DE2040958A1 - Polaufbau - Google Patents

Description

FAVENTANWXLTE

DR.EWIEGAND DIPL-ING. W. NIEMANN 204 0958

DR. M. KOHLER DIPL-ING. C. GERNHARDT

MÖNCHEN HAMBURG .

TElEFON: 3953T4 2000 HAMB URG 50, J7l 8,70

TELEGRAMME: KARPATENT KDNiGSTRASSE 28 - - ...

W.24285/70 4/H

The Singer Company, ■

Elizabeth, New Jersey (V.St.A.)

Polaufbau.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Polaufbau für einen Elektromotor und insbesondere auf einen Elektromotor mit Permanentmagneten, in welchem das Joch einen solchen Polaufbau enthält.

Der übliche Motor mit permanentenaMagneten hat Pole, die aus einem gleichförmigen homogenen magnetischen Material hergestellt sind, welche den gesamten Hauptfeld-Luft- J spaltfluß für den Motor liefern. Die Geschwindigkeit in Abhängigkeit vom Drehmoment eines solchen Motors ist daher im wesentlichen diejenige eines Nebenschlußfeldmotors· Es ist zwar bekannt, daß eine Teilcharakteristik eines Serienmotors in einem Motor mit permanentem Magneten erwünscht sein kann, jedoch ist, soweit bekannt, ein einfacher Entwurfparameter für den Entwurf eines Motors mit permanentem Magneten mit einer solchen Eigenschaft bzw. Charakteristik nicht verfügbar gewesen. Um irgendwelchen Effekt eines Reihen-Feldmotors zu erhalten, ist es bisher notwendig gewesen, eine Wicklung zu verwenden, welche zu der Ankerwicklung in Serie angeschlossen und so angeordnet 1st, daß sie den Luft-

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Spaltfluß unterstützt, der durch den permanenten Magneten geliefert wird. Dies kompliziert die ihm sonst eigene Einfachheit eines Motors mit permanentemMagneten, und eine zusätzliche Wicklung ist vorhanden, welche isoliert sein muß, und dadurch wird der sonst kräftige Aufbau des Feldkernes geschwächt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen verbesserten Polaufbau für einen Elektromotor zu schaffen, durch den ein Motor, der diesen Polaufbau enthält, eine Kennlinie von Drehmoment zu Geschwindigkeit zeigt, welche sich der eines Motors nähert, der eine Reihen-Feldwicklung hat.

Gemäß der Erfindung ist ein Polaufbau für einen Elektromotor geschaffen, und dieser Aufbau enthält zwei Polteile, die in Nebeneinanderlage und im Abstand voneinander angeordnet sind, und einer dieser Teile ist aus einem permanenten magnetischen Material niedriger Permeabilität hergestellt, welche der der Luft nahekommt, und der andere Teil ist aus einem magnetisch leitenden Material hergestellt, dessen Permeabilität relativ zu der dieses einen Teiles bzw· ersten Teiles hoch ist.

Weiterhin ist gemäß der Erfindung ein Elektromotor mit permanentemMagneten geschaffen, der ein magnetisches Joch enthält, das Permanentmagnetpolkerne verhältnismäßig niedriger Permeabilität aufweist, die sich der der Luft nähert, wodurch das Hauptflußfeld geschaffen wird, ferner eine Ankerwicklung, welche in dem Flußfeld drehbar angeordnet ist, sowie Teile, welche einen Stromfluß in der Ankerwicklung erzeugen, um die Rotation hervorzurufen, und magnetisch leitende Polkerne von verhältnismäßig hoher Permeabilität, die den Permanentmagnetpolkernen an derjenigen Seite benachbart angeordnet sind, die in die Drehrichtung der Ankerwicklung gerichtet 1st, und diese magnetiaoh leitenden Polkerne schaffen einen bevorzugten Weg für den Fluß, der durch den Ankerwicklungsstrom und in der Richtung erzeugt wird, In weloher er zu dem Hauptfeldfluß beiträgt.

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In der nachfolgenden Beschreibung wird eine AusfÜhrungsform der Erfindung beispielsweise erläutert.

Pig· 1 ist eine Querschnittsansicht durch einen bekannten Elektromotor, der die Flußverteilung in dem Luftspalt zufolge der magnetmotorischen Kraft des Ankers wiedergibt.

Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht durch einen Motor mit permanentemMagneten, der einen Polaufbau gemäß der Erfindung enthält und die Flußverteilung zufolge der magnetmotorischen Kraft des Ankers wiedergibt.

Fig. 5 zeigt die gleiche Figur wie die Fig. 2 mit der Ausnahme, daß sie die Flußverteilung zufolge des Teiles des Polaufbaus mit permanentem Magnet en wiedergibt, und

Fig. 4-ist eine Zusammensetzung der Figuren 2 und 3 und gibt die kombinierte Flußverteilung wieder.

Gemäß Fig. 1 enthält der übliche Elektromotor einen Statorfeldkern oder ein Joch lo, welches zwei homogene Pole

11 und 12 hat, die an einer nach innen gerichteten Fläche des Joches Io angeordnet sind und zwischen denen ein Anker

12 in der Richtung rotiert, die durch den Pfeil angedeutet

ist. Die Bürstenachse ist durch die strichpunktierte Linie |j 14 angedeutet, und der Strom fließt in den Ankerleitern 15 und 16, wie durch die Kreise angedeutet ist· Das Kreuz benennt den Stromfluß in der Papierebene, und der Punkt benennt den Stromfluß aus der Papierebene heraus. Es sind aus Gründen der Einfachheit nur zwei Ankerleiter 15 und 16 dargestellt, es ist jedoch erkennbar, daß die Leiter rings um den Umfang des Ankers gleichmäßig verteilt sind und daß die Leiter, die oberhalb der Bürstenachse liegen, Ströme in der gleichen Richtung wie der Leiter 15 führen, und daß Leiter, die unterhalb der Bürstenachse liegen, Ströme in der gleichen Richtung wie der Leiter 16 führen. Die Nutzwirkung der magnetmotorischen Kraft des Ankers ist jedoch im wesent-

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lichen die gleiche, so als ob die Anker-Amperewindungen insgesamt in einer Wicklungswindung zusammengefaßt sind, wie durch die Leiter 15 und 16 dargestellt ist.

Der Stromweg zufolge des Stromes in den Ankerleitern 15 und 16 ist jeweils mit den Bezugslinien 17 und l8 mit Pfeilen benannt, welche die Richtung des Flusses anzeigen. Die Buchstaben N und S bezeichnen die Nord- und SUdpolavisierung des Peldkernes, um den Hauptfeldfluß zu liefern, und er kann durch zweckentsprechende Windungen auf den Polen 11 und 12 oder in einem Motor mit permanenten?Magneten dadurch geschaffen werden, daß die Pole 11 und 12 ganz oder teilweise aus einem permanenten magnetischen Material geeigneter Polarität gebildet sind. In jedem Fall ist der Effekt des magnetmotorischen Flusses des Ankers entgegengesetzt dem Hauptfeldfluß an den nachfolgenden Polspitzen, um den Hauptfeldfluß an den vorangehenden Polspitzen zu unterstützen, in der Drehrichtung des Ankers gesehen.

Gemäß Fig» 2 ist jeder der Pole, die bisher aus einem einzigen Stück bestehen, nun am Umfang mit Bezug auf den Anker in zwei Paare oder Teile 19 und 2o geschlitzt oder gespalten, die nebeneinander angeordnet und durch einen Luftspalt 21 voneinander getrennt sind. Der Teil 19» der dem Teil 2o in der Drehrichtung des Ankers vorangeht, besteht aus einem Weicheisen oder einem Stahl, der eine verhältnismäßig hohe Permeabilität hat und als Teil des Flußfeldkernes oder des Joches Io ausgebildet sein kann. Der Teil 2o besteht vorzugsweise aus einem keramischen Ferritmaterial, welches eine relativ niedrige Permeabilität hat, die sich derjenigen der Luft nähert und mit der Polarität dauernd polarisiert wird, wie in Fig. jj dargestellt ist, und gegen den Anker gerichtet ist. Der Teil 20a ist der gleiche wie der Teil 2o mit der Ausnahme, daß er die entgegengesetzte Polarität hat, die zum Anker gerichtet ist. Die Teile 2o und 20a sind als gestrichelte Linien in Fig. dargestellt, da sie hinsichtlich der magnetmotorischen

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Kraft des Ankers als Luft erscheinen, da sie im wesentlichen die gleiche Permeabilität wie Luft haben.

Die Flußwege zufolge der magnetmotorischen Kräfte, welche durch die Ströme in den Ankerleitern 15 und 16 erzeugt sind, sind durch die Linien 22 und 25 mit den Pfeilen dargestellt, welche die Richtung des Flusses wiedergeben bzw, andeuten. Es ist ersichtlich, daß der auf diese Weise durch den Ankerstrom erzeugte Luftspaltfluß in einer Richtung verläuft, um in der Drehrichtung des Ankers einen Nutzdrehmoment-Ausgang zu erzeugen.

Aus Fig. 5 ist ersichtlich, daß der Hauptfeldfluß, der ^ zu den Polteilen 2o und 20a beiträgt, in gestrichelten Li- "

nien 24 und 25 dargestellt ist. Die Polteile 19 sind aus dieser Figur weggelassen, weil nur sehr wenig Fluß von den permanenten Magnetteilen 2o und 20a in die Teile 19 fließen kann. Dies ist so, weil die magnetmotorische Kraft von jedem Teil 2o oder 20a auf die hohe Reluktanz des Luftspaltes 21 mit Bezug auf den Fluß trifft, welcher dadurch in den Teilen 19 erzeugt worden ist. Der mit den Linien 24 und 25 bezeichnete Fluß reagiert auf die Ströme in den Ankerleitern 15 und l6, um den Nutzdrehmoment-Ausgang in Richtung der Drehbewegung des Ankers zu erzeugen.

Fig. 4, welche die Zusammensetzung von Figuren 2 und

3 darstellt, zeigt die kombinierte Flußverteilung in dem ti

Motor mit permanentem Magneten und gespaltenem Pol und gibt den erzeugten Fluß 22 und 23 wieder, wie er durch den Ankerstrom erzeugt und bestimmt wird, welcher eine ausgezeichnete Erhöhung in dem Luftspaltnutzflua wiedergibt und au der Erzeugung des Nutzdrehmoment-Ausgange» beiträgt· Da dieser hinzugefügte Nutzfluß eine Funktion des Ankerstromes ist, hat der Motor die Eigenschaft eines Teilserienmotors, ohne eine tatsächliche Feldreihenwicklung zu erfordern. Dies ist von erheblicher praktischer Bedeutung, weil sie einen Motor mit permanentem Magneten vorsieht, der so entworfen werden kann, dad «r eine besondere Geschwindigkeit Drehmoment-Charakteri-

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stik schafft, die bisher nicht erreicht werden konnte. Der Aufbau mit gespaltenem Pol schafft einen Motor mit permanentem Magneten mit dem bedeutungsvollen zusätzlichen Entwurfparameter, welcher die ihm eigene Einfachheit des Motors mit permanentem Magneten nicht kompliziert.

Es ist natürlich möglich, alle Arten von Motorcharakteristiken durch Verwendung von Wicklungen an den Abschnitten 19 mit hoher Permeabilität vorzusehen und dann in Serie oder in Nebenschluß zu der Ankerwicklung zu verwenden. Der Grundgedanke bezieht sich auf einen gespaltenen Polaufbau, der hohe und niedrige Permeabilitäten ohne Windungen hat.

In bezug auf den Aufbau mit gespaltenem Pol selbst ist ersichtlich, daß die relativen, den Fluß tragenden Querschnitte der Teile 19 und 2o innerhalb eines weiten Bereiches verändert werden können. Die Erfordernisse des strukturellen Aufbaus der vorliegenden Erfindung, die von größter Bedeutung sind, sind die folgenden:

1. Der Luftspalt 21, der die Trennung zwischen den Polteilen 19 und 2o bestimmt, sollte genügend groß sein, um einen Nebenschluß durch den Teil 19 des Flusses zu vermeiden, der durch den Teil 2o zugeführt wird.

2. Der Polteil 19 hoher Permeabilität sollte dem Teil 2o mit niedriger Permeabilität in Richtung der Drehbewegung des Ankers vorangehen, wie in Fig. 4 dargestellt ist.

Jj. Das Joch Io sollte zufolge des Flusses von den Teilen 2o und 20a allein nicht gesättigt werden.

Das Arbeiten des oben beschriebenen Motors wird im Vergleich zu einem üblichen Motor ähnlicher Größe zufolge des besseren Verhaltens von Drehmoment zu Strom für einen gegebenen permanenten Magneten erheblich verbessert, insbesondere wenn mit einer gleichgerichteten Wechselstromquelle gearbeitet wird.

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Claims (4)

Patentansprüche.

1.) Polaufbau für einen Elektromotor* gekennzeichnet durch zwei Polteile (19* 2o), die im Abstand voneinander und nebeneinander angeordnet sind, wobei einer (2o) der Teile aus einem permanenten magnetischen Material niedriger Permeabilität hergestellt ist, die der von Luft nahekommt, und der andere (19) der Teile aus einem magnetisch leitenden Material hergestellt ist, dessen Permeabilität relativ zu der des einen Teiles (2o) hoch ist.

2. Aufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Teil (2o) aus einem keramischen Ferritmaterial und der andere Teil (19) aus hochwertigem Stahl hergestellt ist,

3. Ringförmiges Joch, gekennzeichnet durch die Kombination mit wenigstens einem Paar .Polaufbauten, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Joch (lo) aus dem genannten Paar hergestellt ist, das nach innen zum Joch gerichtet ist und diametral gegenseitig gegenüberliegt, wobei der permanentmagnetische Teil (2o) jedes Polaufbaus zwischen den Teilen hoher Permeabilität angeordnet ist«

4. Elektromotor mit einem ringförmigen Joch nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Anker (IJ), der in dem Joch (lo) drehbar angeordnet ist, wobei der Abstand (21) zwischen den beiden Teilen (19, 2o) jeder der Polaufbauten größer als der Luftspalt zwischen den Aufbauten und dem Anker (13) ist, und der andere Teil (19) jedes Aufbaus an der vorderen Seite des einen Teiles (2o) mit Bezug auf die Drehrichtung des Ankers (13) angeordnet ist.

5· Elektromotor mit permanentem Magneten mit einem magnetischen Joch, das permanentmagnetische Polkerne relativ niedriger Permeabilität hat, die der von Luft nahekommt, und welches das Hauptflußfeld liefert, einer Ankerwicklung, welche in dem Flußfeld drehbar angeordnet ist, sowie Teilen, welche einen Stromfluß in der Ankerwicklung liefern, dadurch gekennzeichnet, daß magnetisch leitende Polkerne (19) verhält

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nlsmäflig hoher Permeabilität nahe den permanentmagnetischen Polkernen (2o) an derjenigen Seite angeordnet sind, die in der Drehrlchtuhg der Ankerwicklung (15, 16) verläuft, und die magnetisch leitenden Polkerne (19) einen bevorzugten Weg für den Fluß erzeugen, der durch den Ankerwicklungsstrom und in einer Richtung zum Unterstützen des Hauptfeldflusses erzeugt wird·

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