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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von kreisringsektorartigen
Permanentmagneten nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie Permanentmagnete und
deren Verwendung.
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In der Technik ist es bekannt, aus einem langgestreckten, stabförmigen
Permanentmagneten quer zur Längserstreckung Permanentmagneten geringer Höhe abzutrennen.
Zur Verwendung in Scheibenläufermotoren werden die Permanentmagneten geringer Höhe
in der Weise bearbeitet, daß sie die Form von Kreisringsektoren geringer Höhe erhalten.
Die Herstellung der Kreisringsektoren geringer Höhe ist jedoch sehr kostenintensiv,
da bislang bei der Herstellung der Kreisringsektor-Form aus der Rechteckform sehr
viel Abfall an teurem Magnetmaterial angefallen ist. Die von dem Stangenmaterial
abgetrennten Rechtecke geringer Höhe werden an beiden Planflächen geschliffen und
müssen zur Herstellung der Kreisringsektor-Kontur neu eingespannt werden, so daß
auch die Ränder der Rechtecke beschliffen werden können. Die Herstellung ist arbeitsaufwendig
und deswegen teuer, da der Materialabfall sehr groß ist. Aus diesem Grunde ist es
unwirtschaftlich, die kreisringsektorförmigen Magnete aus einem rechteckigen Ausgangsmaterial
geringer Höhe herauszuarbeiten. Bisher ist es auch nicht gelungen, die gewünschte
Magnetform durch entsprechende Formgebung und anschließendes Sintern herzustellen.
Die Herstellung der kreisringsektorförmigen Magneten durch einen Sinterprozeß ist
mit hohen Einbußen an magnetischen Eigenschaften verbunden. Insbesondere treten
beim Sintern Inhomogenitäten in den Randzonen der Magneten auf.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs
genannten Art zu schaffen, durch welches auf fertigungstechnisch einfache und zugleich
kostengünstige Weise kreisringsektorartige Permanentmagneten hergestellt werden
können.
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Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruches
1 angegebenen Merkmale gelöst.
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Nach dem Grundgedanken der Erfindung werden bei dem Verfahren zur
Herstellung von Permanentmagneten mit einer kreisringsektorartigen Kontur folgende
Schritte durchgeführt: In einem ersten Schritt werden zwei Rechteck-Magnete geringer
Höhe so ausgerichtet,daß der Nordpol des einen Magneten nach oben und der Nordpol
des anderen Magneten nach unten weist. Mit anderen Worten, der Nordpol des einen
Magneten und der Südpol des anderen Magneten weisen nach oben. Die beiden
Magneten
werden dann durch einen Vertikalschnitt jeweils so geteilt, daß zwei der sich gegenüberliegenden
Ränder des einen Magneten in einen kurzen Abschnitt und einen langen Abschnitt getrennt
werden. Die beiden Magneten werden somit durch einen schrägen Schnitt vertikal zur
Planfläche geteilt. Durch diesen Schnitt entstehen aus jedem Magneten zwei ungleichschenklige
Trapeze. Von dem einen Magnet, dessen Nordpol nach oben ausgerichtet ist, wird nun
ein Trapez genommen und mit einem Trapez des anderen Magneten, dessen Südpol nach
oben ausgerichtet ist, kombiniert, wobei die beiden Trapeze so zusammengelegt werden,
daß die kurzen Abschnitte der Trapeze einander benachbart und gleichzeitig die langen
Abschnitte der Trapeze einander benachbart angeordnet werden und daß in den nach
oben und unten weisenden Planflächen jeweils die gleichnamigen Pole der Trapeze
vorgesehen werden. Dazu wird beispielsweise das Trapez, dessen Nordpol bisher nach
oben ausgerichtet war, umgedreht. so daß nunmehr der Südpol nach oben weist. In
gleicher Weise kann umgekehrt das Trapez des zweiten Magneten, dessen Südpol bislang
nach oben ausgerichtet war, genommen werden, umgedreht werden und mit einem Trapez
des ersten Magneten zusammengefügt werden, so daß nunmehr beide Nordpole nach oben
weisen. Damit können zwei Permanentmagneten geringer Höhe erstellt werden, die jeweils
eine Kontur in der Art eines Kreisringsektors aufweisen.
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Um die rechteckigen Magneten geringer Höhe durch einen Vertikalschnitt
jeweils in zwei ungleichschenklige Trapeze zu trennen, werden diese zersägt oder
mit einem ähnlichen Trennverfahren zerteilt.
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Damit die einander neu zugeordneten Trapeze ihre Lage zueinander
beibehalten, werden diese zusammengeklebt.
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Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Trapeze können
vorzugsweise so zusammengefügt sein, daß der lange Schenkel des einen Trapezes des
einen Magneten unmittelbar an dem langen Schenkel des einen Trapezes des anderen
Magneten anliegt. Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform, welche zwei Trapeze
von unterschiedlichen Magneten aufweist, zeichnet sich dadurch aus, daß die beiden
langen Schenkel der Trapeze des einen Magneten und des anderen Magneten einander
abgewandt angeordnet sind.
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Die durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Trapeze, welche
zu kreisringsektorartigen Magneten zusammengefügt werden, finden vorzugsweise in
Scheibenläufermotoren Verwendung. Das Verfahren nach der Erfindung ist insbesondere
auf Kobalt-Samarium-Magnete anwendbar, die aufgrund ihrer geringen Bauhöhe einen
Trommelkollektor in einem Scheibenläufermotor zulassen, so daß der Aufbau des Scheibenläufermotors
äußerst kompakt wird. Die zusammengefügten, kreisringsektorartigen Magnete nach
der Erfindung können gleichmäßig und im Abstand über den Umfang einer Planfläche
einer im Scheibenläufermotor vorgesehenen kreisringförmigen Scheibe verteilt angeordnet
sein, wobei jeweils der lange Schenkel des einen Trapezes dem langen Schenkel des
anderen Trapezes unmittelbar benachbart angeordnet ist und wobei der kurze Schenkel
des einen Trapezes eines kreisringsektorartigen Magneten zum kurzen Schenkel des
einen Trapezes des auf der Scheibe benachbarten kreisringsektorartigen Magneten
parallel verlaufend angeordnet ist.
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In ähnlicher Weise können die kreisringsektorartigen Magneten auf
einer kreisförmigen Scheibe in einem
Scheibenläufermotor so angeordnet werden, daß
bei jedem kreisringsektorartigen Magnet die beiden langen Schenkel der Trapeze einander
abgewandt angeordnet sind und daß der lange Schenkel des einen Trapezes des einen
kreisringsektorartigen Magneten zum langen Schenkel des einen Trapezes des benachbarten,
kreisringsektorartigen Magneten parallel verlaufend angeordnet ist.
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In vorteilhafter Weise wird das erfindungsgemäße Verfahren auf Permanentmagneten
angewandt, welche aus einem Seltenen-Erden Werkstoff, insbesondere aus Kobalt-Samarium
bestehen. Bei diesem äußerst teuren Magnetwerkstoff ist es von besonderer Bedeutung,
möglichst wenig Abfall bei der Herstellung von kreisringsektorartigen Magneten zu
haben. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren fällt nur insoweit Material ab, als
die rechteckigen Permanentmagneten geringer Höhe durch einen schräggelegten Vertikalscnnitt
getrennt werden.
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Durch die parallele Anordnung von zwei Trapezschenkeln zweier benachbarter
kreisringsektorartiger Magnete wird mit den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellten Magneten gleichbleibend vermieden, daß beim Übergang der Rotorwicklungen
eines Scheibenläufermotors von einem kreisringsektorartigen Magneten auf den benachbarten
kreisringsektorartigen Magneten Drehmomentstöße auftreten.
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Die Erfindung wird beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben;
es zeigt Fig. 1 zwei rechteckige Permanentmagneten geringer Höhe, welche jeweils
durch einen Vertikalschnitt geteilt sind, in Draufsicht; Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel
eines kreisringsektorartigen, aus zwei Trapezen zusammengefügten Magneten in Draufsicht;
Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines kreisringsektorartigen, aus zwei Trapezen
zusammengefügten Magneten in Draufsicht; Fig. 4 eine Anordnung von kreisringsektorartigen
Magneten nach Fig. 2 auf dem Umfang einer Scheibe eines Scheibenläufermotors in
Draufsicht; Fig. 5 eine Anordnung von kreisringsektorartigen Magneten nach Fig.
3 auf dem Umfang einer Scheibe eines Scheibenläufermotors in Draufsicht sowie Fig.
6 einen Vertikalschnitt durch einen Scheibenläufermotor mit kreisringsektorartigen
Magneten.
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In Fig. 1 sind zwei rechteckige Permanentmagneten geringer Höhe 1
und 3 dargestellt. Der Magnet 1 weist mit seinem Nordpol N nach oben und der Magnet
3 weist mit seinem Südpol S nach oben. Beide Magnete 1 und 3 werden durch einen
Vertikalschnitt in gleicher Weise so geteilt, daß zwei der sich gegenüberliegenden
Ränder in einen kurzen Abschnitt und in einen langen Abschnitt getrennt werden.
Beim Magneten 1 entstehen somit zwei Trapeze 5 und 7, wobei das Trapez 5 den kurzen
Abschnitt 9 und den langen Abschnitt 11 aufweist und wobei das Trapez 7 den kurzen
Abschnitt 13 und den langen Abschnitt 15 besitzt. Weiterhin ist jedes Trapez durch
einen kurzen und einen langen Schenkel begrenzt. Das Trapez 5 weist somit einen
kurzen Schenkel 17 und einen langen Schenkel 19 auf und das Trapez 7 besitzt einen
kurzen Schenkel 21 und einen langen Schenkel 23. Die kurzen Abschnitte 9,13 und
die langen Abschnitte 11,15 weisen jeweils die gleiche Länge auf.
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Zur Verdeutlichung des Vertikalschnittes sind die gleich großen, spitzen
Winkel a eingezeichnet.
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Der Magnet 3 ist in gleicher Weise in zwei ungleichschenklige Trapeze
25 und 27 aufgeteilt. Das Trapez 25
ist von dem kurzen Abschnitt
29, dem kurzen Schenkel 37, dem langen Abschnitt 31 und dem langen Schenkel 39 begrenzt
Das Trapez 27 weist in identischer Weise einen kurzen Abschnitt 33, einen kurzen
Schenkel 41, einen langen Abschnitt 35 sowie einen langen Schenkel 43 als Begrenzungen
auf. Durch den Vertikalschnitt durch jeden der Magnete 1 und 3 entstehen die langen
Schenkel 19 und 23 sowie die langen Schenkel 39 und 43.
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In Fig. list gezeigt, daß der Vertikalschnitt durch die beiden Magnete
1 und 3 parallel, d.h. mit gleicher Steigung geführt ist, wobei die Magnete 1 und
3 mit unterschiedlichen Polen nach oben weisen. Grundsätzlich ist es auch möglich,
das Trennverfahren anzuwenden, wenn die beiden Magnete 1 und 3 gleichzeitig mit
den gleichnamigen Polen nach oben weisen. In diesem Fall müßten die Vertikalschnitte
mit entgegengesetzter Steigung gelegt werden. Im konkreten Fall nach Fig. 1 müßte
dann, wenn der Magnet 3 mit seinem Nordpol nach oben weist. der Vertikalschnitt
nicht von rechts unten nach links oben geführt werden, sondern von links unten nach
rechts oben. Diese Schnittführung ergibt sich auch.
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wenn man den Magnet 3 von der Rückseite her betrachtet.
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Mit einem der Trapeze 5 oder 7 des Magneten 1 und mit einem der Trapeze
25 oder 27 des Magneten 3 kann ein kreisringsektorartiger Magnet nach Fig. 2 oder
nach Fig. 3 hergestellt werden.
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Der in Fig. 2 dargestellte kreisringsektorartige Magnet 2 wird beispielsweise
so erhalten, daß links das Trapez 7, welches aus dem Magneten 1 erhalten wurde,
angeordnet wird. An den kurzen Schenkel 21 des Trapezes 7 wird beispielsweise das
Trapez 27 des Magneten 3 angefügt. Das Trapez 27 wird dabei umgedreht, so daß der
bislang nach oben weisende Südpol nach unten zu liegen kommt. Damit sind,wie in
Fig. 2 gezeigt ist, die beiden Nordpole der Trapeze 7 und 27 gemeinsam nach oben
ausgerichtet. Damit sind auch die langen Abschnitte 15 und 35 und gleichzeitig die
kurzen Abschnitte 13 und 33 der Trapeze 7 und 27 einander benachbart.
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In Fig. 3 ist eine weitere Möglichkeit aufgezeigt, bei welcher die
Bedingungen erfüllt sind, daß die kurzen und langen Abschnitte von zwei Trapezen
der Magnete 1 und 3 benachbart sind und daß die gleichnamigen Pole dieser Trapeze
jeweils in einer Planfläche des neu entstandenen kreisringsektorartigen Magneten
vorgesehen sind. Nach Fig. 3 wird beispielsweise auf der rechten Seite des zu bildenden
kreisringsektorartigen Magneten 4 das Trapez 7 des Magneten 1 angeordnet, wobei
es geringfügig im Uhrzeigersinn gedreht dargestellt ist. An den langen Schenkel
23 des Trapzes 7 wird beispielsweise das Trapez 27 des Magneten 3 angefügt. Das
Trapez 27 wird wiederum so gedreht, daß die bisherige Unterseite nach oben weist.
Damit sind in diesem Ausführungsbeispiel beide Nordpole der Trapeze 7 und 27 in
einer Planfläche 45 nach oben ausgerichtet. Die beiden Südpole der Trapeze 7 und
27 liegen somit in der gegenüberliegenden Planfläche (nicht dargestellt) des neu
entstandenen kreisringsektorartigen Magneten 4.
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In ähnlicher Weise wie bei Fig. 2 sind auch bei dieser Ausführungsform
die langen Abschnitte 15 und 35 sowie die kurzen Abschnite- 13 und 33 der Trapeze
7 bzw. 27 einander benachbart angeordnet.
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Die neugebildeten, kreisringsektorartigen Magnete 2 und 4 nach Fig.
2 bzw. Fig. 3 unterscheiden sich dadurch, daß beim kreisringsektorartigen Magneten
2 die beiden langen Schenkel 23 und 43 der Trapeze 7 und 27 einander abgewandt angeordnet
sind und daß beim
kreisringsektorartigen Magneten 4 der lange Schenkel 23 des Trapezes
7 unmittelbar benachbart zum langen Schenkel 43 des Trapezes 27 angeordnet ist.
Der kreisringsektorartige Magnet 2 ist längs des kurzen Schenkels 21 des Trapezes
7 und des kurzen Schenkels 41 des Trapezes 27 zusammengeklebt. Ebenso ist der kreisringsektorartige
Magnet 4 längs der beiden benachbarten langen Schenkel 23 und 43 der Trapeze 7 bzw.
27 zusammengeklebt.
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In Fig, 4 ist gezeigt, daß über den Umfang einer in einem Scheibenläufermotor
anzuordnenden kreisringförmigen Scheibe 49 gleichmäßig verteilt und im Abstand zueinander
8 kreisringsektorartige Magnete 2 vorgesehen sind. Die Magnete 2 weisen alle mit
den kurzen Abschnitten 9,29 oder 13,33 nach innen und mit den langen Abschnitten
11,31 oder 15,35 nach außen.
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Zwei benachbarte Magnete 2 sind einander mit den langen Schenkeln
beispielsweise 23 und 43 zugewandt. Die benachbarten langen Schenkel sind parallel
verlaufend angeordnet.
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Gemäß Fig. 5 ist eine kreisringförmige Scheibe 51 für einen Scheibenläufermotor
mit 8 kreisringsektorartigen Magneten 4 ausgestattet. Die Anordnung entspricht der
wie in Fig. 4 gezeigt ist. In diesem Fall sind jeweils die kurzen Schenkel zweier
benachbarter Magnete 4 einander zugewandt, z.B. sind die kurzen Schenkel 21 und
41 nebeneinander vorgesehen.
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In Fig. 6 sind in einem Schnitt durch einen Scheibenläufermotor zwei
sich gegenüberliegende. kreisförmige Scheiben 49 und 53 dargestellt, welche jeweils
mit kreisringsektorartigen Magneten 2 und 2' bestückt sind. Aus dieser Darstellung
ist ersichtlich, daß die Dicke (Höhe) der Magnete 2,2' relativ gering ist im Vergleich
zu deren Länge. Wenn in der Planfläche 45 des Magneten 2 beispielsweise der Nordpol
angeordnet ist, liegt auf der rückwärtigen Planfläche 47 der Südpol. Die rückwärtige
Planfläche 47 des Magneten 2 ist mit der Kreisscheibe 49 verklebt. An der dem Magneten
2 gegenüberliegenden Planfläche 47' des Magneten 2' ist dessen Südpol vorgesehen.
Im übrigen ist der Magnet 2' in gleicher Weise wie der Magnet 2 auf der Kreisringscheibe
53 aufgeklebt. Durch die gegenüberliegende Anordnung des Nordpoles des Magneten
2 gegenüber dem Südpol des Magneten 2' wird ein magnetisches Feld zwischen den Magneten
2 und 2' aufgespannt, welches die Wicklungen des Rotors 55 durchsetzten.Die Funktionsweise
des im übrigen aus den Kohlebürsten 57, der Welle 59 und dem Kommutator 61 bestehenden
Scheibenläufermotors ist bekannt.
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Mit den aus dem Werkstoff Samarium-Kobalt bestehenden Magneten 2
und 2' kann eine sehr kompakte Bauform des Scheibenläufermotors verwirklicht werden,
da diese Magnete mit dem Seltenen-Erden-Werkstoff nur eine geringe Bauhöhe benötigen.
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