EP2954609A2 - Antriebsmotor zum getriebelosen antrieb eines zweirads - Google Patents

Antriebsmotor zum getriebelosen antrieb eines zweirads

Info

Publication number
EP2954609A2
EP2954609A2 EP14700588.8A EP14700588A EP2954609A2 EP 2954609 A2 EP2954609 A2 EP 2954609A2 EP 14700588 A EP14700588 A EP 14700588A EP 2954609 A2 EP2954609 A2 EP 2954609A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rotor
permanent magnets
drive motor
stator
magnetic field
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP14700588.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Steven Andrew Evans
Jean-Luc Augier
Norbert Martin
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2954609A2 publication Critical patent/EP2954609A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2786—Outer rotors
    • H02K1/2787—Outer rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/2789—Outer rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2791—Surface mounted magnets; Inset magnets
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K21/22—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating around the armatures, e.g. flywheel magnetos
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/18—Structural association of electric generators with mechanical driving motors, e.g. with turbines
    • H02K7/1807—Rotary generators
    • H02K7/1846—Rotary generators structurally associated with wheels or associated parts

Definitions

  • the present invention relates to electric motors for use on a rear wheel hub of a two-wheeler with an outer rotor connected to a rim.
  • the electric motors are preferably designed in the form of brushless, electronically commutated electric motors, so-called PMSM motors.
  • Such electric motors have an axle-fixed internal stator arrangement with a high number of slots of usually more than 51.
  • the rotor of these electric motors is firmly connected to the rim of the rear wheel and usually has a ring mounted on a yoke ring of permanent magnets, in particular rare earth permanent magnets, with a high number of poles.
  • a drive motor for a drive wheel of a two-wheeler comprising:
  • the permanent magnets are arranged with a tangential polarity direction between the rotor poles of the rotor assembly.
  • the runner can be given a pronounced salience.
  • An idea of the above rotor arrangement is to arrange the permanent magnets spoke-shaped. Two adjacent permanent magnets each include a rotor pole.
  • a holding element made of paramagnetic material arranged on an outer lateral surface of the rotor arrangement can be provided in order to ensure a magnetic separation between the rotor poles.
  • the rotor arrangement has no return region.
  • the rotor poles terminate with their radially inner ends flush with the radially inner ends of the permanent magnets or protrude inwardly beyond the radially inner ends of the permanent magnets.
  • the pole faces of the permanent magnets can abut against tangentially oriented side faces of the rotor poles.
  • a drive system for a two-wheeler includes the above drive motor provided inside a rim body.
  • a method for operating the above drive motor wherein the stator coils according to a predetermined Commutation scheme are driven to generate a stator magnetic field that interacts with an exciting magnetic field generated by the permanent magnets to cause a driving torque, wherein the stator magnetic field is generated so that an angle between the exciting magnetic field and the stator magnetic field corresponds to more than 90 ° electrical rotor position.
  • Figure 1 is a cross-sectional view of a section through a
  • Figure 2 is a diagram showing load / speed characteristics of an electric motor without salience and an electric motor with salience with different Vorkommut istswinkeln the control.
  • Figure 1 shows a cross-sectional view of a section through an electric motor 1 as a drive motor for a gearless drive a rear wheel of a two-wheeler.
  • the cross section is transverse to the axial direction.
  • the electric motor 1 is an electronically commutated external rotor motor with a rotor assembly 2 as an external rotor and a
  • Stator arrangement 3 as an inner stator.
  • the rotor assembly 2 is formed annular or circular cylindrical and rotatably supported about a rear wheel axle of the bicycle.
  • the rotor assembly 2 is with Permanent magnets 21 are formed between which rotor poles 22 are arranged.
  • the permanent magnets 21 have a Polungsraum in the tangential direction, so that the magnetic poles bear against radially extending side surfaces of the rotor poles 22.
  • the rotor poles 22 terminate at their radially outer end substantially flush with the radially outer ends of the permanent magnets 21, so that a substantially circular lateral surface of the rotor assembly 2 is formed.
  • the circular lateral surface is connected via a holding element 4 of paramagnetic, ie non-conductive, material with a (not shown) rim body 5 of the drive wheel.
  • the rotor poles 22 may terminate substantially flush with the radially inner ends of the permanent magnets 21 at their radially inner end facing an air gap 6 of the electric motor 1, so that a substantially circular inner circumferential surface of the rotor assembly 2 is formed.
  • the rotor poles 22 may project with their radially inner end over the radially inner end of the permanent magnets 21 and partially overlap the permanent magnets 21 at their edges. In this way, Polkumble 24 can be formed, which allow improved flow distribution in the air gap 6.
  • the stator assembly 3 Inside the rotor assembly 2, the stator assembly 3 is provided, the axis fixed, d. H. not rotatable, connected to the bicycle.
  • Stator assembly 3 is provided with stator teeth 31.
  • the stator teeth 31 are surrounded by stator coils 32, which can be energized to provide a stator magnetic field according to a commutation pattern. Possible commutation patterns are sinusoidal commutation or block commutation, although other types of commutation are conceivable.
  • the stator teeth 31 are connected to one another via a magnetic return region 33 close to the axis.
  • the stator arrangement 3 is arranged in the interior of the rotor arrangement 2 such that both arrangements are separated from one another by the air gap 6.
  • the rotor assembly 2 is mounted about a rotation axis (not shown), so that the width of the air gap 6 is substantially constant over the entire circumferential direction.
  • the permanent magnets 21 are preferably formed as ferrite magnets, but may also be provided as rare-earth permanent magnets or the like.
  • the rotor poles 22 are formed of soft magnetic material, such as electrical steel, in particular in lamellar construction.
  • the q-axis describes the direction of a magnetic flux through the stator coils 32 perpendicular to the exciting field generated by the permanent magnets 21 and the d-axis the direction of the magnetic flux of the exciting magnetic field.
  • the stator 3 does not generate any flux component in a d-direction, but only in a q-direction, so that the stator magnetic field leads the exciter magnetic field essentially by 90 ° electrical rotor position.
  • the engine torque provided by the electric motor 1 is as follows:
  • L d , L q correspond to the instantaneous virtual stator inductances in the d- or q- direction, Z P to the number of pole pairs of the external rotor 2, ⁇ ⁇ to the magnetic flux of the field magnet field and l q to the current through the stator coils 32.
  • the virtual inductances L d and L q result after a backward calculation from a ring integral along the considered magnetic fluxes.
  • the magnetic permeability of ferromagnetic materials is almost equal to that of air, so that the virtual stator inductances L d and L q are nearly equal in surface mount type permanent magnets 21. It is irrelevant whether the surface magnets are spaced apart or, as currently customary in wheel hub drives, mounted flush with each other.
  • the rotor arrangement 2 described above has a salience, since the virtual inductances L d and L q provide different values, in particular also depending on the operating state of the electric motor 1, in particular its speed and rotor position. If a phase-advance angle that is time-invariant from the perspective of the rotor-fixed coordinate system is selected for a distinctly salient electric motor 1, which makes the component of the motor current I d unequal to 0, the operating variables flux, phase voltage, motor torque, electrical speed and sum of the phase currents result as follows:
  • M Mi 3/2 x Z p ( ⁇ ⁇ x Iq + (L d - L d) x Iq xl d) wherein in each case l d, l q the effective stator phase, U d, U q induced phase voltages, D L of electrical rotation speed and M M i correspond to the internal engine torque.
  • a control with a pre-commutation is added to the permanent magnet excitation of the electric motor 2, further a component L d xl d -
  • the stator current in the d-direction l d is less than zero and thereby reduces the excitation flux of the magnetic field generated by the permanent magnets 21 in d Direction and thus the induced counter electromotive voltage, whereby the electric motor 2 higher speeds are possible. It is thus intended to control the above electric motor 2 in such a way that the stator magnetic field leads in addition to the angle leading the 90 ° electrical rotor position by a further pre-commutation angle.
  • the pre-commutation angle can be selected depending on the operating point or fixed.
  • FIG 2 are different load / speed characteristics curves for an electric motor without a saliente rotor arrangement (curve K1) and for electric motors with salient rotor arrangement and Vorkommut istswinkeln of 0 °, 20 ° and 40 ° (curves K2, K3, K4) for the control the stator coils shown.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Antriebsmotor (1) für ein Antriebsrad eines Zweirads, umfassend: -eine als Außenläufer ausgebildete, kreiszylinderförmige Läuferanordnung (2) mit Läuferpolen (22) und mit Permanentmagneten (21); und -eine als Innenstator ausgebildete Statoranordnung (3) mit Statorzähnen (31) und ansteuerbaren Statorspulen (32); wobei die Permanentmagnete (22) der Läuferanordnung (2) so angeordnet sind, dass die Läuferanordnung (2) eine Salienz aufweist.

Description

Beschreibung Titel
Antriebsmotor zum getriebelosen Antrieb eines Zweirads
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft Elektromotoren zum Einsatz an einer Hinterradnabe eines Zweirads mit einem mit einer Felge verbundenen Außenläufer.
Stand der Technik
Elektrisch betriebene Zweiräder werden häufig mit getriebelosen Radnabenmotoren im Hinterrad betrieben. Die Elektromotoren sind dabei vorzugsweise in Form von bürstenlosen, elektronisch kommutierten Elektromotoren, so genannten PMSM-Motoren, ausgebildet.
Derartige Elektromotoren weisen eine achsfeste innenliegende Statoranordnung mit hoher Nutzahl von üblicherweise mehr als 51 auf. Der Läufer dieser Elektromotoren ist fest mit der Felge des Hinterrads verbunden und weist üblicherweise einen auf einen Rückschlussring montierten Kranz von Permanentmagneten, insbesondere Seltene-Erden-Permanentmagneten, mit hoher Polzahl auf.
Eine solche Bauweise ist nachteilig, da die Läufer so gut wie keine ausgeprägte Salienz aufweisen (engl.: saliency), d. h. die virtuellen Induktivitäten Ld und Lq, bezogen auf ein rotorfestes Koordinatensystem, sind im Wesentlichen identisch, insbesondere lageunabhängig. Dadurch entfällt die Möglichkeit, ein
Reluktanzmoment zu nutzen und den Elektromotor in einem Feldschwächbetrieb zu betreiben. Das heißt der Motor kann nur im Ankerstellbereich nutzbar betrieben werden. Sobald die durch die Drehung des Läufers in den Statorphasen induzierte Spannung die maximal durch die Betriebsspannungsquelle und die Trei- berschaltung lieferbare Phasenspannung erreicht, reduziert sich das Antriebsmoment und begrenzt damit die mögliche aktive Maximaldrehzahl.
Darüber hinaus erschwert das Fehlen einer Salienz im Läufer einen Betrieb des Elektromotors mit sensorloser Läuferlageerfassung, da nur bei Elektromotoren mit ausgeprägter Salienz über die Anschlussinduktivität des Elektromotors ohne zusätzlichen physikalischen Sensor eine Läuferlageinformation gewonnen werden kann. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine alternative Läuferanordnung für
Antriebsmotoren für Zweiräder zur Verfügung zu stellen, durch die eine Nutzung eines zusätzlichen Reluktanzmoments und/oder eine einfachere Erfassung der Läuferlage möglich ist. Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird durch die Läuferanordnung für einen Antriebsmotor für ein Antriebsrad eines Zweirads gemäß Anspruch 1 sowie durch den Antriebsmotor, das Antriebssystem und das Verfahren zum Betreiben eines derartigen An- triebsmotors gemäß den nebengeordneten Ansprüchen gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Antriebsmotor für ein Antriebsrad eines Zweirads vorgesehen, umfassend:
- eine als Außenläufer ausgebildete, kreiszylinderförmige Läuferanordnung mit Läuferpolen und mit Permanentmagneten; und
- eine als Innenstator ausgebildete Statoranordnung mit Statorpolen und ansteuerbaren Statorspulen;
wobei die Permanentmagnete der Läuferanordnung so angeordnet sind, dass die Läuferanordnung eine Salienz aufweist.
Durch das Vorsehen der Läuferanordnung mit einer Salienz kann beim Betreiben eines mit einer derartigen Läuferanordnung ausgebildeten Elektromotors im Syn- chronbetrieb mithilfe einer geeigneten Vorkommutierung des Elektromotors ein zusätzliches Reluktanzmoment genutzt werden.
Weiterhin wird durch die ausgeprägte Salienz ein energieeffizienter
Feldschwächbetrieb ermöglicht, der den nutzbaren Drehzahlbereich hin zu höheren Drehzahlen erweitert.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Permanentmagnete mit tangentialer Polungsrichtung zwischen den Läuferpolen der Läuferanordnung angeordnet sind. Durch eine solche Läuferanordnung kann dem Läufer eine ausgeprägte Salienz verliehen werden. Eine Idee der obigen Läuferanordnung besteht darin, die Permanentmagnete speichenförmig anzuordnen. Jeweils zwei benachbarte Permanentmagnete schließen dabei einen Läuferpol ein.
Weiterhin ist es durch die obige Läuferanordnung möglich, auf Seltene-Erden- Magnetmaterialien zu verzichten und stattdessen konventionelle und kostengünstige Ferritmaterialien für die Permanentmagnete zu nutzen.
Weiterhin kann ein an einer äußeren Mantelfläche der Läuferanordnung angeordnetes Halteelement aus paramagnetischem Material vorgesehen sein, um eine magnetische Trennung zwischen den Läuferpolen zu gewährleisten. Dadurch weist die Läuferanordnung keinen Rückschlussbereich auf.
Es kann vorgesehen sein, dass die Läuferpole mit ihren radial inneren Enden bündig mit den radial inneren Enden der Permanentmagnete abschließen oder nach innen über die radial inneren Enden der Permanentmagnete hervorstehen.
Gemäß einer Ausführungsform können die Polflächen der Permanentmagnete an in tangentialer Richtung ausgerichteten Seitenflächen der Läuferpole anliegen.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Antriebssystem für ein Zweirad vorgesehen. Das Antriebssystem umfasst den obigen Antriebsmotor, der im Inneren eines Felgenkörpers vorgesehen ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Verfahren zum Betreiben des obigen Antriebsmotors vorgesehen, wobei die Statorspulen gemäß einem vorgegebenen Kommutierungsschema angesteuert werden, um ein Statormagnetfeld zu erzeugen, das mit einem von den Permanentmagneten erzeugten Erregermagnetfeld wechselwirkt, um ein Antriebsmoment zu bewirken, wobei das Statormagnetfeld so erzeugt wird, dass ein Winkel zwischen dem Erregermagnetfeld und dem Statormagnetfeld mehr als 90° elektrischer Läuferlage entspricht.
Weiterhin kann ein konstanter, von der Salienz der Läuferanordnung abhängiger Vorkommutierungswinkel vorgesehen werden, mit dessen Hilfe die Ansteuerung zum Erzeugen des Statormagnetfelds vorgenommen wird.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine Querschnittsdarstellung eines Ausschnitts durch einen
Elektromotor mit einer Läuferanordnung, die eine Salienz aufweist; und
Figur 2 ein Diagramm zur Darstellung von Last-/Drehzahl-Kennlinien eines Elektromotors ohne Salienz sowie eines Elektromotors mit Salienz mit verschiedenen Vorkommutierungswinkeln der Ansteuerung.
Beschreibung von Ausführungsformen
Figur 1 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Ausschnitts durch einen Elektromotor 1 als Antriebsmotor für einen getriebelosen Antrieb eines Hinterrads eines Zweirads. Der Querschnitt ist quer zur axialen Richtung.
Bei dem Elektromotor 1 handelt es sich um einen elektronisch kommutierten Außenläufermotor mit einer Läuferanordnung 2 als Außenläufer und einer
Statoranordnung 3 als Innenstator. Die Läuferanordnung 2 ist ring- bzw. kreiszylinderförmig ausgebildet und drehbar um eine Hinterradachse des Zweirads gelagert. Die Läuferanordnung 2 ist mit Permanentmagneten 21 ausgebildet, zwischen denen Läuferpole 22 angeordnet sind. Die Permanentmagnete 21 weisen eine Polungsrichtung in tangentialer Richtung auf, so dass die Magnetpole an radial verlaufenden Seitenflächen der Läuferpole 22 anliegen. Die Läuferpole 22 enden an ihrem radial äußeren Ende im Wesentlichen bündig mit den radial äußeren Enden der Permanentmagnete 21 , so dass eine im Wesentlichen kreisförmige Mantelfläche der Läuferanordnung 2 gebildet wird. Die kreisförmige Mantelfläche ist über ein Halteelement 4 aus paramagnetischem, d.h. nicht leitendem, Material mit einem (nicht gezeigten) Felgenkörper 5 des Antriebsrads verbunden.
Die Läuferpole 22 können an ihrem radial inneren, einem Luftspalt 6 des Elektromotors 1 zugewandten Ende im Wesentlichen bündig mit den radial inneren Enden der Permanentmagnete 21 abschließen, so dass eine im Wesentlichen kreisförmige innere Mantelfläche der Läuferanordnung 2 gebildet wird. In alternativen Ausführungsformen können die Läuferpole 22 mit ihrem radial inneren Ende über das radial innere Ende der Permanentmagnete 21 vorstehen und die Permanentmagnete 21 an deren Kanten teilweise überlappen. Auf diese Weise können Polköpfe 24 gebildet werden, die eine verbesserte Flussverteilung in dem Luftspalt 6 ermöglichen.
Im Inneren der Läuferanordnung 2 ist die Statoranordnung 3 vorgesehen, die achsfest, d. h. nicht drehbar, mit dem Zweirad verbunden ist. Die
Statoranordnung 3 ist mit Statorzähnen 31 versehen. Die Statorzähne 31 sind von Statorspulen 32 umgeben, die zum Bereitstellen eines Statormagnetfelds gemäß einem Kommutierungsmuster bestromt werden können. Mögliche Kommutierungsmuster sind Sinuskommutierung oder Blockkommutierung, wobei auch andere Kommutierungsarten denkbar sind. Die Statorzähne 31 sind über einen achsnahen magnetischen Rückschlussbereich 33 miteinander verbunden.
Die Statoranordnung 3 ist so im Inneren der Läuferanordnung 2 angeordnet, dass beide Anordnungen durch den Luftspalt 6 voneinander getrennt sind. Die Läuferanordnung 2 ist um eine (nicht gezeigte) Drehachse gelagert, so dass die Breite des Luftspalts 6 über die gesamte Umfangsrichtung im Wesentlichen konstant ist. Die Permanentmagnete 21 sind vorzugsweise als Ferritmagneten ausgebildet, können jedoch auch als Seltene-Erden-Permanentmagnete oder dergleichen vorgesehen sein. Die Läuferpole 22 sind aus weichmagnetischem Material, wie beispielsweise Elektroblech, insbesondere in Lamellenaufbauweise ausgebildet.
Im läuferfesten Koordinatensystem einer permanentmagneterregten Synchronmaschine beschreibt die q-Achse die Richtung eines durch den Strom durch die Statorspulen 32 magnetischen Flusses senkrecht zu dem von den Permanentmagneten 21 erzeugten Erregermagnetfeld und die d-Achse die Richtung des magnetischen Flusses des Erregermagnetfelds. Bei einer Motoransteuerung ohne eine Vorkommutierung erzeugt der Stator 3 keinen Flussanteil in eine d- Richtung, sondern lediglich in eine q-Richtung, so dass das Statormagnetfeld dem Erregermagnetfeld im Wesentlichen um 90° elektrischer Läuferlage voreilt. Das von dem Elektromotor 1 bereitgestellte Motormoment ergibt sich wie folgt:
Ψά = Ιά χ \ά + ΨΡΜ = ΨΡΜ für ld = 0 wobei jeweils Ld, Lq den momentanen virtuellen Statorinduktivitäten in d- bzw. q- Richtung, ZP der Polpaarzahl des Außenläufers 2, ΨΡΜ dem magnetischen Fluss des Erregermagnetfelds und lq dem Strom durch die Statorspulen 32 entsprechen. Die virtuellen Induktivitäten Ld und Lq ergeben sich nach einer Rückwärtsberechnung aus einem Ringintegral entlang der betrachteten Magnetflüsse.
Die magnetische Permeabilität ferromagnetischer Materialien ist nahezu gleich der von Luft, so dass die virtuellen Statorinduktivitäten Ld und Lq bei Elektromotoren mit Permanentmagneten 21 in Oberflächenanordnung nahezu gleich sind. Dabei ist es unerheblich, ob die Oberflächenmagnete voneinander beabstandet oder, wie bei Radnabenantrieben derzeit üblich, bündig miteinander angebracht sind.
Die oben beschriebene Läuferanordnung 2 weist dagegen eine Salienz auf, da die virtuellen Induktivitäten Ld und Lq unterschiedliche Werte liefern, insbesondere auch abhängig vom Betriebszustand des Elektromotors 1 , insbesondere von dessen Drehzahl und Läuferlage. Wird für einen ausgeprägt salienten Elektromotor 1 ein aus Sicht des läuferfesten Koordinatensystems zeitinvarianter Phasenvoreilwinkel gewählt, der die Komponente des Motorstroms ld ungleich 0 werden lässt, so ergeben sich die Betriebsgrößen Fluss, Phasenspannung, Motormoment, elektrische Drehzahl und Summe der Phasenströme wie folgt:
Ψά = Ld x ld + ΨΡΜ
Uq = Ri X Iq + d ψ, dt - DL X Ψά
MMi = 3/2 Zp x (ΨΡΜ x Iq + (Ld - Ld) x Iq x ld) wobei jeweils ld, lq den effektiven Statorphasenströmen, Ud, Uq den induzierten Phasenspannungen, DL der elektrischen Rotationsgeschwindigkeit und MMi dem inneren Motormoment entsprechen.
Die obigen Formeln gelten bei Sinuskommutierung des Elektromotors 2. Bei einer Blockkommutierung würden den obigen Gleichungen zwar höhere harmonische Terme hinzugefügt, die grundsätzlichen Zusammenhänge sich jedoch nicht ändern.
Man erkennt, dass sich zum Motormoment durch Vorsehen der Salienz ein Anteil, das so genannte Reluktanzmoment 3/2 Zp x (Ld - Lq) x ld x lq, ergibt. Durch Optimieren der Ansteuerung ist es nun möglich, für jeden statischen oder dynamischen Betriebszustand des Elektromotors 2 einen Satz optimierter Ansteuerparameter zu wählen. Die Optimierung kann beispielsweise durch eine Stromoder Spannungsregelung erfolgen, die jeweils auf das Erreichen eines maximalen Drehmoments ausgelegt ist.
Eine Ansteuerung mit einer Vorkommutierung addiert sich zur Permanentmagneterregung des Elektromotors 2, weiterhin eine Komponente Ld x ld- Bei einer Vorkommutierung wird der Statorstrom in d-Richtung ld kleiner Null und reduziert dadurch den Erregerfluss des durch die Permanentmagnete 21 erzeugten Magnetfelds in d-Richtung und damit die induzierte elektromotorische Gegenspannung, wodurch dem Elektromotor 2 höhere Drehzahlen ermöglicht werden. Es ist somit vorgesehen, den obigen Elektromotor 2 so anzusteuern, dass das Statormagnetfeld zusätzlich zu dem 90° elektrischer Läuferlage voreilenden Winkel noch um einen weiteren Vorkommutierungswinkel voreilt. Der Vorkommutie- rungswinkel kann betriebspunktabhängig gewählt oder fest vorgegeben sein.
In Figur 2 sind verschiedene Last-/Drehzahl-Kennlinienverläufe für einen Elektromotor ohne eine saliente Läuferanordnung (Kurve K1 ) sowie für Elektromotoren mit salienter Läuferanordnung und Vorkommutierungswinkeln von 0°, 20° und 40° (Kurven K2, K3, K4) für die Ansteuerung der Statorspulen dargestellt.
Man erkennt, dass selbst bei festgelegten, nicht betriebspunktabhängigen Vorkommutierungswinkeln in Verbindung mit der salienten Läuferanordnung eine Verbesserung des Wirkungsgrads erreicht werden kann.

Claims

Ansprüche
1 . Antriebsmotor (1 ) für ein Antriebsrad eines Zweirads, umfassend:
- eine als Außenläufer ausgebildete, kreiszylinderförmige Läuferanordnung (2) mit Läuferpolen (22) und mit Permanentmagneten (21 ); und
- eine als Innenstator ausgebildete Statoranordnung (3) mit Statorzähnen (31 ) und ansteuerbaren Statorspulen (32);
wobei die Permanentmagnete (22) der Läuferanordnung (2) so angeordnet sind, dass die Läuferanordnung (2) eine Salienz aufweist.
2. Antriebsmotor (1 ) nach Anspruch 1 , wobei die Permanentmagnete (21 ) mit tangentialer Polungsrichtung zwischen den Läuferpolen (22) der Läuferanordnung (2) angeordnet sind, wobei insbesondere die Permanentmagnete
(21 ) alternierend in entgegengesetzter Richtung magnetisiert sind.
3. Antriebsmotor (1 ) nach Anspruch 2, wobei ein an einer äußeren Mantelfläche der Läuferanordnung (2) angeordnetes Halteelement (4) aus paramagnetischem Material vorgesehen ist, um eine magnetische Trennung zwischen den Läuferpolen (22) zu gewährleisten.
4. Antriebsmotor (1 ) nach einem der Ansprüche 2 bis 3, wobei die Läuferpole
(22) mit ihren radial inneren Enden bündig mit den radial inneren Enden der Permanentmagnete (21 ) abschließen oder nach innen über die radial inneren Enden der Permanentmagnete (21 ) hervorstehen, und insbesondere die Läuferpole (22) einen Formschluss bilden, der die Permanentmagnete (22) in ihrer radialen Position fixiert.
5. Antriebsmotor (1 ) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Polflächen der Permanentmagnete (21 ) an in radialer Richtung sich erstreckenden Seitenflächen der Läuferpole (22) anliegen. Antriebsmotor (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Permanentmagnete (21 ) in radialer Richtung eine größere Ausdehnung aufweisen als in tangentialer Richtung, und insbesondere als Ferritmagnete ausgebildet sind.
Antriebsmotor (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Läuferpole (22) in tangentialer Richtung aus einzelnen ferromagnetischen Lamellen - insbesondere aus Elektroblech - geschichtet ausgebildet sind.
Antriebssystem für ein Zweirad, umfassend:
- einen Antriebsmotor (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
wobei der Antriebsmotor (1 ) im Inneren eines Felgenkörpers vorgesehen ist.
Verfahren zum Betreiben eines Antriebsmotors (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Statorspulen (32) gemäß einem vorgegebenen Kommutierungsschema angesteuert werden, um ein Statormagnetfeld zu erzeugen, das mit einem von den Permanentmagneten (21 ) erzeugten Erregermagnetfeld wechselwirkt, um ein Antriebsmoment (1 ) zu bewirken, wobei das Statormagnetfeld so erzeugt wird, dass ein Winkel zwischen dem Erregermagnetfeld und dem Statormagnetfeld mehr als 90° elektrischer Läuferlage entspricht.
0. Verfahren nach Anspruch 9, wobei ein konstanter, von der Salienz der Läuferanordnung (2) abhängiger Vorkommutierungswinkel vorgesehen wird, mit dessen Hilfe die Ansteuerung zum Erzeugen des Statormagnetfelds vorgenommen wird.
EP14700588.8A 2013-02-07 2014-01-13 Antriebsmotor zum getriebelosen antrieb eines zweirads Withdrawn EP2954609A2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102013202011.2A DE102013202011A1 (de) 2013-02-07 2013-02-07 Antriebsmotor zum getriebelosen Antrieb eines Zweirads
PCT/EP2014/050434 WO2014121976A2 (de) 2013-02-07 2014-01-13 Antriebsmotor zum getriebelosen antrieb eines zweirads

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP2954609A2 true EP2954609A2 (de) 2015-12-16

Family

ID=49989695

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP14700588.8A Withdrawn EP2954609A2 (de) 2013-02-07 2014-01-13 Antriebsmotor zum getriebelosen antrieb eines zweirads

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP2954609A2 (de)
CN (1) CN104995821B (de)
DE (1) DE102013202011A1 (de)
WO (1) WO2014121976A2 (de)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE29906379U1 (de) * 1999-04-07 1999-06-24 Chen, Tun-I, Sanchung, Taipeh GS-Motor ohne Kohlebürsten für elektrische Fahrräder
EP2429068A1 (de) * 2008-12-29 2012-03-14 Andrei Mikhailovich Maximov Elektrische maschine

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4662220B2 (ja) * 2001-05-31 2011-03-30 本田技研工業株式会社 電動補助自転車
DE102004027635A1 (de) * 2004-06-05 2006-06-08 Robert Bosch Gmbh Handgeführtes oder stationäres Elektrowerkzeug mit einer Antriebseinheit
US7911104B2 (en) * 2009-03-10 2011-03-22 Drs Power Technology, Inc. Pole retention configuration for electric machine rotors
KR20120106984A (ko) * 2009-12-21 2012-09-27 회가내스 아베 변조 극기용 회전자
WO2011114594A1 (ja) * 2010-03-15 2011-09-22 株式会社安川電機 永久磁石形回転電機

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE29906379U1 (de) * 1999-04-07 1999-06-24 Chen, Tun-I, Sanchung, Taipeh GS-Motor ohne Kohlebürsten für elektrische Fahrräder
EP2429068A1 (de) * 2008-12-29 2012-03-14 Andrei Mikhailovich Maximov Elektrische maschine

Also Published As

Publication number Publication date
DE102013202011A1 (de) 2014-08-07
WO2014121976A2 (de) 2014-08-14
WO2014121976A3 (de) 2014-11-20
CN104995821B (zh) 2018-11-20
CN104995821A (zh) 2015-10-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2639936B1 (de) Elektrische Maschine mit permanent erregtem Läufer und zugehöriger permanent erregter Läufer
DE102014222064B4 (de) Elektrische Maschine
DE112016003276T5 (de) Elektromotor
DE102010041015A1 (de) Maschinenkomponente für eine elektrische Maschine
DE102015110652B4 (de) Rotor-stator-anordnung für eine hybriderregte synchronmaschine und ein rotor dafür
EP2018696A1 (de) Elektrische maschine
DE102019133580A1 (de) Elektrisch erregte Synchronmaschine mit Schenkelpolrotor und permanentmagnetischer Streuflussreduzierung
EP3542445A1 (de) Optimierte elektrische maschine
EP2838180B1 (de) Läufer einer dynamoelektrischen rotatorischen Maschine
DE102012217363B4 (de) Elektrische Maschine mit Doppelluftspalt
EP2999090B1 (de) Permanenterregter Läufer mit geführtem Magnetfeld
EP2834903A1 (de) Elektrisch angetriebenes zweirad
DE102007038902A1 (de) Elektrisches Lenkhilfesystem mit lenkgetriebegehäusegekoppeltem Elektromotor
WO2012150114A2 (de) Elektromotor
EP2722970A2 (de) Läuferanordnung für eine permanentmagneterregte elektrische Maschine
EP2319160B1 (de) Hybriderregte elektrische maschine
EP2016667A1 (de) Bürstenloser elektromotor
DE102019133854A1 (de) Vollpol- und Schenkelpolrotor einer elektrischen Hybrid-Synchronmaschine mit elektrischer und permanentmagnetischer Erregung
EP2954609A2 (de) Antriebsmotor zum getriebelosen antrieb eines zweirads
WO2014086514A2 (de) Radnabenmaschine, einspurfahrzeug
EP2834142B1 (de) Elektrisch angetriebenes zweirad
DE102006020965B3 (de) Elektromotorische Hilfskraftlenkung
DE102013222329A1 (de) Maschinenkomponente für eine Elektromaschine und Verfahren zur Herstellung einer solchen Maschinenkomponente
DE102007020534A1 (de) Bürstenloser Elektromotor
DE102012104343A1 (de) Flurförderzeug mit elektrischem Pumpenmotor

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20150907

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

17Q First examination report despatched

Effective date: 20200312

RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: ROBERT BOSCH GMBH

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20220319