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Elektromotor
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Elektromotor mit einem Anker
und einem Ständer, der ein Magnetjoch mit mindestens zwei Polschuhen und wengistens
einen zwischen den Polschuhen im Joch befindlichen Permanentmagneten aufweist.
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Durch die DE-AS 10 78 218 ist ein derartiger Elektromotor bekannt.
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Der Ständer besitzt die Form eines Hufeisens, dessen beide Schenkel
mit ihren zu Polschuhen ausgebildeten freien Enden den Anker des Motors teilweise
umgeben. Zwischen den beiden Schenkeln befindet sich ein Permanentmagnet. Ein solcher
Elektromotor baut in Richtung der Ankerachse relativ kurz, während er senkrecht
dazu eine größere Ausdehnung als andere bekannte Elektromotoren hat.
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Um den für das Erreichen einer bestimmten Leistung des Motors nötigen
iaiJnetischen Fluß zu erhalten, ist eine hohe Flußdichte im Magnetjoch nötig. Man
verwendet deshalb als Material für den oder die im Magnetjoch angeordneten Permanentmagnete
weichmagnetische Werkstoffe. z.B. Stahllegierungen, aus denen Magnete mit hoher
Flußdichte hergestellt werden können. Dadurch läßt sich eine Sättigungsmagnetisierung
des Jochmaterials erreichen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Elektromotor nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 so weiterzubilden, daß auch mit Magneten, die eine relativ kleine
Flußdichte im Innern besitzen, also relativ schwach sind, das Jochmaterial voll
magnetisiert werden kann, so daß der Gesamt fluß durch die Luftspalte zwischen den
Polschuhen des Jochs und dem Anker und damit die Leistung des Elektromotors gegenüber
den bekannten Ausführungen erhalten bleibt.
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Dies soll erreicht werden, ohne daß sich die Größe des Motors wesentlich
ändert.
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Diese Aufgabe wird gelöst, indem man einen Elektromotor mit den Merkmalen
aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 erfindungsgemäß so gestaltet, daß jeder Magnet
derart angeordnet ist, daß seine Polflvichen gegenüber dem Magnetjoch schräg gestellt
und groß g,-g niiber ;lem für den 11 9e t f ltiß wirksamen Jochqu?rschnitt sind.
Da
die Polflachen der Magnete oder des Magneten, der im Joch untergebracht
ist, groß im Vergleich zu den bekannten Ausfiihngen sind, kann auch bei kle.area
Fludichten in den Magneten das Jochmaterial voll magnetisiert werden. Die Schrägstellung
der vorhandenen Magnete bewirkt nun. daß die großen Pol flächen der Magnete nicht
zu einer Vergrößerung des gesamten Elektromotors führen, sondern daß weiterhin eine
äußerst kompakte Bauart des Motors gegeben ist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteransprüchen
entnommen werden. So ergibt sich etwa eine Schräglage der Magnete oder des Magneten
im Joch in günstiger Weise durch eine Anordnung nach Anspruch 2. Besondere Vorteile
ergeben sich durch eine Ausbildung der Erfindung nach Anspruch 3. Danach besteht
jeder Permanentmagnet aus einem hartmagnetischen Material, insbesondere aus Strontitim-
oder Bariumferrit. Die Flußdichte ist in diesen Magneten zwar nicht so hoch wie
in Magneten aus weichmagnetischen Material. Die durch die Schräglage ermöglichte
Vergrößerung der Polflächen führt jedoch zum gleichen Gesamt fluß wie etwa bei einem
Stahllegierungsmagneten, so daß keine Leistungeinbuße des Elektromotors eintritt.
Die Magnete aus weichmagnetischem Material, insbesondere aus Strontium- oder Barriumferrit
sind preiswerter als Stahllegierungsmagnete und neigen weniger zum Entmagnetisieren.
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Diese letzte Eigenschaft vor allem erlaubt es, in günstiger Weise
den erfindungsgemüßen Elektromotor so auszubilden, daß jeder Magnet in Flußrichtung
gegenüber den danzu senkrechten Richtungen nur eine geringe Ausdehnung besitzt.
Die Neigung zur Entmagnetisierung hängt nämlich nicht nur vom Magnetmaterial, sondern
auch von der Lange eines Magneten in Flußrichtung ab. Je größer dtese Länge ist,
desto geringer ist die Gefahr der Entmagnetisierung. Um diese Gefahr bei Magneten
aus weichmagnetischen Werkstoffen zu verringern, besitzen deren Polflächen im allgemeinen
einen großen Abstand voneinander, der Magnet weist also eine große Länge auf. Da
bei Ferriten, also hartmagnetischen Werkstoffen, die materialbedingte Neigung zur
Entmagnetisierung gering ist, kann die Länge der Magnete verringert werden. Dadurch
sind bei vorgegebenen Abmessungen des Magnetjochs noch größere Polflichen miglich.
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Gemäß Anspruch 6 ist jeder Magnet derart angeordnet, daß die FltlZrichtung
innerhalb der Magnete in einer Ebene liegt, zu der die Achse des Ankers eine Normale
ist. Eine derartige Ausbildung erlaubt es, das Magnetjoch aus einzelnen Blechen
höchstens zweier verschiedener Formen herzustellen. Bei einer Anordnung gemäß Anspruch
7 ist sogar nur eine einzige Form nötig. Durch zwei Permanentmagnete kann außerdem
der gesamte magnetische Fluß erhöht werten. Die Merkmale aus den Ansprüchen 8 und
9 beziehen sich auf vorteilhafte Vergr3ßerungen der Polflachen.
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Die vorteilhaften Weiterbildungen eines erfindungsgemäßen Elektromotors,
die die Ansprüche 10 und 11 beinhalten, gewährleisten es, daß das Joch auch bei
nur einem Magneten aus zwei gleichen Teilen zusammengesetzt werden kann. Die Anordnung
nach den genannten Ansprüchen ist jedoch auch bei mehreren Magneten möglich. Wollte
man die Jochteile nun aus einzelnen Blechen fertigen, so müßten diese eine Vielzahl
von verschiedenen Formen haben. Es ist deshalb günstig, wenn die Jochteile als Sinter-
oder Gesenkschmiedeteile hergestellt sind. Gemäß Anspruch 13 erstreckt sich der
Magnet quer zur Ankerachse bis zu den Außenseiten des Jochs. Dies ergibt besonders
große Pol flächen.
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Mehrere Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Elektromotors
sind in den Figuren der Zeichnung dargestellt. Anhand dieser Figuren wird die Erfindung
nun naher erläutert.
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Es zeigen: Figur 1 einen Elektromotor mit einen hufeisenförmigen Magnetjoch
und einem Permanentmagneten, Figur 2 einen Elektromotor mit zwei Permanentmagneten,
die wie der Magnet aus Figur 1 angeordnet sind, Figur 3 Elektromotoren mit einem
bzw. zwei und 4 Permanentmagneten in gegenüber den Figuren 1 und 2 abgeänderten
Lagen der Polachuhe,
Figur 5 einen Elektromotor mit einem Magneten,
dessen Fluß mit der A:ecicisc einen Winkel gröRer als O Grad und kleiner als 90
Grad einschließt, Figur 6 eine Ansicht der Ausführung nach Figur 5 in Richtung des
Pfeiles A, Figur 7 die Ansicht eines einzelnen Jochteils, Figur 8 eine Ansicht des
Jochteils in Richtung des Pfeiles B und Figur 9 eine Ansicht des Jochteils in Richtung
des Pfeiles C.
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Die Elektromotoren weisen jeweils einen Anker 10 und ein Magnetjoch
11 mit zwei Polschuhen 12 auf. Auf der dem Anker 10 benachbarten Seite sind die
Polschuhe 12 kreisförmig bzw., wenn man es räumlich betrachtet, hohlzylindrisch
gekrümmt. Der Krümmungsmittelpunkt liegt auf der Ankerachse 13. Im Magnetjoch 11
ist wenigstens ein Permanentmagnet 14 angeordnet. Die Flußrichtung in den jeweiligen
Magneten 14, die durch Pfeile gekennzeichnet ist, schließt mit der gestrichelt gezeichneten
Geraden 15, die in der Mitte des Magneten die Tangente an einen Kreis bildet, der
seinen Mittelpunkt auf der Achse 13 des Ankers 10 hat und durch die Mitte des Magneten
verläuft, einen Winkel größer als O Grad und kleiner als 90 Grad ein.
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Anhand von Figur 1 soll nun gezeigt werden, wie man bei einem gegebenen
Magneten mit der Flußdichte B1 und der Polfläche F1 sowie einem Jochmaterial mit
der Sättigungsmagnetisierung B2 den günstigsten Winkel y , der ein Maß für die Schräglage
des Magneten 14 ist, bestimmt. Der Fluß durch die Polfläche F1 des Magneten und
durch die Querschnittsfläche F2 im Joch sind gleich. Es gilt also: B1 . F1 = B2
. F2; Setzt man F1 = d l/cos yo und F2 = d ' 1 tg y , so er : 1 t mein
B1
' d ' l/cos/ = B2 B2 ' d ' 1 ' tg f d bezeichnet dabei die Breite <les Jochs
11 und des Magneten 14 in Richtung der Ankerachse 13.
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Es ergibt sich somit: sin y = B1/B2: Die Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel
mit zwei Permanentmagneten 14, die beide wie der Magnet aus Figur 1 angeordnet sind.
Die beide Joch teile 18 zwischen den Magneten besitzen die genau gleiche Form, so
daß sie aus völlig gleichen Blechen hergestellt werden können.
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Die Magnete können schwächer ausgelegt sein als der Magnet in Figur
1, da sich ihre Magnetflüsse zu einem Gesamtfluß addieren. Auch der Querschnitt
der Jochteile kann verringert werden.
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Eine andere Anordnung zwischen den Polschuhen und den Magneten 14
ist aus den Figuren 3 und 4 ersichtlich. Die Abschnitte 16 der Magnete 14 bilden
dabei einen Teil der Polschuhe 12. Die Magnete 14 reichen wie auch in den Figuren
1 und 2 jeweils auf einer Seite bis zum Außenrand des Magnetjochs II.
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Während bei den Ausführungen nach den Figuren 1 bis 4 die Flußrichtung
im Innern der Magnete 14 senkrecht zur Ankerachse 13 verläuft, schließt sie bei
dem Elektromotor aus den Figuren 5 bis 9 mit dieser einen Winkel ungleich 90 Grad
ein. Darüberhinaus liegt sie, noch spezieller, in einer senkrecht zur Jochstirnseite
und in Längsrichtung des Joch fußes 17 verlaufenden Ebene 19, die in Figur 5 strichpunktiert
angezeichnet ist. Durch diese Anordnung des Magneten 14 entstehen zwei völlig identische
Jochteile 18. Außerdem ist eine Achsialsymmetrie bezüglich der Geraden 24 vorhanden.
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Ein Jochteil ist in den Figuren 7 bis 9 in verschiedenen Ansichten
dargestellt. Es weist ein keilförmiges Fußstück 19 auf, das sich am breiten Keilende
nach oben zu einem Schenkel 20 fortsetzt. Der Schenkel 20 ist dabei im Abstand zur
oberen Fläche 21 des Fußstücks 19 in Längsrichtung des Polschuhs 12 verbreitert.
Dadurch wird der Polschuh 12 länger als die Strecke, um die die beiden in Figur
6 deutlich sichtbaren Kanten 23 des Magneten 14 in Richtung der Ankerachse 13 gegeneinander
versetzt sind. Der Abschnitt 22 zwischen
dem Fußstück 19 und dem
breiteren Schenkelabschnitt ist im Querschnitt trapezförmig ausgebildet, in ihm
setzt sich also die Keilform des Fußstiicks 19 noch fort.
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Es ist leicht einzusehen, daß für die Herstellung eines solchen Jochteils
aus einzelnen Blechen vor allem wegen der Keilform des Fußstücks 19 eine Vielzahl
verschieden geformter Bleche nötig sind, so daß das Jochteil recht teuer wäre. Deshalb
wird es vorteilhaft als Sinterteil oder Gesenkschmiedeteil gefertigt. Dazu braucht
man wegen der völligen Identität der beiden für ein Magnetjoch benötigten Joch teile
nur eine Form.
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Alle in den Figuren gezeigten Magneten besitzen von Polfläche zu Polfläche
nur eine geringe Ausdehnung, so daß eine plattenartige Form entsteht. Die Magnetanordnung
ist demnach ebenfalls geeignet für hochwertige Magnetmaterialien, die nur in Plattenform
hergestellt werden können.
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Es ist bei einem erfindungsgemäßen Elektromotor zwar denkbar, daß
man die an den Pol flächen der Magnete anliegenden, keilförmigen Jochteile quaderförmig
ausbildet, so daß von einer Schrägstellung der Magnete nur noch bedingt die Rede
sein kann. Eine derartige Ausbildung erhöht jedoch in erster Linie das Gewicht des
Jochs, ohne zu einem erhöhten Magnetfluß beizutragen. Das den Pol flächen der Magnete
benachbarte Material wird vielmehr jetzt nicht mehr voll magnetisiert.