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Dauersagneterregte elektrische Maschine
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Die Erfindung bezieht sich auf eine dauermagneterregte elektrische
Maschine, mit einem bevickelten L§u£er und einem Ständer, der aus einem, den magnetischen
Rückschluß bildenden Jochrahmen besteht, an dem die Dauermagnete angeordnet sind
und bei welcher Maschine die jeweils einen Pol bildenden Dauermagnete dem Läufer
unmittelbar gegenüberliegen.
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Eine solche Maschine ist durch die DE-AS 27 38 175 bekannt. Bei dieser
Maschine ist der Luftspalt zwischen dem Läufer und den Dauermagneten über die Länge
der Dauermagnete konstant. Es besteht bei derartigen Maschinen die Gefahr, daß die
Dauermagnete in Bereich zur neutralen Zone hin bei einer zu starken Ankerrückfirkung,
z.B. infolge eines sehr hohen Sinschaltstroses, abmagnetisiert werden. Daher versucht
man, den Binschaltstrom durch elektronische Beschaltungen zu begrenzen, wobei solche
Beschaltungen insbesondere für Maschinen mit Nennepannungen von 100 bis 200 V angewendet
werden.
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Um die Einflüsse der Ankerrückwirkung gering zu halten, ist es au8rdei
dem üblich, die Polbedeckung zu reduzieren, wodurch allerdings die Leistungsfähigkeit
der Maschine eingeschränkt wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine dauermagneterregte
elektrische Maschine zu schaffen, bei der ohne Einschränkung der Leistungsfähigkeit
allein durch den mechanischen Aufbau eine Abmagnetisierung der Dauermagnete auch
bei einer durch die direkte Einschaltung der Maschine bedingten starken Ankerrückwirkung
verhindert ist.
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Die Ldsung der gestellten Aufgabe gelingt bei einer dauermagneterregten
elektrischen Maschine der eingangs beschriebenen Art nach der Erfindung dadurch,
daß der Luftspalt zwischen dem Läufer und den am Jochrahmen angeordneten, sich über
die volle Polteilung erstreckenden Dauermagneten jeweils von der Mitte der Dauermagnete
ausgehend nach beiden Seiten bis zur neutralen Zone hin stetig erweitert ist. Dadurch,
daß sich die Dauermagnete über die volle Polteilung erstrecken und der Luftspalt
zur neutralen Zone hin erweitert ist, wird in der neutralen Zone der Weg zwischen
den benachbarten Dauermagneten kürzer als der Weg über den Luftspalt zum Anker.
Es bildet sich daher an dieser Stelle ein Streufluß aus, durch den der Einfluß der
Ankerrückwirkung auf die Dauermagnete herabgesetzt wird.
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Einen besondere einfachen konstruktiven Aufbau der Maschine wird dadurch
erzielt, daß der Jochrahmen als Vieleck ausgeführt ist, dessen Eckenzahl der Polzahl
der Maschine entspricht, daß ferner die Dauermagnete plattenfrmig ausgebildet sind
und sich jeweils bis in die Ecken des Jochrahmens erstrecken. Durch die Plattenform
der Dauermagnete ergibt sich gegenüber
dem runden Läufer ein von
der Mitte zu den in die neutrale Zone reichenden Enden der Dauermagnete stetig zunehmender
Luftspalt. Bei dieser Ausgestaltung wird die geometrisch einfache und daher auch
kostengünstige Ausführungsform der Dauermagnete zur Erzielung des gewünschten magnetischen
Feldverlautes genutzt.
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Als besonders günstig hat es sich erwiesen, daß der Jochrahmen sechseckig
ausgebildet ist. PUr die Herstellung des Jochrahmens ist es dabei günstig, daß dieser
aus drei gleichen abgewinkelten und untereinander verschweißten Blechschalen besteht.
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Anhand eines in der Zeichnung dargestellten AusfUhrungsbeispiel es
wird der Anmeldungsgegenstand nachfolgend näher beschrieben.
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Mit 1 ist der Läufer der Maschine bezeichnet, der eine in Nuten 2
eingelegte Wicklung 3 besitzt. Der Läufer 1 ist in einem Ständer drehbar angeordnet,
welcher aus einem Jochrahmen 4 und an diesem angeordneten Dauermagneten 5 besteht.
Der Jochrahmen 4 selbst ist aus drei gleichen abgewinkelten Blechschalen 6 aufgebaut,
die an den Stellen 7 miteinander verschweißt sind. Die Dauermagnete 5 sind mit abwechselnder
Polarität an der Innenseite des Jochrahmens 4 befestigt.
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Die Dauermagnete 5 sind plattenförmig ausgebildet.
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Durch diese geometrische Gestalt der Dauermagnete 5 ergibt sich gegenüber
dem runden Läufer ein von der Mitte der Dauermagnete ausgehend nach beiden Seiten
hin stetig erweiternder Luftspalt 8. Dieser Luftspalt 8 erreicht in der neutralen
Zone 9 seine größte Länge.
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Da sich die Dauermagnete 5 über die volle Polteilung erstrecken, grenzen
sie in der neutralen Zone 9 unmittelbar aneinander, so daß zwischen benachbarten
Dauermagneten
5 verschiedener Polarität für den magnotischen Fluß ein kürzerer Weg besteht als
ueber den Luftspalt zum Anker. Dies hat zur Folge, daß sich in der neutralen Zone
9 zwischen den Dauermagneten 5 ein Streufluß ausbildet, welcher den Einfluß der
Ankerrückwirkung auf die Dauermagnete reduziert. Hierdurch wird eine Abmagnetisierung
der Dauermagnete im Bereich der neutralen Zone verhindert.
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Der geometrische Aufbau des Jochrahmens 4 als Vieleck stellt außerdem
sicher, daß die Dauermagnete 5 mechanisch besser den hohen Zug- und Scherkräften
bei Stromstößen standhalten kdnnen als bei einer runden Ausführung des Gehäuses
und der Magnete. Plattenförmige Magnete sind außerdem preisgünstiger als schalenförmige
und können darüber hinaus bessere magnetische Werte erreichen. Die Oberflächen der
plattenförmigen Dauermagnete 5 können in einfacher Weise geschliffen werden, so
daß die Höhe der Dauermagnete 5 eng toleriert ist, wodurch das Einhalten vorgegebener
Luftspalt und Jochanlagetoleranzen relativ einfach ist. Damit ist eine wesentliche
Voraussetzung für geringe Exemplarstreuungen bei kostengünstiger Fertigung gegeben.
Die polygone Bauweise des Jochrahmens 4 bringt außerdem mit sich, daß sich die plattenförmigen
Dauermagnete 5 in der neutralen Zone 9 berühren und somit ein sich selbst fixierendes
Gewölbe bilden.
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Es wurde bereits ausgeführt, daß eine reduzierte Polbedeckung die
Leistungsfähieksit der elektrischen Maschinen einschränkt. Zusätzlich kann es durch
den plötzlichen Abbruch der Dauermagneterregung im Zueammenwirken mit den bei Niederspannungsmaschinen
oft weitgeöffneten Ankernuten zu unerwünschten Drehmomentpulsationen und Geräuschen
kommen. Diese Gefahr besteht bei der erfindungsgemäßen Maschine nicht, da sich der
Luftspalt
bis zur neutralen Zone hin stetig erweitert und die Luftspaltinduktion damit ebenfalls
einen stetigen Verlauf aufweist, wobei im Bereich des Polwechsels die Luftspaltinduktion
zu null wird.
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Berechnungen haben gezeigt, daß bei einer Maschine mit konstantem
Luft spalt und einer Polbedeckung von zwei Drittel die Länge der Dauermagnete in
Magnetisierungsrichtung etwa das 1,5-taehe der Länge gegenüber einer Maschine mit
sich stetig erweiternden Luftspalt betragen muß, um der Gefahr der Abmagnetisierung
zu widerstehen. Wird eine Polbedeckung von 80 , gewählt, wie man sie zwecks guter
Modellausnutzung bei kleinen, batteriegespeisten Gleichstrommotoren oder netzgespeisten
Positionierantrieben häufig antrifft, so muß die Lange der Dauermagnete sogar verdoppelt
werden. Derartige Dauermagnetlängen sind häufig aus preB- und sintertechnischen
Gründen nicht mehr ausführbar bzw. wirtschaftlich kaum tragbar.
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Die vorgeschlagene Bauweise mit sich stetig erweiterndem Luftspalt
8 zwischen dem Läufer 1 und den Dauermagneten 5 erweist sich somit bei der Bemessung
von dauermagneterregten elektrischen Maschinen, bei denen infolge eines direkten
Anschaltens an eine Batterie hohe Ankergegenfelder auf die Dauermagnete einwirken,
den bisher üblichen Ausführungsformen überlegen.
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4 Patentansprüche 1 Figur