DE10164291A1 - Einstückig abgeschrägter Dauermagnet zur Verwendung in einer elektrischen Maschine - Google Patents

Abstract

Ein Dauermagnet enthält ein Magnetfeld, welches relativ zur Mittellinie des Magnetkörpers schräg verläuft. Eine Fläche des Magneten dient zur Lagerung oder Abstützung an einem Bauteil eines Motors, beispielsweise an dem Rotor. Die andere Seite des Magnetkörpers enthält mindestens eine Fläche, die nicht mit der Mittellinie des Magnetkörpers ausgerichtet ist. Wenn der Magnet an einem Motorteil gelagert wird, so daß die Magnet-Mittellinie mit der Drehachse des Rotors ausgerichtet ist, so ist das Magnetfeld des Magneten nicht mit der Rotorachse ausgebildet.

Description

Die Erfindung betrifft allgemein die Ausgestaltung eines Dauermagneten, die sich als besonders nützlich bei dauermagnetischen Motoren erweist.

Für verschiedene Zwecke wurden unterschiedliche Dauermagnet-Elektromotoren verwendet. Bei der Ausgestaltung solcher Motoren ist eine Vielfalt von Forderun­ gen zu erfüllen, zahlreiche Schwierigkeiten müssen überwunden werden.

Ein Beispiel für eine Schwierigkeit, auf die man bei dem Entwurf von dauermagne­ tischen Motoren trifft, ist das Beheben von Flußstörungen, die sich einstellen, wenn sich der Rotor relativ zu dem Stator bewegt. Wenn sich bei elektrischen Asynchronmotoren die Rotor-Leiter an Stator-Schlitzen vorbei bewegen, die teil­ weise oder vollständige Schlitzöffnungen besitzen, die dem Luftspalt zugewandt sind, kommt es zu Störungen. Die Störung ruft üblicherweise akustische Geräu­ sche, Vibrationen und Drehmoment-Pulsieren hervor. Ein Versuch, diesen Effekt zu minimieren, beinhaltet das Abschrägen des Rotors dadurch, daß die Magnete in einer abgestuften oder schrägen Anordnung angebracht werden. Bei einem an­ deren Versuch werden die Stator-Leiter und ihre Schlitze schräg gestellt. Während dies die Wirkung hat, Flußstörungen zu dämpfen, so gibt es dennoch weitere Schwierigkeiten, die zu überwinden sind. Das Plazieren und Lagern von abge­ schrägten Magnetblöcken an einem zylindrischen Rotor ist keine einfache Aufga­ be. In ähnlicher Weise ist eine relativ schwierige Montagearbeit erforderlich, um die gewünschten Ergebnisse bei einem dauermagnetischen Linearmotor zu erzie­ len. Dies gilt insbesondere dann, wenn der Versuch unternommen wird, Magnete an dem Sekundärteil der Motoranordnung anzubringen. Besonders schwierig ist es, abgeschrägte Magnete innerhalb von Rotoren oder Sekundäranordnungen mit eingebetteten Magneten zu plazieren.

Es besteht Bedarf an einer vielseitigeren Ausgestaltung, die abgeschrägte Magne­ te an einem Rotorteil eines Motors aufnimmt. Außerdem besteht Bedarf an einem weniger mühevollen und weniger teuren Weg, eine Flußstörungs-Dämpfung bei dauermagnetischen Motoren zu erreichen. Die Erfindung trägt diesem Bedarf Rechnung und vermeidet Unzulänglichkeiten und Nachteile, die in dem oben be­ schriebenen Stand der Technik anzutreffen sind. Allgemein gesprochen, besteht die Erfindung in einem Dauermagneten mit einem Körper und einem Magnetfeld, wobei letzteres relativ zu dem Körper schräg ist. Ein erfindungsgemäß ausgebilde­ ter Dauermagnet besitzt eine Körper-Mittelachse. Mindestens eine Fläche an dem Magneten ist mit dieser Körperachse nicht ausgerichtet. Wird der erfindungsge­ mäß ausgebildete Permanentmagnet in einem Motor eingesetzt, so ist die Lager­ fläche des Magnetkörpers mit der Rotorachse ausgerichtet, während die abge­ schrägten Flächen nicht mit der Rotorachse ausgerichtet sind.

Ein Motor mit erfindungsgemäß ausgebildeten Magneten erleidet nicht die Fluß­ störungen, wie sie bei anderen Motorausgestaltungen anzutreffen sind.

Darüber hinaus ist ein erfindungsgemäß ausgebildeter Motor wirtschaftlicher in der Herstellung, verglichen mit früheren Anordnungen.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnun­ gen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch einen Motor gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäß ausgebildeten Dauermagneten,

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung eines weiteren erfindungsgemäß ausge­ bildeten Dauermagneten,

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung eines weiteren erfindungsgemäß ausge­ bildeten Magneten,

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung eines weiteren erfindungsgemäß ausge­ bildeten Magneten,

Fig. 6 eine perspektivische Darstellung einer Scheibenmotoranordnung, die er­ findungsgemäß ausgebildet ist.

Fig. 7 eine perspektivische Darstellung eines Motors mit eingebetteten Dauer­ magneten, ausgebildet gemäß der Erfindung.

Eine im Folgenden als Motor bezeichnete elektrische Maschine 20 enthält einen Stator 22 und einen Rotor 24. Die Maschine 20 ist vorzugsweise ein Dauerma­ gnet-Motor, der ein Drehmoment erzeugt; wird die Maschine als Generator einge­ setzt, so wird von ihr elektrische Energie in üblicher Weise erzeugt. Die Abwei­ chungen vom Stand der Technik werden aus der folgenden Beschreibung deut­ lich.

Der Rotor 24 dreht sich um eine Rotorachse 26 gegenüber dem Stator 22. Mehre­ re Magnete 30 sind an dem Rotor gehaltert. Der Stator ist von dem Rotor über ei­ nen Luftspalt getrennt. Wenn sich der Rotor dreht, passieren die Magnete (nicht gezeigte) Stator-Schlitze, um ein Motordrehmoment zu erzeugen, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist.

Die Magnete 30 sind vorzugsweise mit einer ersten Seite 32 und einer zweiten Seite 34 ausgebildet. Die erste Seite 32 verläuft parallel zur Achse des Magneten und kann an dem Rotor 24 angebracht werden. In anderen Anwendungsfällen, vgl. z. B. Fig. 7, sind die Magnete in einer gewünschten Position innerhalb der Mo­ toranordnung eingebettet. Die zweite Seite 34 enthält vorzugsweise mindestens eine Fläche, die relativ zu der Körper-Mittellinie 35 oder Achse des Magneten 30 abgeschrägt ist.

Bei den dargestellten Ausführungsformen enthält die zweite Seite 34 des Magne­ ten eine erste Fläche 36, eine zweite Fläche 38 und eine dritte Fläche 40. Die er­ ste Fläche 36 besitzt Kanten, die parallel zueinander verlaufen, nicht aber parallel zu der Mittellinie oder Achse 35 des Magnetkörpers. Die erste Fläche 36 besitzt vorzugsweise eine kontinuierliche Breite W entlang der gesamten Länge L des Körpers bei dem in Fig. 2 gezeigten Beispiel. Die Dicke des Magnetkörpers, T₁, gemessen zwischen der ersten Fläche 36 und der ersten Seite 32, kann über die Breite der ersten Fläche 36 hin kontinuierlich sein. Man sieht dies z. B. in Fig. 2 als die Dicke T₁. Alternativ kann die Dicke des Magneten entlang der Breite der er­ sten Fläche 36 von einer Dicke T₁ auf eine Dicke T₂ gemäß Fig. 3 variierend ab­ nehmen.

Bei den dargestellten Beispielen besitzen die Flächen 38 und 40 variierende Dic­ ken entlang ihrer Breite und entlang ihrer Länge (wie diese Abmessungen in den Zeichnungen dargestellt sind).

Die Anordnung und Ausgestaltung der Flächen auf der zweiten Seite 34 des Ma­ gneten 30 erzeugen ein Magnetfeld, das eine Feld-Mittellinie besitzt, die nicht mit der Mittellinie 35 des Körpers fluchtet. Wenn daher ein Permanentmagnet 30 an dem Rotor 34 derart gehaltert wird, daß die Körper-Mittellinie 35 mit der Rotorach­ se 26 ausgerichtet ist, so ist das Magnetfeld jedes Magneten nicht mit der Achse 36 ausgerichtet.

Das Abschrägen der Magnetkonfiguration gemäß Darstellung führt zu einer Fluß­ störungs-Dämpfung in einem Motor. Die magnetischen und die mechanischen Mittellinien des Magnetkörpers 30 fallen nicht zusammen. Die Form des Magne­ ten 30, und nicht dessen Position relativ zu seinem erregten Partner in dem Motor 20 (d. h. dem Stator) ruft eine Abschrägung hervor, welche, wenn sie erfindungs­ gemäß ausgebildet ist, für einen Abbau der Reluktanzschwankungen in Richtung des Luftspalts sorgt, welche ansonsten bei Motoren auftreten. Dies führt zu ge­ dämpften Drehmoment-Pulsationen und geringerem magnetischen Rauschen. Ein erfindungsgemäß ausgestalteter Magnet besitzt keine plötzlichen und abrup­ ten Übergänge von starkem zu schwachem Fluß und anschließend zurück zu starkem Fluß, wenn sich der Rotor 24 gegenüber dem Stator 22 dreht. Statt des­ sen werden die Übergänge von starkem zu schwachem Fluß räumlich und zeitlich verlängert. Die gekippten oder abgeschrägten Magnetflächen bilden Rampen, die das Bewegen von einem Flußpegel zu einem anderen erleichtern, was wiederum den Übergang der Flußpegel weniger gravierend ausfallen läßt und zu geringeren Vibrationen und Geräuschen führt.

Ein erfindungsgemäß ausgebildeter Magnet kann eine flache Lagerfläche 32 be­ sitzen, wie aus Fig. 2 und 3 hervorgeht, oder eine gekrümmte Lagerfläche 32, wie in Fig. 4 zu sehen ist, um den verschiedenen Ausgestaltungen von Rotoren 24 Rechnung zu tragen, die in unterschiedlichen Situationen zu bevorzugen sind. Das in Fig. 2 gezeigte Beispiel wird vorzugsweise in solchen Motoren eingesetzt, die eingebettete Magnetrotoren besitzen, oder in Linearmotoren. Das in Fig. 4 ge­ zeigte Beispiel wird am besten in oder an einem zylindrischen Rotor verwendet.

Allerdings ist das in Fig. 4 dargestellte Beispiel nicht auf einen zylindrischen Rotor beschränkt, es ist auch nützlich bei Linearmotoren oder Scheibenmotoren, wie in Fig. 6 dargestellt ist.

Bei der bevorzugten Ausführungsform werden die Magnete 30 vorzugsweise durch Pressen in die gewünschte Endform gebracht und anschließend gesintert. Bevorzugt wird anschließend keine spanabhebende Bearbeitung durchgeführt, und zwar aus wirtschaftlichen Gründen, und um Lagerfehler zu vermeiden.

Claims (20)

1. Magnet zur Verwendung in einem magnetischen Motor, umfassend: einen Körper mit einer Mittelachse, mit der ein Teil des Körpers ausgerichtet ist, und mit einem Magnetfeld, dessen Mittellinie gegenüber der Körper-Mitte­ lachse schräg verläuft.

2. Magnet nach Anspruch 1, mit einer ersten Seite, die in eine erste Richtung weist, und mit einer zweiten Seite, die der ersten Seite abgewandt ist, wobei die zweite Seite mindestens eine Fläche besitzt, die nicht parallel bezüglich der Körper-Mittelachse orientiert ist.

3. Magnet nach Anspruch 2, bei dem die Fläche der zweiten Seite Kanten ent­ hält, die nicht parallel zu der Körper-Mittelachse verlaufen.

4. Magnet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Abstand zwischen der Fläche der zweiten Seite und der ersten Seite über die Länge des Körpers hinweg variiert.

5. Magnet nach Anspruch 4, bei dem die Fläche der zweiten Seite als Rampe relativ zu der ersten Seite ausgebildet ist.

6. Magnet nach einem der Ansprüche 2 bis 5, mit einer Mehrzahl von Flächen an der zweiten Seite, von denen eine erste Fläche eine konstante Breite be­ sitzt, und von denen eine zweite Fläche eine variierende Breite aufweist.

7. Magnet nach Anspruch 6, bei dem ein Abstand zwischen der ersten Seite und der zweiten Fläche entlang der Breite der zweiten Fläche variiert.

8. Magnet nach Anspruch 7, bei dem der Abstand an einer Stelle am größten ist, an der die zweite Fläche der ersten Fläche benachbart ist, und der Ab­ stand an einer Kante der zweiten Fläche am kleinsten ist, die einer Kante des Körpers benachbart ist.

9. Magnet nach einem der Ansprüche 2 bis 8, bei dem die erste Seite im we­ sentlichen planar ist.

10. Magnet nach einem der Ansprüche 2 bis 8, bei dem die erste Seite gekrümmt ist.

11. Motor, umfassend:
einen Stator,
einen Rotor, der um eine Rotorachse relativ zu dem Stator dreht; und
eine Mehrzahl von Magneten, die von entweder dem Rotor oder dem Stator gehalten wird, wobei jeder der Magnete einen Körper besitzt, der parallel mit der Rotorachse ausgerichtet ist, und ein Magnetfeld aufweist, dessen Mittelli­ nie nicht mit der Rotorachse ausgerichtet ist.

12. Motor nach Anspruch 11, bei dem jeder Magnet eine erste, dem Stator oder dem Rotor zugewandte Seite, und eine zweite, dem Stator bzw. dem Rotor zugewandte Seite besitzt, wobei die zweite Seite jedes Magneten mindestens eine Fläche besitzt, die bezüglich der Rotorachse nicht parallel ist.

13. Motor nach Anspruch 12, bei dem die erste Seite der Magneten so konfigu­ riert ist, daß sie einer zugehörigen Oberfläche des Stators oder des Rotors in ihrer Form entspricht.

14. Motor nach einem der Ansprüche 12 bis 13, bei dem die Fläche der zweiten Seite Kanten enthält, die bezüglich der Rotorachse nicht parallel sind.

15. Motor nach Anspruch 14, bei dem die Kanten der Fläche der zweiten Seite zueinander parallel sind.

16. Motor nach einem der Ansprüche 12 bis 15, mit einem Abstand zwischen der Fläche der zweiten Seite und der ersten Seite, der über die Länge des Kör­ pers variiert.

17. Motor nach Anspruch 16, bei dem die Fläche der zweiten Seite bezüglich der ersten Seite als Rampe ausgebildet ist.

18. Motor nach einem der Ansprüche 11 bis 17, bei dem die Magnete an dem Rotor gelagert sind.

19. Verfahren zum Herstellen eines Magneten zur Verwendung in einem Dauer­ magnet-Motor, umfassend folgende Schritte:
Formen eines Magnetkörpers mit einer zentralen Körperachse,
Formen einer ersten Seite des magnetischen Körpers, und
Formen einer zweiten Seite, die der ersten Seite abgewandt ist, derart, daß die zweite Seite mindestens eine Fläche besitzt, die nicht mit der zentralen Achse des Körpers ausgerichtet ist.

20. Verfahren nach Anspruch 19, umfassend das Pressen und das Sintern des Magneten, um den Körper, die erste Seite und die zweite Seite zu bilden.