DE2821824B2 - Feldmagnet - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen radial innerhalb des Läufers eines Gleichstromkleinmotors liegenden Feldmagneten mit kreisförmigem Außenumfang, wobei die Welle des Läufers in dem Feldmagneten gelagert ist.

Ein derartiger Feldmagnet ist aus der DE-OS 14 88 493 bekannt. In dieser Druckschrift ist ein elektrischer Gleichstromkleinmotor beschrieben, dessen Läufer topfförmig über den Magneten greift und bei dem die Welle des Läufers, durch Kunstharz befestigt, axial durch den Magneten läuft. Es ist wünschenswert, bei Magneten in Gleichstrommotoren das Verhältnis zwischen den Abmessungen und dem magnetischen Fluß zu verbessern, da zum einen die von dem Motor abgegebene Leistung möglichst hoch sein soll, jedoch die Abmessungen möglichst gering gehalten werden sollen.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei Motoren der eingangs erwähnten Art einen Feldmagneten zu schaffen, der bei gleichem Außendurchmesser einen insgesamt vergrößerten magnetischen Fluß liefert, bzw. bei gleichem magnetischem Fluß einen geringeren Außendurchmesser hat.

Die Aufgabe wird in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform dadurch gelöst, daß der Feldmagnet aus einem Material hoher magnetischer Permeabilität besteht und seine Polbereiche eine geringere Dicke aufweisen als die Zwischenbereiche.

Eine weitere erfindungsgemäße Lösungsmöglichkeit ist, daß der Feldmagnet aus einem magnetischen Material mit geringer magnetischer Permeabilität besteht und seine Polbereiche eine größere Dicke aufweisen als die Zwischenbereiche.

In dem Buch »Dauermagnettechnik« von G. Hennig, München 1952 ist auf Seite 65 ein Magnet beschrieben, in dessen Mitte ein nicht kreisförmiges Loch angebracht ist, so daß die Wandstärke des kreisförmigen Magneten nicht an allen Stellen gleich ist. Das Loch im Zentrum des Magneten wurde dazu angebracht, eine Buchse aufzunehmen, da Bohrungen selbst in dem Magneten nicht mit genügend genauer Toleranz gefertigt werden können. Im zusammengebauten Anwendungszustand hat dieser Magnet überall gleiche Wandstärke.

Zusätzlich zur Lösung der Aufgabe ergibt sich bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Vorteil, daß es wesentlich einfacher wird, den Kunstharzkörper, der die Welle lagert, innerhalb des Magneten festzulegen.

Im folgenden werden einige Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Feldmagneten unter Bezugnahme auf die Zeichnung weiter erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen bekannten Gleichstrommotor längs der Linie I-I der F i g. 2,

Γ i g. 2 einen Querschnitt durch den Gleichstrommotor längs der Linie H-II der F i g. 1,

F i g. 3 einen Längsschnitt durch einen Gleichstrommotor mit erfindungsgemäßem Feldmagneten längs der ίο Linie IH-IIlder Fig.4,

F i g. 4 einen Längsschnitt durch den Gleichstrommotor längs der Linie IV-IV der F i g. 3,

F i g. 5 einen Längsschnitt durch einen Gleichstrommotor mit abgewandeltem Feldmagneten längs der Linie V-V der F i g. 6,

F i g. 6 einen Querschnitt durch den Gleichstrommotor längs der Linie VI-VI der F i g. 5,

Fig.7 eine graphische Darstellung der gesamten magnetischen Induktion des erfindungsgemäßen FeIdmagneten in Abhängigkeit von der Wandstärke,

F i g. 8 eine graphische Darstellung der magnetischen Induktion des erfindungsgemäßen und des herkömmlichen Feldmagneten,

Fig.Sa bis 9e schematische Querschnitte durch abgewandelte Feldmagneten,

Fig. 10 einen Querschnitt durch einen Gleichstrommotor mit einem weiteren abgewandelten Feldmagneten.

Die in den Figuren dargestellten Gleichstrommotoren weisen Ankerwicklungen 3, eine in Lagern 6 und 6' drehbar gelagerte Welle 4, einen Kommutator 5, ein Joch 7, einen Träger 8 für die Bürsten 9, einen Druckring 10 und einen E- Ring 11 auf.

Bisher bekannte gleich kleine Gleichstrommotoren weisen einen zylindrischen Feldmagneten der in den F i g. 1 und 2 dargestellten Art auf. Der im folgenden kurz als »Magnet« bezeichnete zylindrische Feldmagnet 1 hat dabei eine gleichbleibende Wandstärke h und ist auf den zylindrischen Teil eines Gehäuses 2 aus Kunstharz umschließend aufgebracht. Der Magnet 1 wird seinerseits von einer topfförmigen Ankerwicklung 3 ohne Eisenkern drehbar umschlossen. Die Ankerwicklung 3 ist in Kunstharz eingegossen und dadurch mit einer Welle 4 und einem Kommutator 5 verbunden. Die zur drehbaren Lagerung der Welle 4 dienenden Lager 6 und 6' sind im Gehäuse 2 zu dessen zentraler Bohrung koaxial festgelegt. Ein die Ankerwicklung 3 umschließendes Joch 7 ist an einem Ende am Gehäuse 2 befestigt und am anderen Ende mit einem Träger 8 für die mit dem Kommutator 5 in schleifender Berührung stehenden Bürsten 9 versehen. Die Welle 4 ist von einem Druckring 10 und einem E-Ring 11 umschlossen.

Bei dieser Konstruktion muß das untere Ende des zylindrischen Teiles des Gehäuses 2 einen Sitz für das Lager 6' aufweisen und das zylindrische Teil ferner eine zur Erzielung einer hinreichenden Festigkeit des Gehäuses hinreichende Wandstärke besitzen. Daraus folgt, daß der Innendurchmesser D des Magneten 1 größer sein muß als der Außendurchmesser des Lagers 6'. Wenn der Außendurchmesser des Motors möglichst klein gehalten werden soll, kann der Magnet 1 nur eine verringerte Wandstärke aufweisen, welche keine hinreichende Rißbeständigkeit ergibt, den gesamten magnetischen Fluß verringert und zu einer geringeren b5 Leistungsabgabe des Motors führt. Die Verringerung der Motorleistung kann nur durch Verwendung eines Magneten mit größerer Wandstärke vermieden werden, was jedoch einen größeren Außendurchmesser des

Motors verursacht.

Bei der in den Fig.3 und 4 dargestellten Ausföhrungsform besitzt der Magnet la einen kreisförmigen Außenumfang und einen nicht kreisförmigen Innenumfang, wobei der Innendurchmesser D in der die Polbereiche bestimmenden Magnetisierungsrichtung X dem Innendurchmesser des herkömmlichen Magneten entspricht, während der Innendurchmesser in den zwischen den Polbereichen liegenden Zwischenbereiehen mit Ausnahme derjenigen Bereiche, in denen der Magnet dem Sitz des Gehäuses für das Lager 6' gegenüber liegt, kleiner ist als der Durchmesser D. Die interpolaren Zwischenbereiche haben daher eine vergrößerte Wandstärke H. Der Magnet la besteht aus einem magnetischen Material mit hoher magnetischer Permeabilität, beispielsweise Alnico 6, 8 oder dergleichen. Das gegossene Gehäuseteil 2a aus Kunstharz ist mit dem Magneten la einstückig und trägt eingepreßte Lager 6 und 6'.

Bei dem in den Fig.5 und 6 dargestellten, abgewandelten Magneten ib haben die zwischen den Polbereichen liegenden Zwischenbereiche mit Ausnahme ihrer gegenüberliegenden Endabschnitte einen verringerten Innendurchmesser und damit eine vergrößerte Wandstärke. Bei dieser Konstruktion ist der Magnet 16 relativ zu einer horizontalen Mittellinie in Fig.5 symmetrisch geformt, so daß der Magnet ib in die Gießform für das Gehäuseteil 2b eingelegt werden kann, ohne daß hierfür eine besondere Orientierung des Magneten ib relativ zu dem zu gießenden Gehäuseteil jo erforderlich ist Da das Gehäuseteil nicht die in F i g. 3 gezeigten, dünnen Wandbereiche aufweist, kann das Kunststoffmaterial beim Guß glatt eingefüllt werden. Das dadurch erzeugte Gehäuse 2b besitzt eine verbesserte Festigkeit. J5

Bei den in den F i g. 3 bis 6 dargestellten Ausführungsformen besitzen die aus einem Material mit hoher magnetischer Permeabilität bestehenden Bereiche zwischen den Polen der Magneten la beziehungsweise ib eine vergrößerte Wandstärke und damit einen verringerten magnetischen Widerstand, so daß insgesamt in der in Fig.7 gezeigten Weise ein vergrößerter magnetischer Fluß erzielt wird. In F i g. 7 ist auf der Abszisse das Verhältnis der größten Wandstärke H des Magneten la oder ib zur kleinsten Wandstärke h und auf der Ordinate die magnetische Induktion aufgetragen. Während der herkömmliche Magnet ein Verhältnis H/h = 1 aufweist, ist zu erkennen, daß die magnetische Induktion mit dem Verhältnis H/h ansteigt. Dies zeigt an, daß die mit einem herkömmlichen Magneten so erreichbare magnetische Induktion mit einem erfindungsgemäßen Magneten kleinerer Abmessung erzielt werden kann, was eine kompaktere Bauweise des Motors ermöglicht.

Während der Magnet im allgemeinen etwa 20 bis 30 Prozent der Materialkosten eines Motors verursacht, wird erfindungsgemäß eine Verringerung der Herstellungskosten erreicht, da eine vorbestimmte magnetische Induktion mit einer geringeren Menge magnetischen Materials erreicht werden kann, als bisher. Der verringerte magnetische Widerstand des erfindungsgemäßen Magneten erlaubt die Verwendung einer Magnetisiervorrichtung mit verringerter Kapazität.

Ober die insgesamt vergrößerte magnetische Induktion hinaus hat der erfindungsgemäße Magnet die in F i g. 8 in durchgezogener Linie wiedergegebene Oberflächeninduktion, während diejenige des herkömmlichen Magneten durch die gestrichelte Linie in Fig.8 wiedergegeben wird. F.rfindungsgemäß ist somit der Gesamtstrom durch den Motor kleiner, so daß die Funkenbildung am Kommutator verringert ist und dieser somit keine funkenvermeidende Vorrichtung benötigt, mit geringeren Kosten gefertigt werden kann und eine längere Lebensdauer besitzt

Da das Gehäuse normalerweise aus einem preisgünstigen, gut fließfähigen Material mit einer im Vergleich zum Magneten etwa fünf bis zehnmal höheren Schrumpfung hergestellt wird, entsteht beim Gießen des Gehäuses zusammen mit dem Magneten nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur ein Zwischenraum zwischen dem Gehäuse und dem Innenumfang des Magneten, so daß dieser relativ zum Gehäuse etwa beweglich und nicht daran festgelegt ist Der erfindungsgemäße Magnet la oder Xb mit nicht kreisförmiger, sondern elliptischer innerer Umfangsfläche kann dagegen am Gehäuse 2a oder 26 festgelegt gehalten werden.

In den F i g. 9a bis 9e sind andere Querschnittsformen des Magneten dargestellt Die Magneten Ic bis ig besitzen eine im Querschnitt annähernd elliptische innere Umfangsfläche. Die Magnete id, le und if weisen an ihrer inneren Umfangsfläche mindestens einen Vorsprung auf, während der Magnet ig Ausnehmungen in der äußeren Umfangsfläche besitzt. Bei diesen Ausführungsformen können zur ausgerichteten Festlegung des Magneten während der Fertigung leicht mit den Vorsprüngen oder Ausnehmungen in Eingriff tretende Stifte P angebracht werden. Diese Vorsprünge oder Ausnehmungen sind in ähnlicher Weise geeignet, wenn zwei oder mehrere Magnete zur Herstellung eines Motors mit größerer axialer Länge übereinander angeordnet werden sollen. Wenn wie bei dem Magnet ig an dessen äußerer Umfangsfläche Ausnehmungen vorgesehen werden sollen, werden diese in den Bereichen zwischen den Polen angeordnet. Diese Ausführungsformen sind auch von Vorteil zur Erhöhung der Festigkeit beispielsweise durch Einbau einer Verstärkungsrippe und dadurch weniger bruchgefährdet.

Während die vorstehend beschriebenen Magnete aus einem Material mit hoher magnetischer Permeabilität bestehen, ist es auch möglich, Magnete aus einem Material mit niedriger magnetischer Permeabilität, wie beispielsweise Ferrit, herzustellen, wobei jedoch umgekehrt die innere Umfangsfläche des Magneten einen geringeren Durchmesser in den Polbereichen und einen den herkömmlichen Magneten entsprechenden Durchmesser in den interpolaren Zwischenbereichen aufweist, so daß die Polbereiche eine vergrößerte Wandstärke besitzen. Derartige Magneten aus einem Material mit niedriger Permeabilität haben die gleichen Vorteile, wie die vorstehend beschriebenen Magnete aus einem Material mit hoher Permeabilität

Die erfindungsgemäßen zylindrischen Feldmagneten für kleine Gleichstrommotoren besitzen somit bei Verwendung eines Materials mit hoher magnetischer Permeabilität eine im Vergleich zu den Polbereichen vergrößerte Wandstärke in den Bereichen zwischen den Polen, oder bei Verwendung eines Materials mit niedriger magnetischer Permeabilität eine im Vergleich zu den Bereichen zwischen den Polen vergrößerte Wandstärke in den Polbereichen. Durch die Veränderung der Wandstärke besitzt der Magnet insgesamt eine vergrößerte magnetische Induktion ohne Vergrößerung seines Außendurchmessers oder seines Volumens. In der Tat hat der erfindungsgemäße Magnet im Vergleich zu einem herkömmlichen Magneten gleichen Gewichts

insgesamt eine um etwa 20% größere Induktion, so daß ein den erfindungsgemäßen Magneten enthaltender Motor im Vergleich zu einem herkömmlichen Motor gleichen Außendurchmessers eine größere Motorleistung erbringt. Darüber hinaus führt der erfindungsgemäße Magnet zu einer verbesserten Festigkeit der Magnethalterung.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Radial innerhalb des Läufers eines Gleichstromkleinmotors liegender Feldmagnet mit kreisförmigem Außenumfang, wobei die Welle des Läufers in dem Feldmagneten gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Feldmagnet aus einem Material hoher magnetischer Permeabilität besteht und seine Polbereiche eine geringere Dicke aufweisen als die Zwischenbereiche.

2. Radial innerhalb des Läufers eines Gleichstromkleinmotors liegender Feldmagnet mit kreisförmigem Außenumfang, wobei die Welle des Läufers in dem Feldmagneten gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Feldmagnet aus einem magnetischen Material mit geringer magnetischer Permeabilität besteht und seine Polbereiche eine größere Dicke aufweisen als die Zwischenbereiche.