DE3500014A1

DE3500014A1 - Umlaufende elektrische maschine mit permanentmagnet

Info

Publication number: DE3500014A1
Application number: DE19853500014
Authority: DE
Inventors: René Palmier; Pierre Ramonville-Saint-Agne Perrier
Original assignee: Equipements Automobiles Marchal SA
Current assignee: Equipements Automobiles Marchal SA
Priority date: 1984-01-04
Filing date: 1985-01-02
Publication date: 1985-07-18
Also published as: FR2557743A1; JPS60156251A; FR2557743B1

Description

Beschreibung:

Die Erfindung betrifft eine umlaufende elektrische Maschine, insbesondere einen Motor oder Generator, die einen Induktor mit Permanentmagneten und einen Rotor, die durch einen Luftspalt voneinander getrennt sind, aufweist.

Es ist bekannt, dass in derartigen umlaufenden elektrischen Maschinen die Permanentmagneten einer Induktionsreaktion· unterworfen werden, die in einem Bereich des Magneten den Fluss des Magneten verstärkt, während im übrigen Bereich diese Induktionsreaktion eine entmagnetisierende Wirkung hat. Im Fall eines Motors erfolgt die Verstärkung des Magnetflusses durch die Induktionsreaktion an der vorderen Polschuhkante des Permanentmagneten, d.h. in dem Bereich des Permanentmagneten, der in Drehrichtung des Ankers im Verhältnis zum Induktor zuerst überstrichen wird. Dagegen hat an der hinteren Polschuhkante die Induktionsreaktion eine entmagnetisierende Wirkung. Bei einem elektrischen Generator ist die Erscheinung der Verstärkung des Flusses und der entmagnetisierenden Wirkung umgekehrt. Die Flussverstärkung erfolgt im hinteren Polschuhbereich, während die entmagnetisierende Wirkung im vorderen Polschuhbereich erfolgt.

Die Leistungsfähigkeit einer umlaufenden elektrischen Maschine ist durch diese entmagnetisierende Wirkung im Bereich des Magneten beschränkt. Diese Wirkung muss so schwach sein, dass ein Magnetisierungsverlust im betroffenen Bereich vermieden wird.

Um diesen Nachteil zu beseitigen, wurde bereits vorgeschlagen, die einer Entmagnetisierung unterworfenen Seiten von Permanentmagneten, die dem Luftspalt zugewandt sind, mit einem Schirm aus einem Material von guter magnetischer Permeabilität, z.B. mit einem Schirm aus Weicheisen, abzudecken.

Die bisher dafür vorgeschlagenen Lösungsmöglichkeiten erwiesen sich aber nicht als voll befriedigend und ermöglich-

BAD ORIGINAL

ten nicht im gewünschten Umfang die Erhöhung des Wirkungsgrads und der Leistungsfähigkeit von umlaufenden elektrischen Maschinen mit Permanentmagneten.

Aufgabe der Erfindung ist es insbesondere, eine umlaufende elektrische Maschine der vorstehend definierten Art bereitzustellen, die den z.Zt. in der Praxis auftretenden Bedürf-* nissen besser genügt und die insbesondere zu einer verbesserten Leistungsfähigkeit bei einem gegebenen Maschinenvolumen führt.

Erfindungsgemäss wird eine umlaufende elektrische Maschine der vorstehend definierten Art bereitgestellt, bei der die auf den Luftspalt gerichteten Seiten der Permanentmagneten zumindest teilweise mit einem Schirm aus einem Material von guter magnetischer Permeabilität bedeckt sind und die dadurch gekennzeichnet ist, dass dieser Schirm in einem im polaren Bereich des Magneten, der einer magnetisierenden Wirkung durch die Induktionsreaktion unterworfen ist, mindestens zwei Schlitze aufweist, die zur Erhöhung der Reluktanz quer zur relativen Drehrichtung zwischen dem Rotor und dem Induktor geeignet sind, wobei das Verhältnis der Gesamtfläche des oder der Schlitze zur mit dem Schirm verbundenen Poloberfläche 8 bis einschliesslich 30 Prozent beträgt.

Der^ Ausdruck "Schlitz" ist allgemein als Bezeichnung für eine vollständige oder teilweise Unterbrechung des magnetischen Materials des.Schirms zu verstehen. Diese Unterbrechung kann darin bestehen, dass dort keinerlei Material vorliegt oder aber ein vom magnetischen Material des Schirms unterschiedliches Material gegeben ist, beispielsweise Kunststoff oder das die Magneten bildende Material, insbesondere wenn die Magneten auf die Schirme aufgegossen sind (wie nachstehend näher erläutert) und diese Schlitze vom Material der Magneten ausgefüllt werden. Dieser unterbrochene Bereich des magnetischen Materials kann gegebenenfalls ganz oder teilweise vom magnetischen Material umgeben sein.

Die Schlitze können eine längliche, in Querrichtung zur relativen Drehrichtung zwischen dem Rotor und dem Induktor verlaufende längliche Form aufweisen. Sie erstrecken sich über den Hauptteil der Breite des Schirms hinweg. Vorteilhafterweise sind die Schlitze senkrecht zur Drehrichtung ausgerichtet.

J Gemäss einer ersten Ausführungsform ist die Zone des den polaren Bereich des Magneten bedeckenden Schirms, die einer entmagnetisierenden Induktionswirkung unterworfen ist, ausgefüllt. In diesem Fall beträgt das Verhältnis der Oberfläche der Schirmzone, die den oder .die Schlitze aufweist, zur Poloberfläche 40 bis einschliesslich 60 Prozent und das Verhältnis der Gesamtfläche des oder der Schlitze zur durch die Umgrenzungslinie der diese Schlitze aufweisenden Schirmzone begrenzten Fläche 20 bis einschliesslich 50 Prozent.

Gemäss einer weiteren Ausführungsform kann die den polaren Bereich des Magneten bedeckende Schirmzone, die der entmagnetisierenden Induktionswirkung ausgesetzt ist, Öffnungen aufweisen, die im wesentlichen parallel zur relativen Drehrichtung zwischen Rotor und Induktor ausgerichtet sind. Der Gesamtanteil der Durchlöcherung des Schirms, d.h. das Verhältnis der Fläche sämtlicher Öffnungen im Schirm zur durch die„Umgrenzungslinie des Schirms begrenzten Fläche'kann in diesem Fall 50 Prozent erreichen.

Der Durchlöcherungsanteil (d.h. das Verhältnis der Fläche der Öffnungen zur Fläche der Zone) der die Schlitze aufweisenden Zone kann zunehmend bis zu einem Maximum in der Nähe der Mittelachse des Pols steigen. Deshalb können sich die Schlitze in Richtung zur Mittelachse zusammendrängen und/oder die Breite der Schlitze kann zunehmend in Richtung zur Mittelachse steigen.

Die Permanentmagneten sind auf den Schirmen bef<'.'jt i#t. Vorteilhafterweise sind sie auf diese Schirme riui>/.;Ko:i:j';n bzw.

BAD

auf ihnen ausgeformt.

Die Schirme aufeinanderfolgender Pole können untereinander an ihren Längsenden durch Ränder verbunden sein, deren Querschnitt in ausreichendem Masse verringert ist, um die magnetische Verbindung zu begrenzen. Diese Ränder gewährleisten eine mechanische Verbindung zwischen den verschiedenen Schirmen, die ein Rohr mit geschlossener Umfangslinie bilden. Die Permanentmagneten sind dabei auf diesem Rohr- angeordnet, insbesondere mittels Zapfen oder dergleichen, die durch Stanzen der Schirmbleche ausgebildet werden. Die die Verbindung zwischen den Schirmen gewährleistenden Ränder können leicht gewölbt oder gefaltet sein, um eine Vergrösserung des Rohrdurchmessers zu ermöglichen, insbesondere mittels eines dehnbaren Dorns, wenn das Rohr in die Bohrung eines Gehäuses eingeführt wird, wobei die Permanentmagneten zwischen dem Rohr und der Bohrung angeordnet sind. Diese unter Vergrösserung des Durchmessers ablaufende Verformung des Rohrs bewirkt eine Klemmwirkung der Magnetsektoren zwischen dem Rohr und dem Magnetgestell. Das Rohr und allgemein die Schirme können eine Länge (in Richtung der geradlinigen Mantellinien) aufweisen, die die Länge der Magneten übersteigt, so dass sie mindestens an einem Ende über die Permanentmagneten vorstehen, wodurch die Wärmeabführung verbessert wird. Dieser Längsüberstand des Rohrs oder der Schirme im Verhältnis zu den Magneten kann mit Löchern oder Rippen ausgestattet sein, die dem Wärmeaustausch mit der Luft dienen.

Der Winkel zwischen zwei Querschlitzen in den Schirmen wird so gewählt, dass er sich nicht durch Multiplikation oder Division des Winkels zwischen zwei aufeinanderfolgenden Vertiefungen des Rotors ergibt.

Die Erfindung betrifft auch ein Element, das als Schirm für eine umlaufende elektrische Maschine mit Permanentmagneten dient. Dieses Element ist dadurch gekennzeichnet, dass es rohrförmig ausgebildet ist und mehrere Bereiche

35000H

aufweist, die jeweils zur Verbindung mit einem Magneten bestimmt sind, wobei die aufeinanderfolgenden Bereiche an ihren Längsenden durch Ränder von ausreichend verringertem Querschnitt verbunden sind, um eine magnetische Verbindung zu verhindern, wobei diese Zonen durch einen grossen, zur Verhinderung eines magnetischen Kurzschlusses bestimmten Schlitz voneinander getrennt sind, wobei jeder Bereich in einer zur Abdeckung eines polaren Bereichs eines Magneten, der der magnetisierenden Wirkung der- Induktionswirkung unterworfen i-st, bestimmten Zone Schlitze aufweist, die im wesentlichen parallel zu den Mantellinien den Rohrelements ausgerichtet sind ,und wobei das Verhältnis der Gesamtfläche dieser Schlitze zur Querfläche des damit verbundenen Magneten 8 bis einschliesslich 30 Prozent beträgt.

Schliesslich betrifft die Erfindung auch Permanentmagneten für umlaufende elektrische Maschinen der vorstehend definierten Art, wobei diese Permanentmagneten dadurch gekennzeichnet sind, dass sie auf die entsprechenden Schirme aufgegossen sind.

Neben den vorstehend dargestellten Merkmalen umfasst die Erfindung auch bestimmte weitere Merkmale, die nachstehend in Verbindung mit speziellen Ausführungsformen anhand der Zeichnung erläutert sind. Diese speziellen Ausführungsformen ^sollen jedoch keine Beschränkung der Erfindung'darstellen.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Querschnitt einer erfindungsgemässen umlaufenden elektrischen Maschine mit Permanentmagnet ;

Fig. 2 eine Ansicht in Richtung des Pfeils II von Fig. 1; Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines rohrförmigen Schirms;

Fig. 4 einen Querschnitt ähnlich wie in Fig. 1 einer umlaufenden ti U;k tr lachen Maschine, die mit einem Schirm gemäüs Fig. 3 ausgerüstet ist;

BAD GSJGiNAL

Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie V-V von Fig. 4; Fig. 6 eine ebene Ansicht einer Variante eines Schirms; und Fig. 7 eine ebene Ansicht einer weiteren Variante eines derartigen Schirms.

In der Zeichnung und insbesondere in Fig. 1 und 2 ist eine umlaufende elektrische Maschine 1 ersichtlich, die als Motor anzusehen ist. Dabei ist festzuhalten, dass die gemachten Erläuterungen auch dann gelten, wenn es sich bei derelektrischen Maschine um einen Generator handelt, wobei einige Erläuterungen dementsprechend anzupassen sind.

Die Maschine 1 umfasst einen Induktor 2 mit Permanentmagneten 3, die insbesondere aus Ferrit bestehen. Jeder Magnet 3 entspricht einem ^vord- oder Südpol. In der Wiedergabe von Fig. 1 sind auf dem Umkreis vier aufeinanderfolgende Magneten angeordnet, wobei die Polaritäten von zwei aufeinanderfolgenden Magneten jeweils entgegengesetzt sind. Somit gibt es in der Darstellung von Fig. 1 zwei diametral gegenüberliegende Pole N (Nord) und zwei diametral gegenüberliegende Pole S (Süd). Jeder Magnet 3 wird von einem Zylindersektor gebildet, der sich im wesentlichen über einen Viertelkreis erstreckt und gegen die Innenfläche eines Gehäuses 4 angeordnet ist. Die konkave Seite der Magneten 3 wendet sich in Richtung zum Gehäuseinnern. Der Induktor 2 stellt allgemein den Stator der Maschine dar.

Der Anker 5, der allgemein den Rotor darstellt, weist die allgemeine Form eines Rotationszylinders auf und ist im Innern des durch die Permanentmagneten 3 begrenzten Volumens angeordnet.

Der Rotor 5 weist auf seiner Peripherie regelmässig angeordnete Nuten auf, von denen in Fig. 1 einfachheitshalber nur einige dargestellt sind. Es ist klar, dass sich die Nuten 6 über die gesamte Peripherie des Rotors 5 erstrecken. Diese Nuten 6 enthalten die die Ankerwicklung 5 bildenden Leiter. Die Maschine 1 ist vom Gleiclfistromtyp. Wenn Gleich-

35000H

strom in einer bestimmten Richtung in den Leitern des Ankers 5 läuft, setzt sich der Anker in Drehbewegung in Richtung des Pfeils F, d.h. im Uhrzeigersinn.

Ein Luftspalt 7 trennt die äussere Oberfläche des Ankers 5 von der inneren Oberfläche des Induktors 2.

In bekannter Weise entsteht bei Betrieb der elektrischen Maschine eine magnetische Induktionsreaktiqn. Bei dem in· Fig. 1 dargestellten Motor übt diese Induktionsreaktion eine magnetisierende Wirkung auf die vordere (auflaufende) Polkante des Magneten 3 aus. Als vorderer Polbereich oder Pol- t kante wird der Bereich des Magneten 3 bezeichnet, der in der relativen Drehrichtung zwischen Anker und Induktor zunächst erreicht wird. Dagegen übt diese Reaktion eine entmagnetisierende Wirkung auf die hintere (ablaufende) Kante 3b des Magneten aus. Im Fall eines Generators, bei dem sich der Anker in der gleichen Richtung dreht, kommt es zur Umkehrung der Wirkung auf die vordere und hintere Polkante.

Ein Schirm 8 aus Material mit guter magnetischer Permeabilität, z.B. aus Weicheisen, bedeckt die auf den Luftspalt 7 ausgerichtete Seite der Permanentmagneten 3- Dieser Schirm 8 erstreckt sich im wesentlichen über den gesamten Winkelbereich der Winkelausdehnung des dazugehörigen Permanentmagneten 3·

Bei der Dimensionierung der Magneten der Maschine muss die maximale magnetische Induktionsreaktion berücksichtigt werden, um eine Entmagnetisierung zu vermeiden. Dies stellt eine einschränkende Bedingung für die Dimensionierung, die Wahl der Art des Magneten, die Gesamtkosten der Maschine I und ihren Verwendungsbereich dar.

Vorzugsweise sind mindestens zwei Schlitze 9 in der Zone A des Schirms vorgesehen. Diese Schlitze erstrecken sich quer über den Hauptteil der Breite des Schirms, d.h. das Verhältnis der Länge 1 (Fig. 2) dieser Schlitze zur Breite L des Schirms 8 liegt üb<-r 0 , R ( I/I, > 0 , 8 ).

BAD ORIGINAL

Es ist festzuhalten, dass in der Darstellung von Fig. 2 die Schlitze die Form einer länglichen, ununterbrochenen Öffnung haben, deren Ränder parallel verlaufen.

Die Schlitze können aber auch Formen aufweisen, die sich von der in der Zeichnung dargestellten Form unterscheiden. Jeder Schlitz kann aus einer Anzahl von Grundschlitzen bestehen, die insbesondere in einer Richtung quer zu F angeordnet sind, wie es bei den Schlitzen 9a in Fig. 7 der Fall ist. Die Grundschlitze können auch aus Löchern, insbesondere Kreislöchern bestehen, die beispielsweise zickzackförmig verteilt sind.

Im Fall einer Mehrzahl von Grundschlitzen entspricht die Länge 1 - quer zu F - des entsprechenden Gesamtschlitzes der Summe der Längen der Grundschlitze in dieser Richtung quer zu F.

Die verbleibenden Ränder des Materials des Schirms 8, z.B. die an den Längsenden der Schlitze 9 angeordneten Ränder von Fig. 2 ,in denen im Bereich der Zone A die Schlitze vorgesehen sind, weisen einen ausreichend verringerten Querschnitt auf, um gesättigt zu sein und um in der in Frage stehenden Zone die Querkomponenten der durch die Wicklung des Ankers erzeugten Induktion maximal zu begrenzen. Die verbleibenden Bereiche 10 dienen zur Befestigung von Metallzungen, z.B. der zwischen den Schlitzen 9 befindlichen Zungen 11.

Wenn sich die Schlitze 9 über die gesamte Breite L des Schirms 8 erstrecken, können die Metallzungen 11 mechanisch miteinander durch ein Material verbunden sein, das keine gute magnetische Permeabilität aufweist, beispielsweise durch einen Metallstreifen, der in gewisser Weise die Schlitze ausfüllt.

Diese Schlitze 9, die zur Erhöhung der Reluktanz in Querrichtung zur relativen Drehrichtung F zwischen dem Rotor

. ₁₃ . 35000H

und dem Induktor 2 fähig sind, erzeugen in der Zone A eine bevorzugte Flussbahn: Der radiale Fluss ist begünstigt, während die Querkomponenten der Induktion in dieser Zone abgeschwächt sind.
5

Das Verhältnis der Gesamtfläche der Schlitze 9 zur Oberfläche des Pols 3 beträgt 8 bis einschliesslich 30 Prozent. Mit Poloberfläche wird die Oberfläche des Magneten 3 bezeich net, die auf den Luftspalt 7 hin gerichtet ist und vom Rotor 5 im Verlauf von dessen Drehung überstrichen wird.

Im Fall der Wiedergabe von Fig. 2 sind drei Querschlitze 9 vorgesehen, wobei die Gesamtfläche dieser Schlitze der Summe der Flächen der Einzelschlitze entspricht. Die Poloberfläche entspricht der durch die Umfangslinie des Schirms 8 umgrenzten Fläche, d.h. der Oberfläche im Innern des rechteckigen Umfangsverlaufs dieses Schirms 8. Diese Oberfläche stellt die Summe der Fläche der Öffnungen und der Oberfläche des Materials des Schirms dar. Die Umfangslinie des Schirms 8 folgt der Umfangslinie der praktischen Poloberfläche, die somit vollständig vom Schirm 8 bedeckt ist.

Mit A wird die die Schlitze 9 aufweisende Zone bezeichnet, während B zur Bezeichnung des übrigen Bereichs des Schirms dient. Die Trennlinie zwischen den beiden Zonen ist in Fig. 2 rni^t der gestrichelten Linie S dargestellt. Vorzugsweise sind die Schlitze 9 untereinander parallel und parallel· zu den Mantellinien der die Magneten 3 begrenzenden Zylinderfläche angeordnet, d.h. die Schlitze 9 stehen senkrecht zur Drehrichtung F.

Um in diesem Fall ein Magnetgeräusch aufgrund einer Resonanz der Reluktanzschwarikungen zu vermeiden, unterscheidet sich der Winkel A zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schlitzen 9 vom Winkel Δ. 1 zwischen zwei aufeinanderfolgenden Nuten 6 des Ankers, wobei Z\und -A-I sich untereinander wie Primzahlen verhalten.

BAD

-H-

Der Schirm 8 der auf der gesamten Poloberfläche auf den Luftspalt ausgerichtet ist, wird auf dem Magneten 3 auf beliebige Weise befestigt, beispielsweise durch Klebeverbindung, Falzverbindung und dergleichen. Gemäss der Ausführungs-r form von Fig. 1 und 2 ist die Zone B des den Polschuh 3b des Magneten 3 bedeckenden Schirms, die der entmagnetisierenden Induktionswirkung unterworfen ist, voll ausgebildet und weist somit keine Schlitze auf. Diese nicht unterbrochene Zone stellt 60 bis 40 Prozent (einschliesslich der· Grenzwerte) der Gesamtheit der Schirmoberfläche, die innerhalb der Umfangslinie dieses Schirms liegt, dar, während die Zone A 40 bis 60 Prozent ausmacht.

Die Schlitze 9 können regelmässig oder unregelmässig angeordnet sein. Wenn man die Breite eines zwei Schlitze trennenden Materialstreifens mit e_f und die Breite eines Schlitzes mit e (Fig. 2) bezeichnet, ^ann man dafür sorgen, dass die Be-

Ziehung e < k e„ gilt, um eine Sättigung der Materialstrei-

3. I

fen 11 zu vermeiden. Der Koeffizient k hängt insbesondere vom Ferrittyp, aus dem der Magnet 3 besteht, ab. Es lässt sich feststellen, dass für Magneten auf der Basis von Seltenen Erden (Samarium Ferrit) k in der Grössenordnung von 1 liegt, während für Ferrite von Strontium/Barium k die Grössenordnung von 2 haben kann.
26

Man „kann Schlitze 9 vorsehen, die sich mit allmählicher Annäherung an die Mittelachse M (Fig. 2) des Schirms 8 zusammendrängen. Ebenso .kann die Breite e der Schlitze 9

3.

allmählich zunehmen, bis sie in der Nähe der Mittelachse M ein Maximum erreicht. In dieser Zone muss der Perforationskoeffizient des Schirms (Verhältnis der Fläche der Öffnungen zur Fläche des diese Öffnungen aufweisenden Schirmbereichs) ein Maximum erreichen, um der Vorrichtung einen guten Wirkungsgrad zu verleihen und eine bestmögliche Wirkungsweise zu erreichen.

Der Wirkungsgrad hängt auch von der Dicke j (Fig. 1) des Schirms 8 ab, die einen von einigen .Zehntel Millimeter bis zu ei-

nem der Dicke k des Gehäuses ^Ji gehenden Wert haben kann.

In der Zone A, die die Schlitze 9 aufweist, die zur Erhöhung der Reluktanz quer zur Richtung F geeignet sind, beträgt das Verhältnis der Gesamtfläche

der Schlitze 9 zur Fläche der Zone A 20 bis einschliesslich 50 Prozent.

i Es ist festzuhalten, dass die Schlitze 9 nicht notwendigerweise parallel zur Richtung der Mantellinien des Zylinders (und somit senkrecht zur Richtung F) sein müssen, sie können vielmehr im Verhältnis zu den Mantellinien geneigt sein. In diesem Fall sind die vorstehend erwähnten Vorsichtsmassnahmen hinsichtlich der Winkel Λ, und A 1 weniger wichtig.

Aus den Figuren 3 bis 5 ist eine vorteilhafte Ausführungsform ersichtlich, gemäss der die aufeinanderfolgenden Schirme 8 untereinander so verbunden sind, dass sie ein röhrenförmiges Element 12 oder Rohr aus magnetischem Blech, insbesondere aus Weicheisen bilden, das im Bereich des Luftspalts 7 zwischen den Magnetsektoren 3 und dem Anker 5 angeordnet ist.

Das Rohr 12 erfüllt verschiedene Funktionen, die zur Verbesserung der Wirkungsweise der Maschine beitragen. Es dient zur ,Befestigung und Positionierung der Magnetsektoren 3, es erlaubt die Ableitung von im Bereich des Luftspalts entstandener Wärmeenergie.in noch wirksamerer Weise, als dies bei den getrennten Schirmen 8 von Fig. 1 der Fall ist, es bietet die Möglichkeit, die Bohrung für den Induktor 2 vorzusehen, was zu einer Verminderung der Leistungsstreuung führt, und es verringert die entmagnetisierende Belastung des Ankers in den Zonen der dieser Belastung unterworfenen Magnetsektoren.

Das röhrenförmige Element 12 wird durch Schneid- oder Stanzarbeit aus einem Weicheisenblech erhalten. Bezeichnet man die Blechdicke mit j1 (Fig. >\) und die Dicke der Magnetsek-

BAD ORIGINAL

toren mit ti, so liegt j1 vorzugsweise zwischen 0,1.ti und 0,25.ti, wobei die Grenzwerte eingeschlossen sind. Im Bereich der Seiten der Magneten 3 ist das Blech des röhrenförmigen Elements 12 durchlöchert, wie vorstehend unter Bezugnahme auf Fig. 1 und 2 erläutert worden ist. Dabei gelten die gleichen Bezugszeichen für die Querschlitze 9, die i-n den Bereichen dieses die Schirme 8 bildenden Blechs, die mit den Polen verbunden sind, vorgesehen sind. Der Perforationskoeffizient oder der Lochanteil sowie die ver- · schiedenen im Hinblick auf die Figuren 1 und 2 angegebenen prozentualen Anteile gelten auch für das röhrenförmige Element 12, je nachdem, ob die Zone B (Fig. 5) voll und schlitzfrei ausgebildet ist oder ob sie Schlitze aufweist.

Wie aus Fig. 5 ersichtlich, sind die Schirme 8 aufeinanderfolgender Pole untereinander an ihren Längsenden über Ränder 13 verbunden, die einen ausreichend verringerten Querschnitt aufweisen, dass die magnetische Verbindung zwischen den Polen unterschiedlicher Polarität begrenzt ist. Ein grosser Querschlitz 14 trennt die beiden aufeinanderfolgenden Bereiche des den Schirm 8 bildenden röhrenförmigen Elements 12, um einen magnetischen Kurzschluss zwischen den benachbarten Polen zu vermeiden. Die Ränder 13 gewährleisten eine mechanische Verbindung des gesamten Aufbaus.

Das,in flachem Zustand durch Schneid- oder Stanzarbeit bearbeitete Blech wird sodann gerollt und anschliessend zusammengefalzt oder - geschweisst, so dass ein röhrenförmiges Element 12 entsteht, auf dem die Magnetsektoren 3 angeordnet werden. Diese werden mittels Zapfen 15, die durch Stanzen des Blechs erhalten worden sind, angebracht.

Nach Formgebung des röhrenförmigen Elements 12 werden die Ränder 13 leicht gebogen oder gefaltet, so dass die konvexe Seite sich nach innen richtet, wie aus Fig. 3 ersichtlich. Anschliessend werden die Magnetsektoren 3 am röhrenförmigen Element 12 angebracht, und die gesamte Anordnung wird in die Bohrung des Gehäuses 4 eingeführt. Ein dehn-

SAD ORIGINAL

barer Dorn (nicht dargestellt) wird in das Innere des röhrenförmige Elements 12 so eingeführt, dass sich der Durchmesser dieses röhrenförmigen Elements durch Deformation der die einzelnen Pole verbindenden Ränder vergrössert, was zur FoI-ge hat, dass die Magnetsektoren 3 zwischen dem auf diese Weise radial ausgeweiteten röhrenförmigen Elements 12 und dem Magnetgestell 4 eingeklemmt und blockiert werden. Die Ränder 13 bleiben unter Spannung, so dass sie die Magnetsektoren 3 unter ständiger Druckausübung auf diese in unbeweglichem Zustand halten.

Diese Ausführungsform, die sich des röhrenförmigen Elements 12 bedient, erlaubt eine rasche und automatische Positionierung und Befestigung der Magnetsektoren 3, die dann mittels Klebstoffpunkten, der entweder von der Gehäuseseite oder von der Luftspaltseite aus aufgebracht wird, in einen unbeweglichen Zustand gebracht werden können.

Die Anwesenheit eines metallischen Stücks 8 oder 12 im Bereich des Luftspalts 7 gewährleistet eine bessere Wärmeabführung, da die Ferrite, aus denen die Permanentmagneten 3 bestehen, eine sehr schlechte Wärmeleitfähigkeit besitzen.

Die Länge der Mantellinien des röhrenförmigen Elements 12 kann über der Länge der Magnetsektoren 3 liegen, so dass das ,röhrenförmige Element 12 in Längsrichtung an einem Ende und vorzugsweise an beiden Enden über die Magneten 3 um'die Bereiche 16, 17 (Fig. 5) vorsteht. Diese vorstehenden Bereiche 16, 17 verbessern die Wärmeabführung durch erhöhten Luftkontakt. Löcher 18 oder (nicht dargestellte) Rippen, die dem Wärmeaustausch mit der Luft dienen, sind vorteilhafterweise in den Bereichen 16, 17 vorgesehen, um die Wärmeabführung zu verbessern.

Das in der Bohrung angeordnete röhrenförmige Element 12 kann auf der Innenseite einer Oberflächenbehandlung unterworfen sein, was es ermöglicht, einen dünnen und konstanten Luftspalt 7 '-'sehen dem Induktor 2 und dem Anker 5 aufrecht

BAD ORIGINAL

-/.υ erhalten. K\ tie derartige Oberflächenbehandlung auf der J ritieriiiel te kann in der I'raxla nicht direkt an den Permanentmagneten 3 vorgenommen werden, was auf die Materialbeschaffenheit dieser Magneten zurückzuführen ist. Diese Oberflächenbehandlung auf der Innenseite des röhrenförmigen Elements erlaubt es, eine praktisch konstante Reluktanz des magnetischen Kreislaufs ausserhalb djes Magneten 3 zu erreichen. Die Reluktanz der "Eisen"-Bereiche ist gegenüber der Reluktanz des Luftspalts vernachlässigbar, so dass man mit einer Regelung des Flusses an den Magnetsektoren 3 die Streuungen der Maschinenleistung reduzieren kann.

Wie Fig. 6 und 7 zeigen, kann der Bereich B des zur Abdeckung des Polschuhs bestimmten Schirms 8, z.B. der der entmagnetisierenden Induktionswirkung unterzogene Bereich 3b Löcher 19, 19a, 19b aufweisen. In diesem Fall ist die gesamte polare Oberfläche des Schirms 8 oder des röhrenförmigen Elements 12 mit Löchern versehen. Jedoch sind die Löcher 19, 19a, 19b parallel zur Drehrichtung F des Ankers ausgerichtet, so dass der Fluss quer zur durch den Schirm kanalisierten Induktionsreaktion in dieser Zone B, die zur Anordnung unter dem Polschuh 3b bestimmt ist, nicht gestört wird. Jedoch sättigt die Durchlöcherung der Zone B noch mehr die metallischen Bereiche und begrenzt den Fluss, was sich in einer Verringerung der Kenndaten der Maschine und insbesondere des Moments ausdrückt. Man kann diesen Nachteil ausgleichen, indem man die Dicke des röhrenförmigen Elements und der Schirme 8 erhöht. Gemäss der Ausführungsform von Fig. 6 sind die Ränder der Löcher 19 parallel zur Richtung F und weisen alle die gleiche Länge auf. Gemäss der Aus-' führungsform von Fig. 7 weisen die Löcher 19a auf halber Länge bogenförmige, in Querrichtung verlaufende Erweiterungen auf. Die Länge der Löcher 19b ist geringer als die der Löcher 19a. Zwei Löcher 19b folgen aufeinander auf einer zu F parallel verlaufenden Geraden ,und sind auf dieser Geraden auf beiden Seiten der Quererweiterungen der Löcher 19a angeordnet. Im Fall von Fig. 7 weisen die Querschlitze 9a in der Zone A auf halber Länge längs verlaufende, bogenförmige

Erweiterungen 20 auf. Die Schiitze 9a erstrecken sich gemäsa Fig. 7 nur über einen Teilbereich der Breite des Schirms, wobei drei Schlitze 9a hintereinander auf einer zur Richtung F senkrecht stehenden Geraden angeordnet sind und die Materialränder 21 zwischen den Schlitzen 9a reduziert sind. Die Schlitze 9a aufeinanderfolgender Reihen sind so angeordnet, dass die in Längsrichtung vorgesehenen bogen-' förmigen Erweiterungen von einer Reihe zur anderen zickzackförmig verschoben sind.

Wenn die Poloberfläche vollständig durchlöchert ist, d.h. • wenn die Zone B ebenfalls Löcher aufweist (rechtwinklig zu den Schlitzen 9 der Zone A ausgerichtet), so kann der Durchlöcherungsanteil, d.h. das Verhältnis der Gesamtfläche der Löcher zur durch die Umfangslinie des Schirms begrenzten Fläche,50 Prozent erreichen.

Unabhängig von der jeweiligen Ausführungsform können die Permanentmagneten 3 aus Ferrit vorteilhafterweise auf die Schirme 8 aufgegossen sein. Die Schlitze 9 begünstigen das Zusammenhaken zwischen dem Schirm und dem Permanentmagnet, da das aufgegossene Material des Permanentmagneten während des Aufgiessvorgangs in diese Schlitze eindringen kann.

Die erfindungsgemässe Lösung erlaubt es, im Vergleich zu herkömmlichen Maschinen eine überlegene Leistung in bezug auf Moment/Intensität zu erzielen und die entmagnetisierende Induktionswirkung zu verringern. Daraus ergeben sich folgende Vorteile: Ein breiterer Anwendungsbereich für die Maschine, eine grössere Auswahl in den Eigenschaften und den Abstufungen der Magneten, eine geringere Dicke des Ma-₄ gneten und somit eine Verringerung in bezug auf Volumen und Kosten.

Ferner gewährleistet diese Lösung wegen der einfachen Ausführung und der Tatsache, dass kein Bauteil der elektrischen Maschine modifiziert ist, eine leichte grosstechnische Ausführung. Der Schirm 8 oder 12, der zwischen dem Luftspalt

BAD ORIGINAL

7 und dem Magneten 3 angeordnet wird, kann durch Stanz- oder Schneidarbeiten, d.h. durch eine einfache Arbeitstechnik, erhalten werden.

Die erfindungsgeraasse Lösung eignet sich insbesondere für Anlasser mit Reduziervorrichtung und^Ferritmagneten, insbesondere für Automobile. Es ist festzuhalten, dass der
Ausdruck "quer zur Richtung F verlaufende Schlitze 9" bedeuten soll, dass der von der Mittellinie eines Schlitzes 9 und der Richtung F eingeschlossene Winkel zwischen 90
und 45° (einschliesslich der Grenzwerte) liegen soll. Dieser Winkel liegt vorzugsweise über 60 . In der Zeichnung
beträgt dieser Winkel 90°.

Ferner ist festzustellen, dass im Fall eines elektrischen Generators, dessen Anker sich in der in Fig. 4 gezeigten
Richtung dreht, das röhrenförmige Element 12 zwar verwendet werden kann, jedoch anders angeordnet wird. Man kehrt bei der Befestigung der Magneten das im Fall eines Motors vordere Ende des Rohrs 12 um, so dass es im Fall eines

Generators zum hinteren Ende wird. Die im Fall des Motors an&eordneten Schlitze 9 befinden sich dann an der hinteren Polkante 3b.

- Leerseite

Claims

Umlaufende elektrische Maschine mit Permanentmagnet

Ansprüche;

Umlaufende elektrische Maschine, insbesondere Motor oder Generator, die einen Induktor mit Permanentmagneten und einen Rotor, die durch einen Luftspalt voneinander getrennt sind, aufweist, wobei die nach innen gerichteten Seiten der Permanentmagneten zumindest teilweise mit einem Schirm aus einem Material mit guter magnetischer Permeabilität bedeckt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Schirm (8) in einer Zone (A), die sich im Bereich -eines polaren Bereichs (3a) des einer magnetisierenden Wirkung aufgrund der Induktionsreaktion ausgesetzten Magneten (3) befindet, mindestens zwei Schlitze (9) aufweist, die zur Erhöhung der Reluktanz quer zur relativen Drehrichtung (F) zwischen dem Rotor und dem Induktor geeignet sind, wobei das Verhältnis der Gesamtoberfläche der Schlitze zur mit dem Schirm verbundenen Poloberfläche 8 bis einschliesslich 30 Prozent beträgt.

Telefon: (0221) 380238 Telegramm: Inventator* Köln · Telex: 8883555 max d f12 Postgirokonto-CCP Köln (BLZ 37010050) Kto.-Nr. 152251-500 ■ Deutsche Bank AG Köln (BLZ 37070060) Kto.-Nr. 1236181

_₂_ 35000U
2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze (9) eine längliche, quer zur relativen Drehrichtung (F) zwischen Rotor (5) und Induktor (2) verlaufende Form aufweisen, wobei sie sich über den Hauptteil der Schirmbreite hinweg erstrecken.
3- Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zone (B) des Schirms (8), der einen polaren Bereich (3b) des Magneten bedeckt, der.

der entmagnetisierenden Wirkung des Rotors ausgesetzt ist, voll ausgebildet ist, dass das Verhältnis der Oberfläche der Zone (A) des Schirms, wo sich der oder die Schlitze (9) befinden, zur Poloberfläche 40 bis 60 Prozent (unter Einschluss der Unter- und Obergrenzen dieses Bereichs) beträgt und dass das Verhältnis der Gesamtoberfläche des oder der Schlitze (9) zur Oberfläche, die durch die Umrisslinie der Zone des die Schlitze aufweisenden Schirms (8) begrenzt ist, 20 bis einschliesslich 50 Prozent beträgt.

x" 20
4. Maschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch f- gekennzeichnet, dass die Zone (B) des Schirms (8), der den

polaren Bereich (3b) des Magneten, der der entmagnetisierenden Wirkung des Rotors ausgesetzt ist, bedeckt, öffnungen (19, 19a, 19b) aufweist, die im wesentlichen parallel zur relativen Drehrichtung (F) zwischen dem Rotor und dem Induktor ausgerichtet sind, wobei der gesamte durchlöcher- ' te Anteil des Schirms (8) 50 Prozent erreichen kann.
5. Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (A) zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schlitzen (9) sich vom Winkel (Al) zwischen zwei aufeinanderfolgenden Nuten des Rotors unterscheidet, wobei A und Δ 1 untereinander Primzahlen sind.

35
6. Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der durchlöcherte Anteil der Zone (A), die die Querschlitze (9) aufweist, sich zunehmend

BAD

35000U

"" j ■*"

bis zu einem Maximalwert in der Nähe der Mittelachse (M) des Pols erhöht.
7. Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschlitze (9) sich in Richtung zur Mittelachse (M) zusammendrängen und/oder die Breite (e ) dieser Schlitze

el

sich in Richtung zur Mittelachse zunehmend erhöht.
8. Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, da-. durch gekennzeichnet, dass die Permanentmagneten (3) auf die Schirme (8) aufgegossen sind.
9. Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schirme (8) aufeinanderfolgender Pole an ihren Längsenden durch Ränder (13) mit einem zur Begrenzung der magnetischen Verbindung ausreichend verringerten Querschnitt miteinander verbunden sind, wobei die Ränder eine mechanische Verbindung zwischen den einzelnen Schirmen (8), die ein röhrenförmiges Element oder Rohr (12) ^rait geschlossener Umrisslinie bilden, gewährleisten, wobei die Permanentmagneten (3) an diesem Rohr insbesondere mittels Zapfen (15) oder dergleichen, die durch Stanzen des Schirmblechs ausgebildet sind, angeordnet sind.
10. Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schirme (8, 12) eine im Vergleich zu den Magneten (3) grössere Länge (in Richtung der geradlinigen Mantellinien) aufweisen, so dass sie mindestens an einem Ende über die Permanentmagneten vorstehen, um die Wärmeabführung zu verbessern, wobei der Längsüberstand (16, 17) der Schirme in bezug zu den Magneten Löcher (18) oder Rippen aufweisen kann, die dem Wärmeaustausch mit der Luft dienen.
11. Schirmelement für eine umdrehende elektrische Maschine mit Permanentmagneten, insbesondere für eine der Maschinen nach den Ansprüchen 1 bis 11J dadurch gekennzeichnet, dass das Element Rohrform (1?) besitzt und mehrere Bereiche (8J

BAD ORlG¹NAL

35000U

aufweist, die jeweils zur· Verbindung mit einem Magneten (3) vorgesehen sind, wobei aufeinanderfolgende Bereiche durch Ränder (13) mit ausreichend verringertem Querschnitt, um eine magnetische Verbindung an deren Längsenden zu vermeiden, verbunden sind, wobei diese Bereiche (8) durch einen grossen, zur Vermeidung eines magnetischen Kurzschlusses dienenden Schlitz (14) getrennt sind, wobei jeder Bereich in einer Zone (A),die zur Bedeckung eines Polschuhs (3a) eines einer magnetisierenden Wirkung durch die Rotorreak_r

jQ tion ausgesetzten Magneten bestimmt ist, Schlitze (9) aufweist, die im wesentlichen parallel zu den Mantellinien des Rohrelements ausgerichtet sind, wobei das Verhältnis der Gesamtfläche der Schlitze (9)· zu der durch die Umrisslinie des Bereichs (8) des mit einem Magneten verbundenen

^g Schirms 8 bis einschliesslich 30 Prozent beträgt.
12. Permanentmagnet für eine umlaufende elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet auf dem Schirm (8, 12) befestigt 2Q ist und insbesondere auf diesen Schirm aufgegossen ist.