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Permanentmagnetische Statorbaueinheit für Elektrokleinmotoren Der
Zweck der Erfindung ist, einen Elektrokleinmotor mit einer dauerma-netischen Statorbaueinheit
zu versehen, die in ihrer Eigenschaft als Statormagnet gegenüber den bekannten Anordnungen,
nämlich der Verwendung eines geschlossenen Dauermagnetringes oder der üblichen an
dessen Stelle angewandten, technisch wenig ,er qualitativen Magnetschalenbauweise
erhebliche technische Vorteile bei geringeren Kosten bietet.
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Bei der Herstellun g von magnetischen Hohlzylindern z. B. aus
Ferriten ist eine ausreichende Maßhaltigkeit, insbesondere bei großen Serien, noch
nicht erreicht. Derartige Magnetringe müssen deshalb regelmäßig einer Nachbehandlung
durch Überschleifen ihrer äußeren und inneren Mantelflächen auf die erforderlichen
Maße unterzogen werden. Ungeschliffene Magnetringe sind selbst bei größeren Serien
untereinander maßlich sehr verschieden. So bewirken sie einerseits einen schlechten
Wirkungsgrad des Motors, weil konstruktiv ein größerer Luftspalt vorgegeben werden
muß, andererseits verhindern sie im Endprodukt eine gleichbleibende Qualität. Die
mit der zwangläufigen Nachbearbeitung verbundenen Arbeitsgänge verursachen gegenüber
ungeschliffenen Magnetringen einen Kostenmehraufwand bis zu 200 "/,. So wird die
Verwendung eines Magnetringes beim Kleinmotor schon in der Kalkulation problematisch.
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Ein seit Jahren besehrittener Ausweg ist, sogenannte Magnetschalen
innerhalb eines Eisenzylinders, der als Magnetschalenträger und gleichzeitig als
magnettischer Rückschlußring dient, anzuordnen.
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Dauermagnetschalen, z. B. aus Ferrit, sind Ringstücke von maximal
110' eines geschlossenen Magnetringes. Die Herstellung ist serienmäßig wesentlich
einfacher als die eines Magnetringes, sofern der genannte Maximalwinkel nicht überschritten
wird. Die erzielte Genauigkeit solcher Magnetschalen ist so groß, daß diese nicht
mehr nachgeschliffen zu werden brauchen. Die Leistung eines Motors mit Magnetschalen
ist jedoch gegenüber einem Motor gleicher Größe mit Ringmagnet bei gleichem Magnetmaterial
um- mindestens 40 0/, gringer. Dies ergibt sich zum größten Teil aus der großen
Volumendifferenz zwischen Ringmagnet und Magnetschalen. In der Praxis werden die
Nachteile dieser Statorausführung vorwiegend aus preislichen Gründen häufig in Kauf
genommen, obwohl zusätzliche Befestigungsmittel für die Magnetschalen erforderlich
sind.
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So werden beispielsweise bei bekannten Ausführungen elektrischer Kleinmaschinen
die zwischen den Enden der Magnetschalen befindlichen tangentialen Zwischenräume
innerhalb des Eisenmantels mit geeigneten, z. B. Mit mehr oder weniger elastischen
Materialien ausgefüllt, die nur dem Zweck dienen,die gegebenenfalls zusätzlich ebenfalls
aus elastischem Magnetwerkstoff bestehenden Magnetschalen mechanisch an die Innenwandung
des Eisenmantels zu pressen. Andere bekannte Haltevorrichtungen gleichen Zweckes
sind metallische Haltekränze, vorstehende Haltenocken in den Lagerschilden usw.
Häufig werden die Magnetschalen auch eingeklebt, welche Maßnahme wiederum einer
sofortigen Weiterverarbeitung des Werkstückes wegen der notwendigen Trocknung hinderlich
ist. Bei diesen Magnetschalen ergibt sich als weiterer Nachteil, daß die neutralen
Zonen infolge des maximalen Magnetschalenwinkels von 110' zu groß sind, so
daß dort keine ausreichende Induktion vorhanden ist. Durch das Vorhandensein derartiger
feld-
freier Gebiete, die man auch als Feldlöcher bezeichnen kann, ergeben
sich bei so aufgebauten Motoren zwangläufig erhebliche Anlaufschwierigkeiten, radiale
Störschwingungen des Ankers und unter anderem auch ein erheblicher Lagerverschleiß.
Als Folge solcher Funktions- und Qualitätsmängel ergibt sich zu deren Beseitigung
die Notwendigkeit weiterer konstruktiver Maßnahmen, wie z. B. verstärkte Motorwellen
und Lager, ein vergrößerter Luftspalt zwischen Stator und Rotorpaket, und daraus
wieder als weitere Folge ein erhöhter Stromverbrauch, eine verkürzte Lebensdauer
und insgesamt eine Erhöhung der Herstellungskosten. Die Kostendifferenz zwischen
dem geschlossenen Magnetring und der Magnetschalenanordnung wird auf diese Weise
geringer.
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Wenn aber höhere technische Anforderungen an einen Kleinmotor gestellt
werden müssen, versagen diese »Verbilligungsmethoden« insbesondere bei Schalenanordnungen.
Soll die Stromaufnahme wegen der Speisung eines Motors aus Kleinelementen möglichst
niedrig gehalten werden oder sollen auch andere Bedingungen, wie Geräuscharmut,
leichter Anlauf, geringes
Volumen usw., erfüllt sein, so mußte bisher
auf den teuren geschliffenen Ringmagneten zurückgegriffen werden. Dessen Anwendung
ist aber insofern noch eingeschränkt, als sein magnetischer Inhalt nach der Magnetisierung
innerhalb seines keramischen Körpers nur noch durch aufwendige Mittel von außen
her verändert -werden kann, wodurch die Herstellung eines gleichmäßigen Produktes
in der Serie, z. B. für den Einbau in Maschinenanordnungen, in Bauelementen für
Relais, in Instrumenten, als magnetischer Kraftspeicher, also überall da, wo es
auf Genauigkeit ankommt, erheblich in Frage gestellt, wenn nicht gar unmöglich gemacht
ist.
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Aus den aufgeführten Beispielen wird die Problematik, wie sie sich
aus der Verwendung von Magnetring oder Magnetschale ergibt, deutlich. Die Schwierigkeiten
äußern sich schließlich in einer Unzahl von Typen auf dem Kleinmotorensektor des
Marktes. Jeder Typ
wird in der Regel für einen bestimmten Gebrauchszweck,
dem er meist gerade noch ausreichend genügt, ent-wickelt, während für viele Zwecke
keine geeigneten Typen vorhanden sind. Die Erfindung bemüht sich über die technische
Aufgabenstellung hinaus, auch diesen Gegebenheiten Rechnung zu tragen.
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Demgemäß bezieht sich die Erfindung auf eine permanentmagnetische
Statorbaueinheit für einen Elektrokleinmotor, dessen Stator aus einem zylindrischen
Eisenrückschlußmantel od. dgl. als Magnetträger mit innen eingelegten Dauermagnetschalen
besteht, die mittels vorgespannter elastischer Zwischeneinlagen gegen die Innenwandung
des Eisenmantels gedrückt sind, so daß die Schalen und die Zwischeneinlagen mit
ihm einen Ring bilden. Erfindungsgemäß wird eine solche Anordnung dadurch
wesentlich verbessert, daß die Zwischeneinlagen selbst als elastisch verformbare
Dauermagnete ausgebildet sind, die an den Berührungsstellen mit den Dauermagnetschalen
und vermöge einer geeignet eingestellten Vorspannung formschlüssig und magnetisch
leitend derart angeschlossen sind, daß ein zusammengesetzter Magnetring als Statorbaueinheit
entsteht, dessen Gesamtdurchflutung sich aus der Summe der Durchflutungen der Ringsegmente
seiner einzelnen Dauermagnetteile zusammensetzt. Hierdurch wird ein verstärktes
Statorfeld bewirkt. Dadurch, daß gegebenenfalls zusätzlich die richtige Einstellung
der Vorspannung der elastischen Zwischeneinlagen kontinuierlich-veränderlich mit
Hilfe von geringfügigen Mitteln, wie z. B. durch mindestens eine Einstellschraube
erfolgt, wird außerdem gleichzeitig eine kontinuierlich-veränderliche Beeinflussung
des Motorfeldes erzielbar und insbesondere eine optimale Einstellung desselben ermöglicht.
Bei der für einen jeweiligen Zweck geeigneten Vorspannung handelt es sich hauptsächlich
um die Einstellung der einzelnen Teile der Statorbaueinheit an den Berührungsstellen
bzw. an diesen befindlichen Luftspalten.
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Die F i g. 1 und 2 zeigen zum Vergleich einen an sich bekannten
Magnetring 1, z. B. aus Ferritmaterial mit einigen Zusätzen, der von einem
Eisenrückschlußmantel 2 umgeben ist, während F i g. 3 die Erfindung darstellt,
wobei in einem Eisenmantel 3 die Dauermamagnetschalen 4 und 5 aus
Ferrit od. dgl. mit dauermagnetisch-elastischen Zwischeneinlagen 6 und
7 befestigt sind. Die Teile der F i g. 3 bilden ebenfalls einen Magnetring,
der in der Lage ist, in technischer und wirtschaftlicher Hinsicht den in F i
g. 1 und 2 erläuterten geschlossenen Magnetring zu ersetzen, ohne dessen
vorbeschriebene Nachteile in Kauf nehmen zu müssen. - Darüber hinaus besteht
infolge der Elastizität der magnetischen Zwischeneinlagen 6 und
7 die Möglichkeit, mit geringen Mitteln, wie oben erläutert, mindestens einer
Einstellschraube 18 der F i g. 4, die in ein gewindeloses Loch mindestens
einer magnetischen Zwischeneinlage eingeschraubt ist, die Vorspannung derselben
zu verändern.
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Wird eine größere Bereichsveränderung der Vorspannung benötigt, so
ist längs der Innenfläche einer Zwischeneinlage eine elastische Eisenplatte
19 (F i g. 5)
mit einem etwa in der Mitte befindlichen durchgezogenen
Gewindeloch einzulegen, wobei der durchgezogene Gewindeansatz in die elastische
Zwischeneinlage beim Anschrauben mittels der Einstellschraube 18 eingedrückt
wird. Auf diese Weise ist die Zwischeneinlage in Richtung auf den Schraubenkopf
bzw. axial zu der Schraube und in Richtung auf die Stirnflächen der Magnetschalen
zusammenpreß- und wieder lösbar gemacht. Die sich daraus ergebenden Funktionseinflüsse
sind bereits dargelegt.
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Eine noch größere Wirkung der vorstehenden Abstimmvorrichtung ist
dadurch erzielbar, daß der Eisenmantel aus elastischem Material besteht, z. B. aus
Blech, besser noch aus hochpermeablem Blech mit magnetischer Vorzugsrichtung in
Richtung um die Außenflächen der Magnetteile. Durch Betätigung der Einstellschraube
werden nämlich alle Teile der Statorbaueinheit zueinander elastisch beweglich und
somit kontinuierlich veränderlich einstellbar. Die Veränderung des magnetischen
Motorfeldes wird durch das elastische Eisenmantelblech 20, das sich mehr oder weniger
an die Außenflächen aller Einlagen anpressen kann, wesentlichvergrößert,wie ohne
weiteres erkennbar ist. F i g. 5 zeigt einen Schnitt durch die Statorbaueinheit,
und zwar durch die Mitte und parallel zu ihren Stirnflächen.
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Die Verwendungsmöglichkeit der Statorbaueinheit kann ferner dadurch
erhöht werden, daß in jeder elastischen Zwischeneinlage eine Einstellvorrichtung
eingebaut ist.
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Auf noch breiterer Basis wird die Verwendungsmöglichkeit gestellt,
wenn mehrere Einstellvorrichtungen längs der Zylinderhöhe angebracht werden. Dabei
kann eine gemeinsame Eisenplatte 19 mit entsprechenden Gewindelöchern oder
mehrere Eisenplatten entsprechend der Zahl der Einstellschrauben verwendet werden.
Auf diese Weise ist nämlich außer einer weitgehenden Beeinflussung der Induktion
im Motorfeld auch noch die Induktion längs der Zylinderhöhe des Motorfeldes an die
jeweiligen Erfordernisse einstell-und anpaßbar, die z. B. bei Motoren mit axialer
Ankerverschiebung bisher sehr erwünscht war, ohne bisher eine augenscheinlich billige
wirtschaftliche Lösung dem Stande der Technik nach zur Verfügung zu haben.
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Zweckdienliche Weiterbildungen des Gegenstandes der Erfindung sind
unter anderem folgende: Erfindungsgemäß besteht zunächst eine Möglichkeit, für die
Dauermagneteinlagen 5 und 6 handelsübliches weichelastisches Dauermagnetmaterial
zu verwenden. In der Regel sind bei zwei vorhandenen Dauermagnetschalen auch zwei
weichelastische Dauermagnetzwischeneinlagen erforderlich. Diese pressen vermöge
ihrer elastischen Eigenschaft unter Vorspannung die Dauermagnetschalen gegen die
Innenwandung des Eisenmantels, ein Vorgang, der bei den bereits beschriebenen
elastischen Zwischeneinlagen nichtmagnetischer Art bekannt ist und sich durch einfache
Handhabung und Billigkeit auszeichnet.
Eine andere Weiterbildung
des Gegenstandes der Erfindung möge dem Zweck dienen, an den Berührungsstellen zwischen
den Dauermagnetschalen und den weichelastischen Dauermagnetzwischeneinlagen, nämlich
an den Querschnittsstirnflächen beider - dargestellt mit 8,9, 10 und
11 in F i g. 3,6 und 7 -, einen möglichst geringen magnetischen
Übergangswiderstand bei guter mechanischer Verbindung an den Berührungsstellen der
Magnetteile zu erzielen. Das erfindungsgemäße Merkmal besteht hierfür darin, daß
die Querschnittsflächen, einer jeden Dauermagnetschale 4 bzw. 5 (F i
g. 3, 6 und 7), an denen sie mit den weichelastischen Dauermagnetzwischeneinlagen
6 und 7 in montiertem Zustand unter Vorspannung zusammengefügt sind,
größer gestaltet sind als ihre Höhenquerschnittsflächen, angedeutet in F i
g. 6 und 7 und umgrenzt mit den gestrichelten Linien 12 und
13. Erreicht wird dies durch auf sie aufgebrachte Unebenheiten in regelmäßig
gemusterter oder unregelmäßiger Form, wie Riffelungen, Wellungen, Aufrauhungen usw.
In diese Unebenheiten wird das weichelastische Dauermagnetmaterial vermöge seiner
Elastizität eingepreßt, so daß sich auch seine eigenen Querschnittsstirnflächen
von selbst mitvergrößern und somit eine innige kinematische und damit gute magnetische
Verbindung mit den Querschnittsstirnflächen der Dauermagnetschalen entstehen läßt.
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Erfindungsgemäß lassen sich die vorerwähnten Zwischeneinlagen stofflich
an Stelle von weichelastischen auch aus hartelastischen Dauermagnetmaterialien und
in diesen entsprechenden Formen ausbilden und herstellen. Vorzugsweise verwendet
man hartelastische dauermagnetische Materialien hochpermeabler Art, beispielsweise
in Form von gestanzten und eventuell beim Stanzen gleichzeitig gebogenen oder vorgebogenen
Blechen. In F i g. 8 sind solche Zwischeneinlagen dargestellt und mit 14
und 15 bezeichnet. Die erforderliche federnde Wirkung der Zwischeneinlagen,
durch die die Dauermagnetschalen gegen die Innenwandung des Eisenmantels gedrückt
und so gehalten werden, ist aus der dargestellten Formgebung ohne weiteres ersichtlich.
Eine vorteilhafte Vereinfachung ergibt sich in F i g. 9 durch die mit
16 bezifferte Formgebung des hochpermeablen magnetisierbaren Bleches. In
dem einen oder anderen Falle einer Motorkonstruktion kann die Verwendung dieser
Zwischeneinlagen an Stelle von magnetisierbaren weichelastischen Stoffen eine erhöhte
Einsparung einbringen, wenn z. B. der Eisenmantel aus dem gleichen Material hergestellt
wird wie die Zwischeneinlage und diese mit der Herstellung des Eisenmantels in einem
nachfolgenden Fertigungsgang mit derselben Maschine hergestellt wird. Eine Austauschbarkeit
gegen weichelastische Dauermagnetstoffe ist zusätzlich zu der genannten Einsparung
gegeben.
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Für die verbilligte Herstellung eines Elektrokleinmotors ist es zweckdienlich,
die oben beschriebene Statorbaueinheit so auszubilden, daß sie gleichzeitig einen
wesentlichen Teil des Motorgehäuses darstellt, indem der Eisenmantel stirnseitig
derart über die Magnetteile hinaus verlängert wird (vgl. 2 in F i g. 10),
daß
er die Lagerschilde aufnehmen und tragen kann. Versieht man die Enden des Eisenmantels
mit Sicken 17a bis 17d od. dgl., so können die Lagerschilde durch einfaches
Eindrücken verdrehungssicher in die Verlängerungen des Eisenmantels einschnappen
und auf diese Weise mit ihm einen geschlossenen Motorkörper bilden, ohne daß ein
gesondertes Motorgehäuse benötigt wird. Es sei darauf hingewiesen, daß diese doppelte
Ausnützung des Eisenmantels als Motorgehäuseteil auch für jeden beliebigen Kleinmotor
verwendbar ist.
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Zur Befestigungsweise der Lagerschilde nach F i g. 10
sei bemerkt, daß eine ähnliche bei einem »Glockenmagnet« bekanntgeworden ist. Über
einen Eisenrückschlußmantel, der über den Statormagnet ein wenig hinausrag und der
an seinen stirnseitigen Enden außen mit eingedrehten Sicken versehen ist, werden
Lagerschilde gezogen und in den Sicken nach Art des Verschlusses einer Konservenbüchse
eingebördelt. Die Bördelwülste lassen ein Öffnen und Wiederverschließen zu Reparatur-
und Wartungszwecken nicht zu. Deshalb ist die in der vorliegenden Erfindung in F
i g. 10 und der zugehörigen Beschreibung angegebene Befestigungsweise ein
wesentlicher Fortschritt, der einer längeren Lebensdauer bei sehr geringen Reparaturkosten
zugute kommt.
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Erfindungsgemäß ergibt sich ein Verfahren, das für eine verbilligte
Herstellung von Elektromotoren über den Rahmen der Vorbeschreibung hinaus anwendbar
ist, nämlich die vereinfachte Herstellung von Dauermagnetstatoren bzw. deren Dauermagneteinlagen
und Zwischeneinlagen aus dauermagnetisch-weich- oder -hartelastischem Material beliebiger
Länge, aus dem lediglich durch einfaches maschinell-automatisches Abhacken, Stanzen
und gegebenfalls gleichzeitiges Verformen von Abschnitten gleicher oder anderer
Länge ein gewünschtes Endprodukt eines Magnetteiles und ein anschließend folgendes
Zusammensetzen der Teile zu einer Statorbaueinheit zustande kommt.
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Eine zweckdienliche Weiterbildung erfährt dieses Verfahren, indem
die vorstehend beispielsweise genannten Materialien bzw. deren Halbzeuge längs und/oder
quer ihres Materials mit Kennzeichen zur Einsatzorientierung und gegebenenfalls
auch mit Greifmarken, wie Erhöhungen, Vertiefungen, Durchbrüchen, Kerben, Aussparungen
u. dgl., versehen sind, die in der Hauptsache ihrer Bewegungssteuerung beim Ablauf
einer vollautomatischen Fertigung dienen.