DE2347856A1

DE2347856A1 - Elektrische maschine, insbesondere kleinmotor

Info

Publication number: DE2347856A1
Application number: DE19732347856
Authority: DE
Inventors: Adolf Dr Ing Mohr; Gerhard Ulbrich
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1973-09-22
Filing date: 1973-09-22
Publication date: 1975-04-03
Also published as: FR2245112B1; FR2245112A1; IT1021498B

Description

6.9.1973 Sä/Hm

Patent- tm-et

ROBERT BOSCH GMBH, 7 STUTTGART Λ

Elektrische Maschine, insbesondere Kleinmotor

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Maschine, insbesondere Kleinmotor, mit einem wenigstens zwei Permanentmagnete aufweisenden, mit Nuten und in diesen liegenden Wicklungen versehenen Anker.

Eine bevorzugte Möglichkeit zur Leistungssteigerung solcher Maschinen, ohne deren Abmessungen zu vergrößern, ist die Wahl von Permanentmagneten mit hoher Energiedichte. Bei gesteigerter Energiedichte wird jedoch die spezifische Kraftbeanspruchung der Ankerzähne durch den erhöhten Zahnfluß immer stärker und die erhöhte Luftspaltinduktion bringt gleichzeitig eine enorme/ sprunghafte Flußänderung mit sich, die eine, erhebliche Steigerung des nutfrequenten Geräuschs zur Folge hat. Bei Motoren mit Magneten hoher Energiedichte, wie zum Beispiel Strontium-Magneten, läßt sich dieses erhöhte nutfrequente Geräusch durch die dafür bekannte Maßnahme der Nutschrägung im Anker nicht mehr wirksam unterdrücken.

—2— 509814/0125

17 3 9

-2-

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das nutfrequente Geräusch auch dann innerhalb der üblichen Grenzen zu halten, wenn zum Zwecke der Leistungssteigerung Permanentmagnete mit hoher Energiedichte eingesetzt werden.

Gemäß der Erfindung ist dies dadurch erreicht, daß Mittel zum Beeinflussen der Induktion in dem Sinne vorgesehen sind, daß diese Induktion von der Mitte jedes Magnets zu dessen in Umfangsrichtung des Ankers einander gegenüberliegenden Polkanten wenigstens annähernd symmetrisch abnimmt.

Dadurch kommt die hohe Energiedichte im mittleren Bereich der Magnete voll zur Geltung, während durch die gezielte riußverminderung zu den Polkanten hin das nutfrequente Geräusch auf dem Normalpegel gehalten werden kann. Durch entsprechende Auslegung der die Induktion beeinflussenden Mittel kann der Induktionskurve B = f (cC ) ein "Verlauf gegeben werden, der eine möglichst große Fläche einschließt, ohne daß dabei ein vorgegebener Maximalwert der Induktionsänderung überschritten wird,-Gleichzeitig kann auch der unterschiedliche magnetische Spannungsabfall kompensiert werden, der durch die unterschiedliche Länge des Kraftlinienwegs entsteht,

Zweckmäßig wird die Induktion derart beeinflußt, daß sie sich von der Mitte jedes Magnets zu dessen in Umfangsrichtung des Ankers einander gegenüberliegenden Polkanten hin stetig ändert.

In Weiterbildung der Erfindung ist es zweckmäßig, wenn die Größe des zwischen den Magneten und dem Anker vorhandenen Luftspalts von der Polmitte zu der Polkante hin zunimmt, weil dadurch auf einfache Weise die zu schroffe Flußänderung an den Polkanten abgeschwächt werden kann.

Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, wenn zwischen dem

-3-509814/0125

17 3 9

—3—

Magnetgestell und den Magneten Luftspalte vorgesehen sind, deren Größe von der Polmitte zu.den Polkanten hin zunimmt oder aber wenn sowohl der Luftspalt zwischen den Magneten und dem Anker als auch die Luftspalte zwischen dem Magnetgestell und den Magneten in ihrer Größe von den Polmitten zu den Polkanten hin zunehmen.

Die angestrebte Luftspaltänderung zwischen den Magneten und dem Anker ist leicht einzuhalten, wenn gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens der Radius der dem Anker zugekehrten Magnetfläche größer ist als der Radius des Ankers zuzüglich der kleinsten Luftspaltbreite.

Der gleiche Effekt ist ohne Schwierigkeiten aber auch dann erreichbar, wenn bei vorgesehener Luftspaltänderung zwischen dem Magnetgestell und den Permanentmagneten, die dem Magnetgestell zugewandte, gekrümte Magnetfläche ein Zentrum hat und das Magnetgestell in dem dieser Magnetfläche zugewandten Bereich eine flachere Krümmung aufweist als die äußere Magnetfläche.

Bei Maschinen mit radial magnetisierten Magneten kann es aber auch vom Vorteil sein, wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Bereiche der Polkanten wenigstens annähernd diametral magnetisiert sind.

Die Erfindung ist im folgenden anhand von mehreren in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die schematische Darstellung eines Schnitts durch

einen permanenterregten Motor quer zu dessen Drehachse,

Fig. 2 ein Schnitt gemäß Fig. 1 durch einen anders ausgebildeten Motor,

509814/0125 "^

17 3 9

Fig. 3 einen weiteren Schnitt gemäß.Fig. 1 durch einen nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgebildeten Motor,

Fig. 4 die Darstellung von mehreren Induktionskurven und

Fig. 5 eine vergößerte Teildarstellung des in Fig. 1 gezeigten Schnitts.

Ein in Fig. 1 im Schnitt dargestellter Kleinmotor 10 hat ein Magnetgestell 11, in dem zwei im wesentlichen segmentförmige Permanentmagnete 12 angeordnet sind. Zwischen den beiden Permanentmagneten 12 lauft ein Anker 13 um, der mit einer Anzahl von nicht dargestellten Nuten zum Einlegen der Ankerwicklung versehen ist. Die Magneten 12 weisen eine hohe Energiedichte auf, wie dies zum Beispiel bei Strontium-Magneten der Fall ist. Damit im Bereich der Polkanten 14 eine Flußverminderung erreicht werden kann, sind Mittel zum Beeinflussen der Induktion vorgesehen derart, daß die Induktion in der Mitte jedes Magnets 12 zu dessen Polkante 14 hin wenigstens annähernd symmetrisch abnimmt. Diese Mittel sind dadurch gebildet, daß die Größe des zwischen den Magneten 12 und dem Anker 13 vorhandenen Luftspalts 15 von den Polmitten zu den Polkanten 14 hin zunimmt. Jeder Luftspalt 15 hat also ein etwa keilförmiges Profil, dessen größte Dicke im Bereich der Polkanten 14 liegt.

Bei dem Motor 20 nach Fig. 2 sind sowohl die Dicke der Magnete 22 als auch die Breite der Luftspalte 25 gleichbleibend. Damit jedoch die angestrebte Flußminderung an den Polkanten 24 realisierbar ist, sind zwischen dem Manfeetgestell 21 und den Magneten 22 Luftspalte 26 vorgesehen, deren Breite von der jeweiligen Polmitte zu den Polkanten 24,/hin zunimmt. Da jedoch, wie oben ausgeführt, die Magnet-elemente

-5-" 509814/0125

17 3 9

-5-

völlig konzentrisch zu dem Motoranker 13 angeordnet sind, hat das Magnetgestell 21 einen derartig ovalen Querschnitt, daß die Permanentmagnete 22 nur in ihrem Mittelbereich an diesem zur Anlage kommen.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Motor 30 sind die Merkmale des Motors nach Fig. 1 und'die Merkmale des Motors nach Fig.2 verwirklicht. Bei diesem Ausführungsbeispiel verläuft jedoch das Magnetgestell 31 konzentrisch zu dem Motoranker 13· ΖμΓ Erreichung der erfindungswesentlichen Merkmale sind die Permanentmagnete· 32 entsprechend ausgebildet. Es sind also die Radien der dem Motoranker 13 zugekehrten Magnetflächen 37 größer als der Radius des Motorankers 13 zuzüglich der kleinsten Breite des Luftspalts 35· Dadurch wird erreicht, daß der Luftspalt 35 in¹ Bereich der Polmitten kleiner ist als im Bereich der Polkanten 34. Gleichzeitig weisen jedoch auch die dem Magnetgestell 31 zugewandten gekrümmten Magnetflächen 38 stärkere Krümmungen auf als die Innenwand des Magnetgestells 31· Die Permanentmagnete 32 liegen also mit ihrem Mittelbereich an der Innenwand des Magnetgestells 31 an und zu den äußeren Polkanten 39 bin entsteht ein keilförmiger Luftspalt 40.

Bei den Ausführungsbeispielen gemäß den Figuren 1 und 3, die beide ein Magnetgestell 11 bzw. 31 mit kreisförmig gekrümmten Innenflächen aufweisen, sind die äußeren, regelmäßig gekrümmten Magnetflächen^S§ihriandt. Bei einem derartigen Aufbau der Maschinen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Versatz 50 der beiden Krümmungszentren 51, 52 der größten Magnetdicke 53 minus der Differenz der beiden Radien 54, 55 der Krümmungen entepricht (Fig. 5). Dadurch wird eine stetige Änderung des Luftspalts von den jeweiligen Polmitten zu den entsprechenden Polkanten hin und damit auch eine allmähliche Änderung der Induktion von den Polmitten zu den Polkanten erreicht.

509814/0125

-6-

17 3 9

- fa-

erfindungsgemäße Änderung der Induktion kann aber auch dadurch erreicht werden, daß die Polkanten nicht genau radial, sondern von der radialen Richtung im Bereich der Polmitte zur diametralen Richtung hin magnetisiert werden.

In Fig. 4- sind mehrere Induktionskurven dargestellt, von der die Kurve 60 den Induktionsverlauf eines völlig zentrisch aufgebauten Motors zeigt. Diese Kurve 60 weist eine leichte Einsattelung 61 in Magnetmitte auf, die durch den längeren Kraftlinienweg im Bereich der Magnetmitte hervorgerufen wird, so daß unerwünschte Kraft Schwankungen auf dem Anker auftreten, die zu Geräuschen führen. Besonders krass tritt diese Einsattelung 71 (Kurve 70 in Fig. 4) dann auf, wenn aus Gründen der Fertigung, die Induktion im Bereich der Polkanten stärker ist als in der Polmitte.

Die Einsattelung 61, 71 wird gemäß der Erfindung dadurch vermieden, daß Verhältnisse nach der Beziehung?Magnetinnenradius 55 >Ankerdurchmesser 56 + Luftspalt _m±_n 57gewählt werden. Der Magnetinnenradius darf wiederum nicht beliebig groß gewählt werden, weil mit zunehmendem Luftspalt der Wirkungsgrad .des Motors rasch abnimmt. Je nach Sättigungsverhältnissen im Magnetgestell 11 und im Anker ergibt sich ein optimaler Magnetinnenradius 55» der zu einem Induktionsverlauf gemäß Kurve 80 in Fig. 4- führt. Diese Kurve 80 zeigt den Induktionsverlauf bei einem Motor, an dem die Merkmale der Erfindung verwirklicht sind. Die Steigungsänderung von einem Aod zum anderem A(X überschreitet in keinem Bereich den Wert,· der für die Entstehung der nutfrequenten Geräusche als Grenzwert gilt. Gleichzeitig schließt die Kurve 80 eine möglichst große Fläche ein, ohne daß eine Einsattelung auftritt.

—7—

509814/0125

Claims

17 39 Ansprüche

1.) Elektrische Maschine, insbesondere Kleinmotor, mit einem wenigstens zwei Permanentmagnete aufweisenden Hagnetgestell, und einem in den Magnetgestell umlaufenden, mit Nuten und.in diesen liegenden Wicklungen versehenen Anker, daduech gekennzeichnet, daß Mittel (15, 26, 35 und 38,40) zum Beeinflussen der Induktion in dem Sinne vorgesehen sind, daß die Induktion von der Mitte jedes Magneten (12, 22, 32) zu dessen in Umfangsrichtung des Ankers (13) einander gegenüberliegenden Polkanten (14-, 24-, 34 und 39) wenigstens annähernd symmetrisch abnimmmt.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktion derart beeinflußt wird, daß sie sich von der Mitte jeden Magnets (12) zu dessen in Umfangsrichtung des Ankers (13) einander gegenüberliegenden Polkanten (14) stetig ändert.

3. Maschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Steigung der Induktionskurve ( 80) nur wenig ändert, die Induktionskurve (80) dabei aber eine möglichst große Fläche einschließt.

-8-

509814/0125

I 7 39

4. Maschine nach einem der Ansptüche 1 "bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß ,die Größe des zwischen den Magneten (12) und dem Anker (13) vorhandenen Luftspalts (15) von der Polmitte zu den Polkanten (14) hin zunimmmt.

5. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Magnetgestell (21) und den Magneten (22) Luftspalte (26) vorgesehen sind, deren Breite von der Polmitte zu den Polkanten (27) hin zunimmt.

6. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der Luftspalt (25) zwischen den Magneten (22) und dem Anker (13)» als auch die Luftspalte (26) zwischen dem Magnetgestell (21) und den Magneten (22) in ihrer Größe von den Polmitten zu den Polkanten (24, 27) hin zunehmen.

7. Maschine nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius der dem Anker (13) zugekehrten Magnetfläche (37) größer ist als der Radius des Ankers (13) zuzüglich der kleinsten Luftspaltbre*ite.'

-9-

6098U/0125

I / O Q

-9-

8. Maschine nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Magnetgestell (21) zugewandte, gekrümmte Magnetfläche ein Zentrum hat und das Magnetgestell (21) in dem dieser Magnetfläche zugewandten Bereich eine fiachere Krümmung aufweist als die äußere Magnetfläche.

9. Maschine nach Anspruch 8, mit einem Magnetgestell mit kreisförmig gekrümmter Innenfläche, dem die gekrümmte äußere Magnetfläche zugewandt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Versatz (50) der beiden Krümmungszentren (51, 52) der größten Magnetdicke (53) minus der Differenz der beiden Radien (5^₁ 55) der Krümmungen entspricht.

10. Maschine nach einem der Ansprüche 1 oder 3, hei der radial magnetisiert© Magnete vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich der Polkanten wenigstens annähernd diametral magnetisiert ist.

5098U/0125