DE102013007747A1

DE102013007747A1 - Stator for an electric machine

Info

Publication number: DE102013007747A1
Application number: DE201310007747
Authority: DE
Inventors: Neil Engstrom
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: MinebeaMitsumi Inc
Priority date: 2013-05-07
Filing date: 2013-05-07
Publication date: 2014-11-13

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine. Der Stator umfasst einen Stator-Rückschluss und mehrere Statorpole, wobei jeder Statorpol einen Polzahn, eine auf dem Polzahn angeordnete Statorwicklung und einen Polschuh aufweist. Jeder Polzahn weist eine Länge L und Breite B auf, wobei konzentrisch zum Stator ein Rotor mit einem Rotormagneten angeordnet ist und der Stator und der Rotor durch einen radialen Luftspalt mit einem Abstand D voneinander getrennt sind. Erfindungsgemäß gilt für die Länge L und die Breite B jedes Polzahnes: 1,2 < L/B < 1,29, bevorzugt gilt: 1,23 < L/B < 1,29.The invention relates to a stator for an electric machine. The stator includes a stator yoke and a plurality of stator poles, each stator pole having a pole tooth, a stator winding disposed on the pole tooth, and a pole piece. Each pole tooth has a length L and width B, wherein concentric with the stator, a rotor is arranged with a rotor magnet and the stator and the rotor are separated by a radial air gap with a distance D. According to the invention, the length L and the width B of each pole tooth are: 1.2 <L / B <1.29, preferably 1.23 <L / B <1.29.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine, wobei der Stator einen Stator-Rückschluss und mehrere Statorpole umfasst, wobei jeder Statorpol einen Polzahn, eine auf dem Polzahn angeordnete Statorwicklung und einen Polschuh aufweist.The invention relates to a stator for an electrical machine, wherein the stator comprises a stator yoke and a plurality of stator poles, wherein each stator pole has a pole tooth, a pole winding arranged on the stator winding and a pole piece.

Stand der TechnikState of the art

Elektrische Maschinen, insbesondere Elektromotoren, haben in der Regel eine unterschiedliche Anzahl von Rotor- und Statorpolen. Dadurch ergeben sich je nach Position des Rotors relativ zum Stator unterschiedlich große elektromagnetische Anziehungskräfte zwischen den Stator- und Rotorpolen. Diese Anziehungskräfte, die sich in Abhängigkeit von der Position des Rotors ständig verändern, werden als Rastmomente bzw. Rastkräfte bezeichnet. Je nach Anwendung des Elektromotors sind diese Rastmomente meist unerwünscht.Electric machines, in particular electric motors, usually have a different number of rotor and stator poles. This results depending on the position of the rotor relative to the stator different sized electromagnetic attraction forces between the stator and rotor poles. These forces of attraction, which constantly change as a function of the position of the rotor, are referred to as cogging torques. Depending on the application of the electric motor, these cogging moments are usually undesirable.

Im Betrieb des Elektromotors erzeugen die Rastmomente Vibrationen und regen den Motor zu Schwingungen an. Diese Schwingungen und ihre Harmonischen erzeugen unter anderem eine Geräuschemission im hörbaren Frequenzbereich, die sich zu den anderen vorhandenen Betriebsgeräuschen des Motors addiert. Die Hersteller von Elektromotoren sind daher stets bestrebt, die Rastmomente und damit auch die Geräuschemission der Motoren zumindest im Bereich der hörbaren Frequenzen zu reduzieren.During operation of the electric motor, the cogging moments generate vibrations and stimulate the engine to vibrate. Among other things, these vibrations and their harmonics produce a noise emission in the audible frequency range, which adds to the other existing operating noise of the engine. The manufacturers of electric motors are therefore always anxious to reduce the cogging torques and thus also the noise emission of the engines, at least in the range of audible frequencies.

Aus der DE 10 2009 024 014 A1 ist es beispielsweise bekannt, das Rastmoment durch eine sich je nach Rotorposition unterschiedliche Breite des Luftspalts zwischen dem Rotormagneten und den Polschuhen des Stators zu reduzieren.From the DE 10 2009 024 014 A1 For example, it is known to reduce the cogging torque by a different width of the air gap between the rotor magnet and the pole shoes of the stator depending on the rotor position.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Stator für eine elektrische Maschine der vorgenannten Art im Hinblick auf ein geringes Rastmoment und eine niedrige Geräuschemission zu verbessern, insbesondere bei einer Frequenz, die der 36-fachen Drehfrequenz des Rotors entspricht.It is an object of the invention to improve a stator for an electric machine of the aforementioned type with regard to a low cogging torque and a low noise emission, in particular at a frequency which corresponds to 36 times the rotational frequency of the rotor.

Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch einen Stator für eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1.The object of the invention is achieved by a stator for an electric machine having the features of claim 1.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung und weitere vorteilhafte Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Preferred embodiments of the invention and further advantageous features are indicated in the dependent claims.

Der Stator umfasst einen Stator-Rückschluss und mehrere Statorpole, wobei jeder Statorpol einen Polzahn, eine auf dem Polzahn angeordnete Statorwicklung und einen Polschuh aufweist. Jeder Polzahn weist eine Länge L und eine Breite B auf, und der Stator-Rückschluss weist eine Breite F auf, wobei konzentrisch zum Stator ein Rotor mit einem Rotormagneten angeordnet ist und der Stator und der Rotor durch einen radialen Luftspalt mit einem Abstand D voneinander getrennt sind.The stator includes a stator yoke and a plurality of stator poles, each stator pole having a pole tooth, a stator winding disposed on the pole tooth, and a pole piece. Each pole tooth has a length L and a width B, and the stator yoke has a width F, wherein concentric with the stator, a rotor is arranged with a rotor magnet and the stator and the rotor separated by a radial air gap with a distance D. are.

Zur Verbesserung des Motordesigns wurde das Verhalten des elektromagnetischen Antriebssystems, insbesondere des Stators, im Hinblick auf ein geringes Rastmoment und eine niedrige Geräuschemission in Bezug auf eine Frequenz, die der 36-fachen Drehfrequenz des Rotors entspricht, zunächst simuliert.To improve the motor design, the behavior of the electromagnetic drive system, in particular the stator, was first simulated in view of a low cogging torque and a low noise emission with respect to a frequency corresponding to the rotor's 36-fold rotational frequency.

Dabei wurde schrittweise eine Veränderung der Einzelmaße vorgenommen. Jeweils ein Wert wurde durch einen geeigneteren Wert ersetzt. Mit den verbesserten Maßen wurden Motoren aufgebaut und dann wurden Messungen mit dem alten und dem verbesserten Motordesign durchgeführt.Here, a step change in the individual dimensions was made. One value each was replaced by a more appropriate value. With the improved dimensions, engines were built and then measurements were made with the old and improved engine design.

Erfindungsgemäß gilt für die Länge L und die Breite B jedes Polzahnes:
1,2 < L/B < 1,29, bevorzugt gilt: 1,23 < L/B < 1,29.According to the invention, the length L and the width B of each pole tooth are as follows:
1.2 <L / B <1.29, preferably: 1.23 <L / B <1.29.

Es hat sich herausgestellt, dass neben der Größe der Nutöffnung das angegebene Verhältnis zwischen der Länge L und der Breite B jedes Polzahnes das Rastmoment beeinflusst, wobei sich bei geeigneter Dimensionierung die Geräuschentwicklung des Motors reduziert.It has been found that, in addition to the size of the slot opening, the specified ratio between the length L and the width B of each pole tooth influences the cogging torque, whereby, with suitable dimensioning, the noise of the motor is reduced.

Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die Länge L des Polzahnes so kurz wie möglich ausgelegt wird, wodurch die Schwingungen, also die freie Schwingungslänge des Polzahnes, reduziert wird, was die akustischen Eigenschaften des Motors verbessert. Gleichzeitig soll die Breite B des Polzahnes möglichst groß ausgelegt sein, was dem Polzahn eine höhere Stabilität gegen Schwingungsneigung gibt. Das optimale Verhältnis L/B liegt erfindungsgemäß zwischen 1,2 und 1,29, bevorzugt zwischen 1,23 und 1,29.In particular, it is advantageous if the length L of the pole tooth is designed as short as possible, whereby the vibrations, ie the free oscillation length of the pole tooth, is reduced, which improves the acoustic properties of the motor. At the same time, the width B of the pole tooth should be designed as large as possible, which gives the pole tooth a higher stability against vibration tendency. The optimum ratio L / B according to the invention is between 1.2 and 1.29, preferably between 1.23 and 1.29.

In Bezug auf die Länge der Polzähne hat sich ergeben, dass eine Verkürzung der Polzähne um jeweils 0,1 mm eine Reduktion der Geräuschentwicklung von ca. 2,6 Dezibel nach sich zieht. Eine Vergrößerung der Breite B jedes Polzahns um 0,1 mm ergibt eine Reduktion der Geräuschentwicklung von ca. 0,2 Dezibel. Dabei wurde von einer Ausgangsbreite von 1,7 mm und einer Ausgangslänge von 2,227 mm der Polzähne ausgegangen.With regard to the length of the pole teeth, it has been found that a shortening of the pole teeth by 0.1 mm in each case results in a reduction of the noise development of approximately 2.6 decibels. Increasing the width B of each pole tooth by 0.1 mm results in a reduction of the noise of about 0.2 decibels. It was assumed that a starting width of 1.7 mm and an initial length of 2.277 mm of the pole teeth.

Eine weitere wesentliche Maßnahme zur Verbesserung der Geräuschemission des Elektromotors besteht darin, die Schwingungsneigung der Polzähne durch ein geeignetes Dämpfungselement zu dämpfen. Vorzugsweise ist das Dämpfungselement in axialer Richtung zwischen den Polschuhen des Stators und einem feststehenden Bauteil der elektrischen Maschine, beispielsweise einer Grundplatte, angeordnet. Das Dämpfungselement besteht vorzugsweise aus einem elastischen Kunststoff, der die Schwingungsneigung der Polzähne wirkungsvoll unterdrückt. Another essential measure for improving the noise emission of the electric motor is to dampen the tendency of the pole teeth to oscillate through a suitable damping element. The damping element is preferably arranged in the axial direction between the pole shoes of the stator and a stationary component of the electric machine, for example a base plate. The damping element is preferably made of an elastic plastic, which effectively suppresses the vibration tendency of the pole teeth.

Ferner hat sich erfindungsgemäß ergeben, dass die Schwingungsneigung umso kleiner ist, je größer der Außendurchmesser OD des Stators ist. Insbesondere wird bevorzugt, wenn das Verhältnis zwischen dem Außendurchmesser OD und dem Innendurchmesser ID des Stators zwischen 1,7 und 1,8 liegt. Messungen haben ergeben, dass eine Erhöhung des Außendurchmessers des Stators um 0,1 mm eine Geräuschminderung von ca. 0,3 Dezibel zur Folge hat. Der Durchmesser des Stators betrug anfangs 17,17 Millimeter.Furthermore, it has been found according to the invention that the greater the outer diameter OD of the stator, the smaller the tendency to oscillate. In particular, it is preferred if the ratio between the outer diameter OD and the inner diameter ID of the stator is between 1.7 and 1.8. Measurements have shown that an increase in the outside diameter of the stator by 0.1 mm results in a noise reduction of approximately 0.3 decibels. The diameter of the stator was initially 17.17 millimeters.

Ferner sollte der Abstand D des Luftspaltes zwischen Stator und Rotor bzw. Rotormagnet möglichst klein sein und vorzugsweise zwischen 0,1 Millimeter und 0,4 Millimeter betragen, besonders bevorzugt zwischen 0,2 mm und 0,3 mm. Gleichzeitig ist es vorteilhaft, wenn der Außendurchmesser des Polschuhs nicht als ein zur Statormitte konzentrischer Kreisabschnitt ausgebildet ist, sondern als Profil eines Kreisabschnitts mit einem Radius im Bereich von 40% bis 60% des Statoraußenradius. Dadurch ergibt sich, ausgehend von der Polschuhmitte, ein nach beiden Seiten größer werdender Luftspalt. Messungen haben ergeben, dass eine Verringerung des Radius des Profils des Kreisabschnitts um ca. 0,5 mm die Geräuschentwicklung um ca. 0,2 Dezibel reduziert.Furthermore, the distance D of the air gap between the stator and the rotor or rotor magnet should be as small as possible and preferably between 0.1 millimeter and 0.4 millimeter, more preferably between 0.2 mm and 0.3 mm. At the same time it is advantageous if the outer diameter of the pole piece is not formed as a circular section concentric to the stator center, but as a profile of a circular section with a radius in the range of 40% to 60% of the stator outer radius. This results, starting from the center of the pole shoe, an air gap which becomes larger on both sides. Measurements have shown that a reduction in the radius of the profile of the circular section by about 0.5 mm reduces the noise by about 0.2 decibels.

Ein weiterer Ansatz zur Reduktion der Geräuschentwicklung eines Elektromotors ist die Verringerung der Anzahl der Windungen jeder Wicklung. Insbesondere besteht ein Zusammenhang zwischen der Zahl der Windungen Z jeder Wicklung und der Spaltbreite bzw. dem Abstand D des Luftspaltes zwischen dem Rotor und dem Stator an seiner kleinsten Stelle. Als vorteilhaft hat sich herausgestellt, wenn das Verhältnis zwischen der Anzahl der Wicklungen Z und dem Abstand D zwischen 145 und 155 beträgt, wobei der Abstand D in Millimetern angegeben ist.Another approach to reducing the noise of an electric motor is to reduce the number of turns of each winding. In particular, there is a relationship between the number of turns Z of each winding and the gap width or the distance D of the air gap between the rotor and the stator at its smallest point. It has proven to be advantageous if the ratio between the number of windings Z and the distance D is between 145 and 155, wherein the distance D is given in millimeters.

Einen weiteren Einfluss auf das Rastmoment des Motors und damit die Geräuschentwicklung haben die axiale Höhe des Rotormagneten H und die axiale Höhe h des Stators, insbesondere ist hierbei das Verhältnis H/h von Interesse.Another influence on the cogging torque of the motor and thus the noise development have the axial height of the rotor magnet H and the axial height h of the stator, in particular, the ratio H / h is of interest.

Es hat sich als vorteilhaft für die Reduktion des Rastmoments und der Geräuschentwicklung herausgestellt, wenn die axiale Höhe H des Rotormagneten, etwa 1,7 bis 1,8 Mal größer ist als die axiale Höhe h des Stators.It has proven to be advantageous for the reduction of the cogging torque and the noise when the axial height H of the rotor magnet, about 1.7 to 1.8 times greater than the axial height h of the stator.

Durch die oben angegebenen Maßnahmen kann sowohl das Rastmoment des Motors reduziert als auch die Geräuschentwicklung optimiert, d. h. ebenfalls deutlich reduziert werden.By the above measures both the cogging torque of the engine can be reduced and the noise is optimized, d. H. also be significantly reduced.

Der Stator ist vorzugsweise Teil einer elektrischen Maschine zum Antrieb eines 2,5 Zoll Festplattenlaufwerkes.The stator is preferably part of an electric machine for driving a 2.5 inch hard disk drive.

Die Erfindung bezieht sich gleichermaßen auf eine entsprechende elektrische Maschine mit einem erfindungsgemäßen Stator, einem Rotor und einem elektromagnetischen Antriebssystem, insbesondere zum Antrieb eines Festplattenlaufwerkes.The invention equally relates to a corresponding electric machine with a stator according to the invention, a rotor and an electromagnetic drive system, in particular for driving a hard disk drive.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles mit Bezug auf die Zeichnungsfiguren näher erläutert. Hierbei ergeben sich aus den Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung weitere vorteilhafte Merkmale und Vorteile der Erfindung.The invention will be explained in more detail with reference to a preferred embodiment with reference to the drawing figures. This will become apparent from the drawings and the following description further advantageous features and advantages of the invention.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

1 zeigt einen Querschnitt durch einen als Außenläufer ausgebildeten Elektromotor mit einem erfindungsgemäßen Stator. 1 shows a cross section through an electric motor designed as an external rotor with a stator according to the invention.

2 ist eine vergrößerte Ansicht eines Statorpols. 2 is an enlarged view of a stator pole.

3 ist eine schematische Ansicht des Stators, dessen Statorpole mittels eines axial angeordneten Dämpfungselementes gegenüber einem feststehenden Motorbauteil abgestützt werden. 3 is a schematic view of the stator, the stator poles are supported by means of an axially disposed damping element with respect to a fixed engine component.

Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der ErfindungDescription of a preferred embodiment of the invention

In 1 ist schematisch ein Querschnitt durch einen mehrphasingen Elektromotor 10 als Außenläufer gezeigt. Der Elektromotor 10 hat einen Stator 12 und einen Rotor 20. Der Stator 12 weist einen Stator-Rückschluss 14 aus einem weichmagnetischen Material auf und ist vorzugsweise in Form eines gestapelten Blechkerns herstellt. Der Stator-Rückschluss 14 weist mehrere radial nach außen gerichtete Statorpole 16 auf, wobei im dargestellten Beispiel neun Statorpole 16 gleichmäßig am Außenumfang des Stator-Rückschlusses 14 angeordnet sind. Jeder Statorpol 16 hat einen Polzahn 16a und einen an einem freien Ende des Polzahns 16a angeordneten Polschuh 16b. Auf jedem Polzahn 16a ist eine Statorwicklung 18 angeordnet, wobei jede Statorwicklung einer Phase des Motors zugeordnet sind. Beispielhaft ist ein dreiphasiger Motor dargestellt, wobei jeder Phase des Motors drei Statorpole 16 zugeordnet sind, die abwechselnd am Stator-Rückschluss 14 angeordnet sind.In 1 is a schematic cross section through a multi-phase electric motor 10 shown as external rotor. The electric motor 10 has a stator 12 and a rotor 20 , The stator 12 has a stator conclusion 14 made of a soft magnetic material and is preferably produced in the form of a stacked sheet metal core. The stator conclusion 14 has a plurality of radially outwardly directed stator poles 16 on, in the example shown nine stator poles 16 evenly on the outer circumference of the stator yoke 14 are arranged. Each stator pole 16 has a pole tooth 16a and one at a free end of the pole tooth 16a arranged pole piece 16b , On every pole tooth 16a is a stator winding 18 arranged, each one Stator winding associated with a phase of the motor. By way of example, a three-phase motor is shown, wherein each phase of the motor has three stator poles 16 are assigned alternately at the stator conclusion 14 are arranged.

Der Rotor 20 ist koaxial um den Stator 12 angeordnet und umfasst einen Rotorkörper 22 als magnetischen Rückschluss und einen Rotormagneten 24 mit mehreren Magnetpolen 26. Im Beispiel hat der Rotormagnet 24 zwölf Magnetpole 26, sechs Nordpole und sechs Südpole, die mit den Statorpolen 16 in elektromagnetischer Wechselwirkung stehen. Die Magnetpole 26 sind mit abwechselnder Polarität radial magnetisiert. Der Rotor 20 wird durch periodisches Bestromen der einzelnen Statorwicklungen 18 in Drehung versetzt.The rotor 20 is coaxial with the stator 12 arranged and comprises a rotor body 22 as magnetic inference and a rotor magnet 24 with several magnetic poles 26 , In the example has the rotor magnet 24 twelve magnetic poles 26 , six north poles and six south poles, with the stator poles 16 in electromagnetic interaction. The magnetic poles 26 are radially magnetized with alternating polarity. The rotor 20 is achieved by periodically energizing the individual stator windings 18 set in rotation.

2 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Stators 10 im Bereich eines Statorpols 16, der aus einem Polzahn 16a und einem am freien Ende des Polzahns 16a angeordneten Polschuh 16b besteht. Der Polzahn 16a ist mit der Wicklung 18 bewickelt, die aus einer Anzahl von Z Windungen besteht. 2 shows an enlarged view of the stator 10 in the area of a stator pole 16 that's from a pole tooth 16a and one at the free end of the pole tooth 16a arranged pole piece 16b consists. The pole tooth 16a is with the winding 18 wound, which consists of a number of Z windings.

Erfindungsgemäß weist jeder Polzahn 16a eine radiale Länge L von beispielsweise 1,76 Millimetern und eine Breite des Polzahnes B von beispielsweise 1,4 Millimetern auf. Erfindungsgemäß ergibt sich ein geringes Rastmoment und damit eine reduzierte Geräuschentwicklung insbesondere dann, wenn das Verhältnis zwischen der Länge L und der Breite B folgende Bedingung erfüllt:
1,2 < L/B < 1,29, bevorzugt die Bedingung: 1,23 < L/B < 1,29.According to the invention, each pole tooth 16a a radial length L of, for example, 1.76 millimeters and a width of the pole tooth B of, for example, 1.4 millimeters. According to the invention results in a low cogging torque and thus a reduced noise especially when the ratio between the length L and the width B meets the following condition:
1.2 <L / B <1.29, preferably the condition: 1.23 <L / B <1.29.

In 2 sind ferner zwei Magnetpole 26 des Rotors 20 schematisch dargestellt, die in einem radialen Abstand D von der äußeren Umfangsfläche des Stators 10 angeordnet sind. Der Abstand D beträgt beispielsweise 0,27 Millimeter, wobei erfindungsgemäß bevorzugt wird, wenn der Abstand D des Luftspaltes zwischen Stator und Rotor bzw. Rotormagnet möglichst klein ist und vorzugsweise zwischen 0,1 Millimeter und 0,4 Millimeter beträgt, besonders bevorzugt zwischen 0,2 mm und 0,3 mm. Gleichzeitig ist es vorteilhaft, wenn der Außendurchmesser des Polschuhs 16b nicht als ein zur Statormitte konzentrischer Kreisabschnitt ausgebildet ist, sondern als Profil eines Kreisabschnitts mit einem Radius R_v im Bereich von 40% bis 60% des Statoraußenradius. Dadurch ergibt sich, ausgehend von der Polschuhmitte, ein nach beiden Seiten größer werdender Luftspalt. Messungen haben ergeben, dass eine Verringerung des Radius R_v um ca. 0,5 mm die Geräuschentwicklung um ca. 0,2 Dezibel reduziert.In 2 are also two magnetic poles 26 of the rotor 20 shown schematically at a radial distance D from the outer peripheral surface of the stator 10 are arranged. The distance D is, for example, 0.27 millimeters, wherein it is preferred according to the invention if the distance D of the air gap between stator and rotor or rotor magnet is as small as possible and is preferably between 0.1 millimeter and 0.4 millimeter, particularly preferably between 0, 2 mm and 0.3 mm. At the same time it is advantageous if the outer diameter of the pole piece 16b is not formed as a circular section concentric to the stator center, but as a profile of a circular section with a radius R _v in the range of 40% to 60% of the stator outer radius. This results, starting from the center of the pole shoe, an air gap which becomes larger on both sides. Measurements have shown that a reduction of the radius R _v by about 0.5 mm reduces the noise by about 0.2 decibels.

Es hat sich herausgestellt, dass neben der Größe der Nutöffnung das angegebene Verhältnis zwischen der Länge L und der Breite B jedes Polzahnes das Rastmoment beeinflusst, wobei sich bei geeigneter Dimensionierung die Geräuschentwicklung des Motors reduziert. In 1 weist der Stator einen Außendurchmesser OD von beispielsweise 16,5 Millimetern und einen Innendurchmesser ID von beispielsweise 9,5 Millimetern auf. Erfindungsgemäß beträgt das Verhältnis von OD zu ID 1,7 bis 1,8, um eine Optimierung des Rastmomentes und damit auch der Geräuschentwicklung zu erreichen.It has been found that, in addition to the size of the slot opening, the specified ratio between the length L and the width B of each pole tooth influences the cogging torque, whereby the noise development of the motor is reduced with suitable dimensioning. In 1 For example, the stator has an outer diameter OD of, for example, 16.5 millimeters and an inner diameter ID of, for example, 9.5 millimeters. According to the invention, the ratio of OD to ID is 1.7 to 1.8 in order to optimize the cogging torque and thus also the noise development.

Die Wicklung 18 auf jedem Statorpol 16 umfasst eine Anzahl Z von Windungen, wobei die Anzahl Z erfindungsgemäß 145 bis 155 Mal größer gewählt werden sollte als der Abstand D in Millimetern. Dadurch werden das Rastmoment und die damit verbundene Geräuschentwicklung ebenfalls positiv beeinflusst.The winding 18 on each stator pole 16 comprises a number Z of turns, wherein the number Z should be selected according to the invention 145 to 155 times larger than the distance D in millimeters. As a result, the cogging torque and the associated noise development are also positively influenced.

3 zeigt einen Längsschnitt durch einen Teil des Elektromotors im Bereich eines Statorpols 16 des Stators 10, wobei man erkennt, dass der Stator 10 im Bereich seines Innenumfangs an einem feststehenden Motorbauteil 30, beispielsweise einer Grundplatte des Motors, befestigt ist. 3 shows a longitudinal section through a part of the electric motor in the region of a stator pole 16 of the stator 10 , recognizing that the stator 10 in the region of its inner circumference on a stationary engine component 30 , For example, a base plate of the engine is attached.

Der Stator 10 ist beispielsweise mittels einer Klebeverbindung an dem Motorbauteil 30 befestigt. Der Polzahn 16a des Stators 10 erstreckt sich radial nach außen und endet in einem Polschuh 16b. Der Außenumfang des Stators 10, der durch den Polschuh 16b gebildet wird, liegt dem Rotormagneten 24 gegenüber. Der Rotormagnet 24 ist an einer inneren Umfangsfläche des Rotors 20 befestigt.The stator 10 is for example by means of an adhesive bond to the engine component 30 attached. The pole tooth 16a of the stator 10 extends radially outward and ends in a pole piece 16b , The outer circumference of the stator 10 that by the pole piece 16b is formed, lies the rotor magnet 24 across from. The rotor magnet 24 is on an inner circumferential surface of the rotor 20 attached.

Es hat sich für die Reduktion des Rastmomentes und auch der Geräuschentwicklung des Motors als vorteilhaft erwiesen, wenn die axiale Höhe H des Rotormagneten 24 1,7 bis 1,8 Mal größer ist als die axiale Höhe h des Stators 10. Durch die vergrößerte Höhe H des Rotormagneten gegenüber der Höhe h des Stators wird der magnetischen Fluss, d. h. insbesondere der Verlauf der magnetischen Feldlinien, optimiert, so dass sowohl das Rastmoment als auch die Geräuschentwicklung positiv beeinflusst werden.It has proved to be advantageous for the reduction of the cogging torque and the noise of the engine when the axial height H of the rotor magnet 24 1.7 to 1.8 times greater than the axial height h of the stator 10 , Due to the increased height H of the rotor magnet relative to the height h of the stator of the magnetic flux, ie in particular the course of the magnetic field lines, optimized so that both the cogging torque and the noise are positively influenced.

Weiterhin ist vorgesehen, dass der Stator 10, insbesondere das Ende des Statorpols 16 im Bereich des Polschuhs 16b, durch ein elastisches Dämpfungselement 28 in axialer Richtung gegenüber dem feststehenden Bauteil 30 abgestützt ist.Furthermore, it is provided that the stator 10 , in particular the end of the stator pole 16 in the area of the pole shoe 16b , by an elastic damping element 28 in the axial direction relative to the stationary component 30 is supported.

Das Dämpfungselement unterdrückt axiale Schwingungen der jeweiligen Polzähne des Stators 12 und vermindert damit die Geräuschentwicklung.The damping element suppresses axial vibrations of the respective pole teeth of the stator 12 and thus reduces the noise.

Die Breite F des Stator-Rückschlusses hat ebenfalls einen Einfluss auf die Geräuschentwicklung des Motors.The width F of the stator yoke also has an influence on the noise of the engine.

Zu Versuchszwecken wurden Statoren mit verschiedenen Abmessungen für B, F und D mit jeweils einem maximalen Wert und einem minimalen Wert für die einzelnen Abmessungen gebaut. Dabei wurden 8 verschiedene Gruppen mit jeweils 10 Motoren erzeugt. Für jede der 8 Gruppen wurde ein Mittelwert gebildet. Für gleiche Gruppen Fmax/min und Bmax/min wurde die Differenz der Mittelwerte bei Dmax und Dmin für die jeweils 10 Motoren gebildet. Die Wirkung der Unterschiede in den Dimensionen Dmax – Dmin auf die Geräuschentwicklung (Akustik in dB) bei einer Frequenz, die der 36-fachen Drehfrequenz des Rotors entspricht und dem Rastmoment (mNm) wird als Durchschnitt aller folgenden Kombinationen berechnet: Dmax mit Bmax mit Fmax – Dmin mit Bmax mit Fmax = G (dB oder mNm) Dmax mit Bmax mit Fmin – Dmin mit Bmax mit Fmin = H (dB oder mNm) Dmax mit Bmin mit Fmax – Dmin mit Bmin mit Fmax = J (dB oder mNm) Dmax mit Bmin mit Fmin – Dmin mit Bmin mit Fmin = K (dB oder mNm) (G + H + J + K)/4 = durchschnittliche Wirkung von (Dmax – Dmin) auf Akustik und Rastmoment For experimental purposes, stators of various dimensions were constructed for B, F and D, each having a maximum value and a minimum value for the individual dimensions. There were 8 different groups with 10 engines each. For each of the 8 groups an average was formed. For equal groups Fmax / min and Bmax / min, the difference between the average values at Dmax and Dmin was calculated for each of the 10 motors. The effect of the differences in the dimensions Dmax - Dmin on the noise level (acoustics in dB) at a frequency corresponding to the 36-fold rotational frequency of the rotor and the cogging torque (mNm) is calculated as the average of all the following combinations: Dmax with Bmax with Fmax - Dmin with Bmax with Fmax = G (dB or mNm) Dmax with Bmax with Fmin - Dmin with Bmax with Fmin = H (dB or mNm) Dmax with Bmin with Fmax - Dmin with Bmin with Fmax = J (dB or mNm) Dmax with Bmin with Fmin - Dmin with Bmin with Fmin = K (dB or mNm) (G + H + J + K) / 4 = average effect of (Dmax - Dmin) on acoustics and cogging torque

Bei der Akustik-Simulation kann eine Korrelation zwischen dem Rastmoment des Motors und der Akustik (gleiche Harmonische) berechnet werden. Die Korrelation ist bei jedem Motordesign unterschiedlich und abhängig vom Motordesign.In the acoustic simulation, a correlation between the cogging torque of the engine and the acoustics (same harmonics) can be calculated. The correlation is different for each engine design and depends on the engine design.

Wenn die Korrelation hoch ist, dann ist die Akustik stark vom Rastmoment des Motors abhängig und die Akustik kann über das Rastmoment weitgehend angenähert werden.If the correlation is high, then the acoustics are strongly dependent on the cogging torque of the engine and the acoustics can be approximated largely by the cogging torque.

Wenn die Korrelation klein ist, wird die Geräuschentwicklung von anderen Faktoren stark beeinflusst und kann nicht über das Rastmoment simuliert und beeinflusst werden.If the correlation is small, the noise development is strongly influenced by other factors and can not be simulated and influenced by the cogging torque.

Es hat sich bei Messungen gezeigt, dass die erfolgte Verbesserung bei einer Frequenz, die der 36-fachen Drehfrequenz des Rotors entspricht, ebenfalls zu einer Reduzierung der Geräuschemission im Gesamtspektrum führt.It has been shown in measurements that the improvement carried out at a frequency corresponding to 36 times the rotational frequency of the rotor also leads to a reduction in the noise emission in the entire spectrum.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: Elektromotorelectric motor
1212: Statorstator
1414: Stator-RückschlussStator yoke
1616: Statorpolstator
16a16a: Polzahnpole tooth
16b16b: Polschuhpole
1818: Statorwicklungstator
2020: Rotorrotor
2222: Rotorkörperrotor body
2424: Rotormagnetrotor magnet
2626: Magnetpolmagnetic pole
2828: Dämpfungselementdamping element
3030: Motorbauteilengine component
NN: NordpolNorth Pole
SS: SüdpolSouth Pole
LL: Länge des PolzahnsLength of the pole tooth
BB: Breite des PolzahnsWidth of the pole tooth
hH: Höhe des StatorsHeight of the stator
IDID: Innendurchmesser des StatorsInner diameter of the stator
ODOD: Außendurchmesser des StatorsOuter diameter of the stator
HH: Höhe des RotormagnetenHeight of the rotor magnet
DD: Abstand zwischen Stator und RotorDistance between stator and rotor
ZZ: Anzahl der Windungen der WicklungNumber of turns of the winding
FF: Breite des Stator-RückschlussesWidth of the stator conclusion
R_v R _v: Radiusradius

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102009024014 A1 [0004]

Claims

Stator for an electric machine, wherein the stator ( 12 ) a stator conclusion ( 14 ) and several stator poles ( 16 ), and each stator pole ( 16 ) a pole tooth ( 16a ), one on the pole tooth ( 16a ) arranged stator winding ( 18 ) and a pole piece ( 16b ), wherein each pole tooth has a length L and a width B, wherein concentric with the stator ( 12 ) a rotor ( 20 ) with a rotor magnet ( 24 ), and the stator ( 12 ) and the rotor ( 20 ) are separated by a radial air gap with a distance D, characterized in that for the length L and the width B of each Polzahnes ( 16a ): 1.2 <L / B <1.29.

Stator according to Claim 1, characterized in that, for the length L and the width B of each pole tooth, the following applies: 1.23 <L / B <1.29.

Stator for an electric machine, wherein the stator ( 12 ) a stator conclusion ( 14 ) and several stator poles ( 16 ), and each stator pole ( 16 ) a pole tooth ( 16a ), one on the pole tooth ( 16a ) arranged stator winding ( 18 ) and a pole piece ( 16b ), wherein each pole tooth has a length L and a width B, wherein concentric with the stator ( 12 ) a rotor ( 20 ) with a rotor magnet ( 24 ), and the stator ( 12 ) and the rotor ( 20 ) are separated by a radial air gap with a distance D from each other, characterized in that between the pole shoes ( 16b ) of the stator ( 12 ) and a fixed component ( 30 ) of the electric machine a damping element ( 28 ) is arranged.

Stator according to one of claims 1 to 3, characterized in that the outer profile of the pole piece ( 16b ) is formed as a circular portion whose radius (R _v ) is smaller than half the outer diameter (OD) of the stator ( 12 ).

Stator according to one of claims 1 to 4, characterized in that it has an outer diameter OD and an inner diameter ID, where: 1.7 <OD / ID <1.8.

Stator according to one of claims 1 to 5, characterized in that the distance D between stator ( 12 ) and rotor ( 20 ) is between 0.1 mm and 0.4 mm.

Stator according to one of claims 1 to 6, characterized in that each winding has a number Z windings, where: 145 / mm <Z / D <155 / mm.

Stator according to one of claims 1 to 7, characterized in that the rotor magnet has an axial height H, and the stator has an axial height h, wherein: 1.7 <H / h <1.8.

Stator according to claim 3, characterized in that for the length L and the width B of each pole tooth is: 1.2 <L / B <1.29.

Stator according to claim 3, characterized in that for the length L and the width B of each pole tooth is: 1.23 <L / B <1.29.

Stator according to one of claims 1 to 10, characterized in that the stator is part of an electric machine for driving a 2.5-inch hard disk drive.

Electric machine with a stator according to one of claims 1 to 11, a rotor ( 20 ) and an electromagnetic drive system.

Hard disk drive with an electrical machine according to claim 12.