DE10019801B4

DE10019801B4 - Brushless three-phase motor

Info

Publication number: DE10019801B4
Application number: DE10019801A
Authority: DE
Inventors: Yoshihito Kosai Nishikawa; Mitsuhiko Kosai Matsushita
Original assignee: Asmo Co Ltd
Current assignee: Asmo Co Ltd
Priority date: 1998-11-04
Filing date: 2000-04-20
Publication date: 2005-07-07
Anticipated expiration: 2020-04-21
Also published as: DE10019801A1; JP2000152581A

Abstract

Bürstenloser Dreiphasenmotor mit
einem Rotor (6) mit einem Permanentmagneten (8), der in P Pole magnetisiert ist, wobei die P Pole durch wechselweises Positionieren von N-Polen und S-Polen ausgebildet sind, und
einem Stator (12) mit T Zähnen (14a bis 14i) und Dreiphasenspulen, die aus U-Phasenspulen, V-Phasenspulen und W-Phasenspulen bestehen, wobei jede Spule um den jeweiligen Zahn gewickelt ist, und ein umlaufendes Magnetfeld in dem Stator durch Zufuhr eines Dreiphasenwechselstroms zu den Dreiphasenspulen erzeugt wird, wobei
P = 8n ist und T = 9n ist, wobei n eine Ganzzahl größer oder gleich 1 ist,
Zahngruppen aufeinanderfolgend den U-Phasenspulen, V-Phasenspulen und den W-Phasenspulen zugeordnet sind, wobei jede Gruppe aus einem Mittenzahn (14b), einem ersten Seitenzahn (14a), der an einer Seite des Mittenzahns angeordnet ist, und einem zweiten Seitenzahn (14c) besteht, der an der anderen Seite des Mittenzahns angeordnet ist,
die Spulen jeder Phase aus einer Mittenspule (15U2), die...Brushless three-phase motor with
a rotor (6) having a permanent magnet (8) magnetized in P poles, said P poles being formed by alternately positioning N poles and S poles, and
a stator (12) having T teeth (14a to 14i) and three-phase coils consisting of U-phase coils, V-phase coils and W-phase coils, each coil wound around the respective tooth, and a circulating magnetic field in the stator by supply of a three-phase alternating current is generated to the three-phase coils, wherein
P = 8n and T = 9n, where n is an integer greater than or equal to 1,
Groups of teeth are sequentially associated with the U-phase coils, V-phase coils and the W-phase coils, each group of a central tooth (14b), a first side tooth (14a) disposed on one side of the central tooth, and a second side tooth (14c ) located on the other side of the central tooth,
the coils of each phase from a central coil (15U2), the ...

Description

Die Erfindung betrifft einen bürstenlosen Dreiphasen-Motor, wie er im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegeben ist, und genauer den Aufbau von Statorzähnen in Bezug auf Permanentmagnet-Rotorpolen.The The invention relates to a brushless three-phase motor, as in Preamble of claim 1 is given, and more particularly the Construction of stator teeth with respect to permanent magnet rotor poles.

Die JP 63-129840 A offenbart einen bürstenlosen Dreiphasenmotor, der einen Rotor mit vier Polpaaren sowie einen Stator mit neun Zähnen aufweist. Die Zähne sind in Zahngruppen aufgeteilt, die aus drei aufeinanderfolgenden Zähnen bestehen, um die jeweils die Spulen einer Phase gewickelt sind. Der Mittenabstand der jeweils mittleren Zähne der Zahngruppen beträgt dabei 120°, während die jeweils äußeren Zähne der Zahngruppen in Bezug auf den mittleren Zahn wechselweise mit einem Mittenwinkel von 35° bzw. 45° angeordnet sind.The JP 63-129840 A discloses a brushless Three-phase motor, a rotor with four pairs of poles and a Stator with nine teeth having. The teeth are divided into groups of teeth, which consist of three consecutive tooth consist, each wound around the coils of a phase. The center distance of the respective middle teeth of the tooth groups is thereby 120 ° while the each outer teeth of the Groups of teeth in relation to the middle tooth alternately with one Center angle of 35 ° or 45 ° arranged are.

Die JP 63-209454 A offenbart eine weitere bürstenlose Maschine, wie sie im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 definiert ist. Insbesondere sind bei dieser bürstenlosen Maschine die Seitenzähne in einem Abstand von 40° (360°/9) angeordnet.The JP 63-209454 A discloses another brushless machine such as is defined in the preamble of claim 1. Especially are at this brushless Machine the posterior teeth arranged at a distance of 40 ° (360 ° / 9).

Ein Beispiel für einen herkömmlichen bürstenlosen Motor 1, wie er beispielsweise aus der DE 197 01 342 A1 bekannt ist, ist schematisch in 2 dargestellt. Der bürstenlose Motor 1 besteht aus einem Stator 2 und einem Rotor 6, der innerhalb des Stators 2 drehbar gelagert ist. Der Stator 2 weist einen äußeren Kernring 3, einen inneren Kernring 4, der neun Zähne 4a bis 4i aufweist und mit dem äußeren Kernring verbunden ist, und Dreiphasenspulen auf, die jeweils um einen Zahn gewickelt sind. Die Dreiphasenspulen bestehen aus U-Phasenspulen 5U (5U1, 5U2 und 5U3), V-Phasenspulen 5V (5V1, 5V2 und 5V3) und W-Phasenspulen 5W (5W1, 5W2 und 5W3). Die neun Zähne 4a bis 4i verlaufen in radialer Richtung von dem inneren Kernring 4 aus mit einem gleichen Mittenwinkel von 40° zwischen zwei benachbarten Zähnen. Die U-Phasenspulen 5U1, 5U2 und 5U3 sind jeweils um den ersten Zahn 4a, den zweiten Zahn 4b und den dritten Zahn 4c gewickelt. In ähnlicher Weise sind V-Phasenspulen 5V1 bis 5V3 jeweils um die vierten bis sechsten Zähne 4d bis 4f gewickelt, und sind W-Phasenspulen 5W1 bis 5W3 jeweils um die siebten bis neunten Zähne 4g bis 4i gewickelt. Die Spulen um den ersten, dritten, vierten, sechsten, siebten und neunten Zahn sind jeweils in einer ersten Richtung gewickelt, wohingegen die anderen Spulen um den zweiten, den fünften und den achten Zahn in einer zweiten Richtung gewickelt sind, die zu der ersten Richtung entgegengesetzt ist. Nachdem alle Spulen um die jeweiligen Zähne des inneren Kernrings 4 gewickelt worden sind, wird der innere Kernring 4 mit dem äußeren Kernring 3 wie in 2 gezeigt verbunden. Der auf diese Weise zusammengesetzte Stator 2 wird in einem (nicht gezeigten) Gehäuse untergebracht.An example of a conventional brushless motor 1 as he for example from the DE 197 01 342 A1 is known is schematically in 2 shown. The brushless motor 1 consists of a stator 2 and a rotor 6 that is inside the stator 2 is rotatably mounted. The stator 2 has an outer core ring 3 , an inner core ring 4 , the nine teeth 4a to 4i and is connected to the outer core ring, and three-phase coils, which are each wound around a tooth. The three-phase coils consist of U-phase coils 5U ( 5U1 . 5U2 and 5U3 ), V-phase coils 5V ( 5V1 . 5V2 and 5V3 ) and W-phase coils 5W ( 5W1 . 5W2 and 5W3 ). The nine teeth 4a to 4i extend in the radial direction of the inner core ring 4 with an equal center angle of 40 ° between two adjacent teeth. The U-phase coils 5U1 . 5U2 and 5U3 are each about the first tooth 4a , the second tooth 4b and the third tooth 4c wound. Similarly, V-phase coils 5V1 to 5V3 each around the fourth to sixth teeth 4d to 4f wound, and are W-phase coils 5W1 to 5W3 each around the seventh to ninth teeth 4g to 4i wound. The coils around the first, third, fourth, sixth, seventh and ninth teeth are each wound in a first direction, whereas the other coils are wound around the second, fifth and eighth teeth in a second direction, that to the first direction is opposite. After all coils around the respective teeth of the inner core ring 4 become the inner core ring 4 with the outer core ring 3 as in 2 connected shown. The stator assembled in this way 2 is housed in a housing (not shown).

Der aus einer Welle 7 und einem Permanentmagneten 8 zusammengesetzte Rotor 6 ist in dem Gehäuse drehbar untergebracht und wird innerhalb des Stators 2 mit einem gewissen Luftspalt dazwischen gehalten. Der Permanentmagnet 8 ist in acht Pole magnetisiert, wobei abwechselnd ein N-Pol und ein S-Pol mit gleichen Mittenwinkeln von 45° zwischen zwei benachbarten Polen ausgebildet sind.The one from a wave 7 and a permanent magnet 8th composite rotor 6 is rotatably housed in the housing and is within the stator 2 held in between with a certain air gap. The permanent magnet 8th is magnetized into eight poles, alternately forming an N pole and an S pole with equal center angles of 45 ° between two adjacent poles.

Ein Dreiphasen-Erregungswechselstrom, der aus U-, V- und W-Phasen mit einer Phasendifferenz von 120° zueinander besteht, wird den jeweiligen Spulen, d.h. den U-Phasenspulen 5U, den V-Phasenspulen 5V und den W-Phasenspulen 5W zugeführt. Durch den Dreiphasen-Erregungswechselstrom wird in dem Stator 2 ein umlaufendes Magnetfeld erzeugt, wodurch sich der Rotor 6 relativ zu dem Stator 2 dreht. Wie es in der JP-B2-8-8764 offenbart ist, wird die Frequenz der Welligkeit des Versatzmomentes relativ hoch, falls die Anzahl der Magnetpole P auf 8n (wobei n eine Ganzzahl gleich oder größer als 1 ist) und die Anzahl der Zähne T auf 9n eingestellt ist. Da das Ausmaß (die Amplitude) des Versatzmoments umgekehrt proportional zu der Welligkeitsfrequenz ist, ist es möglich, das Versatzmoment zu verringern und dadurch einen Motor mit geringer Vibration zu verwirklichen, indem auf die vorstehend beschriebenen Weise die Anzahl der Magnetpole P und die Anzahl der Zähne T ausgewählt wird. In dem Beispiel gemäß 2, ist N = 1 und beträgt daher P = 8 und T = 9.A three-phase excitation AC consisting of U, V, and W phases having a phase difference of 120 ° to each other becomes the respective coils, ie, the U-phase coils 5U , the V-phase coils 5V and the W-phase coils 5W fed. By the three-phase excitation alternating current is in the stator 2 generates a rotating magnetic field, causing the rotor 6 relative to the stator 2 rotates. As disclosed in JP-B2-8-8764, if the number of magnetic poles P is set to 8n (where n is an integer equal to or greater than 1) and the number of teeth is T, the frequency of the offset torque ripple becomes relatively high set to 9n. Since the amount (amplitude) of the offset torque is inversely proportional to the ripple frequency, it is possible to reduce the offset torque and thereby realize a low vibration motor by the number of magnetic poles P and the number of teeth as described above T is selected. In the example according to 2 , N = 1 and therefore is P = 8 and T = 9.

In dem Statoraufbau gemäß 2 fällt die Mitte eines Zahns nicht stets mit der Mitte eines Magnetpols zusammen. Wenn beispielsweise die Mitte des zweiten Zahns 4b mit der Mitte eines N-Pols zusammenfällt, wie es in 2 gezeigt ist, sind die Mitten des ersten Zahns 4a und des dritten Zahns 4c gegenüber den Mitten der jeweiligen S-Polen verschoben. Dies führt zu einer Phasenverschiebung zwischen den Spannungen V1, V2 und V3, die jeweils in den Spulen 5U1, 5U2 und 5U3 der U-Phase induziert werden, wie es in 3 gezeigt ist. Das heißt, dass die Phase von V1 gegenüber der Phase von V2 um einen elektrischen Winkel von 20° voraneilt, und die Phase V3 hinter der Phase von V2 um einen elektrischen Winkel von 20° nacheilt. Wenn die Spitzenspannung jeder Spannung V1, V2 und V3 als 1,0 angenommen wird, erreicht daher eine zusammengesetzte Spannung V0 nicht 3,0 sondern lediglich 2,879. Wie es in 4 gezeigt ist, wird der Pegel der zusammengesetzten Spannung V0 geringer, wenn die Phasenverschiebung zwischen V1, V2 und V3 größer wird. Dasselbe gilt in ähnlicher Weise für die anderen Phasen, der V-Phase und der W-Phase. Dementsprechend wird in dem herkömmlichen Motor der den Statorspulen zugeführte Erregerstrom nicht effektiv zur Erzeugung des umlaufenden Feldes genutzt. Dies ist ein Problem bei der Verwirklichung eines hocheffektiven Motors in einer kompakten Größe.In the stator structure according to 2 The center of a tooth does not always coincide with the center of a magnetic pole. For example, if the middle of the second tooth 4b coincides with the middle of an N pole, as in 2 are shown are the centers of the first tooth 4a and the third tooth 4c shifted to the centers of the respective S-Poland. This results in a phase shift between the voltages V1, V2 and V3, each in the coils 5U1 . 5U2 and 5U3 the U phase can be induced as it is in 3 is shown. That is, the phase of V1 precedes the phase of V2 by an electrical angle of 20 °, and the phase V3 lags behind the phase of V2 by an electrical angle of 20 °. Therefore, when the peak voltage of each voltage V1, V2 and V3 is assumed to be 1.0, a composite voltage V0 does not reach 3.0 but only 2.879. As it is in 4 is shown, the level of the composite voltage V0 becomes smaller as the phase shift between V1, V2 and V3 becomes larger. The same applies in a similar way to the other phases, the V-phase and the W-phase. Accordingly, in the conventional engine the exciting current supplied to the stator coils is not effectively used to generate the rotating field. This is a problem in realizing a highly effective motor in a compact size.

Die Erfindung wurde im Hinblick auf das vorstehend beschriebene Problem gemacht, weshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin besteht, einen verbesserten bürstenlosen Motor mit hoher Leistung ohne Erhöhung von dessen Größe bereitzustellen, und genauer einen verbesserten Aufbau in dem Stator des bürstenlosen Motors bereitzustellen.The The invention was made in view of the problem described above why the object of the present invention is to an improved brushless To provide a high power motor without increasing its size, and more specifically, an improved structure in the stator of the brushless Motors provide.

Diese Aufgabe wird durch einen bürstenlosen Dreiphasen-Motor gemäß Patentanspruch 1 gelöst.These Task is through a brushless Three-phase motor according to claim 1 solved.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der beigefügten abhängigen Ansprüche.Further advantageous embodiments are the subject of the appended dependent claims.

Der bürstenlose Motor ist aus einem Stator zur Erzeugung eines umlaufenden Magnetfeldes durch Zufuhr eines aus U-, V- und W-Phasen bestehenden 3-Phasen-Wechselstroms und einem Rotor zusammengesetzt, der drehbar innerhalb des Stators angebracht ist. Der Rotor weist einen in acht Pole magnetisierten Magneten auf, der wechselweise mit gleichen Abständen dazwischen angeordnete N-Pole (Nordpole) und S-Pole (Südpole) aufweist. Der Stator besteht aus einem Kern mit neun Zähnen und um die Zähne gewickelten Spulen. Von den neun Zähnen sind die ersten drei Zähne der U-Phase zugeordnet, die zweiten drei Zähne der V-Phase zugeordnet und die dritten drei Zähne der W-Phase zugeordnet. Jede Gruppe von drei Zähnen besteht aus einem mittleren Zahn, einem ersten Seitenzahn und einem zweiten Seitenzahn, wobei beide Seitenzähne jeweils an beiden Seiten des mittleren Zahns angeordnet sind.Of the brushless Motor is made of a stator for generating a rotating magnetic field through Supply of a U-phase, V-phase and W-phase 3-phase alternating current and a rotor rotatably mounted within the stator is. The rotor has a magnet magnetized in eight poles which alternately arranged at equal intervals between them N pole (north pole) and S pole (south pole) having. The stator consists of a core with nine teeth and around the teeth wound coils. Of the nine teeth, the first three teeth are the Assigned to U phase, the second three teeth assigned to the V phase and the third three teeth assigned to the W phase. Each group of three teeth consists of a middle tooth, a first posterior tooth and a second posterior, with both posterior teeth on either side of the middle tooth are arranged.

Drei mittlere Zähne, die jeweils der U-, V- und W-Phase entsprechen, sind mit einem gleichen Abstandswinkel dazwischen, das heißt, einem Intervallwinkel θ1 von 120° in Mittenwinkel gemessen angeordnet. Der erste Seitenzahn und der zweite Seitenzahn sind jeweils um θ2 von dem mittleren Zahn entfernt angeordnet, wobei θ2 in einem Bereich fällt, der größer als 40° und nicht kleiner als 45° gemessen in Mittenwinkeln ist. Vorzugsweise ist θ2 auf 45° eingestellt. Spulen entsprechend der U-Phase sind in drei Spulen unterteilt, wobei eine um den Mittenzahn und zwei jeweils um die Seitenzähne gewickelt sind.Three middle teeth, each corresponding to the U, V and W phases are the same Distance angle therebetween, that is, an interval angle θ1 of 120 ° in center angle measured arranged. The first posterior and the second posterior are each around θ2 away from the middle tooth, with θ2 in one Area falls, the bigger than 40 ° and not less than 45 ° measured is in mid-angles. Preferably, θ2 is set at 45 °. Coils accordingly The U phase are divided into three coils, with one around the center tooth and two each around the side teeth are wound.

Spulen entsprechend den anderen Phasen sind ähnlich unterteilt und gewickelt.Do the washing up according to the other phases are similarly divided and wound.

Durch Positionieren des mittleren Zahns und der Seitenzähne in dieser Weise wird eine Phasendifferenz unter den drei Spulen verringert, da, wenn der mittlere Zahn mit einem Rotorpol zusammenfällt, die Seitenzähne im wesentlichen mit den benachbarten Rotorpolen zusammenfallen. Falls θ2 auf 45° eingestellt ist, fallen der mittlere Zahn und beide Seitenzähne exakt mit den jeweiligen Mitten der Rotorpole überein, wodurch die Phasendifferenz unter den drei Spulen vollständig beseitigt wird. Da erfindungsgemäß die Phasendifferenz auf diese Weise verringert oder beseitigt wird, wird der dem Stator zugeführte Erregerstrom wirksam in ein umlaufendes Magnetfeld umgewandelt, wodurch die Ausgangsleistung des bürstenlosen Motors ohne Steigerung der Größe des Motors erhöht wird.By Position the middle tooth and the posterior teeth in it Way a phase difference among the three coils is reduced since, when the central tooth coincides with a rotor pole, the posterior teeth substantially coincide with the adjacent rotor poles. If θ2 is set to 45 ° is, the middle tooth and both posterior teeth coincide exactly with the respective In the middle of the rotor poles, thereby completely eliminating the phase difference among the three coils becomes. Since according to the invention, the phase difference This reduces or eliminates the stator supplied excitation current effectively converted into a rotating magnetic field, reducing the output power of the brushless Motors without increasing the size of the engine elevated becomes.

Die Erfindung ist allgemein auf andere bürstenlose Dreiphasen-Motoren anwendbar. Das heißt, dass ein bürstenloser Motor entworfen wird und dessen Zähne entsprechend der nachstehenden Formel positioniert werden. Anzahl der Rotorpole P: 8n (wobei n eine Ganzzahl ist, die größer oder gleich 1 ist), die Anzahl der Zähne T: 9n, θ1 = (120°/n), (360°/T) < θ2 ≤ (360°/P). Vorzugsweise ist θ2 auf (360°/P) eingestellt, um die Phasendifferenz zwischen den drei Spulen jeder Phase zu beseitigen.The The invention is generally applicable to other brushless three-phase motors applicable. It means that a brushless one Engine is designed and its teeth according to the following Formula be positioned. Number of rotor poles P: 8n (where n is an integer that is greater or greater is 1), the number of teeth T: 9n, θ1 = (120 ° / n), (360 ° / T) <θ2 ≤ (360 ° / P). Preferably is θ2 on (360 ° / P) adjusted to the phase difference between the three coils each Phase to eliminate.

Die um den mittleren Zahn gewickelten Windungen der Spule können größer ausgeführt werden als die von anderen Spulen, und/oder die Querschnittsgröße eines die mittlere Spule bildenden Drahtes kann größer als die von anderen Spulen ausgeführt werden. Auf diese Weise kann die Ausgangsleistung des bürstenlosen Motors weiter erhöht werden.The Coil windings wound around the middle tooth can be made larger than that of other coils, and / or the cross-sectional size of a the middle coil forming wire may be larger than that of other coils accomplished become. In this way, the output power of the brushless Motors further increased become.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:The Invention will now be described by way of embodiments with reference closer to the enclosed drawing described. Show it:

1 eine schematische Querschnittsansicht, die einen bürstenlosen Motor gemäß einem Ausführungsbeispiel darstellt, 1 FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating a brushless motor according to an embodiment; FIG.

2 eine schematische Querschnittsansicht eines herkömmlichen bürstenlosen Motors, 2 a schematic cross-sectional view of a conventional brushless motor,

3 einen Graphen, der induzierte Spannungen in U-Phasenspulen so wie eine zusammengesetzte Spannung davon in dem herkömmlichen bürstenlosen Motor gemäß 2 darstellt, und 3 FIG. 4 is a graph showing induced voltages in U-phase coils as well as a composite voltage thereof in the conventional brushless motor according to FIG 2 represents, and

4 einen Graphen, der die Beziehung zwischen einer Phasenverschiebung zwischen den Spulen in jeder Phase und dem Pegel der zusammengesetzten Spannung darstellt. 4 a graph showing the relationship between a phase shift between the coils in each phase and the level of the composite voltage.

Unter Bezug auf 1 ist nachstehend ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Dieselben Bezugszeichen in 2 wie in 1 bezeichnen jeweils dieselben Teile. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel beträgt die Anzahl der Magnetpole P ebenfalls 8, und beträgt die Anzahl der Statorzähne T ebenfalls 9. Acht Magnetpole sind mit gleichen Abständen an einem Magneten 8 ausgebildet, wobei jeweils ein N-Pol und ein S-Pol abwechselnd angeordnet ist. Das heißt, dass ein Mittenwinkel jedes Magnetpols 45° beträgt. Jedoch sind die Statorzähne 14a bis 14i nicht mit gleichen Abständen ausgebildet, sondern sie sind in der nachstehend beschriebenen Weise angeordnet.With reference to 1 a preferred embodiment of the invention is described below. The same reference numerals in FIG 2 as in 1 each designate the same parts. According to this embodiment, the number of magnetic poles P is also 8th and the number of stator teeth T is also 9 , Eight magnetic poles are at equal distances to a magnet 8th formed, each having an N-pole and an S-pole is arranged alternately. That is, a center angle of each magnetic pole is 45 °. However, the stator teeth are 14a to 14i are not formed at equal intervals, but they are arranged in the manner described below.

Ein Stator 12 ist aus einem äußeren Ring 13, einem mit dem äußeren Ring 13 verbundenen inneren Ring 14 sowie Spulen 15U, 15V und 15W zusammengesetzt, die um Zähne 14a bis 14i des inneren Rings 14 gewickelt sind. Die ersten bis neunten Zähne 14a bis 14i verlaufen von dem inneren Ring 14 aus in radialer Richtung. Spulen 15U1, 15U2 und 15U3, die die U-Phasenspulen 15U bilden, sind jeweils um den ersten Zahn 14a, den zweiten Zahn 14b und den dritten Zahn 14c gewickelt. In ähnlicher Weise sind Spulen 15V1, 15V2 und 15V3, die die V-Phasenspulen 15V bilden, jeweils um den vierten Zahn 14d, den fünften Zahn 14e und den sechsten Zahn 14f gewickelt. Spulen 15W1, 15W2 und 15W3, die die W-Phasenspulen 15W bilden, sind jeweils um den siebten Zahn 14g, den achten Zahn 14h und den neunten Zahn 14i gewickelt.A stator 12 is from an outer ring 13 one with the outer ring 13 connected inner ring 14 as well as coils 15U . 15V and 15W composed, around teeth 14a to 14i of the inner ring 14 are wound. The first to ninth teeth 14a to 14i run from the inner ring 14 out in the radial direction. Do the washing up 15U1 . 15U2 and 15U3 that the U-phase coils 15U are each about the first tooth 14a , the second tooth 14b and the third tooth 14c wound. Similarly, coils are 15V1 . 15V2 and 15V3 that the V-phase coils 15V each time around the fourth tooth 14d , the fifth tooth 14e and the sixth tooth 14f wound. Do the washing up 15W1 . 15W2 and 15W3 that the W-phase coils 15W are each about the seventh tooth 14g , the eighth tooth 14h and the ninth tooth 14i wound.

Der zweite Zahn 14b, der fünfte Zahn 14e und der achte Zahn 14h, die jeweils ein mittlerer Zahn jeder Phase sind, sind mit einem gleichen Abstand zueinander, d.h. mit einem Mittenwinkel von 120° voneinander positioniert. Der erste Zahn 14a und der dritte Zahn 14c sind an beiden Seiten des U-Phasenmittenzahns 14b mit einem Abstand von 45° zu dem Mittenzahn 14b positioniert. Der vierte Zahn 14d und der sechste Zahn 14f sind an beiden Seiten des V-Phasenmittenzahns 14e mit einem Abstand von 45° davon positioniert. Der siebte Zahn 14g und der neunte Zahn 14i sind an beiden Seiten des W-Phasenmittenzahns 14h mit einem Abstand von 45° davon positioniert. Wie in 1 gezeigt, fallen der erste Zahn 14a und der zweite Zahn 14c mit den Mitten der S-Pole jeweils überein, wenn der zweite Zahn 14b (der U-Phasen-Mittenzahn) eine mit der Mitte des N-Pols übereinstimmenden Position annimmt.The second tooth 14b , the fifth tooth 14e and the eighth tooth 14h , which are each a middle tooth of each phase, are at an equal distance from each other, that is positioned at a central angle of 120 ° from each other. The first tooth 14a and the third tooth 14c are on both sides of the U-phase mid-tooth 14b at a distance of 45 ° to the central tooth 14b positioned. The fourth tooth 14d and the sixth tooth 14f are on both sides of the V-phase mid-tooth 14e positioned at a distance of 45 ° from it. The seventh tooth 14g and the ninth tooth 14i are on both sides of the W-phase mid-tooth 14h positioned at a distance of 45 ° from it. As in 1 shown, the first tooth fall 14a and the second tooth 14c coincide with the centers of the S poles, respectively, when the second tooth 14b (the U-phase center tooth) assumes a position coincident with the center of the N pole.

Diese Positionsbeziehung ist in ähnlicher Weise auf die Zähne entsprechend der V-Phase und der W-Phase anwendbar.These Positional relationship is similar on the teeth applicable to the V phase and the W phase.

Die Spulen 15U2, 15V2 und 15W2 an den jeweiligen Mittenzähnen 14b, 14e und 14h sind in der ersten Richtung gewickelt, wohingegen alle anderen Spulen in der zweiten Richtung gewickelt sind, die, wie es in 1 gezeigt ist, entgegengesetzt zu der ersten Richtung ist. Drei Spulen entsprechend jeder Phase sind in Reihe geschaltet, wobei diese in Reihe geschalteten Spulen, die jeweils einer Phase entsprechen, im Stern zusammengeschaltet sind. Das heißt, dass die Spulen 15U1, 15U2 und 15U3 in Reihe geschaltet sind, wodurch die U-Phasenspulen 15U gebildet werden. Die Spulen 15V1, 15V2 und 15V3 sind in Reihe geschaltet, wodurch die V-Phasenspulen gebildet werden. Die Spulen 15W1, 15W2 und 15W3 sind in Reihe geschaltet, wodurch die W-Phasenspulen 15W gebildet werden. Ein Ende bzw. Anschluss der Spulen 15U, 15V und 15W ist mit der gemeinsamen Mitte der Sternverbindung verbunden, wohingegen jeweils an den anderen Enden (Anschlüssen) davon der dreiphasige Erregerstrom den Spulen zugeführt wird. Die Spulenenden, an denen der Dreiphasen-Erregungswechselstrom zugeführt wird, springen aus einer Seite in Längsrichtung des Stators 12 hervor, so dass die Arbeit zur Verbindung der Spulen leicht ausgeführt werden kann. Gemäß diesem besonderen Ausführungsbeispiel ist die Anzahl der Windungen aller Spulen dieselbe und wird ein Draht mit derselben Querschnittsfläche gemeinsam für alle Spulen verwendet.The spools 15U2 . 15V2 and 15W2 at the respective middle teeth 14b . 14e and 14h are wound in the first direction, whereas all the other coils are wound in the second direction, which, as in FIG 1 is shown opposite to the first direction. Three coils corresponding to each phase are connected in series, these series-connected coils, each corresponding to a phase, are connected together in a star. That means the coils 15U1 . 15U2 and 15U3 connected in series, whereby the U-phase coils 15U be formed. The spools 15V1 . 15V2 and 15V3 are connected in series, whereby the V-phase coils are formed. The spools 15W1 . 15W2 and 15W3 are connected in series, whereby the W-phase coils 15W be formed. One end or connection of the coils 15U . 15V and 15W is connected to the common center of the star connection, whereas at the other ends (terminals) thereof, the three-phase excitation current is supplied to the coils. The coil ends to which the three-phase excitation AC current is supplied jump from one side in the longitudinal direction of the stator 12 so that the work for connecting the coils can be performed easily. According to this particular embodiment, the number of turns of all the coils is the same, and a wire having the same cross-sectional area is commonly used for all the coils.

Nachdem die Spulen um die Statorzähne des inneren Rings 14 gewickelt worden sind, wird der innere Ring 14 mit dem äußeren Ring 13 verbunden, so dass keilförmige Abschnitte des inneren Rings 14 fest mit keilförmigen Nuten im Eingriff stehen, die an dem inneren Umlauf des äußeren Rings 13 ausgebildet sind. Dann wird der zusammengesetzte Stator 12 in einem Gehäuse untergebracht. Da alle Zähne miteinander durch den inneren Ring 14 verbunden sind und die Spulen zwischen dem inneren Ring 15 und dem äußeren Ring 13 befestigt sind, wird das Versatzdrehmoment des Motors unterdrückt.After the coils around the stator teeth of the inner ring 14 are wound, the inner ring 14 with the outer ring 13 connected so that wedge-shaped sections of the inner ring 14 firmly engaged with wedge-shaped grooves which engage the inner circumference of the outer ring 13 are formed. Then the composite stator 12 housed in a housing. Because all the teeth go through the inner ring 14 are connected and the coils between the inner ring 15 and the outer ring 13 are fixed, the displacement torque of the motor is suppressed.

Ein Dreiphasen-Wechselstrom, bei dem jede Phase um 120° im elektrischen Winkel verschoben ist, wird den U-Phasen-V-Phasen- und W-Phasenspulen zugeführt, wodurch in dem Stator 12 ein umlaufendes Magnetfeld erzeugt wird. Der Rotor 6 wird relativ zu dem Stator 12 durch das umlaufende Magnetfeld gedreht. Wenn der zweite Zahn 14b mit der Mitte des Endpols des Rotors 6 zusammenfällt, fallen die an beiden Seiten des zweiten Zahns 14b angeordneten ersten und dritten Zähne 14a und 14c mit den jeweiligen Mitten der benachbarten S-Pole zusammen. Daher wird die Phasenverschiebung zwischen den drei induzierten Spannungen V1, V2 und V3 beseitigt, die in dem herkömmlichen Motor wie vorstehend unter 3 erläutert auftritt. Dementsprechend wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel die zusammengesetzte Spannung V0 3,0. Das bedeutet, dass der dem Stator 12 zugeführte Erregerstrom effektiv in das umlaufende Magnetfeld umgewandelt wird.A three-phase alternating current, in which each phase is shifted by 120 ° in the electrical angle, is supplied to the U-phase V-phase and W-phase coils, whereby in the stator 12 a rotating magnetic field is generated. The rotor 6 becomes relative to the stator 12 rotated by the rotating magnetic field. If the second tooth 14b with the middle of the end pole of the rotor 6 coincides fall on both sides of the second tooth 14b arranged first and third teeth 14a and 14c with the respective centers of the adjacent S-poles together. Therefore, the phase shift between the three induced voltages V1, V2 and V3 is eliminated, which in the conventional motor as under 3 explained occurs. Accordingly, according to this embodiment, the composite voltage V0 becomes 3.0. That means that the stator 12 supplied exciting current is effectively converted into the rotating magnetic field.

Die Erfindung, die gemäß dem Ausführungsbeispiel in einem bürstenlosen Motor mit 8 Rotorpolen (P = 8) und 9 Statorzähnen (T = 9) angewandt wurde, kann allgemein auf andere bürstenlose Motor mit 8n Rotorpolen (P = 8n) und 9n Statorzähnen (T = 9n) angewandt werden, wobei n eine Ganzzahl größer oder gleich 1 ist. Bei Anwendung der Erfindung auf einen derartigen bürstenlosen Motor werden Zahngruppen, die jeweils aus drei Zähnen bestehen, aufeinanderfolgend den jeweiligen Phasen zugeordnet. Das heißt, dass der erste, der zweite und der dritte Zahn der U-Phase, der vierte, der fünfte und der sechste Zahn der V-Phase, der siebte, der achte und der neunte Zahn der W-Phase, der zehnte, der elfte und der zwölfte Zahn der U-Phase, der dreizehnte, der vierzehnte und der fünfzehnte Zahn der V-Phase, der sechzehnte, der siebzehnte und der achtzehnte Zahn der W-Phase usw. zugeordnet werden. Der Erregerstrom in einer Phase wird gleichzeitig allen Spulen entsprechend dieser Phase zugeführt. Beispielsweise wird der U-Phasenwechselstrom gleichzeitig den um den ersten, den zweiten, den dritten, dem zehnten, dem elften, dem zwölften, ... Zahn gewickelten Spulen zugeführt. Der zweite, der fünfte, der achte, der elfte, der vierzehnte, der siebzehnte, ... Zahn sind jeweils Mittenzähne in den jeweiligen Phasen U, V, W, U, V, W...The invention, according to the embodiment in a brushless motor with 8th Rotor poles (P = 8) and 9 Stator teeth (T = 9) has been applied, can be generally applied to other brushless motor with 8n rotor poles (P = 8n) and 9n stator teeth (T = 9n), where n is an integer greater than or equal to 1. In applying the invention to such a brushless motor, groups of teeth each consisting of three teeth are successively assigned to the respective phases. That is, the first, second and third teeth of the U phase, the fourth, the fifth and the sixth teeth of the V phase, the seventh, the eighth and the ninth teeth of the W phase, the tenth, the eleventh and twelfth tooth of the U phase, the thirteenth, the fourteenth and the fifteenth tooth of the V phase, the sixteenth, the seventeenth and the eighteenth tooth of the W phase, etc. are assigned. The exciting current in one phase is simultaneously supplied to all the coils corresponding to this phase. For example, the U-phase alternating current is simultaneously supplied to the coils wound around the first, the second, the third, the tenth, the eleventh, the twelfth, ... tooth. The second, the fifth, the eighth, the eleventh, the fourteenth, the seventeenth, ... tooth are each center teeth in the respective phases U, V, W, U, V, W ...

Der Mittenwinkel zwischen den benachbarten Mittenzähnen θ 1 wird entsprechend der nachstehenden Formel bestimmt. θ1 = (120°/n) The center angle between the adjacent center teeth θ 1 is determined according to the following formula. θ1 = (120 ° / n)

Der Mittenwinkel θ2 zwischen einem gegebenen Mittenzahn und einem an einer Seite von dem Mittenzahn positionierten Zahn wird entsprechend der nachstehenden Formel bestimmt: (360°/T) < θ2 ≤ (360°/P) The center angle θ2 between a given center tooth and a tooth positioned on one side of the center tooth is determined according to the following formula: (360 ° / T) <θ2 ≤ (360 ° / P)

Die Mittenzähne und die anderen Zähne werden unter Verwendung von θ1 und 82 wie vorstehend berechnet positioniert. Falls θ2 = (360°/P) ist, wird die Phasendifferenz unter den induzierten Spannungen in den drei Spulen in einer Phase Null (0), wodurch die zusammengesetzte Spannung maximal wird. Dies liegt daran, dass alle drei einer Phase zugeordneten Zähne mit den jeweiligen Mitten der Magnetpole zusammenfallen, falls θ2 = (360°/P) ist. Wenn θ2 sich (360°/T) annähert, wird die Phasendifferenz größer, wodurch die zusammengesetzte Spannung geringer wird.The middle teeth and the other teeth are using θ1 and 82 positioned as calculated above. If θ2 = (360 ° / P), is the phase difference among the induced voltages in the three coils in a phase zero (0), causing the composite Voltage is maximum. This is because all three of a phase associated teeth coincide with the respective centers of the magnetic poles, if θ2 = (360 ° / P). When θ2 turns (360 ° / T) approaches, the phase difference becomes larger, causing the composite voltage becomes lower.

Gemäß dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die vorstehend beschriebenen Anzahlen und Winkel wie folgt eingestellt: N = 1, P = 8, T = 9, θ1 = (120°/1) = 120°, und θ2 = (360°/8) = 45°. Da gemäß diesem besonderen Ausführungsbeispiel θ2 auf 45° eingestellt ist, fallen beide Zähne 14a und 14c, die an beiden Seiten des Mittenzahns 14b angeordnet sind, mit den Mitten der S-Pole überein, wenn der Mittenzahn 14b derart positioniert ist, dass er mit der Mitte des zwischen den beiden S-Polen angeordneten N-Pols übereinstimmt. Daher gibt es unter den drei Spulen 15U1, 15U2 und 15U3 keine Phasendifferenz, weshalb die in den U-Phasenspulen 15U induzierte zusammengesetzte Spannung maximal wird. Dasselbe gilt für die anderen Phasen V und W, wobei der Erregerstrom effektiv in das umlaufende Magnetfeld umgewandelt wird, wodurch der Umwandlungsverlust minimiert wird. Obwohl gemäß diesem besonderen Ausführungsbeispiel 82 auf 45° eingestellt ist, ist es möglich, diesen in einem Bereich, der größer als 40° ist, kleiner auszuführen.According to the in 1 In the illustrated embodiment, the numbers and angles described above are set as follows: N = 1, P = 8, T = 9, θ1 = (120 ° / 1) = 120 °, and θ2 = (360 ° / 8) = 45 °. Since, according to this particular embodiment, θ2 is set at 45 °, both teeth fall 14a and 14c on both sides of the central tooth 14b are arranged to coincide with the centers of the S poles when the center tooth 14b is positioned to coincide with the center of the N pole disposed between the two S poles. Therefore, there are among the three coils 15U1 . 15U2 and 15U3 no phase difference, which is why in the U-phase coils 15U induced composite voltage becomes maximum. The same applies to the other phases V and W, where the exciting current is effectively converted into the circulating magnetic field, thereby minimizing the conversion loss. Although 82 is set to 45 ° according to this particular embodiment, it is possible to make it smaller in a range larger than 40 °.

Das in 1 dargestellte und vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel kann auf verschiedene Weise abgeändert werden. Beispielsweise kann die Anzahl der Wicklungen der Mittenspulen 15U2, 15V2 und 15W2, die um die Mittenzähne 14b, 14e und 14h jeweils gewickelt sind, größer als die der anderen Spulen ausgeführt werden, da der Wicklungsraum, der für diese Mittenspulen verfügbar ist, größer als der der anderen Spulen ist. Auf diese Weise werden die zusammengesetzten Spannungen, die in den Spulen 15U, 15V und 15W induziert werden, höher, was in einer höheren Motorausgangsleistung resultiert. Weiterhin kann der Querschnitt des Drahts, der die Mittenspulen 15U2, 15V2 und 15W2 bildet, größer als der der anderen Spulen ausgeführt werden, wodurch der Widerstand des Drahts geringer wird. Auf diese Weise wird der Leistungsverbrauch in dem Motor verringert. Obwohl gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel der Rotor innerhalb des Stators angeordnet ist, kann der Rotor außerhalb des Stators angeordnet werden. Diese Erfindung ist gleichermaßen auf einen derartigen bürstenlosen Motor anwendbar.This in 1 illustrated and described above embodiment can be modified in various ways. For example, the number of windings of the center coils 15U2 . 15V2 and 15W2 around the middle teeth 14b . 14e and 14h are each wound larger than those of the other coils, since the winding space available for these center coils is larger than that of the other coils. In this way, the composite stresses that are in the coils 15U . 15V and 15W higher, resulting in higher engine output power. Furthermore, the cross section of the wire, the middle coils 15U2 . 15V2 and 15W2 larger than that of the other coils, thereby reducing the resistance of the wire. In this way, the power consumption in the engine is reduced. Although according to the above-described embodiment, the rotor is disposed inside the stator, the rotor may be disposed outside the stator. This invention is equally applicable to such a brushless motor.

Erfindungsgemäß kann, wie es vorstehend beschrieben worden ist, die Ausgangsleistung des bürstenlosen Motors ohne Steigerung der Größe des Motors erhöht werden.According to the invention, As described above, the output power of the brushless Motors without increasing the size of the engine elevated become.

Obwohl die Erfindung unter Bezug auf das vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel dargestellt und beschrieben worden ist, ist es für den Fachmann verständlich, dass Änderungen in Form und in Detail ohne Verlassen des Umfangs der Erfindung, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, ausgeführt werden können.Even though the invention with reference to the above-described preferred embodiment illustrated and described, it will be understood by those skilled in the art, that changes in shape and detail without departing from the scope of the invention, as he attached in the claims is defined, executed can be.

Wie es vorstehend ausführlich beschrieben worden ist, besteht ein bürstenloser Motor aus einem Stator 12 zur Erzeugung eines umlaufenden Magnetfeldes durch Zufuhr eines Dreiphasenwechselstroms, der aus U-, V- und W-Phasen besteht, und einem Rotor 6, der mehrere Pole aufweist und drehbar innerhalb des Stators angeordnet ist. Der Rotor wird durch das in dem Stator erzeugte umlaufende Magnetfeld in Drehung versetzt. Der Stator weist Kernzähne 14a bis 14i auf, um die Spulen gewickelt sind. Eine Zahngruppe, die aus einem Mittenzahn 14b usw. und zwei Seitenzähnen 14a, 14c usw. besteht, wird jeder Phase zugeordnet, wobei der Erregerstrom in einer Phase gleichzeitig den drei Spulen 15U1, 15U2, 15U3 zugeführt. wird, die um die drei Zähne derselben Zahngruppe gewickelt sind. Die Mittenzähne jeder Phase sind mit gleichen Abständen dazwischen positioniert, wohingegen die Seitenzähne 14a, 14c usw. derart positioniert sind, dass sie im wesentlichen mit den Mitten der Rotorpole zusammenfallen, wenn ein Mittenzahn 14b in derselben Zahngruppe mit der Mitte eines Rotorpols zusammenfällt. Somit wird die Phasenverschiebung zwischen den drei Spulen in jeder Phase im Wesentlichen beseitigt, wodurch der Erregerstrom effektiv in das umlaufende Magnetfeld umgewandelt wird und die Ausgangsleistung des bürstenlosen Motors erhöht wird.As described in detail above, a brushless motor is a stator 12 for generating a circulating magnetic field by supplying a three-phase alternating current consisting of U, V and W phases, and a rotor 6 which has multiple poles and is rotatably disposed within the stator. The rotor will is rotated by the rotating magnetic field generated in the stator. The stator has core teeth 14a to 14i on to the coils are wound. A tooth group made up of a central tooth 14b etc. and two posterior teeth 14a . 14c etc. is assigned to each phase, wherein the excitation current in one phase simultaneously the three coils 15U1 . 15U2 . 15U3 fed. which are wrapped around the three teeth of the same group of teeth. The central teeth of each phase are positioned at equal intervals therebetween, whereas the posterior teeth 14a . 14c etc. are positioned so that they substantially coincide with the centers of the rotor poles when a center tooth 14b in the same group of teeth coincides with the center of a rotor pole. Thus, the phase shift between the three coils in each phase is substantially eliminated, whereby the exciting current is effectively converted into the circulating magnetic field and the output of the brushless motor is increased.

Claims

Brushless three-phase motor with a rotor ( 6 ) with a permanent magnet ( 8th ) magnetized in P poles, the P poles being formed by alternately positioning N poles and S poles, and a stator ( 12 ) with T teeth ( 14a to 14i and three-phase coils consisting of U-phase coils, V-phase coils and W-phase coils, each coil being wound around the respective tooth, and a revolving magnetic field is generated in the stator by supplying a three-phase alternating current to the three-phase coils, where P = 8n and T = 9n, where n is an integer greater than or equal to 1, groups of teeth are sequentially assigned to the U-phase coils, V-phase coils and the W-phase coils, each group consisting of a central tooth ( 14b ), a first posterior tooth ( 14a ), which is arranged on one side of the central tooth, and a second posterior tooth ( 14c ) arranged on the other side of the central tooth, the coils of each phase consist of a central coil ( 15U2 ), which is wound around the central tooth, a first side coil ( 15U1 ) wound around the first side tooth and a second side coil ( 15U3 ), which is wound around the second posterior tooth, the central teeth ( 14b . 14e . 14h ) are arranged with a same first center angle θ1 to each other, where θ1 = (120 ° / n), characterized in that each posterior tooth ( 14a . 14c ) is positioned a second center angle θ2 away from the central tooth, where (360 ° / T) <θ2 ≤ (360 ° / P).

Brushless Three-phase motor according to claim 1, characterized in that the second center angle θ2 = (360 ° / P) is.

Brushless three-phase motor according to claim 1, characterized in that the middle coil ( 15U2 ) each phase more windings than the side coils ( 15U1 . 15U3 ) having.

A brushless three-phase motor according to claim 1, characterized in that the cross-sectional area of a wire connecting the middle coil ( 15U2 ) each phase, larger than that of the side coil ( 15U1 . 15U3 ).

Brushless Three-phase motor according to Claim 1, 2, 3 or 4, characterized that the U-phase coils, the V-phase coils and the W-phase coils in total connected in star connection, with first ends these coils are connected to a common connection and the three-phase alternating current is supplied from the other ends thereof.

A brushless three-phase motor according to claim 1, 2, 3 or 4, characterized in that the rotor ( 6 ) within the stator ( 12 ) is rotatably arranged, the stator ( 12 ) an outer ring ( 13 ) and an inner ring ( 14 ), and all teeth ( 14a to 14i ) firmly between the outer ring ( 13 ) and the inner ring ( 17 ) being held.

Brushless three-phase motor according to claim 5, characterized in that the stator ( 12 ) is formed as a hollow cylinder with end surfaces in the longitudinal direction, and the second ends of the U-phase, V-phase and W-phase coils protrude from the same end surface of the stator.