DE949415C - Elektrische Maschine, deren Magnetkreis mindestens einen Dauermagneten enthaelt - Google Patents

Description

• Elektrische Maschine, deren Magnetkreis mindestens einen Dauermagneten enthält Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Maschine, deren Magnetkreis mindestens einen Dauermagneten enthält und bei der Läufer und Ständer unter Bildung eines Luftspalts in axialer Richtung nebeneinander angeordnet sind und der Magnet in axialer Richtung magnetisiert ist. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet Scheibenform besitzt, in der Richtung seiner kleinsten Ausdehnung magnetisiert ist und aus einem Material mit verhältnismäßig hoher Koerzitivkraft besteht, das praktisch nicht entmagnetisierbar ist, wobei in axialer Richtung neben der verhältnismäßig großen Poloberfläche des Magneten scheibenförmige Polschuhe aus magnetisch weichem Material angebracht sind, deren Stärke, bezogen auf ihre Ausdehnung in axialer Richtung, zur Wicklung hin vorzugsweise zunimmt, während die Wicklung auf einem eingeschnürten Teil zwischen den zwei Polschuhen angebracht ist. Auf diese einfache Weise kann eine flache Form und eine widerstandsfähige Bauart der Maschine erzielt werden, wobei sich infolge der Konzentration der Kraftlinien im eingeschnürten Teil innerhalb der Wicklung eine hinreichend hohe Induktion ergibt trotz der im allgemeinen erforderlichen großen Poloberfläche des Dauermagneten. Infolge des kleinen Kerndurchmessers der Wicklung ist die mittlere Windungslänge gering, so daß auch die Kupferverluste niedrig sind, was den Wirkungsgrad verbessert.
• Unter »praktisch nicht entmagnetisierbar« wird hier verstanden, daß der Magnet beim Entfernen aus dem Magnetisierungsgerät auch ohne alle Vorkehrungen - wie z. B. die Anbringung eines Kurzschlußkreises aus Weicheisen zwischen dem Nord-und Südpol vor dem Entfernen - nahezu nicht entmagnetisiert wird und somit praktisch in den Arbeitspunkt Br (Remanenz) zurückkehrt, wenn er später in einen geschlossenen Eisenkreis eingebracht wird. Unter vorerwähntem Ausdruck soll außerdem insbesondere verstanden werden, daß keine merkbare Entmagnetisierung erfolgt, wenn zwei gleiche Magnete außerhalb eines Magnetkreises mit gleichnamigen Polen gegeneinandergelegt und darauf wieder voneinander getrennt werden. Beim Einfügen des Magneten in einen geschlossenen Weicheisenkreis kehrt also auch dann der Arbeitspunkt praktisch wieder in den Punkt Br zurück, was sich dahingehend auswirkt, daß bei einem Generator die Spannung und bei einem Motor die Umdrehungszahl praktisch konstant bleibt.
• Die erwähnten Materialien erfüllen im allgemeinen die Bedingung, daß das Verhältnis der Remanenz Br zur Koerzitivkraft Hc kleiner ist als 4, vorzugsweise kleiner als 2.
• Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung hat das erwähnte Dauermagnetmaterial ein (BH)max von mindestens o,7 ß Io6 G Oe.
• Zu diesem Zweck vorzüglich geeignete Materialien sind bereits anderweitig beschrieben. Diese Materialien bestehen im wesentlichen aus nicht kubischen Kristallen von Polyoxyden von Fe und mindestens einem der Metalle Ba, Sr, Pb und gegebenenfalls Ca, insbesondere aus einfachen und/oder Mischkristallen mit der Struktur von Magnetoplumbit der Zusammensetzung MeO₧6Fe2O3, wobei Me eines der Metalle Pb, Ba oder Sr bezeichnet. Ein solches Material kann ein Verhältnis Br zu Hc von 2ooo : I64o = etwa I,2 bei einem (BH)max von etwa o,8 ₧ Io6 aufweisen. In Zeiten der Rohstoffknappheit sind diese Materialien, die weder Co noch Ni enthalten, besonders wichtig. Weiter haben diese Materialien einen verhältnismäßig hohen spezifischen Widerstand von mindestens Io5 . cm, z. B. 3₧Io7 . cm, so daß die Maschine für Hochfrequenzzwecke besonders vorteilhaft erscheint, insbesondere wenn auch die aus magnetisch weichem Material bestehenden Teile geringe Verluste aufweisen. Trotz des größeren Volumens, das im Vergleich zu den bekannten neuzeitlichen Magnetstählen, bei diesen Materialien mit verhältnismäßig niedrigem (BH)max von z. B. I ₧ Io6GOe erforderlich wird, sind infolge des niedrigen spezifischen Gewichts dennoch annehmbare Gewichte erreichbar.
• An Hand der schematischen Zeichnung werden einige Ausführungsbeispiele näher erläutert.
• Fig. Ia zeigt den Schnitt durch eine Maschine nach der Erfindung, Fig. Ib eine Seitenansicht der Magnete I und 2 und Fig. Ic eine Seitenansicht der Polschuhe 3 und 4. Die Magnete I und 2 aus einem praktisch nicht entmagnetisierbaren Material sind scheibenförmig gestaltet, in Richtung der kleinsten Ausdehnung 5 magnetisiert und auf einer Welle 6 angebracht. Zwischen den beiden Magneten können Teile 7 (Fig. Ib) aus nicht magnetisierbarem Material vorgesehen sein. In axialer Richtung neben der Poloberfläche der Magneten I und 2 befinden sich scheibenförmige Polschuhe 3 und 4 aus magnetisch weichem Material, deren Stärke in axialer Richtung (Fig. Ia) zur Wicklung 8 hin zunimmt. Die Wicklung 8 ist auf einen eingeschnürten Teil 9 aufgebracht. Auf der anderen Seite der Magnete ist eine ähnliche Anordnung von Polschuhen Io, II und einer Wicklung I2 vorhanden, so daß sich eine Doppelausführung ergibt. Man kann die Magnete, die Polschuhkombinationen oder alle beide gegenläufig drehbar wählen.
• Der Verlauf der Kraftlinien ist durch eine gestrichelte Linie angegeben.
• Nach Fig.2 sind die beiden Polschuhanordnungen mit einer einzigen Spule I3 ausgerüstet, wobei vier Magnete 14 bis 17 beiderseits der Polschuhe angebracht sind. Infolge der größeren Menge von Magnetstahl kann eine größere Leistung abgegeben werden, und auch die Verwendung von nur einer Spule bietet Vorteile. Zum Verringern des magnetischen Widerstandes können zwei Platten aus magnetisch weichem Material verwendet werden.
• Nach Fig.3 sind vier Magnete I9 bis 22 in derselben Ebene symmetrisch um ' die in der Zeichnung weiter nicht dargestellte Welle 6 herum angebracht. Durch die Anwendung eines solchen Magnetsystems in einem Generator nach den Fig. i und 2 kann bei der gleichen Umdrehungszahl die Frequenz verdoppelt werden. Bei der Anwendung der eingangs genannten Magnetmaterialien ist die dargestellte Magnetanordnung mit aneinander anstoßenden ungleichnamigen Polen N und S unbedenklich, obgleich durch eine Anordnung mit angemessenem Zwischenraum zwischen den Polen eine gewisse Verringerung der Streuurig erhalten wird.
• Fig.4a zeigt eine Seitenansicht und F-ig.4b einen Schnitt einer Ausführungsform, bei der vier Polschuhe 23 bis 26 mit vier Spulen 27 bis 3o kombiniert sind. Auch diese Kombination kann ähnlich wie bei den Fig. i und 2 ausgebildet werden oder mit einem Magnetsystem nach Fig.3 zusammengebaut sein.
• An Stelle von vier Polschuhen mit vier Spulen können auch drei, fünf oder mehr Polschuhe mit Spulen verwendet werden, gegebenenfalls in Vereinigung mit drei, fünf oder mehr Magneten. Wenn das magnetisch weiche Material unter anderem einen hohen spezifischen Widerstand von vorzugsweise mindestens io5 Surn hat, so eignen sich, diese Maschinen vorzüglich für Hochfrequenzzwecke.
• Fig. 5 a zeigt eine Draufsicht und Fig. 5 b eine Seitenansicht nach einer anderen Ausführungsform. Die Wicklungen27 bis 30 sind auch in diesem Falle teilweise versenkt angebracht, und zwar auf einem ringförmigen Körper 3i. Jede Wicklung umfaßt einen Kern, der in Fig. 5 b durch die gestrichelten Linien 32 angedeutet ist. Die zwischen zwei aufeinanderfolgenden Wicklungen z. B. 29 und 30 vorhandenen Polschuhe werden, von einem Kern ausgehend, .zunächst dünner bis zur Linie 33 und darauf wieder stärker @ bis zum nächstfolgenden Kern, wie in Fig. 5 b dargestellt. Bei einer solchen Ausführungsform kann der Ring 31 aus konzentrischen Lamellen (gegebenenfalls in Form aufgewickelter Bänder) bestehen, wie dies teilweise in Fig. 5 a dargestellt und mit 34 bezeichnet ist. Die Kraftlinien verlaufen also innerhalb der einzelnen Lamellen und brauchen die Isolierung zwischen den Lamellen nicht zu durchqueren.
• Die Fig.6a und 6b schließlich zeigen eine Draufsicht und eine Seitenansicht eines Magnetsystems mit nur einem Dauermagneten 35, wobei die Südpole 36 aus magnetisch weichem Material bestehen und auf einer magnetisch weichen Scheibe 37 sitzen, auf der der Südpol des Magneten 35 aufliegt.

Claims (7)

1. PATENTANS.PRUCHE: i. Elektrische Maschine, deren Magnetkreis mindestens einen Dauermagneten enthält und bei der Läufer und Ständer unter Bildung eines Luftspalts in axialer Richtung nebeneinander angeordnet sind und der Magnet in axialer Richtung magnetisiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet Scheibenform besitzt, in der Richtung seiner kleinsten Ausdehnung magnetisiert ist und aus einem Material mit verhältnismäßig hoher Koetzitivkraft besteht, das praktisch nicht entmagnetisierbar ist, wobei in axialer Richtung neben der Poloberfläche des Magneten scheibenförmige Polschuhe aus magnetisch weichem Material angebracht sind, deren Stärke, bezogen auf ihre Ausdehnung in axialer Richtung, vorzugsweise zur Wicklung hin zunimmt, während diese Wicklung auf einem eingeschnürten Teil zwischen den zwei Polschuhen angebracht ist.
2. 2. Maschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß dem scheibenförmigen Dauermagneten auf beiden Seiten j e eine Kombination von Polschuhen und Wicklungen gegenübersteht (Fig. i).
3. 3. Maschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei Dauermagneten zwei Kombinationen von Polschuhen mit Wicklungen angeordnet sind, wobei ein Satz von je zwei Polschuhen eine gemeinsame Wicklung besitzt (Fig.2). q..
4. Maschine nach Anspruch i, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kombination von Polschuhen mit Wicklungen in Form einer Scheibe oder eines Ringes mit eingeschnürten Teilen ausgebildet ist, auf denen die Wicklungen angebracht sind (Fig. 5).
5. 5. Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Dauermagnetmaterial im wesentlichen aus nicht kuhischen Kristallen von Polyoxyden von Fe und mindestens einem der Metälle Ba, Sr, Pb und gegebenenfalls Ca, insbesondere aus einfachen und/oder Mischkristallen mit der Struktur von Magnetoplumbit der Zusammensetzung Me O - 6 Fee 03 besteht, wobei Me eines der Metalle Pb, Ba oder Sr bezeichnet.
6. 6. Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Polschuhe und die Kerne der Wicklungen aus lamellierten Blechen bestehen, die in bezug auf die Drehachse konzentrisch angeordnet und vorzugsweise aus einem aufgewickelten Band hergestellt sind.
7. 7. Maschine, insbesondere Hochfrequenzmaschine nach einem der vorangehenden. Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetisch weiche Material einen spezifischen Widerstand von mindestens io5 .S2 cm hat. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 723 872.