DE4027091C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Feldmagneten für einen Miniatur­ motor gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 bis 4, dessen Merkmale aus der FR-OS 26 17 344 bekannt ist.

In den letzten Jahren werden Miniaturmotoren weit­ verbreitet als Antriebsmaschinen für verschiedenste Aus­ rüstungen verwendet, und es besteht ein immer dringen­ der werdender Bedarf an Miniaturmotoren geringerer Ab­ messungen und gleichmäßigerer Rotation. Dabei ist hin­ reichend bekannt, daß bei der Reduktion der Abmessungen des Miniaturmotors und für die Erzielung einer stoßfreien Motorrotation die Form des Feldmagneten einen wichtigen Faktor darstellt.

In der Fig. 1 ist teilweise im Längsschnitt und von vorn gesehen ein Miniaturmotor aus dem Stand der Technik dargestellt, auf den sich die vorliegende Erfindung richtet. In der Fig. 1 bezeichnet die Bezugszahl 22 ein Motorgehäuse, das in Form eines hohlen zylindrischen Be­ chers ausgebildet ist und an dessen innerer Umfangs­ fläche Feldmagnete 21 fest angepaßt und angebracht sind. Die Bezugszahl 11 bezeichnet eine Abschlußplatte oder einen Abschlußdeckel, der am offenen Ende des Motorge­ häuses 22 befestigt ist. 17 bezeichnet eine Motorwelle, an die ein Rotorkern 18 und ein Kommutator 13 angepaßt sind, wobei die Motorwelle mit Hilfe von Lagern 15 und 16, die am Motorgehäuse 22 und dem Abschlußdeckel 11 vorge­ sehen sind, drehbar gelagert ist. Die Bezugszahl 19 be­ zeichnet eine Rotorwicklung, die um den Rotorkern 18 herumgewickelt ist. Mit 12 sind Anschlüsse bezeichnet, die am Abschlußdeckel 11 gehaltert sind. 14 bezeichnet Bürsten, die elektrisch mit den Anschlüssen 12 verbunden und in einer solchen Weise ausgebildet sind, daß sie in Gleitkontakt mit dem Kommutator 13 stehen können.

In der oben beschriebenen Anordnung wird der Rotor 23, der im von den Feldmagneten 21 erzeugten Feld ange­ ordnet ist, welche fest an die Innenfläche des Motor­ gehäuses 22 angepaßt sind, dazu veranlaßt, sich zu drehen, sowie elektrischer Strom von den Anschlüssen 12 über die Bürsten 14 und den Kommutator 13 in die Rotorwicklung 19 eingespeist wird.

Die Fig. 2 zeigt eine seitliche Ansicht des wesent­ lichen Teils des Miniaturmotors aus Fig. 1, wobei der Abschlußdeckel 11 entfernt ist. Die Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht des in Fig. 2 verwendeten Feld­ magneten. In diesen Figuren sind übereinstimmende Teile mit gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 versehen. Wie aus den Fig. 2 und 3 hervorgeht, ist der Feldmagnet 21 in Form eines bogenförmigen Segments ausgebildet, wobei das mittlere Zwischenteil dicker als die beiden Seitenkanten ausgebildet ist. Indem auf diese Weise die Magnetdicke an verschiedenen Stellen variiert wird, kann das Auftreten von Hakmomenten, das sogenannte Cogging, herabgesetzt werden. Mit den in letzter Zeit erfolgenden Maßnahmen, den Motor mit immer geringeren Abmessungen auszubilden, wird der Feldmagnet 21 not­ gedrungen auch immer kleiner und dünner. Wird jedoch der Feldmagnet zu dünn gestaltet, so würde es schwierig, den Zwischenteil des Feldmagneten dicker als die beiden Seitenkanten auszulegen.

Die Fig. 4 und 5 zeigen perspektivische Ansichten mit verbesserten Feldmagneten aus dem Stand der Technik. Die Fig. 4 zeigt einen bogenförmigen Feldmagneten 24 mit gleichbleibender Dicke, wobei dieser Magnet mit vier ab­ geschnittenen Kanten ausgebildet ist, wie dies in der nicht geprüften japanischen Offenlegungsschrift Nr. 1 66 757/1987 vorgeschlagen wurde. So können auch mit einem Feldmagneten, der zu dünn ist, um Abschnitte unterschiedlicher Dicke zu realisieren, dieselben Effekte wie beim Feldmagneten 21 mit variierter Dicke aus Fig. 2 erzielt werden, indem die vier Ecken des Feldmagneten abgeschnitten werden.

Die Fig. 5 zeigt einen Feldmagneten 25 aus dem Stand der Technik, dessen Dicke wie in den Fig. 2 und 3 variiert ist und dessen vier Ecken oder Ränder eben­ falls unter Anwendung des oben beschriebenen Vorschlags abgeschnitten sind.

Im allgemeinen sind Feldmagnete für Miniaturmoto­ ren entweder segmentförmig oder weisen eine zylindrische Form auf. Die obigen Vorschläge (Fig. 4 und 5) wurden für segmentartige Feldmagnete verwendet, jedoch ist es dabei schwierig, diese Technik auch für Feldmagnete mit Zylinderform anzuwenden.

Wie bereits erwähnt, werden Feldmagnete für Miniatur­ motoren im allgemeinen fest an die innere Umfangsfläche des Motorgehäuses angepaßt. Beim Magneten des oben er­ wähnten Vorschlags, bei dem vier Kanten so abgeschnitten sind, daß sich eine rhombische Form ergibt, ist es je­ doch schwierig, eine derartig einfache Befestigungsein­ richtung zu verwenden, wie sie beispielsweise in Form der Befestigung des Magneten über einen Stift vorliegt, der aus elastischem Material hergestellt ist.

Die eingangs erwähnte FR-OS 26 17 344 zeigt Feld­ magnete (Statoren), in denen Permanentmagnetabschnitte, weichmagnetische Hilfspolabschnitte und Harzabschnitte zur Einbettung aufeinanderfolgend so in- und übereinandergrei­ fen, daß sie ein hohlzylindrisches Teil bilden. Gemäß den Fig. 3 und 4 dieser Schrift variiert dabei die Dicke der ansonsten rechteckig ausgebildeten Permanentmagnetabschnitte (mit hohem magnetischem Energieprodukt). Wenn mit der vorgeschlagenen Anordnung überhaupt Hakmomente (in nicht beabsichtigter Weise) beeinflußbar sind, dann deshalb, weil die Dicke der Permamentmagnetabschnitte variiert. Durch die gezeigte Variation können jedoch die Hakmomente nicht vermieden werden. Zudem bedingt eine Variation der Dicke, wie bereits aufgeführt, einen höheren technischen Aufwand. Ferner muß das Harzmaterial durch entsprechende Einbettung der Magnetabschnitte dafür sorgen, daß die Hohlzylinderform hergestellt wird, die für den Einbau in den Motor geeignet ist.

Auch das DE-GM 18 40 994 beachtet Hakmomente nicht und arbeitet mit zwei zwar gebogenen, jedoch ansonsten rechteckförmigen Magnetschalen, die durch zwei Kunst­ stoffschalen miteinander verbunden sind.

Die FR-PS 20 33 663 beschreibt eine Anordnung, bei der ein Hohlkörpermagnet, der mit einem Magnetpulver gefüllt ist, im Bereich außerhalb der Pole mit Perfora­ tionen versehen ist. Diese sollen und können jedoch nicht das Hakmoment zuverlässig vermeiden.

Die Hakmomentproblematik wird in der JP-OS 59- 144 348 (A) beachtet. Dort sind speziell eingeschnürte Abschnitte zwischen den sechs Magnetpolen eines hohl­ zylindrischen Feldmagneten ausgebildet, um eine sinusför­ mige Verteilung des wirksamen Magnetflusses zu erzielen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Feld­ magneten für Miniaturmotoren anzugeben, mit dem einerseits das Hakmoment herabgesetzt werden kann und der darüber hinaus einfach herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der Patent­ ansprüche 1 bis 4 gelöst.

Danach sind die Magnetpolbereiche stets nicht recht­ eckförmig ausgebildet, wodurch erzielt wird, daß das Hak­ moment vermeidbar ist, da die Intensität des Magnetfeldes sich allmählich und nicht plötzlich ändert.

Durch diese einfach realisierbare Maßnahme z. B. ellipsen- oder bogenförmiger Magnetpolabschnitte kann das Hakmoment vermieden werden, ohne die Magnetpolabschnitte in Form unterschiedlich dicker Segmente ausbilden zu müssen. Die erfindungsgemäßen Feldmagnetee sind technisch einfach herzustellen, wobei ohne überlappende Abschnitte das Segment oder der Hohlzylinder teilweise aus den Magnet­ polabschnitten gebildet ist und der übrige Teil entweder aus magnetischem Material geringen Magnetprodukts oder Harz besteht, wobei sämtliche Teile die gleiche Dicke aufweisen.

Der erfindungsgemäße Magnet weist an seinen Magnetpolen (an seinem zentralen Teil in Magnetisierungsrichtung) ein höheres maximales magneti­ sches Energieprodukt als in den übrigen Bereichen auf, d. h. ein hohes Güteprodukt oder eine hohe maxi­ male magnetische Energiedichte. Hierdurch kön­ nen sowohl Materialien für den Feldmagneten insgesamt eingespart werden als auch teure Materialien mit hohem Energieprodukt, so daß die Herstel­ lungskosten herabsetzbar sind. Ferner ist es möglich, den erfindungsgemäßen Feldmagneten so auszubilden (segmentartig oder mit zylindrischer Form), daß die vorhandenen Fixierungs- und Einpaßeinrichtungen an­ wendbar sind.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Miniaturmotor aus dem Stand der Tech­ nik, auf den die Erfindung gerichtet ist, teilweise im Längs­ schnitt und von vorn,

Fig. 2 eine seitliche Ansicht eines wesentlichen Teils des Miniaturmotors aus Fig. 1 mit abgenommenem Abschlußdeckel,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines in Fig. 2 gezeigten Feldmagneten,

Fig. 4 und 5 perspektivische Ansichten verbesserter Feldmagnete aus dem Stand der Technik und

Fig. 6 bis 13 perspektivische Ansichten von Aus­ führungsbeispielen der Erfindung.

In den Fig. 6 bis 13 sind Ausführungsbeispiele von er­ findungsgemäßen Feldmagneten für Miniaturmotoren perspek­ tivisch dargestellt. Dabei bezeichnet die Bezugszahl 1 einen Magnetpolabschnitt, 2 bezeichnet einen jeweils zwi­ schen den Magnetpolabschnitten liegenden Zwischenstückab­ schnitt oder kurz Zwischenabschnitt, 3 zeigt einen ausge­ schnittenen Abschnitt an und 4 bezeichnet einen eingehal­ sten oder eingeschnittenen Abschnitt. Ferner geben die Pfeile jeweils die Magnetisierungsrichtung an.

Die Fig. 6 bis 10 zeigen Feldmagnete für Miniatur­ motoren gemäß der Erfindung, wobei diese Magnete durch ein Spritzgießverfahren unter Vergießen zweier verschie­ dener magnetischer Materialien hergestellt werden, die unterschiedliche maximale magnetische Energieprodukte (Energiedichte oder Güteprodukte) aufweisen. Die Fig. 6 bis 8 zeigen dabei zylindrische Magnete und die Fig. 9 und 10 segmentartige Magnete. In den Fig. 6 bis 10 ist der Magnetpolabschnitt 1 jeweils durch eine Schraffur angedeutet, obwohl es sich nicht um einen Schnittbereich handelt.

Die Magnetpole bzw. Magnetpolabschnitte 1 der Fig. 6 bis 10 bestehen aus einem Harz- oder Kunststoffmagneten, der hergestellt wird, indem das magnetische Material einer Seltenen Erde mit einem hohen maximalen magnetischen Ener­ gieprodukt (wie beispielsweise Samariumkobalt, Neodym- Eisen-Bor usw.) mit einem Harz, Kunstharz oder Kunststoff zu einer Harzbindung oder Kunststoffbindung verbunden oder gebonded wird, wobei der Zwischenabschnitt 2 aus einem Harzmagneten hergestellt wird, der durch Binden oder Bonden eines magnetischen Oxidmaterials mit geringem oder niedri­ gem maximalen magnetischen Energieprodukt (beispielsweise Strontiumferrit usw.) mit einem Harz, Kunstharz oder Kunst­ stoff gewonnen wird. Der Zwischenabschnitt 2 kann jedoch auch ausschließlich aus Harz, Kunstharz oder Kunststoff her­ gestellt werden.

In den Ausführungsbeispielen der Fig. 6 bis 10 ist der Magnetpolabschnitt 1 als der Haupterzeugungsbereich für magnetischen Fluß aus einem Magneten mit hohem magnetischem Energieprodukt hergestellt, wohingegen der Zwischenab­ schnitt 2 aus einem Magneten mit geringem magnetischem Energieprodukt oder ausschließlich aus einem Harz, Kunstharz oder Kunststoff hergestellt ist. Dies trägt dazu bei, die Dicke der Feldmagneten für Miniaturmotoren herabsetzen zu können und auf diese Weise einen wichtigen Faktor bei der Reduzierung der Abmessungen der Miniaturmotoren zu ver­ bessern. Da darüber hinaus der Verbrauch an den teuren Seltenerdenmagnetmaterialien verringerbar ist, können preisgünstige Feldmagnete für Miniaturmotoren, die ein geringes Hakmoment (cogging torque) aufweisen, herge­ stellt werden. In den zylindrischen Feldmagneten der Fig. 6 bis 10 kann das Hakmoment herabgesetzt werden. In den segmentartigen Feldmagneten der Fig. 9 und 10 können die Magnete mit derselben Form hergestellt werden wie bei gebräuchlichen segmentartigen Feldmagneten, und es können die rhombischen Formen aus dem Stand der Technik, die in Fig. 4 und 5 gezeigt wurden, vermieden werden. Dies ge­ stattet, daß vorhandene Befestigungseinrichtungen un­ verändert verwendbar sind.

Die Ausführungsbeispiele der Fig. 11 bis 13 stellen erfindungsgemäße Feldmagnete dar, die hergestellt werden, indem magnetische Seltenerdenmaterialien (wie Samariumkobalt, Neodym-Eisen-Bor usw.) oder Ferritmaterialien (wie Stron­ tiumferrit, Bariumferrit usw.) geformt und gesintert wer­ den oder indem diese Materialien mit einem Harz, Kunstharz bzw. Kunststoff in eine integrale, zylindrische Form ge­ bunden werden. Das Ausführungsbeispiel der Fig. 11 ist dazu ausgelegt, das Hakmoment herabzusetzen, indem ein ausgeschnittener Abschnitt 3 in rhombischer Form im Zwischenabschnitt 2 vorgesehen ist. Das Ausführungsbeispiel der Fig. 12 setzt das Hakmoment herab, indem ein einge­ halster oder eingeschnürter Abschnitt 4 vorgesehen ist, der durch V-Kerben oder -Einschnitte auf beiden Seiten des Zwischenabschnitts 2 ausgebildet ist. Die Formen der aus­ geschnittenen Abschnitte 3 und der verjüngten Abschnitte 4 sind nicht auf die in den Fig. 11 und 12 dargestellte rhom­ bische Form bzw. V-förmige Einkerbung beschränkt, sondern es können alle möglichen anderen Formen wie rechtwinklige oder kreisförmige Aus- oder Einschnitte verwendet werden.

In den Ausführungsbeispielen der Fig. 11 und 12 ermög­ licht der ausgeschnittene Abschnitt oder der eingeschnürte Abschnitt 4 es, nicht nur das Hakmoment zu reduzieren, sondern darüber hinaus den Materialverbrauch herabzusetzen, woraus geringere Kosten resultieren.

Das Ausführungsbeispiel der Fig. 13 eines Feldmagne­ ten für Miniaturmotoren gemäß der Erfindung weist eine zylindrische Form auf, wobei jedoch die Dicke der Zylin­ derwandung an unterschiedlichen Stellen (Abschnitt 2) in der gezeigten Weise variiert ist.

Durch die Erfindung ist es möglich, einen Feldmagneten für Miniaturmotoren zu schaffen, mit dem das Hakmoment unabhängig davon, ob der Feldmagnet ein Segmentmagnet oder ein Zylindermagnet ist, vermindert werden kann. Darüber hinaus kann der erfindungsgemäße Feldmagnet den Material­ verbrauch insgesamt oder auch den Materialverbrauch für teure Materialien herabsetzen, woraus eine Kostenreduktion resultiert. Ferner können auch die segmentartigen Feld­ magnete der Erfindung mit derselben Form hergestellt werden wie die gebräuchlichen Feldmagnete, so daß die erfindungsgemäßen Feldmagnete unter Verwendung vorhan­ dener Befestigungseinrichtungen einfach einpaßbar sind.

Claims (4)

1. Feldmagnet für einen Miniaturmotor mit einem Stator, der den fest an das Motorgehäuse angepaßten Feldmagneten umfaßt, mit einem am offenen Ende des Motorgehäuses ange­ brachten Abschlußdeckel, einem eine auf einen Rotorkern gewickelte Rotorwicklung umfassenden Rotor, mit von Bürstenhaltern, die am Abschlußdeckel fest angepaßt sind, gehaltenen Stromzuführungsbürsten und einem hiermit in Schleifkontakt stehenden Kommutator, über den dem Rotor elektrischer Strom zugeführt wird, wobei der Feldmagnet im zentralen Teil der Magnetpolbereiche Magnetpolabschnitte mit hohem Magnetprodukt und angrenzende magnetische Ab­ schnitte mit niedrigem Magnetprodukt oder angrenzende Abschnitte aus Harz aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Feldmagnet in Form eines bogenförmigen Segments ausgebildet ist, dessen zentraler Bereich vom Magnetpol­ abschnitt (1) mit hohem Energieprodukt gebildet ist, der eine nicht rechteckige Form aufweist, und dessen übriger Teil aus den magnetischen Abschnitten (2) mit geringem Magnetprodukt besteht (Fig. 9, 10).

2. Feldmagnet gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Feldmagnet in Form eines bogenförmigen Segments ausgebildet ist, dessen zentraler Bereich vom Magnetpol­ abschnitt (1) mit hohem Energieprodukt gebildet ist, der eine nicht rechteckige form aufweist, und dessen übriger Teil (2) aus einem Harz gebildet ist (Fig. 9, 10).

3. Feldmagnet gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Feldmagnet in Form eines Hohlzylinders ausge­ bildet ist, der im zentralen Teil der Magnetpole aus den Magnetpolabschnitten (1) mit hohem magnetischen Energieprodukt gebildet ist, die nicht rechteckförmig sind, und dessen übriger Teil aus den magnetischen Abschnitten (2) geringen magnetischen Energieprodukts besteht (Fig. 6, 7, 8).

4. Feldmagnet gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Feldmagnet in Form eines Hohlzylinders ausge­ bildet ist, der im zentralen Teil der Magnetpole aus den Magnetpolabschnitten (1) mit hohem magnetischen Energieprodukt gebildet ist, die nicht rechteckförmig sind, und dessen übriger Teil (2) aus einem Harz gebildet ist (Fig. 6, 7, 8).