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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft einen Bausatz zum Herstellen eines aus Polmagnetteilen
zusammengesetzten Polmagneten gemäß Anspruch 1,
einen Polmagnet gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
7 sowie eine elektrische Maschine gemäß Anspruch
9.
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Elektrische
Maschinen werden nach dem Stand der Technik für vielerlei
Anwendungen, u. a. zum Verstellen beweglicher Teile in Kraftfahrzeugen verwendet.
Dabei sind beispielsweise permanentmagnetisch erregte Gleichstrommotoren
bekannt, welche elektronisch oder mechanisch kommutierbar sind.
Hierbei können grundsätzlich zwei Ausführungsarten
unterschieden werden, nämlich eine erste, bei der die Permanentmagnete
am Stator angeordnet sind und eine zweite, bei der die Permanentmagnete
am Rotor angebracht sind. Das kommutierte bewegliche Magnetfeld
zwischen den Permanentmagneten und den am anderen Bauteil angeordneten
elektrischen Spulen bewirkt eine Übertragung des Drehmoments
auf die Rotorwelle.
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Polmagnete
von Elektromotoren werden in der Regel als Schalen, Blöcke
oder Ringe ausgebildet, die in der jeweils benötigten Länge
hergestellt und verbaut werden. Zur Herstellung des optimalen Magnetkreises
für eine spezielle Anwendung werden die Polmagnete applikationsspezifisch
in der passenden Länge hergestellt. Nachteilig dabei ist,
dass selbst bei gleichem Querschnitt für unterschiedliche Längen
unterschiedliche Produktionswerkzeuge benötigt werden.
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Aus
der
DE 103 31 960
A1 ist es bekannt, einen ringförmigen Polmagnet
aus mehreren identischen, ringförmigen Polmagnetteilen
mit in Umfangsrichtung wechselnder magnetischer Polung zusammenzusetzen,
wobei die Polmagnetteile axial nebeneinander angeordnet werden.
Dabei weisen die Polmagnetteile axiale Ausformungen auf, die in
korrespondierende axiale Gegenausformungen eines weiteren Polmagnetteils
eingreifen, um die Stabilität der Verbindung zu optimieren.
Nachteilig bei dem bekannten Polmagneten ist, dass dieser ausschließlich in
einer n-fachen Länge der identisch ausgebildeten Polteilmagnete
herstellbar ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Technische Aufgabe
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Bausatz für
einen Polmagneten vorzuschlagen, dessen Gesamtlänge auf
einfache Weise an die jeweilige Applikation anpassbar ist. Insbesondere
soll vermieden werden, dass für jede Applikation ein eigens
dafür in einer spezifischen Länge hergestellter Polmagnet
eingesetzt werden muss. Ferner besteht die Aufgabe darin, einen
entsprechend optimierten, längenanpassbaren Polmagnet sowie
eine elektrische Maschine mit mindestens einem derartigen Polmagnet
vorzuschlagen.
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Technische Lösung
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Diese
Aufgabe wird hinsichtlich des Bausatzes mit den Merkmalen des Anspruchs
1, hinsichtlich des Polmagneten mit den Merkmalen des Anspruchs 7
und hinsichtlich der elektrischen Maschine mit den Merkmalen des
Anspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung
sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der
Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest
zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den
Figuren offenbarten Merkmalen.
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Der
Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, einen Bausatz zum Herstellen
eines, aus mindestens zwei axial aneinandersetzbaren, Polmagnetteilen hergestellten
Polmagneten für eine elektrische Maschine, insbesondere
einen Elektromotor, vorzuschlagen, wobei der Bausatz mindestens
zwei Polmagnetteile unterschiedlicher Länge umfasst. Dabei ist
es besonders bevorzugt, wenn im Bausatz mehr als zwei unterschiedlich
lange Polmagnetteile vorgesehen sind, um eine Anpassung des herzustellenden Polmagneten
mit einer möglichst geringen Anzahl an Polmagnetteilen
realisieren zu können. Dabei ist es besonders bevorzugt,
wenn der Bausatz mehrere Polmagnetteile jeder Länge umfasst.
Wird beispielsweise ein 25 mm langer Polmagnet für eine
spezifische Anwendung benötigt, so ist es denkbar, diesen aus
zwei Polmagnetteilen des Bausatzes mit einer jeweiligen Länge
von 10 mm und einem weiteren Polmagnetteil des Bausatzes mit einer
Länge von 5 mm zusammenzusetzen, wobei die Polmagnetteile
hierzu axial nebeneinander anzuordnen sind. Dadurch, dass Polmagnetteile
im Bausatz in gestuften Längen vorgesehen sind, ist es
nicht wie bisher notwendig, Polmagnete für spezifische
Anwendungen individuell mit eigens dafür bereitgestelltem
Werkzeug in einer spezifischen Länge herzustellen. Darüber
hinaus wird die Logistik bei der Herstellung elektrischer Maschinen
wesentlich vereinfacht, da insgesamt weniger Sachnummern für
unterschiedliche Polmagnete vergeben werden müssen.
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Besonders
bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der es sich bei
den Polmagnetteilen des Bausatzes nicht um Ringmagnete mit einer
in Umfangsrichtung wechselnden Magnetisierung handelt, sondern um
Polmagnetteile mit einer in Umfangsrichtung gleich bleibenden magnetischen
Polung, sodass es zur Herstellung einer elektrischen Maschine notwendig
ist, mindestens zwei unterschiedlich gepolte Polmagnete in Umfangsrichtung
einer elektrischen Maschine verteilt anzuordnen. Es ist jedoch auch
eine Ausführungsform mit ringförmigen Polmagnetteilen
mit in Umfangsrichtung wechselnder Magnetisierung realisierbar.
Derartige ringförmige Polmagnetteile werden dann bevorzugt
in einem Sinterprozess hergestellt.
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In
Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass der
Bausatz mindestens ein Polmagnetteil mit einer Länge von
0,5 mm und/oder mindestens ein Polmagnetteil mit einer Länge
von 1 cm und/oder mindestens ein Polmagnetteil mit einer Länge
von 1,5 cm und/oder mindestens ein Polmagnetteil mit einer Länge
von 2 cm aufweist. Zur Realisierung der Erfindung reicht es jedoch
bereits aus, wenn der Bausatz mindestens zwei Polmagnete unterschiedlicher
Längenerstreckung umfasst. Um eine möglichst einfache
Herstellung der Polmagnetteile zu ermöglichen, ist eine
Ausführungsform bevorzugt, bei der die Stirnseiten der
Polmagnetteile eben sind. Es ist jedoch auch möglich, zur
Stabilisierung der Verbindung aus mindestens zwei Polmagnetteilen, an
mindestens einer Stirnfläche der Polmagnetteile, vorzugsweise
an beiden Stirnflächen, eine axiale Struktur vorzusehen,
wobei bevorzugt zwei zusammenwirkende Strukturen zueinander formkonkruent sind.
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Die
Erfindung führt auch auf einen Polmagnet für eine
elektrische Maschine, insbesondere für Anwendungen in einem
Kraftfahrzeug, beispielsweise zum Einsatz in einem Fensterheberantrieb,
in einem Schiebedachantrieb oder in einem Sitzverstellantrieb. Bevorzugt
ist der Polmagnet hergestellt aus einem zuvor beschriebenen Bausatz,
wobei der Polmagnet aus mindestens zwei axial aneinander angrenzenden
Polmagnetteilen zusammengesetzt ist. Ein nach dem Konzept der Erfindung
ausgebildeter Polmagnet zeichnet sich dadurch aus, dass mindestens
zwei der den Polmagnet bildenden, axial aneinander angrenzenden,
Polmagnetteile eine unterschiedliche Länge, d. h. eine
unterschiedliche Axialerstreckung aufweisen. Im Falle des Vorsehens
von mehr als zwei Polmagnetteilen können auch mindestens
zwei der Polmagnetteile eine identische Länge aufweisen,
solange nur einer der Polmagnetteile eine von dieser Länge
unterschiedliche Länge aufweist.
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Besonders
bevorzugt ist eine Ausführungsform des Polmagneten, bei
der dieser eine in Umfangsrichtung gleichbleibende magnetische Polung aufweist.
In diesem Fall müssen zur Herstellung einer funktionstüchtigen
elektrischen Maschine mindestens zwei unterschiedlich gepolte Polmagnete
in Umfangsrichtung nebeneinander angeordnet werden.
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Die
Erfindung führt auch auf eine elektrische Maschine, insbesondere
auf einen Elektromotor für Kraftfahrzeuganwendungen, wobei
die elektrische Maschine einen Rotor und einen Stator sowie mindestens
einen, vorzugsweise mindestens zwei Polmagnete aufweist, wobei zumindest
einer der Polmagnete aus mindestens zwei unterschiedlich langen Polmagnetteilen
zusammengesetzt ist.
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Je
nach Ausführungsform der elektrischen Maschine ist es möglich,
den mindestens einen Polmagnet am Stator oder am Rotor anzuordnen,
wobei am jeweils anderen Bauteil bevorzugt elektrische Spulen realisiert
sind.
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Bevorzugt
ist eine Ausführungsform, bei der die elektrische Maschine
mindestens zwei in Umfangsrichtung beabstandete, Polmagnete mit
in Umfangsrichtung nicht wechselnder Magnetisierung aufweist. Es
ist jedoch auch eine Ausführungsform realisierbar, bei
der lediglich ein ringförmiger Polmagnet mit in Umfangsrichtung
wechselnder Magnetisierung vorgesehen ist, wobei in diesem Fall
dieser ringförmige Polmagnet aus zwei Polmagnetteilen unterschiedlicher
Axialerstreckung zusammengesetzt ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
sowie anhand der Zeichnungen. Diese zeigen in:
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1:
zwei Bausätze zur Herstellung von zwei Polmagneten für
eine elektrische Maschine,
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2:
zwei aus den Bausätzen gemäß 1 zusammengesetzte
Polmagnete zum Einführen in ein ebenfalls dargestelltes
Polgehäuse einer elektrischen Maschine.
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Ausführungsformen
der Erfindung
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In
den Figuren sind gleiche Bauteile und Bauteile mit der gleichen
Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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In 1 ist
in der Zeichnungsebene unten ein erster Bausatz 1 zum Herstellen
eines in 2 gezeigten, unteren ersten
Polmagneten 2 dargestellt. Ferner ist aus 1 in
der Zeichnungsebene oben ein zweiter Bausatz 3 zur Herstellung
eines in 2 gezeigten, oberen zweiten
Polmagneten 8 gezeigt.
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Aus 1 ist
zu erkennen, dass der erste Bausatz 1 drei Polmagnetteile
aufweist, nämlich ein erstes Polmagnetteil 4 mit
einer Länge L1 und zwei zweite
Polmagnetteile 5, jeweils mit der Länge L2, wobei L2 größer
als L1 ist. Die ersten und zweiten Polmagnete 4, 5 werden
zur Herstellung des in 2 unten gezeigten, halbschalenförmigen
(ersten) Polmagneten 2 benötigt. Hierzu werden
die ersten und zweiten Polmagnete 4, 5 axial aneinander
angrenzend angeordnet. Der resultierende erste Polmagnet 2 hat
dabei eine Länge L0, die sich zusammensetzt aus
einmal der Länge L1 des ersten
Polmagnetteils 4 und zweimal der Länge L2 von zwei zweiten Polmagnetteilen 5.
Bevorzugt weist der erste Bausatz 1 gemäß 1 eine
Vielzahl von ersten Polmagnetteilen 4 mit der Länge
L1 und eine Vielzahl von zweiten Polmagnetteilen 5 mit
der Länge L2 auf. Bei Bedarf kann der
Bausatz 1 mindestens um weitere, nicht gezeigte Polmagnete
mit einer Länge L3, die unterschiedlich ist
von der Länge L1 und der Länge
L2 ausgestattet sein. Das Vorsehen noch
weiterer Polmagnetteile mit noch unterschiedlichen Längen
ist ebenfalls möglich.
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Wie
sich aus weiter aus 1 ergibt, sind die Polmagnetteile 4, 5,
wie bereits erläutert, halbschalenförmig ausgebildet
und weisen alle den gleichen Krümmungsradius auf sowie
die gleiche Radialerstreckung. Der einzige Unterschied der ersten
und zweiten Polmagnetteile 4, 5 ist in der Axialerstreckung,
d. h. in ihrer Länge begründet. Wie sich darüber
hinaus aus 1 ergibt, ist die magnetische
Polung der ersten und zweiten Polmagnetteile 4, 5 in Umfangsrichtung
betrachtet konstant. Dabei sind die Polmagnetteile 4, 5 derart
magnetisch gepolt, dass sich radial innen ein magnetischer Nordpol
und radial außen jeweils ein magnetischer Südpol
befindet, sodass sich ein erster Polmagnet 2 (vgl. 2)
mit analoger magnetischer Polung ergibt.
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Der
Aufbau des zweiten Bausatzes 3 gemäß 1 oben
entspricht dem Aufbau des ersten Bausatzes gemäß 1 mit
dem einzigen Unterschied, dass erste und zweite Polmagnetteile 6, 7 entgegengesetzt
zu den ansonsten identisch ausgebildeten ersten und zweiten Polmagnetteilen 4, 5 des
ersten Bausatzes 1 gepolt sind, derart, dass sich radial
innen ein magnetischer Südpol und radial außen
ein magnetischer Nordpol ergibt. Die Länge des ersten Polmagnetteils 6 entspricht
der Länge L1 des ersten Polmagnetteils 4 des
ersten Bausatzes 1. Die Länge der zweiten Polmagnetteile 4, 5 des
zweiten Bausatzes 3 entspricht der Länge L2 der zweiten Polmagnetteile 5 des
ersten Bausatzes 1, sodass aus den zusammengesetzten Polmagnetteilen 6, 7 der
in 2 oben gezeigte, aus einem ersten Polmagnetteil 6 und zwei
zweiten Polmagnetteilen 7 zusammengesetzte Polmagnet 8 resultiert,
der radial innen einen magnetischen Südpol und radial außen
einen magnetischen Nordpol aufweist.
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Die
beiden, in 2 gezeigten, jeweils aus drei
Polmagnetteilen 4, 5 bzw. 6, 7 zusammengesetzten
Polmagnete 2, 8 werden einander gegenüberliegend
in einem Polgehäuse 9 einer ansonsten nicht weiter
dargestellten elektrischen Maschine angeordnet und bilden bei dem
gezeigten Ausführungsbeispiel den Stator der elektrischen
Maschine.
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Die
Polmagnete 2, 8 sind in Umfangsrichtung beabstandet
angeordnet, wobei zwischen den Polmagneten 2, 8 ein
in axialer Richtung verlaufender Spalt realisiert ist. Hier werden
bevorzugt entsprechende, an sich bekannte, Abstandhalter (nicht
gezeigt) angeordnet. Alternativ ist es möglich, auf derartige
Abstandhalter zu verzichten und die Polmagnete mit Umfangsabstand
zueinander in dem Polgehäuse 9 zu verkleben.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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