-
Elektrische Kleinmaschine kurzer axialer Baulänge mit einem quer zur
Achse magnetisierten Permanentscheibenmagnet Die Erfindung betrifft eine elektrische
Kleinmaschine kurzer axialer Baulänge mit einem Permanentscheibenmagnet, der quer
zu seiner Achse magnetisiert ist. Die Maschine zeichnet sich durch eine sehr flache
Bauform aus und eignet sich besonders für feinmechanische Triebwerke, wie sie in
Steuerungsanlagen und in elektroakustischen Geräten üblich sind.
-
Elektrische Kleinmaschinen mit quer zur Rotationsachse der Maschine
magnetisierten Scheibenmagneten sind bekannt. Sie arbeiten aber mit Vollscheiben,
die nur ein gerade zum Durchstecken der Rotorachse ausreichendes Loch haben. Außerhalb
der Magnete ist ein Schleifringträger untergebracht, der die Erregung der zwischen
den Scheibenmagneten sitzenden Spulen erlaubt. Solche Maschinen eignen sich nur
als Synchronmaschinen und haben eine verhältnismäßig große axiale Baulänge. Wenn
man ihren Anlauf erleichtern will, muß man zahlreiche Scheibenmagnete mit dazwischenliegenden,
phasenversetzten Spulen hintereinanderschalten, was die Baulänge der Maschine weiter
vergrößert. Solche Kleinmaschinen bekommen dann unter Umständen eine noch größere
Baulänge als die üblichen Gleichstrom-Kleinmotoren mit Zylindermagneten.
-
Die Erfindung zielt nun darauf ab, durch Verwendung eines Kommutators
Kleinmaschinen mit quer zur Scheibenachse magnetisiertem Magnet sowohl für Gleichstrom
als auch für Wechselstrom als Generatoren und Motoren zu verwenden und trotzdem
die Baulänge so stark zu verkürzen, daß die Maschine die Form einer flachen Dose
bekommt.
-
Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß der Scheibenmagnet
und der Wicklungsträger ringförmig ausgebildet sind und ein Kommutator innerhalb
eines oder beider Ringe untergebracht ist. Versuche haben gezeigt, daß der magnetische
Fluß durch die ringförmige Ausbildung des Scheibenmagnets nicht wesentlich geschwächt
wird. Die ringförmige Ausbildung des Scheibenmagnets und des Wicklungsträgers erlaubt
dafür die Unterbringung des Kommutators im Ring und damit eine erhebliche Verkürzung
der axialen Baulänge. Solche Kleinmaschinen entwickeln trotz ihrer kurzen Baulänge
eine verhältnismäßig große Leistung mit großem Schwungmoment. Das große Schwungmoment
ist für den Antrieb von Steuerungsanlagen und elektroakustischen Geräten zur Unterdrückung
von Drehzahlschwankungen bei schwankender Speisespannung wichtig. Scheibenmagnete
haben außerdem geringe Streufelder. Kleinmaschinen mit Scheibenmagneten lassen sich
deshalb mit Vorteil in feinmechanischen und mit elektrischen Elementen kombinierten
Anlagen verwenden, bei denen man auf Vermeidung von elektrischen und magnetischen
Störfeldern Wert legen muß.
-
Bei Triebwerken für elektroakustische Geräte; z. B. Magnettongeräte,
hat die elektrische Kleinmaschine nach der Erfindung außerdem noch den Vorteil,
daß die Motorachse parallel zu den Spulenspindeln liegt und mit diesen unmittelbar
über Reib- oder Zahnradgetriebe unter Ausschluß von kraftverzehrenden Winkelgetrieben
gekuppelt werden kann.
-
Die Erfindung ist sowohl bei Motoren als auch Generatoren und außerdem
sowohl bei Gleichstrom als auch bei Wechselstrom anwendbar. Der keramisch gebundene
Magnet kann außerdem Rotor oder Stator sein. Bei Verwendung als Rotor erzielt man
ein besonders hohes Schwungmoment.
-
Man kann auch in bekannter Art zwei Scheibenmagnete so einander gegenüberstellen,
daß sich ihr Kraftfluß gegenseitig ergänzt und den Rotor zwischen den beiden Scheibenmagneten
in einem schmalen Luftspalt laufen lassen. Man erreicht dabei eine sehr hohe Luftspaltinduktion
bei verhältnismäßig geringen Verlusten und damit ein hohes Schwungmoment und bekommt
trotzdem nur eine verhältnismäßig kurze Baulänge.
-
Die Zeichnung bringt Ausführungsbeispiele der Erfindung. Dabei zeigt
Fig. 1 einen bekannten Scheibenmagnet im Schnitt mit einer schematischen Darstellung
seines Kraftfeldes, Fig. 2 eine Draufsicht auf den Scheibenmagnet nach Fig. 1, Fig.
3 die Magnetisierung des Scheibenmagnets nach Fig. 1, Fig.4 eine vollständig gekapselte
Einphasen-Wechselstrommaschine mit einem Scheibenmagnet als Rotor im Schnitt und
Fig.5
eine vollständig gekapselte Gleichstrommaschine mit einem Innenpolläufer zwischen
zwei parallelen Scheibenmagneten im Schnitt.
-
Fig. 1 und 2 zeigen den bei der Erfindung verwendeten, bekannten,
keramisch gebundenen Scheibenmagnet. Für die Erfindung eignen sich die bekannten
mit keramischen Bindemitteln aus Eisen-Barium gesinterten Permanentmagnete, die
auch als Oxydmagnete bekannt sind. Wenn man einen solchen Scheibenmagnet entsprechend
Fig.3 durch einen starkstromführenden Leiter stoßmagnetisiert, dann ergeben sich
die aus Fig. 1 und 2 ersichtlichen Pole und der dargestellte Kraftfluß. Man sieht
aus Fig. 1, daß der Kraftfluß auf der linken Seite des Scheibenmagnets, d. h. auf
der dem magnetisierenden Leiter abgewandten Seite, vernachlässigbar klein, der Kraftfluß
auf der rechten Seite dagegen kräftig ausgeprägt ist. Kraftfluß und Lage der Pole
hängen von dem Abstand des magnetisierenden Leiters 1 über dem Scheibenmagnet und
der Stärke des Magnetisierungsstromes ab. Man sieht weiter, daß der Kraftfluß auf
der rechten Seite des Scheibenmagnets in jedem beliebigen Punkt in der Zeichenebene
in eine x- und y-Komponente zerlegbar ist. Die y-Komponente des Kraftflusses läßt
sich bei Innenpolmaschinen und die x-Komponente bei Außenpolmaschinen zur Erzeugung
des Drehmoments bzw. zur Induktion verwenden.
-
Fig.4 zeigt ein Beispiel für eine nach der Erfindung gebaute Einphasen-Wechselstrommaschine.
Dabei sind am Umfang eines nicht magnetisierbaren Isolierkörpers 17 gleichmäßig
verteilt untereinander gleiche Zylinderspulen 18 eingesetzt, die miteinander in
Reihe geschaltet und an ihren einzelnen Verbindungspunkten jeweils an Bürstenpaare
19, 20 angeschlossen sind. Dabei sind, wie üblich, so viel Bürstenpaare wie Polpaare
vorgesehen. Die Bürstenschleifen auf dem Kommutator 21, der durch die Hohlwelle
22 mit dem Schleifringpaar 23 verbunden ist, an das die Stromquelle angeschlossen
ist. Auf der Hohlwelle 22 sitzt mit einer Nabe 24 der Scheibenmagnet 25 als Rotor.
Die zum Anlauf der Einphasen-Wechselstrommaschine erforderliche Hilfsschaltung mit
Drosselspule und bzw. Kondensator ist der Übersichtlichkeit halber weggelassen.
Beim Anlegen der Stromquelle an die Schleifringe 23 wird der Scheibenmagnet 25 vom
Drehfeld mitgenommen. Die Maschine entwickelt dabei infolge des Gewichts und des
großen Trägheitsmoments des Scheibenmagnets 25 ein hohes Schwungmoment.
-
In der Ausführung nach Fig.5 läuft bei einer Gleichstrom-Innenpolmaschine
der Rotor 26 zwischen zwei Scheibenmagneten 27, 28. Der Kommutator mit den beiden
Bürsten ist im Loch des rechten Scheibenmagnets 28 untergebracht, das eine Lager
der Maschinenwelle im Loch des linken Scheibenmagnets 27. Dadurch bekommt die Maschine
eine kurze axiale Baulänge. Die Scheibenmagnete 27, 28 mit dem Rotor 26 sitzen in
einem dosenförmigen Gehäuse, das durch einen Deckel geschlossen ist, der das zweite
Rotorlager trägt.
-
Selbstverständlich kann man den Aufbau nach Fig.5 auch für Einphasen-Wechselstrommaschinen
anwenden und dazu beiderseits einer feststehenden Isolierscheibe mit den fremderregten
Außenpolen zwei Scheibenmagnete auf einer gemeinsamen Welle als Läufer rotieren
lassen. Solche Maschinen haben entsprechend vergrößertes Dreh- bzw. Schwungmoment.
-
Der bei der Erfindung verwendete Scheibenmagnet muß nicht unbedingt
ein keramisch gebundener Magnet sein. Es eignen sich alle Magnete genügender Koerzitivkraft.
Es ist auch denkbar, die Scheibenmagnete zusätzlich fremd zu erregen.