DE2821824C3

DE2821824C3 - Feldmagnet

Info

Publication number: DE2821824C3
Application number: DE2821824A
Authority: DE
Inventors: Masanori Kadoma Osaka Morisawa
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1977-05-26
Filing date: 1978-05-19
Publication date: 1982-02-25
Also published as: US4181866A; DE2821824A1; DE2821824B2; CA1111477A; GB1580289A; JPS53147217A

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 Gleiclsitromn.jtoren das Verhältnis zwischen den Abmessungen und dem magnetischen Fluß zu verbessern, da zum einer 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 is!. Das Loch im Zentrum des Magneten wurde dazu angebracht, eine Buchse aufzunehmen, da Bohrungen selbst in dem Magneten nicht mit genügend genauer Töleranz gefertigt Werden können. Im zusammengebauten Anwendürigszustand hat dieser Magriet überall gleiche Wandstärke,

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

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

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

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

Fig.3 einen Längsschnitt durch einen Gleichstrommotor mit erfindungsgemäßem Feldmagneten längs der ίο Linie 11 I-I 11 der F ig. 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,

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

F i g. 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.

F i g. 9a bis 9e schematische Querschnitte durch abgewandelte Feldmagneten,

Fig. 10 einen Querschnitt durch einen Gleichstromrrotor mit einem ν eiteren 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 IO und einen E-Ring 11 auf.

Bisher bekannte gleich kleine Gleichstrommotoren weisen einen zylindrischen Feldmagneten der in den Fig.! 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 einps Gehäuses 2 aus •io Kunstharz umschließend aufgebracht. Der Magnet 1 wird seinerseits von einer topfförn.'igen 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 )och 7 ist an einem Ende am Gehäuse 2 befestigt und am anderen Lnde 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 finde des zylindrischen Teiles des Gehäuses 2 einen Sit/ für das Lager 6' aufweisen und das zylindrische Teil ferner eine zur Erzielung einer hinreichenden Festigkeit des Gehäuses hinreichende Wandstarke 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 Rißbesländigkeit ergibt, den gesamten magnetischen Fluß verringert und zu einer geringeren Leistungsabgabe des Motors führt. Die Verringerung der Motorleistung kann nur durch Verwendung eines Magneten mit größerer Wandstärke vermieden werden, was jedoch einen größeren Außendüfehmesser des

Motors verursacht.

Bei der in den Fig.3 und 4 dargestellten Ausführungsform besitzt der Magnet Xa 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 Zwischenbereichen 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 besieht aus einem magnetischen Material mit hoher magnetischer Permeabilität, beispielsweise AJnico 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 F i g. 5 und 6 dargestellten, abgewandelten Magneten Xb haben die zwischen den Polbereichen liegenden Zwischenbereiche rr '. 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 Xb in die Gießform für das Gehäuseteil 2£> eingelegt werden kann, ohne daß hierfür eine besondere Orientierung des Magneten Xb relativ zu dem zu gießenden Gehäuseteil jn erforderlich ist. Da das Gehäuseteil nicht die in Fig. 3 gezeigten, dünnen Wandbereiche aufweist, kann das Kunststoffmaterial beim Guß glatt eingefüllt werden. Das dadurch erzeugte Gehäuse 2b besitzt eine verbesserte Festigkeit.

Bei den in den F1 g 3 bis 6 dargestellten Ausführungsformen besitzen die aus einem Material mit hoher magnetischer Permeabilität bestehenden Bereiche zwischen den Polen der Magneten Xa beziehungsweise Xb 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 Xa oder Xb zur kleinsten Wandstärke // und 4ϊ auf der O.dinate die magnetische .nduktion aufgetragen. Während der herkömmliche Magnet ein Verhältnis H/h = I aufweist, ist zu erkennen, daß die magnetische Induktion mit dem Verhältnis H/h ansteigt. Dies zeigt an. daß die mit eine;:i herkömmlichen Magneten erreichbare magnetische Induktion mit einem erfindungsgetTußen Magneten kleinerer Abmessung erzieh werden kann, was eine kompaktere Bauweise des Motors ermöglicht.

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

Über die insgesamt vergrößerte magnetische Induktion hinaus hat der erfindungsgemäße Magnet die in Fig.8 in durchgezogener Linie wiedergegebene Oberflächeninduktion, wähfjr.id diejenige des herkömmlichen Magneten durch die gestrichelte Linie in Fig.8 wiedergegeben wird. E'.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 Xa oder Xb mit nicht kreisförmiger, sondern elliptischer innerer Umfanjjsfläche kann dagegen am Gehäuse 2a oder 2b festgelegt gehalten werden.

In den F i g. 9a bis 9e sind andere Querschnittsformen des Magneten dargestellt. Die Magneten lc bis Xg besitzen eine im Querschnitt ain.ähernd elliptische innere Umfangsfläche. Die Magnete Xd, Xe und Xf weisen an ihrer inneren Umfangsfläche mindestens einen Vorsprung auf. während der Magret Xg Ausnehmungen in der äußeren Umfangsfiäche besitzt. Bei diesen Ausführungsformen können zur ausgerichte ten Festlegung des Magneten während der Fertigung leicht mit den Vorsprangen 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 Xg a^fi 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 brjehge fährdet.

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. wob:i 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. Derartigt Magneten aus einem Material mit niedriger Permeabilität haben die gleichen Vorteile, wie die vorstehend beschriebenen Magnete aus einem Material mit hoher Permeabilität.

Die erfindungspemaßen zylindrischen Fel-'Tiagneten für kleine Gleichstrommotoren besitzen somit bei Verwendung eines Materials mit hoher magnetischer Permeabilität eine im Vergleich zu den Polbereicher¹ vergrößerte Wan ^Jstärke in den Bereichen zwischen den Polen, oder bei Verwendung eines Materials mit niedriger magnetischer Permeabilität eine im Vergleich zu den Bereichen zwischen den Pöie'n 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 Motoflel· stung erbringt. Darüber hinaus führt der erfindungsge^ mäße Magnet zu einer verbesserten Festigkeit der Maghethalterung.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Radial innerhalb des Läufers eines Gleichstromkleinmotors liegender Feldmagnet mit kreisförmigem Außenumfang, wobei die Walle 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.