-
Gebiet der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet eines Hochfrequenzrotationsmotors und insbesondere eine verbesserte Struktur eines Hochfrequenzrotationsmechanismus.
-
Stand der Technik
-
In der US-Offenlegungsschrift
US 2023 / 0 070 317 A1 wurde vom Anmelder eine Rotortechnik bereitgestellt, durch die das Spannungskonzentrationsphänomen eines unrunden Rotors bei Hochfrequenzrotation reduziert werden kann, wodurch die Lebensdauer der Komponenten erhöht wird. Aufgrund der Tatsache, dass bei den an den Polen angeordneten Magnetgruppen weiterhin einige Permanentmagneten mit großem Volumen und großer Masse vorhanden sind, verursacht die durch die Hochgeschwindigkeitsrotation erzeugte Zentrifugalkraft jedoch eine gewisse Spannungskonzentration am Rotorkern, was zu einer möglichen Beschädigung oder Verformung des Rotorkerns führt.
-
Die Druckschrift
DE 10 2019 135 896 A1 offenbart einen Permanentmagnet-Spindelmotor mit mehreren im Rotor befindlichen Magnetgruppen, wodurch eine Konzentration des Magnetflusses zur Erhöhung der Drehzahl erzielt wird.
-
Die Druckschriften
US 2013 / 0 169 094 A1 ,
JP 2006 - 333 656 A und
CN 1 09 742 879 A zeigen Rotorstrukturen mit unterschiedlichen Magnetanordnungen im Rotorkern.
-
Die Druckschrift
JP 2010 - 284 062 A offenbart ein Feldelement mit einem Feldmagnetabschnitt, der eine Vielzahl von Magneten aufweist, die in einem Magnetaufnahmeabschnitt angeordnet sind. Sie sind nacheinander in einer Magnetanordnungsrichtung angeordnet, wobei sich gleiche Pole gegenüber liegen.
-
Aufgabe der Erfindung
-
Es ist die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Struktur des Hochfrequenzrotationsmechanismus bereitzustellen, durch die bei der Hochfrequenzrotation eines Motorrotors das durch die Zentrifugalkraft der Permanentmagneten am Eisenkern auftretende Spannungsphänomen verringert werden kann, wodurch die Gefahr einer Verformung oder Beschädigung des Rotorkerns des Motors verringert wird.
-
Zur Lösung der oben genannten Aufgabe stellt die vorliegende Erfindung eine verbesserte Struktur des Hochfrequenzrotationsmechanismus bereit. Ihre technischen Hauptmerkmale bestehen darin, dass die Anzahl der an einem jeweiligen Pol des Motorrotors angeordneten Permanentmagneten eine ungerade Zahl von mindestens fünf oder mehr ist, wobei einer der Permanentmagneten in der Mitte angeordnet ist und die restlichen Permanentmagneten symmetrisch auf zwei Seiten von der Mitte miteinander verbunden sind, wobei die benachbarten Enden der mehreren auf zwei Seiten befindlichen Permanentmagneten den gleichen Magnetpol aufweisen, sodass die benachbarten Enden durch einen Abstoßungsabstand getrennt sind und infolge der Abstoßung gleichnamiger Magnetpole nicht miteinander in direktem Kontakt kommen. Die relativen Positionen der benachbarten Permanentmagneten werden durch die oben erwähnte Abstoßung aufrechterhalten. Es ist nicht erforderlich, wie im Stand der Technik die Begrenzungs/-Anlagestruktur zur Positionierung zu verwenden, wodurch vermieden wird, dass bei Hochgeschwindigkeitsrotation die Zentrifugalkraft auf die Begrenzungs/- Anlagestruktur wirkt. Auf diese Weise können die negativen Auswirkungen auf den Rotorkern reduziert werden. Ferner kann durch Verwendung einer großen Anzahl verteilt angeordneter Permanentmagneten mit kleinem Volumen und geringer Masse eine Verteilung der Zentrifugalkraft erreicht werden, wodurch die Gefahr einer Verformung oder Beschädigung des Rotorkerns weiter verringert wird.
-
Zur Realisierung der obigen technischen Merkmale umfasst die verbesserte Struktur des Hochfrequenzrotationsmechanismus ein aus dem Rotorteil eines Spindelmotors bestehendes Rotationselement, mehrere Aufnahmeausnehmungen, mehrere erste Positioniervorsprünge und mehrere aus Permanentmagneten zusammengesetzte Magnetgruppen, wobei das Rotationselement einen röhrenförmigen Körperabschnitt aufweist, eine im radialen Abschnitt des Körperabschnitts kreisförmig ausgebildete innere Ringfläche auf der inneren Umfangsseite des Körperabschnitts vorgesehen ist und eine im radialen Abschnitt des Körperabschnitts nicht kreisförmig ausgebildete äußere Ringfläche auf der äußeren Umfangsseite des Körperabschnitts vorgesehen ist, wobei die äußere Ringfläche durch mehrere erste Bogenflächen und mehrere zweite Bogenflächen, die zwei unterschiedliche Radianten aufweisen und nacheinander abwechselnd angeordnet und miteinander verbunden sind, gebildet wird, wobei der maximale lineare Abstand zwischen dem Kreismittelpunkt der inneren Ringfläche und den ersten Bogenflächen größer als der maximale lineare Abstand zwischen dem Kreismittelpunkt der inneren Ringfläche und den zweiten Bogenflächen ist.
-
Die bogenförmigen Aufnahmeausnehmungen haben die Form eines Lochs und sind jeweils ringförmig entlang des Umfangs des Körperabschnitts verteilt angeordnet und befinden sich zwischen den ersten Bogenflächen und der inneren Ringfläche, wobei sich die Aufnahmeausnehmungen axial parallel zur zentralen Achse der inneren Ringfläche im Körperabschnitt (21) bis zu einer vorgegebenen Tiefe erstrecken und sich bogenförmig entlang des Umfangs des Körperabschnitts über eine vorgegebene Bogenlänge erstrecken.
-
Die ersten Positioniervorsprünge stehen jeweils paarweise von den seitlichen Wänden der entsprechenden Aufnahmeausnehmungen vor, um die Aufnahmeausnehmungen jeweils in einen zwischen den entsprechenden gepaarten ersten Positionierungsvorsprüngen befindlichen ersten Raum und zwei auf zwei Seiten dieses ersten Raums befindliche zweite Räume zu unterteilen.
-
Die Anzahl der Magnetgruppen ist gleich der Anzahl der Motorpole und die Magnetgruppen sind in den entsprechenden Aufnahmeausnehmungen untergebracht und weisen jeweils, wie oben beschrieben, mindestens fünf Permanentmagneten auf, wobei ein jeweiliger in der Mitte befindlicher erster Permanentmagnet sich im entsprechenden ersten Raum befindet, die beiden auf zwei Seiten befindlichen zweiten Permanentmagneten sich in den entsprechenden zweiten Räumen befinden und vom entsprechenden ersten Permanentmagneten entfernt angeordnet sind und zwei dritte Permanentmagneten sich in den entsprechenden zweiten Räumen zwischen dem entsprechenden zweiten Permanentmagneten und dem entsprechenden ersten Permanentmagneten befinden und jeweils mit einem Ende am entsprechenden ersten Positioniervorsprung anliegen, wobei das andere Ende eines jeweiligen dritten Permanentmagneten und ein Ende des benachbarten zweiten Permanentmagneten den gleichen Magnetpol aufweisen und durch den Abstoßungsabstand voneinander getrennt sind, wobei in einem jeweiligen Abstoßungsabstand keine von den Aufnahmeausnehmungen vorstehende Struktur vorhanden ist.
-
Um die elektromagnetischen Eigenschaften des Rotors zu verbessern, kann die verbesserte Struktur des Hochfrequenzrotationsmechanismus ferner mehrere magnetische Barriereräume und mehrere zweite Positioniervorsprünge umfassen, wobei die magnetischen Barriereräume im Körperabschnitt vorgesehen und mit einem der beiden in Breitenrichtung befindlichen Enden der entsprechenden Aufnahmeausnehmung durchgängig verbunden sind, wobei ein jeweiliger zweiter Positioniervorsprung am Körperabschnitt angeordnet ist und sich zwischen dem entsprechenden magnetischen Barriereraum und einem der beiden Enden der entsprechenden Aufnahmeausnehmung befindet und zur Begrenzung der zweiten Permanentmagneten am anderen Ende des entsprechenden zweiten Permanentmagneten anliegt.
-
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
-
- 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung;
- 2 zeigt eine Endansicht des bevorzugten Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung;
- 3 und 4 zeigen vergrößerte Teilansichten des bevorzugten Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung entlang des Bereichs K in 2.
-
Detaillierte Beschreibung des Ausführungsbeispiels
-
Es wird auf 1 Bezug genommen. Die verbesserte Struktur des Hochfrequenzrotationsmechanismus (10) gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird implementiert, indem einige Komponenten des Rotors des herkömmlichen Spindelmotors verwendet werden. In Bezug auf die Struktur umfasst die Erfindung ein Rotationselement (20), mehrere Aufnahmeausnehmungen (30), mehrere magnetische Barriereräume (40), mehrere erste Positioniervorsprünge (50), mehrere zweite Positioniervorsprünge (60) und mehrere Magnetgruppen (70).
-
Es wird gleichzeitig auf 2 Bezug genommen. Das Rotationselement (20) wird durch koaxiales und sequentielles Stapeln mehrerer ringförmiger Siliziumstahlbleche gebildet und weist einen etwa röhrenförmigen Körperabschnitt (21) auf, wobei eine innere Ringfläche (22) auf der inneren Umfangsseite des Körperabschnitts (21) vorgesehen ist und deren Ring im radialen Abschnitt des Körperabschnitts (21) kreisförmig ist, wobei eine äußere Ringfläche (23) auf der äußeren Umfangsseite des Körperabschnitts (21) vorgesehen ist und sich deren Ringform von der Kreisform der inneren Ringfläche unterscheidet und durch mehrere erste Bogenflächen (231) und mehrere zweite Bogenflächen (232), die zwei unterschiedliche Radianten aufweisen und nacheinander abwechselnd angeordnet und miteinander verbunden sind, gebildet wird, sodass die im radialen Abschnitt des Körperabschnitts (21) ausgebildete Form eine nicht kreisförmige Form, wie etwa eine Pflaumenblütenform, ist, wobei der maximale lineare Abstand zwischen dem Kreismittelpunkt der inneren Ringfläche (22) und den ersten Bogenflächen (231) größer als der maximale lineare Abstand zwischen dem Kreismittelpunkt der inneren Ringfläche (22) und den zweiten Bogenflächen (232) ist.
-
Die jeweiligen Aufnahmeausnehmungen (30) sind lochförmig. Die Anzahl der Aufnahmeausnehmungen ist gleich der Anzahl der Pole des Spindelmotors. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ihre Zahl vier. Die Aufnahmeausnehmungen sind ringförmig entlang des Umfangs des Körperabschnitts (21) gleichmäßig im Körperabschnitt (21) verteilt angeordnet und befinden sich zwischen den ersten Bogenflächen (231) und der inneren Ringfläche (22) und erstrecken sich jeweils entlang der Rohrachsenrichtung des Körperabschnitts (21) und gehen durch die beiden axialen Enden des Körperabschnitts (21) hindurch und erstrecken sich jeweils bogenförmig mit einer vorgegebenen Breite entlang des Umfangs des Körperabschnitts (21).
-
Ein jeweiliger magnetischer Barriereraum (40) ist lochförmig und geht durch den Körperabschnitt (21) hindurch und ist mit einem der beiden in Breitenrichtung befindlichen Enden der entsprechenden Aufnahmeausnehmung (30) durchgängig verbunden.
-
Es wird nun auf 3 Bezug genommen. Die ersten Positioniervorsprünge (50) stehen jeweils paarweise von den seitlichen Wänden in der mittleren Position der entsprechenden Aufnahmeausnehmungen (30) vor, wobei die gepaarten ersten Positionierungsvorsprünge (50) voneinander beabstandet angeordnet sind, sodass die Lochräume zwischen den gepaarten ersten Aufnahmeausnehmungen (30) jeweils in einen zwischen den entsprechenden ersten Positionierungsvorsprüngen (50) befindlichen ersten Raum (31) und zwei auf zwei Seiten dieses ersten Raums (31) befindliche zweite Räume (32) unterteilt sind.
-
Die zweiten Positioniervorsprünge (60) sind am Körperabschnitt (21) angeordnet und befinden sich jeweils zwischen dem entsprechenden magnetischen Barriereraum (40) und einem der beiden Enden der entsprechenden Aufnahmeausnehmung (30).
-
Die Magnetgruppen (70) sind in den entsprechenden Aufnahmeausnehmungen (30) untergebracht und umfassen jeweils einen im entsprechenden ersten Raum (31) befindlichen ersten Permanentmagneten (71), zwei in den entsprechenden zweiten Räumen (32) befindliche zweite Permanentmagneten (72) und zwei dritte Permanentmagneten (73). Vom radialen Schnitt des Körperabschnitts (21) aus gesehen ist die Form eines jeweiligen ersten Permanentmagneten (71) etwa rechteckig, wobei dessen beiden Enden der Längsachse des Rechtecks zur Begrenzung jeweils an den entsprechenden ersten Positioniervorsprüngen (50) anliegen. Ein jeweiliger zweiter Permanentmagnet (72) ist ebenfalls etwa rechteckig, wobei dessen eines Ende der Längsachse des Rechtecks am entsprechenden zweiten Positioniervorsprung (60) anliegt. Ein jeweiliger dritter Permanentmagnet (73) ist rechteckig und befindet sich zwischen dem entsprechenden ersten Permanentmagneten (71) und dem entsprechenden zweiten Permanentmagneten (72), wobei dessen eines Ende der Längsachse des Rechtecks am entsprechenden ersten Positioniervorsprung (50) anliegt und dessen anderes Ende der Längsachse des Rechtecks und das andere Ende der Längsachse des Rechtecks eines benachbarten zweiten Permanentmagneten (72) den gleichen Magnetpol aufweisen, sodass sie durch die Abstoßung gleichnamiger Magnetpole nicht miteinander in Kontakt kommen und ein Abstoßungsabstand (74) mit einer sich verjüngenden Form, wie etwa eine Fächerform oder Keilform, gebildet wird.
-
Durch Erhöhen der Anzahl der Permanentmagneten in einer jeweiligen Magnetgruppe (70) kann die Masse der einzelnen Permanentmagneten reduziert werden, wodurch bei Hochfrequenzrotation die durch die einzelnen Permanentmagneten erzeugte Zentrifugalkraft reduziert und der Effekt der Verteilung der auf das Rotationselement (20) wirkenden Spannung erreicht wird. Außerdem können ein jeweiliger zweiter Permanentmagnet (72) und ein jeweiliger dritter Permanentmagnet (73) im Wesentlichen das gleiche Volumen und die gleiche Masse haben, um einen optimalen Verteilungseffekt zu erzielen.
-
Durch die Abstoßungsabstände (74) besteht zwischen den benachbarten Enden eines zweiten Permanentmagneten (72) und dem entsprechenden dritten Permanentmagneten (73) keine Notwendigkeit zur Anordnung eines von den Wänden der entsprechenden Aufnahmeausnehmungen vorstehenden Elements, wie etwa einen ersten Positioniervorsprung. Die beiden Permanentmagneten können ihre relativen Positionen zueinander durch die Abstoßung gleichnamiger Magnetpole beibehalten, wodurch der Effekt einer Positionsbegrenzung erzielt wird. Ferner kann bei Hochfrequenzrotation die durch die Zentrifugalkraft verursachte Spannung durch die Abstoßung gleichnamiger Magnetpole vermieden werden, um somit die durch die Zentrifugalkraft verursachte Spannung auf das Rotationselement (20) zu reduzieren.
-
Um eine optimale strukturelle Steifigkeit und optimale elektromagnetische Eigenschaften zu erzielen, kann das obige Ausführungsbeispiel weiter optimiert werden. Es wird auf 4 Bezug genommen:
- In Bezug auf die Beziehung zwischen den Polen des Motors und den ersten Bogenflächen (231) muss zwischen den beiden folgende Formel erfüllt sein: wobei in der Formel P die Anzahl der Motorpole ist, F der Spreizwinkel eines einzelnen Pols des Motors ist und E der Spreizwinkel einer entsprechenden ersten Bogenfläche (231) ist.
-
In Bezug auf eine jeweilige Magnetgruppe (70) ist der Krümmungsmittelpunkt des durch die Verbindungslinie der Massenschwerpunkte der Permanentmagneten definierten Bogens nicht konzentrisch zum Kreismittelpunkt der inneren Ringfläche (22), wobei die Permanentmagneten jeweils mit einem Winkel tangential zum gedachten Bezugsbogen (24) liegen und der Bezugsbogen (24) ein gedachter Kreis, dessen Kreismittelpunkt der Krümmungsmittelpunkt der ersten Bogenflächen (231) ist, ist, wobei der gedachte Radius (B) des Bezugsbogens und der Radius (A) der ersten Bogenflächen (231) folgende Bedingung erfüllen müssen: 0.5 A ≤ B ≤ 0.95 A.
-
Ferner kann die angenommene Position des Kreismittelpunkts des Bezugsbogens (24) durch Verwendung der Formel D ≤ 0.4C bestimmt werden, wobei in dieser Formel C der radiale Abstand zwischen dem Krümmungsmittelpunkt der ersten Bogenflächen (231) und dem Kreismittelpunkt der inneren Ringfläche (22) ist und D der radiale Translationsabstand des Kreismittelpunkts des Bezugsbogens (24) ist. Konkreter gesagt wird der Bereich D so festgelegt, dass der Krümmungsmittelpunkt der ersten Bogenflächen (231) als Mittelpunkt verwendet und eine nach außen oder innen gerichtete Verschiebung entlang der radialen Richtung relativ zum Kreismittelpunkt der inneren Ringfläche (22) durchgeführt wird. Es wird auf 4 Bezug genommen. Wenn der gedachte Radius einen festen Wert hat und wenn D = 0 ist, wird für den Kreismittelpunkt der Krümmungsmittelpunkt der ersten Bogenflächen (231) als Ursprungsposition (241) verwendet, um einen Bezugsbogen (24) zu bestimmen. Wenn D = 0.4 ist, befinden sich die beiden Grenzpositionen (241a), (241b) des gedachten Bereichs des Kreismittelpunkts auf zwei Seiten der Ursprungsposition (241), um die Bezugsbögen (24a), (24b) zu bestimmen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- verbesserte Struktur des Hochfrequenzrotationsmechanismus
- 20
- Rotationselement
- 21
- Körperabschnitt
- 22
- innere Ringfläche
- 23
- äußere Ringfläche
- 231
- erste Bogenfläche
- 232
- zweite Bogenfläche
- 24, 24a, 24b
- Bezugsbogen
- 241
- Ursprungsposition
- 241a, 241b
- Grenzposition
- 30
- Aufnahmeausnehmung
- 31
- erster Raum
- 32
- zweiter Raum
- 40
- magnetischer Barriereraum
- 50
- erster Positioniervorsprung
- 60
- zweiter Positioniervorsprung
- 70
- Magnetgruppe
- 71
- erster Permanentmagnet
- 72
- zweiter Permanentmagnet
- 73
- dritter Permanentmagnet
- 74
- Abstoßungsabstand