DE2638971A1

DE2638971A1 - Permanentmagnet-elektromaschine

Info

Publication number: DE2638971A1
Application number: DE19762638971
Authority: DE
Inventors: Ronald Lynch; John Harold Purcell
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1975-08-30
Filing date: 1976-08-28
Publication date: 1977-03-10
Also published as: IT1068485B; US4091300A; FR2322473A1; DE2638971C2; FR2322473B1; JPS6031183B2; JPS5229916A

Description

PATENTANWALTS BÜRO D-4 DÜSSELDORF · SCHUMANNSTR 97

PATENTANWÄLTE:
Dipl.-Ing. W. COHAUSZ · Dipl.-Ing. W. FLORACK · Dipl.-Ing. R. KNAUF · Dr.-Ing., Dipl.-Wirtsch.-Ing. A. GERBER ■ Dipl.-Ing, H. B. COHAUSZ

Lucas Industries Limited

Great King Street

GB-Birmingham 27. August I976

Permanentmagnet-Elektromaschine

Die Erfindung betrifft eine Permanentmagnet-Elektromaschine, insbesondere einen Permanentmagnetmotor.

Es ist ein Permanentmagnetmotor bekannt, der mit einer Permanentmagnetfeldeinrichtung versehen ist, zu der zwei Permanentmagneten gehörein, die magnetisch durch ein Gehäuse aus elektromagnetischem Material gekoppelt sind. Jeder Magnet hat die Form einer teilzylindraschen Schale, die radial magnetisiert ist, so daß ein Magnet eine innere Polfläche einer Polarität und der andere eine innere Polfläche entgegengesetzter Polarität hat.

Motoren dieser Art führen zu einer Reihe von Schwierigkeiten in der Fertigung. Um ein "Verzahnen" weitgehend auszuschließen, ist zum einen vorgeschlagen worden, die Kanten der PolfTächen zu hinterschneiden, und das bringt Schwierigkeiten sowohl/der lerstel- /bei lung der Magneten als auch bei deren Magnetisierung mit sich. Um eine genaue Lage des Magnetes im Gehäuse sicherzustellen, ist zum zweiten vorgeschlagen worden, den Außenradius des jeweiligen Magneten größer als den Radius der lagebestimmenden Fläche des Gehäuses zu halten, so daß der Magnet auf seinen beiden Kanten im Gehäuse ruht.D as bedeutet, daß die innere und die äußere Fläche des Magneten mit Radien versehen werden müssen, die von verschiedenen Achsen ausgehen, und das führt zu lerStellungsschwierigkeiten. Schließlich

Wa/Ti - 2 -

709810/0399

läßt sich eine radiale Magnetisierung, die ideal ist, bei modernen magnetischen Materialien schwer erreichen, und eine diametrale Magnetisierung (bei der der Kraftfluß des Magneten parallel zu einem einzigen Radius liegt, anstatt an allen Punkten radial) verrinagert den Wirkungsgrad des Motors.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Permanentmagnet-Elektromaschine zu schaffen, die eine solche Permanentmagnetanordnung hat, daß diese Herstellungsschwierigkeiten vermieden werden.

Eine Permanentmagnet-Elektromaschine gemäß der Erfindung ist gekennzeichnet durch ein Gehäuse aus mangnetischem Material, eine Mehrzahl von Gruppen von Magneten im Gehäuse, die durch dieses magnetisch gekopplelt sind, wobei Jeder Magnet jeder Gruppe flache, im Abstand liegende parallele Polflächen hat und die Magneten jeder Gruppe Seite an Seite angeordnet sind, wobei die Polflächen der gleichen Polarität am weitesten innen liegen, und einen drehbar im Gehäuse gelagerten Anker mit einem Läufer mit Zähnen und mit Wicklungen am Rotor. Vorzugsweise sind die Magneten Yorzugsweise sind die Magneten jeder Gruppe um die Ankerachse herum unter einem Winkel angeordnet, der sich von der Winkelteilung der Zähne des Rotors bzw. Läufers unterschiedet.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen sßind:

Pig. 1 und 2 Schnitte durch einen Motor an der Linie B-B der Fig. 2 bzw. an der Linie A-A der Fig. 1,

Fig. 3 ein Schnitt an der Linie C-G der Fig. 1, wobei einige Einzelheiten zur Vereinfachung der Darstellung weggelassen sind, und

Fig. 4 und 5 Einzelheiten entsprechend Teilen aus Fig. 5, die jedoch zwei mögliche Varianten zeigen.

Der dargestellte Motor weist ein Gehäuse 10 aus elektromagnetischem Material auf, in dem zwei Gruppen aus drei Magneten 11, 12 sitzen.

- 3-709810/0399

2638 97 Ί

Jeder Magnet hat die Form eines Stücks rechteckigen Profils in Streifenform, das in Sichtung im rechten Winkel zu seinen größeren Flächen magnetisiert ist. Diese Flächen bilden deshalb Polflächen entgegengesetzter Polarität. Die drei Magneten jeder Gruppe sind Seite an Seite angeordnet, wobei ihre Längen parallel zur Achse des Gehäuses liegen und ihre inneren Polflächen im wesentlichen im gleichen Abstand von der Achse des Gehäuses entfernt liegen. Zu diesem Zweck sind drei flache rechteckige Paßnuten im Gehäuse für jede Gruppe Magneten eingeformt, beispielsweise durch Stoßen.

Aus Fig. J ist ersichtlich, daß die beschriebene Anordnung automatisch den Freischnitt liefert, der an den Kanten jeder Gruppe Magneten erforderlich ist, um ^MVerzahnungs^H-Probleme zu beseitigen, und es versteht sich, daß das eine direkte Folge davon ist, daß eine Gruppe e»benflächiger Magneten für jeden Pol benutzt wird. Weil darüber hinaus drei Magneten in jeder Gruppe vorhanden sind, nähert sich die Gruppe einem echt radial magnetisierten Magneten an.

Der Motor enthält auch einen Anker IJ, der durch Lager an Bndkappen 14, 15 an gegenüberliegenden Enden des Gehäuses 10 drehgbar gelagert ist. Die Endkappe I5 besteht aus elektrisch isolierendem Material und trägt gleitend Bürsten 16, die mit einem Kommutator I7 am Anker zusammenwirken.

Der Motor hat einen Neunpolanker 13, so daß dessen Zähne eine» Winkelteilung von 40° bilden. Die Magneten jeder Grupepe sind mit einear Winkelteilung von 46-2/5 angeordnet.

Es versteht sich, daß eine Verzahnung in einem eElektromotor dieser allgemeinen Art deswegen auftritt, weil scharf definierte Positionen geringster potentieller Energie vorhanden sind. Bei der beschriebenen Anordnung jedoch, bei der die Winkelteilung der Magneten eine andere als die der Ankerzähne ist, sind diese Minima weniger scharf definiert. Wenn beispielsweise der Ankerpol rechts in der Zeichnung betrachtet wird, befindet eer sich dem mittleren Magneten 12 am nächsten, während der darüberliegende Zahn immer noch 6-2/3° von der größ-

7 0 9 8 10/0399 - 4 -

ten Annäherung entfernt ist und der Zahn darunter die größte Annäherung bereits um 6-2/3 passiert hat (wenn angenommen wird, daß die Drehrichtung nach links geht). Das erforderliche Drehmoment zum Herausbewegen des Ankers aus einer seiner stabilen "Zahn^lf-Pesitionen wird verringert, weil die sechs Magneten, die die Ständerpole bilden, in einer Folge auf den Anker einwirken, anstatt gleichzeitig zu wirken, wie das der Fall ist, wenn ein einziger bogenförmiger Magnet für jeden Pol benutzt wird.

Allgemein beträgt für einen n-poligen Läufer der Abstand der Magneten* die in zwei Gruppen m angeordnet sind», jeweils

Im in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel liegt die innerste Polfläche jedes Magneten tangential an der Mittellinie zu einem gedachten Kreis, der um die Achse des Gehäuses geschlagen ist. Jeder Pol liegt also mit seiner Polfläche im gleichen Abstand von der Achse.

In der Modifikation, die in Fig. 4 gezeigt ist, liegen die Polflächen immer noch an ihren Mittellinien tangental zu Kreisen, die um die Achse egeschlagen sind, in diesem Falle sind die äußeren Polflächen jeder Gruppe jedoch tangential zu einem etwas größeren Kreis als derjenige angeordnet, an dem die mittleren Polflächen tangential liegen. Vie dargestellt, liegen die Polflächen der äußeren Magneten 12a, 12b tangential zu einem Kreis mit einem Radius Hop, während die Polfläche des verbleibenden Magneten 12c tangential zu einem Kreis mit einem Radius Rcp liegt, wobei Rop größer als Rcp ist. Fig. 4 zeigt ferner einen Kreis Rr, der den größten Radius des Läufers darstellt. Die kleinste Größe des Luftspalts zwischen den äußeren Polflächen und dem Läufer (d.h. der Unterschied zwischen Rop und Rr) beträgt nicht mehr als das Vierfache des kleinsten Spalts zwischen dem mittleren Polstück und dem Läufer (d.h. der Differenz zwischen Rcp und Rr).

In Fig. 5 liegen die Magnete 12a, 12b und 12c alle mit ihren inneren

7 0 9 8 10/0399

263897

innren Polflächen tangentaial zum selben Kreis, in diesem Fall liegt bei den beiden äußeren Magneten 12a und 12b die Tangente aber nicht in der Mittellinie der Polfläche, sondern näher am mittleren Mageneten 12c. In der Mittellinie jedes äußeren Magneten 12a, 12b ist die Polfläche also nicht tangential zum Kreis mit dem Radius, der um die Achse geschlagen ist und die Mittellinie schneidet, jedoch zu einer solchen Tangente (T) unter einem Winkel JV steht. Die inneren Kanten der Polflächen der Magneten 12a und 12b liegen also näher an der Achse als die äußeren Kanten (d.h. Hi«.^ Ho), jede liegt aber natürlich weiter von der Achse als die Mittellinie der Polfläche des mittleren Magneten 12c.

Die äußeren Magneten 12a und 12c können natürlich beide schräggestellt sein, wie in Pig. 5 dargestellt ist, und weiter von der Abc se entfernt sein als der Mittie!magnet, wie in Fig. 4 dargestellt.

Die in Fig. 4 and 5 gezeigten Varianten unterstützen beide die Verhinderung einer Verzahnung.

Ansprüche

70981 0/0399

Claims

Ansprüche

1. Permanentmagnet-Elektromagschine, gekennzeichnet

' d u r c h ein Gehäuse aus magnetischem Material, eine Mehrzahl von Gruppen von Magneten im Gehäuse, die durch dieses magnetisch gekoppelt sind, wobei jeder Magnet jeder Grupepe flache, im Abstand liegende parallele Polflächen hat und die Magneten jeder Gruppe Seite an Seite angeordnet sind, wobei die Polflächen der gleichen Polarität am weitesten innen liegen, und einen drehbar im Gehäuse gelager ten Anker mit einem Läufer mit Zähnen und mit Wicklungen am Rotor.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Magnete in rechteckigen Paßnuten im Gehäuse sitzen.

5· Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Magneten jeder Gruppe im Abstand um die Ankerachse herum unter einem Winkel angeordnet sind, der ein»? anderer als die Winkelteilung der Zähne des Läufers ist.

4· Measchine nach Anspruch 5» dadurch gekennzeich net, daß der Winkel durch den Ausdruck

η ^V 2a'

gegeben ist, in dem η die Zahl der Zähne am Läufer und m die Zahl der Magneten sind, wobei nur zwei Gruppen Magneten vorhanden sind.

5 · Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittellinien der innersten Polflächen der Magneten im gleichen Abstand von der Achse des Gehäuses entfernt liegen.

6. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens drei Magneten in jeder Gruppe vorgesehen sind, wobei die äußersten Magneten jeder Guppe die Mittellinien der innersten Polflächen im Abstand zur Achse des Gehäuses um eine Entfernung haben, die größer als der Abstand der Achse des Gehäuses von der Mit-

50 285

_Va/Ti 709810/0399 _₂_

-V -

tälinie des oder jedes anderen Magneten in der Gruppe um nicht mehr als das Vierfache der Differenz zwischen dem größten Durchmesser des Läufers und dem Abstand der Achse des Gehäuses von der Mittellinie des oder jedes anderen Magneten in der Gruppe ist.

7· Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichn et, - daß mindestens drei Magneten in jeder Gruppe vorhanden sind und die äußersten Magneten jeder Gruppe mit der innersten Polfläche zu einer Tangente an einem gedachten Kreis schräggestellt sind, der um die Achse des Gehäuses geschlagen ist und durch die Mittellinie der innersten Polfläche an der innersten' Polfläche geht, derart, daß der äußere Rand der innersten Polfläche weiter von der Achse des Gehäuses entfernt ist als deren innerer Hand.

7098 10/0399

Leer se ite