, die unterschiedliche Anzahlen von Schenkelpolen haben. Wie in 6 gezeigt, stellt der Fall von sechs Schenkelpolen die höchste volumetrische Effizienz dar; jedoch im Fall eines kleineren Längenverhältnisses, d. h. dünner in der Wellenrichtung, tendieren neun Schenkelpole oder 12 Schenkelpole dazu, die bessere volumetrische Effizienz zu zeigen. Im Gegensatz dazu, zeigen im Fall eines größeren Längenverhältnis, d. h. länger in der Wellenrichtung, drei Schenkelpole eine bessere volumetrische Effizienz.
Dies ist deshalb so, weil eine Höhe mit der die Spule von dem Kern absteht (Spulenende) nicht unwesentlich ist, und folglich ist eine größere Zahl von Schenkelpolen für das Verdünnen des Motors geeignet. Innerhalb eines praktischen Längenverhältnisses, das von 0,1 bis 3 reicht, zeigen jedoch sechs oder neun Schenkelpole die beste volumetrische Effizienz, deshalb ist die Wahl von sechs oder neun Polen im Allgemeinen korrekt. Weiterhin, um vollen Nutzen aus der volumetrischen Effizienz eines bürstenlosen Motors vom Vernier-Typ erzielen zu können, ist die Leistung des rückseitigen Jochs 2 ein wichtiger Faktor. Wein 3 gezeigt, gehen wesentlich große magnetische Flüsse durch das rückseitige Joch 2, und der Betrag des Flusses ist abhängig vom Ort deutlich unterschiedlich. Dieses ist deshalb so, weil der magnetische Fluss, der durch das rückseitige Joch 2 geht, durch die Umdrehung des Ankers stark geändert wird.
Besonders in dieser ersten Ausführungsform wird eine Anzahl von Magnetpolen von den herkömmlichen acht Polen bis 20 Polen erhöht, damit die Frequenz des magnetischen Flusses erhöht wird. Infolgedessen werden Wirbelstromverluste, die sich mit dem Quadrat der Flussfrequenz proportional erhöhen, sowie Hystereseverluste, die sich mit der Zunahme der Flussfrequenz proportional erhöhen, größer als die herkömmlichen.
Dementsprechend ist das folgende Verfahren für das Konstruieren des rückseitigen Jochs geeignet: Lamellieren von Silizium-Stahlplatten in der axialen Richtung. Dann das Verfestigen des Pulvers aus weichem magnetischen Isoliermaterial mit einem Isoliermaterial wie Harz. Eine andere Vorgehensweise ist diese: Wie in 7 gezeigt, wird ein Teil, der dem Magneten 1 und dem rückseitigen Joch 2 entspricht, das in 1 gezeigt ist, aus einem magnetischen Körper gebildet, der zwei Schichten hat, d. h. eine Dauermagnetschicht 8 und eine Schicht 9 des rückseitigen Jochs 9. Die Dauermagnetschicht 8 wird gebildet, indem ein in hohem Maße koerzivmagnetisches Pulver mit Harz verfestigt wird, und die rückseitige Jochschicht 9 wird gebildet, indem ein in hohem Maße permeables magnetisches Pulver mit Harz verfestigt wird. Diese Verfahren erhöhen die magnetischen Hochfrequenzeigenschaften des rückseitigen Jochs, so dass der Verlust am rückseitigen Joch unterdrückt werden kann und die Eigenschaften verbessert werden können.
Wenn die Silizium-Stahlplatte für das rückseitige Joch verwendet wird, ist der Siliziumanteil wünschenswert 2–6,5% im Massenverhältnis (6,5% ist vorzuziehen). Der Eisenverlust der Silizium-Stahlplatte wird minimiert, wenn der Siliziumanteil 6,5% im Massenverhältnis ist, was eine effiziente Leistung ermöglicht. Wenn sich der Anteil des Siliziums erhöht, wird die Stahlplatte zerbrechlich und schlecht zu bearbeiten sein. Ein angemessener Wert, der von 2 bis 6,5% reicht, wird im Hinblick auf die Leichtigkeit des Bearbeitens wünschenswert so gewählt, dass die Leichtigkeit des Bearbeitens und die Verbesserung der Effizienz kompatibel sein können.
Weiterhin wird in dieser Ausführungsform ein zylinderförmiger Magnet aufgezeigt; jedoch können, wie in 8 gezeigt, eine Vielzahl von Magneten 1 auf einer inneren Wand des rückseitigen Jochs 2 angeordnet und befestigt werden. Eine andere Möglichkeit wird in 9 gezeigt, d. h. das rückseitige Joch 2 wird gebildet, indem axial Silizium-Stahlplatten lamelliert werden, und Stücke des Magneten in die Löcher eingesetzt werden, die im voraus gelocht wurden. Dieses wird eine Innenmagnet-Anordnung genannt. Als solche wird ein Magnet in eine Vielzahl von Stücken geteilt, und jene Stücke sind magnetisiert worden, bevor sie zusammengebaut werden. Dieses Verfahren ermöglicht eine einfache Magnetisierung und erzielt mühelos vollen Nutzen aus der Kapazität des Magneten.
Ein Magnet kann in eine halbzylindrische Form gestaltet werden, wie in 8 gezeigt, so dass der Einfluss zwischen angrenzenden Polen unterdrückt werden kann und eine ef fektive magnetische Flussdichte erhöht werden kann. Teile des Magneten werden im Joch bedeckt, wie in 9 gezeigt, damit der Anker mechanisch verstärkt werden kann. Die erste Ausführungsform, die oben diskutiert wurde, zeigt einen Motor mit äußerem Anker, in dem ein Kern innen und ein Anker außerhalb des Kerns angeordnet ist. Jedoch kann ein Motor mit innerem Anker, in dem der Kern außen und der Anker innerhalb des Kernes angeordnet ist, wie in 10 gezeigt, auf diese erste Ausführungsform anwendbar sein. Im allgemeinen ist im Fall eines drehmoment-orientierten Motors der Motor mit äußerem Anker vorzuziehen, weil ein gegenüberstehende Fläche zwischen dem Magneten und dem Kern größer sein kann; andererseits wird im Fall eines Motors, der auf eine schnelle Reaktion orientiert ist, der Motor mit innerem Anker bevorzugt, weil der äußere Durchmesser des Ankers klein ist und das Trägheitsmoment des Ankers ebenfalls klein ist. Eine geeignete Auswahl kann abhängig von einer Anwendung gemacht werden.
Das Reluktanz-Drehmoment, das bei Motoren auftritt, wird durch periodische Änderungen der magnetischen Energie zwischen dem Kern und dem Magneten hervorgerufen wenn das Anker sich dreht. Im Fall eines bürstenlosen Motors vom Vernier-Typ, können größere Reluktanz-Drehmoment erzeugt werden, weil ein kleinerer Drehwinkel eine größere Änderungen der magnetischen Energie bewirkt als bei einem herkömmlichen bürstenlosen Motor, da eine Anzahl von Magnetpolen erhöht ist.
Die folgenden Ausführungsformen (zweite bis siebente) stellen Lösungen des durch das Reluktanz-Drehmoment des bürstenlosen Motors vom Vernier-Typ gemäß dieser ersten Ausführungsform verursachten Problems dar.
Beispielhafte Ausführungsform 2
11 zeigt die Magnetisierungsverteilung eines Magneten eines bürstenlosen Motors gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform. Andere magnetische Kreis-Anordnungen des bürstenlosen Motors, die in der zweiten Ausführungsform verwendet werden, bleiben die selben wie die der ersten Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist. In 11 ist der Magnet 21 in einem vorbestimmtem Schrägheitswinkel θ magnetisiert, so dass die Polpositionen an einem oberen Ende und an einem unteren Ende unterschiedlich sind, wobei der Winkel θ ein mechanischer Winkel ist, der vom Drehzentrum gesehen wird und ein zentraler Winkel genannt wird.
Im Fall eines bürstenlosen Motors, der eine Vernier-Anordnung hat, ist „p" = eine Zahl von Magnetpolen des Magneten, "z" = eine Zahl von Schenkelpolen des Kernes, dann wiederholt sich eine Wellenform des Reluktanz-Drehmoments "k" mal pro Umdrehung, wobei „k" das kleinste gemeinsame Vielfache von „p" und "z" ist.
Die Schrägheits-Magnetisierung des Magneten mittelt die Wellenformen des Reluktanz-Drehmoments in einer lamellierten Richtung, so dass ein Absolutwert des Reluktanz-Drehmoments kleiner wird.
12A zeigt eine Relation zwischen den Schrägheitswinkeln in der Magnetisierung und im Reluktanz-Drehmoment. 12B zeigt eine Relation zwischen den Schrägheitswinkeln bei der Magnetisierung und der volumetrischen Effizienz des Motors. Wie in 12A gezeigt, neigt das Reluktanz-Drehmoment dazu, mit einer Zunahme des Schrägheitswinkels kleiner zu werden, und nimmt einen Mindestwert bei einem Schrägheitswinkel von ungefähr 6 und 12 Grad an, während er etwas höhere Werte bei den anderen Winkeln annimmt. Weil die Schrägheits-Magnetisierung die Wellenform des Reluktanz-Drehmoment in der lamellierten Richtung des Kernes mittelt, wird der Schrägheitswinkel so eingestellt, dass er mit einem ganzzahligen Vielfachen eines Zyklus' des Reluktanz-Drehmoments übereinstimmt, wodurch das Reluktanz-Drehmoment minimiert wird.
Wie in 12B gezeigt, neigt die volumetrische Effizienz eines Motors dazu, mit einer Zunahme des Schrägheitswinkels zu sinken. Weil, wenn der Schrägheitswinkel größer wird, unterscheiden sich die Polphasen am oberen Ende und am unteren Ende des Magneten voneinander, und folglich wird die Spule mit einer Antriebsphase angetrieben, die von einer korrekten Antriebsphase abweicht. Infolgedessen wird die volumetrische Effizienz des Motors gesenkt.
Die obige Diskussion beweist, dass der Schrägheitswinkel θ vorzugsweise auf 6 Grad eingestellt wird, was einem Zyklus des Reluktanz-Drehmoment entspricht, damit eine Verkleinerung des Reluktanz-Drehmoments mit einer Verbesserung der volumetrischen Effizienz vereinbar sein kann. Im Fall, dass eine axiale Länge eines Magneten mit einer axialen Länge des Kernes gleichbedeutend ist, wird der Schrägheitswinkel θ so eingestellt, dass er mit einem Zyklus des Reluktanz-Drehmoments übereinstimmt, wie diskutiert wurde; wenn jedoch jene zwei axialen Längen unterschiedlich sind, verringert eine geringfügige Änderung im Schrägheitswinkel manchmal das Reluktanz-Drehmoment.
Die Kompatibilität der Verkleinerung des Reluktanz-Drehmoments mit der Verbesserung der volumetrischen Effizienz gilt, wenn die folgende Gleichung erfüllt ist: θ = (360/k) ± 10%wobei „k" = das kleinste gemeinsame Vielfache von „p" und „z";
„p" = eine Anzahl von Magnetpolen eines Magneten ist; und
„z" = eine Anzahl von Schenkelpolen eines Kernes ist.
Beispielhafte Ausführungsform 3
In der zweiten Ausführungsform, die oben besprochen wurde, wird ein Schrägheitswinkel beim Magnetisieren verwendet. In dieser dritten Ausführungsform wird eine Form eines Kernes entwickelt, so dass das Reluktanz-Drehmoment verringert werden kann. 13 veranschaulicht eine Kernform eines bürstenlosen Motors gemäß der dritten Ausführungsform. Der bürstenlose Motor unterscheidet sich von dem der ersten Ausführungsform im folgenden Punkt: In 13 hat eine Form des Kerns 33 einen unterschiedlichen Öffnungswinkel α an den kleinen Zähnen 36 auf einem Rand des Schenkelpols 35 gegenüber jener der ersten Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist. Die anderen Anordnungen bleiben dieselben wie die in der ersten Ausführungsform.
Eine Änderung im Öffnungswinkel α an den kleinen Zähnen ändert das Reluktanz-Drehmoment wesentlich. 14A zeigt eine Wellenform des Reluktanz-Drehmoments abhängig von einer Änderung des Öffnungswinkels α an den kleinen Zähnen. 14A zeigt eine Wellenform bei einem Öffnungswinkel α = 120 Grad in den elektrischen Winkeln, 14B zeigt diese bei 150 Grad, und 14C zeigt diese bei 180 Grad.
Wie in 14A gezeigt, wiederholt das Reluktanz-Drehmoment die Wellenform sechsmal während der Drehung des Winkels um 360 Grad in den elektrischen Winkeln (60 mal für einen mechanischen Winkel von 360 Grad). Diese Zahl stimmt mit dem kleinsten gemeinsamen Vielfachen „60" der Anzahl der Schenkelpole „6" und der Anzahl der Magnetpolen „20" überein. Dieses ist kein bestimmtes Phänomen der dritten Ausführungsform, sondern kann in den bürstenlosen Motoren im Allgemeinen gesehen werden, welche die Vernier-Anordnung einsetzen. Das heißt, das Reluktanz-Drehmoment, das einen Takt hat, der gleich dem kleinsten gemeinsamen Vielfachen einer Anzahl von Schenkelpolen und einer Anzahl von Magnetpolen ist, tritt auch im bürstenlosen Motor auf, der die Vernier-Anordnung einsetzt. Dieser Takt wird im folgenden ein Basis-Reluktanz-Drehmoment-Takt genannt.
Im Fall von 14C, in dem der Öffnungswinkel α der kleinen Zähne 6 erhöht ist, sind der Takt und ein Absolutwert des Reluktanz-Drehmoments annähernd denen des Falls gleich, der in 14A gezeigt ist; jedoch hat die Wellenform in 14C eine umgekehrte Phase gegenüber der von 14A. Andererseits, im Fall wenn der Öffnungswinkel α auf 150 Grad in den elektrischen Winkeln eingestellt wird, wie in 14B gezeigt, tritt ein Reluktanz-Drehmoment auf, dessen Frequenz einen Takt vom zweifachen des Basis-Reluktanz-Drehmoment-Taktes hat, und ein Absolutwert wird im wesentlichen klein.
15 und 16A bis 16D veranschaulichen einen Grund dieses Phänomens, das in 14B gezeigt ist. Um die Beschreibung zu vereinfachen, wird die folgende Bedin gung betrachtet: eine Grenze zwischen N-Pol und S-Pol des Magneten 31, der in 15 gezeigt ist, erreicht gerade die Randecke 6-1 des kleinen Zahns 36.
Im Zustand, der in 15 gezeigt ist, ändert sich die magnetische Energie zwischen dem Magneten 31 und dem kleinen Zahn 36, und das Drehmoment tritt auf, wie in 16A gezeigt. Die Wellenform dieser Drehmoment ist annähernd Null, wenn die Randecke 6-1 des kleinen Zahns 36 mit der Grenze zwischen N-Pol und S-Pol übereinstimmt.
In diesem Fall tritt an einer anderen Randecke 6-2 des kleinen Zahns 36 in der gleichen Weise auch ein Drehmoment auf und seine Wellenform näher sich Null an, wenn die Randecke 6-2 mit der Grenze zwischen N-Pol und S-Pol übereinstimmt. Die Wellenform des Drehmoments an der Randecke 6-2 und das an der Randecke 6-1 sind in Bezug auf einen Punkt symmetrisch, wie in 16B gezeigt. Die Einstellung des Öffnungswinkels θ auf 150 Grad in den elektrischen Winkeln macht die Phasen der Drehmomente an den Randecken 6-1 und 6-2 unterschiedlich. Deshalb heben sich die jeweilige Drehmomente gegenseitig auf, so dass eine dritte Komponente des Drehmoments an dem kleinen Zahn 36 vollständig entfernt wird, wie in 16C gezeigt.
In dem Motor als Ganzes, werden eine erste, zweite, vierte und fünfte Komponente durch das Drehmoment aufgehoben, von welchen die Phasen zueinander um 120 Grad in den elektrischen Winkeln unterschiedlich ist, das an anderen kleinen Zähnen auftritt, und das Drehmoment, das sechste und weitere Komponenten hat, tritt auf, wie in 16D gezeigt. In Schlussfolgerung tritt ein Reluktanz-Drehmoment auf, das die Hälfte der Periode der Basis-Reluktanz-Drehmoment-Periode hat, und der Absolutwert des Reluktanz-Drehmoments wird kleiner.
Diese dritte Ausführungsform beweist, dass das Reluktanz-Drehmoment bei 150 Grad in den elektrischen Winkeln des Öffnungswinkels des kleinen Zahns 36 herabgesetzt wird. Auf die gleiche Weise, wenn der Öffnungswinkel der kleinen Zähne 90 oder 210 Grad in den elektrischen Winkeln ist, werden dritte Komponenten des Reluktanz-Drehmoments, die an beiden Randecken auftreten, entfernt, und dann stellt sich das gleiche Phänomen ein.
Diese dritte Ausführungsform beweist, dass das Reluktanz-Drehmoment bei 150 Grad in den elektrischen Winkeln des Öffnungswinkels eines kleinen Zahnes minimiert wird. Eine geringfügige Abweichung von 150 Grad wird betrachtet, z. B. wenn ein Öffnungswinkel von kleinen Zähnen 140 oder 160 Grad in den elektrischen Winkeln ist, so werden 50% einer dritten Komponente des Reluktanz-Drehmoments, das an den kleinen Zähnen auftritt, entfernt. Im Fall eines Öffnungswinkels von 145 oder 155 Grad in den elektrischen Winkeln, werden 74% der dritten Komponente davon entfernt. Deshalb ist es vorzuziehen, den Öffnungswinkel irgendwo zwischen 145 und 155 Grad einzustellen, in denen die dritte Komponente auf weniger als 25% verringert wird, um geeignete Leistung zu erhalten. Die grundlegende Komponente des Reluktanz-Drehmoments wird soweit gesenkt, dass das Reluktanz-Drehmoment auf ein niedriges Niveau gedrückt wird.
In den folgenden drei Fällen hat der Motor einen fast gleichen Zustand, in dem ein Öffnungswinkel kleiner Zähne 36 vom Gesichtpunkt der magnetischen Eigenschaften kleiner wird, und das Reluktanz-Drehmoment wird minimiert, wenn der Öffnungswinkel α der kleinen Zähne 6 etwas größer (ungefähr 5 Grad in den elektrischen Winkeln) als der vorangehende vorzuziehende Bereich 145–155 Grad ist:

1. Eine Form der kleinen Zähne 36 wird mit einem kleineren "R" (Radius) als dem des Kerns abgerundet, wie in 17B gezeigt;
2. Eine Form des kleinen Zahnes 36 wird abgeschrägt, wie in 17B gezeigt; oder
3. Der Einfluss von beispielsweise magnetischer Sättigung im Kern wird bei einer Form des kleinen Zahns 36 in Betracht gezogen.

Deshalb erzeugt ein Öffnungswinkel eines kleinen Zahnes auf irgendwo zwischen 145 und 160 Grad, 85 und 100 Grad oder 205 und 220 Grad in den elektrischen Winkeln ein Reluktanz-Drehmoment, das die halbe Periode der Basis-Reluktanz-Drehmoment-Periode hat, und der Absolutwert des Reluktanz-Drehmoments kann auf ein niedriges Niveau gedrückt werden.
Wenn jedoch der Öffnungswinkel α der kleinen Zähne irgendwo zwischen 85 und 100 Grad eingestellt wird, wird ein gegenüberstehende Fläche zwischen den kleinen Zähnen und dem Magneten kleiner, so dass eine Zahl der wirksamen magnetischen Flüsse verringert wird. Im Gegensatz dazu wird, wenn der Öffnungswinkel α der kleinen Zähne irgendwo zwischen 205 und 220 Grad eingestellt wird, der Öffnungswinkel größer als eine Breite eines Magnetpols. Deshalb treten unwirksame magnetische Flüsse auf, die sich mit dem Eisenverlust erhöhen. Weil beide Faktoren, d. h. das Senken der Zahl wirksamer magnetischer Flüsse und das Erhöhen des Eisenverlusts, die Effizienz senken, ist es wünschenswert, einen Öffnungswinkel der kleinen Zähne irgendwo zwischen 145 und 160 Grad in den elektrischen Winkeln einzustellen.
Beispielhafte Ausführungsform 4
Die dritte Ausführungsform, die oben besprochen wurde, zeigt ein Verfahren zur Verringerung des Reluktanz-Drehmoment, indem ein Öffnungswinkel der kleinen Zähne geändert wird. Diese vierten Ausführungsform fokussiert auf einen Abstand der kleinen Zähne als ein Verfahren zur Verringerung des Reluktanz-Drehmoments.
18A bis 18C veranschaulichen eine Form eines Kerns eines bürstenlosen Motors gemäß der vierten Ausführungsform. 19A zeigt eine Wellenform des Reluktanz-Drehmoments, das am Kern 3-1 in der vierten Ausführungsform auftritt. 19B zeigt eine Wellenform des Reluktanz-Drehmoments beim Kern 3-2. 19C zeigt eine Wellenform des Reluktanz-Drehmoments, das bei dem Kern auftritt, der in der vierten Ausführungsform verwendet wird.
In 18A ist zylinderförmiger Magnet 41 abwechselnd und gleichmäßig als N-Pol und S-Pol an seiner inneren Wand magnetisiert, und das rückseitige Joch 42 ist fest an seiner äußeren Wand angebracht. Der Kern 43 ist aus Silizium-Stahlplatten gebildet, die durch eine Presse gelocht und axial lamelliert worden sind. Der Kern 43 enthält sechs Schenkelpole 45, die mit gleichem Abstand voneinander angeordnet sind. Spulen (nicht gezeigt) sind auf jeden Schenkelpol 45 gewickelt. Jeder Schenkelpol 45 ist gezahnt und hat zwei kleine Zähne 6 an seinen Rändern, die dem Magnet 41 gegenüberstehen, so dass insgesamt 12 kleine Zähne 6 ausgebildet sind.
Die vierte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten, die in 1 gezeigt ist, im folgenden Punkt: Ein Abstand der kleinen Zähne 6, die auf einem Rand von jedem Schenkelpol gezahnt sind, die in 1 gezeigt sind, d. h. in der ersten Ausführungsform, wird auf eine Breite von zwei Magnetpolen, nämlich 360 Grad in den elektrischen Winkeln, eingestellt. In der vierten Ausführungsform, die in 18A gezeigt ist, wird ein Abstand kleiner Zähne 46 auf 330 Grad in den elektrischen Winkeln eingestellt, welcher kleiner ist als jener der ersten Ausführungsform. Der Grund weshalb diese Form eingesetzt wird, wird im folgenden beschrieben.
Die Form, die in 18A gezeigt ist, wird ausgebildet, indem einen schraffierter Teil des Kerns 3-1, der in 18B gezeigt ist, mit einem schraffierten Teil des Kerns 3-2 kombiniert wird, der 18C gezeigt in. Die Form des Kerns 3-1, der in 18B gezeigt ist, ist dieselbe wie die der ersten Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist, aber sie ist um 15 Grad in den elektrischen Winkeln gegen den Uhrzeigersinn gedreht (1,5 Grad in den mechanischen Winkeln.) Die Form des Kerns 3-2, der in 18C gezeigt ist, ist auch die gleiche wie die der ersten Ausführungsform, aber sie wird im Gegensatz zu Kern 3-1, im Uhrzeigersinn um 15 Grad in den elektrischen Winkeln gedreht (1,5 Grad in den mechanischen Winkeln).
Eine Verkleinerung des Reluktanz-Drehmoments wird unter Bezug auf 19A bis 19C beschrieben. Eine Volllinie in 19A zeigt eine Wellenform des Reluktanz-Drehmoments, das an Kern 3-1 auftritt. Wie bereits bei der ersten Ausführungsform beschrieben, zeigt das Reluktanz-Drehmoment an Kern 3-1 60 Wiederholungen pro Umdrehung, d. h. 60 Grad in den elektrischen Winkeln (6 Grad in den mechanischen Win keln) pro Zyklus, weil das kleinste gemeinsame Vielfache von 20 Magnetpolen und 6 Schenkelpolen 60 ist. Die schraffierten Teile von Kern 3-1 entsprechen gerade der Hälfte des gesamten Kerns, so dass das Reluktanz-Drehmoment der schraffierten Teile die Hälfte wird und die Wellenform erzeugt, die in 19A mit einer unterbrochenen Linie gezeigt ist.
Auf die gleiche Weise erzeugt das Reluktanz-Drehmoment an den schraffierten Teilen von Kern 3-2, der in 18C gezeigt ist, die Wellenform, die in 19B mit einer unterbrochenen Linie gezeigt ist. Ein Vergleich der Reluktanz-Drehmoment-Wellenform, die in 19A gezeigt ist, mit der in 19B gezeigten, zeigt, dass die gleichen Drehmomentgrößen, die gleichen Zyklen und um 180 Grad unterschiedliche Phasen auftreten.
Daher erzeugt das Reluktanz-Drehmoment, das an Kern 43 in dieser vierten Ausführungsform auftritt, eine Wellenform, in der das Reluktanz-Drehmoment an den schraffierten Teilen von Kern 3-1, der in 18B gezeigt ist, mit dem an den schraffierten Teilen von Kern 3-2, der in 18C gezeigt ist, kombiniert wird. Das Kombinations-Drehmoment der unterbrochenen Linie in 19A mit der unterbrochenen Linie in 19B erzeugt die Wellenform, die in 19C gezeigt ist, in der eine erste, ein dritte, ein fünfte und weitere Komponenten von beiden Drehmomenten sich gegenseitig aufheben. Die Amplitude in 19C wird wesentlich kleiner als die ursprünglichen Wellenformen, und die Periode wird die Hälfte der ursprünglichen. Infolgedessen kann das Reluktanz-Drehmoment des bürstenlosen Motors gemäß der vierten Ausführungsform auf ein niedriges Niveau gedrückt werden.
In der vierten Ausführungsform werden die schraffierten Teile der zwei Kernformen gemäß dem folgenden Verfahren ausgewählt: die gleiche Zahl von schraffierten Teilen wie die der nicht-schraffierten Teile sollte aus Schenkelpolen ausgewählt werden, von denen die Positionen in Bezug auf einen Magnetpol miteinander übereinstimmt.
Jede Kombination, die nicht dem vorangehenden Verfahren folgt, ergibt keine Verkleinerung des Reluktanz-Drehmoments, und dennoch geht die Ausgeglichenheit der jeweiligen Phasen verloren, was manchmal die Eigenschaften des Motors verschlechtert.
Andere Formen des Kernes als jene, die in 18A bis 18C gezeigt sind, können mit einer geeigneten Kombination zur Verfügung stehen, insoweit dem vorangehenden Verfahren gefolgt wird. Verschiedene Kernformen von unterschiedlichen bürstenlosen Motoren gemäß der vierten Ausführungsform sind in den 20A–20C, 21A–21C, 22A–22C, 23A–23C und 24A–24D veranschaulicht.
Wie in den jeweiligen Zeichnungen gezeigt, können verschiedene Formen verfügbar sein: 20A–20C veranschaulichen eine Kernform, bei welcher der Zahnabstand größer als 360 Grad in den elektrischen Winkeln ist, 21A–21C veranschaulichen eine Kernform, wohin ein Zahnabstand größer als 360 Grad und ein Zahnabstand kleiner als 360 Grad abwechselnd angeordnet sind. 22A–22C veranschaulichen eine Kernform, bei welcher der Zahnabstand 360 Grad ist, jedoch ein Abstand der Schenkelränder verändert wird. 23A–23C veranschaulichen eine Kernform, bei welcher der Öffnungswinkel der kleinen Zähne nach rechts und nach links um ein gegebenes Maß unterschiedlich sind. Andere Formen als die der vorangehenden Beschreibungen sind auch verfügbar.
In den vorangehenden Beispielen werden die Kernformen mit einem Unterschied in einer Phase von 30 Grad in den elektrischen Winkeln kombiniert; jedoch ist es nicht notwendigerweise, nur einen Unterschied von 30 Grad zu haben, sondern er kann um ±10 Grad einstellbar sein, so dass eine Komponente des Basis-Reluktanz-Drehmoment-Zyklus um ca. 70% entfernt werden kann, was einen ausreichenden Vorteil erzeugt.
Die vorangehenden Beispiele zeigen Kombinationen von zwei unterschiedlichen Formen, von denen die jeweiligen Reluktanz-Drehmomente sich in den Phasen um 180 Grad unterscheiden. Jedoch kann im Fall, wenn drei kleine Zähne an jedem Schenkelpol bereitgestellt werden, wie in 24A gezeigt, das Reluktanz-Drehmoment auch verringert werden, indem Kernformen kombiniert werden, deren Phasen sich voneinander um 20 Grad in den elektrischen Winkeln unterscheiden.
Daher kann gefolgert werden, dass ein bürstenloser Dreiphasenmotor im allgemeinen sein Reluktanz-Drehmoment mit der folgenden Anordnung verringern kann: angenommen eine Zahl der kleinen Zähne = "n" pro Schenkelpol, werden „n" Stück von Basis-Kernformen, die voneinander um (60/"n" Grad) ±10% abweichen, geeignet kombiniert. Ein Abstand der kleinen Zähne kleiner als 360 Grad ist erwünscht, wie in 18A und in 24A gezeigt, obwohl dieses in den vorangehenden Beschreibungen nicht genauer ausgeführt wurde.
Noch allgemeiner, unter der Annahme, dass eine Anzahl der kleinen Zähne, die an einem Schenkelpol bereitgestellt werden, "n" ist, und ein Abstand der kleinen Zähne β Grad in den elektrischen Winkeln ist, erlaubt dann im Fall des bürstenlosen Dreiphasenmotors das Erfüllen der folgenden Gleichung einen größeren Raum zwischen benachbarten Schenkelpolen, es werden magnetische Störung zwischen den Schenkelpolen unterdrückt, und ein Verrichten des Aufwickelns der Spulen wird verbessert: β = 360 – (60/n ± 10%)
Im Fall eines Öffnungswinkels, der rechts und links um ein gegebenes Maß unterschiedlich ist, wie in 23A gezeigt, unterscheidet sich die magnetische Anziehung zwischen dem Kern und dem Magneten rechts und links, so dass der Anker immer in einer konstanten Richtung zum Lager hin gedrängt wird. Folglich kann, wenn ein ölimprägniertes gesintertes Lager verwendet wird, das einen Abstand zwischen der Welle und dem Lager erlaubt, ein Klappern der Welle unterdrückt werden, und die Drehgenauigkeit kann verbessert werden.
Die vorangehenden dritten und vierten Ausführungsformen beschreiben die Verfahren zur Verringerung des Reluktanz-Drehmoments, indem Formen der Kerne entwickelt werden. Wenn die Schrägmagnetisierung, die in der zweiten Ausführungsform dargelegt ist, mit der dritten oder vierten Ausführungsform kombiniert wird, kann das Reluktanz-Drehmoment weiter verringert werden.
In der zweiten zuvor dargelegten Ausführungsform, wird der Schrägheitswinkel θ so eingestellt, dass er mit dem Basis-Reluktanz-Drehmoment-Zyklus im wesentlichen übereinstimmt. Jedoch werden in den dritten und vierten Ausführungsformen erste Komponenten der jeweiligen Reluktanz-Drehmomente im wesentlichen entfernt, so dass das Reluktanz-Drehmoment mit nur der Hälfte des Schrägheitswinkels auf ein zufriedenstellendes Niveau verringert werden kann.
Mit anderen Worten, unter der Annahme, dass eine Anzahl von Magnetpolen eines Magneten „p" ist und eine Anzahl von Schenkelpolen des Kernes „z" ist, wird der Schrägheitswinkel θ so eingestellt, dass die folgende Gleichung erfüllt ist, damit eine Verkleinerung des Reluktanz-Drehmoments mit einer Verbesserung der volumetrischen Effizienz des Motors kompatibel sein kann: θ = 180/k ± 10%,wobei „k" das kleinste gemeinsame Vielfache von „p" und „z" ist.
Beispielhafte Ausführungsform 5
25A zeigt eine Kernform eines bürstenlosen Motors gemäß der fünften beispielhaften Ausführungsform. 25B ist eine Schnittansicht entlang den Linien x-x' und z-z' in 25A. 25C ist eine Schnittansicht entlang der Linie y-y' in 25A. 25D und 25E zeigen grundlegende Kernformen des bürstenlosen Motors, der in 25A gezeigt ist. 26 ist eine Schnittansicht von einem Schenkelpol des Kernes, der in der fünften beispielhaften Ausführungsform verwendet wird.
In der vorangehenden vierten Ausführungsform fällt der Fokus auf eine Schnittansicht des Kerns, und ein Verfahren zur Verringerung des Reluktanz-Drehmoments wird entwickelt. In dieser fünften Ausführungsform wird eine Schnittform entlang der axialen Richtung unterteilt, damit das Reluktanz-Drehmoment verringert wird.
Wie in 25A–25C gezeigt, wird der Kern 3 aus einem oberen, einem mittleren und einem unteren Abschnitt gebildet. Die Kernformen der oberen und unteren Abschnitte sind dieselben, und wie in 25B gezeigt, ist ein Öffnungswinkel aller 12 kleinen Zähne 150 Grad in den elektrischen Winkeln. Eine Kernform des mittleren Abschnitts hat einen Öffnungswinkel von 210 Grad in den elektrischen Winkeln bei allen 12 kleinen Zähnen, wie in 25C gezeigt.
Neben den Öffnungswinkeln der kleinen Zähne, hat der Kern gemäß der fünften Ausführungsform eine schmalere Breite „w1" der spulenumwickelten Teile auf den Schenkelpolen an den oberen und unteren Abschnitten als die Breite „w2" des spulenumwickelten Teils am mittleren Abschnitt.
Der Kern der fünften Ausführungsform wird im wesentlichen auf die gleiche Weise wie in der vierten Ausführungsform angeordnet.
Die Form der oberen und unteren Abschnitte des Kerns 53, der in 25B gezeigt ist, wird konstruiert, indem die schraffierten Teile von Kern 3-1 und von Kern 3-2, in 25D und in 25E gezeigt, kombiniert werden. Die Form des mittleren Abschnitts des Kerns 53, der in 25C gezeigt ist, wird konstruiert, indem die anderen Teile außer den schraffierten Teilen von Kern 3-1 und von Kern 3-2, die in 25D und 25E gezeigt sind, kombiniert werden.
Im Kern 53 ist weiterhin betreffend eine Breite eines spulenumwickelten Teils eines Schenkelpols die Breite „w1" der oberen und unteren Abschnitte schmaler als die Breite „w2" des mittleren Abschnitts, entsprechend dem Öffnungswinkel der kleinen Zähne. Weil die oberen und unteren Abschnitte einen kleinen Öffnungswinkel der Zähne haben und eine geringe Menge magnetischen Flusses durch die Zähne hindurch tritt, werden die schmaleren Breiten der spulenumwickelten Teile die magnetischen Eigenschaften nicht nachteilig beeinflusst.
Andererseits bewirken diese schmaleren spulenumwickelte Teile den folgenden Vorteil: 26 zeigt eine Schnittansicht des spulenumwickelten Teils von einem Schenkelpol, der in der fünften Ausführungsform verwendet wird. 37 zeigt zum Vergleichszweck eine Schnittansicht eines spulenumwickelten Teils eines Schenkelpols eines siebenten herkömmlichen Beispiels eines bürstenlosen Motors, in dem der spulenumwickelte Teil eine konstante Breite hat. In dieser fünften Ausführungsform, die in 26 gezeigt ist, ist der Kern 55 mit einem isolierenden Film 50 versehen, und die Spule 54 wird darauf ge wickelt. Andererseits ist im siebenten herkömmlichen Beispiel, das in 37 gezeigt ist, der Kern 705 mit isolierendem Film 710 versehen, und die Spule 704 wird darauf gewickelt.
Ein Vergleich des Falls, der in 26 gezeigt ist, mit dem in 37, beweist, dass der Fall in 26 eine kürzere Spulenlänge pro Umdrehung verwendet, als der Fall, der in 37 gezeigt ist. Folglich wird, wenn Spulen des gleichen Durchmessers gewickelt werden, ein niedrigerer Spulenwiderstand im Fall erwartet, der in 26 gezeigt ist, so dass die volumetrische Effizienz des Motors erhöht wird. Weiterhin bildet die Spule 54 ein Pentagon, das den Druck, der an Kernrändern angreift, auf sechs Punkte verteilt, und folglich kann ein dünnerer isolierender Film, als in dem Fall, der in 37 gezeigt ist, eine gleichwertige isolierende Kapazität aufrecht erhalten. Ein dünnerer isolierender Film ermöglicht mehr Spulenwicklungen und fördert dadurch die Erhöhung der volumetrischen Effizienz des Motors.
Beispielhafte Ausführungsform 6
27A bis 27E sind schematische Ansichten der Kernformen eines bürstenlosen Motors gemäß der sechsten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In den vorangehenden vierten und fünften Ausführungsformen wird ein Kern ausgebildet, indem eine entsprechende Anzahl von Basis-Kernformen zu einer Anzahl von kleinen Zähnen „n" pro Schenkelpol kombiniert werden. Ein Aufbau durch Kombination einer größeren Anzahl von Basis-Formen kann das Reluktanz-Drehmoment weiter verringern, obwohl er ziemlich komplex wird.
Wie in 27A bei einem Kern der sechsten Ausführungsform gezeigt, werden ein Schenkelpol, der einen Abstand von 315 Grad in den elektrischen Winkeln an den kleinen Zähnen hat und ein anderer Schenkelpol, der einen Abstand von 345 Grad hat, abwechselnd platziert. Diese Form wird ausgebildet, indem schraffierte Teile von vier grundlegenden Formen, die in 27B–27E gezeigt sind, kombiniert werden. Diese vier Formen unterscheiden sich voneinander in der Phase um 15 Grad in den elektrischen Winkeln.
Als solche, wird eine Anzahl von zu kombinierenden Basis-Formen erhöht, wodurch eine zweite Komponente und weitere Komponenten, die nicht in den vierten oder fünften Ausführungsformen entfernt werden konnten, ausgelöscht werden können, obwohl die Anordnung ziemlich komplex wird. Infolgedessen kann das Reluktanz-Drehmoment weiter verringert werden.
Im allgemeinen wird im Fall eines bürstenlosen Dreiphasenmotors und unter der Annahme, dass eine Gesamtanzahl von kleinen Zähnen mit denen die Schenkelpole pro Phase versehen werden „N" ist, eine Schnittform eines Kernes entlang einer axialen Richtung gebildet wird, indem "N" Stücke von Basis-Kernformen kombiniert werden. Jene Formen werden um (60/"N" Grad in den elektrischen Winkeln) ±10% voneinander versetzt. Diese Anordnung ermöglicht es, einen Motor zur Verfügung zu stellen, der ein im wesentlichen niedriges Reluktanz-Drehmoment hat.
Beispielhafte Ausführungsform 7
28A bis 28D sind schematische Ansichten der Kernformen eines bürstenlosen Motors gemäß der siebenten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser siebenten Ausführungsform werden das Verfahren zur Einstellung eines Öffnungswinkels der kleinen Zähne der dritten Ausführungsform und das Verfahren des Kombinierens einer Vielzahl von Basis-Kernformen der vierten und fünften Ausführungsformen kombiniert. Dieses kombinierte Verfahren kann das Reluktanz-Drehmoments weiter verringern.
28A veranschaulicht eine Kernform der siebenten Ausführungsform. Wie in 28A gezeigt, hat der Kern 73 der siebenten Ausführungsform eine Form, in der die jeweiligen Schenkelpole 75 gezahnt sind und mit drei kleinen Zähnen pro Pol versehen sind. Jeder kleine Zahn 76 hat einen Abstand von 350 Grad in den elektrischen Winkeln und einen Öffnungswinkel von 150 Grad in den elektrischen Winkeln.
Diese Form wird gebildet, indem schraffierte Teile von drei Kernformen kombiniert werden, die in 28B–28D gezeigt sind, deren Phasen voneinander um 10 Grad in den elektrischen Winkeln versetzt sind. In diesen Formen der drei Kerne 3-1, 3-2 und 3-3 wird ein Öffnungswinkel der kleinen Zähne auf 150 Grad in den elektrischen Winkeln eingestellt.
Die Verkleinerung des Reluktanz-Drehmoments in Kern 73 der siebenten Ausführungsform wird unter Bezug auf 29A–29D dargestellt. Die Formen der drei Kerne 3-1, 3-2 und 3-3 haben ursprünglich einen Öffnungswinkel von 150 Grad bei einem Schenkelpol. Folglich, wie die Volllinien in 29A–29C zeigen, wird ein Reluktanz-Drehmoment erzeugt, das die halbe Periode (eine Periode von 30 Grad in den elektrischen Winkeln) der Basis-Reluktanz-Drehmoment-Periode hat. Dieses Reluktanz-Drehmoment hat auch einen geringeren Absolutwert.
Diese drei Kernformen werden gegeneinander in der Phase um 10 Grad in den elektrischen Winkeln verschoben, und die Kernform der siebenten Ausführungsform wird ge bildet, indem 1/3 jeder dieser drei Formen kombiniert werden. Folglich hebt sich das Reluktanz-Drehmoment, das durch diese Kernform erzeugt wird, auf, so dass die Amplitude des Reluktanz-Drehmoments im wesentlichen klein wird, wie in 29D gezeigt, und dennoch eine Periode kleiner als 1/3 der ursprünglichen Wellenform wird.
Die Kernform mit ursprünglich kleinem Reluktanz-Drehmoment und einer kurzen Periode des Reluktanz-Drehmoments wird in der dritten Ausführungsform verwendet. Die siebente Ausführungsform setzt diese Kernform als eine Basisform ein, und zusätzlich wird eine halbwinklig verschobene Kernform, die in der vierten und fünften Ausführungsform verwendet wird, damit kombiniert, wodurch das Reluktanz-Drehmoment wesentlichen verringert werden kann.
Im allgemeinen wird ein bürstenloser Dreiphasenmotor vorzugsweise wie folgt angeordnet:
eine Anzahl von kleinen Zähnen mit denen ein Schenkelpol versehen ist = „n";
eine Schnittform eines Kernes entlang einer axialen Richtung hat an den kleinen Zähnen mit denen jeder Schenkelpol versehen ist einen Öffnungswinkel von 145–160 Grad in den elektrischen Winkeln, und eine solche Kernform wird als Basisform verwendet; und
„n" Stücke der Basis-Kernformen werden kombiniert und zueinander in einer Drehrichtung um (30/"n" Grad) ±10% verschoben, um eine Kernform zu bilden.
Weiter wird, wie in 28A gezeigt, ein Abstand der kleinen Zähne auf weniger als 360 Grad in den elektrischen Winkeln eingestellt. Im allgemeinen ist eine Anzahl der kleinen Zähne mit denen ein Schenkelpol versehen ist = „n", ein Abstand der kleinen Zähne = β Grad in den elektrischen Winkeln und β wird so eingestellt, dass die folgende Gleichung erfüllt ist. Dann kann ein Raum zwischen angrenzenden Schenkelpolen größer sein, magnetische Störungen zwischen Schenkelpolen können unterdrückt werden, und eine Vorgang der Wicklung der Spulen kann effizient durchgeführt werden: θ = 360 – (30/n ± 10%)
Gemäß der ersten bis siebenten Ausführungsform kann die volumetrische Effizienz eines Motors mehr als verdoppelt sein, und ein verkleinerter Motor, der die gleichen Eigenschaften beibehält, kann zur Verfügung gestellt werden. Wenn eine Größe wie bei einem herkömmlichen Motor beibehalten wird, kann eine Ausgabe wesentlichen erhöht werden, damit eine Vorrichtung, die diesen Motor verwendet, seine Leistung verbessern kann.
Beispielhafte Ausführungsform 8
30 ist eine schematische Ansicht von verschiedenen Vorrichtungen gemäß der achten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 30 umfasst die Vorrichtung 801 die folgenden Elemente:
Gehäuse 802;
Motor 807 befestigt am Gehäuse 802;
Ansteuereinrichtung 805 zum Ansteuern des Motors 807;
Stromversorgung 808 zur Versorgung der Ansteuereinrichtung 805; und
Last 809, wie etwa ein mechanischer Abschnitt, der durch den Motor 807 angetrieben wird.
Der Motor 807 und die Ansteuereinrichtung 805 bilden die Motor-Antriebseinrichtung 803. In Vorrichtung 801 treibt die Stromversorgung 808 den Motor 807 über die Ansteuereinrichtung 805 an, und Drehmoment wird auf die Last 809 über eine Ausgangswelle des Motors 807 übertragen. Jeder Motor gemäß der ersten bis siebenten Ausführungsform kann als Motor 807 verwendet werden.
Einige Vorrichtungen gemäß der achten Ausführungsform werden im folgenden dargestellt. Zuerst wird der bürstenlose Motor der vorliegenden Erfindung in transportablen Informationsterminals, in beweglichen Minidisk-Spielern und dergleichen eingesetzt, so dass jene Vorrichtungen verkleinert und leichter werden, weil der Motor verkleinert und leichter wurde, obwohl er die gleiche Leistung wie der herkömmliche beibehält.
Ein Einsatz des bürstenlosen Motors der vorliegenden Erfindung in Antriebsquellen von Büroautomatisierungsvorrichtungen, von Haushaltsgeräten und dergleichen, ermöglicht es, dass jene Vorrichtungen und Geräte mit einer höheren Geschwindigkeit arbeiten, sowie auch mehr Funktionen durchführen können, ohne ihre Ausmaße zu vergrößern. Um konkreter zu sein, im Fall der Vorrichtungen mit optischem Medium kann der bürstenlose Motor der vorliegenden Erfindung z. B. als Spindelmotor verwendet werden, der eine CD-ROM, eine DVD, eine optische Disk oder eine Mini-Disk dreht. Der Einsatz dieses bürstenlosen Motors verkleinert jene Vorrichtungen und macht sie leichter.
Der bürstenlose Motor der vorliegenden Erfindung kann in einer Büroautomatisierungsvorrichtung verwendet werden, z. B. wird er als Trommel-Motor verwendet, der eine Fotoleitertrommel eines Kopierers dreht. Der Kopierer der vorliegenden Erfindung kann folglich mit einer höheren Geschwindigkeit arbeiten und führt mehr Funktionen durch. Im Fall von Laserstrahldruckern kann der bürstenlose Motor der vorliegenden Erfindung als Polygonspiegel-Scannermotor für die Laser-Abtastung verwendet werden. Diese Verwendung ermöglicht es dem Drucker, Kopien genauer und mit einer höheren Geschwindig keit zu drucken. Im Fall der Festplattenvorrichtungen, wird der bürstenlose Motor der vorliegenden Erfindung z. B. als Spindelmotor verwendet, der eine Festplatte dreht. Diese Verwendung ermöglicht es jener Festplattenvorrichtungen Daten mit einer höheren Geschwindigkeit zu lesen/schreiben.
Der Einsatz des bürstenlosen Motors der vorliegenden Erfindung in Haushaltsgeräten, wie etwa einem Ventilator-Motor eines Gebläses, das in einer Inneneinheit oder in einer Außeneinheit einer Klimaanlage eingesetzt wird, ermöglicht es der Klimaanlage, seine Leistung zu erhöhen. Weil der Motor der gleichen Größe und des gleichen Gewichts wie ein herkömmlicher mehr Leistung ausgeben kann.
Ein Einsatz des bürstenlosen Motors der vorliegenden Erfindung in einem Aktuator zum Antreiben von Drehverbindungen eines Roboters erlaubt eine Verbesserung der Ausgabe von Industrierobotern, weil der Motor der gleichen Größe und des gleichen Gewichts wie ein herkömmlicher mehr Leistung ausgeben kann. Dieser Einsatz kann folglich den gegenwärtigen Status von Robotern verbessern, d. h. ein zweifüßiger gehender Roboter kann zu einem Roboter werden, der ähnlicher zu einem menschlichen Körper ist, und er kann hohe anspruchsvolle Leistungen wie Laufen, Springen oder Werten durchführen.
Der bürstenlose Motor der vorliegenden Erfindung kann als Motor zum Antreiben von Rädern von Fahrzeugen, wie mit Brennstoffzellen angetriebenen Fahrzeugen oder elektrischen Fahrzeugen verwendet werden, so dass der Motor mit den gleichen Eigenschaften verkleinert und leichter werden kann. Infolgedessen können jene Fahrzeuge an sich leichter werden, was eine Verbesserung in der Reiseleistung oder in der Kraftstoffmeilenzahl ergibt. Da der Motor eine genügende Leistung ausgeben kann, obwohl er ein kompakter Körper ist, ist der Motor für einen Inrad-Motor geeignet (ein Motor wird innerhalb der Räder untergebracht).
Die beispielhaften zuvor besprochenen Ausführungsformen belegen, dass die vorliegende Erfindung die volumetrische Effizienz eines Motors wesentlich verbessert und den Motor, der eine herkömmliche Leistung beibehält, verkleinert, oder die Effizienz und die Ausgabe des Motors, der eine herkömmliche Größe beibehält, verbessert.
Ein Einsatz dieses Motors in den Vorrichtungen ermöglicht es, dass jene Vorrichtungen verkleinert werden oder mehr Funktionen durchführen.
Industrielle Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung verringert das Reluktanz-Drehmoment und verbessert wesentlichen die volumetrische Effizienz eines Motors und verkleinert folglich den Motor, der eine herkömmliche Leistung beibehält, oder erhöht die Effizienz und eine Ausgabe des Motors, der eine herkömmliche Größe beibehält. Ein Einsatz dieses Motors in den Vorrichtungen ermöglicht es, dass jene Vorrichtungen verkleinert werden oder mehr Funktionen durchführen.

1: Magnet
2: Rückseitiges Joch
3: Kern
4: Spule
5: Schenkelpol
6: Kleine Zähne
8: Permanentmagnet
9: Rückseitiges-Joch-Schicht
10: Anker (Rotor)
20: Stator
30: Magnetischer Körper
50: Isolierender Film
801: Vorrichtung
807: Bürstenloser Motor

Claims

Bürstenloser Dreiphasenmotor zum Antreiben eines Ankers (10) durch das Energiespeisen einer Spule (4) in Abhängigkeit von einer Position des Ankers (10), worin der Anker (10) einen Magneten (1, 41) enthält, der in einer Rotationsrichtung abwechselnd als N-Pol und als S-Pol magnetisiert ist; und ein Kern (3, 43) eine Mehrzahl von Schenkelpolen (5, 45) enthält, die mit der Spule (4) gewickelt sind und dem Magnet (41) in einer Radialrichtung gegenüber angeordnet sind; der bürstenloser Dreiphasenmotor ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Zahnabschnitten (46) in einem Abstand angeordnet werden, der im wesentlichen zwei Polen des Magneten (41) in den Schenkelpolen (45) an den Stellen entspricht, die dem Magneten (41) gegenüber sind, worin eine Schnittform des Kernes entlang einer axialen Richtung gebildet wird, indem „n" Stücke von Basis-Kernformen kombiniert werden, die um (60/n) Grad ±10% in den elektrischen Winkeln entlang der Rotationsrichtung versetzt voneinander sind, worin „n" eine Anzahl von Zähnen der Zahnabschnitte (46) pro Schenkelpol (45) darstellt.
Bürstenloser Dreiphasenmotor zum Antreiben eines Ankers (10) durch das Energiespeisen einer Spule (4) in Abhängigkeit von einer Position des Ankers (10), worin der Anker (10) einen Magneten (1, 61) enthält, der in einer Rotationsrichtung abwechselnd als N-Pol und als S-Pol magnetisiert ist; und ein Kern (3, 63) eine Mehrzahl von Schenkelpolen (5, 65) enthält, die mit der Spule (4) bewickelt sind und dem Magnet (1, 61) in einer Radialrichtung gegenüber angeordnet sind; der bürstenloser Dreiphasenmotor ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Zahnabschnitten (66) in einem Abstand angeordnet werden, der im wesentlichen zwei Polen des Magneten (1, 61) in den Schenkelpolen (65) an den Stellen entspricht, die dem Magneten (61) gegenüber sind, worin eine Schnittform des Kernes entlang einer axialen Richtung gebildet wird, indem „N" Stücke von Basis-Kernformen kombiniert werden, die um (60/N) Grad ±10% in den elektrischen Winkeln entlang der Rotationsrichtung versetzt voneinander sind, worin „N" eine Gesamtanzahl von Zähnen der Zahnabschnitte (66), mit denen die Schenkelpole (65) pro Phase versehen sind, darstellt.
Bürstenloser Dreiphasenmotor zum Antreiben eines Ankers (10) durch das Energiespeisen einer Spule (4) in Abhängigkeit von einer Position des Ankers (10), worin der Anker (10) einen Magneten (1, 31) enthält, der in einer Rotationsrichtung abwechselnd als N-Pol und als S-Pol magnetisiert ist; und ein Kern (3, 33) eine Mehrzahl von Schenkelpolen (5, 35) enthält, die mit der Spule (4) bewickelt sind und dem Magnet (1, 31) in einer Radialrichtung gegenüber angeordnet sind; der bürstenloser Dreiphasenmotor ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Zahnabschnitten (36), die einen Abstand haben, der im wesentlichen zwei Polen des Magneten (31) entspricht, werden in den Schenkelpolen (35) an den Stellen angeordnet, die den Magneten (31) gegenüber sind, worin ein Öffnungswinkel der Zahnabschnitte (36) im Bereich von nicht weniger als 145 Grad bis zu nicht mehr als 160 Grad in den elektrischen Winkeln liegt.
Bürstenloser Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin der Magnet (1) ein maximales Energieprodukt von nicht weniger als 10 MGOe hat.
Bürstenloser Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin der Motor die Gleichung p = (2n – 2/3)zerfüllt, worin „p" eine Anzahl der Magnetpole des Magneten (1) darstellt, „z" eine Anzahl der Schenkelpole (5) des Kernes (3) darstellt, und „n" eine Anzahl der Zähne der Zahnabschnitte (6) pro Schenkelpol (5) darstellt.
Bürstenloser Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin der Kern (3) entweder sechs Schenkelpole (5) oder neun Schenkelpolen hat.
Bürstenloser Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin der Magnet (1) ein rückseitiges Joch (2) auf einer zum Kern (3) gegenüberliegenden Seite des Magneten (1) hat.
Bürstenloser Motor nach Anspruch 7, worin das rückseitige Joch (2) gebildet wird, indem dünne Platten lamelliert werden, die aus weichem magnetischen Material gebildet werden, welches eine hohe magnetische Permeabilität in einer axialen Richtung hat.
Bürstenloser Motor nach Anspruch 8, worin die dünnen Platten Stahlplatten sind, die magnetisches Material enthalten, von dem der Siliziumanteil ein Massenverhältnis von 2–6,5% ist.
Bürstenloser Motor von Anspruch 7, worin das rückseitige Joch (2) durch verfestigendes Puder aus hoch-permeablen magnetischen Materials mit isolierendem Material gebildet wird.
Bürstenloser Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin ein Bereich, der dem Magneten (1) entspricht, aus einem magnetischen Körper gebildet wird, der zwei Schichten hat, eine Schicht ist aus einem Permanentmagnetabschnitt (8) gebildet, der durch Verfestigen von Puder aus hoch-permeablem Permanentmagnetmaterial mit Harz gebildet wird, und eine andere Schicht wird aus einem rückseitigen Joch (9) gebildet, das durch Verfestigen von Puder aus hoch-permeablem weichen magnetischen Material mit Harz gebildet wird.
Bürstenloser Motor nach Anspruch 7, worin die Bereiche, die dem Magneten und dem rückseitigen Joch entsprechen, aus einem magnetischen Körper gebildet sind, der gebildet wird, indem eine Mehrzahl von Permanentmagneten auf eine Fläche auf einer Seite des rückseitigen Jochs geklebt werden, die dem Kern gegenüber ist.
Bürstenloser Motor nach Anspruch 12, worin die Mehrzahl der Permanentmagneten in dem magnetischen Körper im voraus magnetisiert werden und gebildet werden, indem die jeweiligen Magnetpole getrennt zusammengefügt werden.
Bürstenloser Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin ein Bereich, der dem Magneten entspricht, aus einem magnetischen Körper gebildet ist, der eine Struktur aus inneren Permanentmagneten hat, wobei die Struktur gebildet wird, indem die Mehrzahl der Permanentmagnete in ein rückseitiges Joch einsetzt werden, das aus hoch-permeablen weichen magnetischen dünnen Platten gebildet wird, die in einer axialen Richtung lamelliert sind.
Bürstenloser Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin der Magnet (21) mit einem vorbestimmten Winkel schräg magnetisiert wird.
Bürstenloser Motor nach Anspruch 15, worin eine Gleichung θ = (360/k) ± 10%erfüllt ist, worin „k" ein kleinstes gemeinsames Vielfaches von „p" und „z" ist; „p" eine Anzahl von Magnetpolen des Magneten (1) darstellt; „z" eine Anzahl der Schenkelpole (5) des Kerns (3) darstellt; und „θ" einen Schrägheitswinkel in einem Rotationszentrum darstellt.
Bürstenloser Motor nach Anspruch 1, worin eine Gleichung β = 360 – (60/n ± 10%)erfüllt ist, worin β einen Abstand der Zahnabschnitte (46) in den elektrischen Winkeln darstellt.
Bürstenloser Motor nach Anspruch 1, worin ein Öffnungswinkel der Zahnabschnitte (46) sich links und rechts unterscheidet, und ein Winkelunterschied in den elektrischen Winkeln 60 Grad ±10% ist.
Bürstenloser Motor nach Anspruch 3, worin eine Gleichung θ = (180/k) ± 10%erfüllt ist, wobei „θ" einen Schrägheitswinkel zum Magneten (31) in einem Rotationszentrum darstellt; „k" ein kleinstes gemeinsames Vielfaches von „p" und „z" darstellt; „p" eine Anzahl von Magnetpolen des Magneten (31) darstellt; und „z" eine Anzahl der Schenkelpole (35) des Kerns (33) darstellt.
Bürstenloser Motor nach Anspruch 3, worin eine Schnittform des Kerns (73) entlang einer axialen Richtung gebildet wird, indem „n" Stücke von Basis-Kernformen kombiniert werden, die um (30/n) Grad ±10% in den elektrischen Winkeln entlang der Rotationsrichtung versetzt voneinander sind, worin „n" eine Anzahl der Zahnabschnitte (76) pro Schenkelpol (75) darstellt.
Bürstenloser Motor nach Anspruch 20, worin eine Gleichung β = 360 – (30/n ± 10%)erfüllt ist, wobei β einen Abstand der Zahnabschnitte (76) in den elektrischen Winkeln darstellt.
Vorrichtung, die einen bürstenlosen Motor (807) enthält, wie er in einem der Ansprüche 1 bis 21 definiert ist, wobei die Vorrichtung eine transportable Informationsvorrichtung, oder eine Audio- und Videovorrichtung, oder eine Vorrichtung mit optischem Medium, oder eine Büro-Automatisierungsvorrichtung, oder ein Haushaltsgerät, oder ein Roboter, oder ein Fahrzeug ist.