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Die
Erfindung betrifft eine dynamoelektrische Maschine und einen Trägerkörper für eine dynamoelektrische
Maschine.
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Dynamoelektrische
Maschinen sind zur Umwandlung elektrischer Energie in mechanische
Energie und/oder umgekehrt ausgebildet. Je nach Einsatz wird eine
dynamoelektrische Maschine als Motor oder Generator bezeichnet,
wobei eine dynamoelektrische Maschine sowohl als Motor oder auch
als Generator eingesetzt werden kann.
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Dynamoelektrische
Maschinen sind in der Regel so ausgebildet, daß magnetische Elemente relativ
zueinander eine Bewegung ausführen.
Magnetische Elemente können
als Dauermagnete (Permanentmagnete) aber auch als Elektromagnete
(Wicklungen bzw. Spulen aus Leitern) ausgebildet sein.
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Bei
der dynamoelektrischen Maschine dienen ein Läufer sowie ein Ständer als
Trägerkörper für die magnetischen
Elemente. Bspw. sind bei einem Drehmotor die magnetischen Elemente
entsprechend um eine Achse umlaufend nebeneinander angeordnet. Zwischen
je zwei magnetischen Elementen befindet sich dabei ein Spalt.
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Es
ist bekannt, daß bei
Drehmotoren bzw. -generatoren im Betrieb ein sogenanntes Nutrastmoment
hervorgerufen wird, das die Laufeigenschaften des Drehmotors bzw.
-generators beeinträchtigt.
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Vor
diesem Hintergrund stellt sich die Aufgabe, die Laufeigenschaften
von dynamoelektrischen Maschinen zu verbessern.
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Hierzu
wird eine dynamoelektrische Maschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 und ein Trägerkörper mit
den Merkmalen des Patentanspruchs 9 vorgeschlagen.
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Die
erfindungsgemäße dynamoelektrische Maschine
weist einen als Läufer
und einen als Ständer
ausgebildeten Trägerkörper auf.
Diese beiden Trägerkörper führen relativ
zueinander eine Bewegung aus. Bei einem der Trägerkörper sind in Richtung der Bewegung
in mindestens einer Reihe jeweils zwei geschrägte Magnetpole umfassende magnetische
Elemente angeordnet, wobei die Magnetpole jeweils aus mindestens
zwei Einzelmagneten zusammengesetzt sind. Somit bilden mindestens
zwei Einzelmagnete den Nordpol und mindestens zwei Einzelmagnete
den Südpol
eines magnetischen Elements. Geschrägt bedeutet in diesem Fall,
daß zumindest
einer der durch die Außenkanten
eines Magnetpols eingeschlossenen Winkel ungleich 90° ist und/oder
oder daß zumindest
eine der Außenkanten nicht
gerade ausgebildet ist.
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Der
Einsatz geschrägter
Magnetpole bewirkt, daß Spalte
zwischen magnetischen Elementen in bezug auf die Bewegungsrichtung
schräg
bzw. geneigt sind.
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Durch
diese Ausbildung wird die Laufruhe der dynamoelektrischen Maschine
erhöht.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung
benachbarter magnetischer Elemente wird erreicht, daß die Übergänge von
magnetischen Feldern benachbarter magnetischer Elemente in Richtung
der Bewegung fließend
sind. Spalte zwischen magnetischen Elementen weisen demnach mindestens
einen zu der Richtung der Bewegung schrägen bzw. geneigten Abschnitt
auf.
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Im
Vergleich zu sogenannten gestuften Magnetpolen ist eine erheblich
verbesserte Laufruhe zu erzielen.
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In
einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Spalt
zwischen benachbarten magnetischen Elementen als Gerade ausgebildet
ist. Die Form der Spalte zwischen benachbart angeordneten magnetischen
Elementen wird weitgehend durch die Form aneinander angrenzender
Außenkanten
bestimmt. Für
eine Ausgestaltung der Spalte in Form der Kurve, so daß diese
geschrägt,
geneigt oder nicht achsparallel zu einer Rotationsachse der dynamoelektrischen
Maschine verlaufen, bieten sich viele Möglichkeiten an. Die Kurve könnte hierzu
beispielsweise auch bogenförmig
oder gewellt sein.
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In
besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
daß die
Magnetpole aus zwei Einzelmagneten zusammengesetzt sind, deren Grundriß jeweils
dem Grundriß eines
Dreiecks gleicht. Hierbei kann es sich um ein rechtwinkliges Dreieck
handeln. Selbstverständlich
können
auch verschieden geformte Einzelmagnete, die wie gleichschenklige
oder gleichseitige Dreiecke geformt sind, vorgesehen sein. Diese
dreiecksförmigen
Einzelmagnete sind vorzugsweise deckungsgleich. Es sind aber durchaus
auch Ausgestaltungen mit ungleichen Einzelmagneten und ebenfalls
mit gewellte bzw. gebogene Außenkanten
aufweisenden Einzelmagneten vorstellbar.
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In
Ausgestaltung der Erfindung wird jeder Magnetpol von zwei Einzelmagneten
mit der Form von rechtwinkligen Dreiecken gebildet, wobei jeweils die
langen Katheten der Dreiecke nebeneinander liegen.
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In
einer Ausführungsform
stoßen
die Seiten der Einzelmagnete, die Katheten sind, aneinander bzw.
berühren
sich spaltfrei.
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Das
mindestens eine magnetische Teilelement kann als Dauermagnet bzw.
Permanentmagnet ausgebildet sein.
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Des
weiteren kann vorgesehen sein, daß die mindestens zwei Trägerkörper koaxial
zueinander angeordnet sind und relativ zueinander eine Rotationsbewegung
ausführen.
Diese Rotationsbewegung kann um eine gemeinsame Achse durchgeführt werden.
Der bei Betrieb der dynamoelektrischen Maschine feststehende Trägerkörper wird
hierbei als Ständer
bzw. Stator bezeichnet. Der sich hierzu relativ bewegende Trägerkörper wird
als Läufer
bzw. Rotor bezeichnet.
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Die
erfindungsgemäße dynamolektrische Maschine
ist vorteilhafterweise bürstenlos
bspw. als Innenläufer
ausgebildet.
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Die
erfindungsgemäße dynamoelektrische Maschine
kann beispielsweise bei einem Kraftfahrzeug zur Verwendung kommen.
Hierbei ist eine Verwendung bei einem Scheibenwischsystem denkbar. Die
dynamoelektrische Maschine kann ebenso bei einer elektromechanischen
Lenkeinrichtung, wie einem Lenkkraftverstärker oder einem Steer-by-Wire-System, eines Fahrzeugs
zur Anwendung kommen.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Trägerkörper für eine dynamoelektrische
Maschine sind in mindestens einer Reihe entlang einer Richtung einer
Bewegung in mindestens einer Reihe jeweils zwei geschrägte Magnetpole
umfassende magnetische Elemente angeordnet, wobei die Magnetpole
jeweils aus mindestens zwei Einzelmagneten zusammengesetzt sind.
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Der
erfindungsgemäße Trägerkörper kann als
Läufer
oder Ständer
für eine
dynamoelektrische Maschine ausgebildet sein.
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Weitere
Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der
Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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Es
versteht sich, daß die
vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in
anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die
Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels
in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im folgenden unter
Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
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1 zeigt
eine Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Trägerkörpers aus
einer ersten Perspektive.
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2 zeigt
den erfindungsgemäßen Trägerkörper der 1 aus
einer anderen Perspektive.
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3 zeigt
eine Ausführungsform
eines magnetischen Elements.
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Der
in 1 dargestellte Trägerkörper 8 weist eine
Rotationsachse 12 auf, die in diesem Fall parallel zu einer
Hauptachse 10 des Trägerkörpers 8 angeordnet
ist. Hierbei ist vorgesehen, daß der
Trägerkörper 8 als
Zylinder ausgebildet ist und die Hauptachse 10 einer Mittelachse
des Zylinders entspricht. Eine Hauptrichtung 11 des Trägerkörpers 8, in
die sich dieser und insbesondere Einzelmagnete 2a, 2b bei
einer Bewegung relativ zu einem anderen Trägerkörper in einer dynamoelektrischen
Maschine bewegen kann bzw. können,
ist durch einen Pfeil 11 angedeutet. Bei vorliegendem Ausführungsbeispiel entspricht
die Hauptrichtung 11 einer Drehrichtung um die Hauptachse 10.
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Auf
einem Außenmantel
des Trägerkörpers 8 sind
gemäß der Darstellung
aus 1 vier Einzelmagnete 2a, 2b angeordnet.
Bei dieser Ausführungsform
sind die geschrägten
Einzelmagnete 2a, 2b als Dauer- bzw. Permanentmagnete
ausgebildet, die die Form rechtwinkliger Dreiecke aufweisen. Jeweils zwei
Einzelmagnete 2a sind dabei zu einem ersten Magnetpol 20a und
zwei Einzelmagnete 2b zu einem zweiten Magnetpol 20b zusammengesetzt.
Diese beiden Magnetpole 20a, 20b bilden ein magnetisches
Element 20.
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Bei
diesem Trägerkörper 8 kann
es sich beispielsweise um einen als Rotor ausgebildeten Innenläufer eines
Motors und/oder Generators zur Umwandlung mechanischer Energie in
elektrische Energie und/oder umgekehrt handeln.
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Sämtliche
Einzelmagnete 2a, 2b sind in diesem Ausführungsbeispiel
identisch ausgebildet. Gemäß der Ausbildung
als rechtwinklige Dreiecke weisen diese jeweils drei Außenkanten 22, 24, 26 auf. Bei
einer ersten Außenkante 22 handelt
es sich um eine erste Kathete, die senkrecht zu der Hauptachse 10 bzw.
parallel zu der Hauptrichtung 11 ausgerichtet ist. Bei
der zweiten Außenkante 24 handelt
es sich um eine zweite Kathete, die bei dieser Ausführungsform
parallel zu der Hauptachse 10 bzw. senkrecht zu der Hauptrichtung 11 ausgerichtet
ist.
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Bei
der dritten Außenkante 26 handelt
es sich um die Hypotenuse des rechtwinkligen Dreiecks, die unter
einem von 90° verschiedenen
Winkel zu der Hauptachse 10 als auch zu der Hauptrichtung 11, also
schräg
bzw. geneigt zu der Hauptachse 10 und der Hauptrichtung 11,
angeordnet ist. Aus der 1 geht dabei hervor, daß bei jeweils
einem zusammengesetzten Magnetpol 20a, 20b zwei
Einzelmagnete 2a, 2b entlang der Außenkanten 24 unter
Bildung eines Spalts 4 aneinanderstoßen und daß benachbarte Magnetpole 20a, 20b,
begrenzt durch die Außenkanten 26,
jeweils durch einen Spalt 6 voneinander getrennt sind.
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Bei
der Herstellung des Trägerkörpers 8,
die ein Zusammensetzen von Einzelmagneten 2a, 2b zu Magnetpolen 20a, 20b umfaßt, insbesondere
bei der Anordnung benachbarter magnetischer Elemente 2a, 2b relativ
zueinander, ist zu beachten, daß mindestens
einer der Spalte 4, 6 zwischen jeweils zwei benachbarten
Einzelmagneten 2a, 2b unter einem von 90° verschiedenen
Winkel zu der Hauptrichtung 11 als auch der Hauptachse 10 des
Trägerkörpers 8 angeordnet
ist. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung ist dies für den Spalt 6 vorgesehen,
der durch die jeweils als Hypotenusen ausgebildeten Außenkanten 26 zweier
benachbarter Einzelmagnete 2a, 2b begrenzt ist.
Zwei erste, jeweils als Katheten gleicher Länge ausgebildete Außenkanten 24 benachbarter Einzelmagnete 2 begrenzen
den Spalt 4, der parallel zu der Hauptachse 10 bzw.
senkrecht zu der Hauptrichtung 11 des Trägerkörpers 8 angeordnet
ist.
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Bei
einer in der 1 nicht dargestellten Ausführung der
Erfindung kann vorgesehen sein, daß die zwei Einzelmagnete 2a, 2b einander
entlang der Außenkanten 24 berühren und
somit, ohne durch den Spalt 4 voneinander getrennt zu sein,
zu einem Magnetpol des magnetischen Elements zusammengesetzt sind.
Demnach weist ein Magnetpol 20a, 20b die Form
eines Parallelogramms auf, daß parallel
zu der Hauptrichtung durch die Außenkanten 22 und schräg bzw. geneigt
zu der Hauptrichtung 11 durch unter einem Winkel orientierte
Außenkanten 26 begrenzt
ist.
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Bei
dem in 2 aus einer im Vergleich zu 1 gedrehten
Perspektive dargestellten Trägerkörper 8 mit
Hauptachse 10 und durch einen Pfeil angedeutete Hauptrichtung 11 ist
nur ein als rechtwinkliges Dreieck ausgebildeter Einzelmagnet 2 dargestellt.
Auch hier ist die Hypotenuse 26 schräg zu der Hauptrichtung 11 bzw.
der Hauptachse 10 angeordnet. Es ist deutlich zu erkennen,
wie die Kathete 22, die parallel zu der Hauptrichtung 11 bzw.
zu der senkrecht zu der Hauptachse 10 angeordnet ist, entlang der
Oberfläche
des zylindrisch ausgebildeten Trägerkörpers 8 gekrümmt ist.
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3 zeigt
einen der Einzelmagnete 2 sowohl in Draufsicht als auch
von der Seite. Dieser Einzelmagnet 2 kann vorzugsweise
als Dauermagnet ausgebildet sein, der in einer Hauptebene weitgehend
die Form eines rechtwinkligen Dreiecks besitzt. Des weiteren ist
die Krümmung
des Einzelmagneten 2 entlang einer der Katheten 22 erkennbar.
Es sei darauf hingewiesen, daß auch
die Hypotenuse 26 entsprechend eine Krümmung aufweist. Durch diese Krümmung ist
die Anordnung an einem zylindrisch ausgebildeten Trägerkörper 8 besonders
einfach, zumal ein Einzelmagnet 2 dadurch an dem Trägerkörper 8 paßförmig angeordnet
werden kann. Selbstverständlich
ist es auch möglich,
daß ein
derartiger Einzelmagnet nicht gekrümmt sondern flach ausgebildet ist.
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Der
in den 1 und 2 gezeigte Trägerkörper 8 kann
vorzugsweise als Innenläufer
eines Elektromotors oder eines Generators ausgebildet sein, der
in Betrieb eine Rotationsbewegung um die Hauptachse 10 in
Richtung der Hauptrichtung 11 durchführt. Um den Trägerkörper 8 herum
ist ein zweiter Trägerkörper angeordnet,
der ebenfalls eine Anzahl magnetischer Elemente, in der Regel Spulen oder
Wicklungen, aufweisen kann. Beide Trägerkörper bewegen sich relativ zueinander,
wobei der zweite nicht dargestellte Trägerkörper zumindest bei dieser Ausführungsform
fest positioniert angeordnet ist.
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Die
Einzelmagnete 2a, 2b sind an dem Trägerkörper 8 so
angeordnet bzw. werden bei der Herstellung des Trägerkörpers 8 so
angeordnet und somit zu Magnetpolen 20a, 20b zusammengesetzt,
daß der
Spalt 6 zwischen zwei Magnetpolen 20a, 20b schräg, unter
einem von 90° verschiedenen
Winkel zu der Hauptrichtung 11 bzw. der Hauptachse 10 orientiert
ist. Somit kann eine dynamoelektrische Maschine mit dem Trägerkörper 8 bereitgestellt
werden, die ein geringes Nutrastmoment und somit eine hohe Laufruhe
aufweist. Dies wird durch das erfindungsgemäße Zusammensetzen der Einzelmagnete 2a, 2b zu
Magnetpolen 20a, 20b und der daraus resultierenden
Orientierung insbesondere des Spalts 6 und auch der Ausrichtung
der Spalte zwischen magnetischen Elementen 20 erreicht.
Bei einer Bewegung des Trägerkörpers 8,
die um die Rotationsachse 10, in Hauptrichtung 11 erfolgt,
hat dies zur Folge, daß ein Übergang
zwischen Magnetfeldern einzelner benachbarter magnetischer Elemente 20 fließend ist. Diese
vorteilhafte Wirkung der Erfindung ist mit einfachen Mitteln realisierbar,
zumal auch die als Dauermagnete ausgebildeten Einzelmagnete 2a, 2b in Form
rechtwinkliger Dreiecke leicht herstellbar sind. Insbesondere lassen
sich Einzelmagnete in Form von rechtwinkligen Dreiecken (3)
kostengünstiger
als trapezförmige
Einzelmagnete herstellen.