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Die Erfindung betrifft einen permanentmagnetischen Motor mit einem magnetischen Axiallager nach dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1.
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Es ist bekannt, einen solchen Permanentmagnet-Motor mit der Lagerpaarung eines Fluid-Lagers und eines magnetischen Axiallagers zu verwenden. Das Fluid-Lager kann hierbei wiederum aus einer Lagerpaarung von einem oder mehreren Axiallagern mit einem oder mehreren Radiallagern bestehen.
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Bei der Ausbildung eines Permanentmagnet-Motors mit einem magnetischen Offset werden die als Ring ausgebildeten Permanentmagnete mit axialem Versatz zur magnetischen Mittellinie gegenüber dem Stator angeordnet. Sie sind deshalb axial nach oben oder nach unten zur Mittellinie versetzt und der obere Bereich der Permanentmagnete ragt beispielsweise weiter über die Mittellinie hinaus als vergleichsweise der untere Bereich.
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Wenn im oberen Bereich der Welle ein Axiallager angeordnet ist, welches bevorzugt als Fluid-Lager ausgebildet ist und nur abstoßend wirkt, besteht der Nachteil, dass bei der versatzlosen Anordnung zwischen Stator und dem Permanentmagnetring das Fluid-Lager auf Zug beansprucht wird. Durch den Offset bedingt entsteht jedoch eine Kraftkomponente, die den Rotor entgegen gesetzt nach unten zieht.
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Aus diesem Grunde wird das Axiallager durch den Offset vorgespannt, um derartige nachteilige Erscheinungen zu vermeiden. Die Lagervorspannung auf das obere Axiallager muss stärker sein als die Gewichtskraft bei einem überkopfbetriebenen Motor, um die Lagervorspannung auch unter verschiedenen Betriebsbedingungen aufrecht zu erhalten. Eine Lagervorspannung des Fluid-Lagers wird also nach dem Stand der Technik durch die sogenannte Offset-Anordnung zwischen dem Permanentmagnetring und dem Stator erreicht. Die Grenze für die Ausbildung der Offset-Anordnung ist jedoch durch Geräuschemissionen gegeben und je stärker man den Offset – durch Anbringung des axialen Versatzes – vergrößert, desto größer sind die Geräuschemissionen. Günstig wäre es, den Offset ganz entfallen zu lassen und trotzdem sollte aber eine entsprechende Vorspannung des Axiallagers gegeben sein. Es handelt sich also um sich eigentlich widersprechende Forderungen.
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Stand der Technik ist im Übrigen, dass man zwei Fluid-Axiallager oder ein Fluid-Axiallager mit einem magnetischen Axiallager gegenlagert.
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Hierbei ist es ebenso bekannt, dass das magnetische Axiallager durch die bekannte Offset-Anordnung zwischen Magnetring und Stator gebildet ist.
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Zusätzlich ist es bekannt, eine sogenannte Zugplatte oder ein Zugring zu verwenden, der die Wirkung des magnetischen Axiallagers unterstützt und verstärkt. Hierbei ist es bekannt, solche Zugringe als ferromagnetische Edelstahlringe auszubilden. Sie sind einstückig ausgebildet. Problem bei den bekannten, ferromagnetischen Zugringen ist jedoch die unerwünscht hohe elektrische Leitfähigkeit, die dazu führt, dass sich im Zugring unerwünschte Wirbelströme ausbilden, die zu unerwünschten Nebeneffekten führen.
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Solche unerwünschten Nebeneffekte sind die Aufhebung der Tragkraft des Axiallagers oder zumindest dessen Schwächung, was bei höheren Drehzahlen besonders nachteilig ist. Durch die unerwünscht auftretenden Wirbelstromeffekte ist es sogar möglich, dass bei hohen Drehzahlen die Zugkraft des aus dem Stand der Technik bekannten ferromagnetischen Zugringes geschwächt, aufgehoben oder gar in eine abstoßende Kraft verkehrt wird, wodurch in unerwünschter Weise die Vorspannung auf das fluiddynamische Lager unterbunden wird.
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Die
US 5 623 382 A zeigt beispielsweise in den
2A,
2B einen Spindelmotor mit einem Zugring, der axial unterhalb des Rotormagneten angeordnet ist und radial innenliegende Aussparungen aufweist, die sich aber nicht über die gesamte Breite des Zugrings erstrecken. Die Anzahl der Schlitze innerhalb des Zugrings ist identisch mit der Anzahl der Statorpole, da hierdurch die axiale Komponente der Drehmomentschwankung zwischen Rotormagnet und Statorblechpaket und somit die hierdurch erzeugte Vibration und Geräuschabstrahlung des Motors verringert werden kann. Somit ist der Zweck dieser Schlitze nicht die Unterdrückung von Wirbelströmen, sondern die Schwächung der Wirkung des Zugrings im Bereich der Statorpole, um so einen ruhigeren Lauf des Motors zu erzielen. Zur wirksamen Unterdrückung von Wirbelströmen wäre eine deutlich höhere Anzahl von Schlitzen notwendig, die sich dann vorzugsweise über die gesamte Breite des Zugrings erstrecken müssten. Es wird zwar in Verbindung mit den
3A und
3B eine Unterdrückung von Wirbelströmen angesprochen, doch dies wird durch eine bestimmte Magnetisierung des Druckmagneten erreicht.
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Die
DE 103 58 693 A1 betrifft eine elektrische Maschine, bei der Wirbelströme dadurch vermieden werden, dass der Ständer und/oder der Läufer jeweils geblecht aus dünnen Blechen mit geringer elektrischer Leitfähigkeit aufgebaut sind.
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Die
US 2007/0063604 A1 offenbart ein magnetisches Axiallager mit einer an einer Welle angeordneten rotierenden Scheibe aus magnetischem Material, die mit geringem axialem Abstand zwischen zwei elektromagnetischen Statoren angeordnet ist. Der Zweck dieser Anordnung ist es, den Magnetfluss zwischen der rotierenden Scheibe und den beiden Statoren zu optimieren und die Flussdichte zu erhöhen, um die Steifigkeit des magnetischen Lagers zu verbessern. Es findet sich kein Hinweis darauf, dass die rotierende Scheibe eine geringe elektrische Leitfähigkeit aufweist. Ferner ist die rotierende Scheibe nicht dahingehend optimiert, um Wirbelstrome nennenswert zu unterdrucken, sondern um eine bessere Führung der Magnetfeldlinien durch die rotierende Scheibe zu erzielen.
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Die
US 2006/0091 750 A1 offenbart ein magnetisches Lager, bei dem ein axial angeordneter magnetischer Dämpfungsring vorgesehen, der elastisch gelagert ist und die Vibrationen des Lagers unterdrückt. Dieser Veröffentlichung sind keine Hinweise zur Unterdrückung von Wirbelströmen zu entnehmen, wozu der Dampfungsring auch nicht gedacht ist. In den
3A–
3C sind verschiedene Ausgestaltungen des Dämpfungsrings als geschlossener oder mehrteiliger Ring gezeigt. Es ist kein Hinweis gegeben, dass durch die dargestellte Formgebung des Dämpfungsrings eine Verringerung der Wirbelströme zu erzielen ist. Eine Strukturierung des Dämpfungsrings ist ebenfalls nicht offenbart oder nahegelegt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Permanentmagnetmotor mit Fluid-Lager und mit magnetischem Axiallager so weiterzubilden, dass geringere Geräuschemissionen bei günstiger Vorspannung des Axiallagers erreicht werden.
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Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Erfindung durch die technische Lehre des Anspruches 1 gekennzeichnet.
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Erfindungsgemäß bildet der Zugring im magnetischen Feld keine oder nur geringe Wirbelströme aus, indem im Zugring Strukturen in Form von einer oder mehreren Ringrillen oder einer mäanderförmigen Struktur mit abwechselnd nach außen und innen radial geöffneten Schlitzen oder einer Reihe von schräg ausgebildeten Rillen eingeformt sind, wobei im Zugring ferner eine Struktur aus Einprägungen oder Einformungen angeordnet ist, um die elektrische Leitfähigkeit zu minimieren
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Wichtig ist, dass der vorher beschriebene und wegen der Geräuschemissionen als nachteilig angesehene Offset zwischen der Statoreinheit und dem Magnetring entfallen kann. Der Zugring ist nach der Erfindung so ausgestaltet, dass er allein für die Aufbringung einer magnetischen Zugkraft auf das Axiallager ausreicht.
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Selbstverständlich kann es in einer anderen Ausführung der Erfindung auch vorgesehen sein, den – eigentlich allein ausreichenden – Zugring noch zusätzlich mit einem Offset zu kombinieren.
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Nach der Erfindung wird also die magnetische Zugkraft des Zugringes entscheidend gesteigert. Die Erfindung hat erkannt, dass Wirbelströme im Zugring die magnetische Wirkung des Zugringes stark beeinträchtigen und weiterhin eine unerwünschte erhöhte Stromaufnahme des Motors zur Folge haben.
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Wenn nun der Zugring keine oder nur eine relativ geringe elektrische Leitfähigkeit aufweist, werden wirksam unerwünschte Wirbelströme unterbunden.
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Durch die erfindungsgemäß angestrebte Unterbindung von Wirbelströmen im Zugring wird erreicht, dass sich die vorher erwähnten, magnetischen Gegenkräfte auf das magnetische Axiallager nicht ausbilden bzw. entscheidend geschwächt werden, die vorher zu einer Schwächung der Vorspannung des axialen Fluid-Lagers führten.
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Es wird damit ein Zugring vorgeschlagen, der eine sehr hohe ferromagnetische Leitfähigkeit und eine sehr geringe elektrische Leitfähigkeit aufweist. Damit werden im magnetischen Bereich sehr hohe Zugkräfte erzielt und gleichzeitig unerwünschte Wirbelstrom-Erscheinungen unterbunden. Dies wird dadurch erreicht, dass der elektrische Leitpfad im Zugring unterbrochen wird, sodass sich Wirbelströme nicht ausbilden oder entscheidend geschwächt werden.
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Durch die Vermeidung der Wirbelströme werden unerwünschte Gegenkräfte (magnetische Gegenkräfte) verhindert, die zu den vorher erwähnten unerwünschten Aufhebungen der Vorspannung des axialen Fluid-Lagers führten.
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Weil nun Wirbelstromverluste vermieden werden, und zwar bedingt durch die spezielle Materialwahl und den Aufbau des Zugringes, besteht nun der weitere Vorteil, dass der Luftspalt zwischen dem Permanentmagnetring und dem Zugring entscheidend verringert werden kann, weil die vorher erwähnten, nicht beherrschbaren Abstoßungs- und Wirbelstromeffekte unterbleiben oder zumindest wesentlich geschwächt werden und nun ein gleichmäßiger, kleiner Luftspalt vorgesehen werden kann, was beim Stand der Technik wegen der bestehenden magnetischen Effekte der Wirbelströme nicht möglich war.
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Damit ergibt sich der weitere Vorteil, dass nun auf den vorher beschriebenen magnetischen Offset vollkommen verzichtet werden kann, denn Dank des geringen Luftspaltes und der hohen ferromagnetischen Permeabilität des Zugringes bei gleichzeitiger Unterbindung der Kraft-Wirkungen von Wirbelströmen kann der Luftspalt derart verkleinert werden, dass die ferromagnetische Wirkung des Zugringes allein ausreicht, um die erforderlich Offsetspannung auf das Fluid-Lager zu erbringen. Auf ein magnetisches Offset (d. h. auf einem axialen Versatz des Permanentmagnetringes im Vergleich zu der magnetischen Mittellinie relativ zum Stator) kann nunmehr verzichtet werden.
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Der Zugring soll also hohe ferromagnetische Permeabilität, eine geringe elektrische Leitfähigkeit und geringe Ummagnetisierungsverluste aufweisen. Als bevorzugtes Material für einen derartigen Zugring wird deshalb ein Edelstahlmaterial verwendet oder ein eisenartiges Material oder eine Eisenlegierung, im Idealfall handelt es sich um einen Kunststoff mit eingebundenen ferromagnetischen Partikeln (z. B. Eisenpulver), der keinerlei elektrische Leitfähigkeit aufweist.
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Eine andere Materialzusammensetzung ist ein Permalloy oder ein Ferritmaterial oder gesintertes Eisenpulver oder ein amorphes magnetisches Material, wie z. B. CoFeNiSiB, CoFeBSi oder FeSiBCuNb, auch als Metglas® oder Finemet® bekannt.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung wird ein ferritischer Edelstahl SUS-430 verwendet.
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Bevorzugt wird der Zugring aus mindestens zwei ineinander gefügten Ringen unterschiedlichen Durchmessers gefertigt, um Wirbelströme zwischen den Ringteilen zu unterbinden. Hierbei wird ein radialer Durchfluss durch die Ringe unterbunden, weil diese aus zwei Ineinander geschachtelten Ringen oder mehr als zwei ineinander geschachtelten Ringen mit unterschiedlichem Durchmesser bestehen.
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In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Zugring an seiner Oberfläche (Vorder- und Rückseite) mit Einkerbungen versehen ist, die in das Material hineindringen. Damit wird aufgrund der Verdichtungen im Material des Ringes die elektrische Leitfähigkeit im entscheidenden Maße verringert. An den Stellen, wo die Einkerbungen oder Einpressungen vorgesehen sind, erfolgt eine lokale Veränderung der elektrischen Leitfähigkeit im Sinne einer Verringerung der elektrischen Leitfähigkeit, so dass insgesamt das elektrische Leitungsvermögen eines solchen Ringes stark vermindert ist.
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In einer anderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann es vorgesehen sein, dass solche Einkerbungen als eine Ringnut oder mehrere Ringnuten eingepresst oder eingeprägt sind und dass entweder eine solche Ringnut in einem einzigen Ring vorhanden ist oder dass zwei ineinander geschachtelte Ringe unterschiedlichen radialen Durchmessers auf einer gleichen Ebene angeordnet sind und bevorzugt der äußere Ringbereich des äußeren Ringes mit derartigen Einkerbung oder gleichwertigen Materialveränderungen versehen ist.
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In einer dritten Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass ein Ring aus einem Metallmaterial verwendet wird, der in radialer Richtung einwärts gerichtete offene Schlitze aufweist und abwechselnd hierzu am Umfang verteilt und im Abstand von den einwärts gerichteten Schlitzen auch auswärts gerichtete Schlitze aufweist, wobei es offen bleibt, ob die Schlitze nach außen geöffnet oder geschlossen sind.
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Auch mit dieser mäanderförmigen Anordnung der Ringstruktur wird wirksam eine elektrische Leitfähigkeit des Ringes in radialer sowie auch in tangentialer Richtung unterbunden. Dies gilt im Übrigen auch für die anderen Ringstrukturen.
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In gleicher Weise können die mäanderförmigen Einschnitte auch in anderer Weise ausgebildet werden. Hier können Einkerbungen auf der Ringoberseite vorgenommen werden, die bevorzugt schräg und bogenförmig zueinander versetzt angeordnet sind und etwa schräg gekrümmt nach außen verlaufen. Es handelt sich also um eine weitgehende radial gerichtete Nutung durch Anbringung von Einprägungen in die Ringstruktur.
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Statt solcher Einprägungen können jedoch auch Materialabtragungen in der gleichen Weise vorgenommen werden. Eine solche Materialabtragung kann z. B. durch ein ECM-Verfahren verwirklicht werden.
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Die Einkerbungen bzw. Nutungen bzw. Materialabtragungen können oberflächig in den Ring eingebracht werden oder auch den gesamten Ring durchdringen. Bevorzugt verbleibt dabei eine einteilige, zusammenhängende Ringstruktur.
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Bezüglich der Anordnung der Schlitze oder Einprägungen wird es bevorzugt, wenn die Schlitze im Ring so angeordnet sind, dass sie von dem Permanentmagneten abgewandt sind, d. h. sich auf der Unterseite befinden.
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Bei dem Material mit eingeprägten oder abgetragenen Nuten handelt es sich bevorzugt wiederum um das vorher erwähnte ferromagnetische Edelstahlmaterial.
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Es kann auch ein SUY1-Material oder SUY0-Material verwendet werden. Im allgemeinen Fall handelt es sich also um die bekannten Elektrobleche, die in der angegebenen Weise entsprechend verändert werden.
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Der Erfindungsgegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch aus der Kombination der einzelnen Patentansprüche untereinander.
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Alle in den Unterlagen, einschließlich der Zusammenfassung offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellte räumliche Ausbildung, werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen Ausführungsweg darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor.
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Es zeigen:
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1: Schnitt durch einen Permanentmagnet-Motor
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2: eine vergrößerte Teildarstellung durch den Magnetring mit Darstellung der Flusslinien in Richtung zum Stator mit eingezeichnetem Zugring
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3: die Draufsicht auf den Magnetring mit Andeutung der Flusslinien des Hauptflussfeldes
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4: eine schematisierte Teildarstellung des Magnetringes mit Darstellung unterschiedlicher Flussausbildungen in Richtung auf den Zugring
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5: ein erstes Ausführungsbeispiel eines Zugringes in Draufsicht
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6: der Zugring nach 5 in perspektivischer Ansicht
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7: ein zweites Ausführungsbeispiel eines Zugringes in Draufsicht
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8: der Zugring nach 7 in perspektivischer Ansicht
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9: ein drittes Ausführungsbeispiel eines Zugringes
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10: ein Schnitt durch den Zugring nach 9
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11: ein viertes Ausführungsbeispiel eines Zugringes
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12: ein fünftes Ausführungsbeispiel eines Zugringes
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13: ein Schnitt durch den Zugring nach 12
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14: die perspektivische Darstellung des Zugringes nach 12 und 13
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15: ein sechstes Ausführungsbeispiel eines Zugringes
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Der Permanentmagnet-Motor nach 1 besteht im Wesentlichen aus einer Welle 1, die drehfest mit einer Nabe 2 verbunden ist. Die Nabe 2 trägt an ihrem Innenumfang einen Magnetring 5, der aus einzelnen abwechselnd polarisierten Permanentmagneten besteht.
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Dem Magnetring 5 gegenüberliegend und durch einen Luftspalt 34 getrennt ist eine Statoreinheit 4 angeordnet, die im Wesentlichen aus einer Wicklung 8 und aus einem Eisenblechpaket besteht.
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Die gesamte Statoreinheit ist in der Basisplatte 6 verankert, wobei die Welle 1 in einer Lagerbuchse 3 drehbar gelagert ist. Im oberen Bereich ist hierbei ein oberes Fluid-Lager als Axiallager 11 eingebaut und es sind zwei Radiallager 13, 14 im Abstand voneinander angeordnet. Ferner ist ein magnetisches Axiallager 12 ausgebildet, welches aus dem erfindungsgemäßen Zugring 7 und dem Permanentmagnetring 5 gebildet ist. Zusätzlich kann ein magnetischer Offset zwischen dem Permanentmagnetring 5 und der Statoreinheit 4 im Bezug zu den Mittellinien 15, 15' von Statoreinheit 4 und Rotormagnetring 5 gebildet sein. Die magnetische Mitte und die geometrische Mitte müssen hierbei nicht übereinstimmen.
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In 1 ist noch dargestellt, dass auf der Basisplatte 6 eine Leiterplatte 9 angeordnet ist. Die Lagerbuchse 3 ist von unten durch eine Gegenplatte 10 verschlossen.
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Im gezeigten Ausführungsbeispiel der 1 wird der Jochring 16 als magnetischer Kurzschluss für den Magnetring 5 durch das magnetische Material der Nabe 2 gebildet.
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In 2 und 3 ist eine abweichende Darstellung gezeigt, bei der ein separater Jochring 16 dargestellt ist, der jedoch auch durch das Material der Nabe 2 selbst ausgebildet sein kann.
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Die 2 zeigt schematisiert die magnetische Hauptflussrichtung, die sich im Motor bildet. Bei einer Magnetisierungsrichtung 18 im Magnetring 5 bildet sich eine Hauptflussrichtung mit Hauptfeldlinien 17 in Richtung auf den Stator 4 aus.
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Hierbei wird die Bestromung der Wicklung 8 in einer bestimmten Richtung vorausgesetzt.
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Es ist gezeigt, dass eine Offset-Anordnung in der Weise gegeben ist, dass die Mittellinie 15' des Magnetringes 5 oberhalb der Mittellinie 15 des Statorblechpaketes 4 angeordnet ist.
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Bei der Ausbildung der Hauptfeldlinien 17 in Richtung zur Statoreinheit 4 ist es unvermeidbar, dass sich an der Unterseite des Magnetringes 5 zusätzliche Streuflusslinien 19 ausbilden, welche den Zugring 7 durchsetzen.
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Durch die erfindungsgemäße Materialwahl des Zugringes (hohe Permeabilität bei geringer elektrischer Leitfähigkeit) wird nun erstmals dafür gesorgt, dass Wirbelströme im Zugring 7 weitgehend unterbunden werden, so dass eine ständige und relativ gleich bleibende und auf den Magnetring 5 wirkende Kraftkomponente in Pfeilrichtung 33 erzeugt wird, die den Magnetring 5 nach unten zieht. Durch den magnetischen Offset, welcher ohnedies vorhanden ist, wird zusätzlich zu der Zugkraft in Pfeilrichtung 32 noch die in Pfeilrichtung 33 gehende Zugkraft durch den erfindungsgemäßen Zugring 7 erzeugt.
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Im Stand der Technik wird die Hauptzugkraft zumeist aus dem magnetischen Offset erzeugt und dies bedingt die Zugkraft in Pfeilrichtung 32. Wenn jedoch die magnetischen Eigenschaften des Zugringes so gewählt werden und die Wirbelstromverluste im Zugring entsprechend minimiert werden, kann der – geometrisch bedingte – Offset entfallen und damit auch die Zugkraft in Pfeilrichtung 32. Es reicht dann aus, dass der Zugring 7 allein eine entsprechende Kraftkomponente in Pfeilrichtung 33 erzeugt.
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In 3 ist die Draufsicht auf den Rotor-Magnetring 5 gezeigt. Am Umfang gleichmäßig verteilt sind eine Vielzahl von Magnetpolen 20 angeordnet. Im Übergangsbereich zwischen den jeweils unterschiedlich magnetisierten Magnetpolen bilden sich insbesondere auf der Unterseite des Magnetringes Bereiche aus, die für tangential gerichtete Streuflüsse besonders verantwortlich sind.
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Die Hauptfeldlinien 17 bilden sich verstärkt radial nach innen aus, wobei jedoch Streuflüsse stattfinden, wie sie anhand der 4 näher erläutert werden.
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Es ist erkennbar, dass zwei in radialer Richtung entgegengesetzt magnetisierte Magnetpole 20 nebeneinander angeordnet sind und sich im Umgebungs- und Nachbarbereich dieser beiden gegeneinander polarisiert ausgebildeten Magnetpole 20 unterschiedliche Streuflüsse bilden.
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Der Streufluss 35 bildet sich von der Vorderkante des linken Magnetpoles 20, der nord-polarisiert ist, durch den Zugring 7 hindurch in Richtung auf das Joch 16, das radial auswärts und hinter dem Magnetring 5 angeordnet ist.
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Der zweite Streufluss 36 bildet sich im Übergangsbereich zwischen den entgegengesetzt polarisierten Magnetpolen und bildet sozusagen einen Kurzschluss-Streufluss, der unerwünscht ist.
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Der dritte Streufluss 37 geht wiederum durch den Zugring 7 hindurch und tritt von dem linken Magnetpol aus, durchquert den Zugring 7 in Umfangsrichtung und tritt dann von diesem wieder aus und tritt in den rechten Magnetpol ein.
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Es ist erkennbar, dass insbesondere die Streuflüsse 35 und 37 den Zugring 7 durchsetzen und deshalb in diesem Zugring in bestimmter Weise eine Magnetisierung induzieren und damit eine Kraftkomponente in Pfeilrichtung 33 erzeugen.
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Dies ist ein wesentlicher Vorteil gegenüber dem Stand der Technik, denn nun kann erstmals durch die Verhinderung bzw. Verringerung von Wirbelstromverlusten im Zugring 7 eine ständig vorhandene Zugkraft (Kraftkomponente 38) allein im Zugring 7 erzeugt werden, welche für die gewünschte Vorspannung des Fluid-Lagers sorgt.
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Damit wird eine anziehende Wirkung zwischen dem Magnetring 5 und dem Zugring 7 erzeugt, die den Rotor (die Nabe 2) nach unten zieht.
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In 5 und 6 ist als erstes Ausführungsbeispiel ein Zugring 7 dargestellt, der im Wesentlichen aus zwei ineinander geschachtelten Ringteilen 21, 22 besteht. Die Ringteile 21, 22 bestehen aus einem hoch-permeablen Material. Die beiden Ringteile 21, 22 sind beispielsweise miteinander verklebt, um eine elektrische Isolation zwischen den beiden Ringteilen zu erreichen. Eine solche Anordnung wirkt vor allem gegen die durch den Streufluss 37 erzeugten Wirbelströme.
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In 7 und 8 ist als weiteres Ausführungsbeispiel ein Zugring 7 dargestellt, der aus einem ferromagnetischen Material besteht, indem eine Vielzahl von Strukturen 23 eingeprägt oder material-abtragend eingeformt sind.
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Durch diese Einprägungen oder Einformungen soll die elektrische Leitfähigkeit des Rings 7 insgesamt vermindert werden.
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In 9 und 10 ist als weiteres Ausführungsbeispiel ein Zugring 7 dargestellt, der an seiner einen Seite eine Ringrille 24 trägt, die entweder wiederum durch Einprägung oder durch Materialabtragung eingebracht ist. Durch die Veränderung im Materialgefüge im Umfangsbereich des Zugringes 7 wird dessen elektrische Leitfähigkeit stark beeinträchtigt.
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Die 11 zeigt einen Ring 25 aus einem ferromagnetischen Material, wobei sich radial nach innen geöffnete Schlitze 26 mit radial nach außen geöffneten Schlitzen 27 abwechseln, so dass sich eine mäanderförmiger Ringstruktur ergibt. Damit werden Wirbelströme wirksam verringert, da die Wirbelstrompfade unterbrochen werden.
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Die Schlitze 26, 27 müssen nicht nur radial einwärts gerichtet sein; sie können auch schräg radial auswärts gerichtet ausgebildet sein.
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In 12 bis 14 ist als weiteres Ausführungsbeispiel ein Ring 28 dargestellt, der eine Reihe von Rillen 29 trägt, die schräg ausgebildet sind und die entweder durch Materialabtragung oder durch Einprägungen gebildet sind. Dies ist in 14 noch näher dargestellt.
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Die dort dargestellten Rillen 29 können auch gerade ausgebildet sein. Sie sind dann radial ausgerichtet.
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In 15 ist als weiteres Ausführungsbeispiel für einen Zugring 7 ein geschichteter Ring 30 dargestellt, der aus paketweise übereinander geschichteten Teilringen besteht. Es handelt sich um ein Schichtpaket 31, wobei die Teilringe aus einem ferromagnetischen Material bestehen, z. B. einem amorphen Material oder aus einem amorphen Stahl. Die Verbindung im Schichtpaket erfolgt möglichst durch einen Kleber oder durch eine elektrisch nicht-leitende Schicht (z. B. Lackschicht) auf der Oberfläche der Teilringe, so dass eine elektrische Leitfähigkeit von dem einen Teilring zum anderen unterbunden wird.
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Als bevorzugtes Ausführungsbeispiel wird z. B. ein Innendurchmesser eines solchen Ringes mit 17,5 mm und ein Außendurchmesser mit 20,1 mm bei einer Dicke von 0,5 mm angegeben.
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Es liegt selbstverständlich im Bereich des fachmännischen Könnens, den Ring noch in anderer Weise zu profilieren, um die Ausbildung von Wirbelströmen zu unterbinden. Bei einem geschichteten Ring mit dem Schichtpaket 31 beträgt die Dicke jedes einzelnen Ringes beispielsweise 50 Mikrometer.
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Bei der vorliegenden Erfindung ergibt sich der wesentliche Vorteil, dass nun insgesamt ein an sich bekanntes magnetisches, Geräusch-verursachender magnetischer Offset zwischen dem Rotor-Magnetring und dem Stator als Axiallager entfallen kann, weil nun erstmals durch die Vermeidung von Wirbelstromverlusten im Zugring dafür gesorgt ist, dass eine ständige, in axialer Richtung wirkende Zugkraft auf die Nabe ausgeübt wird und deshalb der magnetische Offset im magnetischen Axiallager entfallen kann. Durch den Entfall des ansonsten notwendigen magnetischen Offsets kann das Design des gesamten Motors optimiert werden und der Stator dadurch auf der magnetischen Mittellinie zentriert werden. Durch diese – nun erstmals mögliche – symmetrische Anordnung werden demzufolge auch zeitabhängige magnetische Kräfte in axialer Richtung vermieden und damit unerwünschte Geräuschemissionen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Welle
- 2
- Nabe
- 3
- Lagerbuchse
- 4
- Statoreinheit
- 5
- Magnetring
- 6
- Basisplatte
- 7
- Zugring
- 8
- Wicklung
- 9
- Leiterplatte
- 10
- Gegenplatte
- 11
- Axiallager (fluid)
- 12
- Axiallager (magnetisch)
- 13
- Radiallager
- 14
- Radiallager
- 15
- Mittenlinie (magnetisch) 15'
- 16
- Jochring
- 17
- Hauptfeldlinien
- 18
- Magnetisierungsrichtung
- 19
- Streuflusslinien
- 20
- Magnetpol
- 21
- Ringteil
- 22
- Ringteil
- 23
- Struktur
- 24
- Ringrille
- 25
- Ring
- 26
- Schlitz
- 27
- Schlitz
- 28
- Ring
- 29
- Rille
- 30
- Ring
- 31
- Schichtpaket
- 32
- Pfeilrichtung
- 33
- Pfeilrichtung
- 34
- Luftspalt
- 35
- Streufluss
- 36
- Streufluss
- 37
- Streufluss
- 38
- Kraftkomponente
