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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine zum Umwandeln
mechanischer in elektrische Energie oder umgekehrt.
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Der
Stator einer z. B. aus der
DE
23 47 856 A1 bekannten Maschinen weist üblicherweise eine gerade Anzahl
kreisbogenförmiger
Magnete aus einem Hartferrit-Material auf. So sind beispielsweise
elektrische Maschinen mit zwei oder vier Magneten bekannt, sogenannte
zweipolige oder vierpolige Ausführungsformen.
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Der
Anker dieser bekannten Maschinen weist üblicherweise eine gerade Anzahl
von Ankerzähnen
und damit auch eine gerade Nutenzahl auf. Die Anzahl von Ankerzahnen
und Nuten kann aber auch ungerade sein, es sind sogar elektrische
Maschinen bekannt, insbesondere Gleichstrom-Kleinmotoren mit lediglich
einem Ankerzahn. Die Ankerzähne
der bekannten elektrischen Maschinen sind in der Regel T-förmig ausgebildet.
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Es
sind elektrische Maschinen bekannt, die Magnete mit einer in radialer
Richtung konstanten Magnetdicke aufweisen. Dabei ist der Abstand
in radialer Richtung zwischen der Außenkante des Ankers und den Innenkanten
der Magnete konstant. Derartige Maschinen haben jedoch den Nachteil,
dass sich der magnetische Fluss an den in tangentialer Richtung äußeren Enden
der Magnete schlagartig ändert.
Das führt
dazu, dass sich der Anker ruckartig bewegt und der Anker beim Drehen
um die Drehachse sozusagen zwischen einer Nut und der nächsten weiterspringt.
Diese äußerst störende Eigenschaft
wird als Nutdrehmoment bezeichnet. Das Nutdrehmoment ist ein Drehmoment,
das bei der Rotation des Ankers um die Drehachse auftritt und sich
als Funktion des Drehwinkels entsprechend der Nutenzahl periodisch
wiederholt.
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Um
das Nutdrehmoment zu reduzieren, ist es aus dem Stand der Technik
bekannt, die einzelnen Ankerbleche des Ankers nicht unter gleichem
Winkel, sondern leicht gegeneinander versetzt aufeinanderzupressen,
so dass der fertige Anker geschrägte
Nuten aufweist. Diese Maßnahme
bedeutet jedoch einen erheblichen Aufwand bei der Herstellung der
Ankerbleche und beim Zusammensetzen des Ankers und kann nicht zu einer
Befriedigenden Reduzierung des Nutdrehmoments führen.
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Zur
Reduzierung des Nutdrehmoments ist es aus dem Stand der Technik
des Weiteren bekannt, die Dicke der Magnete an den in tangentialer
Richtung äußeren Enden
der Magnete zu reduzieren. Dazu wird die radial nach innen gerichtete
kreisbogenförmige
Kontur der Magnete zu den äußeren Enden
hin abgeflacht. Elektrische Maschinen mit derart abgeflachten Magneten
haben zwar ein reduziertes Nutdrehmoment, sie weisen aber andere
Nachteile auf. So erreicht der magnetische Fluss lediglich genau
in der Mitte der abgeflachten Magnete, wo diese noch ihre ursprüngliche
Magnetdicke aufweisen, einen zufriedenstellenden Wert. Bereits bei
einer geringfügigen
Auslenkung aus dieser Mittelstellung weisen diese Magnete einen
reduzierten magnetischen Fluss auf, der an den äußeren Enden der Magnete seinen
kleinsten Wert erreicht. Insgesamt weisen elektrische Maschinen
mit derart abgeflachten Magneten einen geringen magnetischen Fluss
auf. Da der magnetische Fluss jedoch ein wichtiger Faktor für die maximale
Leistung einer elektrischen Maschine ist, haben diese elektrischen
Maschinen auch eine geringere maximale Leistung. Um diesen Leistungsverlust
auszugleichen, müssen
die elektrischen Maschinen mit derart abgeflachten Magneten größer dimensioniert
werden.
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Aus
der
DE 35 23 755 A1 ist
eine elektrische Maschine zum Umwandeln mechanischer in elektrische Energie
oder umgekehrt bekannt, die einen um eine Drehachse rotierbar gelagerten
Anker aufweist, der mehrere rotationssymmetrisch um die Drehachse
angeordnete, durch Nuten voneinander getrennte und in der Rotationsebene
liegende Ankerzähne
aufweist, und mit einem Stator versehen ist, der kreisbogenförmige Magnete
aufweist, die den Anker von außen
umgeben, welche darüber
hinaus auch Magnete mit einer konstanten Magnetdicke im Mittelbereich
der Segmente und einem Flankenbereich aufweist, der zum Segmentrand
hin eine abnehmende Magnetdicke aufweist.
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Dabei
muss es zwischen dem Mittelbereich und den Flankenbereichen des
Querschnitts jeweils einen Übergang
geben, dessen Orientierung durch imaginäre Grenzlinien relativ zur
Drehachse, beschrieben werden kann, wonach die Magnetgeometrie anhand
von Zentralwinkeln bemessen werden kann.
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Die
FR 27 34 101 A1 zeigt
noch eine elektrische Maschine mit Magnetsegmenten, welche an dem
Vielfachen der Nutteilung bemessen sind, wobei jedoch ein Mittelbereich
mit konstanter Magnetdicke fehlt.
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Ausgehend
von der
DE 35 23 755
A1 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine elektrische
Maschine der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden,
dass das Nutdrehmoment entscheidend reduziert wird, ohne dass es
zu einem Leistungsverlust der elektrischen Maschine kommt.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer
Maschine gelöst,
die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
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Erfindungsgemäß ist erkannt
worden, dass das Nutdrehmoment bei elektrischen Maschinen besonders
gering ist, bei denen die Mittelbereiche der Magnete mit einer konstanten
Magnetdicke jeweils einen oder mehrere Ankerzähne vollständig überdecken, d. h. bei denen
die Mittelbereiche der Magnete in tangentialer Richtung jeweils
von einer Nut genau zu der benachbarten oder einer der darauffolgenden
Nuten reichen.
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Aufgrund
der in tangentialer Richtung zu den äußeren Enden der Flankenbereiche
hin abnehmenden Magnetdicke weist die erfindungsgemäße elektrische
Maschine eine geringe Steilheit des Magnetflussanstiegs an den äußeren Enden
auf. Dadurch können
die Drehmomentschwankungen stark reduziert werden. Außerdem führt die
besondere Ausbildung der Magnete zu einer geringeren Funkstörspannung.
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Durch
den Einsatz eines Ankers mit geschrägten Nuten kann bei der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine
das Nutdrehmoment weiter reduziert werden. Andererseits erleichtert
der Einsatz eines Ankers mit ungeschrägten Nuten die Herstellung
der einzelnen Ankerbleche und das Aufeinanderpressen der Ankerbleche
zur Herstellung des Ankers. Außerdem
ist bei ungeschrägten
Nuten im Gegensatz zu geschrägten
Nuten der Einsatz von aus Kunststoff gespritzten Nutisolationen
oder Papierisolationen problemlos möglich.
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Aufgrund
des reduzierten Nutdrehmoments ist die erfindungsgemäße elektrische
Maschine besonders geräuscharm,
da die Eigenanregung des die elektrische Maschine umschließenden Statorjochs
und damit der Körperschall
gering ist.
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Darüber hinaus
unterliegt das Anzugsmoment der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine in
vorteilhafter Weise äußerst geringen
Schwankungen. Dies ist besonders wichtig beim Einsatz der erfindungsgemäßen elektrischen
Maschine als Fensterhebermotor. Dieser sollte nämlich stets ein vom Drehwinkel
unabhängiges
konstantes Drehmoment liefern, um eine zuverlässige Funktion eines Einklemmschutzes
mittels Überwachung
des Motorstroms sicherzustellen.
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Die
besondere Ausbildung der Magnete ist für alle Arten von elektrischen
Maschinen vorteilhaft, unabhängig
davon, ob sie eine gerade oder eine ungerade Nutenzahl aufweisen.
Bei elektrischen Maschinen mit einem Anker mit ungerader Nutenzahl
kann der Mittelbereichswinkel jedoch außer gleich dem Winkel einer Nutteilung
des Ankers oder einem Vielfachen des Winkels einer Nutteilung auch
gleich dem Winkel einer halben Nutteilung des Ankers oder einem
Vielfachen des Winkels einer halben Nutteilung sein.
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Vorteilhafterweise
ergibt sich die Abnahme der Magnetdicke der Flankenbereiche aus
einer Vergrößerung des
Abstands in radialer Richtung zwischen der Außenkante des Ankers und den
Innenkanten der Magnete.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass
die Magnete im Mittelbereich einen Außenradius R und einen Innenradius
r aufweisen, dass die Flankenbereiche zu den Magnetkanten hin im
Querschnitt durch imaginäre,
die Drehachse rechtwinklig schneidende Verbindungslinien begrenzt
sind, und dass die Grenzlinie und die Verbindungslinie jeweils eines
Flankenbereichs einen Magnetkantenwinkel β einschließen, für den gilt:
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Der
Magnetkantenwinkel β ist
vorzugsweise gleich dem Winkel einer halben Nutteilung des Ankers oder
einem Vielfachen des Winkels einer halben Nutteilung. Dies bedeutet,
dass bei einem Anker mit N Nuten der Magnetkantenwinkel β = n·180°/N beträgt, wobei
n eine ganze positive Zahl ist. Dadurch kann das Nutdrehmoment weiter
reduziert werden.
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Bei
dem maximalen Magnetkantenwinkel βmax haben die Flankenbereiche der Magnete
die geringste Magnetdicke h. In der Praxis hat sich gezeigt, dass
eine Reduzierung der Magnetdicke h über H/2 hinaus keine wesentlichen
Auswirkungen auf die elektrische Maschine bezüglich einer Reduzierung des
Nutdrehmoments hat. Aus diesem Grund ist die Magnetdicke h der Magnete
an den Magnetkanten der Flankenbereiche bei dem maximalen Magnetkantenwinkel βmax vorteilhafterweise
gleich der halben Magnetdicke H der Mittelbereiche der Magnete (h(β = βmax)
= H/2).
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Vorteilhafterweise
sind die Flankenbereiche im Querschnitt der Magnete radial nach
außen
durch die Verlängerung
der Kreisbogenlinie mit dem Außenradius
R der Mittelbereiche begrenzt. Radial nach innen sind die Flankenbereiche
der Magnete durch konkave Kreisbogenlinien mit dem Radius r begrenzt.
Der Radius r der konkaven Kreisbogenlinien ist gleich dem Innenradius
r der Mittelbereiche der Magnete.
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Die
konkaven Kreisbogenlinien verlaufen jeweils von einem ersten zu
einem zweiten Punkt. Der erste Punkt ergibt sich, indem ein Schnittpunkt
zwischen der Verlängerung
der Kreisbogenlinie mit dem Außenradius R
und der Verbindungslinie bei dem maximalen Magnetkantenwinkel auf
der Verbindungslinie um die halbe Magnetdicke der Mittelbereiche
radial nach innen verschoben wird. Der zweite Punkt ergibt sich
aus dem Schnittpunkt der Kreisbogenlinie mit dem Innenradius r und
der Grenzlinie.
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Die
vorgenannten Maßnahmen
führen
einzeln zu einer zum Teil erheblichen Reduzierung des Nutdrehmoments
der erfindungsgemäßen elektrischen
Maschine. Für
eine größtmögliche Reduzierung
des Nutdrehmoments empfiehlt sich eine Kombination von zweien oder
mehreren der oben vorgeschlagenen Maßnahmen.
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In
tangentialer Richtung werden die Flankenbereiche durch Magnetkanten
begrenzt. Die Kontur der Magnetkanten ist vorteilhafterweise dreiecksförmig ausgebildet.
Dadurch ergeben sich Vorteile bei der Magnetherstellung und bei
der Befestigung des Magnete. Die Kontur der Magnetkanten der Flankenbereiche
kann aber auch kreisbogenförmig
ausgebildet sein. Die kreisbogenförmige Kontur der Magnetkanten
stellt den exakten mathematischen Kantenverlauf dar, der eine optimale
Reduzierung des Nutdrehmoments ermöglicht. Selbstverständlich können diese
kreisbogenförmigen
Kantenverläufe
ohne nennenswerte negative Folgen auf die Eigenschaften der elektrischen
Maschine auch durch Geraden entsprechend angenähert werden.
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Um
die Reduzierung des Nutdrehmoments weiter zu optimieren, ist es
außerdem
vorteilhaft, wenn die Flankenbereiche eines Magneten spiegelsymmetrisch
zueinander ausgebildet sind.
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Die
Vorteile der erfindungsgemäßen elektrischen
Maschine kommen ganz besonders bei Elektromotoren, insbesondere
bei Fensterhebermotoren für
den Einsatz in Kraftfahrzeugen zum Tragen. Diese können dank
des niedrigen Nutdrehmoments stets ein vom Drehwinkel unabhängiges konstantes
Drehmoment liefern. Dadurch wird eine zuverlässige Funktion des Einklemmschutzes
mittels Überwachung
der Stromaufnahme des Fensterhebermotors sichergestellt. Es ist
jedoch auch denkbar, die erfindungsgemäße elektrische Maschine als
Generator auszubilden.
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Vorteilhafterweise
bestehen die Magnete der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine aus
Hartferrit-Material oder aus Seltenerde-Material. Diese Materialien
haben eine magnetische Permeabilität von annähernd 1. Magnete aus Hartferrit
werden aus einem bestimmten Keramikmaterial gesintert und können deshalb auf
einfache Weise in nahezu beliebigen Formen hergestellt werden.
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Es
gibt nun verschiedene Möglichkeiten,
die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten
und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die Unteransprüche, andererseits
auf die nachfolgende Erläuterung
zweier Ausführungsbeispiele
der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit
der Erläuterung
der bevorzugten Ausführungsbeispiele
der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im allgemeinen bevorzugte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der beanspruchten elektrischen
Maschine erläutert.
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In
der Zeichnung zeigen:
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1 eine
erfindungsgemäße elektronische
Maschine in zweipoliger Ausführung
im Querschnitt gemäß einer
ersten Ausführungsform;
und
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2 eine
erfindungsgemäße elektronische
Maschine in zweipoliger Ausführung
im Querschnitt gemäß einer
zweiten Ausführungsform.
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In 1 ist
eine erfindungsgemäße elektronische
Maschine zum Umwandeln von mechanischer in elektrische Energie oder
umgekehrt gemäß einer
ersten Ausführungsform
in ihrer Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnet.
Die elektrische Maschine 1 umfaßt einen Stator und einen Rotor.
Ein Statorjoch 7 und zwei kreisbogenförmige Magnete 3, die
an der Innenseite des Statorjochs 7 befestigt sind, sind
Bestandteile des Stators. Ein um eine Drehachse 2 rotierbar
gelagerter Anker 11 (vgl. 2) ist Bestandteil
des Rotors. Aus Gründen
der besseren Übersichtlichkeit
ist der Anker 11 in 1 nicht
dargestellt.
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Die
Magnete 3 bestehen aus einem Hartferrit-Material. Sie weisen
jeweils einen Mittelbereich 4 mit einer in radialer Richtung
konstanten Magnetdicke H auf. Der Mittelbereich 4 eines
jeden Magneten 3 geht in tangentialer Richtung zu beiden
Seiten jeweils in einen Flankenbereich 5 über, der
zu seinen in tangentialer Richtung äußeren Magnetkanten 6 hin
eine abnehmende Magnetdicke h aufweist.
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Im
Bereich der Flanken 5 weisen die Magnete 3 einen
Abstand 8 zu dem Statorjoch 7 auf. Dieser Abstand 8 führt bei
der erfindungsgemäßen elektrischen
Maschine 1 zu einer Reduzierung das Hutdrehmoments.
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Der
Mittelbereich 4 der Magnete 3 wird zu den Flankenbereichen 5 hin
durch imaginäre,
die Drehachse 2 rechtwinklig schneidende Grenzlinien 9 begrenzt.
Die Grenzlinien 9 jeweils eines Magneten 3 schließen einen
Mittelbereichswinkel ψ ein.
Um eine optimale Reduzierung des Nutdrehmoments zu ermöglichen,
ist der Mittelbereichswinkel ψ abhängig von
der Anzahl der Nuten des Ankers 11 zu wählen. Wie der Mittelbereichswinkel ψ genau zu
wählen
ist, wird anhand von 2 beschrieben.
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Die
Magnete
3 weisen im Mittelbereich
4 einen Außenradius
R und einen Innenradius r auf. Von den Magnetkanten
6 zu
der Drehachse
2 verlaufen imaginäre Verbindungslinien
10.
Die Verbindungslinie
10 und die Grenzlinie
9 jeweils
eines Flankenbereichs
5 schließen einen Magnetkantenwinkel β ein. Der
Magnetkantenwinkel β ist
abhängig
von dem Außenradius
R und dem Innenradius r der Mittelbereiche
4 der Magnete
3 zu
wählen.
Der maximale Magnetkantenwinkel β
max ergibt sich aus der Gleichung:
und der minimale Magnetkantenwinkel β
min aus
der Gleichung:
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In 2 ist
ein Ausschnitt einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine 1 gemäß einer
zweiten Ausführungsform
dargestellt. Soweit in 2 die gleichen Bauteile wie
in 1 dargestellt sind, werden übereinstimmende Bezugszeichen
verwendet.
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In 2 ist
der um die Drehachse 2 rotierbar gelagerte Anker 11 der
elektrischen Maschine 1 dargestellt. Der Anker 11 weist
acht rotationssymmetrische um die Drehachse 2 angeordnete,
durch Nuten 12 voneinander getrennte und in der Rotationsebene
liegende Ankerzähne 13 auf.
Die kreisbogenförmigen
Magnete 3 sind äquidistant
zu der Drehachse 2 um den Anker 11 herum angeordnet.
Der Abstand 8 ist in 2 zwischen
den Innenkanten der Flankenbereiche 5 der Magnete 3 und
der Außenkante
des Ankers 11 ausgebildet.
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Um
eine optimale Reduzierung des Nutdrehmoments zu ermöglichen,
ist der Mittelbereichswinkel ψ bei
elektrischen Maschinen 1 mit einem Anker 11 mit
gerader Nutenzahl (in dem Ausführungsbeispiel
aus 2 beträgt
die Nutenzahl N = 8) gleich einer Nutteilung oder einem Vielfachen
einer Nutteilung.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
aus 2 ist der Mittelbereichswinkel ψ gleich
dem Zweifachen einer Nutteilung (ψ = 360°·2/8 = 90°).
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Um
eine optimale Reduzierung des Nutdrehmoments der erfindungsgemäßen elektrischen
Maschine 1 zu ermöglichen,
ist der Magnetkantenwinkel β gleich
einer halben Nutteilung des Ankers 11 oder einem Vielfachen
einer halben Nutteilung zu wählen.
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Bei
dem maximalen Magnetkantenwinkel βmax = β1 + β2 haben die Flankenbereiche 5 der
Magnete 3 die geringste Magnetdicke h, nämlich die
halbe Magnetdicke H der Mittelbereiche 4 der Magnete 3 (h(β = βmax) =
H/2).
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Anhand
von Beispielswerten (r = 14,8 mm, R = 19 mm) lassen sich die Grenzen β
max und β
min für den Magnetkantenwinkel β berechnen.
Für den
maximalen Magnetkantenwinkel ergibt sich
und für den minimalen Magnetkantenwinkel
ergibt sich
βmin = 1/2·βmax =
1/2·35° = 17,5°. -
In 2 entspricht βmin = β1 und βmax = β1 + β2.
Um eine besonders wirkungsvolle Reduzierung des Nutdrehmoments zu
bewirken, ist der Magnetkantenwinkel β gleich einer halben Nutteilung
gewählt
worden. Somit gilt in dem vorliegenden Beispiel für den Magnetkantenwinkel β =
180°/N =
180°/8 =
22,5°.
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An
den Magnetkanten 6 der in tangentialer Richtung äußeren Enden
der Flankenbereiche 5 ist die Magnetdicke h bei dem maximalen
Magnetkantenwinkel βmax gleich der halben Magnetdicke H der Mittelbereiche 4 der
Magnete 3 (h(β = βmax)
= H/2).
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Die
Mittelbereiche 4 der Magnete 3 werden radial nach
außen
durch eine Kreisbogenlinie 14 mit dem Außenradius
R und radial nach innen durch eine Kreisbogenlinie 22 mit
dem Innenradius r begrenzt.
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Die
Flankenbereiche 5 der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine 1 sind
radial nach außen
durch die Verlängerung
der Kreisbogenlinie 14 mit dem Außenradius R der Mittelbereiche 4 begrenzt.
Radial nach innen sind die Flankenbereiche 5 durch eine
konkave Kreisbogenlinie 15 mit dem Radius r begrenzt. Der
Radius r der konkaven Kreisbogenlinie 15 ist gleich dem
Innenradius r des Mittelbereichs 4. Die konkave Kreisbogenlinie 15 verläuft von
einem ersten Punkt 16 zu einem zweiten Punkt 17.
Der erste Punkt 16 ergibt sich, indem ein Schnittpunkt
zwischen der Verlängerung
der Kreisbogenlinie 14 mit dem Außenradius R und der Verbindungslinie 21 bei
dem maximalen Magnetkantenwinkel βmax auf der Verbindungslinie 21 um
die halbe Magnetdicke H der Mittelbereiche 4 radial nach
innen verschoben wird. Der zweite Punkt 17 ergibt sich
aus dem Schnittpunkt der Kreisbogenlinie 22 mit dem Innenradius
r und der Grenzlinie 9. Die Mittelpunkte der beiden in 2 dargestellten
konkaven Kreisbogenlinien 15 sind mit 18 bezeichnet.
In tangentialer Richtung werden die Flankenbereiche 5 durch
die Magnetkanten 6 der äußeren Enden 6 begrenzt.
Die Kontur der Magnetkanten 6 ist dreieckförmig ausgebildet.
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Zur
Optimierung der Magnete 3 einer elektrischen Maschine 1 abhängig von
den Abmessungen des Ankers 11 sind die folgenden Schritte
durchzuführen:
- a) Festlegen der Abmessungen des Ankers 11
- b) Festlegen des Mittelbereichs 4 der Magnete 3.
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Mit
bekanntem Luftspalt und gegebener Magnetdicke H sind der Außenradius
R und der Innenradius r der Magnete 3 festgelegt. Der Außenradius
R ist über
den gesamten Polwinkel (ψ +
2·β) der Magnete 3 konstant.
Der Mittelbereich 4 ist durch die konstante Magnetdicke
H gegeben. Der Innenradius r ist deshalb nur im Mittelbereich 4 der
Magnete 3 konstant. In tangentialer Richtung wird der Mittelbereich 4 durch
zwei Grenzlinien 9 begrenzt, die zu der Drehachse 2 führen und
diese senkrecht schneiden. Der Mittelbereichswinkel ψ, den die
beiden Grenzlinien 9 einschließen, muss bei gerader Nutenzahl
gleich dem Winkel einer Nutteilung des Ankers 11 oder einem
Vielfachen davon sein.
- c) Festlegen des möglichen
Bereichs, in dem die Magnetkanten 6 eines in tangentialer
Richtung äußeren Endes
eines Flankenbereichs 5 liegen
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Führt man
die Kreisbogenlinie 14 mit dem Außenradius R der Mittelbereiche 4 an
der Grenzlinie 9 als eine Gerade weiter, d. h. man legt
an der Kreisbogenlinie 14 mit dem Außenradius R eine Tangente 19 senkrecht
zu der Grenzlinie 9 an, ergibt sich ein Schnittpunkt 20 mit
einer imaginären
Kreisbogenlinie um die Drehachse 2 mit einem Radius R', der gleich dem
Außenradius
R plus der Magnetdicke H ist (R' =
R + H). Eine Verbindungslinie 21 von diesem Schnittpunkt 20 zur
Drehachse 2 und die Grenzlinie 9 des Flankenbereichs 5 schließen den
maximalen Magnetkantenwinkel βmax ein. Der Schnittpunkt zwischen der Kreisbogenlinie 14 mit dem
Außenradius
R und der Verbindungslinie 21 ergibt die äußere mögliche Ecke
des zu bestimmenden Bereichs, in dem die Magnetkanten 6 der
Flankenbereiche 5 liegen dürfen. Die Magnetdicke h an
dieser Ecke ist gleich der halben maximalen Magnetdicke H der Mittelbereiche 4.
Damit liegt auch die innere mögliche
Ecke 16 der Magnete 3 fest.
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Es
fehlt noch die Innenkontur der Magnete 3 im Bereich der
Flanken 5 zwischen diesem ermittelten Punkt 16 und
dem Schnittpunkt 17 zwischen der Kreisbogenlinie 22 mit
dem Innenradius r und der Grenzlinie 9. Durch beide Punkte 16, 17 wird
eine konkave Kreisbogenlinie 15 mit dem Radius r gelegt.
Damit liegt die mögliche
Kontur der Magnete 3 fest.
- d) Festlegen
der optimalen Verläufe
der Magnetkanten 6 an den in tangentialer Richtung äußeren Enden der
Flankenbereiche 5
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An
den Flankenbereichen 5 geht die Flussdichte wegen des größer werdenden
Abstands 8 zwischen der Außenkante des Ankers 11 und den
Innenkanten der Flankenbereiche 5 der kreisbogenförmigen Magnete 3 zurück. Die
damit verbundene Schwächung
des magnetischen Flusses soll möglichst
gering bleiben. Aus diesem Grund wird der Magnetkantenwinkel β so gewählt, daß er dem
Winkel einer halben Nutteilung entspricht. Die Ausbildung der Kontur
der Magnetkanten 6 der Flankenbereiche 5 hat nur
einen geringen Einfluß auf
das Nutdrehmoment oder auf den magnetischen Fluß der elektrischen Maschine 1.
Durch eine besondere Ausbildung der Magnetkanten 6 der äußeren Enden
der Flankenbereiche 5 können
aber Vorteile bei der Herstellung und der Befestigung der Magnete 3 erzielt
werden. Die Magnetkanten 6 dürfen jedenfalls nicht außerhalb
des festgelegten Bereichs (schraffierter Bereich in 2)
verlaufen, da es sonst zu einer Verschlechterung des magnetischen
Flusses oder einer Erhöhung
des Nutdrehmoments der elektrischen Maschine 1 kommen kann.
Eine optimale Reduzierung des Nutdrehmoments ist insbesondere mit
Magneten 3 zu erreichen, deren Magnetkanten 6 der
Flankenbereiche 5 spiegelbildlich zueinander ausgebildet
sind.
